نانوتکنولوژی نیاز آینده بشر - دنیای فناوری و اطلاعاتpolymer (شیمی.نانو.مکانیک.پلاستیک.لاستیک.)

بررسی امکان تولید الیاف نانو از سدیم آلجینات به روش الکتروریسی/سمیه صفی؛ به راهنمایی: محمد مرشد، عبدالکریم حسینی؛ استاد مشاور: مهران غیاثی.

پایان نامه(کارشناسی ارشد)--دانشگاه صنعتی اصفهان.دانشکده نساجی، 1385.
وضعیت پایان نامه : دفاع شده

چکیده : در سالهای اخیر، الکتروریسی به عنوان ابزاری آسان و مؤثر برای تولید الیاف فوق¬العاده ظریف با قطری در حدود چند میکرومتر تا چندین نانومتر مورد توجه قرار گرفته است.با توجه به مزایا و خواص بیولوژیکی مطلوب بیوپلیمر طبیعی آلجینات و مزیتهای مضاعفی که لیف نانو تولید شده از آن خواهد داشت، در این رساله، در دو بخش به بررسی امکان الکتروریسی این بیوپلیمر پرداخته شد.در بخش اول، الکتروریسی محلول سدیم آلجینات در آب و تأثیر افزودن افزودنیهای مناسب نظیر اسید، سطح فعال و حلالهای آلی به محلول سدیم آلجینات، بر قابلیت الکتروریسی این محلول پلیمری مورد آزمایش و بررسی قرار گرفت. نتایج حاصله نشان داد که نه تنها محلول سدیم آلجینات در آب، از طریق تکنیک الکتروریسی غیر قابل ریسیدن است بلکه هیچ یک از مواد افزورنی نیز تأثیر قابل توجهی در بهبود قابلیت الکتروریسی محلول پلیمری سدیم آلجینات ندارند. سپس، به منظور افزایش حلالیت پلیمر در حلالهای آلی و بهبود قابلیت الکتروریسی محلول پلیمر، ساختار سدیم آلجینات به ترتیب، به نمک آمونیوم آلجینات و آلجینیک اسید تبدیل شد اما نتایج رضایت بخشی حاصل نگردید.بنابراین، به دلیل قابلیت الکتروریسی بسیار ضعیف این بیوپلیمر و عدم موفقیت در بخش اول آزمایشات، در بخش دوم رساله سعی شد تا با کمک برخی پلیمرهای مصنوعی مناسب(نظیر پلی وینیل الکل و پلی اتیلن اکساید) و افزودن آنها به محلول سدیم آلجینات(با نسبتهای جرمی و غلظتهای مختلف پلیمر) قابلیت الکتروریسی این بیوپلیمر بهبود داده شود. در این راستا، سه غلظت 7%،8% و 9%(درصد وزنی) برای پلیمر پلی وینیل الکل و غلظتهای 6%، 7% و 8%(درصد وزنی) برای پلیمر پلی اتیلن اکساید انتخاب گردید و در نسبتهای حجمی 30:70، 50:50 و 70:30(به طور جداگانه) با محلول سدیم آلجینات با غلظت 2% مخلوط و در شرایط بهینه الکتروریسی شد. ساختار و توزیع قطری الیاف الکتروریسی شده، به کمک تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی(SEM) و میکروسکوپ نوری مورد بررسی قرار گرفت. نتایج حاصل از بررسی تصاویر SEM الیاف نانو نشان داد که بهترین نمونه ها، مخلوط آلجینات-پلی وینیل الکل با نسبت حجمی 30:70(سدیم آلجینات-PVA(با غلظت 8%)) و مخلوط آلجینات-پلی اتیلن اکساید(با غلظت 8%) با نسبت حجمی 50:50 است. این نمونه ها، دارای ساختاری کاملاً یکدست و فاقد دانه و به ترتیب، دارای میانگین قطری 3/118 و 1/99 نانومتر و توزیع قطری 204-8/75 نانومتر و 122-71 نانومتر می باشند. مطالعات رئولوژیکی انجام شده روی محلولهای پلیمری نشان داد که قابلیت الکتروریسی و مورفولوژی نانو الیاف ، به شدت به ویسکوزیته ی محلول و بنابراین به نسبت سدیم آلجینات به پلیمر مصنوعی(PVA و PEO) وابسته است.همچنین به منظور بررسی قابلیت اختلاط مخلوط پلیمری و مطالعه ی چگونگی برهم کنش این پلیمرها در مخلوط، از طیف سنجی مادون قرمز(FTIR) استفاده گردید.

کامپوزیت Al/SiC دارای خواص ویژه‌ای است که افزایش خواص مکانیکی و سبکی قطعات مختلف خودرو را در پی دارد. این موارد در نهایت به کاهش مصرف سوخت و حفظ محیط زیست می‌انجامد.

نانوتکنولوژی و صنعت خودرو
نانوتکنولوژی به عنوان انقلاب صنعتی قرن آینده، اثرات فراوانی در صنایع گوناگون خواهد داشت. یکی از چشم‌اندازهای امیدوارکننده این تکنولوژی پیشرفته، تحول در صنعت خودروسازی است.
یکی از اصلی‌ترین موضوعات نانوتکنولوژی، ساخت مواد با خواص جدید است. این مواد، ارزش افزوده بسیار بالا و کارایی بالاتری در تمام صنایع خواهند داشت که صنعت خودرو نیز از آن مستثنی نخواهد بود.
ساخت بدنه‌های سبکتر و مقاومتر برای خودرو، ساخت لاستیک‌هایی با مقاومت سایشی بهتر، ساخت قطعات موتور با عمر چند برابر، کاهش مصرف سوخت خودرو، ساخت باتری‌هایی با انرژی بالا و دوام بیشتر، ساخت نانوساختارهایی مبتنی‌بر کربن به عنوان سوپر اسفنج هیدروژنی در خودروهای پیل‌سوختی، ساخت حسگرهای چند منظوره برای کنترل فرایندهای مختلف در خودرو، ساخت کاتالیزورهای اگزوز خودرو برای کاهش آلودگی هوا، لایه‌های بسیار محکم با خصوصیات ویژه‌ای مثل الکتروکرومیک (رنگ‌پذیری الکتریکی) با خود پاک‌کنندگی برای استفاده در شیشه‌ها و آینه‌های خودرو و سازگار کردن خودرو با محیط‌زیست و بسیاری از موارد دیگر، از جمله کاربردهای نانوتکنولوژی در صنعت خودرو است. همچنین، جایگزینی کربن سیاه در تایرها با ذرات رس و پلیمرهای نانومتری، تکنولوژی جدیدی است که تایرهای سازگار با محیط زیست و مقاوم در برابر ساییدگی را به ارمغان می‌آورد.
یکی از اثرات مثبت نانوتکنولوژی، افزایش بازده موتورهای درونسوز کنونی است. این موتورها، حدود 15 درصد از انرژی ذخیره شده در بنزین را به نیروی محرکه تبدیل می‌کنند. از سوی دیگر، وزن متوسط ماشین‌های امروزی حدود 1500 کیلوگرم است. با استفاده از نانوتکنولوژی، پیش‌بینی می‌شود که بتوان بازده را تا 5 برابر افزایش داد و نیز وزن وسایل نقلیه را به میزان 10 برابر کاهش داد. لذا می‌توان امیدوار بود که وسایل نقلیه با استفاده از این فناوری تا 50 درصد بهبود کارایی داشته باشند.
کل درامد صنایع خودروسازی از یک تریلیون دلار فراتر می‌رود (فروش شرکت جنرال‌موتورز که حدود 1/15 درصد از بازار 2001 را در دست داشت، 3/177 میلیارد دلار در این سال بود). الگوهای خرید وسایل نقلیه جدید، تابع اقتصاد جهانی است. در شرایط رکود کنونی، عواملی اقتصادی نظیر مصرف اندک سوخت و سوخت جایگزین، اهمیت فزاینده‌ای دارد. با افزایش میزان تولید در سطح جهانی و کاهش سود و قدرت تصمیم‌گیری خریداران، تولیدکنندگان خودرو و دست‌اندرکاران صنعت حمل و نقل، بیش از همیشه خواهان اصلاحاتی در محصول و فرایند تولید هستند.
خصوصیات ویژه صنعت خودرو، آن را به بازاری مستعد برای ورود نانوتکنولوژی تبدیل کرده است. این بازار، بسیار بزرگ بوده و با پیشرفت زمان، پذیرش سریعی برای ایجاد محصولات جدید دارد (در مقایسه با دیگر محصولات دارای پیچیدگی مشابه).
صنعت خودرو، از سویی در معرض فشارهای ناشی از قیمت سوخت و مسائل ایمنی است و از سوی دیگر به شدت تحت تأثیر سلایق و تنوع در درخواست‌های مشتریان برای مدل‌های جدید خودرو است.
بنابراین، تمایل زیادی به ورود فناوری‌های نوین در این صنعت وجود دارد. خودرو، همانند لباس برای بسیاری از افراد، فقط یک کالای ضروری نیست بلکه وسیله‌ای برای ابراز شأن، منزلت و سبک زندگی تلقی می‌شود. به همین دلایل، صنعت خودرو یکی از اولین نقاط ورود فناوری‌هایی است که بیش از عملکرد، نوگرایی در آنها مطرح است. مثلاً، پوشش‌های پنجره الکتروکرومیک، که می‌توانند به صورت دلخواه یا خودکار، شیشه‌ها را تیره سازند، یکی از کاربردهای بالقوه نانوتکنولوژی است که احتمالاً پیش از نفوذ به دیگر بازارهایی همچون صنعت ساختمان، در ساخت خودروهای پیشرفته جایگاهی خواهند یافت.

کاربردهای نانوتکنولوژی در صنعت خودرو
نانوتکنولوژی، کاربردهای بسیاری در صنعت خودرو دارد که مهم‌ترین آنها عبارتند از:

مواد ساختاری و پوشش‌ها
با توجه به اهمیت نانوکامپوزیت‌ها در صنعت خودرو و اینکه یکی از مصرف‌کنندگان بزرگ نانوکامپوزیت‌ها، صنعت حمل و نقل است. در این بخش با تفصیل بیشتری به موضوع می‌پردازیم.

