فصلنامه دنیای نانو
پیاپی 37 (زمستان 1393)

یکی از مسایل مهم پیش روی جوامع امروزی، مشکل آلودگی آب است. پژوهشگران بسیاری در این حوزه مشغول پژوهش و بررسی برای رفع این مشکل هستند. یکی از راهکارهایی که مورد توجه بسیاری از پژوهشگران قرار گرفته، استفاده از نانو ساختارها برای حذف انواع آلاینده‌ها است در میان نانو ساختارها، نانو ذرات نقش مهمی در سامانه‌های نوین تصفیه‌ی آب دارند. در این مقاله به نقش نانو ذرات در تصفیه‌ی آب‌های آلوده و فاضلاب‌ها پرداخته می‌شود.

در این تحقیق ویژگی‌های مکانیکی و فیزیکی نانو چندسازه‌های پلیپروپیلن تقویت شده با الیاف سلولزی (الیاف کاغذ باطله) با استفاده از عامل جفت کننده مالییک انیدرید- پلی پروپیلن به میزان 4 درصد و نانو کاربید سیلیسیم در مقادیر 0، 2 و 5 درصد مورد مطالعه واقع شد و نتایج حاصله با یکدیگر مورد مقایسه قرار گرفت. نسبت ماده زمینه (پلیپروپیلن) به ماده تقویت کننده (خمیرکاغذ) در دو سطح 20/80 و 30/70 در نظر گرفته شد. نتایج نشان دادند که تاثیر استفاده از الیاف سلولزی بر ویژگی‌های مکانیکی و فیزیکی جز مدول الاسیسته در سطح اطمینان 55 درصد اختلاف معنی‌دار داشته است. با افزودن نانو کاربید سیلیسیم مقاومت سایش چندسازه نسبت به نمونه بدون نانو کاربید سیلیسیم افزایش یافته و این اختلاف در سطح 55 درصد معنی‌دار بوده است. در کل نتایج حاکی از حصول ویژگی‌های مقاومتی و فیزیکی بسیار برتری در مورد نانو چندسازه‌های الیاف سلولزی- پلاستیک در مقایسه با نمونه شاهد بوده است.

این مطالعه مروری است بر ویژگی‌های مکانیکی نانو کامپوزیت‌های پلیمری رزین اپوکسی تقویت شده با نانو ساختارهای سلولزی که به دلیل ارایه خواص مکانیکی و فیزیکی ویژه بالا، نظیر مدول الاستیسیته و استحکام کششی قابل ملاحظه، پتانسیل‌های کاربردی فراوانی برای آن‌ها در صنعت قابل پیش‌بینی و تصور است. در میان انواع ماتریس‌های پلیمری، رزین‌های اپوکسی به‌عنوان پلیمری ترموست با کارایی بالا و ویژگی‌های مطلوب و با ارایه بهترین مقاومت‌های مکانیکی، پایین‌ترین جمع شدگی و آب‌رفتگی و بالاترین تنوع کاربردی را نشان داده‌اند. در سالیان اخیر، همگام با پیشرفت فناوری نانو، انواع متنوعی از نانو الیاف و ساختارهای سلولزی معرفی شده و در تولید انواع نانو کامپوزیت‌های ماتریس پلیمری به‌عنوان عوامل تقویت‌کننده مورداستفاده و بررسی قرارگرفته‌اند. اصلاح طبیعت آبدوست نانو ساختارهای سلولزی که از فراوانی گروه‌های هیدروکسیل در ساختار آن ناشی می‌گردد، با هدف رسیدن به مطلوب‌ترین سطح کارایی در نانو کامپوزیت‌ها، طیف وسیعی از مطالعات را به خود تخصیص داده است. چنانکه پیش‌بینی می‌شود در سال‌های آتی نانو الیاف سلولزی آمیخته با رزین‌های مهندسی همچون رزین اپوکسی در طیف بسیار گسترده‌ای جایگزین بسیاری از مواد مصرفی کنونی در صنایع مختلف خواهند بود. با توجه به اهمیت ویژگی‌های مکانیکی در توسعه کاربردی- صنعتی مواد، لزوم این مطالعه بیش از پیش آشکار می‌گردد.

در این تحقیق به توضیح و بررسی مفاهیم کلی سطوح انرژی سطحی و عمقی به‌عنوان یکی از عمده مشکلاتی که موجب عدم شرکت صحیح پذیرنده‌ها در خواص الکتریکی دلخواه در شبکه نیم‌رساناهای دارای گاف انرژی پهن و به‌طور مشخص اکسیدروی نوع مثبت می‌گردد، پرداخته و سپس نگاهی بر سطوح انرژی هریک از نقصان‌های ذاتی شبکه اکسیدروی خواهد شد. به نظر می‌رسد دقت در جایگاه قرارگیری تراز انرژی دوپنت‌های انتخابی می‌تواند سهم بسزایی در بهینه‌سازی کیفیت نانو ساختارهای اکسیدروی داشته باشد.

ایروژلها، نانوموادی متخلخل، سبک با سطح تماس بسیار بالا می باشند. بر حسب نوع پیشماده بکاررفته برای ساخت این مواد، میتوان آنها را به سه دسته کلی معدنی، آلی و زیستی تقسیم بندی نمود. روش های ساخت متنوعی برای این مواد وجود دارد که همه آنها شامل پلیمری شدن یک یا چند پیش- ماده و تشکیل ماتریکس سل-ژلی است که در آن، حفرات با حلال واکنش پر شده اند. برای تولید ایروژل از این ژل خیس، حلال باید طوری از آن خارج گردد که به حفرات صدمه ای وارد نشده و ساختار متخلخل ایروژل دست نخورده باقی بماند. برای این منظور از روش های خشک کردن خاص مانند روش فوق بحرانی، فریز نمودن و یا تعویض حلال استفاده میشود. روش خشک نمودن، کاتالیست مورد استفاده و حلال نقش تعیین کننده در ویژگیهای ایروژل سنتز شده دارند. ایروژلها کاربردهای متنوعی مانند ساخت عایقهای صوتی و حرارتی، کاتالیستها، پیلهای سوختی، ابرخازنها، نمگیرها، باتریها و... دارند. از جمله جذابترین این کاربردها، توسعه کاتالیستهای جدید می باشد. در این راستا می توان از ایروژل ها به عنوان کاتالیست و یا بستر آن استفاده نمود. بعلاوه گزارشات جالبی در زمینه تثبیت آنزیمها برای سنتز کاتالیستهای زیستی جدید و همچنین استفاده از ایروژلها برای توسعه الکتروکاتالیستها و فتوکاتالیستها منتشر شده است. در این مقاله ضمن معرفی ایروژلها، به طور اجمالی به تقسیمبندی، روش های ساخت و کاربردهای کاتالیزوری مختلف آنها اشاره می شود. در بخش بعدی مقاله به طور اختصاصی به تشریح کاربردهای کاتالیستی این مواد می پردازیم.

داستان استفاده از پدیده فراتبدیل پس از پیدایش آن در سال 1590، همچنان ادامه دارد. فراتبدیل همان آنتی استوکس بوده و به معنای جذب پی درپی فوتونهای کم انرژی و انتشار فوتونی با انرژی بالاتر می باشد. موادی با چنین تونایی را، فرامبدل می نامند. معمولا این مواد دارای یک میزبان و یک یا چندین یون آلاییده کننده می باشند. سازوکارهای نشر فراتبدیل عبارتند از جذب تراز برانگیخته، انتقال انرژی، بهمن فوتونی، مهاجرت انرژی و فراتبدیل مشارکتی. بسته به نوع میزبان و اندازه ذرات، از این مواد در کاربردهای متفاوتی از قبیل درمانهای نوری-دینامیکی، بیماری و سرطان ، تصویربرداری های پزشکی،مرکب های چاپ امنیتی(هولوگرام ها، کدهای پاسخ سریع، بارکدها)، پوششهای ضدمیکروبی، حسگرها، پیلهای خورشیدی، حذف آلاینده ها از پساب های رنگرزی و پخت مواد دندانی استفاده می شود. بنابراین روش های سنتز متفاوتی برایشان گزارش شده است. هدف قسمت اول این گزارش معرفی این نانومواد، روش های سنتز و مشخصهیابی ساختار وانتشار فراتبدیل این نانوذرات و بررسی اثر پارامترهای مختلف بر این نانوذرات است. در قسمت دوم نیز سازوکارهای فراتبدیل و کاربردهای نانوذرات شرح داده خواهد شد.

