وب سایت موسسه فرهنگی و اطلاع رسانی تبیان
وب سایت موسسه فرهنگی و اطلاع رسانی تبیان
سه شنبه 3 اسفند 1395 - 24 جمادي الاول 1438 - 21 فوريه 2017

ایجاد سطح آبگریز توسط تک لایه خودآرا، دستاورد تقدیری دوره اول ابن شهر آشوب ساروی در بخش سمینار

اهمیت کاغذ در زندگی نوین بر همگان آشکار است.کاغذ همانند دیگر مواد اولیه مورد استفاده در صنایع مختلف دارای مزایا و معایبی است.
عکس نویسنده
عکس نویسنده
نویسنده : نگار تجملیان
بازدید :
زمان تقریبی مطالعه :
دوازدهمین دوره از پروژه های دانش آموزی تبیان نیز با یاری خداوند و حضور پر شور شما دوستان و علاقمندان به پایان رسید.
در این دوره از جشنواره تعداد 161  گروه در بخش های سمینار های علمی، غرفه های نمایشگاهی و مسابقات به عنوان گروه های تقدیری، برگزیده و معرفی شدند.
بر آن شدیم تا با معرفی پروژه های گروه های تقدیری علاوه بر قدردانی از این دوستان نوآور، زمینه ای را برای ایده پروری سایر پژوهشگران علاقمند فراهم آوریم.
ایجاد سطح آبگریز توسط تک لایه خودآرا، دستاورد تقدیری دوره اول ابن شهر آشوب ساروی در بخش سمینار
مقطع: دوره اول متوسطه
موضوع: ایجاد سطح آبگریز توسط تک لایه خودآرا
نام مدرسه: ابن شهر آشوب ساروی
نام استاد: خانم الهه افشارمنش
دانش آموزان: عسل سادات اشرفی، مریم آزاده سورکی

چکیده:
اهمیت کاغذ در زندگی نوین بر همگان آشکار است.کاغذ همانند دیگر مواد اولیه مورد استفاده در صنایع مختلف دارای مزایا و معایبی است. آب­ دوستی و تخلخل کاغذ سبب عدم مقاومت آن نسبت به نفوذ رطوبت، گازها و روغن می­ شود. هم چنین در برخی از کاربرد ها ویژگی ­های مکانیکی مورد نیاز را تأمین نمی­ کند.

همواره بشر در تلاش است تا از پوشش ­هایی استفاده کند که علاوه بر مقرون به صرفه بودن، از نظر زیست ­محیطی نیز مشکلاتی ایجاد نکند. در این پروژه به کمک پوشش زئین ذرت به ‌عنوان ممانعت­کننده از اکسیژن، رطوبت و چربی استفاده شد. هم چنین برای آنتی باکتریال شدن سطح نانو ذرات اکسید روی به پوشش اضافه گردید.  

از روی عکس گرفته شده از قطره بر روی سطح تیمار شده زاویه تماس بیشتر از ۹۰ درجه اندازه گیری شد و در مقایسه عکس های گرفته شده از دو سطح تیمار شده و تیمار نشده صحت کار تایید شد.     

تاریخچه نانو
در طول تاریخ بشر از زمان یونان باستان، مردم و به‌خصوص دانشمندان آن دوره بر این باور بودند كه مواد را می‌توان آنقدر به اجزاء كوچك تقسیم كرد تا به ذراتی رسید كه خرد ناشدنی هستند و این ذرات بنیان مواد را تشكیل می ‌دهند، شاید بتوان دموكریتوس فیلسوف یونانی را پدر فناوری و علوم نانو دانست. چرا که در حدود ۴۰۰ سال قبل از میلاد مسیح او اولین كسی بود كه واژة اتم را كه به معنی تقسیم‌ نشدنی در زبان یونانی ‌است‌. برای‌ توصیف ‌ذرات ‌سازنده ‌مواد به ‌كاربرد.
نقطه شروع و توسعه اولیه فناوری نانو به طور دقیق مشخص نیست. شاید بتوان گفت كه اولین نانو تكنولوژیست‌ ها شیشه‌ گران قرون وسطایی بوده‌اند كه از قالب ‌های قدیمی(Medieal forges) برای شكل ‌دادن شیشه‌ هایشان استفاده می‌ كرده ‌اند. البته این شیشه ‌گران نمی‌ دانستند كه چرا با اضافه‌كردن طلا به شیشه رنگ آن تغییر می‌كند. در آن زمان برای ساخت شیشه ‌های كلیساهای قرون وسطایی از ذرات نانومتری طلا استفاده می‌‌شده است و با این كار شیشه‌ های رنگی بسیار جذابی بدست می‌آمده است. این قبیل شیشه‌ ها هم ‌اكنون در بین شیشه‌ های بسیار قدیمی یافت می ‌شوند. رنگ به ‌وجود آمده در این شیشه ‌ها بر پایه این حقیقت استوار است كه مواد با ابعاد نانو دارای همان خواص مواد با ابعاد میكرو نمی ‌باشند.
در سال۱۹۵۹ ریچارد فاینمن مقاله‌ای را دربارة قابلیت‌های فناوری نانو در آینده منتشر ساخت. با وجود موقعیت ‌هایی كه توسط بسیاری تا آن زمان كسب ‌شده بود، ریچارد، پی. فاینمن را به عنوان پایه گذار این علم می ‌شناسند. فاینمن كه بعد ها جایزه نوبل را در فیزیك دریافت كرد، درآن سال در یک مهمانی شام كه توسط انجمن فیزیک آمریكا برگزار شده بود، سخنرانی كرد و ایده فناوری نانو را برای عموم مردم آشكار ساخت.