الف- نانوکامپوزیت‌های پلیمری
نیاز اقتصادی رو به افزایش سوخت در عرصه حمل و نقل، تقاضا برای استفاده از مواد جدید سبک وزن مانند پلاستیک را که می‌تواند جایگزین فلز شود، افزایش داده است. انواع خوب این پلاستیک‌ها گران‌قیمت هستند. نانوکامپوزیت‌ها، دسته جدیدی از مواد مورد مطالعه جهانی هستند که شامل پلیمرهای قدیمی تقویت شده با ذرات نانومتری هستند. در واقع، نانوکامپوزیت‌ها گروهی از پلاستیک‌های انباشته از مواد معدنی هستند که شامل مقدار کمی (کمتر از 10 درصد) از ذرات ریز نانومقیاس (اغلب خاک رس) هستند. در حالت نظری، این مواد می‌توانند به آسانی به صورت اکسترود یا قالب، به شکل نهایی در آیند. این در حالی است که از استحکام و قدرت فلز برخوردار بوده و از آن سبک‌تر هستند.
خاصیت مهمی که برای نانولوله‌های کربنی ذکر شده است، رسانایی الکتریکی آنهاست که با توجه به این ویژگی‌ می‌توان با کاربرد آنها در بدنه خودرو و دیگر قسمت‌ها، از روش رنگ الکترواستاتیکی برای رنگ‌آمیزی خودرو استفاده کرد (توضیح بیشتر در قسمت رنگ و پوشش ارائه شده است).

ب- نانوکامپوزیت‌های فلزی
استفاده از نانوبلورهای فلزی به صورت ترکیبات ساختاری حجیم (Bulk) در صنعت خودرو، از فرصت‌های زیادی برخوردار است. استفاده از این مواد در بدنه خودروها با نانوکامپوزیت‌هاست. مثلاً، نانوبلورهای فولاد مزایای زیادی در ارتقای درجه استحکام ایجاد می‌کنند. شرکت تویوتا از این مواد در ساخت خودروهایش استفاده کرده است.
نانوبلورهای فولاد، نسبت استحکام به وزن را به نحوی قابل ملاحظه بهبود می‌بخشند. این ویژگی‌ می‌تواند از افول صنعت فولاد و جایگزینی آن توسط کامپوزیت‌های پلیمری، جلوگیری کند. در مجموع، نانوبلورهای فلزی در قسمت‌های مختلف خودرو نظیر موتور، باعث استحکام و سختی می‌شوند.
سرامیک‌ها، از لحاظ سختی دارای قابلیت رقابت با این‌گونه مواد هستند، اما بسیار شکننده‌اند. نانوبلورهای سرامیکی، بسیار با دوام بوده و قادرند ترکیباتی را که نیاز به سختی، مقاومت فرسایش و اعوجاج گرمایی بالایی دارند، ارتقا بخشند.
افزودن نانوذرات اکسید آلومینیم به آلومینیم، باعث می‌شود تا مقاومت آن در برابر ساییدگی، مشابه بهترین یاتاقان‌های فولادی شود.

پ- رنگ و پوشش
استفاده از نانوتکنولوژی در رنگ، باعث افزایش کیفیت رنگ و کاهش مصرف آن می‌شود. نکته مهم در این زمینه، جاذبه رنگ برای جلب توجه مشتری به محصول است. مثالی در این مورد می‌گوید: "The color sails your products" رنگ، باعث فروش تولیدات شما می‌شود». رنگ، عاملی مهم در جلب توجه مشتری است. استفاده از رنگ‌های مقاوم در برابر نور خورشید، ساییدگی و همراه با خاصیت صیقلی بالا (جلای زیاد) در خودرو ضروری است. نانوتکنولوژی به دو صورت به این بخش کمک می‌کند: یکی انتخاب مواد مناسب در رنگ و دیگری روش‌های بهینه رنگ کردن.
نانوذرات با اندازه‌های مختلف، نورهایی با فرکانس‌های متفاوت ساطع می‌کنند. لذا می‌توان از آنها برای تولید رنگ‌های گوناگون استفاده کرد.
کاربرد جالب توجه در این بخش، استفاده از نانولوله‌های کربنی در رنگ است. فیبریل‌ها، ساختارهای ویژه‌ای هستند که از نانولوله‌های کربنی ساخته می‌شوند (استوانه‌هایی متشکل از 8 لایه گرافیتی که از فاز بخار به عمل می‌آیند) و خاصیت رسانایی بالایی دارند. فیبریل‌ها از لحاظ شکل ظاهری شبیه به رشته‌های ماکارونی در ابعاد میکروسکوپی هستند. قطر خارجی آنها 10 نانومتر و قطر داخلی آنها 5 نانومتر و طول آنها از 1 تا 10 میکرون متغیر است.
کاربرد فیبریل‌ها در رنگ، باعث رسانایی آن می‌شود و می‌توان از آن برای رنگ کردن خودرو به روش قطره‌های باردار شده استفاده کرد (روش رنگ الکترواستاتیکی). در این روش، رنگ و قسمت‌هایی را که قرار است رنگ شوند، باردار می‌کنند تا جاذبه الکتریکی بین آنها باعث جذب رنگ شود. به این ترتیب، کارایی رنگ، چه از لحاظ کیفیت و چه از لحاظ کمیت (میزان رنگ مصرفی) ارتقا می‌یابد. در این روش، رنگ به‌طور دقیق روی سطح مورد نظر می‌نشیند و از پراکنده شدن آن جلوگیری می‌شود. لذا کارایی آن بالا رفته و سریع و تمیز و مقرون به صرفه می‌شود. همچنین، این روش باعث کاهش انتشارات سمی (VOC) می‌شود (نمودار 1).

نمودار 1: کارایی رنگ الکترواستاتیک

رشته‌های فیبریل مشاهده می‌شوند که حدود 200 هزار بار بزرگتر شده‌اند

کارایی رنگ الکترواستاتیکی، چهار برابر بیشتر از رنگ به روش اسپری است. در روش الکترواستاتیکی 80 درصد از رنگ روی قسمت مورد نظر می‌نشیند، اما در روش‌های دیگر این مقدار به 20 درصد می‌رسد.
فناوری پوشش‌دهی مبتنی‌بر نانوتکنولوژی، چه از طریق فرایندهای سل‌_ژل و چه روش‌های نانوذره‌ای، کاربردهایی را ارائه می‌دهند که در صنعت خودرو دارای جذابیت تجاری هستند. در زمینه پنجره‌های فتوکرومیک و الکترومیک یا پنجره‌هایی که به ترتیب تحت تأثیر نور و الکتریسیته تغییر رنگ می‌دهند، تحقیقاتی صورت گرفته است. با تعداد زیادی از روش‌های مبتنی‌بر نانوذرات و فرایند سل-ژل، می‌توان این گونه شیشه‌ها را تولید کرد.
پوشش‌های سرامیکی نانوذرات، موجب پایداری حرارتی و مقاومت به فرسایش در قطعات موتور می‌شوند.
پوشش‌های مبتنی‌بر نانوذرات، ویژگی مواد خود پاک‌کننده را از خود نشان داده‌اند (شرکت BMW به همراه شرکت Creavis در این زمینه فعال هستند).
آلودگی هوا برای اکثر کشورها بویژه کشورهای اروپایی، معضلی جدی است. در فرانسه، 30 میلیون خودروی آلاینده هوا در حال تردد هستند. از آنجا که به ازای 100 کیلوگرم کاهش وزن، 5/0 لیتر در مصرف سوخت در هر صد کیلومتر صرفه‌جویی می‌شود، استفاده از سیلیسیم به معنی کاهش آلودگی است.
استاندارد میزان CO2 تولید شده توسط خودرو در اروپا تا سال 2008، حداکثر 140 گرم بر کیلومتر و تا سال 2012، حدود 120 گرم بر کیلومتر در نظر گرفته شده است.
بخش محیط‌زیست ساپکو در زمینه بررسی کامپوزیت Al/SiC و کاربردهای مختلف آن در صنعت خودروسازی و تهیه کامپوزیت‌های مختلف با درصدهای متفاوت SiC اقدام به تحقیق و تهیه پودر نانو SiC کرده و صحت تشکیل آن توسط دستگاه تفرق اشعه (XRD) X دانشکده متالورژی دانشگاه تهران مورد تأیید قرار گرفته است.

گروهی از شیمی‌دانان تایوانی، نانوخودرویی ساخته اند که دارای نانوترمزهای مولکولی فعال شونده با نور است. این نانوترمز می تواند موتور محرک یا چرخ های نانوخودرو را از چرخش بازدارد.

به گزارش سرویس فن‌آوری ایسنا، نانوترمز مذکور با طول موج خاصی از نور فعال شده، سپس با استفاده از یک طول موج دیگر آزاد می شود. پیش از این اشکال دیگری از ترمزهای مولکولی ساخته شده اند، اما برای نخستین بار است که از این نور برای فعال‌سازی استفاده می شود.

جی شان یانگ، سرپرست این گروه تحقیقاتی در دانشگاه ملی تایوان در این زمینه گفت: «استفاده از نور باعث شده تا ماشین ما پاک و سریع بوده، از راه دور قابل‌کنترل باشد. علاوه ‌بر این، ترمز ما قدرت متوقف کنندگی بی‌نظیری دارد، ما نشان داده ایم که این ترمز قادر است تا سرعت چرخش را تا یک میلیارد بار کاهش دهد.»

این گروه توان بالقوة نانوترمز خود را شرح داده اند؛ برای این کار، آنها یک گروه 3، 5- دی نیتروفنیل حجیم را به یک پیوند دوگانة کربن-کربن متصل کردند (از طریق متصل کردن گروه مذکور به یک مولکول پنتیپتیسن چهارلبه که به‌صورت آزاد چرخش می کرد). تابش نور می تواند این پیوند دوگانه را فوتوایزومره کند و بین سیس و ترنس تغییر وضعیت دهد. زمانی که پیوند دوگانه در حالت ترنس قرار دارد، محرک پنتیپتیسن می تواند به ‌آزادی چرخش کند؛ اما با تغییر حالت به ایزومر سیس، گروه فنیل حجیم مذکور مانع از چرش مؤثر می‌شود.

یانگ معتقد است که از چنین نانوترمزهایی می توان در بسیاری از سیستم های چرخشی یا دورانی نانومقیاس استفاده کرد؛ مثلاً می توان از آنها در کنترل حرکت«نانوخودروها» یا در طراحی شتاب سنج های فوق العاده حساس برای آشکارسازی حرکت، بهره گرفت.

