تهیه کود گیاهی با استفاده از نانو تفاله چای تثبیت شده - جلسه دوم

بخش پروژه های دانش آموزی - الهام گارسچی

اهداف جلسه:
·آشنایی با نانو تکنولوژی
·آشنایی با ساخت نانو ذرات
·آشنایی با روش های ساخت نانو ذرات
·آشنایی با روش لیتوگرافی
·آشنایی با روش فرآوری مکانیکی
·آشنایی با روش فرآوری آسیاب های پر انرژی

وسایل مورد نیاز:
·کامپیوتر مجهز به اینترنت

مقدمه
علم و فناوری نانو ( نانو علم و نانو تکنولوژی) توانائی بدست گرفتن کنترل ماده در ابعاد نانومتری (ملکولی) و بهره برداری از خواص و پدیده های این بعد در مواد، ابزارها و سیستم های نوین است. این تعریف ساده خود دربرگیرنده معانی زیادی است. به عنوان مثال فناوری نانو با طبیعت در آینده در برگیرنده همه ی فناوری های امروزین خواهد بود و به جای رقابت با فن آوری های موجود، مسیر رشد آن ها را در دست گرفته و آنها را به صورت « یک حرف از علم» یکپارچه خواهد کرد.
میلیون ها سال است که در طبیعت ساختارهای بسیار پیچیده با ظرافت نانومتری ( ملکولی ) – مثل یک درخت یا یک میکروب – ساخته می شود. علم بشری اینک در آستانه چنگ اندازی به این عرصه است، تا ساختارهائی بی نظیر بسازد که در طبیعت نیز یافت نمی شوند. فناوری نانو کاربردهايی را به ظهور می رساند که بشر از انجام آن به کلی عاجز بوده است و پیامدهائی را در جامعه برجا می گذارد که بشر تصور آنها را هم نکرده است.

2-1 ساخت نانو ذرات
توانایی ساخت و کنترل ساختار نانو ذرات به دانشمندها امکان می دهد خواص حاصله را تغییر داده و بتوانند خواص مطلوب را در مواد طراحی کنند. موارد فوق العاده گستردهای وجود دارند که اندازه فیزیکی ذره می تواندخواص بهبود یافته ی مفیدی را به وجود آورد.
2-2 روش های ساخت نانو ذرات
روش های ساخت مواد نانو بسیار گسترده می باشد. به طور کلی از میان روش های ساخت نانو ذرات میتوان سه روش بالا به پایین، پایین به بالا و الگوبرداری از نانو ساختارها را نام برد و سایر روش ها را به صورت زیر مجموعه ای از روشه ای ذکر شده در نظر گرفت.
2-3 روش بالا به پائین
در این روش، یک ماده بزرگ را برداشته و با کاهش ابعاد و شکلدهی آن، به یک محصول با ابعاد نانو تبدیل میشود. به عبارت دیگر، اگر اندازه یک ماده تودهای به طور متناوب کاهش داده شود تا به یک ماده با ابعاد نانومتری برسد، از رویکرد بالا به پایین استفاده شده است. این کار اغلب و نه همیشه شامل حذف بعضی از مواد به شکل ضایعات است.
از انواع مختلف روش بالا به پایین شامل لیتوگرافی و فرآوری مکانیکی، فرآوری حرارتی و ریسندگی می باشد.
2-4 روش لیتوگرافی
کلمه لیتوگرافی از دو کلمه ی یونانی "لیتوس"، به معنی سنگ و "گرافین" به معنی نوشتن گرفته شده است.
البته در صنایع الکترونیک به جای سنگ معمولا یک صفحه سیلیکونی را تراش میدهند و به جای یک قطعه ی تیز برنده، از نور یا یک فرآیند مکانیکی برای حکاکی استفاده می کنند. لیتوگرافی انواع مختلف دارد. به نوعی از آن که از نور برای حکاکی استفاده می شود، لیتوگرافی نوری یا فوتولیتوگرافی می گویند. در نوعی دیگر که تماس مکانیکی برای حکاکی به کار گرفته می شود، لیتوگرافی نرم نامیده می شود. انواع روش های لیتوگرافی: لیتوگرافی مستقیم )بدون ماسک(، لیتوگرافی پروب پیمایشی، لیتوگرافی نرم، غیر مستقیم (مبتنی بر ماسک(.
2-5 روش فرآوری مکانیکی
فرآوری مکانیکی یک روش مرسوم و مثال واضحی از رویکرد بالا به پایین در سنتز مواد نانو ساختار است که بر خلاف روش پایین به بالا، مواد از خوشه های اتمی اولیه تشکیل نشده و تنها از طریق خرد شدن و تغییر شکل پلاستیکی شدید تهیه میشوند. به دلیل سهولت و تجهیزات نسبتاً ارزان قیمت )در مقیاس آزمایشگاهی( و قابلیت سنتز اکثر مواد، این روش کاربرد فراوانی یافته است.
انواع روش های مکانیکی: تغییر شکلدهی پلاستیکی شدید، اختلاط شدید، فشرده سازی پودر و آسیاب های پرانرژی که در این پژوهش مورد استفاده قرار گرفته است.

