نانولوله های کربنی

دسته: شیمی
بازدید: 103 بار
فرمت فایل: doc
حجم فایل: 672 کیلوبایت
تعداد صفحات فایل: 130

نانولوله‌های كربنی به عنوان یكی از دو جایگزین اصلی سیم‌ها در داخل تراشه‌ها و دیگر اجزاء الكترونیكی در دهه آینده مطرح هستند این ساختارها نه تنها هادی خوبی برای الكتریسته هستند، بلكه فوق‌العاده كوچك‌اند، بطوری كه به سازندگان اجازه استفاده از میلیاردها ترانزیستور را در یك تراشه می‌دهند

قیمت فایل فقط 6,900 تومان

نانولوله های کربنی 

چکیده

تحقیقات اخیر روی نانوسیالات، افزایش قابل توجهی را در هدایت حرارتی آنها نسبت به سیالات بدون نانوذرات و یا همراه با ذرات بزرگ‌تر (ماکرو ذرات) نشان می‌دهد. از دیگر تفاوت‌های این نوع سیالات، تابعیت شدید هدایت حرارتی از دما، همچنین افزایش فوق‌العاده فلاکس حرارتی بحرانی در انتقال حرارت جوشش آنهاست. نتایج آزمایشگاهی به دست آمده از نانوسیالات نتایج قابل بحثی است که به عنوان مثال می‌توان به انطباق نداشتن افزایش هدایت حرارتی با تئوری‌های موجود اشاره کرد. این امر نشان دهنده ناتوانی این مدل ها در پیش‌بینی صحیح خواص نانوسیال است. بنابراین برای کاربردی کردن این نوع از سیالات در آینده و در سیستم‌های جدید، باید اقدام به طراحی و ایجاد مدل‌ها و تئوری‌هایی شامل اثر نسبت سطح به حجم و فاکتورهای سیالیت نانوذرات و تصحیحات مربوط به آن کرد

سیستم‌های خنک کننده، یکی از مهم‌ترین دغدغه‌های کارخانه‌ها و صنایعی مانند میکروالکترونیک و هر جایی است که به نوعی با انتقال گرما روبه‌رو باشد. با پیشرفت فناوری در صنایعی مانند میکروالکترونیک که در مقیاس‌های زیر صد نانومتر عملیات‌های سریع و حجیم با سرعت‌های بسیار بالا (چند گیگا هرتز) اتفاق می‌افتد و استفاده از موتورهایی با توان و بار حرارتی بالا اهمیت به سزایی پیدا می‌کند، استفاده از سیستم‌های خنک‌کننده پیشرفته و بهینه، کاری اجتناب‌ناپذیر است. بهینه‌سازی سیستم‌های انتقال حرارت موجود، در اکثر مواقع به وسیله افزایش سطح آنها صورت می‌گیرد که همواره باعث افزایش حجم و اندازه این دستگاه‌ها می‌شود؛ لذا برای غلبه‌ بر این مشکل، به خنک کننده‌های جدید و مؤثر نیاز است و نانو سیالات به عنوان راهکاری جدید در این زمینه مطرح شده‌اند. نانوسیالات به علت افزایش قابل توجه خواص حرارتی، توجه بسیاری از دانشمندان را در سال‌های اخیر به خود جلب کرده است، به عنوان مثال مقدار کمی (حدود یک درصد حجمی) از نانوذرات مس یا نانولوله‌های کربنی در اتیلن گلیکول یا روغن به ترتیب افزایش 40 و 150 درصدی در هدایت حرارتی این سیالات ایجاد می‌کند [2] [3]؛ در حالی که برای رسیدن به چنین افزایشی در سوسپانسیون‌های معمولی، به غلظت‌های بالاتر از ده درصد از ذرات احتیاج است؛ این در حالی است که مشکلات رئولوژیکی و پایداری این سوسپانسیون‌ها در غلظت‌های بالا مانع از استفاده گسترده از آنها در انتقال حرارت می‌شود. در برخی از تحقیقات، هدایت حرارتی نانوسیالات، چندین برابر بیشتر از پیش‌بینی تئوری‌ها است. از دیگر نتایج بسیار جالب، تابعیت شدید هدایت حرارتی نانوسیالات از دما [4] [5] و افزایش تقریباً سه برابری فلاکس حرارتی بحرانی آنها در مقایسه با سیالات معمولی است.

مقدمه:

نانولوله‌های كربنی به عنوان یكی از دو جایگزین اصلی سیم‌ها در داخل تراشه‌ها و دیگر اجزاء الكترونیكی در دهه آینده مطرح هستند. این ساختارها نه تنها هادی خوبی برای الكتریسته هستند، بلكه فوق‌العاده كوچك‌اند، بطوری كه به سازندگان اجازه استفاده از میلیاردها ترانزیستور را در یك تراشه می‌دهند.

امروزه نانولوله‌ها را می‌توان تنها در آزمایشگاه و به میزان اندك تولید كرد. دستیابی به روش‌های تولید انبوه، سالها به طول می‌انجامد.

در روش كاتالیست فلزی، نیكل، آهن یا كبالت همراه با اتمهای كربن تا ذوب شدن فلز حرارت داده می‌شوند، سپس نانولوله‌های تك‌دیواره بر روی سطح فلز مذاب تشكیل می‌شوند.

متأسفانه در این روش ذرات فلزی به نانولوله‌ها چسبیده و آنها را مغناطیسی كرده و برای استفاده در ترانزیستورها غیرقابل استفاده می‌گردانند. آویریس می‌گوید: "در هر نانولوله ذره‌ای از فلز وجود دارد كه برای زدودن آنها باید نانولوله‌ها را در اسیدنیتریك جوشانید كه این عمل باعث تخریب نانولوله‌ها می‌گردد."

در روش ابداعــی شركتIBM نانولوله‌ها تخریب نمی‌شوند. پژوهشگران، كریستالی كه از لایه‌های سیلیكون و كربن تشكیل یافته را تا 1650 درجة سانتیگراد حرارت دادند. این عمل باعث تبخیر سیلیكون و باقی ماندن لایه‌‌ای از كربن می‌گردد. از آنجا كه كربن از قبل به سیلیكون متصل شده است، پس از تبخیر سیلیكون، برای پیوند با مواد دیگر آزاد می‌شود. در این حالت، پیوند كربن با خودش، موجب تشكیل لوله‌های كربنی می‍شود.

آویریس می‌گوید، ساختار اتمی كه این لوله‌های كربنی اختیار می‌كنند بعداً به صورت الگویی برای آرایش لوله‌ها به كار می‌رود به طوری كه می‌توان از آنها در ساخت پردازشگرها استفاده كرد. این ساختارها برای ایجاد ترانزیستور باید به صورت شبكه‌هایی از خطوط موازی تشكیل شوند.

فصل اول

1.      تولید نانولوله های کربنی با سوزاندن گیاهان:

محققین دانشگاه Northeast Normal   چین موفق به ساخت نانوتیوب های كربنی چند دیواره با قطر 50-30 نانومتر با گرم كردن چمن در حضور اكسیژن شدند.

به گفته Enbo Wang تولید نانوتیوب های حاصله از چمن دستاورد جدید و سازگار با محیط زیست است. استفاده از محصولات طبیعی تجدید پذیر به عنوان منبع كربن در حضور اكسیژن، به عنوان یك واكنش اكسیداسیونی، فواید زیادی را در حفظ و نگهداری محیط زیست، بهره­برداری از مزارع و محصولات طبیعی عاید انسان خواهد كرد.

در این پژوهش Wangو همكاران، پس از جمع آوری نمونه های چمن و قبل از خشك كردن، آنها را خرد كرده و در حرارت 250 درجه سانتی گراد به مدت 1 ساعت قرار دادند . سپس مواد حاصله را در 600 درجه سانتی گراد به مدت 20 دقیقه در ظروف دربسته حاوی 15میلی لیتر اكسیژن گذاشته و پس از سرد نمودن به آن اكسیژن تزریق كرده و مجددا چرخه دمایی را تا 50 دوره تكرار كردند .

