c (3242)

By92

c (3242)

دانشگاه آزاد اسلامي واحد تهران شرق
دانشكده علوم پايه
گروه شيمي
پايان نامه كارشناسي ارشد رشته‌ي شيمي گرايش معدني
عنوان پایان نامه
مطالعه تجربي و نظري فاضلابهاي صنعتي حاوي برخي يون‌هاي فلزات سنگين توسط ساختارهاي نانو و نانويي فعال شده
استاد راهنما:
دكتر معصومه عباسي
استاد مشاور:
دكتر ليلا صاعدي
نگارنده:
بهنام فرهنگ ريك
بهمن 1392
کلیه حقوق مادی و معنوی بر آمده از نتایج این
مطالعات، ابتکارات و نوآوری های حاصل از تحقیق
موضوع این پایان نامه متعلق به دانشگاه آزاد اسلامی
واحد تهران شرق می باشد.
فرم شماره 11- صورتجلسه دفاع
***********************
جلسه دفاع از پایان نامه کارشناسی ارشد خانم/آقای بهنام فرهنگ ریک دانشجوی رشته شیمی معدنی با شماره دانشجویی 900737654 با عنوان مطالحه تجربی و نظری فاضلاب های صنعتی حاوی برخی یون های فلزات سنگین توسط ساختارهای نانو و نانویی فعال شده با حضور استاد راهنما، استاد(استادان) مشاور و هیات داوران در دانشگاه آزاد اسلامی واحد تهران شرق در تاریخ 9/11/92 تشگیل گردید. در این جلسه، پایان نامه با موفقیت مورد دفاع قرار گرفت.
نامبرده نمره(بدون ارائه مقاله).
—— = نمره نهایی باامتیاز ——+ نمره پایان نامه —— نمره مقاله
(جهت ثبت در کارنامه تحصیلی دانشجو)
تاریخ و امتیازدانشگاه یا موسسهمرتبه دانشگاهینام و نام خانوادگیمشخصات هیات داورانردیفاستاد/اساتید راهنما1استاد/اساتید مشاور2استاد داور3ناظر پژوهشی واحد4
رییس دانشکده علوم پایه:نماینده تحصیلات تکمیلی:مدیر گروه آموزشی:تاریخ و امضاءتاریخ و امضاءتاریخ و امضاء
تعهد نامه اصالت رساله یا پایان نامه
اینجانب بهنام فرهنگ ریک دانش آموخته مقطع کارشناسی ارشد ناپیوسته در رشته شیمی معدنی که در تاریخ 9/11/92 از پایان نامه خود تحت عنوان”مطالعه تجربی و نظری فاضلابهای صنعتی حاوی برخی یونهای فلزات سنگین توسط ساختارهای نانو و نانویی فعال شده”با کسب نمره70/19و درجه خیلی خوب دفاع نموده ام بدین وسیله متعهد می شوم:
این پایان نامه/رساله حاصل تحقیق و پژوهش انجام شده توسط اینجانب بوده و در مواردی که از دستاوردهای علمی و پژوهشی دیگران(اعم از پایان نامه، کتاب، مقاله و …) استفاده نمودهام، مطابق ضوابط و رویه موجود، نام منبع مورد استفاده و سایر مشخصات آن را در فهرست مربوطه ذکر و درج کردهام.
این پایان نامه/رساله قبلاً برای دریافت هیچ مدرک تحصیلی(هم سطح،پایین تر یا بالاتر) در سایر دانشگاهها و موسسات آموزش عالی ارائه نشده است.
چنانچه بعد از فراغت از تحصیل، قصد استفاده و هرگونه بهره برداری اعم از چاپ کتاب، ثبت اختراع و … از این پایان نامه داشته باشم، از حوزه معاونت پژوهشی واحد مجوزهای مربوطه را اخذ نمایم.
چنانچه در هر مقطع زمانی خلاف موارد فوق ثابت شود، عواقب ناشی از آن را می پذیرم و واحد دانشگاهی مجاز است با اینجانب مطابق ضوابط و مقررات رفتار نموده و در صورت ابطال مدرک تحصیلی ام هیچگونه ادعایی نخواهم داشت.
تقدیم:
«تقدیم به بهترین های زندگیم»
به روح پدر بزرگوارم
مادر عزیزم
برادران و خواهر گرامیم
و
ʺآنهایی که دوستشان دارم″
سپاسگزاری:
از زحمات بی دریغ جناب خانم دکتر معصومه عباسی که راهنمایی این پایان نامه را به عهده داشتند و در ثمر رسیدن آن اینجانب را یاری نمودند، صمیمانه تشکر نموده و توفیق روز افزون ایشان را از خداوند متعال خواستارم. و همچنین از استاد محترم سرکار خانم دکتر لیلا صاعدی که مشاور این کار تحقیقاتی را در طول مدت تحقیق به عهده داشته اند صمیمانه تشکر و قدر دانی نمایم.
از استاد محترم جناب آقای دکتر رضا غیاثی که زحمت مطالحه پایان نامه و داوری را تقبل نموده اند، ممنون و سپاسگزارم.
برخود لازم می دانم از زحمات خانواده عزیزم که، همواره از محبت ایشان برخوردار بوده ام تشکر نمایم و برای آنها آرزوی سلامتی و موفقیت می نمایم.
چکیده:
در این بررسی اثر استخلاف آمیدی روی سطح اکسید گرافن مورد مطالعه قرار گرفت. دو آمین برای تغییر سطح تماس و میزان جذب انتخاب شد. از یک دی آمین خطی مثل اتیلن دی آمین1 و آمین حلقوی 6-آمینو اوراسیل2 با دو مشخصه متفاوت مورد ارزیابی واقع شدند. بعد از سنتز و شناسایی محصولات در حضور یون های فلزی مس، سرب و کادمیم در محیط آبی میزان جذب توسط هر یک از جاذبها اندازه گیری شد.