نانو چیست؟
نانو ریشه یونانی «نانس» به معنی کوتوله می‌باشد. یک نانومتر (nm) یک میلیاردیم متر است. برای سنجش طول پیوندهای کربن کربن، یا فاصله میان دو اتم بازه ۱۲ تا ۱۵ نانومتر به کار می‌رود. همچنین قطر یک مولکول دی ‌ان ‌ای دو رشته‌ ای نزدیک به ۲ نانومتراست. و از سوی دیگر کوچک ‌ترین باکتری ۲۰۰ نانومتر است. اگر بخواهیم برای دریافتن مفهوم اندازه یک نانومتر نسبت به متر سنجشی انجام دهیم می‌توانیم اندازه آن را مانند اندازه یک تیله به کره زمین بدانیم. یا به شکلی دیگر یک نانومتر اندازه ی رشد ریش یک انسان در طول زمانی است که برای بلند کردن تیغ از صورتش باید بگذرد.   

اندازه ذرات در فن‌آوری نانو بسیار مهم است. چرا که در مقیاس نانویی، ابعاد ماده در خصوصیات آن بسیار تأثیرگذار است و خواص فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی تک تک اتم‌ها و مولکول‌ها با خواص توده ماده متفاوت است. این اندازه در مواد مختلف متفاوت است، اما به طور معمول مواد نانو به موادی که حداقل یکی از ابعاد آن ‌ها کوچک‌تر از ۱۰۰ نانو متر باشد گفته می‌شود.

تعریف نانو تکنولوژی و آشنایی با آن
در نیم قرن گذشته شاهد حضور حدود پنج فناوری عمده بودیم که باعث پیشرفت های عظیم اقتصادی در کشورهای سرمایه گذار و ایجاد فاصله شدید بین کشورهای جهان شد. متأسفانه در کشور ما بدلیل فقدان جرات علمی و عدم تصمیم گیری بموقع ، به این فرصتها پس از گذشت سالیان طلائی آن بها داده می‌شد که البته سودی هم برای ما به ارمغان نمی آورد، هم چون فناوری الکترونیک و کامپیوتر در دو سه دهه گذشته که امروزه علی رغم توانایی دانشگاهی و داشتن تجهیزات آن، هیچ گونه حضور تجاری در بازارهای چند صد میلیاردی آن نداریم.
نانو تکنولوژی، توانمندی تولید مواد، ابزارها و سیستم های جدید با در دست گرفتن کنترل در سطوح ملکولی و اتمی و استفاده از خواص است که در آن سطوح ظاهر می ­شود. از همین تعریف ساده بر می ­آید که نانو تکنولوژی یک رشته جدید نیست، بلکه رویکردی جدید در تمام رشته هاست. برای نانوتکنولوژی کاربرد هایی را در حوزه های مختلف از غذا، دارو، تشخیص پزشکی و بیوتکنولوژی تا الکترونیک، کامپیوتر، ارتباطات، حمل­ و­نقل، انرژی، محیط زیست، مواد، هوافضا و امنیت ملی برشمرده اند.کاربردهای وسیع این عرصه به همراه پیامد های اجتماعی، سیاسی و حقوقی آن، این فن ­ آوری را به ­عنوان یک زمینه فرا رشته ای مطرح نموده است. استفاده از این فن­آوری در کلیه علوم پزشکی، پتروشیمی، علوم مواد، صنایع دفاعی، الکترونیک، کامپوترهای کوانتومی و غیره باعث شده که تحقیقات در زمینه نانو به­ عنوان یک چالش اصلی علمی و صنعتی پیش روی جهانیان باشد. لذا محققین، اساتید و صنعتگران ایرانی نیز باید در یک بسیج همگانی، جایگاه، موقعیت و وضعیت خویش را در خصوص این موضوع مشخص نمایند و با یک برنامه­ ریزی علمی دقیق و کارشناسانه به حضوری فعال و حتی رقابتی سالم در این جایگاه، عرض ­اندام و ابراز وجود نمایند و برای چنین کاری طراحی یک برنامه منسجم، فراگیر و همه جانبه اجتناب ­ناپذیر است.