به گزارش ایسنا از ستاد ویژه توسعه فن‌آوری نانو، جیمز تور از دانشگاه رایس در هوستون تگزاس، در این ارتباط گفت:«این روش یک راهکار مناسبِ مبتنی بر محلول، برای متوقف ساختن چرخش از طریق ایجاد ممانعت فضایی است.»

وی پیش از این، در سال 2006 نانوخودرو مورد استفاده در این تحقیق را طراحی کرده بود. این نانوخودرو یک چارچوب کربنی H شکل بوده که دارای چهار چرخ از باکی بال های فولرین است.

تور افزود:«اما چالش های اصلی در ادامه ایجاد می‌شوند. ابتدا لازم است تا این فن‌آوری بر روی سطح سوار شود، سپس باید از آن در کاربردهای مختلف بهره گرفت، به‌عنوان مثال می توان در آینده از آن در راه اندازی یک اهرم یا کلید که بر روی یک سیستم میکروسکوپی اثرگذار است، استفاده کرد.»

این محققان نتایج خود را تحت عنوان "یک ترمز مولکولی مشتق‌شده از پنتیپتیسِن و فعال‌شونده با نور" در مجلة Org. Lett. منتشر کرده‌اند.

فناوری نانو در طراحی دارو

• فناوری نانو چیست؟

به طور کلی این فناوری عبارت از کاربرد ذرات در ابعاد نانو است. یک نانومتر، یک میلیاردم متر است. از دو مسیر به این ابعاد می توان دسترسی پیدا کرد. یک مسیر دسترسی از بالا به پایین و دیگری طراحی و ساخت از پایین به بالا است. در نوع اول، ساختارهای نانو با کمک ابزار و تجهیزات دقیق از خرد کردن ذرات بزرگ تر حاصل می شوند. در طراحی و ساخت از پایین به بالا که عموما آن را فناوری مولکولی نیز می نامند، تولید ساختارها، اتم به اتم و یا مولکول به مولکول تولید و صورت می گیرند. به عقیده مدیر اجرایی موسسه نانوتکنولوژی انگلستان، فناوری نانو ادامه و گسترش روند مینیاتوریزه کردن است و به این طریق تولید مواد، تجهیزات و سامانه هایی با ابعاد نانو انجام می شود. درحقیقت فناوری نانو به ما امکان ساخت طراحی موادی را می دهند که کاملا دارای خواص و اختصاصات جدید هستند.

به بیان دیگر این نوع فناوری چیزهایی را که در اختیار داریم با خصوصیات جدید در اختیار قرار می دهد و یا آنها را از مسیرهای نوینی می سازد. اما گویا صنایع داروسازی از مدت ها قبل به ساخت ذرات ریز مشغول بوده اند. به نظر پروفسور Buckton، طی سخنرانی که در کنفرانس علوم دارویی انگلستان (BPC) انجام داد ادعا نمود که فناوری نانو در داروسازی اصطلاح تازه به کار گرفته شده ای برای فناوری تولید ذرات در اندازه میکرونی (particles Micro) است که از سال ها قبل تهیه و ساخته می شده اند. پس چه چیزی در این بین جدید خواهد بود؟ به عقیده مدیر اجرایی موسسه فناوری نانو انگلیس، دستیابی و ساخت دستگاه های آنالیز پیشرفته و ابداع روش های آنالیز نوین سبب می شود تا ما بتوانیم رفتار مواد را به دقت مورد شناسایی قرار دهیم و از این رهگذر بتوانیم آنها را با ظرافت خاصی دستکاری کنیم.

• تغییر در خصوصیات دارویی

کاربرد فناوری نانو در پزشکی تاثیرات مهمی دارد. شرکت Elan یکی از شرکت هایی است که از فناوری نانو در تغییر ذرات دارویی استفاده می کند. این شرکت فرایند آسیاب کردن کریستال های نانو را در اختیار دارد که اجازه می دهد بعد از این پروسس، ذراتی مانند داروی Sirolimns متعلق به شرکت Wyeth که اجبارا می بایست در فرمولاسیون محلول خوراکی به کار برند، بهبود یافته و آن را بتوانند به فرم قرص ارایه نمایند. یعنی با تهیه ذرات نانو فرم محلول این ماده به فرم جامد تبدیل می شوند. داروی Sirolimns به عنوان یک تضعیف کننده سیستم ایمنی همراه سایر فرآورده های دارویی در موارد پیوند اعضا مانند پیوند کلیه به کار می رود. این شرکت مدعی است که با کاهش سایز ذره سرعت انحلال Sirolimns به مقداری که بتواند به فرم قرص ارایه شود افزایش می یابد. از نظر تجاری این نوع فناوری آسیاب نمودن فقط مختص داروهای با حلالیت بسیار ضعیف است، اما به عقیده این شرکت 40 الی 50 درصد فرآورده های جدید (NCE) تقریبا در این رده قرار می گیرد. فناوری نانو همچنین در زمینه داروهای پپتیدی که عمدتا برای محفوظ ماندن از متابولیسم می بایست به فرم تزریقی تجویز شوند به کمک آمده است و شرایطی را می تواند فراهم نماید تا آنها را بتوان از طریق سایر روش های داروسازی ونیز مورد پذیرش بیمار تجویز کرد.

شرکت Xstal Bio که با دانشگاه های Glasgow Strathelyde همکاری می کند، توانسته است کریستال های نوینی بسازد که با ذرات پروتئینی پوشش داده شده اند. مدیر اجرایی شرکت Xstal Bio معتقد است که اغلب شرکت ها، برای تهیه ذرات نانو از مسیر خرد کردن ذرات بزرگ تر به ذرات کوچک تر استفاده می کنند، اما آنها فرایندی را در اختیار دارند که مستقیما ذرات کوچک از آن تهیه می شود، بدون آنکه احتیاج به فرایند زیادتری داشته باشند. این فرمولاسیون انسولین استنشاقی را انجام می دهد. بیماران می توانند به سادگی با اسپری کردن و تنفس آن، پودر خشک انسولین و یا یک پروتئین دیگری را دریافت کنند. برای اینکه این راه تجویز به طور موثر در اختیار باشد، ذرات محتوی آن باید آنقدر ریز باشند تا بتوانند در بخش های عمقی مجاری تنفسی نفوذ کنند والبته آنقدر ریز هم نباشد تامبادا پس از مصرف از دهان و بینی خارج شوند. بنابر این شرکت Xstal Bio مسیر اثباتی خاصی را پشت سر گذرانده است و هم اکنون این فرآورده در بیماران تحت آزمایش است. فناوری نانو در زمینه تشخیص ساده بیماری ها، تصویربرداری ها و برآوردسریع از کارایی مصرف دارو در افراد نیز کاربردهایی دارد. به طور کلی این فناوری در تولید اعضای مصنوعی، کاشت داروها، استفاده از تشخیص های فردی در کنترل آزمایش های درون تنی و تشخیصی و داروسازی نوین کاربرد دارد. درخصوص آخرین مواردی که اشاره شد، یعنی مونیتورینگ تشخیصی و داروسازی، این فناوری قادر است ریز وسیله داروهایی بسازد تا پس از کاشتن آن در بدن و کمک آن، سطح خونی مواد بیولوژیک درون بدن دائما تحت کنترل باشد و در صورت نیاز مقداری دارو آزاد و ارایه شود.

• ژن درمانی

یکی دیگر از کاربردهای فناوری نانو در زمینه دارو رسانی ژن هاست. Vector های موجود، ویروس های اصلاح شده روی سیستم ایمنی بدن دارای اثراتی هستند، بنابراین تحقیقات روی ساخت، ذرات نانو که قابلیت حمل ژن ها را داشته باشند از موارد مورد نیاز می باشد. سایر روش های آزادسازی و دارو رسانی به منظور افزایش تاثیر دارو و کاهش اثرات جانبی آنها نیز وجود دارند که مورد تحقیق می باشند. به طور مثال کاربرد پوشش هایی که تحت تابش نور فعال می شوند برای کاربرد داروهای خاص در استخوان ها به کار گرفته می شود از این موارد هستند. این نوع داروها عمدتا به علت نوع پوشش دادن آنها، غیرمحلول باقی می مانند و در استخوان ها جذب می شوند. این پوشش ها پس از قرار گرفتن در معرض نور و تابش به فرم محلول درآمده و اجازه می دهند تا دارو به محل اثر خود رسیده و تاثیر نماید. این تحقیقات همچنین بر روی ذرات مغناطیسی که به کمک آن بتوان داروها را به محل اصلی هدایت نمود نیز انجام می شوند. پوشش ذرات غیر نانو با پلیمرهایی نظیر پلی اتیلن گلیکول نیز از مواردی است که به کمک آن داروها را می توان به محل اصلی هدایت نمود. این روش سبب می شود تا اختصاصات دارو تغییر ننماید و دارو از متابولیسم در کبد درامان باقی بماند. این راه دارورسانی نیز به زودی در درمان در دسترس قرار خواهد گرفت. علی رغم آنکه امروزه ممکن است فناوری نانو در مقایسه با علوم رایج و کاربردی بیشتر از یک عبارت باب روز جلب توجه نکند، اما اصلا نباید از توانمندی های آتی آن غفلت کرد.

عنوان : مقدمه‌ای بر جایگاه فناوری نانو در صنایع پلیمری و صنعت لاستیک

هسته و تعریف اولیه فناوری نانو، مونتاژ اتم‌ها بود که اولین منبع ثبت شده مـربـوط بـه آن را در سـال 1959 فیـزیکدانـی بـه نام ریچـارد فیـنمن به چاپ رسانده است. فناوری نانو یک فناوری معکوس (پایین به بالا) است که اجزای مواد را در ساختار بسیار کوچک کنار هم گذاشته و ساختاری متفاوت از مواد متداول تولید شده به روش بالا به پایین ایجاد می‌کند. بنابراین مواد تولید شده به این روش نقایص کمتر و کیفیت بالاتری دارند.