در این تحقیق هدف بهبود خصوصیات پیوندی گرافن اکسید3 توسط دو نوع آمین مد نظر می باشد. افزودن آمین به اکسید گرافن ایجاد آمید می کند و گرافن به نوعی بهینه شده و ترکیبی با خصوصیت بهتر برای جذب یونهای فلزی در دمای اتاق بوجود می آورد. در ادامه، تاثیر غلظت یون فلزی، مقدار جاذب(وزنی) و زمان بررسی شد. یون Cu+2 نسبت به یونهای Pb+2و Cd+2بهتر توسط هر سه جاذب جذب بیشتری نشان می دهد. میزان جذب یونهای فلزی روی هر یک از جاذبها بصورت زیر مشاهده شده است Cu+2>Pb+2>Cd+2 بطوریکه روند جذب یونها روی هر یک از جاذبها برای یون فلزی مس بیشترین مقدار است از طرف دیگر، رفتار واجذبی یونهای فلزات سنگین در سطح GO نشان می دهد که GO را می توان پس از شستشو با محلول HCl مورد استفاده مجدد قرار داد. این تحقیقات نشان می دهد که GO-ethylenediamine می تواند یک جاذب موثر برای حذف یونهای فلزات سنگین سمی از محلول های آبی باشد. این بررسی همزمان توسط روش تئوری نیز مطالعه شد در بررسی های انجام شده با استفاده از نرم افزار گوسین4 میزان انرژی پایداری، انرژی گرمایی و انرژی آزاد گیبس در دو فاز حلال و گازی با مجموعه پایه g21-3 و (p,d)g31-6 برای یونهای فلزات مس، کادمیم، سرب و جاذبهای نانویی مانند گرافن اکساید، 6-آمینو اوراسیل و اتیلن دی آمین بررسی شد. نتایج نشان می دهد میزان پایداری و برهمکنش بیشتر یون فلز مس برای جذب سطحی5 شدن روی سطح اتیلن دی آمین بیشتر است(به خاطر گروه عاملی زیادی که دارد) و این جاذب و جذب شونده به عنوان فیلتر مناسب برای حذف فلزات آلاینده ها می توان استفاده کرد.
کلمات کلیدی:گرافن اکسید بهینه شده، جذب یونهای فلزی توسط مشتقات گرافن اکسید، حذف آلاینده ها فلزی، مطالعه تئوری
«فهرست مطالب»
عنوان صفحه
فصل اول: مروری بر پیشینه پژوهش و تحقیق
1-1- مقدمه2
1-2- مفهوم نانو2
1-3- فناوری نانو چیست؟3
1-4- چرا نانو فناوری؟4
1-5- اهمیت فناوری نانو4
1-6- تفاوت فناوری نانو با فناوریهای دیگر5
1-7- طبقه بندی نانو تکنولوژی5
1-7-1-Wet nanotechnology 5
1-7-2-Dry Nanotechnology 5
1-7-3- Nano computational6
1-8- دسته ‌بندی مواد در فناوری نانو6
1-8-1- نانو لایه6
1-8-2- نانو پوشش6
1-8-3- نانو خوشه6
1-8-4- نانو سیم6
1-8-5- نانو لوله6
1-8-6- نانو حفره7
1-8-7- نانو ذرات7
1-8-8- فولرین7
1-8-1- نانو لایه7
1-8-2- نانو پوشش7
1-8-3- نانو خوشه7
1-8-4- نانو سیم7
1-8-5- نانو لوله8
1-8-5-1- نانو لوله ها در دو دسته اصلی وجود دارند9
1-8-5-2- ویژگی های نانو لوله های کربنی9
1-8-6- نانو حفره10
1-8-7- نانو ذره10
1-8-7-1- خواص نانو ذرات10
1-8-8- فولرین ها11
1-8-8-1- کاربردهای فولرین‌ها12
1-8-1- ابزار های تشخیص در علوم نانو13
1-9-1- میکروسکوپ نیروی اتمی(AFM)13
1-9-2- میکروسکوپ تونلی روبشي(STM)13
1-9-3- میکروسکوپ نیروی مغناطیسی(MFM)14
1-9-4- میکروسکوپ الکترونی عبوری(TEM)14
1-9-5- میکروسکوپ الکترونی روبشی(SEM)14
1-10- گرافن(Graphene)14
1-11- کاربردهای گرافن18
1-12- ساختار الکترونی گرافن18
1-13- کاربری محیط زیست19
1-14- عوامل تأثیر گذار بر آب20
1-14-1- آلودگی شیمیایی21
1-14-2- آلودگی بیولوژیکی21
1-15- مواد معدنی در آب و اثرات آن ها21
1-15-1- کادمیم21
1-15-2- سرب22
1-16- کلیات جذب اتمی(AAS)22
1-17- برتریهای جذب اتمی(AAS)23
1-18- شیمی محاسباتی24
1-19- مروری بر روش های نظری در مکانیک کوانتومی25
1-20- تقریب بورن-اپنهایمر26
1-21- روش های حل معادله ی شرودینگر الکترونی27
1-22- بهینه کردن شکل هندسی تعادلی مولکول27
1-23- تابع موج تک الکترونی و روش هارتری-فاک27
1-24- روش مکانیک مولکولی29
1-25- روش مکانیک کوانتومی30
1-25-1- روش نیمه تجربی30
1-25-2- روش های آغازین31
1-25-2-1- نظریه اختلال مولر-پلست………………………………………………………………….31
1-25-2-2- روش میدان خود سازگار(SCF)هارتری-فاک32
1-25-2-3- برهم کنش آرایشی ها(CI)33
1-25-2-4- همبستگی الکترونی33
1-25-2-5- نظریه تابعیت چگالی(DFT)33
1-25-2-6- قابلیتDFT 35
1-25- مجموعه پایه35
1-26- اوربیتال های اسلیتری(STO)36
1-27- مجموعه های پایه گوسی(GTO)37
1-28- تقسیم بندی انواع مجموعه های پایه37
1-29- طبقه بندی توابع ساده38
1-29-1- مجموعه های پایه ی مینیمال38
1-29-2- مجموعه ی پایه با لایه ی والانس شکافته38
1-29-3-مجموعه های پایه قطبیده39
1-29-4-توابع پخشی39
1-29-5- مجموعه ی توابع پیشرفته39
1-30- محاسبات تک نقطه ای(single Point)40
1-31- برخی از قابلیت های نرم افزار گوسین41
فصل دوم: بخش تجربی، مواد و روش های تحقیق
2-1- روش تحقیق و مواد43
2-1-1- مواد شیمیایی43
2-1-2- وسایل آزمایشگاهی43
2-1-3- دستگاه44
2-2- سنتز گرافن اکساید(GO)44
2-3- آماده‌ سازی6-آمینو اوراسیل45
2-4- آماده سازی اتیلن دی آمین46
2-5- آزمایش های جذبی47
2-5-1- در حضور جاذب ثابت و زمانهای متفاوت و همچنین در حضور زمان ثابت جاذبهای متفاوت 47
2-5-2- آزمایش جذبی در غلظتهای متفاوت48
2-5-3- آزمایش جذبی در PHهای متفاوت48
فصل سوم: بحث و بررسی داده های تحقیق
3-1- تاثیر میزان جذب عناصر یونهای فلزی در حضور 2 میلی گرم از جاذب(نانو) در زمان های متفاوت59
3-2- اثر مقادیر متفاوت از جاذب 5/0، 1، 2، 561
3-3- مقایسه میزان تاثیر جذب یونهای عناصر فلزات سنگین در حضور سه جاذب در غلظتهای متفاوت62
3-4- مقایسه میزان تاثیر PH بر روی جذب یونهای فلزی مس، سرب، کادمیم در حضور سه جاذب در غلظتهای مشخص از نانو62
3-5- نرم افزارهای مورد استفاده69
3-6- بررسی و مقایسه پایداری ترکیبات برای فاز گازی با مجموعه پایه g21-370
3-7- بررسی و مقایسه پایداری ترکیبات برای فاز حلال با مجموعه پایه g21-371
3-8- بررسی و مقایسه پایداری ترکیبات برای فاز حلال با مجموعه پایه (d,p)g31-6…………….72
3-9-بررسی و مقایسه انرژی آنتالپی برای یونهای فلزی مس، کادمیم، سرب.73
3-10- بررسی و مقایسه تمایل به انجام واکنش جذب سطحی شدن از طریق محاسبه انرژی آزاد گیبس76
فصل چهارم: نتیجه گیری و پیشنهادات
4-1- نتیجه گیری کارهای انجام شده قسمت تجربی و نظری80
4-2- کارهای که در آینده می توان انجام داد.81
منابع82
«فهرست جداول»
جدول صفحه
جدول(1-1) برخی از ویژگی های نانو ذرات11
جدول(1-2) مخاطرات فلزات سنگین به صورت ترکیبات محلول برای انسان22
جدول(2-1) مواد شیمیایی43
جدول(2-2) وسایل آزمایشگاهی43
جدول(2-3) دستگاه44
جدول(3-1) تاثیر میزان جذب برای یون فلزی مس در زمانهای متفاوت با غلظت مشخص59
جدول(3-2) تاثیر میزان جذب برای یون فلزی کادمیم در زمانهای متفاوت با غلظت مشخص60
جدول(3-3) میزان جذب یون فلزی سرب در زمانهای متفاوت باغلظت 1-mgL10 از آن در دمای C°25 به مدت30 دقیقه61
جدول(3-4) دادهای جذب اتمی در حضور یون فلزی مس با جاذبهای متفاوت در زمان 30 دقیقه62
جدول(3-5) نتایج جذب اتمی یون فلزی مس در حضور غلظتهای متفاوت و به ازای 2 میلی گرم از جاذب نانو در دمای C°25 به مدت 30 دقیقه63
جدول(3-6) نتایج جذب اتمی یون فلزی کادمیم در حضور غلظتهای متفاوت و به ازای 2 میلی گرم از جاذب نانو در دمای C°25 به مدت 30 دقیقه63
جدول(3-7) نتایج جذب اتمی یون فلزی سرب در حضور غلظتهای متفاوت و به ازای 2 میلی گرم از جاذب نانو در دمای C°25 به مدت 30 دقیقه64
جدول(3-8) دادهای جذب اتمی در حضور یون فلز مس به ازای 2 میلی گرم جاذب(نانو) در PH مختلف66
جدول(3-9) دادهای جذب اتمی در حضور فلز کادمیم به ازای 2 میلی گرم جاذب(نانو) در PHمختلف67
جدول(3-10) دادهای جذب اتمی در حضور یون فلزی سرب به ازای 2 میلی گرم جاذب نانو درPH مختلف..68
جدول(3-11) مقایسه میزان پایداری انرژی بین سه سطح و سه فلز در فاز گازی با مجموعه پایهg21-371
جدول(3-12) مقایسه میزان پایداری بین سه سطح و سه فلز در فاز حلال با مجموعه پایهg21-372
جدول(3-13) مقایسه میزان پایداری بین سه سطح و سه فلز در فاز حلال با مجموعه پایه(p,d)g31-673
جدول(3-14) مقایسه گرمای واکنش بین جاذب و جذب شونده با حضور یون فلز مس(Cu+2) به عنوان جذب شونده74
جدول(3-15) مقایسه گرمای واکنش بین جاذب و جذب شونده با حضور یون فلز کادمیم(Cd+2) به عنوان جذب شونده75
جدول(3-16) مقایسه گرمای واکنش بین جاذب و جذب شونده با حضور یون فلز سرب(Pb+2) به عنوان جذب شونده76
جدول(3-17) مقایسه میزان تمایل جذب سطحی شدن بین سه سطح با حضور یون فلز مس(Cu+2)77
جدول(3-18) مقایسه میزان تمایل جذب سطحی شدن بین سه سطح با یون فلز کادمیم(Cd+2)88
جدول(3-19) مقایسه میزان تمایل جذب سطحی شدن بین سه سطح با یون فلز سرب(Pb+2)88
«فهرست نمودار»
نمودار صفحه نمودار(1-1) روش های شیمی محاسباتی…………………………………………………………..28
نمودار(3-1) تاثیر میزان جذب یون فلزی مس در زمانهای متفاوت با غلظت مشخص……………..59
نمودار(3-2) تاثیر میزان جذب برای یون فلزی کادمیم در زمانهای متفاوت با غلظت مشخص60
نمودار(3-3) تاثیر میزان جذب برای یون فلزی سرب در زمانهای متفاوت باغلظت مشخص61
نمودار(3-4) دادهای جذب اتمی در حضور یون فلزی مس با جاذبهای متفاوت در زمان 30 دقیقه62
نمودار(3-5) تاثیر میزان جذب یون فلزی مس در غلظتهای متفاوت63
نمودار(3-6) تاثیر میزان جذب یون فلزی کادمیم در غلظتهای متفاوت64
نمودار(3-7) تاثیر میزان جذب یون سرب در غلظتهای متفاوت65
نمودار(3-8) جذب فلز مس در حضور جاذب در PH مختلف67
نمودار(3-9) جذب یون فلزی کادمیم در حضور جاذب در PH مختلف68
نمودار(3-10) جذب یون فلزی سرب در حضور جاذب در PH مختلف69
«فهرست اشكال»
شکل صفحه
شکل(1-1) ارتباط نانو با علوم دیگر……..………………..………………………………….…………..6
شکل(1-2) انواعی از فولرن و اشکال مربوط………12
شکل(1-3) برش دادن دیواره‏ی نانولوله های کربنی در راستای طول نانولوله.15
شکل(1-4) ساختار اتمی صفحه گرافن: در این شکل اتم‏ های کربن با نقاط سیاه و پیوندها با نقطه چین نمایش داده شده‏ اند16
شکل(1-5) فرم های مختلف کربن گرافیتی16
شکل(1-6) ترکیبات بین لایه ای گرافیت17
شکل(1-6) ساختارهای گرافیتی کربن18
شکل(1-7) تقریب یک اوربیتال اسلیتری با استفاده از چند اوربیتال گوسین……………………….36
شکل(2-1) گرافن اکساید45
شکل(2-2) طیف UV/Vis از نانو لایه های گرافن پراکنده شده در اتانول45
شکل(2-3) 6-آمینو اوراسیل46
شکل(2-4) اتیلن دی آمین47
شکل(3-1) در طیف FTIR گرافن اکسید51
شکل(3-2) طیف FT-IR گرافن اکسید حاوی گروه 6-آمينو اوراسيل52
شکل(3-3) طیف FT-IR گرافن اکسید حاوی گروه اتیلن دی آمین52
شکل(3-4) طیف XRD گرافن اکساید53
شکل(3-5) تصویر SEM از گرافن اکسید54
شکل(3-6) تصویر SEM 6-آمینو اوراسیل55
شکل(3-7) جذب یونهای فلزی توسط برهم کنش های الکترستاتیک روی سطح GO56
شکل(3-8) تصویری از جذب یون های فلزی توسط جاذب58
فصل اول
مروری بر پیشینه پژوهش و
تحقیق
1-1- مقدمه
امروزه نانو تکنولوژی در پیشبرد دانش بشری جایگاه ویژهای یافته و اکتشافات حوزه ی نانو به علوم فیزیک و شیمی جان تازه می بخشد. علم و فناوری نانو توانایی به دست گرفتن کنترل ماده در ابعاد نانو متری و بهره برداری از خواص و پدیده های این بعد در مواد، ابزارها و سیستم های نوین است و در واقع رویکرد جدید در تولید فراورده های مورد نیاز انسان می باشد. به نظر می رسد که علم نانو و علوم مرتبط با آن جدید نیستند. صدها سال است که شیمی دانان از تکنیک های در کار خود استفاده می کنند که بی شباهت به تکنیک های امروزی نانو نیست.
مسیر تحول و شکل گیری علم نانو به شکل امروزی، با کشف محلول کلوئیدی طلا در سال 1857 توسط فارادی آغاز شد و سال 1959، فاینمن ایدهی«فضای زیاد در سطوح پایین»را برای کار با مواد در مقیاس نانو مطرح کرد در سال 1974 برای اولین بار واژهی فناوری نانو توسط تانیگوچی بر زبانها جاری شد و در دهه ی 1980 این ایده به گونه ای وسیع تری توسط دکتر درکسلر مورد بررسی قرار گرفت.
1-2- مفهوم نانو6
نانو یک پیشوند یونانی به معنای کوتوله است. یک نانومتر مقیاسی معادل یک میلیاردم متر(m9-10) می باشد، که نسبت به قطر موی سر انسان که یک دهم میلی متر است، صد هزار بار کوچکتر است[1،2[. مواد در مقیاس نانو، موادی را شامل می شود که ابعادشان در سطع کمتر از یک میکرون است. این اندازه تقریباً پهنایی معادل 3 تا 4 اتم می باشد. خواص مواد با چنین ابعاد و اندازه هایی، با مواد متعارف، اساساً متفاوت بوده و به همین لحاظ تحقیقات در حوزه ی نانو مواد،7 روز به روز فعال تر می شود]3[. از آنجا که خواص مواد قویاً به اندازه ی اجزای تشکیل دهنده و به عبارتی ریزدانه ها وابسته است، موادی که ریزدانه های آنها در مقیاس نانو طراحی می شوند از کیفیت نوینی برخور دارند که در مواد معمولی یافت نمی شود]4]. اهمیت این مقیاس طولی به این مفهوم بر می گردد که از دیدگاه مکانیک کوانتومی، خاصیت موجی الکترون های داخل ماده و تقابل اتم ها با یکدیگر، از جابه جایی مواد در مقیاس نانومتر اثر می پذیرد[6،5[.
1-3- فناوری نانو چیست؟
نخستین کسی که واژه ی فناوری نانو8 بر زبانش جاری شد نوریا تانیگوچی9، استاد دانشگاه علوم توکیو بود که در سال 1974 این واژه را برای توصیف ساخت مواد دقیقی که تولرانس ابعادی آنها در حد نانو متر است، به کار برد]8،7.[ فناوری نانو عبارت از کاربرد ذرات در ابعاد نانو است. به بیان دیگر توانمندی تولید مواد، ابزارها و سیستم های جدید، با در دست گرفتن کنترل در سطوح مولکولی، اتمی و استفاده از خواصی است که در آن سطوح ظاهر می شود[9،8 .[دست کاری هوشمندانه و کنترل هدفمند مواد در مقیاس اتمی هدف عمده ی فناوری نانو تلقی می شود[10]. لذا فناوری نانو یک رشته جدید محسوب نمی شود، بلکه رویکرد جدید در تمام رشته‌هاست[9].
یکی از ویژگی های مهم نانو فناوری، جنبه ی چند رشته ای آن است. به عبارتی، برای درک مفاهیم پایه ای و تدوین قوانین در مقیاس نانو تقریباً به تمام علوم نیاز است. به عنوان مثال به علم زیست شناسی نیاز است؛ زیرا اولاً محصولات نانو فناوری به شدت از سیستم های زیستی تبعیت می کنند، و ثانیاً محصولات نانو کاربردهای چشم گیری در زیست پزشکی دارد. علم فیزیک مورد نیاز است، زیرا دنیای نانو، دنیای تابع موج، تونل زنی کوانتومی و کشف نیروهای اتمی ناشناخته است علم شیمی مورد نیاز است، زیرا روش های پیوند مولکولها با هم دیگر و چگونگی ترکیب مواد را به ما می آموزد.
تعاریف زیادی برای فناوری نانو وجود دارد، در این میان مؤسسه‌ی پیشگامی ملی فناوری نانو در آمریکا10-که نهاد دولتی متولی این فناوری در آن کشور است-تعریفی را برای فناوری نانو ارائه می دهد که سه اصل زیر را در برمی گیرد:
تحقیق و توسعه ی فناوری در سطوح اتمی، مولکولی با ماکرومولکولی(ابر مولکولی) در مقیاس اندازهای در حدود 1 تا 100 نانو متر]10[.
ساخت و به کارگیری ساختارها، ابزارها و سیستم هایی که به علت داشتن ابعاد کوچک یا متوسط خواص و عملکرد نوینی دارند.