از کاربردهای کنونی فناوری نانو تکنولوژی در میان مدت و بلند مدت می توان مواردی رابه طور خلاصه نقل کرد که عبارتند از:
۱)صفحات خورشیدی و کیهانی ۲)پوشش سطوح ۳ )ابزار برشکاری بسیار سخت ۴) رنگ ها و محلول ها ۵)  محیط زیست  ۶) سلول های سوختی ۷) نمایشگرها  ۸)وسایل پزشکی  ۹)تصفیه آب 
 
به چه موادی نانو ساختار می گویند؟
 همانطور که می دانید هر ماده ای از سه بعد تشکیل شده است. اگر حداقل یکی از این ابعاد در مقیاس نانو باشد (بین 1 تا 100 نانومتر) به این ماده، یک مـاده نانوساختـار گفتـه مـی شود. هم چنین به بعدی کـه در مقیـاس نانو نباشد اصطلاحا بعـد آزاد گفته می شود، زیرا هر مقداری می تواند داشته باشد.  

نانومواد صفر بعدی (0D):
موادی که در هر سه بعد دارای اندازه ی نانومتری می باشند و هیچ بعد آزادی ندارند. بر اساس برخی دسته‌ بندی ‌ها به این دسته از نانو ساختار ها، نانو ذرات نیز گفته می شود. عوامل تاثیرگذار بر خواص نانو  ذرات، اندازه و جنس ذرات هستند. نانو ذرات کاربرد های مختلفی در صنایع مختلف مانند اتومبیل (ضد خش کردن بدنه، ضد بخار کردن شیشه ها، لاستیک های مقاوم، پزشکی (ساخت دارو های جدید، تشخیص علایم بیماری ها و ...)، تصفیه آب و فاضلاب، الکترونیک، صنایع نظامی و... دارند. نانو ذرات می‌توانند بسته به کاربردشان در اشکال مختلف مانند کروی، بیضوی، مکعبی، منشوری، ستونی و... ساخته شوند.

نانومواد تک بعدی: (1D)
نانو مواد تک بعدی دارای دو بعد در مقیاس نانو و یک بعـد آزاد می باشند. نانو سیم ها، نانو میله ها، نانو لوله ها، نانو الیاف همگی جز مواد نانو ساختار تک بعدی می باشند. عوامل تاثیرگذار روی خواص نانو ساختارهای تک بعدی، جنس و نسبت طول به قطرآن می باشند. مهم‌ ترین ویژگی نانو ساختارهای تک بعدی فلزی هدایت الکتریکی آن ها در راستای محور سیم است. نانو سیم ها کاربرد های زیادی در بخش های مختلف مانند ساخت رایانه های بسیار کوچک با سرعت بسیار بالا، ساخت لیزرهای بسیار کوچک، تشخیص بیماری ها، حافظه های منغاطیسی و ... دارند.

نانومواد دو بعدی: (2D)
این مواد دارای دو بعد آزاد و یک بعد در مقیاس نانو می باشند. مواد با یک بعد در مقیاس نانو عمدتا شامل لایه های نازک
 (Thin Films) یا پوشش های سطحی می باشد. عوامل تاثیرگذار در خواص نانو پوشش ها، جنس و ضخامت آن ها می باشد. برای مثال سلفون های نگه دارنده مواد غذایی یک نوع پوشش هستند. حال اگر ضخامت آن ها در ابعاد نانو باشد، به آن ها نانوپوشش گفته می شود.