نانوکامپوزیت‌های پلیمری در بیست سال اخیر در مجامع علمی و صنعتی مورد توجه قرار گرفته‌اند. به عنوان مثال تنها در آمریکا در سال 1997، 116 میلیون دلار برای تحقیق در این زمینه هزینه شده است که در سال 2004 این رقم به 961 میلیون دلار رسیده است یعنی در هفت سال تقریباً 9 برابر شده است. شرکت Business communications Co. Inc. (BCC) در یک بررسی اقتصادی نشان داده است که بازار نانوکامپوزیت‌های پلیمری در سال 2003،24.5 میلیون پوند به ارزش 90.8 میلیون دلار بوده است و پیش بینی می‌شود که این رقم با رشد متوسط 18.4 درصد در سال 2008 به 211.1 میلیون دلار برسد. حتی پیش‌بینی شده است که اگر پیشرفت فناوری نانو با موارد فنی همگام روبه‌رو شود در بعضی از کاربردها این بازار با سرعت بیش‌از 20 درصد در سال رشد کند.

نانوکامپوزیت‌های پلیمری جایگزینی قوی برای پلیمرهای پرشده (حاوی پرکننده) یا آلیاژهای پلیمری متداول هستند. بر خلاف کامپوزیت‌های متداول که تقویت در آنها در ابعاد میکرون روی می‌دهد، در نانوکامپوزیت‌ها این ابعاد به چند نانومتر می‌رسد. ارزش افزوده نانوکامپوزیت‌های پلیمری تنها بر اساس بهبود خواص مکانیکی پلیمر‌ها یا جایگزینی پرکننده‌های متداول‌نیست بلکه پرکننده‌های نانو در مقادیر بسیار کم، خواص ویژه‌ای را بدون ایجاد تغییر زیاد در خواص مکانیکی یا فرآیند‌پذیری، در پلیمرها ایجاد می‌کنند که پلیمر اولیه فاقد آن است، متداول‌ترین پرکننده‌های نانو در پلیمرها، سیلیکات‌های لایه‌ای نانو و نانولوله‌های کربنی هستند.

پرکننده‌های لایه‌ای نانو سیلیکا

سیلیکات‌هایی که در ساخت نانوکامپوزیت‌ها به کار می‌روند، ساختاری لایه‌ای با ضخامت حدود یک نانو متر دارند که طول آنها متغیر است و به چند میکرون هم می‌رسد. بنابراین نسبت منظر (نسبت طول به ضخامت) آن بسیار بالا و بیشتر از هزار است. این لایه‌ها توده‌ای تشکیل می‌دهند که در بین آن فاصله‌هایی وجود دارد که از این پس آنها را با نام بین‌لایه‌ها (interlayer) خواهیم شناخت.

با جایگزینی ایزومورفیک بین لایه‌ها (جایگزینی Mg+2 با Al+3) یک بار منفی ایجاد می‌شود که ساختار آلکالی یا آلکالین کاتیون‌های معدنی درون بین لایه‌ها را موازنـه مـی‌کند. سطح کاتیـون‌ها مانند یـون‌های توده‌ای (bulky) آلکیل آمونیوم، فاصله بین لایه‌ها را افزایش داده و انرژی سطحی پرکننده را کاهش می‌دهد. بنابراین این پرکننده‌های اصلاح شده که به رس آلی(OrganoClay) معروفند، با پلیمرها سازگارترند و نانوکامپوزیت‌های لایه‌ای با سـیـلیــکـا شــکل مـی‌گـیـرد. مـونـت‌مـوریـلـونـیـت (montmorillonite)، هکتوریت (hectorite) و ساپونیت (saponite) متداول‌ترین پرکننده‌های سیلیکایی لایه‌ای هستند.

روش‌های ساخت نانوکامپوزیت‌ها

از آنجا که در صنایع پلیمری نانوسیلیکات‌ها، متداول‌تر از بقیه مواد نانو هستند از این پس بیشتر به این مواد خواهیم پرداخت. روش‌های مختلفی برای ساخت نانوکامپوزیت‌های سیلیکات‌های لایه‌ای به کار رفته است.اما سه روش، استفاده بیشتری دارند.

1- پلیمریزاسیون درجا insitu-polymerization)):

این روش برای اولین بار در تهیه مواد پلیمری حاوی نانوکلی(clay) بر پایه پلی‌آمید-6 به کار رفته است. در این روش سیلیکاهای لایه‌ای به وسیله مونومر مایع یا محلول مونومر، متورم می‌شود، سپس مونومرها به درون لایه‌ها سیلیکات نفوذ کرده و پلیمریزاسیون در بین لایه‌ها اتفاق می‌افتد.

2- روش محلولی:

این روش مشـابه روش قبـلی است. ابـتـدا رس آلی در یک حلال قطبی مانند تولوئن یا NَN,- دی متیل فرمامید متورم شده، سپس پلیمر حل شده در حلال به محلول قبلی افزوده شده و بین لایه‌ها جای می‌گیرد. مرحله نهایی کار، تبخیر حلال است که معمولاً در خلا اتفاق می‌افتد. مزیت این روش این است که برای همه مواد پلیمری قابل اجراست اما اشکال عمده آن غیر قابل اجرا بودن آن در مقیاس صنعتی می‌باشد.

3- روش اختلاط مذاب:

در این روش پلیمر مذاب که دارای ویسـکوزیـتـه پاییـنی است با پرکننـده نـانوکلیِ(clay) آمیخته می‌شود. در این روش به دلیل افزایش بی‌نظمی، پلیمر به داخل لایه‌های کلی(clay) نفوذ می‌کند.این روش، به دلیل پتانسیل بالایی که برای اجرا در مقیاس صنعتی دارد به شدت مورد توجه قرار گرفته است و نانوکامپوزیت‌های کلی(clay) بسیار زیادی به روش اکستروژن تولید شده است. تعداد زیادی از ترموپلاستیک‌های قطبی مانند پلی‌آمید-6، اتیل وینیل استات و پلی استایرن به این روش درون لایه‌های سیلیکاتی نفوذ کرده‌‌اند اما در مورد پلی اولفین‌ها که مصرف بسیار زیادی نیز دارند این فرآیند موفق نبوده است. اجرای این روش در لاستیک‌ها به دلیل ویسکوزیته بسیار زیاد و پدیده‌های الاستیک با موانع زیادی روبرو است و همین امر دلیل عدم پیشرفت قابل توجه نانوکامپوزیت‌های الاستومری در مقایسه با پلاستیک‌ها است.

بسته به طبیعت اجزای یک نانوکامپوزیت مانند نوع پلیمر، ماتریس و سیلیکات لایه‌ای یا کاتیون آلی بین لایه‌های سیلیکاتی سه ساختار در نانوکامپوزیت‌ها ممکن است ایجاد شود

1- ساختار فاز‌های جدا:

اگر پلیمر نتواند بین لایه‌های سیلیکاتی نفوذ کند یک میکروکامپوزیت تولید می‌شود که مانند کامپوزیت‌های متداول بوده و امکان جدایی فازی در آن وجود دارد. به جز این نوع متداول کامپوزیت‌ها، امکان ایجاد دو ساختار دیگر وجود دارد.

2- ساختار لایه لایه(Intercalated structures):

این ساختار با نفوذ یک یا چند زنجیر پلیمری به درون لایه‌های سیلیکا و ایجاد ساختار ساندویچی حاصل می‌شود.

3- ساختار پراکنده یا پخش شده exfoliated ordelaminated structure)) :

این ساختار وقتی حاصل می‌شود که لایه‌های پرکننده سیلیکاتی به طور همگن و یکنواخت در بستر پلیمری توزیع شده باشند. این ساختار لایه‌های کاملاً جدا شده از اهمیت بسیار ویژه‌ای برخوردار است زیرا بر همکنش لایه‌های کلی(clay) و پلیمر را به حداکثر رسانده و تغییرات بسیار مشهودی را در خواص فیزیکی مکانیکی پلیمر ایجاد می‌کند.

خواص نانوکامپوزیت‌ها

نانوکامپوزیت‌ها در مقادیر 5-2 درصد وزنی، خواص پلیمرهای خالص را به طرز قابل توجهی بهبود می‌دهند. این ارتقای خواص عبارتند از:

• خواص عبور پذیری (barrier) مانند نفوذپذیری و مقاومت در برابر حلال‌ها؛

• خواص نوری ؛

• هدایت یونی

خواص دیگر حاصل از ساختار لایه‌ای نانو سیلیکات‌ها در نانوکامپوزیت‌های پلیمری، افزایش پایداری حرارتی و مقاومت در برابر شعله (آتش) در مقادیر بسیار کم پرکننده می‌باشد.

نانوکامپوزیت‌های مورد استفاده در صنعت پلاستیک

قیمت پایین نانوکلی(clay) نسبت به سایر پرکننده‌های نانو و امکان استفاده از روش اختلاط مذاب در پلاستیک‌ها باعث شده است که این شاخه ازنانوکامپوزیت‌ها رشد سریعی داشته و محصولاتی بر پایه پلاستیک‌هایی مانند پلی پروپیلن (PP)، پلی‌اتیلن ترفتالات (PET)، پلی‌اتیلن (PE)، پلی‌استایرن (PS) و نایلون به بازار عرضه شود. در ادامه به چند نمونه از این کاربردها اشاره شده است.

شرکت معروف تولید کننده خودرو، جنرال موتورز،جزء اولین استفاده کنندگانِ نانوکامپوزیت‌هاست.

نانوکامپوزیت‌های مورد استفاده در صنعت لاستیک

با توجه به مسائلی که پیش‌تر به آن اشاره شد و مشکلات اجرای روش اختلاط مذاب در مورد الاستومرها، هنوز محصولات زیادی از نانوکامپوزیت‌های الاستومری به بازار عرضه نشده است، اما تحقیقات بسیار گسترده‌ای در شرکت‌ها و مراکز تحقیقاتی مختلف بر روی این نانوکامپوزیت‌ها در حال اجراست.

