سفارش تبلیغ
تبلیغات در پارسی بلاگ
وب سایت جامع دانش قابل استفاده برای دانشجویان و مهندسین و مدیران
منوی اصلی
مطالب پیشین
لینک دوستان

ویرایش
پیوندهای روزانه
نویسندگان
آمار وبلاگ
  • بازدید امروز : 535
  • بازدید دیروز : 849
  • کل بازدید : 4833164
  • تعداد کل یاد داشت ها : 3927
  • آخرین بازدید : 98/6/26    ساعت : 12:4 ع
درباره
مهندس سجاد شفیعی[478]

http://www.telegram.me/sajjadshafiee_ir . . . رشته مهندسی پلیمر نسبت به رشته‌های مهندسی دیگر تقریبا جوان است و شکوفایی آن از زمان جنگ جهانی دوم آغاز شده است. اما به دلیل کاربرد روزافزون پلیمر در صنایع مختلف، این رشته به سرعت رشد کرده و امروزه جزو یکی از رشته‌های مهم کشورهای صنعتی پیشرفته می‌باشد. هدف رشته مهندسی صنایع پلیمر تولید کلیه محصولات پلیمری از قبیل لاستیک، پلاستیک، الاستومر، چسب‌ها، رزین و سایر مواد مورد نیاز صنعت است. برای مثال طراحی و تولید تایر ماشین در صنایع لاستیک، لوله‌های پلی‌اتیلن در صنایع پلاستیک و انواع فایبرگلاسها در کامپوزیت به یاری متخصصان مهندسی صنایع پلیمر انجام می‌گیرد یا حتی در این رشته شکل‌دهی رزین‌ها نیز مطرح است که برای مثال می‌توان به ساخت ملامین اشاره کرد.حتی کیسه‌های پلاستیکی و روکش ظروف نچسب ( تفلون ) از مواد پلیمری می‌باشند. در واقع در رشته مهندسی صنایع پلیمر هر آنچه که به این مواد بر می‌گردد، مورد مطالعه و بررسی قرار می‌گیرد. البته پلیمرها فقط کاربرد صنعتی ندارند بلکه کاربرد پزشکی نیز دارند. مثلا اگر کشکک زانوی یک نفر آسیب ببیند و ترمیم آن امکان‌پذیر نباشد، شبیه به همان کشکک زانو را با مواد پلیمری درست می‌کنند و بر روی زانو قرار می‌دهند و یا دندان مصنوعی و لنزهای چشمی همه از مواد پلیمری ساخته می‌شوند که به این مواد پلیمری «پلیمرهای زیستی» می‌گویند. فرصت‌های شغلی: در صنعت پوشاک پلیمرها در تولید پاپوش‌ها، تن‌پوشها و کف‌پوشها بسیار موثر هستند. در صنایع حمل و نقل زمینی (خودروسازی، قطار و ... )، هوایی ( هواپیما و بالگرد) و دریایی (کشتی‌ها و ...) پلیمرها حضوری چشمگیر دارند، و بالاخره در صنایع نظامی، پزشکی، کشاورزی و بسته‌بندی کاربرد مواد پلیمری بسیار گسترده است.بدر صنعت پوشاک نیز پلیمرها در تولید پاپوش‌ها، تن‌پوشها و کف‌پوشها بسیار موثر هستند. در صنایع حمل و نقل زمینی (خودروسازی، قطار و ... )، هوایی ( هواپیما و بالگرد) و دریایی (کشتی‌ها و ...) پلیمرها حضوری چشمگیر دارند، و بالاخره در صنایع نظامی، پزشکی، کشاورزی و بسته‌بندی کاربرد مواد پلیمری بسیار گسترده است. باتوجه به کاربرد وسیع پلیمرها در صنایع، فارغ‌التحصیلان این رشته توانایی‌های کافی در زمینه‌های ایجاد و برنامه‌ریزی واحدهای تولیدی تبدیل پلیمر خام به مواد مصرفی و اشتغا

ویرایش
جستجو


وصیت شهدا
وصیت شهدا
آرشیو مطالب

ویرایش
صفحات مجزا
لوگوی دوستان
کاربردی
ابر برچسب ها
مهندسی شیمی_مهندسی پلیمر ، مدیریت ، عکس ، مدیریت در اسلام ، پلیمرها و کاربرد آنها ، اندروید ، فناوری نانو ، و ، یراق کابینت ، کائــوچو ، کائوچو طبیعی ، کاندیدای ، کتاب ریاضیات مهندسی Erwin kreyszig ، کوبه ، نانو ایرانیان باستان ، نوستالژی ، فیزیک خلا (Vacuum Physics) ، قفل حیاطی ، قفل لوکس ، قفل یونیک ، قفل کتابی ، قفل کمدی ، کامپوزیت های چوب پلاستیک ، گالری یراق کوبه ، لاهیجان ، مجلس ، مدیر محبوب و مقبول ، مدیر موفق ، مرد و زن ، مرودشت ، مزایای بیوپلیمر ، ملامین چیست ، عکسی از مهمانی 90 سال پیش ! ، مدیریت دانش ، انقلاب صنعتی ، انواع روغن ها و تاثیر بر لاستیکها ، ایام ، ایران ، اکسترودر ، برای دانلود جزوه مکانیک سیالات پارسه ، پاسارگاد ، پلاستیک های زیستی ، پلی آمید (نایلون) ، پلی اتیلن ، ، پلی استر (Polyester) ، پلی پروپیلن ، پلی ونیل کلراید ، پلیمر های مقاوم حرارتی ، Wood-Plastic Composite ، آشنایی با انواع پلیمر و رزین ، ارسنجان ، اسلامی ، اسلحه پلیمری ، اصطلاحات رایج در صنعت نفت ، الیاف کولار (Kevlar) ، امیرکبیر ، پلیمرهای خود-درمانگر ، پلیمرهای مقاوم حرارتی ، پی وی سی - PVC ، تاسوعا ، تسلیت ، تصاویر جالب نوستالژیک (1) ، تقویت قدرت خلاقیت ، تولدم مبارک ، جزوه الاستومر ، جزوه مقاومت مصالح ، حسینی ، حل المسائل کتاب مکانیک سیالات Frank m. white ، داستان ، داستانهای زیبا ، دانلود جزوه استاتیک دکتر مطلبی ، دانلود حل المسائل شیمی فیزیک اتکینز ، دانلود حل المسائل کتاب مکانیک سیالات munson -young -okiishi ، دانلود رایگان Fundamentals of Momentum, Heat and Mass Transfer, ، دانلود رایگان جداول ترمودینامیک ون وایلن ، دانلود رایگان حل المسائل مریام ، دانلود رایگان حل المسائل مقاومت مصالح پوپوف جلد 1 و 2 ، دانلود رایگان کتاب an introduction to rubber technology- ciesiel ، دانلود رایگان کتاب fundamentals of chemistry ، دانلود رایگان کتاب fundamentals of polymer processing - Stanley ، دانلود رایگان کتاب introduction to polymer science and technolog ، دانلود رایگان کتاب Mechanical properties of polymers and composi ، دانلود رایگان کتاب polymer analysis - barbara stuart.pdf ، دانلود رایگان کتاب Polymer Characterization - Laboratory Techniq ، دانلود رایگان کتاب Polymer processing (D.G.Baird).pdf ، دانلود رایگان کتاب Polymer Spectroscopy - fawcett.pdf ، دانلود رایگان کتاب The science and technology of rubber - james ، دانلود رایگان کتاب Thermal Analysis of Polymeric Materials - wun ، دانلود رایگان کتاب انتقال حرارت سنجل Yunus A Cengel - Heat Tran ، دانلود رایگان کتاب مبانی پلیمریزاسیون ادین ویرایش چهارم ، دانلود کتاب معادلات دیفرانسیل Advanced Engineering Mathematics ، دانلود کتاب معادلات دیفرانسیل پارسه ، دانلود کتاب مکانیک سیالات ، دانلود کتاب مکانیک سیالات Fundamentals of Fluid Mechanics ، در ، دستگیره الکترونیکی ، دستگیره درب ، دهمین ، دوره ، دکتر محمد علی قوهستانی ، سوپر جاذب ، شعر ، شهرستان های ، شورای ، عاشورا ، عجایب 10 گانه طبیعت ،
فرایندهای کنترل شده برای رشد ساختارهای نانوتیوب کربنی (2)
مترجم: حبیب الله علیخانی

ساختارهای نانوتیوبی سه بعدی

در مورد بالا، ما به طور مستقیم ساختارهای نانوتیوبی را نشان داده ایم که عمود بر سطح زیرلایه هستند. در این ساختارها ضخامت الگوهای سیلیسی اندک در نظر گرفته شده است و عموما این ضخامت کمتر از 100 نانومتر است. با استفاده از جزیره های سیلیسی با ضخامت بیشتر (مثلا بین 5 تا 8 میکرون)، ما قادر هستیم تا بلوک هایی نانوتیوبی ایجاد کنیم که در جهات چندگانه، جهت گیری کرده اند. این جهات شامل جهاتی می شود که در داخل سطح زیرلایه ی ماکروسکوپیک قرار دارند. ما می توانیم همچنین تشخیص بدهیم که رشد نانوتیوب ها در جهات متعامد و با استفاده از تمپلیت ها، شامل چاله های حاصل از اچ شوندگی است که این چاله ها چندین برج یا خط سیلیسی را از هم جدا کرده است. در شکل 1، آرایه هایی از نانوتیوب هم جهت به صورت عمودی و افقی نشان داده شده اند. در فرایند رسوب دهی شیمیایی از فاز بخار، این ساختارهای نانوتیوبی در یک مرحله رشد می کنند. در اینجا، ما همچنین قادریم تا ساختارهایی ایجاد کنیم که پیچیده تر هستند. این ساختارها که بر پایه ی سیلیس ساخته می شوند، با استفاده از تکنیک های مختلف، ماشین کاری می شوند. این تکنیک های ماشین کاری، تکنیک های ساخت میکروالکترومکانیکال (MEMs)، شناخته می شوند. برای مثال ساختارهای نانوتیوبی سه بعدی را ببینید که به آنها گل آفتابگردان نانوتیوبی می گویند. برای تولید این ساختارها، نانوتیوب ها با انحراف کم بر روی بخش های سیلیسی مخروطی شکل، رشد داده می شوند. ساختارهای معکوس که بر روی لایه های اکسیدی ناقص رشد داده می شوند، می توانند برای استفاده در تولید غشاء های نازک مورد استفادهل در کاربردهای الکترومکانیکی، مناسب باشند.
فرایندهای کنترل شده برای رشد ساختارهای نانوتیوب کربنی (2)
یک ساختار مهم دیگر که از رشد نانوتیوب ها بر روی سیلیس در جهت نرمال های صفحه، تولید می شوند، نیز در شکل 1 (سمت پایین) نشان داده شده است. در این ساختار، دو لایه از نانوتیوب در جهات مخالف رشد داده شده است. در این روش، لایه ی شفاف دیسکی مانند، نشاندهنده ی غشاء سیلیسی است و ناحیه ی تیره تر نشاندهنده ی پایه های سیلیکونی است که از آن بخش حمایت می کند. با افزایش ضخامت لایه ی سیلیسی معلق و رسیدن این ضخامت به چند میکرومتر، می توان ساختارهای چندلایه و ساختارهای نانوتیوبی هم جهت، ایجاد کرد.

رشد جهت دار ساختارهای پیچیده

کنترل بیشتر برروی اندازه و جهت گیری ساختارهای نانوتیوب کربنی می تواند با ترکیب کردن روش های اشاره شده در بالا با روش های فلزی کردن متدوال، انجام شود. برای ایجاد هماهنگی در قرارگیری نانوتیوب ها در جهات انتخاب شده، نیاز است تا سطوح سیلیسی سه بعدی ایجاد کرد. برخی از بخش های این سطوح با استفاده از لایه های طلا، پوشش دهی می شود. با این کار رشد نانوتیوب تنها در جهات پیش تعیین شده، انجام می شود (شکل 1). تصاویر SEM در شکل 2 سه ساختار مختلف نشان داده شده است که یکی کلا با نانوتیوب پوشیده شده است، یک نانوتیوب دو بلوک مجاور را به هم متصل کرده است و یک ساختار نانوتیوبی کوچکتر وجود دارد که این نانوتیوب ها تنها به طور جزئی شکاف را پوشانده است. پیکربندی های مختلف برای کاربردهای مختلف، مفید است.
فرایندهای کنترل شده برای رشد ساختارهای نانوتیوب کربنی (2)

ساختارهای سه بعدی تولید شده از نانوتیوب های تک دیواره

با روش های ساده ی رسوب دهی شیمیایی از فاز بخار، شبکه هایی دو بعدی از نانوتیوب های تک دیواره به آسانی تولید می شود. بررسی های انجام شده با استفاده از SEM نشان داده است که شبکه های نانوتیوبی تک دیواره با دانسیته ی بالا، ممکن است ساختارهایی با اشکال مختلف بر روی سیلیس با الگوهای نانویی، ایجاد کنند. با استفاده از کاتالیست های آهن رسوب داده شده بر سطح بالایی و کناری دیواره های ستون، ما مشاهده کرده ایم که بازده نانوتیوب های تک دیواره ی معلق شده می تواند بسیار بالا باشد (شکل 3 را ببینید). مشاهدات نزدیک تر بر روی شبکه های نانوتیوبی نشان دهنده ی این است که بسیاری از تیوب ها بر روی بخش پایینی زیرلایه و دیواره های کناری ساختارهای الگودار، رشد می کنند. جهات رشد نانوتیوب ها بر اساس محل پایه ها کنترل می شود و موجب می شود تا ساختارهای با سازماندهی بالا از نانوتیوب های تک دیواره بر روی هندسه های پیش تعریف شده از این الگوها، ایجاد شود. در مورد الگوهای خطی، نانوتیوب ها به طور ترجیحی به طور عمود بر توپولوژی سطح زیرلایه، رشد می کنند (بدون توجه به جهت جریان گاز). بررسی های TEM از نانوتیوب های موجود بر روی پایه ها، نشان دهنده ی این است که دسته های کوچک از این نانوتیوب ها شامل چند نانوتیوب تک دیواره هستند که قطر آنها بین 1 تا 1.3 نانومتر است.
فرایندهای کنترل شده برای رشد ساختارهای نانوتیوب کربنی (2)
سایر فلزات انتقالی مانند کبالت ممکن است برای ایجاد شبکه های نانوتیوبی با دانسیته ی بالا، مورد استفاده قرار گیرد. در مقایسه با کاتالیست های آهنی، فرایند رسوب دهی شیمیایی از فاز بخار که از کبالت برای رشد نانوتیوب ها استفاده می کنند، در دماهای پایین تری کار رسوب دهی را انجام می دهند (حدود فرایندهای کنترل شده برای رشد ساختارهای نانوتیوب کربنی (2) ) و همان دانسیته ی قبلی بدست می آید. در اینجا نیز زیرلایه دارای اثر قابل توجهی بر روی رشد نانوتیوب هاست. در اینجا، شبکه های نانوتیوبی تک دیواره تحت پارامترهای CVD یکسانی بر روی پایه ی سیلیسی تولید می شوند، دارای دانسیته ی بالاتری نسبت به آنهایی دارند که بر روی پایه ی سیلیکونی، رشد داده شده اند. یک نتیجه ی جالب توجه از مطالعه ی این ساختارهای نانوتیوبی تک دیواره، رفتار آنها تحت تابش باریکه ی یونی است. شکل 3 نشان می دهد که چگونه اسکن متوالی باریکه ی یونی، اتم های کربن را از نانوتیوب ها می زداید و موجب می شود تا ابعاد آنها کاهش یابد. با اسکن متوالی، برخی از نانوتیوب ها می توانند به طور انتخابی از نمونه حذف گردند. این کار یکی از کارهایی است که برای آماده سازی ساختارهای نانوتیوبی برای استفاده در کاربردهای خاص، ضروری است.

استفاده از ساختارهای نانوتیوبی بزرگ

فیلترهای نانوتیوبی ماکروسکوپیک

ساختارهای ماکروسکوپیک تشکیل شده از نانوتیوب های کربنی هم جهت، می توانند سنتز شوند. کار تولید با استفاده از کنترل مناسب بر روی فرایند تولید، انجام می شود. این کار نه تنها بر روی زیرلایه های مسطح و دارای الگو قابل انجام است، بلکه همچنین این کار بر روی زیرلایه های خمیده نیز قابل انجام می باشد. برخی از محققین ساخت سیلندرهای توخالی ماکروسکوپیکی را گزارش داده اند که از قرار گیری پیوسته ی نانوتیوب ها تشکیل شده اند. این ساختارها برای استفاده به عنوان فیلتر مورد استفاده قرار می گیرند. این نوع از فیلترها قابلیت استفاده در التراسونیک و اتوکلاو را دارای می باشند. در شکل 4 و 5 مثال هایی از این فیلترها آورده شده است. پایداری گرمایی و مکانیکی خارق العاده ی نانوتیوب ها و مساحت سطح بالای این مواد، سهولت و اقتصادی بودن هزینه های تولید غشاء های نانوتیوبی، این مواد توانایی رقابت با انواع غشاء های سرامیکی، پلیمری و ... را دارا می باشد.
فرایندهای کنترل شده برای رشد ساختارهای نانوتیوب کربنی (2)
فرایندهای کنترل شده برای رشد ساختارهای نانوتیوب کربنی (2)
یک مزیت اصلی فیلترهای نانوتیوبی نسبت به فیلترهای متداول، پایداری بالای آنها و تمیز شدن آنها بعد از هر بار اعمال فرایند فیلتراسیون می باشد. یک فرایند ساده برای تمیزکاری این فیلترها، استفاده از التراسونیک یا اتوکلاو است. با استفاده از این وسایل، تمیزکاری نیز با پاکسازی این فیلترها انجام می شود و فیلترهای پاک سازی شده، سپس دوباره مورد استفاده قرار می گیرند. در فیلترهای آب تشکیل شده از غشاء های سلولز نیتراتی و استاتی، به دلیل جذب قوی باکتری ها بر روی سطح غشاء، استفاده مجدد از آنها امکان پذیر نمی باشد. همچنین فیلترهایی که برای فیلتراسیون ویروس ها مورد استفاده قرار می گیرد، قابلیت استفاده ی مجدد ندارد. علت این موضوع، پایداری گرمایی بالای نانوتیوب هاست در واقع، فیلترهای نانوتیوبی را می توان در دمایی در حدود 400 درجه ی سانتیگراد مورد استفاده قرار گیرد. این دما چندین برابر دمای عملیاتی فیلترهای غشائی پلیمری متداول است. فیلترهای نانوتیوبی به دلیل پایداری مکانیکی و گرمایی بالا، ممکن است از لحاظ تجاری با فیلترهای سرامیکی قابل رقابت باشند. علاوه بر این، این فیلترها ممکن است عامل دار شوند و برای اهداف خاص مورد استفاده قرار گیرند.