توانایی کنترل یا دست کاری در مقیاس اتمی]8،7 .[
1-4- چرا نانو فناوری؟
شاید این سؤال در ذهن پدید آید که چه چیزی در مقیاس نانو متری وجود دارد که یک تکنولوژی بر پایه آن نهاده شده است؟ آنچه باعث شکل گیری نانو فناوری شده است، ظهور و خواص بی نظیر در این مقیاس است. در مقیاس نانو، اشیاء شروع به تغییر رفتار می کنند و رفتار سطوح بر رفتار تودهای ماده غلبه می کند. در نتیجه برخی روابط فیزیکی که برای مواد معمولی کاربرد دارند، نقض می شود.
با کوچکتر شدن مقیاس مواد، نسبت سطح به حجم افزایش می یابد. بنابراین، نیروهای سطحی اهمیت بیشتری پیدا می کنند. در حقیقت در این مقیاس قوانین فیزیک کوانتوم وارد صحنه می ‌شوند و امکان کنترل خواص ذاتی ماده از جمله نقطه ذوب، خواص مغناطیسی، خواص الكتریکی و حتی رنگ مواد، بدون تغییر در ترکیب شیمیایی ماده وجود خواهد داشت. نسبت سطح به حجم بالا، سبب افزایش واکنش پذیری نیز خواهد شد، و مواد در مقیاس نانو، واکنش پذیرتر می باشند. هم چنین کاتالیزورهایی با کارایی بالاتر خواهیم داشت.
1-5- اهمیت فناوری نانو
فناوری نانو رویکردی جدید به علم و فناوری و پژوهش است به عبارت دیگر نگاهی بنیادی از مقیاس مولکولی به دنیای اطراف است.
تحلیلگران بر این باورند که فناوری نانو، فناوری زیستی11 و فناوری اطلاعات12 سه قلمرو علمی هستد که انقلاب سوم صنعتی را تشکیل می دهند. مهمترین عامل و محرک اصلی رشد فناوری نانو، سود اقتصادی آن می باشد. این رویکرد جدید ریشه در پنجاه سال گذشته دارد و در علوم فیزیک و شیمی ردپای آن دیده می ‌شود]11[. در فناوری نانو قادر به تولید ساختارهایی هستیم که در طبعیت موجود نیست]12[.
علم نانو و فناوری نانو، اطلاعاتی را پیرامون کنترل اندازه ی ساختارهای نانو، توزيع اندازه‌ی اين مواد و ترکیبات و نحوه‌ی چیدمان آنها ارائه می دهد. برخی از مزایای فناوری نانو، تولید مواد قویتر و کاهش هزینه های تولید است. تفاوت اصلی فناوری نانو با سایر فناوریها، در مقیاس مواد و ساختارهایی است که در این فناوری مورد استفاده قرار می ‌گیرد و معیار اصلی آن عناصر پایه است.
عناصر پایه همان عناصر نانو مقیاسی می باشند که خواص شان در حالت نانو در مقایسه با مقیاس بزرگتر تفاوت دارد. مثلاً به دلیل توسعه ی خواص ویژه ی پودرهای بسیار ریز شیمی سطح؛ نظیر تراکم، مقاومت، خواص نوری و واکنشهای سینیتکی؛ تقاضای این پودرهای ریز در حوزه ها و صنایع مختلفی مانند مواد سرامیکی از جمله خواص جالبی که نانو ذرات دارند این است که در رنگهای مختلف یافت می شوند. نانو ذرات طلا بسته به اندازه خود، می توانند نارنجی، ارغوانی، قرمز، یا آبی متمایل به سبز به نظر برسند، اما وقتی این نانو ذرات به هم متصل می شوند رنگشان زرد تبدیل می ‌شود یا محلولهای کلوئيد تیتانیم در رنگهای مختلف وجود دارد.
1-6- تفاوت فناوری نانو با فناوریهای دیگر
در فناوری نانو تنها کوچک بودن اندازه مد نظر نیست؛ بلکه زمانی که اندازه مواد در این مقیاس قرار می گیرد، خصوصیات ذاتی آنها از جمله رنگ، استحکام، مقاومت در برابر خوردگی و… تغییر می یابد.
در حقیقت اگر بخواهیم تفاوت این فناوری را با فناوری های دیگر بیان نماییم، می توانیم وجود«عناصر پایه»را به عنوان یک معیار ذکر کنیم. عناصر پایه در حقیقت همان عناصر نانو مقیاسی هستند که خواص آنها در حالت نانو مقیاس با خواص شان در مقیاس بزرگتر فرق می کند.
1-7- طبقه بندی نانو تکنولوژی
1-7-1-Wet nanotechnology
مطالعه سیستم های بیولوژیکی و سیستم هایی که محیط اطراف شان بر مبنای آب است. ساختارهای نانومتری که می توان مثال زد.
الف)مواد ژنتیکی
ب)غشاءها
ج)آنزیمها و سایر اجزای سلولی
1-7-2- Dry Nanotechnology
در این نوع در سطح علوم دیگر مثل فیزیک و شیمی مطرح است. مثل ساختارهای مولکول کربن.
1-7-3- Nano computational
نانو محاسبات، مدل سازی و شبیه سازی ترکیبات نانو متریک محاسبه و پیش بینی عملکرد ساختارهای به وجود آمده می باشد.
ارتباط نانو با علوم دیگر مثل شیمی، فیزیک، علوم مهندسی و بیولوژیکی و زیر شاخه‌هایشان را می ‌توان به صورت فلوچارت شکل(1-1) زیر نمایش داد.
شکل(1-1) ارتباط نانو با علوم دیگر
1-8- دسته بندی مواد در فناوری نانو
مواد در مقیاس نانو دارای یک بعد(پوششها و لایه ها) دو بعد(نانو سیم و نانو تیوب) و سه بعد(کلوئیدها، کوانتوم دات که ذرات تشکیل دهنده نیمه هادی‌ها هستند و نانو کریستالین ها با دانه بندی) هستند و در مقیاس نانو به دسته های زیر قابل تقسیم هستند:
1-8-1- نانو لایه
1-8-2- نانو پوشش
1-8-3- نانو خوشه
1-8-4- نانو سیم
1-8-5- نانو لوله
1-8-6- نانو حفره
1-8-7- نانو ذرات
1-8-8- فولرین
1-8-1- نانو لایه
رسوب یک لایه نازک(نانو لایه) برای پوشش دهی در اکثر صنایع جایگاه مهمی یافته است. نانو لایه ها دارای یک ساختار نانو ذرهای می باشند که این ساختار یا از توزیع نانو ذرات در لایه ایجاد می شود و یا بوسیله یک فرآیند کنترل شده، یک نانو ساختار در حین رسوب ایجاد می شود. فیلم های نانو لایه نازک، كاربردهاي عمدتا در صنعت الكترونيك دارد.