به عنوان مثال بنیان‌گذاران شرکت Inmat به دنبال استفاده از نانوکلی(clay) در ساختار قطعات لاستیکی ورزشی هستند و یک روکش نانوکامپوزیتی به ضخامت 30-10 میکرون با خواص نفوذنا‌پذیری و انعطاف‌پذیری بسیار بالا با پایه آلی ساخته‌اند. که می‌تواند بدون پارگی تا بیش از 20% کشیده شده و در ساخت قطعات لاستیکی نفوذنا‌پذیر به کار روند. آنها ادعا می‌کنند که با استفاده از این روکش‌ها، توپ‌های تنیس تا 12 ماه باد درون خود را نگه می‌دارند، توپ‌های فوتبال و بسکتبال به مدت زیاد نیاز به باد کردن مجدد ندارند و تایرها به جای هر سه ماه یکبار باد کردن هر سال یکبار باد می‌شوند که منجر به کاهش تصادفات ناشی از مشکل باد تایرها خواهد شد. با توجه به ضخامت ناچیز این روکش‌ها (30-10میکرون) افزایش وزن و تغییر خواص مکانیکی لاستیکی در اثر استفاده از این روکش‌ها قابل اغماض است. لازم به ذکر است روش محلولی در ساخت این نانوکامپوزیت به کار رفته است.

این شرکت با همکاری شرکت Michelin در حال آزمایش مشابه این فناوری برای آب‌بندی کردن درون تایر، کاهش مقدار لاستیک بیوتیل مورد نیاز، سبک‌تر و ارزان‌تر کردن تایر و ساخت تایرهای سردتر (cooler running) می‌باشد.

اما آیا صنعت تایر نیز به صورت گسترده تحت تأثیر فناوری نانو قرار خواهد گرفت؟ در آینده با توجه به رشد روزافزون نانو در عرصه الکترونیک، نور و... احتمالاً بتوان تمام مراحل تولید تایر را در ابعاد نانو مشاهده و کنترل کرد اما بازار امروز صنعت تایر نیز با جایگزینی مواد متداول با مواد نانو ساختار می‌تواند از خواص و مزیت‌های آنها بهره‌گیرد.

به عنوان مثال شرکت Goodyear پروژه‌هایی را بر پایه فناوری نانو و با بهره‌گیری از روش‌های مکانیکی و شیمیایی دنبال می‌کند که هدف از آنها کنترل ساختار، خواص مکانیکی و پاسخ الاستومر‌های پخت شده به فرکانس‌های مختلف است.آنها در نظر دارند تقویت کنندگی و پخت را در ابعاد زیر میکرون کنترل کرده و بهبود دهند تا کارآیی تایرها، هم با مواد جدید و هم با مواد سنتی، ارتقاء یابد.

آنها مواد بسیار جدید را نیز بررسی نموده‌اند آئروژل‌های سیلیکاتی یکی از این مواد هستند. نانو ایروژل‌ها از 98% هوا (به صورت حباب‌های نانو) در بستر سیلیکا ساخته شده‌اند که علاوه بر سبک بودن، مقاومت حرارتی بسیار بالایی دارند. محققان دانشگاه میسوری آمریکا ادعا کرده‌اند که نانوآئروژل خاصی ساخته‌اند که می‌تواند به جای تایرهای لاستیکی استفاده شود. شرکت Goodyer نیز از این نانو آئروژل‌ها در ساخت تایر استفاده کرده، نتایج تحقیق خود را به صورت اختراع ثبت کرده است.

و بالاخره یکی از بهترین این تحقیقات را شرکت Cabot صورت داده است. در سال 2003 شرکت Cabot یک نمونه از پرکننده‌های نانو، تولید شرکت nano products (با نام تجاری PüreNano) را در تایر به کار برده است. استفاده از پرکننده نانو سیلیکون کاربید منجر به بهبود قابل توجه مقاومت لغزندگی (skid resistance) و کاهش 50 درصدی سایش شده است که در نهایت منجر به تولید تایرهایی با ایمنی بسیار بالا و طول عمر 2 برابر تایرهای متداول خواهد شد.

تلاش آمیزه‌کاران و مهندسان صنعت لاستیک بر این است که با استفاده از تجهیزات موجود از فناوری نانو بهره جسته، بتوانند در مقیاس نانو فرآیند ساخت را کنترل و محصولی با کیفیت بالاتر و یکدست به بازار عرضه کنند. با توجه به گسترش روز افزون فناوری نانو به نظر می‌رسد که در آینده‌ای نه چندان دور تولید تایر نیز مانند تولید سایر محصولات کاملاً دگرگون شود.

منابع :

R. Vaia, H.D. Wagner, Frame work for nanocomposites, Materials Today, November 2004, 32-37

L. Qian, J. P. Hinestorza, Application of nanotechnology for high performance textiles, Journal of Textile and Apparel Technology and Management, Vol. 4, Issue: 1, 2004, 1-7

www.plastictechnology.com

www.specialadditives4polymers.com

H. A. Goldberg, Elastomeric barrier coating for sporting goods, Tire Technology, August 2002, 15-17, 37

http://www.azonano.com

http://www.spacescience.spaceref.com

http://www.cavalherdaily.com:2001

1- پیشگفتار نانوتکنولوژی و صنعت لاستیک سازی
تاکنون در دنیا در صنایع پلیمری تحقیقات بسیار زیادی انجام شده است. از جمله آنها تحقیقات در زمینه فناوری نانو در صنعت لاستیک است. موارد استفاده از فناوری نانو اعم از نانوفیلرها و نانوکامپوزیت است که به لاستیکها خواص ویژه ای می دهد.
بازار نانوکامپوزیت در 2005 به میزان 200 بیلیون یورو و در سال 2015 بر اساس آمارBSF به میزان 1200 بیلیون یورو پیش بینی شده است. در سال 2002 کشوری مثل ژاپن 1500 میلیون یورو در تحقیقات در زمینه فناوری نانو صرف کرده است. تحقیقات در زمینه فناوری نانو را بدون شک نمی توانیم رها کنیم. اکثر کشورهای دنیا تحقیقات و فعالیت در زمینه نانو را شروع کرده است، به عنوان مثال کشور هند تولید نانوکامپوزیت SBR را شروع کرده است.
همچنین صنایع خودرو در دنیا به سمت استفاده از نانو) PP نانوپلی پروپیلن( سوق پیدا کرده است و علت اصلی آن خواص مناسب از جمله سبکی، مقاومت حرارتی و مقاومت ضربه اینگونه مواد است. بنابراین رسیدن به خواص مطلوب ضرورت توجه به آن را بیش از هرچیز دیگر برای ما نمایان می سازد.

2- مقدمه (کاربردهای فناوری نانو در صنعت لاستیک):
با توجه به تحقیقات به عمل آمده چهار ماده نانومتری هستند که کاربرد فراوانی در صنعت لاستیک سازی پیدا کرده اند. چهار ماده موردنظر عبارتنداز : اکسیدروی نانومتری(NanoZnO)، نانوکربنات کلسیم، الماس نانومتری، ذرات نانومتری خاک رس.
با اضافه کردن این مواد به ترکیبات لاستیک، به دلیل پیوندهایی که در مقیاس اتمی بین این مواد و ترکیبات لاستیک صورت می گیرد، علاوه بر این که خواص فیزیکی آنها بهبود می یابد، می توان به افزایش مقاومت سایش، افزایش استحکام، بهبود خاصیت مکانیکی، افزایش حد پارگی و حد شکستگی اشاره کرد.در زیبایی ظاهری لاستیک نیز تاثیر گذاشته و باعث لطافت، همواری، صافی و ظرافت شکل ظاهری لاستیک می گردد. همه اینها به نوبه خود باعث می شود که محصولات نهایی، مرغوبتر، با کیفیت بالا، زیبایی و در نهایت بازارپسند باشند و توانایی رقابت در بازارهای داخلی و جهانی را داشته باشند.

3- کاربرد اکسیدروی نانومتری (NanoZnO) درلاستیک:
اکسیدروی نانومتری مادهای غیرآلی و فعال است که کاربرد گسترده ای در صنعت لاستیک سازی دارد.کوچکی کریستالها و خاصیت غیرچسبندگی آنها باعث شده که اکسیدروی نانومتری به صورت پودرهای زردرنگ کروی و متخلخل باشد.
از خصوصیات استفاده از این تکنولوژی در صنعت لاستیک، می توان به پایین آمدن هزینه ها، بازدهی بالا، ولکانیزاسیون(Volcanization) خیلی سریع و هوشمند و دامنه دمایی گسترده اشاره کرد.
اثرات سطحی و فعالیت بالای اکسیدروی نانومتری ناشی از اندازة بسیار کوچک، سطح موثر خیلی زیاد وکشسانی خوب آن است.
استفاده از اکسید روی نانومتری در لاستیک باعث بهبود خواص آن میشود از جمله میتوان به زیبایی و ظرافت بخشیدن به آن، صافی و همواری شکل ظاهری، افزایش استحکام مکانیکی لاستیک، افزایش مقاومت سایشی (خاصیت ضد اصطکاکی و سایش)، پایداری دمایی بالا، طول عمر زیاد و همچنین افزایش حد پارگی ترکیبات لاستیک اشاره کرد که همگی اینها بصورت تجربی ثابت شده است.
براساس نتایج بدست آمده میتوان نتیجه گرفت بهبود یافتن خواص فیزیکی لاستیک در اثر اضافه شدن ZnO ناشی از پیوند ساختار نانومتری اکسید روی با مولکولهای لاستیک است که در مقیاس اتمی صورت می گیرد.
اکسید روی نانومتری در مقایسه با اکسید روی معمولی دارای اندازة بسیار کوچک ولی در عوض دارای سطح موثر بسیار زیادی می باشد. از لحاظ شیمیایی بسیار فعال و همچنین به دلیل اینکه پیوندهای بین اکسیدروی نانومتری و لاستیک در مقیاس مولکولی انجام می گیرد، استفاده از اکسیدروی نانومتری خواص فیزیکی و خواص مکانیکی از قبیل حد پارگی، مقاومت سایشی و ... ترکیبات لاستیک را بهبود می بخشد.

4- کاربرد نانوکربنات کلسیم در لاستیک:
نانوکربنات کلسیم به طور گسترده ای در صنایع لاسیتک به کار می رود، زیرا اثرات خیلی خوبی نسبت به کربنات معمولی بر روی خواص و کیفیت لاستیک دارد.
استفاده از نانوکربنات کلسیم در صنایع لاستیک باعث بهبود کیفیت و خواص ترکیبات لاستیک می شود. از جمله مزایای استفاده از نانوکربنات کلسیم می توان به توانایی تولید در مقیاس زیاد، افزایش استحکام لاستیک، بهبود بخشیدن خواص مکانیکی )افزایش استحکام مکانیکی) و انعطاف پذیر شدن ترکیبات لاستیک اشاره کرد. همچنین علاوه بر بهبود خواص فیزیکی، ترکیبات لاستیک در شکل ظاهری آنها نیز تاثیر می گذارد و به آنها زیبایی و ظرافت می بخشد که این خود در مرغوبیت کالا و بازارپسند بودن آن تاثیر بسزایی دارد.
نانوکربنات کلسیم سبک بیشتر در پلاستیک و پوشش دهی لاستیک به کار میرود.
برای به دست آوردن مزایای ذکر شده، نانوکربنات کلسیم به لاستیکهای طبیعی و مصنوعی از قبیلNP، EPDM ،SBS ،BR ،SBR اضافه می گردد. نتایج به دست آمده نشان می دهد که استحکام لاستیک بسیار بالا می رود.
استحکام بخشی نانوکربنات کلسیم برخواسته از پیچیدگی فیزیکی ناشی از پیوستگی در پلیمرهای آن و واکنشهای شیمیایی ناشی از سطح تعمیم یافته آن است.
نانوکربنات کلسیم سختی لاستیک و حد گسیختگی پلیمرهای لاستیک را افزایش داده و حداکثر توانی که لاستیک می تواند تحمل کند تا پاره شود را بهبود می بخشد. همچنین مقاومت لاستیک را در برابر سایش افزایش می دهد.
به کار بردن نانوکربنات کلسیم هزینه ها را پایین می آورد و سود زیادی را به همراه دارد و همچنین باعث به روز شدن تکنولوژی و توانائی رقابت در عرصه جهانی می گردد.
به طور کلی نانوکربنات کلسیم در موارد زیادی به طور کلی یا جرئی به ترکیبات لاستیک جهت افزایش استحکام آنها افزوده می شود.

5- کاربرد ساختارهای نانومتری الماس در لاستیک:
الماس نانومتری به طور گسترده ای در کامپوزیت ها و از جمله لاستیک در مواد ضد اصطکاک، مواد لیزکننده به کار می رود. این ساختارهای نانومتری الماس از روش احتراق تولید می شوند که دارای خواص برجسته ای هستند از جمله می توان به موارد زیر اشاره کرد:
1) ساختار کریستالی( بلوری)
2) سطح شیمیایی کاملا ناپایدار
3) شکل کاملا کروی
4) ساختمان شیمیایی بسیار محکم
5) فعالیت جذب سطحی بسیار بالا
در روسیه، الماس نانومتری با درصدهای مختلف به لاستیک طبیعی ، Poly Soprene Rubber و FluorineRubber برای ساخت لاستیک هایی که در صنعت کاربرد دارند از قبیل کاربرد در تایر اتومبیل، لوله های انتقال آب و ... مورد استفاده قرار می گیرد. نتایج به دست آمده نشان می دهد که با اضافه کردن ساختارهای نانومتری الماس به لاستیک ها خواص آنها به شکل قابل توجهی بهبود می یابد از جمله می توان به :
1) 4 الی 5 برابر شدن خاصیت انعطاف پذیری لاستیک
2) افزیش 2 الی 5/2 برابری درجه استحکام
3) افزایش حد شکستگی تا حدود 2 Kg/cm700-620
4) 3 برابر شدن قدرت بریده شدن آنها
و همچنین به اندازة خیلی زیادی خاصیت ضدپارگی آنها در دمای بالا و پایین بهبود می یابد.

6- کاربرد ذرات نانومتری خاک رس در لاستیک:
یکی از مواد نانومتری که کاربردهای تجاری گسترده ای در صنعت لاستیک پیدا کرده است و اکنون شرکت های بزرگ لاستیک سازی بطور گسترده ای از آن در محصولات خود استفاده می کنند، ذرات نانومتری خاک رس است که با افزودن آن به لاستیک خواص آن بطور قابل ملاحظه ای بهبود پیدا می کند که از جمله می توان به موارد زیر اشاره کرد :
1) افزایش مقاومت لاستیک در برابر سایش
2) افزایش استحکام مکانیکی
3) افزایش مقاومت گرمایی
4) کاهش قابلیت اشتعال
5) بهبود بخشیدن اعوجاج گرمایی

7- ایده های مطرح شده:
1-7) افزایش دمای اشتعال لاستیک : تهیه نانوکامپوزیت الاستومرها از جملهSBR مقاوم، به عنوان مواد پایه در لاستیک سبب بهبود برخی خواص از جمله افزایش دمای اشتعال و استحکام مکانیکی بالامی شود و دلیل اصلی آن حذف مقدار زیادی از دوده است.
2-7) کاهش وزن لاستیک : تهیه و بهینه سازی نانوکامپوزیت الاستومرها با وزن کم از طریق جایگزین کردن این مواد با دوده در لاستیک، امکان حذف درصد قابل توجهی دوده توسط درصد بسیار کم از نانوفیلر وجود دارد. بطوریکه افزودن حدود 3 تا 5 درصد نانوفیلر می تواند استحکام مکانیکی معادل 40 تا 45 درصد دوده را ایجاد کند. بنابراین با افزودن 3 تا 5 درصد نانوفیلر به لاستیک، وزن آن به مقدار قابل توجهی کاهش می یابد.
3-7) افزایش مقاومت در مقابل نفوذپذیری گاز : نانوکامپوزیت الاستومرها بویژه EPDM بدلیل دارا بودن ضریب عبوردهی کم نسبت به گازها بویژه هوا می توانند در پوشش داخلی تایر و تیوب ها مورد استفاده قرار می گیرد. زیرا یکی از ویژگیهای نانوکامپوزیت EPDM مقاومت بسیار بالای آن در برابر نفوذ و عبور گازها می باشد. بنابراین این نانوکامپوزیت ها می تواند جایگزین مواد امروزی گردد. همچنین این نانوکامپوزیت ها از جمله الاستومرهایی است که می تواند در آلیاژهای مختلف با ترموپلاستیکها کاربردهای وسیعی را در صنعت خوردو داشته باشد.
4-7) قطعات لاستیکی خودرو : نانوکامپوزیت ترموپلاست الاستومرها می تواند به عنوان یک ماده پرمصرف در صنایع ساخت و تولید قطعات خوردو بکار رود. از ویژگی های این مواد، بالا بودن مدول بالا ، مقاومت حرارتی، پایداری ابعاد، وزن کم، مقاومت شعله می باشد. لذا نانوکامپوزیت ترموپلاستیک الاستومرهای پایهEPDM و PP می توانند تحول چشمگیری را در ساخت قطعات خوردو ایجاد نماید.
5-7) افزایش مقاومت سایشی لاستیک : استفاده از نانوسیلیکا و نانواکسیدروی در ترکیبات تایر سبب تحول عظیمی در صنعت لاستیک می شود. بطوریکه با افزودن این مواد به لاستیک علاوه بر خواصی ویژه ای که این مواد به لاستیک می دهند، امکان افزایش مقاومت سایشی این لاستیکها وجود دارد.
6-7) نسبت وزن تایر به عمر آن : با افزودن میزان مصرف یکی از نانوفیلرها می توان مصرف دوده را پایین آورد. به عبارت دیگر اگر وزن تایر کم شود، عمر لاستیک افزایش می یابد. بنابراین جهت بالا بردن عمرلاستیک کافی است با افزودن یک سری مواد نانومتری به لاستیک عمر آن را افزایش داد.

- شرکتهایی که در زمینه مواد نانومتری و صنعت لاستیک کار می کنند:

شرکت	Shanxi Four Nano Technology Co.ltd
فعالیت	در زمینه تولید اکسید روی نانومتری جهت کاربرد در صنعت لاستیک سازی بخصوص لاستیک کامیون فعالیت می کند.
کشور	چین
آدرس اینترنتی	http://www.fhnm.com/english/jhs.htm

شرکت	Good year
فعالیت	این شرکت یکی از بزرگترین شرکت های تولیدکنندة لاستیک در آلمان می باشد که از ذرات نانومتری دوده (Carbon black) در لاستیک استفاده می کند.
کشور	آلمان
آدرس اینترنتی	www.goodyear.com

شرکت	FCCINC
فعالیت	این شرکت یک خط ذرات نانومتری خاک رس جهت تزریق به پلیمرهای لاستیک ایجاد کرده است.
کشور	چین
آدرس اینترنتی	http://www.nanoclay.com

در سال های اخیر گزارش هایی به گوش می رسد که نانوفناوری در حال دگرگون کردن دانش بشر است. هزینه های پژوهش و توسعه، به سوی توسعه ی نانوفناوری سرازیر شده اند. پتانسیل گسترده این شاخه از دانش، خودروسازان بزرگ دنیا را به سمت آغاز برنامه های پژوهش و توسعه در زمینه فناوری نانو سوق داده که این فعالیت ها اغلب با همکاری دانشگاه ها و صنایع دیگر همراه است.

اکنون به معرفی کوتاهی از نمونه های کاربرد فناوری نانو در صنعت خودرو می پردازیم:

• نانوکامپوزیت ها

مواد کامپوزیتی مواد مهندسی ای هستند که از دو یا چند جزء تشکیل شده اند به گونه ای که این مواد مجزا و در مقیاس ماکروسکوپی قابل تشخیص هستند. کامپوزیت از دو قسمت اصلی ماتریکس(زمینه) و تقویت کننده(پرکننده) تشکیل شده است. ماتریکس با احاطه کردن تقویت کننده آن را در محل نسبی خودش نگه می دارد و تقویت کننده موجب بهبود خواص مکانیکی ساختار می گردد.

یکی از گسترده ترین کاربردهای فناوری نانو در صنعت خودرو تا کنون ساخت نانو کامپوزیت ها بوده است. از آنجا که در نانوکامپوزیت ها، ذرات بسیار ریز (نانوذرات)، استحکام و دوام رزین را بسیار بالا می برند، جایگزین مواد مرسوم مانند میکا و تالک شده اند. اما علاوه بر ویژگی های فیزیکی بهتر، این کامپوزیت ها دارای دو برتری دیگر نیز می باشند:

نخست اینکه نانوذرات با ایجاد ماتریکس (زمینه) یکنواخت و هموار به طور قابل توجهی زیبایی بیشتر را فراهم می کنند و بنابراین نانو کامپوزیت ها سطح زیبا تر و رنگ های شفاف تری دارند.