سنسورهای تولید شده با لایه های نانوتیوبی

ولتاژ پایین مورد نیاز برای انتشار الکترون از سری های نانوتیوبی، این مسئله را ممکن می کند که از این سری ها در سنسورهای یونیزه، استفاده شود. مزیت های نانوتیوب های کربنی نسبت به سنسورهای معمولی عبارتند از اندازه ی کوچکتر، عملکرد ساده و تحت تأثیر قرار نگرفتن بوسیله ی شرایط محلی مانند دما و رطوبت می باشد. بخش های مختلف این سیستم مشابه سیستم انتشار میدانی است با این تفاوت که نانوتیوب ها به عنوان آند و یک صفحه ی آلومینیومی به عنوان کاتد عمل می کند. این کاتد و آند بوسیله ی یک بخش خلأ از هم جدا می شوند و فاصله ی آنها در حدود 150 میکرون می باشد. گازی که باید تحت آنالیز قرار گیرد، به داخل محفظه هدایت می شود. ولتاژ و جریان بوسیله ی یک آمپرمتر و ولتمتر، اندازه گیری می شود. با این کار وقتی ولتاژ افزایش یابد، این بدین معناست که گاز اطراف سری نانوتیوبی، یونیزه شده است. این ابر یونی سپس از میدان انرژی دریافت می کند و جفت های الکترون- حفره ی بیشتری تولید می شود. بعدا جفت های الکترون- حفره ی بیشتری تشکیل می شود تا اینکه، این فرایند سرانجام منجر به جدایی میان الکترودها شود. ولتاژی که در آن شکست یا جدایی رخ می دهد، برای گازهای مختلف متفاوت است و به ولتاژ شکست معروف است. این ولتاژ مشخصه ی هر گاز است. اندازه گیری جریان نیز مهم می باشد زیرا این کمیت به غلظت گاز بستگی دارد. اندازه گیری مناسب از ولتاژ شکست می تواند حضور گاز در محفظه را تشخیص دهد. برخی مثال ها از گازهای تشخیص داده شده، عبارتند از هلیوم، آمونیاک، آرگون و اکسیژن. این گازها در غلظت های ثابت فرایندهای کنترل شده برای رشد ساختارهای نانوتیوب کربنی (2) قابل تشخیص هستند (شکل 6). مقادیر ولتاژ شکست برای گازهای منفرد در غلظت های مختلف گازها، ثابت است.
فرایندهای کنترل شده برای رشد ساختارهای نانوتیوب کربنی (2)

کامپوزیت های نانوتیوبی برای استفاده در کاهنده های ارتعاش (Damping)

نانوکامپوزیت های بر پایه ی نانوتیوب به خاطر استحکام ویژه ی آنها، در کاربردهای مختلفی مورد استفاده قرار می گیرند. اخیرا، علاقه ی زیادی برای توسعه ی کامپوزیت های نانوتیوبی- پلیمری به منظور استفاده در کاربردهایی که نیازمند ترکیب استثنایی از خواص وجود دارد، بوجود آمده است. نانوکامپوزیت های نانوتیوب- پلیمری مواد مناسبی در استفاده در کاربردهایی مانند سوئیچ های نوری بسیار سریع و لایه های بیوکاتالیستی، هستند. پتانسیل استفاده از این نانوکامپوزیت ها به دلیل فایق آمدن بر یکی از محدودیت های مواد متداول مورد استفاده در این کاربردها، است. از مشکلات موجود در زمینه ی تولید این کامپوزیت ها، کنترل جهت گیری و نحوه ی پراکنده شدن نانوتیوب ها در داخل زمینه ی پلیمری است. از سایر مشکلات این کامپوزیت ها ایجاد سطح مشترک مناسب میان نانوتیوب و زمینه ی پلیمری است. یک راه برای کنترل همزمان توازی نانوتیوب ها و نحوه ی پراکنده شدن نانوتیوب ها در زمینه ی پلیمری، مونومرهای در آرایه های پیش منظم شده از نانوتیوب ها فرستاده می شود. بعد از این کار، فرایند پلیمریزاسیون به صورت در جا انجام می شود. لایه های کامپوزیتی تولید شده، می توانند توزیع خوبی داشته باشند. این نانوتیوب ها دارای قرارگیری مناسبی در زمینه ی پلیمری هستند و موجب تقویت این پلیمرها می شوند. یک کاربرد مهم برای کامپوزیت های نانوتیوبی به دلیل خواص مکانیکی بی همتای در سطح مشترک پلیمر- نانوتیوب، بوجود آمده است. این رفتار، رفتار کاهندگی ارتعاش (Damping) نامیده می شود. ما فهمیده ایم که با استفاده از لایه های اپوکسی و نانوتیوب در حالت کامپوزیتی، می توان خاصیت سفتی لایه ها را به همراه خاصیت کاهندگی ارتعاش، همراه کنیم (شکل 7). تجربیات بدست آمده بر روی این نانوکامپوزیت ها نشان داده است که میزان کاهندگی ارتعاش 200 % افزایش یافته و همچنین سفتی پیوند نیز 30 % افزایش می یابد. بررسی های انجام شده با SEM که بر روی لایه های نانوتیوبی انجام شده، آشکار ساخته است که یک شبکه ی سحرآمیز از نانوتیوب های با دانسیته بالا و به هم متصل، در این ساختارها وجود دارد. این اتصالات داخلی نانوتیوب ها موجب می شود تا انرژی وارد شده به داخل لایه ی نانوتیوبی، توزیع گردد. اتصالات عرضی میان نانوتیوب ها همچنین موجب بهبود انتقال بار در داخل شبکه می شود و در نتیجه موجب افزایش خواص سفتی نمونه ها می شود. پرکننده های نانوتیوبی دارای خاصیت تداخل اندکی است اما واکنش های لغزشی سطح مشترک و داخل لوله ای کامپوزیت ها می تواند برای افزایش جذب انرژی شود بدون آنکه سایر خواص مکانیکی افت کند. اندازه گیری ها آشکار ساخته است که رفتار ویسکوالاستیک قابل توجه در این مواد تا 1400 % افزایش می یابد. بر اساس تنش های برشی بین سطحی برای این سیستم ها، این مسئله فهمیده شده است که جذب انرژی به توزیع انرژی در طی لغزش سطح مشترک، بستگی دارد.
فرایندهای کنترل شده برای رشد ساختارهای نانوتیوب کربنی (2)
مزیت های چندگانه ای برای استفاده از لایه های اپوکسی- نانوتیوب وجود دارد زیرا یک پلیمر ماده ی است که دارای کاهندگی کامل انرژی است. یکی از این مزیت ها این است که پلیمرهای ویسکوالاستیک سنتی در هنگام استفااده در دماهای بالاتر، تخریب می شوند. گستره ی دمایی برای لایه های جاذب تجاری در گستره ی دمای 0 تا 100 درجه ی سانتیگراد است. نانوتیوب های کربنی می توانند بدون تخریب قابل توجه در دماهای بالا مورد استفاده قرار گیرند و در نتیجه برای کاربردهای دما بالا، فیلم های نانوتیوبی دارای کارایی بالا و قابلیت اطمینان بالایی هستند. دومین مزیت، این است که سفتی پلیمرهای سنتی مورد استفاده، کمتر از کامپوزیت های نانوتیوبی است. همچنین یکپارچگی لایه های جاذب ویسکوالاستیک در داخل سیستم های کامپوزیتی دارای چالش های فنی قابل توجهی است. وقتی مواد جاذب انرژی در این کامپوزیت ها مورد استفاده قرار می گیرند، این ماده دماهای سیکلی دریافت می کند. مواد جاذب انرژی که به طور تجاری موجود می باشند، دارای دماهای کاربری هستند که کمتر از دماهای سیکلی عمل آوری آنهاست. نانوتیوب ها در دماهایی بالاتر از دمای عمل آوری، پایدار هستند و ساختار و خواص آنها تخریب نمی شود علت این مسئله نفوذ رزین می باشد. به همین دلیل است که لایه های نانوتیوب کربنی می توانند به صورت بالقوه در داخل ساختار کامپوزیت های و سیستم های غیر هموژن دوام آورند.

پوسته های پلیمری تقویت شده با نانوتیوب ها

همانگونه که قبلا گفته شد، کامپوزیت های نانوتیوبی- پلیمری، به طور گسترده برای استفاده در کاربردهای مختلفی مورد بررسی قرار گرفته اند. در این کاربردها، نیاز به ترکیبی از خواص الکتریکی، نوری و مکانیکی نانوتیوب ها و پلیمرها، وجود دارد. یکی دیگر از بخش هایی که از کامپوزیت های نانوتیوبی- پلیمری مورد استفاده قرار می گیرند، استفاده از این مواد در الکترونیک است. ما روش جدیدی توسعه دادیم که بوسیله ی آن وسایل الکترونیکی انعطاف پذیر از نانوتیوب ساخته می شوند. در این روش، از ساختارهای نانوتیوبی چند دیواره در زمینه ای پلی دی متیل سیلوکسان (PDMS) استفاده می شود. این ساختارها می تواند به عنوان وسایل سنجش انبساطی، سنسورهای گازی و لمسی و همچنین وسایل انتشار میدانی مورد استفاده قرار گیرند. به طور خاص این ساختارها به عنوان انتشار دهنده ی میدانی انعطاف پذیر استفاده می شوند زیرا این ساختارها سیگنال های الکتریکی در داخل خود، ایجاد می کنند و همچنین توانایی تحمل محیط های سخت را دارند.
فرایندهای کنترل شده برای رشد ساختارهای نانوتیوب کربنی (2)
شکل 8 شماتیکی برای طراحی و ساخت ساختارهای نانوتیوبی هم جهت در داخل زمینه ی PDMS را نشان می دهد. ابتدا، الگوگذاری بر روی زیرلایه های سیلیسی و سیلیکونی با استفاده از یک فرایند لیتوگرافی نوری انجام می شود، سپس نانوتیوب های هم جهت شده به طور انتخابی بر روی ناحیه ی الگودار، رشد داده می شود و سپس، یک محلول پلیمری PDMS به داخل این ساختارها وارد می شود. در نهایت PDMS تحت عملیات آماده سازی قرار می گیرد و سپس، لایه های نانوتیوبی- PDMS با استحکام مناسب، تشکیل می شود. این لایه ی تشکیل شده به طور دقیق از زیرلایه ی سیلیسی جدا می شوند. تصویر SEM از ساختارهای نانوتیوبی کربنی چند دیواره، بعد از ورود PDMS بداخل آنها، در شکل نشان داده شده است. ساختارهای نانوتوبی- PDMS نسبت به تغییر شکل های فیزیکی بزرگ، مقاوم هستند. یک زمینه ی نانوتیوب- PDMS الگودار با شکل سیلندری که قطری برابر با 500 میکرون هستند، برای بررسی خواص انتشار میدانی، مورد استفاده قرار گرفته اند. بررسی انجام شده با SEM نشان داده است که نانوتیوب های کربنی چند دیواره ای که به طور عمودی هم جهت شده اند، به طور کامل بوسیله ی PDMS احاطه شده اند. انتهای نانوتیوب ها در پشت نمونه با تیتانیوم یا طلا پوشش دهی می شود و بر روی کاتدهای با پوشش طلا یا پلاتین ثابت می شود. این ساختارها دارای انتشار میدانی استثنایی در یک خلأ متوسط ( فرایندهای کنترل شده برای رشد ساختارهای نانوتیوب کربنی (2) ) می باشند. شکل 8 (پایین) نشاندهنده ی جریان انتشار به عنوان تابعی از ولتاژ برای دو نمونه ی مختلف می باشد. جریان انتشار یافته از مکانیزم فولر- نوردهیم تبعیت می کند. در این مکانیزم، دانسیته ی جریان تقریبا با مربع میدان مؤثر در ارتباط است. نانوتیوب های کربنی که دارای نسبت طول به قطر بالایی هستند و همچنین انحنای بالایی در بخش های بالایی هستند، دارای میدان مؤثر بالایی هستند. فاکتور افزایش میدان ( فرایندهای کنترل شده برای رشد ساختارهای نانوتیوب کربنی (2) ) ممکن است برابر با مقادیری چند هزار باشد.
فرایندهای کنترل شده برای رشد ساختارهای نانوتیوب کربنی (2)

قلم های نانوتیوبی

ما به طور موفقیت آمیز قلم های چند عملکردی تولید کردیم که شامل شاخک های نانوتیوبی کربنی هستند که بر روی الیاف خاصی قرار داده شده اند (شکل 9). ما همچنین نشان داده ایم که چندین وظیفه ی استثنایی برای این قلم ها وجود دارد. با استفاده از این قلم ها می توان نانوذرات را از فضاهای باریک، تمیز کنیم، بر روی حفرات پوشش ایجاد کنیم و جذب شیمیایی انتخابی ایجاد کنیم. این نانوتیوب ها بر روی نواحی انتخابی الیاف سیلیکون کاربید میکرویی رشد داده شده اند. انتهای این نانوتیوب ها با استفاده از پوشش های نازک طلا، پوشش کاری می شوند. قرارگیری مختلف این الیاف موجب ایجاد پیکربندی های مختلف در این سری ها می شود. برای مثال، قرارگیری عمودی الیاف سیلیکون کاربید معمولا ایجاد چنگال های نانوتیوبی سه تایی می شود. تشکیل این مورفولوژی های چنگالی به دلیل رشد خود به خودی آرایه های نانوتیوبی با دانسیته ی بالا می باشد و به دلیل اینکه آنها از سطح استوانه ای رشد داده شده اند، دارای سطح مقطع مدور است. ساختارهای چنگک دار با نصب کردن این الیاف بر روی یک سطح صاف در طی فرایند رسوب دهی فیزیکی از فاز بخار، تولید می شوند. با این کار از رشد نانوتیوب ها در چندین جهت، جلوگیری شود. این قلم ها برای خارج کردن گرد و غبار از آرایه های میکروکانالی مورد استفاده قرار می گیرد. این کار معمولا یک وظیفه ی مهم تلقی می شود. انعطاف پذیری این قلم ها این مسئله را تأیید می کند که این ساختارهای نانوتیوبی سطح را خش دار نمی کنند، در حالی که تخلخل موجود بر روی قلم ها که در نزدیکی انتهای ساختار وجود دارد، امکان از بین رفتن نانوذره های موجود در تخلخل ها، بوجود می آید. سایر کاربردهای دیگر مانند تمیزکاری انتخابی، نقاشی و ایجاد میکرو تخلخل ها نیز از جمله کاربردهای این قلم هاست.

فنرهای نانوتیوبی

با در نظر گرفتن ساختارهای غشاء مانند متخلخل تولید شده با نانوتیوب های کربنی هم جهت، این غشاء ها می تواند به عنوان ساختارهای شبه سلولی مورد استفاده قرار گیرد. ما نشان دادیم که یک لایه ی نانوتیوبی کربن، هموژن بودن خود را از دست می دهد و وقتی حلال های مختلف بر روی آن ریخته می شود، ساختارهای سلول مانندی تشکیل می دهند. بدون تشکیل این ساختارهای سلول مانند، لایه های خود ایستا، تحت فشار، دارای رفتار شبه فومی هستند. لایه ی نانوتیوبی مانند یک فنر جمع شونده عمل می کند و نانوتیوب های موجود در لایه، بخش های زیگ زاگ مانندی تشکیل می دهند که بعد از رها شدن نیروی اعمالی بر روی آنها، به حالت اولیه باز می گردد. در مقایسه با سایر فوم های انعطاف پذیر و با دانسیته ی پایین، لایه های نانوتیوبی دارای استحکام فشاری، سرعت بازگشت و فاکتور افت بالاتری هستند.
ما سیکل های فشاری را برای این لایه های فنر مانند برای هزاران بار تکرار کردیم. لایه های تولید شده از نانوتیوب های کربنی چند دیواره تا میزان 15 % از ضخامت خود، فشرده می شود و بعد از برداشتن نیرو، به اندازه ی اولیه باز می گردد. تخلخل لایه های نانوتیوبی بسیار بالاست و نانوتیوب های کربنی تنها 20 % از حجم فیلم را به خود اختصاص می دهد. در شکل 10 شماتیکی ارائه شده که سیکل های بارگذاری و باربرداری را با تصاویر SEM توصیف می کند. نانوتیوب ها شکسته و بریده نمی شوند. نانوتیوب ها همچنین تحت فشار، فروپاشیده نمی شود. در حالت غیر دینامیک، ما متوجه شده ایم که سرعت بازگشت این نوع فنر نسبت به فنرها و اسفنج های دیگر بیشتر است. این نوع از ساختارهای نانوتیوبی ممکن است دارای کاربردهای زیادی داشته باشد. از این نوع ساختارها می تواند در سیستم های الکترومکانیکی، اتصالات داخلی، فعال کننده های مکانیکی و ... استفاده کرد.
فرایندهای کنترل شده برای رشد ساختارهای نانوتیوب کربنی (2)

نتیجه گیری

در این مقاله، ما خلاصه ی کوتاهی در مورد کارهای انجام شده در زمینه ی رشد ساختارهای نانوتیوبی با استفاده از روش های CVD، ارائه کرده ایم. پیشرفت های انجام شده در این زمینه، قابل توجه است و امروزه ما می توانیم ساختارهای دو و سه بعدی را با استفاده از نانوتیوب های تک دیواره و چند دیواره، تولید کنیم. ساختارهای نانوتیوبی را می توان به عنوان بلوک های ساختاری در بسیاری از کاربردها استفاده کرد. مثلا از این ساختارها می توان در تولید وسایل الکترونیکی، MEMS، صنایع شیمیایی و مواد ساختاری، استفاده کرد. چالشی که در این زمینه وجود دارد، کنترل ساختارهای مولکولی از نانوتیوب می باشد. پیشرفت های سریع در این زمینه بوجود آمده است و این به نظر می رسد که به زودی از این ساختارها در نمونه های آزمایشی وسایل الکترونیکی استفاده شود.




      
ابر شبکه های تولید شده از نانو تیوب های کربن- بور
مترجم: حبیب الله علیخانی

چکیده:

رفتار ابر شبکه های پایدار، تولید شده از نانو تیوب های کربن- بور( BCNTSLs) که از اتصال متناوب نانو تیوب های کربنی( CNT) و نانوتیوب های بور( BNT) با طول ها و قطرهای مختلف تولید شده اند، بوسیله ی محاسبات قوانین مقدماتی دانسیته، پیش بینی شده است. ساختار هندسی و الکتریکی و همچنین رسانایی کوانتمی این BCNTSL ها مورد مطالعه قرار گرفته است. این فهمیده شده است که ابرشبکه ها می توانند فلزی یا نیمه رسانا باشند. این موضوع به قطر نانوتیوب و نسبت بخش BNT به CNT در بخش تکرار شونده، بستگی دارد. حالات محدود شده در این ابر شبکه ها مشاهده شده است. مطالعات کنونی یک راه مفید برای طراحی برخی از وسایل نانویی عامل دار، ارائه کرده است.

مقدمه

نانوتیوب های کربنی( CNT) یکی از مواد جالب هستند. زیرا از زمان کشف آنها، کاربردهای باقوه ای در نسل جدید نانوالکترونیک به خود اختصاص داده اند. این مواد به دلیل نزدیک شدن وسایل میکروالکترونیکی به محدودیت تعیین شده بوسیله ی قانون موهر، بیشتر مورد توجه قرار گرفته اند. مطالعات نشان داده است که CNT ها می توانند خاصیت فلزی یا نیمه رسانا داشته باشند. این مسئله به قطر و کایرالیتی آنها بستگی دارد. با اتصال دو نانوتیوب کربنی کامل به همدیگر می توان یک ابر شبکه ایجاد نمود. این کار با ایجاد جفت های پنتاژن- هپتاژن در سطح مشترک این مواد، انجام می شود. با دنبال روی از این ایده، یک تعداد از ابر شبکه های CNT، اتصالات و نانووسایل تولید شده است. اخیرا همسایه نزدیک کربن در جدول تناوبی یعنی بور نیز توجه زیادی را به خود اختصاص داده است و برخی نانوساختارهای بر پایه ی فلرن های بور، صفحات بور، نانوتیوب های بور، و ... پیشنهاد شده اند. بررسی های دیگر نشان داده است که ساختار هندسی BNT ها می تواند از CNT ها مشتق شود این کار بوسیله ی استحاله ی پله پله ی اصلاح شده، انجام شود. یک چنین مشابهت ساختاری میان BNT ها و CNT ها، نشانه ای از این موضوع است که ساخت نانوتیوب های کربن- بور وجود دارد. این کار به طور بالقوه بوسیله ی اتصال متناوب CNT ها و BNT ها انجام می شود. این CNT ها و BNT ها می توانند دارای طول و قطر متفاوتی باشند.
در این مقاله، بر اساس محاسبات مقدماتی در زمینه ی دانسیته، ما روشی ارائه کرده ایم که بوسیله ی آن،CNT ها و BNT ها به هم متصل گشته و BCNTSL های پایدار ایجاد می شود. و بر اساس محاسبات هندسی، نوار انرژی و رسانایی کوانتمی، مطالعه بر روی خواص الکتریکی BCNTSL ها انجام شده است. نتایج نشان داده است که BCNTSLها می توانند فلزی یا نیمه رسانا باشند این مسئله به قطر و نسبت طولی بخش های BNT و CNT بستگی دارد. رسانایی کوانتمی اتصالات CNT-BNT-CNT نشان داده است که یک رفتار نوسانی در حول سطح فرمی رخ می دهد.

روش محاسباتی

تمام محاسبات با استفاده از تئوری اساسی دانسیته( DFT) و بوسیله ی کدهای SIESTA اجرا شده است. معیار حفظ پتانسیل کاذب با استفاده از روش Troullier-Martins ، ایجاد می شود. یک گروه مبنای پلاریزه شده DZP برای توصیف الکترون های والانس مورد استفاده قرار می گیرد. تقریب دانسیته ی محلی به شکل Perdew-Zunger برای تغییر پتانسیل همبسته مورد استفاده قرار می گیرد. انتگرال های عددی بر روی شبکه ی فضایی واقعی( با یک میان بر 200 برای ابر شبکه های تولید شده از نانو تیوب های کربن- بور ) اجرا می شود. این هندسه ها وقتی آزاد سازی می شوند که نیروهای پس مانده کمتر از ابر شبکه های تولید شده از نانو تیوب های کربن- بور باشد. فاصله ی بین دیواره ای بزرگتر از 10A بوده است تا بدین صورت اطمینان حاصل شود، سیستم ایزوله است. روش Monkhorst-Pack برای نمونه گیری نقطه ی Brillouin مورد استفاده قرار گرفته است. تنها نقطه ی گاما برای رهاسازی ابر شبکه مورد استفاده قرار گرفته است و یک نمونه گیری k نقطه ای با مش ابر شبکه های تولید شده از نانو تیوب های کربن- بور برای محاسبات ساختار الکترونی مورد استفاده قرار گرفته است. خواص انتقال با کدهای TRANSIESTA محاسبه شده است که در این کدگذاری از توابع غیر تعادلی Green( NEGF) استفاده شده است( بوسیله ی این توابع، سیستم باز از همیلتونی های DFT حل می شود).