2-6 روش فرآوری آسیاب های پر انرژی
یکی از مهمترین روش های فراوری مواد پودری روش آسیابکاری میباشد، که کاربردهای فراوانی نیز در صنایع مختلف پیدا کرده است. با استفاده از این دستگاه ها میتوان علاوه بر آسیابکاری  فرآیندهای دیگر نظیر آلیاژسازی مکانیکی را نیز انجام داد. یکی از آسیاب های مورد استفاده در فرآیند آلیاژسازی مکانیکی، آسیاب سیارهای است که در آن تنها چند صدم گرم پودر در یک مرحله آسیاب می شود و برای تحقیق های آزمایشگاهی مناسب است.
حجم محفظه این نوع آسیاب بین 45 تا 500 میلی لیتر است. این آسیاب شامل یک صفحه دوار به همراه یک تا چهار محفظه است. در این آسیاب صفحه دوار در یک جهت چرخیده و محفظه بر اساس مکانیزمی در جهت خلاف حرکت صفحه دوار، حرکت دورانی انجام میدهد. چرخش محفظه و صفحه دوار به دور یک محور، باعث ایجاد نیروی گریز از مرکز می شود که بزرگی این نیرو می تواند تا 20 برابر شتاب جاذبه زمین برسد. گلوله و پودر به صورت متناوب روی دیواره داخلی غلتیده و ساییده می شوند. سپس با سرعت زیادی از جداره محفظه جدا و مجددا به جداره روبرویی برخورد می کنند و در این حالت ذرات پودر تحت انرژی ضربه بالا به صورت مداوم جوش خورده و می شکنند.
مزیت این نوع آسیابی گلوله ای تنها انرژی ضربه بالا نیست، بلکه فرکانس بالای ضربه است که میتواند زمان فرآیند آلیاژسازی مکانیکی را کاهش دهد. باید توجه داشت که ضربه ها با فرکانس بالا میتواند باعث افزایش دمای محفظه تا دمای ۳۹۳ درجه کلوین طی مدت زمان 30 تا 60 دقیقه شود. لازم به ذکر است که در بعضی موارد دمای بالا جهت انجام واکنش ضروری است .

2-7 روش پایین به بالا
در روش های پایین به بالا محصول از مواد ساده تر به وجود میآید، مانند ساخت یک موتور از قطعه های آن میباشد. در حقیقت کاری که در این روش انجام میشود، کنار هم قرار دادن اتم ها و مولکول ها که ابعاد کوچکتر از مقیاس نانو دارند برای ساخت یک محصول نانومتری است.

نحوه عملکرد و حرکت اجزای آسیاب:
نمونه های مختلف روش پایین به بالا شامل رسوب دهی فاز گاز، روش کاتدپرانی (اسپاترینگ)، رسوب دهی لیزر پالسی، روش سوزش اکسیژن با سرعت بالا، فوتولیز و پیرولیز لیزری، سنتر بر پایه آئروسل، بخار شیمیایی تراکم، سنتز سیال فوق بحرانی، رسوبدهی از فاز مایع، سل ژل و غیره می باشند.
تکلیف1: با توجه به مطالب ارائه شده در این درس در مورد ساخت نانو ذرات به روش های مختلف تحقیق و بررسی نمایید. سپس مطالب خود را دسته بندی کنید.
تکلیف2: بعد از مطالعه ی ای درس و افزایش اطلاعات در مورد انواع روش های ساخت نانو ذرات کدام روش را برای کار خود مناسب می دانید و از کدام روش استفاده می نمایید؟
محل بازدید/ اردو/ خرید: _________

منابع مطالعه: برای کسب اطلاعات بیش تر در زمینه روش های ساخت نانو ذرات کتاب "مواد نانو ساختاد" را مطالعه نمایید.


تنظیم: زینب شاه مرادی