up
Search      menu
علم و تکنولوژی :: مقاله نانوحسگرها PDF
QR code - نانوحسگرها

نانوحسگرها

نانوحسگر وسيله اي است بسيار ريز که قادر به شناسايي و ارائه پاسخ به محرک هاي فيزيکي در مقياس يک نانومتر است. نانوحسگرها کاربردهاي متعددي در علوم مختلف ازجمله محيط زيست يافته اند که در ادامه به چند مورد اشاره خواهد شد.
● آلودگي هوا
يکي از نيازهاي مهم و اساسي در ارتباط با کنترل آلودگي محيطزيست، پايش مستمر آلودگي هواست. با استفاده از نانوحسگرها پيشرفت موثري در زمينه کنترل آلودگي هوإ؛ صورت گرفت. با اختراع اولين نمونه هاي غبار هوشمند، توليد اين گونه حسگرها به مرحله کاربرد علمي نزديک شد. هدف اصلي از ساخت غبارهاي هوشمند، توليد مجموعه اي از حسگرهاي پيشرفته به صورت نانو رايانه هاي بسيار سبک است. اين نانوحسگرها به راحتي ساعت ها در هوا معلق باقي مي مانند. اين ذرات بسيار ريز از سيليکون ساخته مي شوند و مي توانند از طريق بي سيم موجود در خود، اطلاعات جمع آوري شده را به يک پايگاه مرکزي ارسال کنند. سرعت انتقال اطلاعات در نمونه هاي اوليه حدود يک کيلوبايت در ثانيه است.
● نشت گازهاي مهلک
نشت گازهاي مهلک يکي از خطرات روزمره زندگي صنعتي است. متاسفانه هشداردهنده هاي موجود در صنعت اغلب بسيار دير موفق به شناسايي اين گونه گازهاي نشتي مي شوند. اين نوع حسگرها از نانوتيوب هاي تک لايه به ضخامت حدود يک نانومتر ساخته شده اند و مي توانند مولکولهاي گازهاي سمي را جذب کنند. آنها همچنين قادر به شناسايي تعداد معدودي از مولکولهاي گازهاي مهلک در محيط هستند. محققان مدعي اند که اين حسگرها براي شناسايي به هنگام گازهاي بيوشيميايي جنگي، آلاينده هاي هوا و حتي مولکولهاي آلي موجود در فضا کاربرد خواهند داشت.
● نانوفيلترها
يکي ديگر از کاربردهاي مهم فناوري نانو در محيط زيست، استفاده از نانوفيلترها در تصفيه آب و پساب است. غشاي مورد استفاده در فرايند نانوفيلتراسيون معمولا مولکول هاي بزرگ را دفع مي کند و در مقايسه با روش هاي ديگر قادرند با صرف انرژي کمتر آب چاه ها يا آب هاي سطحي را نيز به خوبي تصفيه کنند. اين فرايند قادر است انواع باکتري ها، ويروس ها، آفت کش ها، آلاينده هايي با منشا آلي و املاح کلسيم و منيزيم را از آب جدا کند. نظر به اين که در فرايند نانوفيلتراسيون از هيچ ماده شيميايي براي سختي گيري آب استفاده نمي شود، بنابراين اثرات منفي زيست محيطي آن به مراتب کمتر از روش هاي شيميايي معمول است.
علاوه بر اين، ذرات نانوساختار انعطاف پذيري زيادي در تصفيه آلاينده ها دارند. به عنوان مثال از ذرات نانوساختار براي تصفيه فوري خاک، رسوبات، ضايعات جامد، تصفيه آب و پسماندهاي مايع استفاده مي شود. تحقيقات نشان مي دهد که ذرات دوفلزي نانوساختار مانند آهن - پالاديم، آهن - نقره و روي - پالاديم کاربردهاي زيادي در تصفيه و پالايش آلوده کننده هاي محيط زيست، مانند آفت کش هاي کلرينه با منشا آلي و حلال هاي آلي هالوژنه يافته اند.
تجربه نشان داده است که استفاده از ذرات نانوساختار دو فلزي موجب مي شود تا کليه هيدروکربن هاي حاوي ترکيبات کلردار که بسيار سمي اند به هيدروکربن هاي بي خطر براي محيط زيست تبديل شوند.
به علاوه، شواهد بسيار مبين اين واقعيت است که ذرات نانوساختار با پايه آهني، قادر به تجزيه آلودگي هاي بسيار پايدار همچون ترکيبات پرکلرات ها، نيترات ها، فلزات سنگين (نيکل و جيوه) و مواد راديواکتيو مانند دي اکسيد اورانيوم هستند.
علاوه بر اين مي توان از نانوساختارها براي رنگ زدايي از آب آشاميدني استفاده کرد. رنگ موجود در آب آشاميدني نه تنها به خاطر ظاهر آن بايد از آب زدوده شود، بلکه چون اين رنگ ها مي توانند منشا توليدتري هالومتان نيز باشند، بسيار خطرناک محسوب مي شوند. اين ماده هنگام ترکيب با کلر موجب تشکيل کلروفرم و ديگر ترکيبات هالوژنه مضر و سرطان زا مي شوند. رنگ موجود در آب طبيعي معمولا ناشي از وجود اسيدهاي معدني است. اسيدهاي مذکور از تجزيه مواد آلي موجود در آب حاصل مي شوند. اغلب روش هاي متداول براي تصفيه آب قادر به جداسازي مواد فوق نيستند، ليکن با استفاده از غشاهاي نانو مي توان تا ۹۹ درصد اين گونه مواد را به سهولت از آب جدا کرد. همچنين تحقيقات نشان مي دهد استفاده از فناوري نانو در تصفيه آب مي تواند هزينه هاي تصفيه را تا حدود زيادي کاهش دهد.
● نانوپليمرهاي متخلخل
هنگامي که آلاينده هاي آلي آب گريز از طريق آب وارد خاک مي شوند، به راحتي توسط ذرات جامد غيرمحلول در آب جذب و از آب جدا مي شوند. پديده جذب و دفع اين گونه آلاينده ها از آب به خاک و از خاک به هوا بسيار پيچيده است و به عوامل متعددي از قبيل حلاليت در آب، آب موجود در شبکه خاک و رقابت اجزاي مختلف خاک براي جذب اين ذرات بستگي دارد. هنگامي که بيش از يک مولکول آب گريز در محيط وجود داشته باشد، مولکول هاي آلاينده به جسمي متصل مي شوند که از لحاظ شيميايي بيشترين شباهت را به آنها داشته باشد. به همين دليل نانوپليمرهاي متخلخل که شباهت زيادي به مولکولهاي مواد آلاينده دارند، مناسب ترين وسيله براي جداسازي اين نوع آلاينده هاي آلي از آب و خاک به شمار مي روند. به طور کلي کاربردهاي زيست محيطي اين نانوساختارها عبارتند از:
۱) جداسازي آلاينده هاي آلي از آب آشاميدني.
۲) تصفيه پسابهاي واحدهاي صنعتي مانند نيروگاه هاي هسته اي براي استفاده مجدد از آنها
۳) پاکسازي منابع آبي آلوده شده به مواد نفتي
۴) پاکسازي منابع آب زيرزميني از آلاينده هاي آلي
با توجه به اين که نانوپليمرهاي متخلخل به کرات مورد استفاده قرار مي گيرند، بنابراين هزينه هاي تصفيه به مراتب کمتر مي شود.
● کاتاليست هاي زيست محيطي
از زمينه هاي ديگر کاربردهاي مواد نانوساختاري، استفاده از آنها به عنوان کاتاليزورهاي زيست محيطي براي تصفيه خروجي اگزوز اتومبيل ها و پالايش آب و هواست. کاتاليزورهاي رايج که اغلب پايه پلاتين دارند، اگرچه راندمانشان کافي است، اما بسيار گران قيمت اند. به همين جهت کاتاليزورهاي نانوساختاري به عنوان جايگزين ارزان قيمت کاتاليزورهاي ياد شده مورد توجه قرار گرفته اند.
● پليمرهاي زيستي
از نانوساختارهايي مثل پليمرهاي زيستي مي توان براي توليد تراشه هاي الکترونيکي استفاده کرد. طبق اطلاعات موجود، براي توليد هر گرم ريزتراشه ۳۲ مگابايتي، به مصرف ۸۵ گرم سوخت فسيلي و مواد شيميايي و ۱۶ کيلوگرم آب نياز است. با استفاده از فرايندهاي نانو مي توان شيوه مرسوم در توليد تراشه هاي نيمه هادي را تا حد بسيار زيادي بهبود بخشيد. علاوه بر اين، استفاده از فناوري نانو منجر به توليد مواد بي خطر به جاي مواد سمي مي شود.
براي مثال، مانيتورهاي ساخته شده از مواد نانوساختار بسيار کم خطرتر از انواع مشابه ساخته شده از لوله هاي اشعه کاتدي (که حاوي مواد سمي اند) است و راندمان بالاتري هم دارد. نمايشگرهاي ساخته شده از کريستال مايع ضمن کوچک بودن حاوي سرب نيستند و مصرف انرژي آنها بسيار کمتر از انواع مشابه کاتدي است. علاوه بر اين استفاده از نانولوله هاي کربني در نمايشگرهاي کامپيوتري به کاهش مصرف فلزات سنگين در آنها کمک مي کند و از اين طريق از آسيب به محيط زيست مي کاهد.
● نانوفيلترها
الکل هايي مانند اتانول به عنوان حلال يا ماده پاک کننده به وفور در صنايع مورد استفاده قرار مي گيرند. اين مواد در حين مصرف مقادير زيادي از ناخالصي هاي مختلف را به خود جذب مي کنند. با توجه به اين که دور ريختن آنها پس از مصرف، اثرات زيانباري بر محيطزيست دارد، بايد براي استفاده مجدد تصفيه شوند. روش هاي متداول از قبيل تقطير، ضمن آلوده کردن محيط زيست انرژي زيادي را تلف مي کنند. استفاده از نانوفيلترها گام موثري در حفاظت محيط زيست و صرفه جويي انرژي در اين زمينه است.
● نانوپوشش ها
پوشش هاي نانوساختاري پيشرفته به خوبي بر سطوح مختلف از قبيل فلزات، شيشه، سراميک و پلاستيک مي چسبند و تنها چند ميکرون ضخامت دارند، ويژگي بارز اين نانوپوششگرها خاصيت ضدخوردگي آنهاست که کاربرد پوششي آنها را در فلزات سبک از قبيل آلومينيم و منيزيم افزايش داده است. پوشش هاي ياد شده، در مقابل حرارت بسيار مقاومند و مي توانند دما را تا ۷۰۰ درجه سانتي گراد تحمل کنند. استفاده از اين نوع پوششگرها منجر به کاهش خوردگي فلزات مي شود و در نهايت، محيط زيست را با کاهش ميزان مصرف مواد خام حفظ خواهد کرد.
کاربرد ديگر پوششگرهاي نانوساختاري، در حذف گرد و غبار از روي سطوح مختلف و کاهش مصرف پاک کننده هاست. اين نانوذرات را به صورت يک لايه بسيار نازک براي روکش کردن سطوح مختلف از قبيل شيشه اتومبيل ها به کار مي برند. بدين ترتيب کشش سطحي اين سطح نسبت به محلول هاي آبدار به شدت کاهش مي يابد. در نتيجه، مايع مذکور سطح پوشش داده شده را خيس نمي کند و به صورت قطراتي روي آن باقي مي ماند و به سرعت زدوده مي شود. اين عمل فرايند خشک شدن را سرعت مي دهد. بديهي است که مصرف مواد شوينده به شدت کاهش مي يابد و از آلودگي محيطزيست جلوگيري به عمل مي آيد.
● نانوپودرها
نانوپودرها موادي به شدت فعال اند که در دماي پايين ذوب يا آلياژ مي شوند. اين پودرها در فرايندهاي قالب گيري تزريقي و پوشش دادن سطوح مختلف مورد استفاده قرار مي گيرند. نوعي از پودرهاي نانوساختاري ياد شده که حاوي ذرات ريز آلومينيوم است، در صورت افزوده شدن به سوخت هاي جامد موشک ها شدت سوختن آنها را تا دو برابر افزايش مي دهد. اضافه کردن اين پودر به نفت سفيد باعث تسريع در احتراق آن و درنتيجه کاهش توليد آلاينده هاي مختلف مي شود.
آنچه از توانمندي هاي فناوري نانو ارائه شد به اين معني است که مي توان از اين روش ها براي حفظ محيط زيست در آينده اي نه چندان دور استفاده کرد و در کنار استفاده از منابع طبيعي با کمک فناوري هاي پيشرفته بتوان به تعاملي پايدار با طبيعت رسيد.