ساختار هندسی

قبل از ادامه ی مقاله، باید برچسب های نانوتیوبی را تعریف کنیم. BNT معمولا بوسیله ی دو نوع از بردار کایرالیتی توصیف می شوند( یا بردار شبکه ی گرافنی (n,m) و یا بردار شبکه ی صفحه ی بور (p,q)). بواسطه ی MLT، رابطه ی میان این دو گروه از بردارها می تواند به صورت n=p+2q و m=p-q تعریف شود( این روابط مشابه با روابطی است که در مرجع 12 آورده شده است). برای سهولت، در ادامه ما بردار شبکه ی گرافنی(n,m) را به جای (p,q) در BNT ها انتخاب می کنیم. در این راه، یک BCBTSL می توان به آسانی بوسیله ی ابر شبکه های تولید شده از نانو تیوب های کربن- بور نشان داده شود که در اینجا، (n,m) بردار کایرالیتی تیوب می باشد و S(t) تعداد سلول های واحد BNT( CNT) در ابر سلول است. شکل 1 ساختار ابر شبکه های تولید شده از نانو تیوب های کربن- بور را به عنوان یک مثال در نظر می گیریم. علاوه بر این، بدون وارد شدن به جزئیات، ما بایستی BCNTSL هایی را مورد بررسی قرار دهیم که بوسیله ی تیوب های ایجاد شده در حالت صندلی، اتصال یافته اند. در اینجا، ما باید این مسئله را متذکر شویم که برخی از ابر شبکه هایی که بوسیله ی بخش های BNT و CNT زیگزاگ مانند به هم متصل شده اند، نیز مورد بررسی قرار گرفته است اما این ساختارها ناپایدارند.

خواص الکترونیکی

حال بیایید نحوه ی تأثیر اندازه ی قطر نانو تیوب ها بر روی خواص الکترونیکی آنها را مورد بررسی قرار دهیم. برای این هدف، ما نوارهای انرژی ابر شبکه های تولید شده از نانو تیوب های کربن- بور ، ابر شبکه های تولید شده از نانو تیوب های کربن- بور، ابر شبکه های تولید شده از نانو تیوب های کربن- بورو ابر شبکه های تولید شده از نانو تیوب های کربن- بور را محاسبه کرده ایم( شکل 2). این مشاهده شده است که ابر شبکه های تولید شده از نانو تیوب های کربن- بور و ابر شبکه های تولید شده از نانو تیوب های کربن- بور نیمه رساناهایی با گاف های انرژی کمتر از 0.5 الکترون ولت هستند. به هر حال، وقتی قطر بزرگتر باشد، ابر شبکه های تولید شده از نانو تیوب های کربن- بور و ابر شبکه های تولید شده از نانو تیوب های کربن- بور فلز می شوند. برای روشن ساختن این موضوع، ما سپس نوارهای انرژی ابررساناهای بیشتری( مانند ابر شبکه های تولید شده از نانو تیوب های کربن- بور(n=3,4,…,9; t=1,2,…,7)) را محاسبه کردیم. این ابر شبکه ها دارای قطر و طول مختلفی هستند. نتایج نشان می دهد که برای تیوب های ایجاد شده از حالت صندلی، BCNTSL های با قطر کوچک نیمه رسانا هستند و برای قطرهای بزرگتر، فلزی می شوند. این مسئله به طور کمی با مشاهدات بدست آمده در BNT ها، تطابق دارد. در واقع وقتی BNT ها نیمه رسانا می شوند که قطر آنها کمتر از 17 A باشد. این در حالی است که اگر این قطر بزرگتر باشد، این مواد نیمه رسانا می شوند. این مسئله در مورد CNT ها کاملا متفاوت است. در واقع خواص الکترونی در CNT ها عمدتا به بردار کایرالیتی (n,m) وابسته هستند. وقتی (n,m) مضرب 3 باشد، این ماده فلزی است در غیر این صورت، این مواد نیمه رساناست. علاوه براین، ساختارهای الکتریکی BCNTSL ها دارای رفتارهای پیچیده ای نسبت به CNT ها و BNT های خالص هستند. BCNTSL وقتی نیمه رسانا هستند که قطر بخش BNT کوچکتر یا برابر با BNT(4,4) باشد(BNT(4,4) دارای قطری برابر با 6.5 A است). در غیر این صورت، BCNTSL ها فلزی هستند. ابر شبکه های تولید شده از نانو تیوب های کربن- بور، ابر شبکه های تولید شده از نانو تیوب های کربن- بور، ابر شبکه های تولید شده از نانو تیوب های کربن- بور و ابر شبکه های تولید شده از نانو تیوب های کربن- بور.
نسبت میان تعداد سلول های واحد BNT و CNT در یک واحد تکرار شونده از BCNTSL ها، می تواند همچنین بر روی ساختار الکترونی این ابر شبکه ها، اثر بگذارد. برای تعداد مختلف از سلول های واحد BNT و CNT در یک ابر شبکه، گاف انرژی به عنوان تابعی از تعداد سلول های واحد در یک بخش CNT با نام t (t=1,2,3,…,7)دارای نوسان 0.0 تا 0.6 eV می باشد( برای ابر شبکه های تولید شده از نانو تیوب های کربن- بور و ابر شبکه های تولید شده از نانو تیوب های کربن- بور ( شکل 3). علاو ه براین، B_2 (n,n) C_1 (n,n) برای n برابر با 3و4و5و6 با دو سلول واحد BNT و یک سلول واحد CNT در یک ابر شبکه، نیمه رساناست. برای B_2 (5,5) C_t (5,5) ، وقتی t=1 باشد، تیوب یک نیمه رساناست و وقتی t=2,3,4 باشد، تیوب ها فلزی می شوند. بنابراین، خواص الکترونیک BCNTSL ها می تواند بوسیله ی تغییر قطر تیوب و نسبت میان تعداد سلول های واحد BNT به سلول متناوب CNT، تنظیم می شود.
این مسئله جالب است که بدانید، نوسانات مشابه برای رسانای تفاضلی در طول محور محدود به نانوتیوب های تک دیواره نیز مشاهده شده است. مدل ذره ی داخل جعبه برای توصیف این رفتار پیشنهاد شده است. در اینجا یک رابطه ی ساده میان طول تیوب و طول موج موج در تیوب وجود دارد. نوسانات گاف نواری در CNT های تک دیواره ی محدود شده نیز با استفاده از روشی دیگر، تفسیر می شود. در این روش مکانیزم درگیر می تواند به فعل و انفعالات میان تقارن از بین رفته و شرایط مرزی نسبت داده شوند. این فعل وانفعالات ممکن است خواص الکترونیکی CNT های دارای طول محدود را تغییر دهند. برای مسئله ی BCNTSL، نوسانات گاف نواری ممکن است از فعل و انفعالات هندسه ی انتقالی از بین رفته، اثر سطح مشترک و اربیتال های مرزی، ناشی شوند.
برای یادگیری رفتار مدولاسیون ساختار الکترونیکی در این ابر شبکه ها، دانسیته ی حالات( DOS) محاسبه شده است( شکل 2). این می تواند مشاهده شود که اگر چه ابر شبکه های تولید شده از نانو تیوب های کربن- بور یک فلز است، گاف انرژی در زیر سطح فرمی قرار دارد. ممکن است کسی گمان کند که سطح فرمی در BCNTSL نسبت به BNT های خالص،شیفت پیدا کرده باشد. برای تأیید این موضوع، تجمع بار Mulliken مورد مقایسه قرار گرفته است. نتایج نشان داده است که تمام اتم های بور دارای بار منفی هستند، در حالی که تمام اتم های کربن دارای بار مثبت هستند. و این مسئله منجر می شود تا انتقال الکترون از اتم های کربن به اتم های بور انجام شود. به یاد آورید که یک BNT خالص با قطر کمتر از 17A نیمه رساناست بنابراین، اگر بخش BNT در ابر سلول طولانی تر باشد، خواص BCNTSL عمدتا متأثر از بخش CNT است. در یک ابر شبکه های تولید شده از نانو تیوب های کربن- بور ، تعداد یکسانی از الکترون های والانس برای اتم های کربن و بور وجود دارد، اما دانسیته ی حالات ایجاد شده( PDOS) برای اتم های بور بزرگتر از PDOS ایجاد شده برای اتم های کربن است. این مسئله نشاندهنده ی این است که یک چنین ابر شبکه های نانوتیوبی دارای حالت های محدود شده است هستند که ممکن است بوسیله ی غیر هموژن بودن نانوتیوب های بور و کربن، القا می شود. بر اساس این مشاهدات، می تواند BCNTSL های فلزی و نیمه رسانا را می توان طراحی کرد. اگر ما نسبت میان تعداد سلول های واحد BNT به تعداد سلول های واحد CNT را در یک واحد متناوب، افزایش دهیم، ابر شبکه تمایل دارد تا با توجه به خواص BNT خالص، به یک نیمه رسانا تبدیل شوند. با وجود این، استثناهایی هم وجود دارد. وقتی ابر شبکه ها بسط داده می شوند، زیر نوارها ممکن است در ساختارهای نواری ظاهر شوند. این مسئله می تواند گاف انرژی را کاهش دهد و موجب شود تا انرژی فرمی با برخی از نوارها تلاقی داشته باشد. این مسئله نشاندهنده ی رفتار فلزی است. برای مثال، ابر شبکه های تولید شده از نانو تیوب های کربن- بور یک فلز است اما ابر شبکه های تولید شده از نانو تیوب های کربن- بور یک نیمه رساناست.

رسانایی کوانتمی

حال بیایید رسانایی کوانتمی اتصال نانوتیوبی کربن- بور را مورد بررسی قرار دهیم. به عنوان یک مثال، ما یک چنین اتصالی را در نظر گرفته ایم که ناحیه ی مرکزی ابر شبکه های تولید شده از نانو تیوب های کربن- بور به هر طیف اتصال داده شده اند( این کار با استفاده از یک CNT(6,6) کامل نیمه محدود انجام شده است). نتیجه ی بدست آمده، نشان می دهد که رسانایی( G) ( که بوسیله ی احتمال انتقال و با توجه به فرمول Landauer- Buttiker تعیین شده است) در حوالی سطح فرمی، دارای نوسان است( شکل 4b). برای مقایسه، ما همچنین رسانایی CNT(6,6) خالص را در حدود سطح فرمی بدست آورده ایم. این مقدار برابر است با ابر شبکه های تولید شده از نانو تیوب های کربن- بور. همانطور که دیده می شود، هر دو نمودار کاملا متفاوت هستند و این نشان می دهد که اضافه نمودن بخش های BNT می تواند منجر به تغییر رسانایی کوانتمی شده، شود. این مسئله قبلا در CNT های خالص مشاهده شده است که دلیل بوجود آمدن آن، از بین رفتن تقارن و تفرق چندگانه در دو سطح مشترک، بیان شده بود. DOS در ابر شبکه های تولید شده از نانو تیوب های کربن- بور و CNT(6,6) خالص نیز بدست آمده است( شکل 4c) که این نتایج با نتایج حاصله از رسانایی تطابق دارد. خواص مشابهی نیز در اتصالات نانوتیوبی ابر شبکه های تولید شده از نانو تیوب های کربن- بور کربن- بور نیز مشاهده شده است .

خلاصه

ما این مسئله را گفتیم که با استفاده از محاسبات قوانین مقدماتی، ابر شبکه های نانوتیوبی کربن- بور پایدار، می تواند از طریق اتصال متناوب بخش های BNT به CNT تولید شوند. BCNTSL حاصله می تواند یک فلز یا نیمه رسانا باشد. این مسئله به قطر تیوب ها و نسبت میان تعداد سلول های واحد BNT به CNT بستگی دارد. تجمع بار Mulliken نشان داده است که الکترون ها در یک BCNTSL از اتم های کربن به اتم های بور انتقال می یابند. یک PDOS بزرگ بر روی بخش های BNT مشاهده شده است. این مسئله نشاندهنده ی این است که حالات محدود ممکن است در ابرشبکه وجود داشته باشند. رسانایی کوانتمی اتصال CNT-BNT-CNTدر سطح فرمی دارای نوساناتی است که این مسئله در CNT خالص، متفاوت است. یافته های کنونی نشان می دهد که با تنظیم قطر تیوب ها یا طول بخش های BNT و CNT می توان ابر شبکه های نانوتیوبی فلزی یا نیمه رسانا تولید کرد. این مواد ممکن است در برخی کاربردهای آینده مورد استفاده قرار گیرند.




      
ارسال شده در چهارشنبه 96/3/17 ساعت 11:39 ص توسط مهندس سجاد شفیعی
نانوتکنولوژی و ساختمان های سبز
مترجم: حبیب الله علیخانی

مقدمه
طراحی، ساخت و بهره برداری از ساختمان ها بازار فروش قابل توجهی دارد. این بازار در ایالات متحده آمریکا در حدود 1 تریلیون دلار در سال است. در این بازار هنوز بوسیله ی نانوتکنولوژی لمس نشده است و نانوتکنولوژی در آن نفوذ نکرده است. تقاضا برای نانومواد در ایالات متحده ی آمریکا در سال 2006، کمتر از 20 میلیون دلار بوده است. به هر حال، بر طبق گزارشات انتشار یافته، این نشان داده شده است که حرکت صنعت ساختمان به سمت تولید ساختمان های سبز یک فرصت چند میلیارد دلاری برای محصولات بر پایه ی نانو ایجاد کرده است. برای معماران، مهندسین، توسعه دهندگان، پیمانکاران و صاحبان ساختمان ها، محصولات نانویی و نانومواد مزیت های محیطی قابل توجهی ایجاد می کنند و بوسیله ی این مواد، تقاضای روزافزون برای خانه های سبزتر و با قابلیت تحمل بالاتر، برطرف می شود.
نانوتکنولوژی که در واقع دستکاری ماده در ابعاد مولکولی است، مواد و قابلیت های جدیدی برای صنایعی مانند الکترونیک، پزشکی، انرژی و هوانوردی ایجاد می کند. قابلیت ما برای طراحی مواد جدید از طریق رویه ی پایین به بالا نیز بر روی صنایع ساختمانی اثر گذار است. مواد و محصولات جدید بر پایه ی نانوتکنولوژی می تواند در ساخت عایق ها، پوشش ها و تکنولوژی خورشیدی، مورد استفاده قرار گیرد. کارهای آزمایشگاهی که امروزه در حال انجام می باشد، در آینده ی نزدیک موجب پدید آمدن محصولات جدید خواهد شد.
در صنعت ساختمان، نانوتکنولوژی هم اکنون در زمینه ی تولید پنجره های خود تمیزشونده، بتن های جاذب مه دود (smog-eating concrete) و بسیاری از پیشرفت های دیگر وارد شده است. اما این مزیت ها و محصولات موجود در مقایسه با مباحث نانوتکنولوژی که امروزه، در سطح آزمایشگاه ها مطرح شده است، ناچیز است. در این زمینه، کارهای تحقیقاتی در حال انجام مثلاً محققین بر روی دیوارهایی در حال کار هستند که رنگ آنها با یک ضربه، تغییر می کند، نانوکامپوزیت های با ضخامتی نازک (در حد ضخامت شیشه) هنوز قادر به حمایت از کل ساختمان هستند و سطوح فوتوسنتز نمای هر ساختمانی را به یک منبع انرژی آزاد تبدیل کرده است. این تخمین انجام شده است که در سال 2016، بازار نانومواد در آمریکا میزان 400 میلیون دلار فروش داشته باشد. این مقدار 20 برابر مقدار کنونی است.

خانه های سبز

ظهور دوران نانو در ساختمان سازی، در دوران مناسبی انجام نشد زیرا در دوره ی ظهور نانو در این صنعت، صنعت ساختمان سازی دوران سختی را می گذراند. خانه های سبز یکی از موضوعات اورژانسی در زمان ماست. سرویس های انرژی و گرمایش که برای ساختمان های مسکونی، تجاری و صنعتی مورد استفاده قرار می گیرند، تقریباً 43 % از انتشار کربن دی اکسید در آمریکا را به خود اختصاص داده است. در کل جهان، ساختمان ها 30 تا 40 % از برق تولید شده در دنیا را مصرف می کنند. در ایالات متحده ی آمریکا، ضایعات حاصل از ساخت ساختمان 40 % از کل مواد دفن شده را به خود اختصاص می دهد. جنگل زدایی، تخریب خاک، آلودگی های محیط زیستی، اسیدی شدن، تخریب لایه ی اوزن، کاهش میزان سوخت های فسیلی، تغییرات در آب و هوا و ریسک های سلامتی، برخی از عوارض ساختمان سازی و عملیات های مربوطه می باشد. به طور واضح باید گفت: ساختمان ها نقش اساسی در وضعیت نامساعد محیط زیستی کنونی دارند.
اما همچنین ساختمان سازی فرصت قابل توجهی را برای بهبود کیفیت محیط زیست و سلامت انسان ها دارد. ساختمان های سبز یکی از تلاش ها به منظور کاهش میزان ضایعات، مواد سمی و میزان مصرف انرژی و منابع در ساختمان سازی است. پیشرفت در زمینه ی ساختمان های سبز به جایگاهی رسیده است که امروزه در شهرهایی مانند شیکاکو و سیاتل، خانه های جدیدی با استاندارد های محیط زیستی بالا، ساخته شده اند. صاحبان خصوصی و عمومی خانه ها نیازمند این هستند که ساختمان های جدید بتوانند معیارهای سخت گیرانه ای مانند معیارهای محیط زیستی و انرژی مربوط به ساختمان های سبز (LEED) را برطرف کنند. دستورالعمل انرژی برای ساختمان های اداری و مسکونی و استاندارد 90.1 ASHRAE پیشنهادهایی به منظور کاهش مصرف انرژی در ساختمان ها ارائه کرده اند. همچنین این دستورالعمل ها، بخشنامه های در مورد معیارهایی ارائه کرده اند که برای ساخت ساختمان های جدید باید به آنها توجه کرد.
در سال 2007، این پیش بینی شده بود که سهم خانه های سبز از تجارت 142 میلیارد دلاری بازار ساختمان به بیش از 12 میلیارد دلار برسد. و به دلیل اینکه صاحبان خانه ها، معماران و ساختمان سازان سرتاسر دنیا به طور فزاینده ای به این نوع خانه ها علاقه مند شده اند، یک افزایش قابل توجه در زمینه ی استفاده از این ساختمان ها ایجاد شده است. استفاده از این ساختمان ها موجب کاهش تخریب محیط زیست و کاهش ضایعات و انتشار گازهای گلخانه ای می شود. همچنین یکی از نتایج این استفاده، کاهش مصرف انرژی می باشد.
تغییرات آب و هوا مورد آنالیز قرار می گیرد و برنامه های جهانی در مورد کاهش اثرات ساختمان سازی بر روی این تغییرات در حال انجام می باشد. مثلاً یکی از این برنامه ها که "مبارزه با تغییرات آب و هوایی در ایالات متحده ی آمریکا" نامیده می شود، بوسیله ی جامعه ی انرژی خورشیدی آمریکا در حال انجام می باشد. برای مثال این جامعه پیشنهاد کرده است که برای کاهش انتشار دی اکسید کربن به میزان مناسب، باید 40 % در مصرف انرژی بخش ساختمان سازی، صرفه جویی شود. این میزان صرفه جویی در بخش حمل و نقل و صنعت هرکدام به میزان 30 % باید انجام شود. با استفاده از طراحی های بهتر در پوشش ساختمان ها، استفاده ی بیشتر از نور روز و افزایش بازده در وسایل مورد استفاده در ساختمان سازی، مشکلات مربوط به تغییر در آب و هوا از بین می رود و میزان مصرف انرژی نیز کاهش می یابد.
متخصصین ساختمان های سبز در جستجوی توسعه ی پایدار این صنعت هستند. توسعه ای که نیازهای کنونی را بدون به خطر انداختن قابلیت نسل های آینده به منظور برطرف شدن نیازهای خود (در زمینه ی طراحی، ساخت و کارکرد ساختمان ها)، برطرف کند. آنها می کوشند تا استفاده از منابع غیر قابل تجدید پذیری مانند زغال سنگ، نفت، گاز طبیعی و مواد معدنی را به حداقل برسانند و میزان تولید ضایعات و آلودگی ها را نیز به حداقل برساند. مصرف انرژی در ساختمان های سبز، یک مورد حیاتی است زیرا این مسئله هم موجب کاهش مصرف منابع و همچنین کاهش تولید ضایعات و آلودگی ها می شود.
اما برخی موانع سر راه تولید کنندگان خانه های سبز و رسیدن به این اهداف، وجود دارد. آموزش و اقتصاد، دو فاکتور حیاتی محسوب می شوند و تلاش ها در این زمینه برای آگاهی دادن به مشتریان و طراحان این ساختمان ها در حال انجام است. هزینه مربوط به ساخت ساختمان های سبز به طور نمونه وار 5 % بیشتر از هزینه ی ساخت ساختمان های انرژی بر قدیمی است ولی هزینه های دوره ای ساختمان های سبز، واقعاً پایین است. سیاست ها، مقررات و استانداردها نیز نقش مهی ایفا می کنند و این موارد در برخی نواحی، به سرعت تغییر می کند. با ایجاد این تغییرات، امکان سبزتر شدن خانه فراهم می آید.
اما برای اینکه صنعت ساختمان به پتانسیل بالقوه ی خود به عنوان رهبر توسعه ی پایدار دست یابد، مواد جدید واقعاً مورد نیاز می باشند.