 نانو مواد سه بعدی (3D):
یعنی هر سه بعد آن ها در مقیاس آزاد است. همانطور که مشاهده می کنید این تعریف با تعریف مواد نانو ساختار در تناقض است، زیرا هیچ یک از سه بعد آن در مقیاس نانو نیست. این دسته شامل نانوکامپوزیت ها (مواد مرکبی که شامل چند ماده است) و مواد حجیم نانو ساختار (یا مواد توده‌ای نانو ساختار) می باشد. مواد حجیم نانو ساختار موادی هستند که اندازه واحد های سازنده مجزای آنها حداقل در یک بعد کمتر از 100 نانومتر باشد. بعضی مواد یک سری خواص را ندارند. برای مثال پلاستیک خاصیت رسانایی الکتریکی ندارد. اما اگر ماده ‌ای همانند ذرات فازی که خاصیت رسانایی دارند را به آن اضافه کنیم، ماده مخلوط تولید شده می‌تواند خاصیت رسانایی داشته باشد. به این مواد کامپوزیت یا ماده مرکب گفته می‌شود. ماده مرکب ممکن است از بیش از دو ماده تشکیل شده باشد که هر یک از مواد اضافه شده می‌تواند قابلیت تقویت یکی از خواص را داشته باشد. در صورتی که حداقل یکی از اجزای کامپوزیت نانوساختار باشد، به آن نانوکامپوزیت می‌گوییم. به عنوان مثال می‌توان رسانایی پلیمرها را با استفاده از نانولوله‌های کربنی افزایش داد.

اهداف تحقیق
کاربرد های فراوانی که سطوح خود تمیز شونده دارند باعث شده است در زمینه‌ های مختلفی مانند صنعت نساجی، صنعت اتوموبیل‌ سازی، صنعت هواپیما‌سازی و صنایع نوری و کاغذ سازی از آن‌ ها استفاده شود. محصولات تجاری زیادی با استفاده از این فناوری به مرحله تولید رسیده‌ اند.در این جا این سوال مطرح می شود که چگونه می توان یک سطح خود تمیز شونده ایجاد کرد. و در اصطلاح چگونه می توان یک سطح ابگریز تولید کرد؟ باتوجه به اینکه آب از مولکول های قطبی تشکیل شده است. و بدلیل پیوندهای قوی (دگر چسبی) این موکلوهای قطبی به سطح شیشه یا کاغذ پس به گونه ای می بایست این پیوند ها شکسته شده و آب بصورت قطره بر سطح باقی بماند. فرض بر این موضوع نهاده شد که با توجه به خاصیت آنتی باکتریال بودن اکسید روی اگر بتوان یک لایه نانو ذرات بر سطح ایجاد کرد و با برقراری پیوند اکسید روی با زیین ذرت بر سطح می توان خاصیت آبگریزی آنتی باکتریال روی سطح القا نمود.

روش جمع آوری اطلاعات
با راهنمایی استاد راهنما مطالعات به صورت کتابخانه ای آغاز شد. برای این منظور از مطالبی که در اینترنت موجود بود استفاده گردید. سپس آزمایشات لازم که دستور کارش از پایان نامه استخراج شده بود در آزمایشگاه پژوهش سرای دانش آموزی انجام شد.

نتیجه‌گیری
فناوری سطوح خود تمیز شونده به‌ منظور افزایش دوام، کاهش هزینه‌ ها و کاهش زمان مورد نیاز برای نگهداری از تجهیزات، در حال حاضر بسیار مورد توجه قرار گرفته است. در این پروژه با یک روش ساده توانستیم بر روی شیشه سطحی را ایجاد کنیم که آبگریز می باشد. بنابراین مانع جذب آلودگی ها بر سطح شیشه خواهد شد.   

پیشنهادات:
۱-دانش آموزان دیگر می توانند همین روش را به کمک الکانهای بلند زنجیر دیگر انجام داده و نتایج را با این ماده به کار برده مقایسه کنند.
۲-هم چنین می توان از این روش برای ابگریز کردن سطح پارچه نیز استفاده کنند.
۳-برای تست کردن انتی باکتریال شدن سطح بدلیل وجود نقره از تست های مربوطه که در دانشگاه علوم پزشکی و دارو انجام میشود استفاده کنند.

منابع:
https://fa.wikipedia.org/wiki ۱                                                                           
 http://www.yjc.ir/fa/news/4987327/ .۲     
http://autoir.ir/fa.۳


برای مشاهده مجموعه فایل های ضمیمه اینجا کلیک کنید.
  

بخش پژوهش های دانش آموزی تبیان
تهیه: نگار تجملیان - تنظیم: زینب شاه مرادی
تلفن : 81200000
پست الکترونیک : public@tebyan.com
آدرس : بلوارکشاورز ، خیابان نادری ، نبش حجت دوست ، پلاک 12

ارتباط با ما

روابط عمومی

درباره ما

نقشه سایت

تعدادبازدیدکنندگان
افراد آنلاین