نانوحسگر وسيله‏اي است بسيار ريز که قادر به شناسايي و ارائه پاسخ به محرک‏هاي فيزيکي در مقياس يک نانومتر است. نانوحسگرها کاربردهاي متعددي در علوم مختلف ...

در پزشكي و علوم باليني براي تشخيص بيماري ها و پيگيري درمان آنها ضروري است از وضعيت گونه هاي مختلف مورد نظر در داخل بدن اطلاعات كمّي و كيفي داشته باشيم ...

امروزه پيشرفت تکنولوژي و دستيابي انسان به روش‏هاي نوين براي استفاده از منابع طبيعي دستاوردهايي را به همراه دارد که علاوه بر تاثيرات فراوان در زندگي بش ...

● حسگر چيست؟ حسگريک وسيله ي الکتريکي است که تغييرات فيزيکي يا شيميايي را اندازه گيري مي کند وآنها را به سيگنالهاي الکتريکي تبديل مي نمايد. حسگرها دروا ...

نانوتکنولوژي بعنوان يک فنا وري کاربردي در دهه هاي اخير مورد توجه قرار گرفته است. کاربرد اين فناوري در حوزه هاي مختلف، متفاوت است. اين فناوري با توليد ...

اين مقاله روشي براي سنتز ترکيبات لاستيک طبيعي (NR) است كه به صورت پراکنده داراي اتصالات عرضي و نانولوله هاي کربني است. واکنش نمونه هاي لاستيک طبيعي به ...

صنايع نيمه هادي در سير تكامل خود در حال رسيدن به نقط هاي است كه توانايي آن براي توليد نقاط كوچكتر با مشكلاتي جدي همچون اثرات كوانتومي و نوسانات سطوح ا ...

دانلود نسخه PDF - نانوحسگرها