      
ارسال شده در چهارشنبه 96/3/17 ساعت 11:38 ص توسط مهندس سجاد شفیعی
نانوتکنولوژی و ساختمان های سبز
مترجم: حبیب الله علیخانی

مقدمه
طراحی، ساخت و بهره برداری از ساختمان ها بازار فروش قابل توجهی دارد. این بازار در ایالات متحده آمریکا در حدود 1 تریلیون دلار در سال است. در این بازار هنوز بوسیله ی نانوتکنولوژی لمس نشده است و نانوتکنولوژی در آن نفوذ نکرده است. تقاضا برای نانومواد در ایالات متحده ی آمریکا در سال 2006، کمتر از 20 میلیون دلار بوده است. به هر حال، بر طبق گزارشات انتشار یافته، این نشان داده شده است که حرکت صنعت ساختمان به سمت تولید ساختمان های سبز یک فرصت چند میلیارد دلاری برای محصولات بر پایه ی نانو ایجاد کرده است. برای معماران، مهندسین، توسعه دهندگان، پیمانکاران و صاحبان ساختمان ها، محصولات نانویی و نانومواد مزیت های محیطی قابل توجهی ایجاد می کنند و بوسیله ی این مواد، تقاضای روزافزون برای خانه های سبزتر و با قابلیت تحمل بالاتر، برطرف می شود.
نانوتکنولوژی که در واقع دستکاری ماده در ابعاد مولکولی است، مواد و قابلیت های جدیدی برای صنایعی مانند الکترونیک، پزشکی، انرژی و هوانوردی ایجاد می کند. قابلیت ما برای طراحی مواد جدید از طریق رویه ی پایین به بالا نیز بر روی صنایع ساختمانی اثر گذار است. مواد و محصولات جدید بر پایه ی نانوتکنولوژی می تواند در ساخت عایق ها، پوشش ها و تکنولوژی خورشیدی، مورد استفاده قرار گیرد. کارهای آزمایشگاهی که امروزه در حال انجام می باشد، در آینده ی نزدیک موجب پدید آمدن محصولات جدید خواهد شد.
در صنعت ساختمان، نانوتکنولوژی هم اکنون در زمینه ی تولید پنجره های خود تمیزشونده، بتن های جاذب مه دود (smog-eating concrete) و بسیاری از پیشرفت های دیگر وارد شده است. اما این مزیت ها و محصولات موجود در مقایسه با مباحث نانوتکنولوژی که امروزه، در سطح آزمایشگاه ها مطرح شده است، ناچیز است. در این زمینه، کارهای تحقیقاتی در حال انجام مثلاً محققین بر روی دیوارهایی در حال کار هستند که رنگ آنها با یک ضربه، تغییر می کند، نانوکامپوزیت های با ضخامتی نازک (در حد ضخامت شیشه) هنوز قادر به حمایت از کل ساختمان هستند و سطوح فوتوسنتز نمای هر ساختمانی را به یک منبع انرژی آزاد تبدیل کرده است. این تخمین انجام شده است که در سال 2016، بازار نانومواد در آمریکا میزان 400 میلیون دلار فروش داشته باشد. این مقدار 20 برابر مقدار کنونی است.

خانه های سبز

ظهور دوران نانو در ساختمان سازی، در دوران مناسبی انجام نشد زیرا در دوره ی ظهور نانو در این صنعت، صنعت ساختمان سازی دوران سختی را می گذراند. خانه های سبز یکی از موضوعات اورژانسی در زمان ماست. سرویس های انرژی و گرمایش که برای ساختمان های مسکونی، تجاری و صنعتی مورد استفاده قرار می گیرند، تقریباً 43 % از انتشار کربن دی اکسید در آمریکا را به خود اختصاص داده است. در کل جهان، ساختمان ها 30 تا 40 % از برق تولید شده در دنیا را مصرف می کنند. در ایالات متحده ی آمریکا، ضایعات حاصل از ساخت ساختمان 40 % از کل مواد دفن شده را به خود اختصاص می دهد. جنگل زدایی، تخریب خاک، آلودگی های محیط زیستی، اسیدی شدن، تخریب لایه ی اوزن، کاهش میزان سوخت های فسیلی، تغییرات در آب و هوا و ریسک های سلامتی، برخی از عوارض ساختمان سازی و عملیات های مربوطه می باشد. به طور واضح باید گفت: ساختمان ها نقش اساسی در وضعیت نامساعد محیط زیستی کنونی دارند.
اما همچنین ساختمان سازی فرصت قابل توجهی را برای بهبود کیفیت محیط زیست و سلامت انسان ها دارد. ساختمان های سبز یکی از تلاش ها به منظور کاهش میزان ضایعات، مواد سمی و میزان مصرف انرژی و منابع در ساختمان سازی است. پیشرفت در زمینه ی ساختمان های سبز به جایگاهی رسیده است که امروزه در شهرهایی مانند شیکاکو و سیاتل، خانه های جدیدی با استاندارد های محیط زیستی بالا، ساخته شده اند. صاحبان خصوصی و عمومی خانه ها نیازمند این هستند که ساختمان های جدید بتوانند معیارهای سخت گیرانه ای مانند معیارهای محیط زیستی و انرژی مربوط به ساختمان های سبز (LEED) را برطرف کنند. دستورالعمل انرژی برای ساختمان های اداری و مسکونی و استاندارد 90.1 ASHRAE پیشنهادهایی به منظور کاهش مصرف انرژی در ساختمان ها ارائه کرده اند. همچنین این دستورالعمل ها، بخشنامه های در مورد معیارهایی ارائه کرده اند که برای ساخت ساختمان های جدید باید به آنها توجه کرد.
در سال 2007، این پیش بینی شده بود که سهم خانه های سبز از تجارت 142 میلیارد دلاری بازار ساختمان به بیش از 12 میلیارد دلار برسد. و به دلیل اینکه صاحبان خانه ها، معماران و ساختمان سازان سرتاسر دنیا به طور فزاینده ای به این نوع خانه ها علاقه مند شده اند، یک افزایش قابل توجه در زمینه ی استفاده از این ساختمان ها ایجاد شده است. استفاده از این ساختمان ها موجب کاهش تخریب محیط زیست و کاهش ضایعات و انتشار گازهای گلخانه ای می شود. همچنین یکی از نتایج این استفاده، کاهش مصرف انرژی می باشد.
تغییرات آب و هوا مورد آنالیز قرار می گیرد و برنامه های جهانی در مورد کاهش اثرات ساختمان سازی بر روی این تغییرات در حال انجام می باشد. مثلاً یکی از این برنامه ها که "مبارزه با تغییرات آب و هوایی در ایالات متحده ی آمریکا" نامیده می شود، بوسیله ی جامعه ی انرژی خورشیدی آمریکا در حال انجام می باشد. برای مثال این جامعه پیشنهاد کرده است که برای کاهش انتشار دی اکسید کربن به میزان مناسب، باید 40 % در مصرف انرژی بخش ساختمان سازی، صرفه جویی شود. این میزان صرفه جویی در بخش حمل و نقل و صنعت هرکدام به میزان 30 % باید انجام شود. با استفاده از طراحی های بهتر در پوشش ساختمان ها، استفاده ی بیشتر از نور روز و افزایش بازده در وسایل مورد استفاده در ساختمان سازی، مشکلات مربوط به تغییر در آب و هوا از بین می رود و میزان مصرف انرژی نیز کاهش می یابد.
متخصصین ساختمان های سبز در جستجوی توسعه ی پایدار این صنعت هستند. توسعه ای که نیازهای کنونی را بدون به خطر انداختن قابلیت نسل های آینده به منظور برطرف شدن نیازهای خود (در زمینه ی طراحی، ساخت و کارکرد ساختمان ها)، برطرف کند. آنها می کوشند تا استفاده از منابع غیر قابل تجدید پذیری مانند زغال سنگ، نفت، گاز طبیعی و مواد معدنی را به حداقل برسانند و میزان تولید ضایعات و آلودگی ها را نیز به حداقل برساند. مصرف انرژی در ساختمان های سبز، یک مورد حیاتی است زیرا این مسئله هم موجب کاهش مصرف منابع و همچنین کاهش تولید ضایعات و آلودگی ها می شود.
اما برخی موانع سر راه تولید کنندگان خانه های سبز و رسیدن به این اهداف، وجود دارد. آموزش و اقتصاد، دو فاکتور حیاتی محسوب می شوند و تلاش ها در این زمینه برای آگاهی دادن به مشتریان و طراحان این ساختمان ها در حال انجام است. هزینه مربوط به ساخت ساختمان های سبز به طور نمونه وار 5 % بیشتر از هزینه ی ساخت ساختمان های انرژی بر قدیمی است ولی هزینه های دوره ای ساختمان های سبز، واقعاً پایین است. سیاست ها، مقررات و استانداردها نیز نقش مهی ایفا می کنند و این موارد در برخی نواحی، به سرعت تغییر می کند. با ایجاد این تغییرات، امکان سبزتر شدن خانه فراهم می آید.
اما برای اینکه صنعت ساختمان به پتانسیل بالقوه ی خود به عنوان رهبر توسعه ی پایدار دست یابد، مواد جدید واقعاً مورد نیاز می باشند.




      
ارسال شده در یکشنبه 95/11/17 ساعت 10:18 ص توسط مهندس سجاد شفیعی

 


هنگامی که شیئی سریع‌تر از سرعت صوت حرکت کند، گفته می‌شود که آن شئ دیوار صوتی را شکسته است. در این مقاله، نگاهی به این پدیده خواهیم کرد و علل و اثرات آن را از نزدیک مورد بررسی قرار می‌دهیم.

آیا می‌دانستید؟

مخروطی از مه یا بخار دیده شده در اطراف هواپیمایی که به سرعت صوت نزدیک می‌شود، به علت امواج ضربه‌ای (shock waves) ایجاد شده در اثر سرعت مافوق صوت است که باعث کاهش فشار هوا و تراکم آب جو می‌شود.

دیوار صوتی چیست؟

دیوار صوتی را می‌توان به عنوان یک دیوار فرضی در مقابل حرکت فراتر از سرعت صوت تعریف کرد، بنابراین فرض بر این قرار داده می‌شود که هواپیما دستخوش افزایش ناگهانی نیروی کششی می‌شود که از تراکم هوای اطراف آن به هنگام رسیدن به سرعت نزدیک به سرعت صوت ایجاد می‌گردد. با پیشرفت در تکنولوژی هوانوردی نظامی، هواپیماهایی مانند F / A-18F سوپر هورنت و F-22 رپتور، از سرعت صوت فراتر رفته و با شکستن دیوار صوتی، انفجارهای صوتی بلندی (صدای انفجاری ناشی از شکستن دیوار صوتی) را بر طبق قاعده‌ای منظم بوجود می‌آورند.
امواج صوتی در سطح دریا و در دمای استاندارد 22 درجه سانتیگراد، با سرعتی در حدود 340 متر بر ثانیه (m / s) (760 مایل در ساعت) حرکت می‌کنند. سرعت صوت در نسبتی مستقیم با دمای محیط اطراف و چگالی محیط، افزایش یا کاهش می‌یابد. بر این اساس، سرعت شکستن دیوار صوتی با توجه به شرایط جوی اطراف آن تغییر می‌کند. مثال ساده‌ای از شکسته شدن دیوار صوتی می‌تواند صدایی باشد که شلاق چرمی تولید می‌کند و آن هنگامی است که نوک آن سریعتر از سرعت صوت حرکت کرده و صدایی ناگهانی و بلند ( یک انفجار صوتی کوچک) تولید می‌نماید.
توجه به این مسئله حائز اهمیت است که هرچند عامه‌ی مردم به طور غیر ارادی تصور می‌کنند که سرعت صدا برابر با سرعت صوت در هوا است، اما بایستی گفت که در واقع این سرعت همواره بسته به چگالی و نوع محیطی که از آن عبور می‌کند، متفاوت خواهد بود. به عنوان مثال، سرعت صوت در آب تقریباً چهار برابر سرعت صوت در هوا یعنی در حدود 1500 متر بر ثانیه است.

به هنگام شکسته شدن دیوار صوتی، چه اتفاقی رخ می‌دهد؟

برای آنکه پی ببریم به هنگام شکسته شدن دیوار صوتی به وسیله‌ی یک شی، چه اتفاقی رخ می‌دهد، بایستی صوت را به عنوان موجی با سرعت محدود در نظر بگیریم. همچنین بایستی نظری بیاندازیم به اینکه چگونه جریان هوای اطراف هواپیما با افزایش سرعت آن تغییر می‌کند.

در کمتر از سرعت صوت:

هواپیماهایی که آهسته‌تر از سرعت صوت حرکت می‌کنند، اختلالاتی در فشار هوا ایجاد می‌کنند که به فاصله‌ای از هواپیما با سرعت صوت در حرکتند. جریان هوا زمان کافی جهت متفرق و پراکنده ساختن این اختلال فشار را دارد. در این شرایط، صدای هواپیما پیش از اینکه خود دیده شود، به گوش شخص ناظر می‌رسد.
شکسته شدن دیوار صوتی به چه معناست؟

سرعتی برابر با سرعت صوت:

شکسته شدن دیوار صوتی به چه معناست؟
هنگامی که هواپیما به سرعتی برابر با سرعت صوت می‌رسد، اختلالات فشاری کنار هم در جلوی هواپیما جمع می‌شوند. هواپیما به امواج فشاری که به دلیل نیروی رو به جلو بسیار قدرمتند موتور (نیروی رانش thrust) ایجاد می‌شوند، بسیار نزدیک می‌شود. این امر موجب افزایش ناگهانی و قابل توجهی در نیروى پسا (فشار وارده در جهت‌ عکس‌ حرکت‌ هواپیما بر بال‌ها و تنه‌ى آن) (drag) می‌شود، به گونه‌ای که جریان هوا زمان بسیار کمی برای انطباق داشته و درون دیوار یا مانعی متراکم می‌شود.

بیشتر از سرعت صوت:

شکسته شدن دیوار صوتی به چه معناست؟
همانطور که هواپیما سریعتر از صوت حرکت می‌کند، و به سرعت مافوق صوت می‌رسد، هوا به هیچ وجه شانسی برای انطباق نداشته و موجب به وجود آمدن امواج ضربه‌ای عظیمی شده که می‌تواند مرتبط با صدای مهیبی همچون انفجار باشد به گونه‌ای که صدای خارج شده از هواپیما بسیار دیرتر از خود آن به گوش شنونده و ناظر می‌رسد. صدایی انفجاری تنها زمانی که هواپیما از دید ناظر عبور کند به گوش او خواهد رسید، به گونه‌ای که هوا با عجله قصد پر کردن فضای کم فشار پشت هواپیما را دارد. هنگامی که یک جت دیوار صوتی را می‌شکند، بیشتر صدای انفجاری مانند صدای ناگهانی زودگذر اما بلند رعد و برق شنیده می‌شود. شدت یک انفجار صوتی با شتاب بالاتر یا پایین‌تر تغییر نمی‌کند، در عوض، اندازه و سایز هواپیما بر این شدت انفجار تأثیر می‌گذارد، به این معنی که هواپیمایی بزرگتر، مقدار هوای بیشتری را جابجا کرده و منجر به صدای انفجاری بلندتری خواهد شد.

دستاوردها و سوابق بشر

در اوایل دهه‌ی 1930 محققان توجه خود را متوجه‌ی چالش‌هایی کردند که خلبانان در حین تلاش برای رسیدن به سرعت‌های مافوق صوت با آنها مواجه می‌شوند. اگرچه مشخص شده بود که اشیاء دیگری، مانند گلوله‌ی تفنگ، گلوله‌ی توپ، و شهاب سنگ سریعتر از صوت حرکت می‌کنند، اما بسیار تردید داشتند که آیا یک هواپیما و یا یک فرد می‌تواند فشارهایی از حرکت با چنین سرعتی را تحمل کند یا خیر. نیروی هوایی ایالات متحده تصمیم گرفت که این نظریه‌ها را مورد آزمایش قرار دهد.
در نهایت، در 14 اکتبر 1947 پس از پشت سر گذاشتن تقریباً یک دهه تحقیق، چاک ییگر (Chuck Yeager) کاپیتان نیروی هوایی ایالات متحده نخستین فرد در تاریخ بشر بود که توانست به وسیله‌ی یک هواپیمای پژوهشی با قدرت موشک بنام Bell-X1 با موفقیت دیوار صوتی را بشکند. این رویداد راه را برای فضانوردی و اکتشاف فرازمینی انسان هموار ساخت. تا پیش از پایان دهه‌ی 1950، هواپیماهای جت به طور معمول این رکورد سرعت را می‌شکستند.
در 14 اکتبر سال 2012، دقیقا 65 سال پس از به نتیجه رساندن این شاهکار، فردی دیگر بنام فلیکس بومگارتنر (Felix Baumgartner) دیوار صوتی را شکست. اما، او این کار را به تنهایی و بدون کمک انجام داد، به این صورت که از بالونی هلیومی که در استراتوسفر با ارتفاع 125097 پا (24 مایل) از سطح زمین شناور بود، به بیرون پرید. فلیکس پس از این پرش، به مدت حدود 34 ثانیه به حالت سقوط آزاد باقی ماند و آن هنگامی بود که دیوار صوتی را شکست و به سرعتی در حدود 834 مایل در ساعت (24ر1 ماخ) رسید. این سرعت بالا به دلیل مقاومت هوا و فشار پایین موجود در استراتوسفر امکان‌پذیر بود.
با وجود اینکه امروزه این امر برای بسیاری از هواپیماها عادی شده، اما شکستن دیوار صوتی ارزان تمام نمی‌شود، به این دلیل که فشار و عبور از این دیوار هوایی میزان مصرف سوخت را بالا می‌برد. به همین دلیل است که خطوط هوایی تجاری از پرواز با سرعت مافوق صوت اجتناب می‌کنند. این موفقیت در شکستن دیوار صوتی برای تمام مردم سراسر دنیا الهام بخش بوده، و ثابت نموده است که با اراده و شجاعت هر مانع و سدی می‌تواند در نهایت شکسته شود.




      
ارسال شده در یکشنبه 95/11/17 ساعت 10:18 ص توسط مهندس سجاد شفیعی


به غیر از تجربه منحصر به فردی که سفر به فضا دارد، این سفر ممکن است تاثیرات خاصی را بر بدن داشته باشد که ممکن است مشکلات سلامتی کوتاه مدت و همچنین بلند مدت را در آینده به همرا داشته باشد . این مقاله شما را از مشکلات سلامتی احتمالی و تاثیرات منفی که سفر به فضا ممکن است بر بدن‌تان داشته باشد، آگاه می‌کند.

بیماری فضایی

حدود 60 الی 70 درصد فضانوردان، بیماری ناشی از حرکت را در فضا تجربه کرده‌اند، که این بیماری طی 2 تا 3 روز و به محض آن‌که آن‌ها به محیط فضا عادت ‌کنند، فروکش می‌کند.
همه ما می‌دانیم که بدن‌ ما به طور خاص برای زندگی روی زمین در نظر گرفته شده است. ما به خوبی به محیط زمین عادت کرده‌ایم که حتی کوچک ترین تغییری در این محیط می‌تواند آسیب مخربی بر بدن وارد کند و عملکرد اندام‌های مختلف را دچار اختلال می‌کند. این اختلال زمانی که فضانوردان به خارج فضا، جایی که شرایط محیط کاملا متفاوت از محیط زمین است، حرکت می‌کنند حتی بیشتر هم می‌شود.
لحظه‌ای که فضانورد از جو زمین خارج می‌شود، بدن او با توجه به تغییر در محیط، شروع به تجربه تغییراتی می‌کند. مهم‌ترین تغییری که همه ما می‌دانیم، نبود جاذبه و بی‌وزنی است. در حالی که روی زمین، بدن انسان به طور کلی به شرایط طبیعی زمین واکنش نشان می‌دهد و از این رو با آن سازگاری می‌یابد. از سویی دیگر، زمانی که فضانورد به فضا وارد می‌شود، بدن او شروع به واکنش دادن با شرایط عادی موجود در آنجا می‌کند. در حین انجام آن، انسان شروع به تجربه اثرات شدیدی در بدن خو می‌کند که در زیر مورد بحث قرار گرفته است. نگاهی به آن‌ها بی‌اندازید.

تاثیرات بی‌وزنی بر انسان

افزایش قد

هنگامی که فضانورد به فضا وارد می‌شود، به دلیل عدم وجود نیروی جاذبه، بدن، تراکم را تجربه نمی‌کند. این امر منجر به استراحت و در نهایت گستردگی و انبساط مهره‌ها می‌شود. این مورد بیشتر باعث کشیده شدن ستون فقرات می‌شود و فضانورد تقریبا حدود 0.5 متر بلندتر می‌شود. از آن‌جا که عضلات و رباط کمر کاملا شل می‌شوند، فضانورد ممکن است کمر درد شدیدی را تجربه نماید. با این حال، افزایش در قد موقتی است و هنگامی که فضانورد به زمین باز می‌گردد، قد او به مقدار اصلی خود برمی‌گردد.

تغییرات قلبی و عروقی تغییرات سیالی

بر روی زمین، قلب انسان خلاف نیروی گرانش زمین کار می‌کند و خون را برای پخش کردن به اندام‌های واقع در بدن، از قسمت‌های پایین‌تر بدن به سمت خود می‌کشد. با این حال، در فضا یا در شرایط نیروی گرانش صفر، قلب نباید برای چرخش خون به قسمت‌های بالا‌تر خیلی سخت کار کند، که این امر به تدریج به کاهش اندازه و عدم قرارگیری مناسب آن منجر می‌شود. فضانوردانی که در ماموریت‌های فضایی طولانی مدت از پیش تعیین شده هستند اما مشکلات قلبی عروقی غیر قابل تشخیص دارند در معرض خطر بیشتر ابتلا به عوارض شرایط خود هستند.
از آن‌جا که فضانوردان، ساکن محیطی هستند که فاقد کشش گرانشی است و تغییر عمده‌ای در عملکرد قلبی عروقی وجود دارد، تغییر جهت مایع در بدن آن‌ها رخ می‌دهد. در این وضعیت، خون که معمولا به طرف قسمت‌های پایینی بدن کشیده می‌شود، اکنون تغییر جهت می‌دهد و به سمت بالا، به طرف سر و تنه توزیع می‌شود. بدین دلیل، فضانوردان اغلب چهره پف کرده و سنگینی سر را تجربه می‌کنند. همچنین، یک نوع از عدم تناسب را می‌توان تجربه کرد، که در آن پاها از و سر و نیم‌تنه بالایی کوچکتر می‌شود.

تاثیرات تشعشع

جو زمین و میدان مغناطیسی از نفوذ اشعه‌های فضا بر سطح زمین که به زندگی موجودات زنده آسیب می‌رساند، جلوگیری می‌کند. با این حال، این لایه محافظتی در فضا وجود ندارد و از این رو، فضانوردان به طور مستقیم در معرض مقدار زیادی از تشعشات فضایی قرار دارند. مشکلات حاد مرتبط با سلامتی که به دلیل تشعشع ایجاد می‌شوند عبارتند از حالت تهوع، استفراغ، خستگی، آسیب پوستی، تغییرات درتعداد گلبول‌های سفید خون و سیستم ایمنی بدن. این مشکلات سلامتی ممکن است پس از آن‌که فضانورد به زمین باز می‌گردد، بهبود یابند. تاثیرات بلند مدت اشعه که ممکن است فضانورد آن‌ها را تجربه نماید شامل مشکلات بینایی، دستگاه گوارش، ریه‌ها و سیستم عصب مرکزی می‌باشد. اشعه ممکن است همچنین بر سلول‌های اندوتلیال یا همان پوشش نازک رگ‌های خونی تاثیر بگذارد،که ممکن است به بیماری عروق کرونر قلب منجر شود. علاوه بر این، قرار گرفتن در معرض اشعه برای طولانی مدت ممکن است منجر به اختلال در کارایی فضانورد گردد که خود این امر منجر به شکست ماموریت می‌شود.

بیماری حرکتی

همان‌طور که قبلا هم ذکر شد، بسیاری از فضانوردان، بیماری ناشی از حرکت در فضا را چند ساعت بعد از وارد شدن به فضا به شکل تهوع، استفراغ، سردرد و تشویش تجربه کرده‌اند. معمولا، بیماری ناشی از حرکت به واسطه تغییرات در گردش خون ایجاد می‌شود و علائم می‌توانند در عرض 2 تا 3 روز پس از گذشت پرتاب شدن به فضا، فروکش کند.

تاثیرات بر عضلات و استخوان‌ها

باتوجه به نیروی جاذبه صفر، بدن انسان در فضا شناور است. بنابراین، اگر فضانوردی بخواهد از نقطه‌ای به نقطه دیگر حرکت کند، او تنها باید به دیوارهای فضاپیما در خلاف جهت، مقدار کمی فشار وارد نماید. این کار مانع از کارکرد کافی عضلات است، در نتیجه آن‌ها را ضعیف‌تر می‌کند.
به طور مشابه، حتی استخوان‌ها در فضا خیلی استفاده نمی‌شوند، که ممکن است به بدتر شدن منجر شود و در نهایت، باعث پوکی ستخوان می‌شود. استخوان‌ها در قسمت پایین‌تر تنه وظیفه تحمل وزن بر روی زمین را انجام می‌دهند. زمانی که فردی به فضا وارد می‌شود، استخوان‌های پایین تنه دیگر باید وزن بالا تنه را نیز تحمل نماید و از این رو، شروع به شکننده و ضعیف شدن می‌کنند. با دوره‌های طولانی سفر فضایی، این وضعیت به یک سطح پیچیده پیشرفت می‌کند، تا جایی که افزایش شکست استخوان با آزاد شدن کلسیم و فسفر وجود دارد. کلسیم و فسفر آزاد شده که توسط بدن بازجذب می‌شود، استخوان‌ها را شکننده‌تر می‌سازد. علاوه بر این، آزاد شدن کلسیم می‌‌تواند خطر ابتلا به تشکیل سنگ کلیه و شکستگی‌های استخوانی را افزایش ‌دهد.
سفر فضایی تاثیرات زیادی بر عملکرد فضانورد دارد. بنابراین، برنامه تکنولوژیکی علم وفن‌آوری موسسه زیست پزشکی فضایی بین‌المللی یا به عبارت دیگر NSBRI درحال بررسی راه‌های به حداقل رساندن یا از بین بردن تغییراتی که در فضا در بدن انسان رخ می‌دهند، هستند و افزایش سطح عملکرد فضانوردان را در حالی که بتوانند در ماموریت‌های بلند مدت زنده بمانند را فراهم می‌کنند.





      

 


هواپیما یکی از بزرگ‌ترین اختراعات قرن بیستم بود و بعد جدیدی را به زندگی ما اضافه کرد. هواپیما یک اختراع مهم بود که چشم اندازهای جدیدی را برای توسعه‌های پیشرفته در زمینه‌ی هوانوردی باز کرد.
اختراع هواپیما روشی را که مسافرت می‌کردیم تغییر داد و هم چنین مسافرت را بسیار آسان ساخت. هواپیماها این فرصت را به ما دادند تا بخش‌های مختلف دنیا را سیاحت و کشف کنیم. از عهده‌ی وضعیت‌های اورژانسی مثل سیلاب برآمدن، آسان‌تر شد. هم چنین هواپیماها بخش مهمی از خدمات دفاعی شدند. سفینه‌های فصایی که امروزه می‌بینیم می‌توانند به دو نوع تقسیم شوند برای مثال سفینه‌های فضایی با بال ثابت و سفینه‌های فضایی با بال چرخان. قبلاً در قرن هیجدهم بالون‌های هوای گرم برای پرواز، طراحی و توسعه داده شده بودند. در سال 1783 بود که برادران مونتگولفیر برای اولین بار بالون هوای گرم را ساختند. کمبود فشار موتور برای نیرو بخشیدن به سفینه فضایی و عدم حضور ابزارهای جهت یابی، مشکلات اصلی مرتبط با بالون‌های هوای گرم بودند. اما این موضوع مردم را از کار کردن در زمینه‌ی توسعه و پیشرفت هواپیما باز نداشت و سرانجام هواپیما اختراع شد.

چه کسی هواپیما را اختراع کرد؟

برادران رایت از آمریکا، اولین هواپیما را اختراع کردند. برادران رایت به نام‌های ویلبر و اورویل در شانزدهم ماه آوریل سال 1867 و نوزدهم ماه آگوست سال 1871 به دنیا آمدند. آنها تحصیلات خود را بعد از دبیرستان ادامه ندادند و در عوض تصمیم گرفتند مغازه‌ی تعمیر دوچرخه باز کنند. آنها عادت به مطالعه‌ی آزمایشات و تحقیقات رخ داده در زمینه‌ی توسعه و پیشرفت هوانوردی داشتند. علاقه و شور و اشتیاق آنها برای هواپیماها منجر به توسعه‌ی اولین هواپیمای سنگین‌تر از هوا شد.

اولین هواپیما برای پرواز :

برادران رایت یعنی ویلبر و اورویل شروع به کار بر روی ایده‌ی ساختن هواپیما در سال 1899 کردند. آنها سرانجام موفق شدند اولین هواپیما را در هفدهم ماه دسامبر سال 1903 به پرواز درآورند. آن یک روز تاریخی بود چون قبلاً تلاش‌های زیادی برای تولید اولین هواپیما با شکست روبرو شده بود.

 

ایرو دینامیک :

دوره‌ی بین سال 1799 و 1809 از نقطه نظر توسعه و پیشرفت هواپیما، مهم بود. مفاهیم اساسی و بنیادین ایرو دینامیک توسط آقای جورج کایلی، بارونت انگلیسی (نجیب زادگانی که به طور ارثی بارون نبودند) پایه گذاری شد. او ایده‌ی هواپیماهای شیب دار که تصور می‌شد بالهای سفت و سختی دارند (برای پرواز) و مکانیزم به جلو راندن مجزا را (برای فشار موتور) پیشنهاد داد. ایده‌ی اصلی توسعه‌ی چنین هواپیماهایی تهیه‌ی سطح صاف و مسطح بود تا این که بلند شدن برای پرواز را فراهم کند.

گلایدرهای دستی :

کار اوتو لیلینتال، مهندس هوانوردی آلمانی، الهامی برای برادران رایت بود. گلایدرهای دستی که توسط لیلنتال ساخته شدند، پروازهای موفق زیادی را انجام دادند. اما آنها فاقد سیستم کنترل با امکان نیروی سوختی بودند. لیلنتال در طول این پروازها مجبور بود بالهای خود را پیچ و تاب دهد تا این که گلایدر را در جهت ویژه هدایت کند. لیلنتال در سال 1896 در تصادف گلایدر فوت کرد. برادران رایت، مطالعه‌ی پرواز و هواپیماها را به طور جدی بعد از این حادثه‌ی غم انگیز بر عهده گرفتند.

ماشین پرواز هیرام استیونز ماکسیم :

ماشین پرواز ساخته شده توسط هیرام ماکسیم طول بال 34 متری و طول کلی 44 متری داشت. دو موتور بخار مرکب با نیروی 360 اسب بخار برای به راه انداختن و نیرو دادن به این ماشین مورد استفاده قرار گرفت. با تمام قطعات بزرگ و حجیمی که در این طراحی جای گرفته بودند، این ماشین پرواز وزنی در حدود 5ر3 تن داشت. تست‌های انجام شده بر روی این ماشین پرواز، آشکار کرد که آن از لحاظ ایرو دینامیکی ناپایدار بود و نمی‌توانست به طور مناسب کنترل شود. این موضوع منجر به این شد که ماکسیم از تلاش‌های خود برای ساختن ماشین پرواز دست بکشد.

اولین هواپیمای اختراع شده :

ویلبر و اورویل رایت تلاش کردند بر محدودیت‌های گلایدر دستی آقای لیلنتال غلبه کنند. هم چنین آنها از مفهوم صفحه‌های شیب دار در اولین هواپیمای خود استفاده کردند. آنها موتور نفتی 12 اسب بخار و دو پروانه بر روی هواپیما نصب کردند. سفینه‌ی فضایی که آنها طراحی کرده بودند، هواپیمای دو باله با دو بال اصلی بود که یکی بر روی دیگری قرار گرفته بود. این دو بال به فراهم کردن نیروی بلند شدن بزرگ‌تر به هواپیما کمک می‌کردند. در نهایت در هفدهم ماه دسامبر سال 1903، اولین پرواز هواپیمای آنها در کیتی هاوک در کارولینای شمالی در آمریکا رخ داد؛ این پرواز 59 ثانیه طول کشید. هواپیما با رسیدن به ارتفاع 120 فوتی، مسافت 852 فوتی را پوشش داد. در کل چهار پرواز در آن روز صورت گرفت. از این چهار پرواز، پرواز ذکر شده در بالا، بهترین بود. منطقه‌ی کیتی هاوک به خاطر آب و هوای بادی و تپه‌های شنی خود برای پرواز انتخاب شد؛ چون این تپه‌ها در صورت تصادف به عنوان متکا عمل می‌کردند.
روش تاب دادن بال، توسط برادران رایت در اولین پروازشان مورد استفاده قرار گرفت. در روش تاب دادن بال، انتهای بال‌ها کمی قوس گرفتند. این موضوع، حرکت غلتشی هواپیما را آسان می‌ساخت و هم چنین به حفظ تعادل کمک می‌کرد. هواپیمایی که توسط برادران رایت طراحی شده بود، کنترل سه محوری داشت. این هواپیما در طول سه محور مختلف و در سه حرکت زیر، می‌چرخید.
• پرتابی : این حرکت هواپیما به بلند شدن و پایین آمدن دماغه کمک می‌کرد.
• غلتشی : چرخش در طول بلندترین محور هواپیما در این حرکت رخ می‌داد.
• انحرافی : در این حرکت هواپیما، محور افقی می‌چرخید.
سکان هواپیمایی که در انتهای دنباله هواپیما نصب شده بود در جهت مسیر یابی عمل می‌کرد. سفینه‌های فضایی مدرن امروزی نیز از این اصولی که توسط برادران رایت بنا نهاده شده است، پیروی می‌کنند.

تاریخچه‌ی هواپیما :

کار اساسی در زمینه‌ی پیشرفت و توسعه‌ی هواپیما، در قرن نوزدهم صورت گرفت. اما علاقه‌ی بسیار زیادی میان مردم راجع به هواپیماها، از زمان لئوناردو داوینچی وجود داشت. قبل از این که اصول ایرو دینامیکی کشف شوند، مشتاقان هواپیما از قانون هواپیمای بالزن پیروی می‌کردند. هواپیمای بالزن ماشینی بود که از مکانیزم پر زدن بالهای پرندگان استفاده می‌کرد. این هواپیما فقط در پیشرفت و توسعه‌ی ماشین‌های پرواز کوچک، موثر واقع شد و بلند شدن و به جلو راندن هواپیماهای بزرگ‌تر با این روش ممکن نبود. اگر چه هواپیما در سال 1903 اختراع شد اما فقط بعد از این که دولت آمریکا از آن برای سرویس هوا – میل استفاده کرد، محبوب شد. بعد از آن، هواپیماها محبوبیت کسب کردند و برای اهداف مختلف زیادی مورد استفاده قرار گرفتند.
هواپیماهای امروزی به طور تکنولوژیکی پیشرفته شده‌اند و دارای طراحی پیچیده‌ای هستند. هواپیمای ایرباس 380 که اخیراً راه اندازی شده است، بزرگ‌ترین هواپیمای مسافربری است. این هواپیما ظرفیت حمل 853 مسافر را دارد و با سرعت 900 کیلومتر بر ساعت پرواز می‌کند. آنتون اوف آن – 225 مریا، سنگین‌ترین سفینه‌ی فضایی دنیا است. از اختراع هواپیما در سال 1903 تا توسعه‌ی فضاپیماها و فضا ناوهای امروزی، بخش هوانوردی، دریایی از تغییرات را تجربه کرده است. البته اعتبار اینها به برادران رایت تک رو تعلق دارد. این سفر غیر قابل باور پیشرفت هواپیما، کنفسیوس بزرگ را تکریم و تحسین می‌کند که گفته بود : سفر هزاران مایلی با گام تنها شروع می‌شود.




      
ارسال شده در چهارشنبه 95/2/8 ساعت 6:7 ع توسط مهندس سجاد شفیعی

 نقش نانوتکنولوژی در دفاع (1)

 

نویسنده: آجی لل
مترجمان: سید حسن صانعی، سیده بیتا مرتضوی، فائزه مسعودی فر



 


دوران رویاهای بزرگ سپری شده است. بر مبنای همین اصل، دانشمندان علم نانو را که معمولاً نانوتکنولوژی نامیده می شود ( NT ) به وجود آورده اند. (1) بسیاری پیش بینی می کنند که آینده جهان احتمالاً با این تکنولوژی اداره شود. در چند دهه اخیر، دانشمندان سراسر جهان پژوهش هایی به ویژه درباره استفاده از این تکنولوژی در پزشکی و الکترونیک انجام داده اند. در واقع محصولات جانبی نانوتکنولوژی پیشرفت های چشمگیری در حوزه هایی مانند تراشه های کامپیوتر، لوازم آرایشی مانند کرم های ضد آفتاب، شیشه های خود شوی ( Self – cleaning window ) و لباس های ضد لک گذاشته است.
نانوتکنولوژی با کاربردهای چندگانه اش قابلیت کاهش قیمت ها و توانایی ذاتی تولید مواد جدیدی را مانند آهن انعطاف پذیر و ضد زنگ دارد. این تکنولوژی در سراسر جهان به عنوان « نیروی صنعتی » پدیدار شده است. گروه بازرگانی اتحاد تجارت نانو برآورد می کند که در سال 2004 محصولاتی با ارزش سیزده میلیارد دلار آمریکا با دخالت نانوتکنولوژی تولید شده اند که این میزان کمتر از 0/1 درصد تولید جهانی است. ولی تا سال 2014، انتظار می رود این رقم نزدیک به 3 تریلیون دلار آمریکا، یا 15 درصد تولید کارخانجات برسد (2). این برآوردها پیش از فروپاشی اقتصادی جهان در سال های 2008 – 2009 بوده است. با این وجود، امیدواریم سرمایه گذاری در این زمینه کاهش شدیدی نداشته باشد، شاید صنعت خصوصی بتواند از طریق پژوهش و پیشرفت هزینه ها را کاهش دهد.
در دو سال گذشته بخش های مختلف صنعتی، از جمله مجتمع نظامی – صنعتی (3)، بر روی نانوتکنولوژی سرمایه گذاری کرده اند. مهمترین وجه این سرمایه گذاری ها، اکثراً سرمایه گذاری های چشمگیر در بخش غیرنظامی است. این سرمایه گذاری ها با دیدگاه قبلی که از جنگ جهانی دوم آغاز شد رقابت می کنند؛ دیدگاهی که پژوهش نظامی اصولاً به پیشرفت تکنولوژی های مختلف کمک می کند و این تکنولوژی ها پس از یک دوره زمانی در زمینه غیرنظامی نیز بکار گرفته می شوند. شایان ذکر است که ترانزیستورها، مدارهای مجتمع ( ICها )، کامپیوترها و اینترنت همگی نتیجه فعالیت های گران پژوهشی و پیشرفته متمرکز نظامی هستند. با این وجود، در قرن 21 بسیاری از تکنولوژی های نوپدید وارد بازار غیرنظامی می شوند و متعاقباً آن نظامیان از ویژگی های کاربری دوگانه بهره می برند. همین موضوع درباره نانوتکنولوژی نیز صدق می کند. در ابتدا، به این تکنولوژی به عنوان سکویی برای خلق شگفتی ها نگریسته می شد و به دلیل کاربردپذیری تجاری آن، بیشتر تمرکزش بر روی موضوعات غیرنظامی و تجاری بود. با این وجود، به تدریج بخشی از این تمرکز به سمت کاربرد پذیری نظامی آن نیز سوق پیدا می کند.
از آنجایی که این تکنولوژی در رابطه با سرمایه گذاری بر روی تحقیق و توسعه خیلی پرهزینه نیست، بسیاری از کشورهای درحال توسعه به این زمینه علاقه نشان می دهند. از آن مهمتر، کشورهای در حال توسعه دریافته اند که نباید در این زمینه عقب بیافتند و به جهان پیشرفته اجازه دهند تا همان طور که در سایر زمینه های مختلف در خیلی سال های گذشته مسلط بوده اند در این زمینه نیز چیره شوند. به همین دلیل، چند کشور در حال توسعه نیز اصولاً با تمرکز به کاربردپذیری غیرنظامی آن به عرصه نانوتکنولوژی می تازند (4).
جنبه تأسف باری که در مورد نانوتکنولوژی مشاهده شده است، افراط بیش از حد توانایی واقعی و اثبات شده آن است. تعریف نانوتکنولوژی تا حدودی مبهم به نظر می رسد، زیرا بسیاری از پژوهشگران، از جمله کسانی که روی سیستم های دارای مقیاس میکرومتر کار می کنند، می کوشند تا خود را زیر چتر نانوتکنولوژی بگنجانند. این افراط شامل پیش بینی های خوش بینانه درباره آینده نانوتکنولوژی نیز می شود. گواه این مدعا بحثی است که چند دانشمند مطرح کرده اند که « می توان دستگاه های برنامه ریزی شده روباتیک کوچکتر از 100 نانومتر ساخت تا به راحتی در جریان خون انسان گردش کنند، سلول های سرطانی را تشخیص دهند و پیش از این که تشکیل تومور دهند، آنها را از بین ببرند (5) ». اساساً این موضوع به این دلیل اتفاق می افتد که نانوتکنولوژی شامل بسیاری از مفاهیم پیچیده ای می شود که به آسانی دیده یا احساس نمی شوند و به نظر می آید این دانشمندان در نتیجه گیری عجله می کنند. به همان طریق مشاهده شده است که برخی ادعاها بیشتر بر اساس خیال و تصورات بنا شده است تا بر پایه واقعیت و علم.
به طور کلی، می توان گفت که درک نانوتکنولوژی دشوار نیست. علم ممکن است پیچیده باشد، اما اصول اولیه آن چنین نیست. 116 نوع یا عنصر اتم شناخته شده است. جهان و هر آنچه در آن است از اتم های یک یا چند عنصری این چنینی ساخته شده است. آرایش و ترکیب این اتم ها تعیین می کند که هر شی چه خواهد شد. عنصر کربن را در نظر بگیرید؛ گروهی از اتم های کربن را به شیوه ای خاص آرایش کنید تا شما گرافیت به دست آورید؛ آنها را کمی متفاوت بچینید، الماس به دست می آورید؛ آن را با اتم های اکسیژن ترکیب کنید، تا تبدیل به گازی شوند که در سرتاسر جو معلق است (6). در یک کلمه نانوتکنولوژی را می توان شیوه ای برای سازماندهی مصنوعی اتم ها نامید. این فصل بیشتر بر روی « آن حوزه از نانوتکنولوژی » تمرکز می کند که کاربردی، مرتبط و دست یافتنی باشد. تمرکز اصلی این فصل بر جنبه های نظامی نانوتکنولوژی است. تعداد اندکی از موضوعات مرتبط با آینده نانوتکنولوژی در سطح عمومی و به منظور نشان دادن طرز تفکر در این عرصه بحث می شود، ولی در حال حاضر غیر قابل دوام به نظر می رسد.

نانوتکنولوژی: تعریف و مفهوم

نانوتکنولوژی علم نوپدید قرن بیست و یکم است که با مهندسی مواد در مقیاس اتم ها و مولکول های مجزا سرو کار دارد. مواد نانوفاز ( nanophase ) که گاهی با این نام خوانده می شوند، به دلیل روش بسیار دقیقی که در آن ذرات تشکیل دهنده آن آرایش شده اند و شکل گرفته اند، اغلب ویژگی های جدیدی را نشان خواهند داد (7).
در واقع، نانوتکنولوژی دو مفهوم متفاوت ولی مهم دارد. یک معنای گسترده و وسیع آن شامل هر تکنولوژی است که با چیزی کمتر از اندازه 100 نانومترسرو کار داشته باشد. معنای دیگر آن، معنای اصلی است – طراحی و ساخت ماشین هایی است که در آن هر اتم و پیوند شیمیایی به دقت تعیین می گردد (8). ناریو تانیگوچی ( Nario Taniguchi )، استاد دانشگاه علوم توکیو، در سال 1974 واژه نانوتکنولوژی را معرفی کرد تا براده برداری ( تولیدات ماشینی – machining ) با اندازه های 0/1 تا 100 نانومتر را دربر گیرد (9). وی معتقد بود که نانوتکنولوژی اکثراً شامل « پردازش، جداسازی، ترکیب و تغییر شکل مواد با یک اتم یا یک مولکول » می شود (10).
در سال های اخیر کتاب بنیادی اریک درکسلر ( K. Eric Drexler )، با نام موتورهای تکوین ( 1986 ) این تکنولوژی را معرفی کرده و نظر بسیاری از پژوهشگران بخش های صنعتی و نظامی را جلب کرده است. با این وجود، تمرکز وی بیشتر بر روی بخشی از نانوتکنولوژی، به نام نانوتکنولوژی مولکولی است.
به طور کلی، نانوتکنولوژی را می توان به دو بخش متفاوت تقسیم کرد. نخست، نانوتکنولوژیِ ساختاری که به ساختارهای بسیار کوچکی مانند نانوکریستال ها و مولکول های پیچیده مرتبط می شود. در حال حاضر، اکثر پژوهشگران نانوتکنولوژی بر این مطلب متمرکز شده اند. نوع دیگر نانوتکنولوژی که اریک درکسلر آن را نانوتکنولوژی مولکولی نامیده به ماشین های بسیار کوچک، روبات ها، موتورها و کامپیوترهایی که اتم به اتم، کوچکتر از یک سلول ساخته شده اند مرتبط می شود. این نوعی از نانوتکنولوژی است که امید به تولید آزاد و ترس از نابودی محیط را افزایش داده است. نانوتکنولوژی ساختاری فقط در چند سال گذشته زمینه قابل قبولی برای پژوهش شد، ولی برای کاربردپذیری در سایر عرصه های پژوهش به سرعت در حال پیشرفت است. نانوتکنولوژی ساختاری عمدتاً کاربردهای تجاری دارد. انتظار می رود که نانوتکنولوژی ساختاری ما را در انجام بهتر کارهای موجود کمک کند. سرانجام پیشرفت ها در این زمینه می تواند به کامپیوترهای سریع تر، داروهای مؤثرتر، مواد قوی تر و موتورهای کارآمدتر منجر شود.
نانوتکنولوژی مولکولی (11) مسائل مختلفی را مطرح می کند. نخست آن که این تکنولوژی هنوز وجود ندارد! امروزه، ما می توانیم روبات هایی به اندازه حشرات بسازیم نه به اندازه سلول که مدنظر نانوتکنولوژی مولکولی است. بسیاری از ترس های مرتبط با نانوتکنولوژی به خاطر امکان خوهمتاسازی ( Self-replication ) است؛ ماشینی که می تواند کپی هایی را از خودش بسازد. اگر این مسئله به واقعیت بپیوندد، نمی دانیم با این اختراعات چه می توان کرد؟ آیا نانوتکنولوژی واقعاً می تواند « ماده چسبناک خاکستری » (12) تولید کند که تمام محیط را ببلعد و آیا می توان به آسانی جلوی چنین چیزهایی را گرفت؟ (13) در این مرحله، بسترسازی کردن تأثیر چنین احتمالات مبهمی برای کاربرد نظامی آنها غیرممکن است. هدف این فصل بررسی جزییات جنبه های قابل پرسش علمی و مرتبط با آینده نانوتکنولوژی نیست.
نانوتکنولوژی اغلب به تکنولوژی همه منظوره اطلاق می شود. این بدین دلیل است که در شکل تکامل یافته اش، ممکن است تأثیر چشمگیری بر بسیاری از صنایع و جامعه در سطح کلان بگذارد. به طور کلی نانوتکنولوژی محصولاتی با ساخت بهتر، بادوام تر، تمیزتر، ایمن تر و هوشمندتری را برای مصارف خانگی، ارتباطی، پزشکی، ترابری، کشاورزی و صنعتی عرضه می کند. همانند برق و کامپیوتر که پیش از نانوتکنولوژی پا به عرصه وجود گذاشتند، از نانوتکنولوژی نیز انتظار می رود که در اکثر جنبه های زندگی کارآیی خوبی داشته باشند. نانوتکنولوژی به عنوان یک تکنولوژی همه منظوره – هم برای مصارف تجاری و هم نظامی استفاده دوگانه ای دارد؛ برای ساخت سلاح و ابزار تجسسی قدرتمند (14).
صرف نظر از زمینه فعالیت یا اصول فیزیکی درگیر، نانوتکنولوژی در صدد توجه به مقیاس های کوچکتر از ویژگی های دائمی مواد پرحجم و طراحی جزییات دانه ای مولکول ها و اتم ها است. انجام کارها به این شیوه مزایای زیادی دارد. یکی از آنها، افزایش کارایی، سرعت و سایر عوامل اجرایی مرتبط با کوچک سازی است که این رویه در کامپیوترقابل توجه است. پژوهشگران پیش بینی کرده اند که مقیاس های نانویی جایگزین اجزای ریزتراشه می شود؛ به عنوان مثال، ترانزیستورهای مولکولی و سیم هایی که انرژی کمتری مصرف می کنند و می توانند با دقت بیشتری ساخته شوند. با این اجزای مولکولی، طراحان تراشه می توانند نه فقط میلیون ها، بلکه میلیاردها ترانزیستور روی یک تراشه پیاده کنند و عملکرد کامپیوتر را هزار برابر کنند (15).
مفهوم اصلی نانوتکنولوژی آرایش مجدد اتم ها بر اساس نیاز است. هر چیزی در این جهان از مولکول هایی ساخته می شود که آن ها نیز در حقیقت از اتم های کوچکتری تشکیل شده اند. ویژگی های یک ماده بیشتر به آرایش اتمی آن بستگی دارد. برای مثال به مورد دو اتم کربن، زغال سنگ و الماس دقت کنید. بنابراین، اگر شخصی بتواند آرایش اتمی داخل زغال سنگ را تغییردهد، می تواند از آن الماس به دست آورد! این جایی است که نانوتکنولوژی در آن گام می نهد. با کمک این تکنولوژی، حداقل از لحاظ تئوری، این امر دست یافتنی است (16).
قدرت واقعی نانوتکنولوژی این است که نه تنها محصولات بهتر، بلکه یک روند ساخت بسیار پیشرفته ای را ارائه دهد. به همین دلیل انتظار می رود که نانوتکنولوژی انقلاب صنعتی بعدی را به ارمغان آورد (17). از آنجایی که راه کارهای اصلی نانوتکنولوژی را می توان با هر مواد خامی استفاده کرد، کاربردهای بالقوه نانوتکنولوژی تنها با سرمایه گذاری، ساعت ها پژوهش و ابتکار معین می شود (18).

وضعیت کنونی نانوتکنولوژی

در اویل دهه 1980، وقتی که دو دانشمند IBM در سوئیس میکروسکوپ تونل زنی پویشی ( STM ) را اختراع کردند، نانوتکنولوژی کاربردی پا به عرصه ظهور گذاشت. میکروسکوپ تونل زنی پویشی، ابزار فوق العاده ساده ای است که تصاویری با جزییات جدید سطوح اتمی، رسانای برق را تولید می کند. میکروسکوپ های اتمی و مغناطیسی و نیز اختراعات IBM، دید مقیاس اتمی به سطوح غیررسانا را گسترش دادند و موجب چشم انداز مستقیم نیروهای سطحی مانند مغناطیس و اصطکاک می شوند. در سال 1990، IBM نشان داد که می توان STM را نه تنها برای تصویربرداری، بلکه برای تثبیت و استقرار اتم ها نیز استفاده کرد. اولین نمایش کاربرد نانوتکنولوژی توجه به لوگوی IBM با 35 اتم زنون بود و بلافاصله، این نماد معروفی از دقت مقیاس نانویی شد (19).
امروزه، پژوهشگران نانوتکنولوژی رویکردی دوگانه در ساخت دستگاه های نانویی دارند. اهداف رویکرد « بالا – پایین » ادامه کوچک سازی وسایل و ماشین های کنونی با بهبود شیوه های موجود و بکارگیری پیشرفت های اخیر تکنولوژی مانند لیتوگرافی با اشعه ایکس و نگارنده های پرتوی الکترونی است. در اینجا اتم ها و مولکول ها از مواد حجیم و گاهی غشاهای نازیک زدوده می شوند تا ساختار نانویی مطلوب به دست آید. در رویکرد « پایین – بالا » تلاش می شود که با تقلید از طبیعت و از طریق تحریک اتم ها و مولکول ها برای خود سامان دهی یا خودمونتاژی در سیستم های پیچیده ای که به صورت دستگاه ها و ماشین ها عمل می کنند، دقیقاً همانند درون سلول های زیستی شود. در این رویکرد اجزا توسط نیروهای فیزیکی / شیمیایی خود را آرایش می کنند (20). در این پیوستگی، اتم ها و مولکول ها به شیوه ای جفت می شوند که از طریق رسوب کنترل شده ( Controlled deposition ) بر روی پارامترهای واکنشی، مواد نانویی از اندازه و شکل مورد نیاز برخوردار شوند. این شیوه پایین به بالای ساخت « اتم به اتم » که قلمروی رویایی نانوتکنولوژیست ها است، هنوز برای ساخت دستگاه های الکترونیکی به واقعیت نپیوسته است زیرا آنها نمی توانند الگوهای متصل طراحی شده ای را تولید کنند.
هر رویکردی با چالش های خاص خود مواجه می شود. امروزه علم نانو به طور مساوی بین دو رویکرد تقسیم شده و انتظار می رود تا رویکردهای ترکیبی که خودمونتاژی در تکنولوژی های بالا – پایین موجود را در هم ادغام می کند پدیدار شوند (21). با این وجود، صنعت در این عرصه منتظر هیچ کشف مهمی نمی ماند، ولی به سرعت نوآوری های جدید ( در دسترس بودن، امکان پذیر بودن، و عملاً آزمایش شده ) را وارد عمل می کند. از این رو، کاربردهای نانوتکنولوژی به واقعیت پیوسته است.
تولید کنندگان اتومبیل در ایالات متحده بیش از یک دهه از لاستیک های نانونیی (22) برای بهبود ایمنی خطوط سوخت در وسایل نقلیه مسافربری استفاده می کنند و صنعت الکترونیک بر لاستیک های نانویی در مواد بسته بندی « برای مصونیت بهتر کالاها » و برای کمک به برداشت هرگونه بار الکتریکی پیش از این که به حد تخلیه جرقه ای برسد تکیه کرده است. امروزه، کار در زمینه نانو محدود به چند کشور خاص نمی شود. در عوض، در قسمت های مختلف جهان با سطوح مختلف پشتیبانی تخصصی و مالی اجرا می شود. ژاپن، کره، تایوان و کشورهای اروپایی از جمله اسکاتلند و هلند نیز نقش های مؤثری در گسترس توانمندی های نانوتکنولوژی ( غیر از ایالات متحده ) ایفا کرده اند – و جلب نظر به این تکنولوژی در سرتاسر جهان همچنان ادامه دارد (23).
میکروالکترونیک ها امروزه به طور روتین ساختارهای حدود 100 نانومتری را می سازند. بنابراین عصر ساخت نانویی، از یک جهت پیش از این وجود داشته، « و عصر علم نانو آغاز شده است، ولی عصر استفاده های عملی یافته های نانوتکنولوژی از ساختارهای نانویی هنوز ( تا شروع قرن 21 ) آغاز نشده است (24) ». ولی پیشرفت های زیادی در ربع دهه گذشته صورت گرفته است. پیشرفت در گسترش علم درمان شناسی ترکیبی نیز با اندازه نانو و سیستم های تحویل داروهایی با اندازه نانو در طول دهه گذشته قابل توجه بوده است (25).
به طور کلی، شناسایی اختصاصی تفصیلی بسیار جزیی گسترش در حوزه این تکنولوژی بسیار دشوار است. به این دلیل که نانوتکنولوژی موضوعی میان رشته ای است. از این رو، شیوه های مختلف فیزیکی، شیمیایی، زیستی و ترکیبی مختلفی برای آمیختن مواد نانویی وجود دارد. در تمامی این صحنه ها به طور همزمان کارهای مختلفی در حال انجام است و دستاوردهای آنها با سطوح مختلف موفقیت دیده می شوند.





      
ارسال شده در چهارشنبه 95/2/8 ساعت 6:6 ع توسط مهندس سجاد شفیعی

نانوتکنولوژی و کاربردهای نظامی آن

نانوتکنولوژی اغلب به عنوان ابزار توانمندسازی عمل می کند که به شیوه ای مهیج کاربردها را بهبود می بخشد. انتظار می رود که این تکنولوژی اساس بسیاری از کاربردها در صنایع دفاعی شود. تأثیر بالقوه نانوتکنولوژی بر مجموعه نظامی – صنعتی زیاد بوده است. در طول چند سال گذشته، حاصل پژوهش های نانوتکنولوژی منجر به مواد محکم و سبک وزنی شده است که توانسته بر صنایع دفاعی تأثیر عمیقی بگذارد. کاربردهای دفاعی نانوتکنولوژی بسیار زیاد است؛ از حس گرهای WMD، کیت های حفاظتی رزمنده ( زره هوشمند، استتار فعال )، و کمک های پزشکی ( مهار سرایت بیماری ) گرفته تا مواد خوددرمانی و نانوالکترونیک را شامل می شود. نانوتکنولوژی بیش از یک تکنولوژیِ در حال تکامل است و از دیدگاه نظامی بیشتر در مرحله پیدایش است و از این رو بسیاری از کاربردهای نظامی در واقع احتمالات نظری هستند که نیازمند تحقیق و توسعه عمیق تری می باشند. همچنین در این مرحله اولیه گسترش، در بسیاری از دولت ها ممکن است به دلیل چالش های تکنولوژیکی، هزینه ای و نبودن ارزش ثابت شده این تکنولوژی در میدان جنگ، بی میلی ذاتی برای سرمایه گذاری در این تکنولوژی در دفاع، وجود داشته باشد.
در حال حاضر، مواد نانویی که از ویژگی های شیمیایی، فیزیکی و مکانیکی بی نظیر و سودمندی برخوردارند، پتانسیل خود را برای انواع گسترده کاربردهای دفاعی به نمایش می گذارند. مواد نانویی پیشرفته به وسیله ویژگی های جدیدی مانند نسبت های مقاومت ارتقا یافته به عرض ( Improved strength to width ratios )، برای پیشرفت تسلیحات کنونی و سخت افزارهای نظامی کاربرد دارد یا بازتاب پذیری را برای کاربردهای مخفی به پرتوهای الکترومغناطیسی تصحیح می کند. همچنین، سیستم های کامپیوتری بادوام برای موشک ها و سایر تسلیحات را می توان با استفاده از الکترونیک مولکولی ساخت. این علم که « مولِترونیک » نیز نامیده می شود از واحدهای مستقل مولکولی برای ساخت اجزای الکترونیکی استفاده می کند. با بهره گیری از ویژگی های مهندسی ژنتیک، از لحاظ تئوری می توان نانوماشین هایی ساخت که به چند جز از وسایل نقلیه خسارت وارد کنند؛ مثلاً ممکن است لاستیک تایرهای وسایل نقلیه نظامی را خراب کنند. همانند سلاح های غیرمهلک، مواد شیمیایی روی جاده ها پخش می شود تا تایر وسایل نقلیه را آب (ذوب) کند. در خطوط مشابه، تکنولوژی که بیو و نانو را ترکیب می کند ممکن است برای آسیب به تایرهای وسایل نقلیه نظامی به وجود آیند و به خاطر اندازه نانوماشین های استفاده شده برای این هدف، دشمن هرگز متوجه این نیّت نخواهد شد (26). پاراگراف های بعدی نگاهی به چندین کاربرد موجود و مربوط به آینده نزدیک نانوتکنولوژی و تأثیر آنها بر ارتش می اندازد. به منظور این بحث، بیشتر کاربردهای خاصی که نانوتکنولوژی بر آن واقعاً تأثیری گذاشته است یا انتظار می رود در آینده نزدیک تأثیر گذارد مدنظر قرار گرفته است.