1-8-2- نانو پوشش
فناوری نانو ایجاد نانو پوشش ها را پیشنهاد می کند. نانو پوشش های حفاظتی برای افزایش مقاومت در مقابل خوردگی، افزایش سختی سطوح و حفاظت در مقابل عوام مخرب محیطی می باشند. علاوه بر آن فناوری نانو از خش برداشتن، تکه تکه شدن و خورده شدن روکشها جلوگیری می کند. از موارد استفاده نانو پوششها می توان به روکشهای ضد انعکاس در مصارف خودروسازی و سازهای، روکش‌های محافظ(ضد خش، غیر قابل رنگ آمیزی و قابل شستشوی آسان) و روکشهای تزیینی اشاره کرد.
1-8-3- نانو خوشه
با توجه به تحقیقات و محاسبات انجام شده، محققین به این نتیجه رسیدند که اتمها، سطوحی را جستجو می کنند که کمترین مقدار انرژی داشته باشد. آرایشهای 1 تا 2 نانومتری نانو خوشه ها برای وسایل پیشرفته ی نوری و الکترونیکی مناسب هستند، چون الکترونهای محبوس شده در این فضاها مجبورند که فوتون هایی با طول موج سفید ایجاد کنند. اگر خوشه ها دارای خاصیت مغناطیسی شوند می توانند برای وسایل ذخیره اطلاعات که بسیار فشرده هستند و کاتالیستها برای انجام واکنشهای شیمیایی، استفاده شوند.
1-8-4- نانو سیم
عموماً سیم به ساختاری گفته می شود که در یک جهت(جهت طولی) گسترش داده شده باشد و در دو جهت دیگر بسیار محدود شده باشد. لیکن نانوسیم، یک نانو ساختار دو بعدی است و چون در این ابعاد اثرات کوانتومی مهم هستند این سیمها، سیمهای کوانتومی نیز نامیده می شوند. یک خصوصیت اساسی از این ساختارها که دارای دو خروجی هستند، رسانایی الکتریکی می باشند. رسانایی نانو سیم ها در حالتی که بین دو الکترود قرار می گیرد. بررسی می شود زیرا با اعمال اختلاف پتانسیل الکتریکی در دو انتهای این ساختارها و در امتداد طولیشان انتقال بار الکتریکی اتفاق میافتد. لذا نانو سیمها برای ساختن مدارهای الکتریکی در اندازه های کوچک استفاده می شوند.
1-8-5- نانو لوله
نانو لوله های کربنی استوانه های تو خالی ساخته شده از صفحات گرافیتی پیچیده شده با طول زیاد می باشد. نانو لوله های کربنی از نسبت طول به قطر نسبتاً بالایی(در حدود 1000) برخوردار می باشند که به همین دلیل می توان آنها را به صورت ساختارهایی یک بعدی در نظر گرفت.
لفظ نانو لوله در حالت عادی در مورد نانو لوله های کربنی به کار برده می شود، هر چند که اشکال دیگری از نانو لوله همچون انواع ساخته شده از نیترید بور یا حتی نانو لوله‌های خودآرای آلی نیز وجود دارد. نانو لوله ها با خواص مکانیکی، الکتریکی و اپتیکی برجسته، در مصارف الکترونیکی با بیشترین توجه رو به رو شده اند.
همچنین نانو لوله ها برای نگهداری هیدروژن و هیدروکربن ها جهت استفاده در پیل های سوختی نیز مورد مطالعه قرار گرفته اند. نانو لوله های کربنی از صفحات کربن به ضخامت یک اتم و به شکل استوانه ای تو خالی ساخته شده است. در سال 1990 توسط سومیولیجیما کشف شد. خواص ویژه و منحصر به فرد نانو لوله های کربنی از جمله مدل NEC لیجیما(از شرکت یانگ) و استحکام کششی خوب از یک طرف و طبیعت کربنی بودن نانو لوله ها(به خاطر این که کربن ماده ای است کم وزن، بسیار پایدار و ساده جهت انجام فرایندها که نسبت به فلزات برای تولید ارزانتر می باشد) باعث شده که در دهه گذشته شاهد تحقیقات مهمی در کارایی و پرباری روشهای رشد نانو لوله باشیم. نانو لوله ها به شکل تک دیواره و یا چند دیواره وجود دارند یعنی لوله ای که از پیچاندن یک لایه گرافیتی به شکل استوانه تو خالی ایجاد می شود را نانو لوله تک دیواره می نامند و به همین ترتیب لوله ای را که متشکل از چندین استوانه هم مرکز باشد را نانو لوله چند دیواره می نامند. طول و قطر این ساختارها نسبت به نانو لوله های تک دیواره بسیار متفاوت می باشد و از این رو خواص آنها نیز بسیار متفاوت است.
1-8-5-1- نانو لوله های کربنی در دو دسته اصلی وجود دارند
نانو لوله های تک جداره(SWNTs)13 نانو لوله های چند جداره(SMWNT14(، نانو لوله های تک جداره را می توان به صورت ورقه های بلند گرافیت در نظر گرفت که به شکل استوانه پیچیده شده اند. نسبت طول به قطر نانو لوله ها در حدود 1000 بوده و همان گونه که قبلاً ذکر شد می توان آنها را به عنوان ساختارهای تقریبا”یک بعدی در نظر گرفت. نانو لوله ها تماماً از پیوند sp2 تشکیل شده اند، مشابه گرافیت. این ساختار پیوند، از پیوند sp3 که در الماس وجود دارد قوی تر است، و استحکام منحصر بفردی به این مولکول ها می دهد. نانو لوله ها معمولاً تحت نیروهای واندروالس(vander vaals) به شکل ریسمان به هم چسبنده تحت فشار زیاد، با هم ممزوج و متصل می شوند و این امکان به وجود می آید که به توان سیم های به طور نا محدود و بسیار مستحکم را تولید کرد]13[.
