سنتز نانو ذرات اکسید روی،جلسه اول
سنتز نانو ذرات نیمه رسانای اکسید روی، جلسه اول
هدف: آشنایی دانش آموزان با فناوری نانو و کاربرد آن
فعالیت: مطالعه ساختارهای نانو متری و روشهای تولید مواد نانو ساختار و تهیه فایل پاورپینت از مطالب جلسه اول
وسایل مورد نیاز:رایانه و در صورت امکان ویدیو پروژکتور
مقدمه:
نانو تکنولوژی فناوری جدیدی است که تمام دنیا را فرا می گیرد، که نه تنها زندگی امروز بشر را تحت تاثیر قرار داده است بلکه تمام آینده است. از این روی آشنایی یا این فناوری و کاربرد آن بسیار اهمیت دارد. نانو تکنولوژی رویکردی است که تمام رشته ها در حوزه های مختلف علمی اعم از صنعت، هوا و فضا، کامپیوتر، مواد غذایی، پزشکی و محیط زیست را شامل میشود. در این نوشتار بعد از بیان تاریخچه فناوری نانو، تعریف و کاربرد آن در زندگی روزمره تلاش بر آن است که ضرورت توجه به این فناوری بررسی شود، باشد که علاقه مندان به این رشته اطلاعات مفیدی را بدست آورند.
تاریخچه:
اگر چه فناوری نانو رشته ایست نسبتا جدید اما مفاهیم اولیه آن مربوط به 50 سال پیش می باشد، زمانی که ریچارد فایمن در سخنرانی معروف خود به نام "آن پایین فضای بسیار زیادی وجود دارد" بشر را بر آن داشت تا زبان اتم ها را فرابگیرند، که تا چه اندازه نحوه چیدمان اتم ها و کنار هم قرار گرفتنشان می تواند بر خواص مواداثر گذار باشد.بعد از گذشت بیش از یک دهه، واژه فناوری نانو توسط نوریو تانیگوچی بر زبانها جاری شد.در سال 1981 با اختراع میکروسکوپ تونلی روبشی که به کمک آن می توان اتم ها را تک تک جا به جا کرد، فناوری نانو آغاز شد.
پرسش: منظور فایمن از اینکه "آن پایین فضای بسیار زیادی وجود دارد" چیست؟
تعریف فناوری نانو:
اگر جهان را به اشیا ماکروسکوپی یعنی اشیایی که با چشم انسان قابل رویت است و اشیا میکروسکوپی که برای دیدن و بررسی آنها نیاز به ابزارهای آزمایشگاهی است، تقسیم کنیم به اهمیت سایز مواد در دنیای تکنولوژی می رسیم. فناوری نانو توانایی کنترل و بررسی اتم ها و مولکول ها به طور مجزاست،همانطور که می دانیم هرچیزی که در اطراف ما قرار دارد از اتمها ساخته شده است از غذایی که می خوریم، لباسی که می پوشیم، خانه ای که در آن زندگی میکنیم تا بدنمان.
فناوری نانو علمی است در ابعاد بسیار کوچک بین 1 تا 100 نانو متر،آنقدر کوچک که نمی توان آنها را با میکروسکوپ های معمولی مشاهده کرد.
یک نانو متر یک میلیاردم متر می باشد برای درک اینکه تا چه اندازه کوچک اند می توانیم سنجشی انجام دهیم که با قرار دادن هشتصد تا ذره 100نانومتری در کنار هم به ضخامت موی انسان برسیم.
و همچنین در شکل زیر سنجشی از ذرات در مقایسه با ابعاد نانومتری نشان داده شده است.
تکلیف: با ذکر مثالهای بیشتر از سنجش این مقیاس، در اسلایدی از فایل پاورپینت خود توضیح دهید.
تغییر خواص مواد از نانو به میکرو:
مواد در ابعاد نانو دارای همان خواص در ابعاد میكرو نمی باشند.همین مسئله باعث خاص شدن و پیشرفت این فناوری شده است به طور یکه مواد را می توان آنقدر به اجزاء كوچك تقسیم كرد تا در این ابعاد به ابزار ها و سیستم هایی با ویژگی های بنیادی و عملکردهای جدیدرسید در واقع مواد در ابعاد نانو به دلیل سایز کوچکشان خواص منحصر به فردی را از خود نشان میدهند. نقطه ذوب، خواص حرارتی، خواص الکتریکی، خواص مکانیکی، خواص مغناطیسی، تغییر رنگ و شفافیت و غیره در این مقیاس تغییر می کنند. که این باعث میشود برای شناسایی خواص مواد اندازه ذرات آنها را در نظر بگیریم. ما در دنیای ماکرومقیاس اطرافمان، مواد را با توجه به خواصشان دسته بندی می کنیم و سپس متناسب با این خواص، آنها را برای انجام کارهای مختلف انتخاب می کنیم.