همچنین نانوکامپوزیت ها به دلیل نیاز به مواد تقویت کننده ی کمتر، تا حدود بیست درصد نسبت به کامپوزیت های رایج سبک ترند.

• اثر نیلوفری و کاربرد آن در ساخت سطوح خود تمیز شونده

یکی از شناخته شده ترین مزیت های فناوری نانو اثر نیلوفری ست که سطوح خود تمیز شونده را امکان پذیر می سازد. به سبب ساختار بسیار صاف و یکنواخت سطح گل نیلوفر، قطرات آب و گرد غبار از روی گلبرگ ها می لغزند بی آنکه اثری روی آنها به جای گذارند.

بنابراین اگر سطوح اجسام دارای ساختار بسیار صاف و صیقلی (در مقیاس نانو) باشند، ذرات آلودگی و همچنین آب روی آنها باقی نخواهد ماند.

رنگ ها و پوشش های سقف خودرو که این اصل طبیعی را به کار می برند امروزه در بازار موجود می باشند. ساختار نانویی این سطوح، از جمع شدن ذرات آلودگی و قطرات بسیار ریز آب نیز جلوگیری می کند. همچنین رینگ های خود تمیز شونده نیز با استفاده از این ویژگی در حال تولید هستند.

همچنین پوشش نانویی در حال تولید است که با اضافه کردن آن به سطح شیشه خودرو (برای مثال به روش اسپری کردن)،فرورفتگی های بسیار ریز سطح شیشه را پر کرده و سطح صاف و بدون پستی و بلندی ایجاد می کند و در نتیجه قطرات ریز آب و گرد و غبار روی شیشه باقی نمی ماند و بنابراین موجب افزایش دید راننده، استهلاک کمتر برف پاکن ها و نیاز کمتر به شستشوی شیشه و همچنین بهبود دید در شب در نتیجه کاهش انعکاس مضر نور می شود.

• شیشه های نوین با توانایی بازتاب پرتو فروسرخ

نمونه ای دیگر از کاربرد های نانوفناوری در صنعت شیشه خودرو، شیشه هایی با قابلیت بازتاب پرتو فروسرخ نور خورشید می باشد. به این گونه که یک لایه بسیار نازک از نانوذرات بین دو لایه ی شیشه قرار گرفته اند که وظیفه آنها بازتاباندن پرتو فرو سرخ نور خورشید و در نتیجه جلوگیری از گرم شدن زیاد داخل خودرو می باشد.

• مبدل های کاتالیستی

همانطور که می دانید اگر احتراق به طور کامل و ایده آل رخ دهد خروجیهای حاصل از آن، آب، نیتروژن (N2) و دی اکسید کربن (CO2) می باشد و اگر احتراق در شرایط ایده آل رخ ندهد مثلا برای احتراق هوای مناسب وجود نداشته و.... در اینصورت خروجیهای حاصل از احتراق، گازهای زیان آوری همچون مونو اکسید کربن (CO)، گروه گازهای (NOx) و هیدروکربنهای نسوخته (CH) می باشند. وظیفه مبدل کاتالیستی که در مسیر گازهای خروجی از موتور قرار می گیرد این است که گازهای فوق را به گازهای بی خطر تبدیل کند.

یکی از ویژگی های نانوذرات که در تولید مبدل های کاتالیستی استفاده شده چنین است: سطح تماس ذرات با کاهش اندازه آنها و افزایش تعدادشان (به طوری که جرم کلی مجموعه ثابت بماند) افزایش می یابد. یک دسته از واکنش های شیمیایی روی سطح کاتالیست ها رخ می دهند و بنابراین سطح تماس بیشتر، کاتالیست فعال تری را موجب می شود. از این رو به کارگیری نانوذرات در مبدل های کاتالیستی منجر به تولید مبدل های موثر تر خواهد شد.

در سال های اخیر گزارش هایی به گوش می رسد که نانوفناوری در حال دگرگون کردن دانش بشر است. هزینه های پژوهش و توسعه، به سوی توسعه ی نانوفناوری سرازیر شده اند. پتانسیل گسترده این شاخه از دانش، خودروسازان بزرگ دنیا را به سمت آغاز برنامه های پژوهش و توسعه در زمینه فناوری نانو سوق داده که این فعالیت ها اغلب با همکاری دانشگاه ها و صنایع دیگر همراه است.

اکنون به معرفی کوتاهی از نمونه های کاربرد فناوری نانو در صنعت خودرو می پردازیم:

• نانوکامپوزیت ها

مواد کامپوزیتی مواد مهندسی ای هستند که از دو یا چند جزء تشکیل شده اند به گونه ای که این مواد مجزا و در مقیاس ماکروسکوپی قابل تشخیص هستند. کامپوزیت از دو قسمت اصلی ماتریکس(زمینه) و تقویت کننده(پرکننده) تشکیل شده است. ماتریکس با احاطه کردن تقویت کننده آن را در محل نسبی خودش نگه می دارد و تقویت کننده موجب بهبود خواص مکانیکی ساختار می گردد.

یکی از گسترده ترین کاربردهای فناوری نانو در صنعت خودرو تا کنون ساخت نانو کامپوزیت ها بوده است. از آنجا که در نانوکامپوزیت ها، ذرات بسیار ریز (نانوذرات)، استحکام و دوام رزین را بسیار بالا می برند، جایگزین مواد مرسوم مانند میکا و تالک شده اند. اما علاوه بر ویژگی های فیزیکی بهتر، این کامپوزیت ها دارای دو برتری دیگر نیز می باشند:

نخست اینکه نانوذرات با ایجاد ماتریکس (زمینه) یکنواخت و هموار به طور قابل توجهی زیبایی بیشتر را فراهم می کنند و بنابراین نانو کامپوزیت ها سطح زیبا تر و رنگ های شفاف تری دارند.

همچنین نانوکامپوزیت ها به دلیل نیاز به مواد تقویت کننده ی کمتر، تا حدود بیست درصد نسبت به کامپوزیت های رایج سبک ترند.

• اثر نیلوفری و کاربرد آن در ساخت سطوح خود تمیز شونده

یکی از شناخته شده ترین مزیت های فناوری نانو اثر نیلوفری ست که سطوح خود تمیز شونده را امکان پذیر می سازد. به سبب ساختار بسیار صاف و یکنواخت سطح گل نیلوفر، قطرات آب و گرد غبار از روی گلبرگ ها می لغزند بی آنکه اثری روی آنها به جای گذارند.

بنابراین اگر سطوح اجسام دارای ساختار بسیار صاف و صیقلی (در مقیاس نانو) باشند، ذرات آلودگی و همچنین آب روی آنها باقی نخواهد ماند.

رنگ ها و پوشش های سقف خودرو که این اصل طبیعی را به کار می برند امروزه در بازار موجود می باشند. ساختار نانویی این سطوح، از جمع شدن ذرات آلودگی و قطرات بسیار ریز آب نیز جلوگیری می کند. همچنین رینگ های خود تمیز شونده نیز با استفاده از این ویژگی در حال تولید هستند.

همچنین پوشش نانویی در حال تولید است که با اضافه کردن آن به سطح شیشه خودرو (برای مثال به روش اسپری کردن)،فرورفتگی های بسیار ریز سطح شیشه را پر کرده و سطح صاف و بدون پستی و بلندی ایجاد می کند و در نتیجه قطرات ریز آب و گرد و غبار روی شیشه باقی نمی ماند و بنابراین موجب افزایش دید راننده، استهلاک کمتر برف پاکن ها و نیاز کمتر به شستشوی شیشه و همچنین بهبود دید در شب در نتیجه کاهش انعکاس مضر نور می شود.

• شیشه های نوین با توانایی بازتاب پرتو فروسرخ

نمونه ای دیگر از کاربرد های نانوفناوری در صنعت شیشه خودرو، شیشه هایی با قابلیت بازتاب پرتو فروسرخ نور خورشید می باشد. به این گونه که یک لایه بسیار نازک از نانوذرات بین دو لایه ی شیشه قرار گرفته اند که وظیفه آنها بازتاباندن پرتو فرو سرخ نور خورشید و در نتیجه جلوگیری از گرم شدن زیاد داخل خودرو می باشد.

• مبدل های کاتالیستی

همانطور که می دانید اگر احتراق به طور کامل و ایده آل رخ دهد خروجیهای حاصل از آن، آب، نیتروژن (N2) و دی اکسید کربن (CO2) می باشد و اگر احتراق در شرایط ایده آل رخ ندهد مثلا برای احتراق هوای مناسب وجود نداشته و.... در اینصورت خروجیهای حاصل از احتراق، گازهای زیان آوری همچون مونو اکسید کربن (CO)، گروه گازهای (NOx) و هیدروکربنهای نسوخته (CH) می باشند. وظیفه مبدل کاتالیستی که در مسیر گازهای خروجی از موتور قرار می گیرد این است که گازهای فوق را به گازهای بی خطر تبدیل کند.

یکی از ویژگی های نانوذرات که در تولید مبدل های کاتالیستی استفاده شده چنین است: سطح تماس ذرات با کاهش اندازه آنها و افزایش تعدادشان (به طوری که جرم کلی مجموعه ثابت بماند) افزایش می یابد. یک دسته از واکنش های شیمیایی روی سطح کاتالیست ها رخ می دهند و بنابراین سطح تماس بیشتر، کاتالیست فعال تری را موجب می شود. از این رو به کارگیری نانوذرات در مبدل های کاتالیستی منجر به تولید مبدل های موثر تر خواهد شد.

عصر نانو کامپوزیت‌ها فرا رسیده‌ است




	نسخه چاپی

مواد نانوکامپوزیتی به آن دسته از موادی اطلاق می‌شود که فاز تقویت‌کننده آن دارای ابعادی در مقیاس یک تا 100 نانومتر باشد که شامل نانوکامپوزیت‌های پلیمرـ سرامیک، پلیمر ـ فلز، سرامیک ـ فلز و سرامیک ـ سرامیک هستند.

مواد نانوکامپوزیتی در دهه آخر قرن20 پا به عرصه علم و فن‌آوری گذاشته و پیشرفت‌های قابل‌توجهی در این سال‌ها داشته‌اند.