1-8-5-2- ویژگی های نانو لوله های کربنی
الف- اندازه بسیار کوچک(قطر کوچکتر از 4/0 نانومتر)
ب- حالت رسانا و نیمه رسانایی آن ها بر حسب شکل هندسی اش
پ- برخورداری از خاصیت منحصر به فرد ترابری پرتابه ای
ت- قدرت رسانایی گرمایی خیلی بالا
ث- سطح جداره صاف با قدرت تفکیک بالا(جداسازی گازها)
ج- بروز خواص الکتریکی و مکانیکی منحصر به فرد در طول آن ها
چ- حساس به تغییرات کوچک نیروهای اعمال شده(برای ساخت ترانزیستورها)
ح- گسیل و جذب نور(جذب و دفع نیروی مادون قرمز)
خ- ضریب تحریک الکتریسیته بسیار بالا
د- خاصیت مغناطیسی، ممان مغناطیسی بسیار بزرگ(با اضافه کردن الکترون به نانو لوله و یا قرار دادن نانو لوله زیر یک لایه میدان مغناطیسی)
ذ- چگالی سطحی بسیار بالا
ر- قابلیت ذخیره سازی(در مورد انرژی)
ز- داشتن خاصیت ابر رسانایی(در دمای 15 درجه کلوین ابر رسانا می شوند)
ژ- تولید ولتاژ
س- استحکام و مقاومت کشش بالا
1-8-6- نانو حفره
مواد با اندازه های حفره ای در محدوده نانو متری، کاربردهای صنعتی جالبی را نشان می‌دهند. به علت ویژگی برجسته آنها با توجه به عایق حرارتی بودن، رهایش مواد کنترل شده و کاربردشان، آنها به عنوان پر کننده هایی برای کاتالیزورها در علم شیمی، مورد توجه زیادی می باشند.
1-8-7- نانو ذره
تاریخچه نانو ذرات از زمانهای بسیار دور مورد استفاده قرار گرفته است. شاید اولین استفاده آنها در لعاب های چینی و سرامیک های تزئینی سلسله های ابتدای چین بوده است.
نانو ذره رایج ترین عناصر در علم فناوری نانو بوده و خواص جالب توجه آنها باعث گردیده است تا کاربردهای بسیار متنوعی در صنایع شیمیایی، پزشکی و داروی، الکترونیک و کشاورزی داشته باشد. با توجه به ترکیب شمیایی، این ذرات به انواع فلزی، سرامیکی، پلیمری و نیمه هادی تقسیم می شوند. سنتز شمیایی و فرآیندهای حالت جامد نظیر آسیاب کردن و چگالش بخار روش های معمول برای ساخت نانو ذرات هستند. کنترل فرایند تولید برای رسیدن به نانو ذرات با خواص مناسب امری بدیهی است، در همین راستا تعین مشخصات نانو ذرات با روش های آنالیز میکروسکوپی ساختاری و تعیین اندازه و سطح و… بررسی می شود.
1-8-7-1- خواص نانو ذرات
برخی از خواص فیزيکی مهم نانو ذرات عبارت است از افزایش نسبت مساحت سطح به حجم و ورود اندازه ذره به قلمرو اثرات کوانتومی. افزایش نسبت مساحت سطحی به حجم که به تدریج با کاهش اندازه ذره رخ می دهد، باعث غلبه یافتن رفتار اتم های واقع در سطح ذره به رفتار اتم‌های دروني می شود. این پديده بر خصوصیات ذره در حالت انزوار، و بر تعاملات آن با دیگر مواد اثر می گذارد. افزایش سطح، واکنش پذیری نانو ذرات را به شدت افزایش می‌دهد.
به محض آنکه ذرات به اندازه کافی کوچک شوند، شروع به رفتار مکانیک کوانتومی می کنند. خواص نقاط کوانتومی مثالی از این دست است. نقاط کوانتومی، کریستال هایی در اندازه نانو می باشد که از خود نور ساطع می کند. انتشار نور توسط این نقاط در تشخیص پزشکی کاربردهای فراواني دارد. این نقاط گاهی اتم های مصنوعی نامیده می شوند؛ چون الکترون های آزاد آنها مشابه الکترون های محبوس در اتم ها، حالات گسسته و مجازی از انرژی را اشغال می کنند.
علاوه بر این، کوچک تر بودن نانو ذرات از طول موج بحرانی نور، آنها را نامرئی و شفاف می نماید. این خاصیت باعث شده است تا نانو ذرات برای مصارفی چون بسته بندی، مواد آرایشي و روکش ها مناسب باشند. مواد در مقیاس نانو، رفتار کاملا”متفاوت، نامنظم و کنترل نشده ای از خود بروز می دهند. با کوچکتر شدن ذرات خواص آنها تغییر خواهد کرد. مثلاً فلزات سخت تر و سرامیک نرم تر می شود. برخی از ویژگی های نانو ذرات در جدول(1-1) به طور خلاصه آمده است:
جدول(1-1) برخی ازویژگی های نانو ذرات
خصوصیاتمثالکاتالیستیاثر کاتالیستی بهتر، به دلیل نسبت سطح به حجم بالاترالکتریکیافزایش هدایت الکتریکی در سرامیکها و نانو کامپوزیت های مغناطیسی، افزایش مقاومت الکتریکی در فلزاتمغناطیسیافزایش مغناطیسیته با اندازه بحرانی دانه ها، رفتار سوپر پارا مغناطیسیته ذراتنوریخصوصیات فلوئور سنتی، افزایش اثر کوانتومی کریستال های نیمه هادیبیولوژیکیافزایش نفوذ پذیری از بین حصارهای بیولوژیکی(غشاء و سد مغز خون و غیره) و بهبود زیست سازگاری
1-8-8- فولرین ها
فولرین ها اشکال منحصر به فردی از کربن ها می باشند که به شکل قفس توپی شکل بوده و اتم های کربنی در ساختارهای شش ضلعی و پنج ضلعی در آن قرار گرفته اند. این اشکال دارای خواص منحصر بفردی می باشند که آنها را نسبت به سایر ساختارهای کربن نظیر الماس کربن و گرافیت و… متمايز می سازد. بنابراین فورین ها دسته مهمی از ترکیبات کربن را تشکیل می دهند. پیش از رویت و ساخت و رویت فلورینها کوچک تصور بر این بود که این مولکولهای کروی ناپایداری هستند. اما به تازگی دانشمدان روسی دریافته اند که کربن شش صفر در فاز گازی پایدار بوده و دارای فاصله نورایی نسبتاً زیادی می باشد. فلورین ها به صورت کاملاً اتفاقی کشف شدند. در سال 1981 میلادی کرتو و اسمالی نتایج عجیبی را در طیف جرمی کربن تبخیر شده مشاهده نمودند و به این ترتیب فلورینها کشف شده و پایداری آنها در فاز گازی به اثبات رسید. پس فلولرین ها، اغب به ساختارهای کروی که از جنس کربن هستند، اطلاق می شود. ولی امرزه از عناصر دیگر نظیر نیتروژن نیز در ساختار آنها استفاده شده است. فولرین و فولرین های معدنی نمونه ای از آنها هستند.
