معرفی آئروژل‌ها؛ خواص و کاربرد

معرفی آئروژل‌ها؛ خواص و کاربرد

(قسمت اول)

---

آئروژل ها (Aerogel) نانو موادی هستند که پتانسیل زیادی برای کاربردهای مختلف دارند و به خاطر پیشرفت فناورانه و رقابت پذیری بازار مقوله ای چالش برانگیز می باشند.

---

از لحاظ فنی و فناورانه آئروژل ها در حوزه های مختلف می توانند کاربرد داشته باشند که عبارتند از: میکروالکترونیک، مهندسی برق، در کشاورزی و داروسازی، در صنعت نفت و گاز یا در مهندسی معماری و ... . در این مطلب قصد داریم به معرفی، خواص و کاربردهای آئروژل ها بپردازیم.

آئروژل ها از مواد خاص به شمار می روند که خواص خیره کننده ای در مقابل حرارت نشان می دهند. آئروژل ها را می توان به عنوان موادی با پایین ترین چگالی نسبت به هر ماده شناخته شده دیگر تعریف نمود. این مواد بسیار سبک با ساختار نانو می باشند. در واقع آئروژل ها مواد جامد متخلخلی هستندکه از طریق یک فرایند سل-ژل (Sol-Gel) همراه با یک مرحله خشک کردن ویژه بدست می آیند. در اثر یکپارچگی، مواد متخلخل از نظر ریخت شناسی ، مشابه با رشته های مرواریدی هستند. این مواد نسبت جرم به سطح کوچک در محدوده 300-1000گرم برمترمربع دارند و هدایت حرارتی پایین دارند.

معرفی آئروژل ها

واژه ی آئروژل از دو کلمه هوا Air و ژل Gel تشکیل شده است، ژل شامل دوجزء است: 1-چارچوب ژل 2-ماتریس پرکننده آن. درمورد آئروژل پرکننده آن هواست.

آئروژل ها مواد جامد با تخلخل بالا (منافذ باز زیاد) ، مساحت سطح داخلی بالا و هدایت گرمایی پایین هستند، به همین دلیل دارای خصوصیات استثنایی و منحصر به فردی هستند. این مواد سرعت صوت پایین (عایق صوتی) و گذردهی اپتیکی یا نوری بالا دارند و به دلیل داشتن چگالی پایین به عنوان سبک ترین مواد جامد شناخته می شوند. آئروژل ها شامل نانوذراتی هستند که در یک شبکه سه بعدی با درجه تخلخل بالا قرار دارند.

این حفره ها قطرهای متفاوتی دارند و از چند نانومتر تا چند میکرومتر متغیر است. اندازه قطر حفره های مذکور معمولا در حد 10 نانومتر است. تقریبا 95 درصد حجم آئروژل ها را تخلخل یا حفره ها تشکیل می دهند.

آئروژل ها با نام بخار یخ زده، بخار جامد یا بخار آبی نیز نامیده می شوند. علت نامگذاری آئروژل ها به بخار آبی این است که آئروژل ها خاصیت عبور دهی نوری و پخش نور را دارا هستند. آئروژل ها بسیار متنوع هستند. آئرو ژل های ساخته شده از کوارتز، سیلیکا آئروژل نامیده می شوند. سیلیکا آئروژل حاوی ذراتی به قطر 2-5 نانومتر هستند. این ترکیبات دارای نسبت سطح به حجم بسیار بالا و مساحت سطح ویژه بالا هستند. تولید سیلیکا آئروژل ها کاربرد های فراوانی دارد مانند حامل های دارو. آئروژل های کربنی و آئروژل های کامپوزیتی با اجزایی شامل فلزات و پلیمر ها نیز مورد توجه هستند.

 یکی از مشخصات بارز آئروژل ها، سبکی و شکندگی آنهاست. در عین‌حال این مواد به اندازه کافی محکم هستند که بتوان آنها را با دست حمل کرد. قدرت فشردگی، قدرت کششی و الاستیسیته (Elasticity) آنها بسیار پایین است

خواص آئروژل ها

خواص عایق بودن آئروژل ها: آئروژل ها بهترین مواد عایق حرارتی شناخته شده هستند. آئروژل ها کمترین میزان هدایت گرمایی را نسبت به دیگر عایق ها دارند. آئروژل‌ها اگر چه بسیار ترد هستند، می توانند بسیار شفاف ساخته شوند. هدایت پایین آئروژل ها از بافت متخلخل آنها سرچشمه می گیرد.