الکترونیک، کامپیوتر، حسگر

تصور می شود که پیشرفت های انجام شده در علوم میکروالکترونیک، فوتونیک و مغناطیس با هم، قابلیت های کامپیوترها و پیوندهای ارتباطی را بالا ببرند (27). الکترونیک حوزه ای است که نانوتکنولوژی در آن به ثمر نشسته است. استفاده از کاربردهای نانوتکنولوژی هزینه را کاهش و عملکرد حافظه، نمایشگرها، پردازشگرها، اجزای فعال با نیروی خورشیدی و سیستم های جاسوسی جاسازی شده را افزایش می دهد (28). انتظار می رود که کوچک سازی، ریزپردازشگرها را برای سریع تر کار کردن، و در نتیجه بالا بردن هر چه بیشتر سرعت محاسبات کمک کنند. این امر تنها زمانی امکان پذیر است که این تکنولوژی بتواند حجم زیاد گرمای تولید شده به دلیل سرعت های بیشتر توسط این ریزپردازشگرها را از بین ببرد. مواد نانویی بهترین راه حل ها را برای شکستن این سدها به صنعت ارائه می کنند (29). با این وجود، شیوه های کنونی، مانند فوتولیتوگرافی ( فرآیندی که با آن شکل هایی با مقیاس کوچک از آی سی ها خلق می شوند )، که برای تولید تراشه های سازنده ساختارهای کوچکتر از 100 نانومتر استفاده می شوند، هزینه زیادی در پی دارد. در حال حاضر، اقداماتی برای بادوام تر کردن گزینه های ارزانتر مانند لیتوگرافی با پرتوی الکترونی و لیتوگرافی نرم صورت می گیرد (30).
در برخی موارد محدودیت های تکنولوژی های دیگر که با تجهیزات نانوتکنولوژی در کنار هم قرار می گیرند پیشرفت در زمینه نانوتکنولوژی را تضعیف می کنند. برازاندن سیستم های الکترونیکی نانوتکنولوژی به دستگاه بسیار کوچکی شاید امکان پذیر باشد. ولی از آنجایی که باطری ها نمی توانند به موازات آن کوچک شوند، تأمین نیرو ممکن است با مشکل روبرو شود. پس یک سیستم با اندازه میکرومتر همچنان به پشتیبانی نیرویی به بزرگی سانتیمتر نیاز خواهد داشت. در چند مورد برای سیستم هایی که با رادیو با فاصله دور ارتباط برقرار می کنند آنتن های بزرگتری نیاز است (31). در آینده نزدیک ممکن است سیستم های نانوالکترونیکی تحت چنین محدودیت هایی تولید شوند.
یک حسگر معمولاً ویژگی های محیطی مانند دما، الگوهای نوری و مقاومت میدان مغناطیسی را به یک ولتاژ الکترونیکی تبدیل می کند و سپس این اطلاعات را پردازش کرده و انتقال می دهد. نانوتکنولوژی به جای حسگرهای سانتی متری حسگرهای کوچک تری با اندازه های کمتر از میکرومتر را می پذیرد (32).
در آینده، ممکن است قرار دادن هزاران حسگر این چنینی در منطقه ای خاص برحسب نیاز میسر باشد. همچنین، حسگرهای ساخته شده از مواد نانوکریستالی شدیداً به تغییر در محیط حساسند. کاربردهای نوعی برای چنین حسگرهایی دودیاب ها، یخ یاب ها بر روی بال های هواپیما، حسگر عملکرد موتور اتومبیل و غیره می باشند (33).
سال ها است که انقلاب الکترونیک و ارتباطات، تبدیل تجهیزات حجیم و ایستا را به دستگاههای سبک و قابل حمل امکان پذیر ساخته است. بهترین نمونه آن می تواند کامپیوترهای لپ تاپ و تلفن های موبایل باشد. با این وجود، این تجهیزات با توجه به منبع انرژی شان از ضعف عمده ای رنج می برند (34). در حال حاضر، به ایجاد انواع جدید منابع انرژی به ویژه برای لوازم سیار مانند لپ تاپ و تلفن های موبایل نیاز است. همانطور که قبلاً در چند نمونه دیگر نیز توضیح داده شد، تجهیزات مبتنی بر نانوتکنولوژی از محدودیت عدم حضور تأمین انرژی سازگار رنج می برند. تکنولوژی ها امروزه دریافته اند که باید راه حلی برای این محدودیت از طریق ریشه نانوتکنولوژی بدست آورند. همچنین، پژوهش های بیشتر در این زمینه می تواند این تکنولوژی ها را در محقق ساختن موج بعدی رشد فن آوری اطلاعات، « محاسبات فراگیر » (35) ( توسط نانوتکنولوژی )، کمک کند.
از دیدگاه نظامی، استفاده از نانوتکنولوژی در زمینه الکترونیک، کامپیوترها و حسگرها به ویژه بر محورکاهش اندازه ابزارهای کنونی می چرخد و نه تنها باعث بازدهی انرژی، بلکه موجب بازدهی عملکرد آنها نیز می شود.

دفاع زیستی

پس از واقعه یازدهم سپتامبر، پاسخ به بیوتروریسم به شکل اختراع تکنیک های جدید به سرعت افزایش یافت. نانوتکنولوژی به عنوان جبهه جدیدی در دفاع زیستی زود پدیدار می شود. در حال حاضر، نانوتکنولوژی ابتدا به سوی پیشرفت حسگرهای زیستی استفاده می شود. یک دستگاه حسگر برای یافتن عامل های گاز – اعصاب در جو بر اساس کاربردهای نانوتکنولوژی در حال گسترش است (36). این تکنولوژی همچنین در تولید انبوه طیف سنج های زیستی شیمیایی که برای ردیابی عامل های جنگی استفاده می شوند مفید واقع شده است (37).
تکنولوژی ای همانند حسگر تشخیص سمی بودن وجود دارد که دارای سکوی ریزتراشه تک سلولی است. با این تکنولوژی، اهداف مولکولی را می توان به درون سلول وارد کرد یا سلول را می توان در زمان نظارت مداوم برای مرگ سلول به آسانی در مواجهه با محیط قرار گیرد، - بازخوانی مستقیم و نسبتاً لحظه ای است. این سکو وسیله نفوذ به کاربردهای دارویی و زیست جنگی است (38).
سلول ها که در آنها بسیاری از فعالیت های زندگی و کنش های سطوح پروتئینی اتفاق می افتد، با نانومتر ارزیابی می شوند. کشورهای معدودی بر روی ماشین ها و ابزارهای بسیار کوچکی که می تواند وارد بدن انسان شوند کار می کنند. این یک میلیونم میلیمتری [ همان نانو ] جهان کنونی بیوتکنولوژی است. با استفاده از بزاق دهان، خون یا مایعات بدن می توان با پاتوژن هایی مانند ویروس ها، حسگرهای زیستی نانویی را برای کار قابل اعتمادی به وجود آورد. در مهندسی بافت، می توان با استفاده از نانوفیبرها، یک داربست تنها با قطر 50 نانومتر ساخت. اینها اسرار زندگی هستند و آنها در مقایس نانو رخ می دهند. هزینه های پیشرفت داروها و ویروس ها را می توان با استفاده از نانوتراشه ها برای آزمایش داروهای مختلف یا ترکیبی از مواد شیمیایی و واکسن ها کاهش داد (39). در حال حاضر، نانو تکنولوژی در رابطه با گسترش کاربردهای مختلف مستقیم و غیرمستقیم سودمند برای اهداف دفاع زیستی نویدبخش است.
ذرات نانویی برای ایجاد یک محرک زیستی که از پاتوژن های خطرناک تقلید می کند مفید است، پیشرفتی که آزمودن سیستم های ردیاب را آسان می کند (40). سلاح های زیستی مونتاژ شده را می توان با استفاده از نانوذرات فوق العاده ظریف ضدعفونی کرد. به عنوان مثال، نانوذراتی که از هوا منتقل و از اکسید منیزیم ساخته می شوند و سایر اجزای واکنش پذیر می توانند مقاومت دمایی هاگ های باسیلوس گلوبیجی را که شبیه سازی شده سیاه زخم است، تخریب کنند. این اتفاق در شرایط دمای اتاق رخ می دهد. هاگ های باسیلوس سرئوس یا ای کولای را نیز می توان به همین صورت با استفاده از فرمول بندی نانوذرات ضدعفونی کرد (41).

کاربردهای ناوگان دریایی

این تکنولوژی امکانات مختلفی را برای استفاده در حوزه دریایی، به خصوص برای نیروی دریایی، گاردهای ساحلی و کشتی رانی بازرگانی، از لحاظ امنیت نشان می دهد.
در حال حاضر، اقداماتی برای گسترش نسل بعدی ناو جنگی تمام الکترونیک که بتواند انقلابی در کاربری تسلیحاتی و نیروی انسانی توسط نیروی دریایی انجام دهد، در حال پیگیری است. معماری سیستم ناو جنگی الکتریکی می تواند در سرتاسر کشتی، توان الکتریکی همراه کشتی را که توسط نیروگاه های انرژی کشتی و سیستم مکانیکی رانش تولید می شود فراهم کند. سیستم های الکتریکی استاندارد عرشه در حال حاضر توانایی توزیع این حجم بالای انرژی الکتریکی به تمام قسمت های کشتی را نداشته و استفاده از سلاح ها و حسگرهای پیشرفته که به انرژی بسیار زیادی نیاز دارند را غیرعملی می کند. در اینجا، از طراحان و تولیدکنندگان انتظار می رود تا برای استفاده بیشتر از تکنولوژی نانوالکترونیک و میکروالکترونیک سرمایه گذاری کنند. این تکنولوژی احتمالاً یکی از اجزای حیاتی معماری سیستم کشتی محسوب می شود. « این بسته های الکترونیکی در مقیاس های میکرو و نانو احتمالاً تحت شرایط شدیداً ناگوار ناشی از نوسانات فعال همزمان، تراکم بالای جریان، بارهای انرژی و دمای زیاد، قابلیت اطمینان را حفظ می کنند » (42).
نیروهای دریایی پیشرفته ای مانند نیروی دریایی ایالات متحده به علم نانو و نانوتکنولوژی به عنوان حوزه های افزایش اهمیت و فرصت می نگرند. سازمان های تحقیق و توسعه نیروی دریایی ایالات متحده زیرساخت حیاتی برای اجرای کار چند تخصصی در مقیاس نانو را فراهم کرده، و ایجاد مسیرهای حیاتی انتقال علم نانو و نانوتکنولوژی به تمامی کاربردهای مورد نظر نیروی دریایی، مانند مهمات غیرحساس ایمن جنگ را در اختیار گذارده است.
مؤسسات دانشگاهی ایالات متحده نیز کارهای پژوهشی بدیعی پیرامون راه های ترکیب کردن رویکردهای نانو در مواد انرژی دار در جبهه های توسعه و تولید مواد انجام داده اند. محصولاتی مانند نانو کامپوزیت های (43) درجه بندی شده از لحاظ عملکردی در حالی که فرصتی برای کاهش هزینه ها فراهم می کنند، نمونه های جالبی از ظرفیت نانوتکنولوژی برای آوردن اختراعات از فکر به عمل هستند (44).
متخصصان (45) بر این باورند که نانوذرات را می توان برای علامت گذاری کشتی ها، قایق های ماهیگیری، کانال های قابل کشتی رانی و لنگرگاه های ایمن بدون محدودیت استفاده کرد. کریستال ها در رنگ، سوخت، مواد روغنی، به ویژه مواد شیمیایی، چسب و غیره حل می شوند و دارای پروتکل های شناسایی منحصر به فردی هستند که منطقه را با استفاده از منابع نور از پیش تعیین شده روشن می کنند. بدیهی است که می توان این ها را با توجه به نیازهای خاص مشتریان طراحی کرد و به جز نمایندگان مجازی که آنها را طراحی کرده اند به راحی قابل جعل، قابل تغییر یا از بین رفتنی نیست. چنین سیستم های مبتنی بر نور، نظارت از طریق آسمان، سطح و زیر سطح را در برابر تهدیدهای مختلف از جمله وسایل حمل و نقل زمینی و قایق های مخفی، زیردریایی های کوچک، وسایل تحویل شناگرها، شناگرها و غواص ها فراهم می کنند. این سیستم برای تأمین مایحتاج عملیاتی ویژه نظارت یا دفاع بندر به راحتی قابل سازماندهی است. این ویژگی ها در مورد اکثر سیستم های قراردادی شاخص / ایمنی مصداق ندارد.

پی‌نوشت‌ها:

1. نسخه خلاصه شده این فصل در Strategic Analysis, Vol. 33,Issue 2, March 2009. منتشر شده است.
2. سرمقاله، گزارشگر علمی، آوریل 2007، دهلی نو، شماره 5، برای جزییات بیشتر در خصوص بازار جهانی نانوتکنولوژی لطفاً به مقاله ای که تحلیل گر بیوتکنولوژی، مایکل راسن در ساِیت MidwestBusiness.com نوشته است مراجعه کنید.
3. رییس جمهور پیشین ایالات متحده دوایت آیزنهاور از عبارت « مجتمع صنعتی – نظامی » برای بیان و توصیف مفهوم ارتباط بین سیاست، صنعت و دفاع ملی که در طی جنگ جهانی دوم شکل گرفت استفاده کرد.
4. هندوستان ممکن نیست از انقلاب نانوتکنولوژی عقب بماند. وقتی جهان با نانوتکنولوژی هدایت می شود، ما نباید آخرین دریافت کننده آن باشیم. پروفسور سی ان آر رائو مدیر شورای مشورتی علوم هندوستان.
5. رون داگانی، « از پایین به بالا ساختن » به: http://pubs.acs.org/ cen/ nanotechnology/
7842/7842research.html (accessed on 16 october 2007) مراجعه شود.
6. جان رابرت مارلو، « درک مفهوم نانوتکنولوژی »، به: http://www.scifidimensions.
Com/ May04/ digitalmatter.htm(accessed on 24 February 2009) مراجعه شود.
7. « شکافتن ایمن آب آرسنیک » مراجعه شود به: http://www.ruimbaanvoornederland.n1/nieuws/brief, 11? id= 62 (BBC News April 2007) (accessed on 14 April 2007)
8. جی. استارز هال، « آینده نانو » (دهلی نو، انتشارات ماناس، 2006) شماره 21.
9. با توجه به کامل ترین تعریف، نانوتکنولوژی تکنولوژی ای است که در هر جایی در مقیاس نانومتر عمل می کند. یک نانومتر یک میلیاردم (9 – 10) متر است. این همان محدوده اتم، کوچکترین واحد یک عنصر، است.
10. ان. تانیگوچی، « درباره مفهوم اولیه نانوتکنولوژی در توکیو: گروه مهندسی ابزار دقیق ژاپن، 1994 ».
11. سال های زیادی است که درباره نانوتکنولوژی مولکولی بحث می شود ولی تا موفقیتی بزرگ راه زیادی هست. رند در سال 1995 گزارشی با عنوان « پتانسیل نانوتکنولوژی برای تولید مولکولی » منتشر کرد که توسط مکس نلسون و کالوین شیپباو نوشته شده است و چارچوبی برای این موضوع تنظیم کرده است.
12. « ماده چسبناک خاکستری » به شرایط فرضی آخر دنیا اشاره دارد که شامل نانوتکنولوژی مولکولی می شود که در آن روبات های خود شبیه ساز غیرقابل کنترل تمام موجودات زنده روی زمین را می خورند و موجودات شبیه خودشان را می سازند.
13. کریس فونیکس، « علم، نانوتکنولوژی و وظیفه شناسی »، اکتبر 2002 مراجعه کنید به:
http:/www.nanotech-now.com/Chris-Phoenix/science-nanotechnology- responsibility.htm, (accessed on 11 April 2007).
14. « نانو تکنولوژی چیست؟ » به: http://crnano.typepad.com/crnblog/2004/05/
What_is_nanotec.html (accessed on 24 June 2007) مراجعه شود.
15. « مقدمات نانوتکنولوژی » مراجعه کنید به:
http://www.nanoclub.ca/basics.php (accessed on 5 January 2008).
16. « دنیای نانو فرا می رسد » مراجعه کنید به:
http://neworder.box.sk/news/3315 (accessed on 28 January 2007).
17. « نانو تکنولوژی چیست؟ » مراجعه کنید به:
http://crnano.org/whatis.htm (accessed on 23 July 2007).
18. شرلی ان جکسون، « همکاری بین المللی: قدرت مضاعف و سهیم شدن در منافع » به:
http://www.rpi.edu/president/speeches/ps032406-kanpur.html (accessed on 23 November 2007) مراجعه شود.
19. نانوتکنولوژی در مناطق خلیجی سانفرانسیسکو: طلوع عصر جدید (گزارش کنسرسیوم علوم و نوآوری منطقه خلیجی [ BASIC ]، سانفرانسیسکو، 2005)، 9.
20. جارگن آلتمن، نانوتکنولوژی نظامی (لندن: راتلج، 2006)، 20
21. جارگمن آلتمن، نانوتکنولوژی نظامی (لندن: راتلج، 2006)، 20 و سولوبا کی. کولکارنی، نانوتکنولوژی: قواعد و قسمت ها (دهلی نو، شرکت نشر کاپیتال، 2007) و سریزار کی. چاری، تکنولوژی های اطلاعات، نانو و بیو، همگرایی آنها، و مفهوم امنیت، گزارش NIAS، 79، 2003.
22. نانولوله های متفاوتی مانند نانولوله های کربنی، نانوتیوب های غیرآلی و نانوتیوب های DNA وجود دارند. از میان این نانوتیوب های کربنی (CNT) قابلیت پذیرش بیشتری دارند. آنها لوله های اتم های کربن هستند که حدود یک نانومتر قطر دارند. آنها کاربردهای مختلفی از الکترونیک تا بینایی سنجی تا مهندسی مکانیک دارند. پی. دی. بادونی، « نگاهی به نانولوله های کربنی »، الکترونیک برای شما، می 2007، 52 – 58.
23. http://www.nanovic.com/au/?a=education.history&p=30 (accessed on 20 February 2007).
24. جرج ام. وایتایدز و کریستوفر لاو، « هنر کوچک ساختن »، ساینتیفیک امریکن (2001).
25. راث دانکن « داروهای نانویی ضد سرطان: وضعیت کنونی و فرصت های آینده »، مؤسسه ملی سرطان، موسسه ملی سلامت ایالات متحده، به:
http://nano.cancer.gov/ meetings-events/ nanotech_seminar_series_abstract_ duncan. asp (accessed on 23 December 2007). مراجعه شود.
* سلاح های کشتار جمعی – مترجم
26. موریس سیلوین، نانوتکنولوژی (دهلی نو: ساروپ اند سانز، 2006) 91 – 92.
27. جارگن آلتمن، نانوتکنولوژی نظامی (راتلج، لندن، 2006)
28. http://www.foresight.org/ challenges/ infotech.html (accessed on 25 December 2007).
29. آر. وی. رامانوجان، « الکترونیک با ساختار نانو و مواد مغناطیسی »، سازانا 28، قسمت 1 و 2 ، (فوریه/ آوریل 2003): 82.
30. جرج ام. وایتسایدذز و کریستوفر لاو، « هنر کوچک ساختن »، ساینتیفیک امریکن (2001).
31. جارگن آلتمن، نانوتکنولوژی نظامی (راتلج، لندن، 2006) 73.
32. جارگن آلتمن، « کاربردهای نظامی نانوتکنولوژی: چشم اندازها و نگرانی ها »، سکیوریتی دایالاگ 35، شماره 020041)، 67.
33. برای جزییات بیشتر درباره کاربرد نانوتکنولوژی در عرصه هوا و فضا مراجعه شود به:
/http://www.nanoforum.orgdateien/temp/Nanotechnology%20in%20Aerospace. Pdf? 19042007135603, (accessed on 18 July 2008).
34. در حال حاضر محققان به دنبال روش های مختلف تولید نیرو در ابعاد کوچک هستند (به آنها مولدهای نانویی می گویند). شان لینگ وانگ، « نانوتکنولوژی خودساخته »، ساینتیفیک امریکن ایندیا، (2008)، 54 – 59.
35. محاسبات جامع به محیطی گفته می شود که در آن دستگاه ارتباطات غالب از نسل تلفن های هوشمند است که قادرند به عنوان تلفن، دستگاه باند پهن اینترنت، محصولات بازی های ویدئویی، و نت ورکها و اطلاعات حسگر دسترسی متفاوت سرویس دهند. مانند نسل کنونی دسکتاپ های اتصال باندهای پهن، دستگاه محاسبات جامع همیشه روشن خواهد بود، و همیشه بر فضای سایبری معلق خواهد بود.
36. مهندسان دستگاه حسگر جنگ های زیستی با تولید انبوه ساخته اند، مراجعه کنید به:
www.nanotech-now.com/news.cgi? story_id=07929 (accessed on 24 July 2007). First published at http://www.spacedaily.com/ news/ terrorwar-05g.html. 14 February 2005.
37. News.nanoapex.com/modules.php?name=News&file=articled&sid=846 (accessed on 12 January 2008).
38. www.nanovip.com/directory/Detailed/677.php (accessed on 15 December 2007).
39. مانوئل سریجو، « ویروس کشنده کوبا و نانوتکنولوژی جدید » مراجعه کنید به:
www.amigospaisguaracabuya.org/oagmc087.php (accessed on 24 May 2007).
40. عامل شبیه سازی شده که از سلاح های ترور زیستی تقلید می کند
http://goliath.ecnext.com/coms2/gi_0199-775176/Simulated-agent-mimics- bioterror.html#abstract (accessed on 7 July 2008).
41. آشوتاش شرما، جایش بلار، آرشانا شرما، پیشرفت های علم نانو و نانوتکنولوژی (دهلی نو: مؤسسه ملی ارتباطات اجتماعی و منابع اطلاعاتی، 2006)7.
42. جان دلا کانترادا، « کمک تکنولوژی جدید به نیروی دریایی » مراجعه کنید به:
http://www.voyle.net/Nano%20Defence/Defence%202004-0022.htm (accessed 26 December 2007).
43. نانو کامپوزیت هایی که به صورت کارکردی درجه بندی شده اند مقاومت و سختی بالاتری برای کالاها ارائه می دهند.
44. رابرت کاوتسکی، « سیستم های فعال و نانوتکنولوژی – نگاهی به جلو»، دفتر تحقیقات نیروی دریایی، آرلینگتون، VA، ایالات متحده آمریکا، مراجعه کنید به:
http://www.cecd.umd.edu/ pdf/ energsys.pdf (accessed on 23 March 2007).
45. برای درک پتانسیل کلی این تکنولوژی لطفاً مراجعه کنید به:
J. Stross Hall, Nanofuture (New York-New Delhi: Promethuus Books and Manas, 2006).

