ستاد ویژه توسعه فناوری نانو

نانوسرامیک چیست ؟

در این مقاله پس از تعریف نانوتکنولوژی به تعریف نانوسرامیک اشاره شده است. نانوسرامیک ها، سرامیک هایی هستند که در ساخت آنها از اجزای اولیه در مقیاس نانو (مانند نانوذرات، ناتوتپوپ ها و نانولایه ها) استفاده شده است سپس به مراحل تکامل نانوسرامیک ها اشاره شده که عبارتند از مرحله اول سنتز اجرای اولیه، مرحله دوم، ساخت ساختارهای نانو با استفاده از این اجزاء و کنترل خواص و مرحله سوم: ساخت محصول هایی با استفاده از نانو سرامیک بدست آمده از مرحله دوم - در قسمت دیگری از مقاله به ویژگیهای سرامیک ها اشاره شده است که از جمله به خواص چون کوچک، سبک، دارای خواص جدید، چند کاربردی، هوشمند و دارای سازماندهی مرتبه ای اشاره شده است. کاربردهای نانو سرامیک ها نیز در صنایع مختلف در این مقاله توضیح داده شده است.

مقدمه :

زمان ظهور نانوسرامیک‌ها را می‌توان دهة 90 میلادی دانست. در این زمان بود که با توجه به خواص بسیار مطلوب پودرهای نانوسرامیکی، توجهاتی به سمت آنها جلب شد، اما روشهای فرآوری آنها چندان آسان و مقرون به‌صرفه نبود. با پیدایش نانوتکنولوژی، نانوسرامیک‌ها هرچه بیشتر اهمیت خود را نشان دادند. در حقیقت نانوتکنولوژی با دیدگاهی که ارائه می‌کند، تحلیل بهتر پدیده‌ها و دست‌یافتن به روشهای بهتری برای تولید مواد را امکان‌پذیر می‌سازد.

شکل‌گرفتن علم و مهندسی نانو، منجر به درک بی‌سابقة اجزای اولیه پایة تمام اجسام فیزیکی و کنترل آنها شده‌است و این پدیده به‌زودی روشی را که اغلب اجسام توسط آنها طراحی و ساخته می‌شده‌اند، دگرگون می‌سازد.

نانوتکنولوژی توانایی کار در سطح مولکولی و اتمی برای ایجاد ساختارهای بزرگ می‌باشد که ماهیت سازماندهی مولکولی جدیدی خواهندداشت و دارای خواص فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی جدید و بهتری هستند. هدف، بهره‌برداری از این خواص با کنترل ساختارها و دستگاهها در سطوح اتمی، مولکولی و سوپرمولکولی و دستیابی به روش کارآمد ساخت و استفاده از این دستگاهها می‌باشد. هدف دیگر، حفظ پایداری واسط‌ها و مجتمع‌نمودن نانوساختارها در مقیاس میکرونی و ماکروسکوپی می‌باشد.

همیشه با استفاده از رفتارهای مشاهده‌شده در اندازه‌های بزرگ، نمی‌توان رفتارهای جدید در مقیاس نانو را پیش‌بینی کرد و تغییرات مهم رفتاری صرفا" به‌خاطر کاهش درجة بزرگی اتفاق نمی‌افتند، بلکه به دلیل پدیده‌های ذاتی و جدید آنها و تسلط‌یافتن در مقیاس نانو بر محدودیتهایی نظیر اندازه، پدیده‌های واسطه‌ا‌ی و مکانیک کوانتومی می‌باشند.

نانوسرامیک‌ها :

نانوسرامیک‌ها، سرامیک‌هایی هستند که در ساخت آنها از اجزای اولیه در مقیاس نانو (مانند نانوذرات، نانوتیوپ‌ها و نانولایه‌ها) استفاده شده‌باشد، که هرکدام از این اجزای اولیه، خود از اتمها و مولکولها بدست آمده‌اند.