برای ساخت پنجره از شیشه استفاده می کنیم، زیرا شفاف است و نور را از خود عبور می دهد؛ برای ساخت زیور آلات ماندگار از طلا استفاده می کنیم، زیرا واکنش پذیری پایینی دارد و اکسید نمی شود؛ برق را با رشته های مسی انتقال می دهیم، چرا که پس از طلا و نقره بیشترین ضریب انتقال الکتریکی را در بین عناصر مختلف دارد، حال آنکه این خواص در دنیای نانو تغییر میکند.
آنچه که به تدریج با کاهش اندازه ی ذره رخ می دهد، افزایش نسبت مساحت سطحی به حجم مواد است که باعث غلبه یافتن رفتار اتم های واقع در سطح ذره به رفتار اتم های درونی می شود. این پدیده بر خصوصیات ذره و واکنش پذیری نانو مواد به شدت اثر می گذارد. مواد نانو ساختار پیوند های مستحکم تر وخواص معناطیسی قویتر و هدایت گرمایی و الکتریکی بهتری را نشان میدهند و همچنین ده ها خاصیت فیزیکی و شیمیایی وبیولوؤیکی شناخته شده دیگری نیز در این مقیاس تغییر می کند.
تکلیف: همانطور که گفته شد آنچه باعث خاصتر شدن این تکنولوژی شده است، کوچک شدن سایز ذرات میباشد. که باعث تغییر در خواص مواد میشود. در مورد تغییر این خواص تحقیق کرده و در فایل پاورپینت در چند اسلاید توضیح دهید.
مواد نانو ساختار:
نانو مواد، موادی هستند که حداقل یکی از ابعاد آنها در مقیاس نانومتری (1 الی 100 نانو متر) باشد.کوچک شدن ابعاد ذرات تا این اندازه منجر به بروز خصوصیات فیزیکی، شیمیایی، مغناطیسی، اپتیکی و واکنش پذیری این مواد میشود. در بیین انواع نانو مواد ، نانو ذرات دارای اهمیت بیشتر و دارای کاربرد های فراوانی در سالهای اخیر بوده است. نانو ذرات جزو نانو مواد سه بعدی هستند که هر سه بعد آنها در مقیاس نانو میباشد.
کاربرد فناوری نانو:
امروزه فناوری نانو تمام زندگی بشر را در بر گرفته است.برای وارد شدن به این دنیای کوچک، نیازمند ابزارها و تجهیزات خاصی هستیم که بتوانیم واحدهای سازنده مواد را در مقیاس نانو ببینیم و توانایی اندازه گیری خواص و ویژگیهای مواد نانو متری را بدست بیاوریم که این امر باعث پیشرفت فناوری نانو در صنعت شده است. با این توانایی می توانیم ساختار مواد را آنطور که می خواهیم دستکاری کنیم تا به کالاهای جدیدی برسیم که برای ما با کیفیت تر باشند.
می توانیم آنها را با اینکه سخت و مقاوم هستند سبک تر و مقرون به صرفه تر کنیم. مثلا با ورود نانو ذرات به رنگها وزن آنها راسبک تر کرده که با استفاده از این رنگها در هواپیما مصرف سوخت کاهش یافته، یا اینکه الیافی تولید کنیم که ضد لک و ضد چروک و ضد عرق باشند و یا در پزشکی برای درمان بیماری های صلب العلاج مثل سرطان از آنها استفاده کنیم.درساختن شیشه های ضد آفتاب از نانو ذرات اکسید روی استفاده میکنند که باعث استحکام و کارایی بیشتر این نوع شیشه ها میشود.نانو ذرات نقره دارای خاصیت ضد میکروبی هستند که در صنایع شوینده از آنها استفاده میشود و در صنایع غذایی در تولید و نگهداری و بسته بندی مواد از نانو ذرات اکسید مس و منیزیم و نقره استفاده می گردد.از نانو ذرات اکسید تیتانیوم و اکسید روی در ساخت کرم های ضد افتاب مورد استفاده قرار میگیرد چون این نانو ذرات علاوه برجذب و برگرداندن اشعه فرابنفش، بر خلاف ذرات بزرگتر کاملا شفاف بوده که این باعث مرغوب شدن این محصولات می شود.
آنچه گفته شد تنها بخشی از کاربرد فناوری نانو در رشته های مختلف علمی و حوزه های متفاوت صنعتی است، امروزه پژوهشگران در حوزه های مختلفی با هم کار میکنند تا نیازهای مختلف بشر را از فیزیک و شیمی گرفته تا الکترونیک، مهندسی و پزشکی برآورده کنند.
تکلیف : از دانش آموز می خواهم با توجه به مطالبی که گفته شد با تهیه فایل پاورپینت و ارائه آن در کلاس در مورد لزوم این فناوری بحث کنند.
شما عزیزان می توانید برای انجام این پروژه به طرح درس های ذیل مراجعه فرمایید:
