وبلاگ

1-1) فناوری نانو – مفاهیم بنیادین و تعاریف

فناوری نانو واژه ای است کلی که به تمام فناوری های پیشرفته در عرصه کار با مقیاس نانو اطلاق می شود. معمولاً منظور از مقیاس نانو ابعادی در حدود 1nm تا 100nm می باشد. (1 نانومتر یک میلیاردیم متر است). اولین جرقه نانوتکنولوژی (البته در آن زمان هنوز به این نام شناخته نشده بود) در سال 1959 زده شد. در این سال ریچارد فاینمن طی یک سخنرانی با عنوان «فضای زیادی در سطوح پایین وجود دارد» ایده نانو تکنولوژی را مطرح ساخت. وی این نظریه را ارائه داد که در آینده ای نزدیک می توانیم مولکول ها و اتم ها را به صورت مسقیم دستکاری کنیم. واژه فناوری نانو اولین بار توسط نوریوتاینگوچی استاد دانشگاه علوم توکیو در سال 1974 بر زبانها جاری شد. او

 این واژه را برای توصیف ساخت مواد (وسایل) دقیقی که تلورانس ابعادی آنها در حد نانومتر می باشد، به کار برد. در سال 1986 این واژه توسط کی اریک درکسلر در کتابی تحت عنوان: «موتور آفرینش: آغاز دوران نانو فناوری» بازآفرینی و تعریف مجدد شد. وی این واژه را به شکل عمیق تری در رساله دکترای خود مورد بررسی قرار داده و بعدها آن را در کتابی تحت عنوان «نانوسیستم ها ماشین های مولکولی چگونگی ساخت و محاسبات آنها» توسعه داد.

مقیاس نانو
سازمان بین المللی استانداردها یک متر را بدین گونه تعریف کرده است: طولی که توسط نور در خلأ در بازه زمانی 1/29979457 ثانیه طی می شود، یک متر می باشد و یک نانومتر 9 – 10 متر می باشد. با ایجاد ارتباط میان اندازه اتم ها و مقیاس نانو می توان یک نانومتر را راحت تر تصور کرد. یک نانومتر برابر قطر 10 اتم هیدروژن و یا 5 اتم سیلسیم می باشد. درك این موضوع برای افراد معمولی نیز راحت تر می باشد .همچنین:یک نانو متر یک میلیاریم متر است .یک گلبول قرمز دارای عرض تقریبی هفت هزار نانومتر است. یک مولکول آب دارای قطری حدود 1 نانو متراست. مولکول اندازه پروتئینها بین 1 تا 20 نانومتر است. طبق تعاریف مقیاس طولی بین 1 نانومتر تا 100 نانومتر را مقیاس نانو می گویند.

در نیم قرن اخیر تعداد قابل توجهی از پلیمرها با ساختار متفاوت برای کاربردهای مختلف تولید و مورد مصرف قرار گرفته اند. با این حال پیشرفت سریع تکنولوژی در زمینه های گوناگون موارد کاربردی فراوانی را به وجود آورده است به طوری که نیاز روزافزونی به ارتقا خواص پلیمرها وجود دارد.

موفقیت چشمگیر استفاده از نانو ذرات در ماتریس های پلیمری جهت ارتقا خواص مواد پلیمری برای کاربردهای مختلف و دستیابی به فن آوری های تولید نانو کامپوزیت های پیشرفته و شناخت ویژگی های رئولوژیکی و خواص فیزیکی – مکانیکی استثنایی آنها در سال های اخیر توجه بسیاری از محققین را به خود جلب کرده است.

پلی اتیلن ترفتالات (PET) که پرمصرف ترین لیف حال حاضر می باشد دارای خصوصیات بالقوه ای است که هر روز آن را بیش از پیش در کانون توجه قرار می دهد و با ورود آن به دنیای نانو افق های جدیدی از کاربردها را می توان برای آن متصور شد.
یکی از مهمترین جنبه های مطالعاتی در رابطه با تولید نانو کامپوزیت های پلیمری پخش یکنواخت نانو ذرات به واسطه سازگاری بین نانو ذرات مورد استفاده با ماتریس پلیمری می باشد. رفتار رئولوژیکی، فرایند پذیری، خواص فیزیکی و مکانیکی محصولات تولید شده به طور قابل ملاحظه ای تحت تاثیر پخش یکنواخت نانو ذرات قرار دارند.
لازمه باز شدن صفحات کلی و پخش یکنواخت آنها در ماتریس پلیمری، ورود زنجیره های پلیمری به واسطه اصلاح سطوح نانو کلی با سازگار کردن این سطوح با زنجیره های پلیمری ماتریس می باشد.
اصلاح سطوح کلی توسط مواد اصلاح کننده که معمولا از خانواده اسیدهای چرب می باشند باعث می گردد تا نه فقط فاصله بین صفحات افزایش یابد بلکه از طریق افزایش سازگاری با پلیمرها سرعت و شدت نفوذ در فرایند باز کردن صفحات (Intercalated) افزایش یابد.
با این حال اصلاح سطوح کلی برای انجام فرایند جداسازی صفحات کلی کافی نمی باشد و در بیشتر موارد لازم است تا از مواد سازگار کننده استفاده گردد.

سرامیکها، گروهی از مواد را تشکیل می دهند که توجه زیادی را در 30 سال گذشته، خصوصا در دهه اخیر به خود جلب نموده اند، اگر چه بشر استفاده از سرامیکها را احتمالا از زمان دسترسی به مواد اولیه آنها با شکل دادن خاك رس به صورت سفالی و آجر و غیره آغاز کرده است.
بعد از جنگ جهانی دوم، سرامیکها برای ایجاد مواد پیشرفته مورد استفاده در کامپیوترها، الکترونیک نظیر خازنها، ترمیستورها، وریستورها، وسلیل پیزو الکتریک و دیگر قطعات مورد مطالعه و بررسی قرار گرفتند.
ابزارهای برشی سرامیکی در صنعت برای ماشینکاری سخت مورد استفاده واقع شدند. کامپوزیتهای زمینه سرامیکی مواد نسبتاً جدیدی می باشند که به صورت قابل ملاحظه ای دارای تافنس شکست بالاتر و اعتماد پذیری بیشتر در مقایسه با سرامیکهای مونو لیتیک (یکپارچه) می باشند، که سبب فراهم آمدن پتانسیل لازم برای جایگزینی قطعات در بسیاری از کاربردهای قطعات مهندسی سازه ای (کاربردهای مکانیکی) می گردد.مواد سرامیکی جزو مهمترین گروه های مواد می باشند که دارای بسیاری از کاربردها در آینده خواهند بود. با وجود این در میان موانع عمده ای که در استفاده گسترده امروزی آنها وجود دارد، می توان حد تافتنس نسبتا پایین، مسائل م ورد مواجه در ساخت آنها، و نتیجتاً قیمت بالای آنها را نام برد. بنابر این بیشتر تحقیقات در یافتن راه حل برای این مشکلات متمرکز گردیده است که افزایش درك و شناخت لازم در موارد مرتبط را ضروری می نماید.

به طور کلی 3 مرحله برای تولید محصولات سرامیکی در کاربردهای مهندسی مورد بحث قرار می گیرد که عبارتند از:

فرآیند قبل پخت، شکل دادن خام، پخت و متراکم شدن.
فرآیندهای قبل پخت مراحل مقدماتی می باشند که مواد خام تا مرحله شکل دادن خام تحت عملیات قرار می گیرند. شکل دادن خام مرحله ای می باشد که در آن پودر های سرامیکی به شکل تمام شده مورد نظر در قبل از پخت و متراکم شدن نهایی در می آیند. روشهای شکل دادن خام شامل روشهای صنعتی و آزمایشگاهی است. پخت یا متراکم شدن مرحله ای است که در آن محصول نهایی حاصل می شود که معمولاً توسط پخت در دمای بالا اجرا می شود. که در این مرحله زینتر کردن مهمترین فرآیند متراکم نمودن سرامیکها می باشد.
سرامیکها امروزه در اکثر صنایع مهم و کلیدی کاربرد های فراوانی پیدا کرده اند. که از آن جمله می توان صنعت نساجی و کاربرد الیاف سرامیک در موارد مختلف را نام برد. امروزه روند تولید الیاف سرامیک با روشهای نوین روز به روز در حال افزایش بوده و تحقیقات فراوانی بر روی آن انجام می شود.
در این تحقیق در ابتدا به طور مختصر و کلی به سرامیکها و مواد تشکیل دهنده آنها پرداخته شده و سپس  تقسیم بندی الیاف سرامیک بر و ساختار زیرکونیوم و ترکیبات اکسیدی آن و کاربرد آن در روشهای مختلف تولید الیاف سرامیک که بیشتر در روشهای نوین می باشد، مورد بررسی قرار می گیرد.

نپ گره کوچکی از الیاف می باشد که از بهم پیچیدگی یک یا چند لیف به دور خود و یا اطراف یک هسته خارجی (مانند تکه ای از پوست پنبه دانه) به وجود می آید. هنگام بررسی ساختمان سست شده یک نپ فاستونی (یعنی هنگامی که گره الیاف بهم پیچیده شده را سست کنیم) از لحاظ طرز قرارگیری، نپ پنبه در مقایسه با نپ فاستونی فرم جمع و جورتری را دارد. Hebert گزارش نموده است که در اکثر موارد نپ های لیفی حداقل 5 لیف و به طور متوسط 16 لیف یا بیشتر را شامل می شوند. علاوه بر آن 96% از نپ های لیفی مطالعه شده دارای الیاف نارش بودند در حالی که تنها 50% تمام نپ ها دارای 100% لیف نارس بودند. نپ لیف پنبه که هنوز وارد خط ریسندگی نشده یک ساختمان Core Structure با دانسیته نسبی بیشتر الیاف در مرکز نپ دارا می باشد. قطر این ساختمان به 0/3 تا 3mm می رسد. طرز قرارگیری الیاف در نپ به صورتی است که طول آن بین 5 تا 10mm و گهگاهی تا 25mm می باشد. نپ در نخ دارای خصوصیات زیر می باشد یک نپ کوچک نخ طولی حدود 1mm و جرمی به اندازه دو برابر میانگین جرم نخ دارد. یک نپ بزرگ نخ می تواند حداکثر طولی به اندازه 2mm و جرمی به اندازه 200% دانسیته خطی متوسط نخ داشته باشد. حساسیت تنظیمات برای تشخیص نپ در نخ رینگ (کارد شده یا شانه شده)

 200% دانسیته خطی متوسط نخ می باشد و برای نخ های چرخانه این حساسیت تا 280% می رسد. کاهش حساسیت برای تشخیص نپ در نخ های چرخانه به این دلیل است که در این سیستم ریسندگی نپ ها به مغز نخ فرستاده می شوند بنابراین در تولید نهایی کمتر قابل دید می باشند.

افراد مختلف بر روی نپ مطالعه کرده و نپ ها را دسته بندی کرده اند، در سال 1993 Pearson پانزده گونه از انواع نپ را شرح داده است که این گونه ها براساس نوع لیف و مواد خارجی موجود در آن شناسایی گردیده اند. در حالی که Lord 5 نوع نپ را تشریح می کند به طور عمومی پذیرفته شده است که نپ ها به دو گروه اساسی دسته بندی می شوند.
1) در پنبه پاک نشده (پنبه از پنبه دانه جدا نشده) مواد خارجی طبیعی مانند پنبه دانه، برگ، شن و سنگ ریزه به الیاف متصل شده اند هنگامی که پنبه پاک می شود الیاف پنبه تکه هایی از پوست پنبه دانه را در بر می گیرند که باعث به وجود آمدن نپ از نوع طبیعی (neps biological) می شوند که معمولا وابسته به پنبه دانه تغییر شکل داده شده، تخمدان های بارور نشده و دانه های مرده می باشند.
2) نپ هایی که در اثر انجام اعمال مکانیکی بر روی لیف پنبه در حین فرآیند تشکیل نخ به وجود می آیند و جایگاه اصلی خود را در راستای فرآیند حفظ می کنند.

ای بر سنگشوئی کالای جین
1-1- تاریخچه:
وقتی که در مورد جین صحبت می کنیم اسم Levi جزء اولین هاست، Levi Strauss را پدر جین می نامند. Levi متوجه حفاران طلا شد که در معادن به سختی کار می کنند و لباس های کار آنها به سرعت فرسوده می شود. لذا Levi از اضافه تکه پارچه های قهوه ای بادبانی که با خود داشت شلوارهای بسیار محکمی دوخت و آنها را به صورت لباس کار نیمه تن درآورد، بعد از مدتی Levi شلوارهایی از پارچه های ارزان قیمت که از Genova به دست آمده بود، تهیه کرد.
از آن زمان Genova یک کشور شکوفا و موفق بود که پنبه را به سراسر جهان صادر می کرد نام شهر Genova به زبان عامیانه آمریکایی Jean نام گرفت. در اواخر دهه شصت قرن نوزدهم، Levi، پارچه های پنبه ای با مقاومت سایش بالا را همراه رنگزینه نیل جایگزین پارچه های بادبانی کرد.

این پارچه به Sergedenimes معروف شد. Serge یک عبارت فرانسوی است که بیانگر بافت فشرده سرژه می باشد و Nimes نام یک شهر فرانسوی است که پارچه مورد نظر از آنجا تهیه می شد. این Sergede Nimes خیلی سریع به Denim در زبان محاوره ای آمریکا مبدل گشت. با تلفیق رنگزای نیلی همراه با پارچه های سرژه (کج را)، نوعی پارچه به نام جین به وجود آمد. فردی به نام jacob لباس های کار را به کمک نخ و سوزنی وصله می کرد. در یکی از آن روزها شخص دیگری، Jacob را برانگیخت که جهت تعمیر جیب های پاره شده از پرچ استفاده کند از آن رو Jacob تشویق شد و از تعمیر لباس کار به روش پرچ پول زیادی به دست آورد. Jacob نگران بود که مبادا ایده اش به سرقت رود لذا برای ثبت اختراع خود به دنبال یک شرکت سرمایه دار گشت تا هدفش را تحقق بخشد. به همین خاطر با شخصی که تولیدکننده این لباس ها بود یعنی Levi وارد مذاکره شد. Levi نیز درخواست Jacob را پذیرفت و پروانه ساخت پرچ مستحکم ترین لباس های کار به نام این دو شخص ثبت گردید و Levi صاحب 50% این سهم شد. به دنبال موفقیت سریع کار او در بازار نساجی آن روز Levi به ثروت قابل توجهی دست یافت و صاحب چندین کارخانه و بانک گردید. اما کارخانه ای که او بنا نهاد هنوز به عنوان یکی از برجسته ترین کارخانه های تولیدکننده البسه در بازار جهانی نساجی مشغول به کار است. محصولات این کارخانه با تغییرات و پیشرفت های زیادی که داشته است هنوز هم تحت نام Levi’s شناخته می شود.