سیلیکا آئروژل ها در پنجره های عایق کاربرد دارند که مانع از ورود و خروج گرما می شوند.

از جمله مزایای دیگر آئروژل ها آتشگیر نبودن آن هاست. این عایق ها در سیستم های گرمایش و سرمایش، باتری های با کاربرد دمای بالا، عایق لوله ها، مخازن تحت گرما و سرما، لوله اگزوز ماشین، به عنوان پوشش جاذب انرژی خورشید در سلول های خورشیدی جهت ذخیره سازی انرژی و... می توانند به کار برده شوند.

خواص نوری : خواص نوری آئروژل ها به شرایط تولید آنها بستگی دارد. این مواد در روشنایی به رنگ زرد و در تاریکی به رنگ آبی دیده می شوند. روش های مختلف حذف حلال، حذف آب یا رطوبت از ساختار آئروژل و شرایط واکنش از جمله پارامترهای مهم و موثر در خاصیت نوری آئروژل ها مطرح هستند.

خواص اکوستیک (صوتی) : ساختار شبکه ای ویژه آئروژل ها در کارایی آکوستیک آن ها بسیار موثر است و تا حدودی به خواص الاستیکی آن ها نیز بستگی دارد. سرعت سیلیکا آئروژل در حدود 100-300 m/s است که کمترین مقدار در میان مواد جامد معدنی است. این مقدار در شیشه کوارتز 500m/s است.

هدایت گرمایی : هدایت گرمایی آئروژل ها تابعی از پارامترهای زیر است: 1-انتقال گرما بوسیله فازجامد 2-انتقال گرما بوسیله فازگازی 3-انتقال گرما بوسیله بازتابش. هدایت گرمایی فاز جامد با افزایش چگالی ،افزایش می یابد در حالی که هدایت گرمایی فاز گازی با افزایش چگالی کاهش می یابد و انتقال گرما از طریق تشعشع مستقل از چگالی آئروژل است. کمترین مقدار هدایت گرمایی آئروژل ها در چگالی 0.15 میلی‌گرم بر سانتی متر مکعب است. با توجه به مقدار کم ماده جامد و ساختار غیرمستقیم آئروژل هدایت جامد و گاز به شکل بارزی محدود می شود. در دماهای بالا عبور تابش قابلیت عایق حرارتی آئروژل را کاهش می دهد.

شیمی یکپارچگی آئروژل ها

خواص شیمیایی آئروژل ها به طبیعت گروه های سطحی بستگی دارد که تعیین کننده طبیعت آب دوست/آب گریز بودن آن هاست. از نظر شیمی تقویت خواص فیزیکی سیلیکا آئروژل ها بدون از بین رفتن دیگر خواص آنها لازم و ضروری است، بویژه وقتی که از اینها در ابر عایق ها حرارتی و ... استفاده می شود. شفافیت سیلیکا آئروژل ها مزیت مهم آنها در کاربردهای مختلف است.

برای این منظور دو فرایند قبل از خشکاندن آئروژل صورت می گیرد:

1- شستن ژل مرطوب با محلول اتانول و آب

2- مرحله پیرسازی (Aging) یعنی قرار دان ژل شسته شده در تماس با محلول اتانولی که شامل پیش ماده سیلیکونی مثلا تترامتیل ارتوسیلیکات است. با این فرایندها بدون اینکه خواص تراوایی آئروژل ها از بین برود، سختی آنها افزایش می یابد.