منبع مقاله :
لل، آجی، (1390)، تکنولوژی های استراتژیک برای نیروهای انتظامی (راهگشای مرزهای جدید)، ترجمه: سید حسن صانعی، سیده بیتا مرتضوی و فائزه مسعودی فر، تهران، نشر اندیشمند، چاپ اول




      
ارسال شده در چهارشنبه 95/2/8 ساعت 6:5 ع توسط مهندس سجاد شفیعی

 نقش نانوتکنولوژی در دفاع (2)

 

نویسنده: آجی لل
مترجمان: سید حسن صانعی، سیده بیتا مرتضوی، فائزه مسعودی فر



 

 

فضا و سایر کاربردهای دفاعی

امروزه میادین جنگ به انتقال دقیق تر قوا، با آسیب های جنبی کمتری نیاز دارند. این امر می تواند با استفاده هوشمندانه از حسگرها و ابزارهای مختلف فن آوری اطلاعات فراهم شود. در دسترس بودن مواد ساختاری قوی تر و سبک تر و مواد منفجره و باروت های قابل اطمینان که انرژی بیشتری را رها می کنند به این اتفاق کمک می کنند. وزن نقش حیاتی در رابطه با عملکرد هرگونه سکوی انتقال تسلیحات در کشتی یا در هواپیما ایفا می کند. صرف نظر از وزن سلاح روی کشتی، وزن سکوی آن نیز حیاتی است. هر چه وزن کمتر باشد، قابلیت مانور دادن سکو بیشتر است. طراحی و توسعه سکو اصولاً به وزن، استحکام، نوع و کیفیت مواد استفاده شده برای ساخت آن بستگی دارد. چنین مواد خورنده با آسیب پذیری کمتر در ساخت کشتی ها، زیردریایی ها، هواپیماها و ماهواره ها مفید هستند. انتظار زیادی از مواد نانوساختار در کاربردهای ساختاری می رود. نانو کامپوزیت ها قبلاً راه خود را به خودروها باز کرده اند و به 10 – 15% پیشرفت های وزن و قدرت آنها رسیده اند و انتظار می رود که این میزان به 20 – 25% برسد (1). چنین مواد ساختاری و کوچک سازی به صورتی که نانوتکنولوژی به آن دست یافته است، احتمالاً نقش بسیار حیاتی در مورد طراحی وسایل نقلیه هوایی بدون سرنشین یا وسایل نقلیه هوایی جنگی بدون سرنشین ایفا می کنند (2).
مشاهده شده است که نانوتکنولوژی اثر مهمی بر روی تکنولوژی های فضایی آینده دارد. ضرورتی به یادآوری نیست که ماهواره های سراسر جهان برای کاربردهای نظامی و دفاعی همواره مورد استفاده قرار می گیرند. این ماهواره ها از موشک های پرفشارتر برای ماندن در مدار یا تغییر مدار استفاده می کنند. این به خاطر چندین عامل از جمله فشار نیوتن ( کشش گرانشی برای آوردن اشیا به پایین ) ضرورت می یابد. عمر این ماهواره ها تا حد زیادی توسط مقدار سوختی که آنها می توانند با خود حمل کنند تعیین می شود. در حقیقت، بیش از یک سوم سوخت داخل هواپیما که توسط ماهواره ها حمل می شود به خاطر احتراق ناکامل و ناکارآمد سوختی مانند هیدرازین توسط این پشتیبان های جابجا شونده ( Repositioning Thrusters ) هدر می رود. دلیل این احتراق ناکامل و ناکارآمد این است که چاشنی های همراه با هواپیما به سرعت فرسوده می شود و نمی تواند نقش مؤثری ایفا کند. نانومواد، مانند کامپوزیت دی بورید – مس تونگستن – تیتانیوم نانو کریستال کاندیداهای بالقوه ای برای ارتقای عمر و ویژگی های اجزایی این چاشنی ها هستند (3).
دانشمندان فضایی و دفاعی سعی می کنند نانومواد را به عنوان مواد جایگزین مواد متداول جایگزن نمایند. مواد پرمنفذ نانویی سبک تر مانند آئروژل ها (4) کاربردپذیری گسترده تری در تولید فضاپیماها و صنایع دفاعی دارند. حتی برخی لباس ها و ژاکت های خاص سبک را نیز می توان با استفاده از آئروژل ها ساخت. مواد خاص با دمای بالا که به دشواری ساخته می شوند نیز می توانند همانند نانوموادها در دماهای پایین تر ساخته شوند.
به غیر از سوخت همراه، ماهواره ها در خارج از جو زمین از انرژی خورشیدی به عنوان منبع انرژی برای فعالیت های مختلفی استفاده می کنند. طراحان ماهواره ها همواره برای یافتن ابزارهای کاهش وزن این گونه سلول های خورشیدی کار می کنند. این احتمال وجود دارد که فضاپیماها در آینده بتوانند انرژی خود را از پرتوهای سلول خورشیدی نانوذراتی حساس شده با رنگ درخشان که به کاهش وزن و افزایش کارآیی این وسایل نقلیه کمک می کند، بگیرند.
وسایل فضایی نیز به مواد چند منظوره با عملکرد بالا نیاز دارند تا بتوانند در طی مرحله پرتاب و در فضا در محیط های ناملایم و دور مقاومت کنند (5). مخصوصاً این مواد باید دمای بالا و دمای پایین را در فشار بالا و فشار پایین پایدار نگه دارند. برای برخی قسمت ها، پلیمرهای سبک وزن کاملاً جذاب هستند. دمای پایین این فرآیند، امکان فیبری کردن آنها، پوشش ها و غشاهای نازک پلیمرها را به عنوان یک عایق داخلی در موتورهای موشک جامد جذاب کرده است. کامپوزیت های پلیمری که از فیبرهای سیلیسی و نانوذرات ها استفاده می کنند به خصوص برای چنین عملیاتی مناسب هستند. نانوذرات در کامپوزیت های پلیمری که پشتیبانان بهتری برای تابش هستند، بر کامپوزیت های مبتنی بر ریزذرات مزیت دارند. در ماهواره ها چاشنی های بهتری از مواد نانوکریستالی در نظر گرفته شده اند. در هواپیماها، به ویژگی های ممتاز، به ویژه به مواد مقاوم در برابر فرسودگی نیاز است. نانوتکنولوژی در اینجا گزینه های قابل دوامی را پیشنهاد می کند.
ناسا بر روی برنامه فوق مدرنی به نام « مرفینگ » کار می کند. تیمی که بر روی پروژه مرفینگ کار می کنند موادی با ویژگی های بسیار غیرعادی را آزمایش می کرده اند. این ها شامل موادی با قابلیت خم شدن هستند و زمانی که در میدان مغناطیسی قرار می گیرند از مایع به جامد تبدیل می شوند. هدف این کار تولید مواد هوشمندی است که بتواند خودتشخیص و خودتعمیر باشد (6). با نگاه به وضعیت کنونی تکنولوژی، این مفهوم دور از انتظار است. با این وجود، پیشرفت چشمگیری در این زمینه ظرفیت دگرگون سازی صنعت سکوی نظامی را دارد.
این پروژه انتظار دارد که هواپیماهای آینده از قطعات و سیستم های قدیمی و متعددی که به طور مکانیکی به هم وصل شده اند ساخته نشوند. در ساختار بال این هواپیما ممکن است از مواد « هوشمند » کاملاً یکپارچه تعبیه شده توسط نانوتکنولوژی بکار رود یا از مکانیسم های عاملی استفاده شود که بال های هواپیماها را به سطوح جدیدی از کارایی های ایرودینامیکی و کنترل هواپیما مجهز می کنند. این سکو توانایی پاسخ به شرایط دائماً متغیر پرواز را دارد؛ حسگرها مانند اعصاب درون بال پرندگان عمل خواهند کرد و فشار کل سطح بال را اندازه گیری خواهند کرد و مطابق با تغییرشکل بال های هواپیما عمل می کنند تا همواره شرایط پرواز را بهینه کنند. در اینجا، استفاده گسترده از نانوتکنولوژی ممکن است برای بهبود حس و فعال سازی همانند پلیمرهای الکتروفعال در حال گسترش انجام شود. محققانی که در این زمینه فعالیت می کنند امروزه یک مکانیسم فعال کامپوزیتی پلیمری نانولوله ای کربنی ( CNT ) تک ریخت اصلی جدید اختراع کرده اند (7).
پس از 11 نوامبر 2009، ضرورت ردیابی دراز مدت CBRNE ( مواد منفجره هسته ای رادیولوژیک زیستی شمیایی ) تشخیص داده شد؛ این ماده توسط بسیاری از تحلیل گران امنیت به عنوان خطر محتمل در آینده مطرح شده است. این مسئله به طور خاصی چالش دار است. اینجا، در محیط های شلوغ شهری که درگیر فعالیت های مشکوک به ساخت بمب هستند، شناسایی دقیق مردم و اماکن ضروری است. هم زمان تروریست های عصر مدرن از دستگاه های منفجره اصلاح شده ( IEDs ) کنترل دار بی سیم و بمب های نقلیه ای استفاده می کنند که خسارت های چشمگیر جانی به همراه دارند و به زیرساخت آسیب می رسانند. علاوه بر آن، دانشمندان برای ساخت دستگاه های مکانیسم شناسایی، نانوتکنولوژی را کنار سایر تکنولوژی ها می گذارند. می توان در کنار پردازش علامتی ضعیف به منظور توانمندسازی ردیابی طولانی مدت بناهای مخفی و مستتر که ممکن است مواد منفجره در آن ساخته و ذخیره شود از تکنولوژی طیف سنج نوری – صوتی معکوس دو شعاعی ( REPAS ) استفاده کرد. از دستگاه ردیابی شیمیایی دستی نیز انتظار می رود که توانایی شناسایی مقدار جزیی ترکیبات خطرناکی که توسط مردم حمل می شوند را داشته باشند (8).
در تمامی نبردهای نظامی اخیر، به دلیل کشنده بودن گلوله های ( سوراخ کننده ) اورانیوم تهی شده ( DU ) در مقابله با اهداف سخت شده و وسایل نقلیه مجهز دشمن استفاده از آن همواره ناراحتی هایی را به همراه دارد. این عمدتاً بدین دلیل است که گلوله های اورانیوم تهی شده رادیواکتیویته پسماند دارند و بنابراین، برای بشر سمی ( سرطان زا )، منفجره و مهلک هستند. با این وجود، هیچ جایگزینی برای استفاده از گلوله های اورانیوم تهی شده وجود ندارد زیرا آنها مکانیسم خودتیزکنی منحصر به فردی در اصابت گلوله به هدف دارند. آلیاژهای سنگین نانوکریستالی مبتنی بر تنگستن به دلیل ویژگی های منحصر به فرد دگرریختنی شان مانند لغزش مرز دانه ای [ تغییر شکل ذرات بدون اینکه به مرزهای آن ها خللی وارد شود ] ( grain – boundary sliding )، خود را مرهون چنین مکانیسم خودتیزشوندگی ( Self-sharpening ) می داند. بنابراین آلیاژها و کامپوزیت های سنگین نانوکریستالی مبتنی بر تنگستن به عنوان کاندیداهای بالقوه برای جایگزینی سوراخ کننده های اورانیوم تهی شده ارزیابی می شوند (9)
یک شرکت خصوصی آمریکایی در نیویورک ( مواد آپ نانو ) موفق به تولید نانولوله های دیسولفید غیرآلی تونگستن ( WS2 ) در مقادیر صنعتی شده است. این موفقیت چشمگیر در 30 ژوئن 2008 اعلام شد. این ماده فوق العاده قوی برای تولید جلیقه های ضدگلوله، کلاه های ایمنی و سایر تجهیزات ایمنی شخصی استفاده می شود. این ماده چهار تا پنج برابر از استیل و شش برابر از کولار ( Kevlar )، ماده پذیرفته شده برای استفاده در جلیقه های ضد گلوله، قوی تر است (10).

تسلیحات و مهمات معمولی و غیراتمی

مواد قوی تر و سبک تر مبتنی بر نانوتکنولوژی می تواند در ساخت تسلیحات غیراتمی لوله ای شکل با جرم کاهش یافته کمک کند. قابل تصور است که جنگ افزارهای کوچک و سلاح های سبک بتوانند از لوله جنگ افزار، قفل گلنگدن و غیره که از کامپوزیت های نانوفیبری ساخته شده اند استفاده کنند. در واقع، این می تواند به کاهش وزن چنین سلاح هایی کمک کند. حتی نسبت به موشک های بالیستیک و هوایی، جرم کاهش یافته می تواند به افزایش چشمگیری در سرعت، طیف یا بار مفید و کاهش اندازه حامل تبدیل شود. همچنین پیش بینی شده است که باروت و مواد منفجره ای که توسط نانوتکنولوژی اصلاح شده اند احتمالاً طی دهه آینده وارد کاربری نظامی شوند (11).
مطالعات اخیری که موضوع آنها چگونگی تهیه و استفاده مواد منفجره توسط نانوتکنولوژی است حکایت از چگونگی کاربری این تکنولوژی نسبت به کاربردهای نظامی تهاجمی دارد. زمانی که احتراق و انفجار مواد منفجره قوی مدنظر باشد، مهندسی و کنترل ویژگی های مواد فعال در مقیاس نانو از اهمیت بیشتری برخوردار است. امروزه، دانشمندان به میزان نسبتاً زیادی در کنترل ویژگی های احتراق و انفجار مواد منفجره قوی از طریق ساختار آن به موفقیت هایی دست یافته اند (12). آنها در جایگاهی هستند که ذرات مواد منفجره قوی را با مقیاس نانو به دست آورده و به حالت تثبیت و موازنه در می آورند. تاکنون، تنها راه برای تنظیم واکنش پذیری انفجاری، ترکیب کردن چند ماده شیمیایی برای به دست آوردن ترکیبی با ویژگی های صحیحی بود. امروزه، حداقل امکان نظری برای تغییر ویژگی های واکنش پذیر از طریق ساختار مواد منفجره وجود دارد. انتظار می رود که نانوتکنولوژی به تعریف میزان احتراق مهمات و نیز تنظیم سرعت انفجار مواد منفجره قوی کمک کند (13).

جنگ افزارهای اتمی

مشاهده شده است که در مقایسه با جنگ افزارهای اتمی، انقلاب در نانوتکنولوژی تغییر چندانی در ویژگی های تسلیحات اساسی به همراه ندارد. اگر هر تغییری وجود داشته باشد، انتظار می رود که به عرصه سیستم های راهنمایی، ایمنی، مسلح کننده و ذوب وارد شود (14).
خازن های جدید، مدارهای مجتمع ( IC ) جدید مقاوم در برابر تشعشعات اتمی، مواد کامپوزیتی جدید قادر به تحمل دماهای بالا و شتاب موجب پیشبرد سطح بیشتر کوچک سازی و افزایش متناظر ایمنی و قابلیت استفاده سلاح های هسته ای می شوند. در نتیجه، تأسیسات نظامی و امکان آرایش نظامی رو به جلو، و نیز توانایی مأموریت های جدید افزایش خواهد یافت (15).
هر پیشرفتی در محاسبات توانمندسازی نانوتکنولوژی ( NT enabled computing ) می تواند مدل سازی کلاهک های جنگی را به سطح بسیار بالایی از تکامل و مهارت امروزی برساند (16).

پیش بینی اوضاع جوی فضایی

در سال های پیش رو، از آنجایی که ارتباط و ناوبری می تواند الزاماً با سیستم های فضایی کنترل خواهند شد، احتمالاً وابستگی نظامی به تجهیزات فضایی افزایش می یابد. نامتعادل بودن امواج فضایی ( Ionospheric )، طوفان های خورشیدی و سایر طوفان های ژئومغناطیسی بر روی عملکرد سیستم های فضا تأثیر می گذارند. با این نگرش، داشتن اطلاعات دقیقی از جو فضا در نزدیکی زمین و محیط فضایی خورشید ضروری است. در حال حاضر، تلاش ها برای پیش بینی جو فضا با چالش های تکنولوژیکی مواجه می شوند. انتظار می رود که حسگرهای نانوساختار نقش اساسی در دریافت اطلاعات از امواج فضایی و سایر مناطق فضا ایفا کنند (17).

سرمایه گذاری های نظامی در نانوتکنولوژی: چشم اندازی جهانی

در قرن 21، هزینه های نظامی ایالات متحده تقریباً نیمی از کل هزینه های نظامی جهان محسوب می شود (18). اساساً ایالات متحده بر تحقیق و توسعه ( R&D ) نظامی سرمایه گذاری می کند. این حجم سرمایه گذاری ها نزدیک به دو سوم هزینه های جهان برای تحقیق و توسعه نظامی است. ارتش آمریکا از اوایل دهه 1980 درگیر پژوهش نانوتکنولوژی شده است (19). از دهه اخیر، سرمایه گذاری های پژوهشی و نظارتی از سوی وزارت دفاع ( DoD ) در عرصه نانوتکنولوژی چشمگیرتر شده است. در اواسط دهه 1990، وزارت دفاع نانوتکنولوژی را به عنوان یکی از شش حوزه استراتژیکی پژوهش شناخت (20). برنامه نانوتکنولوژی وزات دفاع به هفت ناحیه تشکیل دهنده برنامه ای ( PCAs ) طبقه بندی می شوند (21) که منطقه تشکیل دهنده برنامه، ابتکار عملیات نانوتکنولوژی ملی آمریکا ( NNI ) را منعکس می کند (22). نزدیک به نیمی از سرمایه گذاری نانوتکنولوژی وزارت دفاع به DAPRA ( آژانس پروژه های تحقیقاتی پیشرفته دفاعی ) اختصاص می یابد و بقیه آنها به نیروهای مسلح می رسد (23). آنها همچنین از سال 1998 مؤسسه ای برای نظامی شدن نانوتکنولوژی در انستیتو نانوتکنولوژی ماساچوست دارند که بکار تحقیق و توسعه در موضوعات متعدد نانوتکنولوژی نظامی مشغول است (24).
وزارت دفاع برای پیشبرد اهداف تهاجمی و دفاعی بر روی نانوتکنولوژی سرمایه گذاری می کند (به شکل 1-4 مراجعه شود). اولین مناطق مدنظر آنها شامل جمع آوری، پردازش، ذخیره سازی و نمایش اطلاعات ( نانوالکترونیک )، عملکرد و قدرت خرید مواد ( مواد نانو )، و دفاع جنگی شیمیایی و زیستی ( حسگرهای نانویی ) می شود. آنها همچنین به نانوتکنولوژی به عنوان تکنولوژی مبنا در تولید ابزار حفاظتی سرباز می نگرند. یکپارچگی این عاملیت ها در یک تکنولوژی واحد هدف نهایی « مؤسسه نانوتکنولوژی نظامی ( Institute for Soldier Nanotechnologies ) می باشد (25). نمودار بعدی ( شکل 1–4 ) سرمایه گذاری سالانه وزارت دفاع در نانوتکنولوژی را نشان می دهد:

نمودار سرمایه گذاری سالانه وزارت دفاع در نانوتکنولوژی





      
<   <<   6   7   8   9   10   >>   >


پیامهای عمومی ارسال شده

+ آنچه انسان را غرق می کند، در آب افتادن نیست بلکه زیر آب ماندن است. (کوییلو)

+ وقتی کسی صادقانه بهت عشق هدیه میکند و تو پس میزنی منتظر باش تا قلبتو به کسی هدیه کنی و اون تو رو پس بزنه . . .

+ بوخوالد : تنها علاج عشق، ازدواج است.

+ چه زشت است فروتنی هنگام نیازمندی و درشتی هنگام بی نیازی امیر المومنین (ع)

+ زندگی مانند یک لاستیک کهنه است که سیمهای بعضی از جاهایش بیرون زده و همینطور که میچرخد تن آدمی را خراش میدهد

+ سخت است حرفت را نفهمند، سخت تر این است که حرفت را اشتباهی بفهمند، حالا میفهمم، که خدا چه زجری میکشد وقتی این همه آدم حرفش را که نفهمیده اند هیچ، اشتباهی هم فهمیده اند.

+ مردی صبح از خواب بیدار شد و دید تبرش ناپدید شده . شک کرد که همسایه اش آن را دزدیده باشد ، برای همین ، تمام روز اور ا زیر نظر گرفت. متوجه شد که همسایه اش در دزدی مهارت دارد ، مثل یک دزد راه می رود ، مثل دزدی که می خواهد چیزی را پنهان کند ، پچ پچ می کند ،آن قدر از شکش مطمئن شد که تصمیم گرفت به خانه برگردد ، لباسش را عوض کند ، نزد قاضی برود و شکایت کند . اما همین که وارد خانه شد ، تبرش را پیدا کرد

+ آدما دو دستهََ َن؛ اونایی که در جواب ِ "پاشو بریم" میگن کجا؟ و اونایی که میگن بریم...

+ از نشونه های آخرزمان اینه که. . . . . . . . . . . اینقدر سرعت اینترنت کم می شه که آدم هوس می کنه درس بخونه!!...

+ هیچی ازاون لحظه بدترنیست که در یه مساله ی سختِ ریاضی بعداز15 دقیقه تلاش به این جواب برسی: 613.33 اماگزینه ها باشه:الف)9 ب)2 ج)20 د)32