محصول این فرایند  نانوتیوبی باطول µm 1، قطر خارجی nm30-50 و قطر داخلی nm 10-30 بود که محققین بازده این آزمایش را 15% تخمین زده بودند . اخیرا با افزودن آب به این واكنش دریافتند كه سنتز و خالص سازی نانوساختارها با سیستم C-H-O به راحتی ممكن می شود .

به گفته Wang این حالت ما را به دنبال روش جدیدی برای ساخت مستقیم نانولوله ها از طریق تغییر  كربوهیدرات ها و تبدیل آنها به آب و كربن خالص سوق می دهد، به طوری که نه تنها  مشكل محدودیت كربن خالص را حل می كند ، بلكه به ما ایده به دست آوردن اتم فعال كربن برای ساخت نانوتیوب ها  را هم می دهد .

به نظر  محققین پیش تیمار چمن ها باعث از بین رفتن پروتئین ها و تركیبات روغنی می شود و در پی آن تیمار در دمای 600 درجه سانتی گراد باعث دهیدراته شدن سلولز و و تبدیل آن به ساختارهای نانوكربنی شود همانند فرایند اكسیداتیو دلیگنیفیكاسیون می­شود.

اكثر گیاهان و مخصوصا چمن ها دارای آوندهایی از جنس سلولز، همی سلولز و لیگنین برای حمل و نقل مواد به سایر اندام ها می باشند. این ساختارهای لوله مانند منبعی از كربن هستند که نقش اساسی در تولید نانوتیوب ها ایفا می کنند. استفاده از همان دما بر روی كربوهیدرات هایی كه فاقد شكل لوله ای هستند مانند گلوكز و ساكارز، نانو لوله های اندكی را تولید خواهد كرد . اما چوب و كنف- مواد گیاهی با ساختار لوله ای - منبع مفیدی برای تولید نانولوله ها می باشند.

به گفته  Zhenhui Kang ، نانولوله های تولیدی دارای نقص هایی در دیواره می باشند اما با این وجود از آنها می توان در كاتالیز مواد مانند كاتالیزورها استفاده نمود.

به گفتهُ وی محققان با بررسی تاثیر واكنش های  مختلف بر میزان تولید نانو لوله های كربنی به دنبال یافتن راه ایده آل  با راندمان بالا و هزینه كم می باشند که این پروسه راه جدیدی را برای گسترش ساخت نانولوله های كربنی فراهم می كند.

فصل دوم

1.      انتقال گرما به وسیله نانوسیالات

2 . تهیه نانوسیالات

3 . انتقال حرارت در سیالات ساکن

 4 . جریان، جابه‌جایی و جوشش

5 . هدایت حرارتی نانوسیال

6 . چشم‌انداز

1.      انتقال گرما به وسیله نانوسیالات

اخیراً استفاده از نانوسیالات که در حقیقت سوسپانسیون پایداری از نانوفیبرها و نانوذرات جامد هستند، به عنوان راهبردی جدید در عملیات انتقال حرارت مطرح شده است.
تحقیقات اخیر روی نانوسیالات، افزایش قابل توجهی را در هدایت حرارتی آنها نسبت به سیالات بدون نانوذرات و یا همراه با ذرات بزرگ‌تر (ماکرو ذرات) نشان می‌دهد. از دیگر تفاوت‌های این نوع سیالات، تابعیت شدید هدایت حرارتی از دما، همچنین افزایش فوق‌العاده فلاکس حرارتی بحرانی در انتقال حرارت جوشش آنهاست. نتایج آزمایشگاهی به دست آمده از نانوسیالات نتایج قابل بحثی است که به عنوان مثال می‌توان به انطباق نداشتن افزایش هدایت حرارتی با تئوری‌های موجود اشاره کرد. این امر نشان دهنده ناتوانی این مدل ها در پیش‌بینی صحیح خواص نانوسیال است. بنابراین برای کاربردی کردن این نوع از سیالات در آینده و در سیستم‌های جدید، باید اقدام به طراحی و ایجاد مدل‌ها و تئوری‌هایی شامل اثر نسبت سطح به حجم و فاکتورهای سیالیت نانوذرات و تصحیحات مربوط به آن کرد.