شیمی آبگریزی آئروژل ها

سیلیکا آئروژل ها خواص آبگریزی (Hydrophobicity) زیادی از خود نشان می دهند. ساختارهای آبگریز آئروژلی بوسیله Schwertfeger از متیل تری متوکسی سیلان و تترامتوکسی سیلان در شرایط بازی سنتز شدند و در متانول فوق بحرانی خشک شدند. در این روش خشکاندن با حرارت بالا منجر به آب گریز شدن سطح آئروژل ها می شود. آئروژل هایی که از 20 درصد متیل تری متوکسی سیلان تشکیل شده اند روی آب شناور می مانند وبنابراین آبگریز هستند. آبگریز کردن سیلیکا آئروژل بوسیله متیل تری-متوکسی سیلان در شکل 1 نشان داده شده است.

خواص مکانیکی آئروژل ها: یکی از مشخصات بارز آئروژل ها، سبکی و شکندگی آنهاست. در عین‌حال این مواد به اندازه کافی محکم هستند که بتوان آنها را با دست حمل کرد. قدرت فشردگی، قدرت کششی و الاستیسیته (Elasticity) آنها بسیار پایین است و بزرگی این خواص وابسته به بهم پیوستگی شبکه آئروژل و دانسیته پایین آن است. شکنندگی،انعطاف پذیری وپایداری ابعادی ازجمله پارامترهای مهم درخواص مکانیکی آئروژل هستند.

طی فرایند پیرسازی (Aging)، ژل های در محلول های الکوکسید قرار می گیرند و شبکه محکم تری می یابند. این فرایند، ژل ها را در مقابل فشار موئینگی مقاومتر می سازد و خواص مکانیکی آنها را بهبود می بخشد.

    ادامه دارد...

مریم نایب زاده

بخش دانش و زندگی تبیان

کاغذ ضدحریق تولید شد

تاریخ : یکشنبه 1395/6/28

محققان با استفاده از نانوسیم های حاوی نانوذرات، موفق به ساخت کاغذ ضدحریقی شدند که دارای خواص آنتی باکتریال است. این کاغذ برای حفظ اسناد مهم بسیار مناسب است.

بخش دانش و زندگی تبیان

به گزارش تبیان به نقل از خبرگزاری مهر به نقل از ستاد ویژه توسعه فناوری نانو، پژوهشگران چینی موفق به ساخت کاغذ ضدحریق شدند که در آن از نانوسیم استفاده شده است. این کاغذ نسبت به باکتری ها مقاوم بوده و می تواند مانع از گسترش عفونت شود.

محققان موسسه سرامیک شانگهای روشی یک مرحله ای با استفاده از حلال و گرما برای این کار ارائه کردند. آنها از نانوسیم های هیدروکسیدآپاتایت برای ساخت این کاغذ استفاده کردند. روی این نانوسیم ها از نانوذرات نقره استفاده شده است که دارای خواص آنتی باکتریال است.

نانوسیم های مورد استفاده در این پروژه با روش حلال گرمایی (Solvothermal) تولید شده اند و از یک فرآیند مبتنی بر الکل برای استخراج استفاده شده تا نانوسیم ها از محلول فسفات جداسازی شود. از اولئات کلسیم به عنوان منبع کلسیم و تامین کننده ماده اولیه استفاده شده است.

برای تامین فسفر نیز از نمک های فسفات سدیم استفاده شده است که در ترکیب حلال های آب و اتانول قرار داده شده است. دمای بالا نقش بسیار مهمی در تشکیل این ماده دارد.
نانوسیم های بلند هیدروکسی آپاتایت دارای قطری در حدود چند ده نانومتر هستند که طولی در ابعاد چند صد میکرومتر دارند که ممکن است به یک میلیمتر نیز برسد.

محققان این پروژه نشان دادند که این ساختار از استحکام بالایی برخوردار بوده و می توان با استفاده از آن ورق هایی در حد A4 تولید کرد. به راحتی می توان هر تصویری را روی این کاغذ چاپ کرد.

نکته جالب توجه در این پروژه آن است که این کاغذ دارای خواص آنتی باکتریال است بنابراین برای استفاده در بیمارستان ها نیز مناسب است. در واقع این کاغذ ضدحریق، وسیله ای مناسب برای حفظ اسناد مهم است.

از این روش، علاوه بر تولید کاغذ ضدحریق، می توان برای مهندسی بافت استخوان، رهاسازی دارو، جذب آلودگی های آلی و یون های فلزی استفاده کرد.

