نانو پودر ها

نانوپودر چیست؟

پودر‌ها ذرات ریزی هستند كه از خُرد كردن قطعات جامد و بزرگ، یا ته‌نشین شدن ذرات جامدِ معلق در محلول‌ها به دست می‌آیند. بنابراین، نانوپودرها را میتوان مجموعه‌ی از ذرات دانست كه اندازه‌ی آنها كمتر از 100 نانومتر است. (اگر یك متر را یك میلیارد قسمت كنیم، به یك نانومتر میرسیم. طبق تعریف، ساختار نانومتری ساختاری است كه اندازه‌ی آن كمتر از 100 نانومتر باشد.)

چه پودری را میتوان نانوپودر به شمار آورد؟

پودرها در سه حالت نانوپودر به شمار میآیند:

حالت اول: ساختار ذرات تشكیل‌دهنده‌ی پودر، در حد نانومتر باشد.

یعنی اگر ساختار ذرات تشكیل‌دهنده‌ی یك پودر را به صورت یكی از اشكال منظم هندسی در نظر بگیریم، میانگین اندازه‌ی اضلاع آن بین 1 تا 100 نانومتر باشد. مهمترین اشكال هندسی، كُره و مكعب‌اند. اگر ساختار ذرات تشكیل‌دهنده‌ی پودر را كُره فرض كنیم، باید قطر كُره كمتر از 100 نانومتر باشد و چنانچه ساختار آنها مكعب فرض شود، میانگین اضلاع مكعب باید در محدوده‌ی 1 تا 100 نانومتر قرار گیرد. به عبارت حسابیتر، میانگین اضلاع مكعب باید در این رابطه صدق كند:

1 نانومتر < (a+b+c)/3 < 100 نانومتر


برای مثال، بلورهای نمك طعام ساختاری مكعب‌شكل دارند. (شكل شماره‌ی 1)

یادآوری: اگر بیشترِ ذرات تشكیل‌دهندة پودر، ابعادی میان 1 تا 100 نانومتر داشته باشند، آن پودر، نانوپودر محسوب میشود.



شكل 1: ساختار بلور نمك طعام، مكعبی است.


حالت دوم: دانه‌های تشكیل‌دهندة پودر، ابعاد نانومتری داشته باشند.

در حالتی كه اندازه‌ی ذرات تشكیل‌دهنده‌ی پودر از صد نانومتر بیشتر باشد، كافی است دانه‌های آن ابعاد نانومتری داشته باشند تا نانوپودر به شمار آیند. یك مثال برای فهم این موضوع، اتم‌هایی هستند كه به صورت منظم و درون سلول‌هایی كه آنها را "دانه" مینامیم، كنار هم قرار گرفته‌اند. مواد بلوری جامد نیز از سلول‌های ریزی تشكیل شده‌اند كه به آنها دانه می‌گویند. درون هر دانه، اتم‌ها در یك جهت خاص و ردیف‌های موازی چیده شده‌اند و تفاوت دو دانة مجاورِ هم، تفاوت در همین جهت‌گیری اتم‌هاست.



شكل 2: این ذره، حاوی سه دانه است.




شكل 3: اتم‌ها با زاویه‌ی 45 درجه نسبت به افق چیده شده‌اند.




شكل 4: اتم‌ها با زاویه‌ی 90 درجه نسبت به افق چیده شده‌اند.




شكل 5: اتم‌ها با زاویه ی 120 درجه نسبت به افق چیده شده‌اند.


در دانه‌ی 1 (شكل 3)، اتم‌ها در ردیف‌های موازی و با زاویه‌ی 45 درجه نسبت به افق چیده شده‌اند. در دانه‌ی 2 (شكل 4) اتم‌ها با زاویه‌ی 90 درجه و در دانه‌ی 3 (شكل 5) اتم‌ها با زاویه‌ی 120 درجه نسبت به افق چیده شده‌اند. وقتی این سه دانه در كنار یكدیگر قرار بگیرند، یك ذره تشكیل می‌شود. (شكل 6) به فضای خالی بین دانه‌ها «مرز دانه» می‌گویند. مرز دانه محلی است كه جهت چیده شدن اتم‌ها عوض می‌شود.

همچنین دانه‌ها را میتوان مانند آجرهای یك دیوار فرض كرد. در این صورت، مرز بین دانه‌ها ملات بین آجرهاست. اگر قطر این دانه‌ها بین 1 تا 100 نانومتر باشد، ذرات حاصل تشكیل نانوپودر می‌دهند.

هر چه قطر دانه‌های یك ذره كمتر باشد (البته با حجم ثابت)، تعداد دانه‌های تشكیل‌دهنده‌ی آن بیشتر خواهد بود (واضح است كه هر چه آجرهای تشكیل‌دهنده‌ی یك دیوار 1 متر در 1 متر كوچكتر باشند، تعداد آجرها بیشتر خواهد بود) و هر چه تعداد دانه‌ها بیشتر شود، مانند گره‌های یك فرش، تار و پود آن محكمتر و درهم‌تنیده‌تر است و بنابرین استحكام محصول بیشتر خواهد بود.



شكل 6: سه دانه در مجاورت هم قرار گرفته‌اند تا یك ذره را تشكیل دهند.


یادآوری: اگر درصد قابل توجهی از دانه‌های تشكیل‌دهنده‌ی ذرات، نانومتری باشند، پودر، نانوپودر محسوب میشود.

حالت سوم: ذرات نانوپودر و ذرات پودر معمولی تركیب شوند.

در این حالت، پودر را «نانوپودر كامپوزیتی» مینامند. كامپوزیت كه از كلمه‌ی انگلیسی composition گرفته شده، به معنی تركیب دو یا چند چیز است. ملموس‌ترین مثال برای كامپوزیت، كاه‌گل است. در كاه‌گل رشته‌های كاه در زمینه‌ی گِل پراكنده شده‌اند. در نانوپودرهای كامپوزیتی نیز ذرات نانومتری در زمینه‌ی ذرات بزرگتر (غیر نانومتری) پراكنده شده‌اند (شكل 7).



شكل 7: ذرات با قطر نانومتری در زمینه پراكنده شده‌اند.


علت تركیب شدن آنها اختلاف خواص این دو ماده است. در كامپوزیت معمولاً زمینه از یك ماده‌ی نرم و افزودنی از ماده‌ی سخت انتخاب می‌شود. در این صورت، هنگامی‌ كه به ماده نیرو وارد می‌شود، زمینه نیرو را به رشته یا پودر اضافه‌شده منتقل می‌كند تا بتواند در برابر نیروی واردشده‌ مقاومت بیشتری داشته باشد. (شكل شماره‌ی 8)



شكل 8 : در یك نانوكامپوزیت، ذرات نانویی در زمینه‌ای غیرنانویی پراكنده شده‌اند .


نوشته شده در تاریخ دوشنبه 16 آبان 1390    | توسط: سیدمحمدامین شاهمرادی    |    | نظرات()