سیستم‌های خنک کننده، یکی از مهم‌ترین دغدغه‌های کارخانه‌ها و صنایعی مانند میکروالکترونیک و هر جایی است که به نوعی با انتقال گرما روبه‌رو باشد. با پیشرفت فناوری در صنایعی مانند میکروالکترونیک که در مقیاس‌های زیر صد نانومتر عملیات‌های سریع و حجیم با سرعت‌های بسیار بالا (چند گیگا هرتز) اتفاق می‌افتد و استفاده از موتورهایی با توان و بار حرارتی بالا اهمیت به سزایی پیدا می‌کند، استفاده از سیستم‌های خنک‌کننده پیشرفته و بهینه، کاری اجتناب‌ناپذیر است. بهینه‌سازی سیستم‌های انتقال حرارت موجود، در اکثر مواقع به وسیله افزایش سطح آنها صورت می‌گیرد که همواره باعث افزایش حجم و اندازه این دستگاه‌ها می‌شود؛ لذا برای غلبه‌ بر این مشکل، به خنک کننده‌های جدید و مؤثر نیاز است و نانو سیالات به عنوان راهکاری جدید در این زمینه مطرح شده‌اند. نانوسیالات به علت افزایش قابل توجه خواص حرارتی، توجه بسیاری از دانشمندان را در سال‌های اخیر به خود جلب کرده است، به عنوان مثال مقدار کمی (حدود یک درصد حجمی) از نانوذرات مس یا نانولوله‌های کربنی در اتیلن گلیکول یا روغن به ترتیب افزایش 40 و 150 درصدی در هدایت حرارتی این سیالات ایجاد می‌کند [2] [3]؛ در حالی که برای رسیدن به چنین افزایشی در سوسپانسیون‌های معمولی، به غلظت‌های بالاتر از ده درصد از ذرات احتیاج است؛ این در حالی است که مشکلات رئولوژیکی و پایداری این سوسپانسیون‌ها در غلظت‌های بالا مانع از استفاده گسترده از آنها در انتقال حرارت می‌شود. در برخی از تحقیقات، هدایت حرارتی نانوسیالات، چندین برابر بیشتر از پیش‌بینی تئوری‌ها است. از دیگر نتایج بسیار جالب، تابعیت شدید هدایت حرارتی نانوسیالات از دما [4] [5] و افزایش تقریباً سه برابری فلاکس حرارتی بحرانی آنها در مقایسه با سیالات معمولی است [6 و7 [
این تغییرات در خواص حرارتی نانوسیالات فقط مورد توجه دانشگاهیان نبوده در صورت تهیه موفقیت‌آمیز و تأیید پایداری آنها، می‌تواند آینده‌ای امیدوارکننده در مدیریت حرارتی صنعت را رقم بزند. البته از سوسپانسیون نانوذرات فلزی، در دیگر زمینه‌ها از جمله صنایع دارویی و درمان سرطان نیز استفاده شده است [8]. به هر حال تحقیق در زمینه نانوذرات، دارای آینده‌ای بسیار گسترده است 

قیمت فایل فقط 6,900 تومان

برچسب ها : نانولوله های کربنی , طرح توجیهی نانولوله های کربنی , دانلود نانولوله های کربنی , شیمی , کربن , , نانوسیالات , تولید نانولوله های کربنی با سوزاندن گیاهان , انتقال گرما به وسیله نانوسیالات , نانولوله‌های كربنی , هدایت حرارتی نانوسیال , انتقال گرما به وسیله نانوسیالات , دانلود طرح توجیهی , پروژه دانشجویی , دانلود پژوهش , دانلود تحقیق , پایان نامه , دانلود پروژه