---

منبع: مهر

سازه های مورفینگ(سازه های هوشمند)

مدیر سایت دسته‌بندی نشده, کامپوزیت, مهندسی مکانیک “۹ مهر ۱۳۹۵”

مقدمه

سازه های مورفینگ(سازه های هوشمند) به سازه هایی اطلاق می شود که قادر اند شکل و هندسه خود را با توجه به شرایط مختلف تغییر دهند و از این طریق سبب افزایش عملکرد سازه ها شوند. امروزه استفاده از این سازه ها که به آن ها سازه های هوشمند نیز اطلاق می شوند در کاربردهای مختلف، مورد علاقه طراحان قرار گرفته است. افزایش قدرت مانور هواپیماها و نیز روند روبه توسعه سفینه ها و ماهواره های فضایی از جمله دلایل افزایش تمایل به استفاده از این سازه ها می باشد.

یکی از مشخصات قابل توجه پرندگان توانایی آنها در انطباق هندسه بال هایشان با توجه به شرایط مختلف پرواز می باشد. این قابلیت سبب افزایش عملکرد پرندگان می شود و کمک می کند که به آسانی بتوانند مراحلی مانند اوج گرفتن، تغییر جهت پرواز را و تغییر سرعت را به بهترین صورت کنترل کنند. تصویر ۱ نشان دهنده چگونگی تغییرات هندسه بال پرندگان و تغییر سرعت آن ها می باشد.

شکل۱: چگونگی تغییر بال پرندگان در شرایط مختلف پرواز

ایده ایجاد سازه های مورفینگ(سازه های هوشمند)

ایده ساختار های مورفینگ از این جا ناشی شده است که سازه ها بتوانندشکل و هندسه خود را به گونه ای تغییر بدهند که سازه بتواند در برابر نیرو های مختلفی که به آن وارد می شود بهترین عملکرد را داشته باشد. بال های با ابعاد ثابت برای شرایط مختلف پرواز شرایط بهینه ای را ندارند از این رو است که پرندگان در حین پرواز با عقب راندن بال های خود می توانند با کاهش نیروی مقاوم در برابر پرواز، سرعت خود را افزایش دهند.

برخی از هواپیما های جنگی مانند هواپیمای Grumman’s F14-Tomcat تا حدی از مکانیزم مورفینگ بهره گرفته است. تصویر هواپیمای Grumman’s F14-Tomcat در شکل ۲ نشان داده شده است.

شکل۲: تصویر هواپیمای F14-Tomcat

در حالت ایده آل طراحی بال باید به گونه ای باشد که قابلیت تغییر خود را در شرایط مختلف پرواز داشته باشد. شکل ۳ زیر حالت های مختلف پرواز برای یک هواپیما را نشان می دهد نشان می دهد. به منظور انجام یک پرواز بهینه، لازم است که بال هواپیما در هریک از شرایط پرواز هندسه ای متفاوت را داشته باشد.

شکل۳: شکل حالت های مختلف پرواز

برای ایجاد خاصیت مورفینگ می توان از نوعی از عملگرهای پیزو الکتریک استفاده کرد. در این نوع از عملگر ها که از الیاف پیزوالکتریک ساخته شده اند، به منظور تغییر حالت سریع ورق های کامپوزیتی غیر متقارن استفاده می شود. در نوع دیگری از مکانیزم ها برای ایجاد سازه های مورفینگ از اعمال تغییرات دما استفاده می کنند. این سازه ها به سازه های دوپایا(Bi-stable) معروف هستند. در این حالت ورق های کامپوزیتی  قادر هستند که بعد از فرایند پخت با توجه به نوع لایه چینی دچار تغییر شکل های مختلفی شوند. این سازه ها با اعمال بار خارجی می توانند هندسه خود را تغییر دهند. هنگامی که نیرو به یک مقدار بحرانی می رسد با توجه به میدان تنش پسماند موجود در ورق و نیز هندسه اولیه، ورق از طریق مکانیزم کمانش و به صورت ناگهانی به شکل پایدار دیگری تغییر حالت می دهد.