بعنوان مثال، نانوتیوپ یکی از اجزای اولیه‌ا‌ی است که ساختار اولیة کربن c60 را تشکیل می‌دهد. به‌طور کلی فلوچارت سازماندهی نانوسرامیک به شکل زیر می‌باشد :  

بنابراین مسیر تکامل نانوسرامیک‌ها را می‌توان در سه مرحله خلاصه کرد :

مرحلة 1 : سنتز اجرای اولیه
مرحلة 2 : ساخت ساختارهای نانو با استفاده از این اجزاء و کنترل خواص
مرحلة 3 : ساخت محصول نهایی با استفاده از نانوسرامیک بدست‌آمده از مرحلة دوم
ویژگیها :

ویژگیهای نانوسرامیک‌ها را می‌توان از دو دیدگاه بررسی کرد. یکی ویژگی نانوساختارهای سرامیکی، و دیگری ویژگی محصولات بدست‌آمده است.

ویژگیهای نانوساختارهای سرامیکی :

کوچک، سبک، دارای خواص جدید، چندکارکردی، هوشمند و دارای سازماندهی مرتبه‌ا‌ی.

ویژگیهای محصولات نانوسرامیکی :

-          خواص مکانیکی بهتر: سختی و استحکام بالاتر و انعطاف‌پذیری که ویژگی منحصربه‌فردی برای سرامیک‌هاست.

-          داشتن نسبت سطح به حجم بالا که باعث کنترل دقیق بر سطح می‌شود.

-          دمای زینتر پایین‌تر که باعث تولید اقتصادی و کاهش هزینه‌ها می‌گردد.

-          خواص الکتریکی، مغناطیسی و نوری مطلوب‌تر: قابلیت ابررسانایی در دماهای بالاتر و قابلیت عبور نور بهتر.

-          خواص بایویی بهتر (سازگار با بدن).

کاربردها :

نانوتکنولوژی باعث ایجاد تحول چشمگیری در صنعت سرامیک گشته‌است. در این میان نانوسرامیک‌ها، خود باعث ایجاد تحول عظیمی در تکنولوژی‌های امروزی مانند الکترونیک، کامپیوتر، ارتباطات، صنایع حمل‌ونقل، صنایع هواپیمایی و نظامی و … خواهندشد. برخی کاربردهای حال و آیندة نانوسرامیک‌ها در جدول زیر آمده‌است.

آینده

حال

زمان

نانوساختارها

نانوروکش‌های چندکارکردی

رنگ‌دانه‌ها

پولیش‌های مکانیکی-شیمیایی

حایل‌های حرارتی

حایل‌های اپتیکی

(UV و قابل رؤیت)

تقویت Imaging

مواد جوهرافشان

دوغاب‌های روکش ساینده

لایه‌های ضبط اطلاعات

پوشش‌ها و دیسپرژن‌ها

سنسورهای ویژة مولکولی

ذخیرة انرژی
(پیل‌های خورشیدی و باطری‌ها)

غربال‌های مولکولی

مواد جاذب و غیرجاذب

داروسازی

کاتالیست‌های ویژه

پرکننده‌ها

سرامیک‌های دارای
سطح ویژة بالا

نوارهای ضبط مغناطیسی

قطعات اتومبیل

فعال‌کننده‌های پیزوالکتریک

نیمه‌هادی‌ها

لیزرهای کم‌ پارازیت

نانوتیوپها برای صفحه نمایشهای

وضوح بالا

هدهای ضبط GMR

نانوابزارهای عملگر

شکل‌دهی سوپرپلاستیک

سرامیکها

مواد ساختاری فوق‌العاده سخت

و مستحکم

سرماسازهای مغناطیسی

سیمان‌های انعطاف‌پذیر

مواد مغناطیسی نرم با اتلاف کم

ابزارهای برش WC/Co با

سختی بالا

سیمان‌های نانوکامپوزیت

سرامیک‌های

تقویت‌شده

 
منبع :

خبرنامه انجمن سرامیک ایران, سید محسن محمودی سپهر