1-8-8-1- کاربردهای فولرین‌ها
روان کننده های جامد
روغن موتورهای بسیار کاراتر
ارسال هدفمند داروها
درمان ایدز و سرطان با فولرین های حساس به نور
لاستیک های سبکتر، مقاومتر و الاستیک تر
جلوگیری از رشد باکتری ها
a) C60 b)c C70)فولرین درون وجهی C82 دارای عنصر لانتانیوم
شکل(1-2) انواعی از فولرن و اشکال مربوط.(a)- مولکول C60 اولین نانو توپ شناخته شده است.(b)-C70 فولرین ها بدلیل تو خالی بودن می تواند مانند کیفی در ابعاد نانو، عمل کنند[16،15،14[.
1-8-1 ابزار های تشخیص در علوم نانو
ابزارهای اندازه گیری در نانو ساختارها انواع متفاوتی را شامل می شوند:
الف)میکروسکوپ نیروی اتمی(AFM).
ب)میکروسکوپ تونلی روبشي(STM).
پ)میکروسکوپ نیروی مغناطیسی(MFM).
ت)میکروسکوپ الکترونی عبوری(TEM)15.
ث)میکروسکوپ الکترونی روبشي(SEM)16.
1-9-1- میکروسکوپ نیروی اتمی (AFM)
میکروسکوپ نیروی اتمی از الکترونهای روی سطوح استفاده می کند. میکروسکوپ نيروی اتمی دستگاه ی است که برای بررسی خواص و ساختار سطحی مواد در ابعاد نانومتر بکار می رود. انعطاف پذیری، سیگنالهای بالقوه ی متعدد، و امکان عملکرد دستگاه در مدهای مختلف، محققین را در بررسی سطوح گوناگون، تحت شرایط محیطی متفاوت توانمند ساخته است. این دستگاه امکان عملکرد در محیط خلاء، هوا، و مایع را دارد.
برخلاف اکثر روش های بررسی خواص سطوح، در این روش غالبا”محدودیت اساسی بر روی نوع سطح و محیط آن وجود ندارد. با این دستگاه امکان بررسی سطوح رسانا یا عایق، نرم یا سخت منسجم یا پودری، بیولوژیک و آلی یا غیر آلی وجود دارد. خواص قابل اندازه گیری با این دستگاه شامل مورفولوژی هندسی، توزیع چسبندگی، اصطکاک، ناخالصی سطحی، جنس نقاط مختلف سطحي، کشسانی، مغناطیسی، بزرگی پیوندهای شمیایی، توزیع بارهای الکتریکی سطح، و قطبش الکتریکی نقاط مختلف می باشد. در عمل از این قابلیتها برای بررسی خوردگی، تمیزی، زبری، چسبندگی، اصطکاک، اندازه و غیر استفاده می شود.
1-9-2- میکروسکوپ تونلی روبشي(STM)
دستگاهی است که برای بررسی ساختار و برخی از خواص سطوح(مرفولوژی) موادرسانا، مواد بیولوژیک(که تا حدی رسانا) باشند و همچنین لایه های نازک نا رسانا که روی زیر لایه رسانا لایه نشانی شده اند، در حد ابعاد نانومتر بکار می رود. کاوشگر مقدار جریان شارش روی سطوح را اندازه گیری می کند که می توان هندسه آن سطح را برآورد کرد]17.[
1-9-3- میکروسکوپ نیروی مغناطیسی(MFM)
نوک روبش دهنده آن مغناطیسی است مانند ضبط صوت و یا دیسک خوان عمل می کند. و جنس نوک سوزن آن راز تنگستن می باشد.
1-9-4- میکروسکوپ الکترونی عبوری(TEM)
برای تعيين اندازه و شکل نانو ساختارها از میکروسکوپ الکترونی عبوری استفاده می شود. این روش اندازه و شکل ذرات را با دقت حدود چند دهم نانومتر به دست می دهد که به نوع ماده و دستگاه مورد استفاده بستگی دارد. امروزه در بررسی خواص مواد نانو ساختاری از میکروسکوپ الکترونی عبوری با وضوح بالا(High-Resolution) استفاده می شود. علاوه بر تعیین شکل و اندازه ذرات به وسیله میکروسکوپ الکترونی عبوری با استفاده از پراش الکترون و سایر سازوکارهای موجود در برخورد الکترون با ماده، برخی ویژگیهای دیگر مواد نانو ساختاری مانند ساختار بلوری و ترکیب شیمیایی را می توان به دست آورد.
1-9-5- در میکروسکوپ الکترونی روبشی(SEM)
همانند میکروسکوپ الکترونی عبوری(TEM)، یک پرتوی الکترونی به نمونه می تابد. در نتیجه بعضی قسمت ها نظیر تفنگ الکترونی، عدسی های متمرکز کننده و سیستم خلآ، درهر دو دستگاه مشابه است. اما روش تشکیل تصویر و نحو بزرگنمایی کاملاً متفاوت است. علاوه بر این، TEM اصولاً برای مطالعه ساختار نمونه های حجیم در سطح یا نزدیکی سطح، استفاده می شود(توپولوژی). درک این نوع تصویر بسیار آسانتر از تصویر الکترون عبوری است. در این پایان نامه از این روش برای کارهای آزمایشگاهی استفاده شده است.
1-10- گرافن(Graphene)
صفحات گرافن از کنار هم قرار گرفتن اتم های کربن تشکیل می شوند. صفحات گرافن به عنوان یکی از آلوتروپهای کربن در یک شبکه شش وجهی(لانه زنبوری) با فاصله پیوند کربن-کربن در گرافن حدود 142/0 نانومتر است. صفحات گرافن از کنار هم قرار گرفتن اتم های کربن در شبکه های شش وجهی تشکیل می شوند. در یک صفحه گرافن، هر اتم کربن با 3 اتم کربن پیوند داده است. این سه پیوند در یک صفحه قرار دارند و زوایای بین آنها با یکدیگر مساوی و برابر با 120 درجه می باشد. در این حالت اتم های کربن در وضعیتی قرار می گیرند که شبکه ای از شش ضلعی های منظم را ایجاد می کنند. البته این ایده آل ترین حالت یک صفحه ی گرافن است. در برخی مواقع، شکل این صفحه به گونه ای تغییر می کند که در آن پنج ضلعی ها و هفت ضلعی هایی نیز ایجاد می شود. در یک صفحه گرافن، هر اتم کربن یک پیوند آزاد در خارج از صفحه دارد(اوربیتال p عمود بر صفحه). این پیوند مکان مناسبی برای قرار گیری برخی گروه های عاملی



قیمت: تومان

About the author

92 administrator

You must be logged in to post a comment.