مقاله قبلی سایت را می توانید اینجا بخوانید

همچنین شما دوست عزیز و متخصص نیز می توانید مقالات خود را با اسم خودتون (شرکت، اشخاص و مخترعان) به همراه تبلیغ محصولات و خدمات خود در آخر آن در سایت تخصصم اینه به رایگان منتشر نمایید. اینجا کلیک کنید تا شرایط نوشتن و فرستادن مقاله را مشاهده نمایید.

تقاضای بسیار شرکتهای سازنده گوشی همراه برای فناوری حسگرهای شناسایی چهره

تقاضای سرسام‌آور برای فناوری حسگرهای شناسایی چهره

4 شهریور 1395

رایورز - پس از معرفی نخستین تلفن همراه مجهز به نسل جدید حسگرهای زیستی توسط سامسونگ، آمار تقاضا در بازار بین‌المللی برای دست‌یابی به این خدمات به‌شدت بالا رفته است.

به گزارش رایورز به نقل از وب‌سایت خبری تحلیلی digitimes، امروزه نخستین لایه امنیت برای بسیاری از کاربران ارزش ویژه‌ای پیدا کرده است و به همین دلیل نیز شرکت‌های تولید کننده تلفن‌های همراه به دنبال عرضه خدمات جدید در این رده هستند.

در همین راستا نیز اسکنر اثرانگشت به‌تدریج به یک امر عادی بر روی تلفن‌های همراه هوشمند تبدیل شده است و نسل بعدی این اسکنرها که مربوط به اسکن چهره و چشم هستند، در حال ظهور است.

در این میان آمار و ارقام رده مدیریت جهانی نشان از آن دارد که شرکت‌های مختلفی برای این اسکنرها برنامه‌ریزی کرده‌اند و به همین دلیل نیز سفارش‌های مربوط به این رده به‌شدت بالا رفته است.

فوجیتسو و سامسونگ به‌عنوان دو شرکت بزرگ جهانی توانسته‌اند تا فناوری نخستین نسل از این اسکنرها را بر روی تلفن‌های همراه هوشمند خود پیاده‌سازی کنند، که البته در این میان، اسکنر آیریس بر روی محصول شرکت سامسونگ با سروصدای رسانه‌ای زیادی همراه بوده است.

با توجه به این شرایط، پیش‌بینی می‌شود که در سال ۲۰۱۷ شاهد عرضه محصولات بیشتری با بهره‌گیری از این فناوری بوده و در سال ۲۰۱۸ شاهد همه‌گیر شدن آن باشیم.

تا سال ۲۰۳۰ همه ربات خانگی دارند؟

تا سال ۲۰۳۰ همه ما ربات خانگی داریم

هوش مصنوعی به تدریج یکی از بخش‌های جدانشدنی زندگی مدرن شده است. یک کامپیوتر مجهز به هوش مصنوعی می‌تواند با آموزش خودش، به محیط واکنش نشان دهد، بدون اینکه انسان‌ها دستور‌العمل خاصی به آنها بدهند.

یک گزارش جدید از دانشگاه استنفورد توضیح می‌دهد که تا سال ۲۰۳۰ هوش مصنوعی چه نقش‌های می‌تواند در زندگی ما داشته باشد. در ادامه ۵ نمونه از این نقش‌ها را می‌توانید مطالعه کنید.

چراغ راهنمایی رانندگی هوشمند

بسیاری از افراد با آزردگی ناشی از انتظار در صف چراغ قرمز آشنایی دارند. چراغ‌های راهنمایی رانندگی مدرن عموما بر مبنای یک برنامه مشخص کار می‌کنند. افسران پلیس هم گاهی اوقات هنگام رویدادهای خاص یا موارد اورژانسی مداخله می‌کنند. در حال حاضر، چراغ‌های راهنمایی رانندگی به اصطلاح هوشمند می‌توانند با استفاده از دوربین‌ها و حسگرهای جاده زمان‌بندی کنترل ترافیک را تنظیم کنند. این چراغ‌ها با جمع‌آوری داده و تصمیم‌گیری به طور مستقل از انسان‌ها، می‌توانند خودشان را با خاصیت رندوم ترافیک وفق دهند.