یکی از جدیدترین علومی که زندگی بشر را دگرگون ساخته، فناوری نانو است. به دلیل نیاز روز افزون بشر به غذا، هرگونه تغییر و تحولی در آنها نقش به سزایی در تغییر کیفیت زندگی خواهد داشت. نانوتکنولوژی شاخه ای از علم بوده که به سرعت در حال پیشرفت است و اخیرا در زمینه های مختلف داروسازی، آرایشی، کشاورزی و غذا راه پیدا کرده است. به این ترتیب نانوتکنولوژی به عنوان یک رویکرد جدید و همگرا کننده همه رشته ها در علوم مختلف پزشکی، داروسازی، کشاورزی، صنایع غذایی و علوم دیگر، این امکان را فراهم کرده تا بتوانیم با برقراری ارتباط بین این رشته ها و ایجاد روش های نوین، باعث بهبود بازده محصولات غذایی، ایمنی غذا، نگهداری و توزیع مواد غذایی و درنهایت افزایش جذب و پایداری آنها در بدن شویم. یکی از فناوریهای نانو که اخیرا پیشرفت وسیعی در صنعت غذا داشته تولید نانولیپوزوم های حاوی مواد فعال غذایی می باشد تا با استفاده از آن و با به کارگیری روش هایی نظیر انکپسوله کردن، بتوان اجزاء فعال غذایی را در برابر تغییرات شیمیایی و محیطی پایدار کرده، از تجزیه آنها جلوگیری نموده و به این ترتیب مدت زمان نگهداری و قابلیت دسترسی آنها را افزایش داد.

مواد طبیعی در مقیاس نانو ممکن است در کاربردهای متعددی ازجمله صنعت بسته بندی استفاده شوند. دلایل اصلی بسته بندی غذاها با این مواد، حفاظت ماده غذایی از گرد و خاک، گازها، نور، میکروب های بیماری زا، و رطوبت است. اصولا، این مواد ایمن، خنثی، ارزان و قابل دسترس هستند. علاوه براین، خصوصیاتی مانند ویژگی های مکانیکی، الکتریکی، حرارتی، نوری، و الکتروشیمیایی نانوکامپوزیت ها نسبت به ترکیبات معمولی، کاملا متفاوت است. یکی از کاربردی ترین استفاده از نانوکامپوزیت ها در بسته بندی مواد غذایی، افزودن ترکیبات در اندازه نانو به مواد بسته بندی متداول مثل فلز، شیشه، کاغذ، پلاستیکهای ساختگی مانند پلی اتیلن، پلی پروپیلن، پلی استایرن ، پلی اتیلن ترفتالات، و پلی وینیل کلراید می باشد. همچنین، در سالهای اخیر، استفاده از مواد پرکننده نانویی در تهیه فیلم های طبیعی بسیار مطالعه شده است. از این رو، مقاله حاضر، تلاش می کند تا نانوکامپوزیت های طبیعی مختلف را به خوانندگان معرفی کند، و کاربرد پلیمرهای طبیعی نانویی در صنعت بسته بندی مواد غذایی را همراه با مثال، مرور نماید. در اصل، مواد بسته بندی نانویی با استفاده از مواد معدنی رس ازجمله مونتموریولونیت در سال 1509 به نوعی شروع شد و استفاده از آن همچنان در پلیمرهای طبیعی مختلف رو به گسترش است. جزییات بیشتر در مورد کاربرد پلیمرهای طبیعی نانویی در صنعت بسته بندی در طول مقاله ارایه می شود.

در سالهای اخیر، نانو تکنولوژی کلید توسعه ترکیبات و مواد شیمیایی در ابعاد نانو بوده است که باعث تولید موادی با نسبت سطح/حجم زیاد و با ویژگیهای فیزیکی، شیمیایی و مکانیکی عالی شده است. نانو موادی همچون نقره، مس، روی و کیتوزان از جمله گسترده ترین مواد پرقدرت به منظور تولید فرآورده های ضدباکتری به ویژه اصلاح الیاف سلولزی بوده است. همچنین نانو رس ها موادی طبیعی با ساختار لایه ای و سطح ویژه زیاد می باشند که با توجه به ویژگی توان بالا در مبادله یونی، مصرف آنها در زمینه های مختلف، اعم از پزشکی در حال افزایش است. علاوه براین، ساختار چندلایه در این مواد باعث ممانعت از عبور گازها می شود که خود در صنعت دارای اهمیت زیادی است. به دلایل مختلف کاغذ در برابر عوامل بیولیوژیکی و میکروبی ضعیف می باشد، چون که مستعد رشد میکروارگانیسمها می باشد. بنابراین تامین مقاومتهای لازم برای مصرف مشتری و همچنین حفظ سلامت افراد از جمله مهم ترین اهداف واحدهای تولیدی کاغذ می باشد. بدین منظور استفاده از نانوذرات می تواند برای دستیابی به این اهداف موثر و مفید باشد.