برحسب مواد تشکیل‌دهنده، می‌توان آن‌ها را به‌صورت نانوکامپوزیت‌های پلیمرـ سرامیک، پلیمر ـ فلز، سرامیک ـ فلز و سرامیک ـ سرامیک دسته‌بندی کرد.

نانوکامپوزیت‌های پلیمری، ترکیباتی از پلیمرها و مقدار 2 تا 10 درصد وزنی از ذرات نانومتری نظیر خاک رس، نانولوله‌های کربنی هستند.

تقویت‌کننده نانومتری به‌دلیل داشتن ابعاد بسیار کوچک و سطح بسیار بالا در مقایسه با تقویت‌کننده‌های معمولی در سطح بارگذاری «Loading» کمتر باعث بهبود خواص مورد نظر شده و مسائل مربوط به تقویت‌کننده‌های رایج نظیر افزایش وزن، نقایص سطحی و مشکلات فرآیندپذیری در آن‌ها کمتر دیده می‌شود.

به‌همین دلیل، نانوکامپوزیت‌ها جایگزین خوبی برای کامپوزیت‌های معمولی هستند؛ چراکه کارآیی بهتر و وزن کمتری ‌دارند.

محصولات تهیه‌شده از نانوکامپوزیت‌های پلیمری قابلیت استفاده در صنایع شیمیایی، خودروسازی، ساختمان، نظامی، پزشکی، لوازم خانگی، ورزشی، کشاورزی و الکترونیکی را داشته و استفاده از آن‌ها در این صنایع، کاهش مصرف سوخت و انرژی، افزایش مقاومت و ایمنی در برابر زلزله و آتش‌سوزی، افزایش عمر سازه‌ها، کاهش خسارات ناشی از زمان نگهداری مواد غذایی و محصولات کشاورزی‌،‌ کاهش خسارات ناشی از خوردگی و به‌طور خلاصه، استفاده بهینه از منابع موجود را می‌تواند به‌همراه داشته‌باشد.

ضرورت توجه به نانوکامپوزیت‌های پلیمری

با توجه به حجم گسترده استفاده از کامپوزیت‌های معمولی در داخل کشور و با عنایت به حجم بالای تولید پلیمرها در سال‌های آتی از‌سوی شرکت ملی صنایع پتروشیمی و لزوم افزایش کاربری این پلیمرها‌، تولید نانوکامپوزیت‌های پلیمری یکی از مناسب‌ترین راه‌های پاسخ‌گویی به نیاز بازار و بهبود خواص و گسترش دامنه کاربرد پلیمرهای داخلی است.

در‌حال‌حاضر، میزان مصرف کل آمیزه‌های پلیمری در داخل کشور حدود 150 هزار تن در سال است که بخشی از آن، از طریق واردات از کشورهایی مثل هلند‌،‌ ایتالیا‌، تایوان‌، سوئد، آلمان و بخش دیگر به‌وسیله تولیدکنندگان داخلی تامین می‌شود.

این آمیزه‌ها عمدتا در صنایع خودرو‌، لوازم خانگی و اداری‌، لاستیک‌سازی مورد استفاده قرار می‌گیرد.

با توجه به خواص برتر نانوکامپوزیت‌های پلیمری در مقایسه با آمیزه‌های معمولی پلیمری و با عنایت به روند نزولی قیمت جهانی نانوذرات و در نتیجه امکان رقابت این محصولات از نظر قیمت‌،‌ انتظار می‌رود با تولید نانوکامپوزیت‌ها در داخل کشور می‌توان آن‌ها را جایگزین بخش عمده‌ای از آمیزه‌های معمولی پلیمری کرد.

زمینه‌های تحقیقاتی

برخی زمینه‌های تحقیقاتی درباره نانو‌کامپوزیت‌های پلیمری عبارتند از:ساخت نانوکامپوزیت‌ها بر پایه پلیمرهای مختلف با هدف ارتقای کیفیت و ارزش‌افزوده محصولات پلیمری پتروشیمی، توسعه روش‌های شناسایی و شکل‌دهی نانوکامپوزیت‌های پلیمری، ساخت پلیمرهای مقاوم در برابر شعله برای کاربردهای الکتریکی‌، الکترونیکی و لوازم خانگی، افزایش پایداری ابعادی و استحکام مکانیکی پلیمرها برای کاربردهای صنایع خودرو و لوازم خانگی.

دیگر زمینه های تحقیقاتی نانو‌کامپوزیت‌های پلیمری شامل: ساخت پلیمرهای ‌هادی جریان الکتریسیته برای کاربردهای الکتریکی‌، الکترونیکی و صنایع نظامی، ساخت پلیمرهای مقاوم در برابر باکتری‌ها و میکرب‌ها برای کاربردهای بسته‌بندی‌، لوازم خانگی و خودرو، افزایش مقاومت پلیمرها در برابر نفوذ گازها و بخارات برای کاربردهای بسته‌بندی محصولات کشاورزی، ساخت غشاهای نانوکامپوزیت پلیمری برای فرآیندهای خالص‌سازی و جداسازی گازها، ساخت هیدروژل‌های نانوکامپوزیت پلیمری با هدف افزایش کارآیی آن‌ها در ازدیاد برداشت نفت، می شوند.

در کشورهای پیشرفته، فعالیت‌های تحقیقاتی در زمینه نانوکامپوزیت‌های پلیمری از حدود سال 1990 آغاز شده و در بسیاری از موارد نتایج تحقیقات به صنعت رسیده و کاربردی شده‌است.

به‌عنوان مثال در سال 2005 شرکت جنرال موتورز با به‌کارگیری نانوکامپوزیت‌های پلیمری، خودرویی به بازار عرضه کرد که حدود 7 درصد سبک‌تر از خودروهای مشابه بود.

در داخل کشور نیز فعالیت تحقیقاتی در زمینه نانوکامپوزیت‌های پلیمری از حدود 6 سال پیش آغاز و نتایج خوبی نیز حاصل شده‌است.

این به‌دلیل نبود الزامات قانونی و همچنین اطلاع‌رسانی کم در این زمینه و به‌کارگیری نانو کامپوزیت‌ها در صنایع داخلی رایج نشده‌است. مطبوعات و صدا‌و‌سیما می‌توانند نقش مهمی در این زمینه ایفا کنند.

بازار جهانی نانوکامپوزیت‌های پلیمری

پیش‌بینی شده‌است، بازار جهانی نانوکامپوزیت‌های پلیمری تا سال 2009 به 2/1 میلیارد ‌پوند برسد که یک میلیارد ‌پوند آن مربوط به نانوکامپوزیت‌های حاوی نانو ذرات خاک رس و بقیه شامل نانولوله‌های کربنی خواهد بود.

پیش‌بینی می‌شود، تا آن موقع‌، نانوکامپوزیت‌ها تا حدودی جایگزین کامپوزیت‌های رایج در کاربردهای سازه‌ای مانند لوله و اتصالات، در قطعات، اجزای داخلی موتور و بدنه بیرونی خودرو، بسته‌بندی مواد غذایی و دارویی، وسایل الکتریکی و کاربردهای ویژه مانند تجهیزات نظامی و فضایی شوند.

سهم بازار کاربرد نانوکامپوزیت‌های پلیمری در سال 2009 به‌صورت جدول زیر پیش‌بینی می‌شود:

سهم بازار کاربردهای مختلف نانوکامپوزیت‌ها

یکی از فاکتورهای اولیه که امروزه محرک توسعه بسیاری از محصولات جدید می باشند، دستیابی به راه حل هایی است که شامل مواد جدید می باشد.در واقع محققین و مهندسین و سرمایه گذاران در ذخایر مواد صنعتی ،وقت و منابع خود را بطور روزافزون صرف تحقیق درباره ایده های جدید می کنند بطوریکه در تمامی موفقیت های رقابتی بهترین باشند

یکی از فاکتورهای اولیه که امروزه محرک توسعه بسیاری از محصولات جدید می باشند، دستیابی به راه حل هایی است که شامل مواد جدید می باشد.

در واقع محققین و مهندسین و سرمایه گذاران در ذخایر مواد صنعتی ،وقت و منابع خود را بطور روزافزون صرف تحقیق درباره ایده های جدید می کنند بطوریکه در تمامی موفقیت های رقابتی بهترین باشند.

عبارت نانو کامپوزیت در سالهای اخیر بیشتر و بیشتر مورد استفاده قرار می گیرد. پروژه های تحقیقاتی عظیم وبسیارزیادی در این زمینه و درقسمتهای مختلف جهان از جمله ژاپن ، ایالت متحده آمریکا ، کانادا و اروپا شروع شده است .

هدف اساسی آنها مطالعه بهتراین گروه از مواد با امید به کشف بعضی خواص ویژه و غیرعادی می باشد . به عنوان مثال هدایت الکتریکی بسیار بالاتر نسبت به فلزات معمولی و یا استحکام مکانیکی بالا و یا مقاومت زیاد آنها در برابر سائیدگی و فرسایش .

عبارت کامپوزیت توسط oxford Guide به عنوان " ساخته شده از ذرات ریز " تعریف گردیده است که می تواند برای بسیاری از اجسام بزرگ نظیر مقره ها و یا در اشل کوچکتر کاربرد داشته باشد .

بطور خلاصه در نانو کامپوزیت ها ذرات پرکننده بسیار کوچک هستند ( معمولا بین1-100 nm) وغلظت آنها به لحاظ وزن می تواند بسیار پائین باشد ، تفاوت اساسی در این است که پرکننده های نانو سطح بسیار بزرگی در مقایسه با حجم ذرات دارند.

جالب ترین سئوال این است که خواص نانو کامپوزیت ها تا چه حد می تواند از مواد عادی متفاوت باشد و اینکه آیا آنها می توانند در پیشرفت های تکنولوژیکی بعدی سیستم های مقره های الکتریکی شرکت داشته باشند، خواص بهبود یافته ای که در اثر استفاده از این مواد جدید می توان انتظار داشت بترتیب زیر است

مقاومت بالاتر در برلبر دشارژهای جزئی و کرونا ، مقاومت بالاتر در برابر گرما ، مقاومت بالاتر در برابر هدایت حرارتی و افزایش ولتاژ دیر پائی و ........

قبل از اینکه به این نتیجه برسیم که نانو کامپوزیت ها بطور قطع به تکنولوژی عایق های مدرن کمک می نماید،هنوز به تحقیق زیادی در این زمینه نیاز است.