ربات‌های خانگی

تا ۱۵ سال دیگر، ربات‌های هوشمند در خانه‌ی همه ما پیدا می‌شوند. خانه‌های هوشمند می‌توانند یاد بگیرند که متناسب با سلایق شخصی که وارد اتاق می‌شود، برنامه تلویزیونی یا موسیقی پخش کنند. این خانه‌ها همچنین در طول روز نور و دمای اتاق را متناسب با برنامه‌ی هر فرد تنظیم می‌کنند. انباری‌ها به مالکان خانه یادآوری می‌کنند که برای مهمانی آینده وسایل لازم را تهیه کنند، وقتی که ذخایر غذای مورد علاقه آنها کم می‌شود، هشدار دهند یا اینکه بر اساس محتویات‌شان دستور غذاهایی را پیشنهاد دهند. هوش مصنوعی سلایق و ویژگی‌های شاخص هر فرد را یاد می‌گیرد و با همه قسمت‌های خانه هوشمند کار می‌کند.

پزشکان هوش مصنوعی

علیرغم تمام پیشرفت‌های اخیر در زمینه سلامت و پزشکی، ویزیت دکتر هنوز هیچ تغییری نکرده، بیماران علایم‌شان را برای یک پزشک توصیف می‌کنند، او هم یک سنجش فیزیکی انجام می‌دهد. با پیدایش هوش مصنوعی هوشمندتر، بیماران می‌توانند علایم‌شان را برای یک کامپیوتر توصیف کنند. کامپیوتر هم بلافاصله لیست عوامل احتمالی بروز علایم را آماده می‌کند، به این ترتیب دکتر می‌تواند تلاش‌هایش را صرف تشخیص بیماری کند. یک دستیار پزشک کامپیوتری، به کمک تکنولوژی پیشرفته تشخیص گفتار و با مقایسه علایم با یک پایگاه داده می‌تواند سرعت ویزیت‌های دکتر را افزایش دهد و احتمال تشخیص اشتباه را هم کاهش دهد.

پلیس پیشگیرانه

تا سال ۲۰۳۰ به کمک هوش مصنوعی امن نگه داشتن جوامع آسان‌تر می‌شود. بسیاری از اداره‌های پلیس از همین حالا، از داده ها برای بررسی روند جرم و جنایت استفاده می‌کنند، اما سیستم‌های هوشمند کامپیوتری می‌توانند روزی به طور اتوماتیک و پیوسته آمار جرم و جنایت را آنالیز کنند. هوش مصنوعی با مقایسه جرم‌ها و مکان‌های وقوع آنها می‌تواند نقش یک مشاور مستقل را برای فرمانده‌های پلیس داشته باشد و در رابطه با زمان و مکان اعزام نیروهای پلیس راهنمایی کند. هوش مصنوعی حتی می‌تواند روابط بین مظنونان و مجرمان محکوم را تحلیل کند تا حدس بزند که آنها با چه کسانی تعامل داشته‌اند. اما هنوز مشکلاتی با این تکنولوژی وجود دارد. داده‌های ورودی به این فناوری‌ها ممکن است تحت تاثیر تعصبات نژادی برنامه‌نویسان قرار گیرد.

کلاس درس

تا سال ۲۰۳۰ شاید دستیار معلم شما انسان نباشد. هوش مصنوعی به سرعت می‌تواند به سوالات دانش‌آموزان پاسخ دهد و همچنین به آموزگاران و استادان در نمره دادن کمک کند. برنامه‌های کامپیوتری و حتی ربات‌های انسان‌نما می‌توانند نقاط قوت و ضعف تک تک دانش‌آموزان را بفهمند و برای آنها تکالیف متناسب را آماده کنند. کامپیوتر به کمک هوش مصنوعی می‌تواند به طور مستقل به دانش‌آموزان پاسخ دهد، طوری که پاسخ آن مثل یک انسان به نظر می‌رسد. ربات‌ها همچنین می‌توانند برای کسانی که می‌خواهند زبان دیگری را بیاموزند، نقش طرف مقابل گفتگو را داشته باشند و کاملا در اختیار فرد باشند.

منبع:digikala