صفحه اصلی - فروم پرشین سون

بازگشت   PersianSeven Forums > اخبار و مطالب عمومی و تخصصی | Public Discussions & News > تالار اخبار و اطلاعات عمومی > فناوری اطلاعات
پورتال پرشين راهنمایی جــوایز IShop وبلاگ پرشین تماس با ما


ارسال مبحث جدید  پاسخ
 
LinkBack ابزارهای موضوع جستجو این تاپیک حالت نمایش
قدیمی 03-03-2014   #1 (لينک اين پست)
مدیران بازنشسته پرشین سون
 
آواتار Ramana
 
تاريخ عضويت: Nov 2013
محل سكونت: زیر گنبد کبود
سن: 24
اسم واقعی: رامانا
پست ها: 40,832
تشكرها (از ديگران): 3,154
تشكر شده 4,445 بار در 2,109 پست
چوق (ثروتمند شماره 5): 20,473,925
پاداش داده شده 403 مرتبه
تاکنون 62 مرتبه با چوق تشکر کرده
تشکر شده با چوق 129 مرتبه
فعاليت Longevity
0/20 10/20
Today پست ها
ssss40832

ويترين جوايز


عکسهای خریداری شده
نوشابه شنگولی پرسپولیس تهران
new.4 نانو الماس کریستالی

مقدمه
واژه ی نانو الماس به طو گسترده ای برای اشاره به مواد بر پایه ی الماسی مورد استفاده قرار می گیرد که در مقیاس نانو قرار دارند( طول آنها کمتر از 100 نانو متر است). این مواد شامل فیلم های با فاز الماسی خالص، ذرات الماسی و مواد مرکب ساختاری تولید شده از این مواد می باشد. یکی از این مواد مرکب، توده ها یا ذراتی هستند که در داخل یک زمینه ی دیگر قرار گرفته است. اخیرا نانو میله های یک بعدی از الماس( DNR) و نانو صفحات دو بعدی الماسی تولید شده است. یک گروه از مواد نانو الماسی وجود دارد که الماس الترا نانو کریستالی( UNCD) نامیده می شوند. در این ساختارها، الماس در ابعاد چند نانومتر وجود دارد. این مواد الترا نانو کریستالی نامیده می شوند تا بدین صورت بین آنها و سایر نانو کریستال های بر پایه ی الماس با اندازه ی ویژه ی بالاتر از 10 نانو متر، تفاوت قائل شود. در بین مواد UNCD، مهمترین کاربردهای نانوتکنولوژیکی که در آینده نزدیک مورد استفاده قرار می گیرد، ذرات UNCD ی است که بوسیله ی سوختن ناقص مواد قابل اشتعال کربنی، تولید می شود. این مواد ابتدا بوسیله ی شوروی سابق در دهه ی 1960، تولید شدند و فیلم های UNCD با خلوص فازی بالا اخیرا در آزمایشگاه ملی آرگون تولید شده است( بوسیله ی روش رسوب دهی شیمیایی از فاز بخار). ذرات و فیلم های UNCD دارای ویژگی های ممتازی هستند و دارای کاربردهای متفاوتی هستند. این دو ماده مهم اخیرا مورد توجه قرار گرفته است و به همین خاطر، موضوع این مقاله، مطالعه در مورد این دو ماده است.
روش های سنتز نانو پودر الماس و تولید این نانو ذرات به صورت منفرد با اندازه ی میکرو و نانومتری، در ابتدای دهه ی 1960 بوسیله ی شرکت Dupont آمریکا توسعه یافته است. این محصول از دهه ی 1970 به صورت تجاری موجود بود. Dupont ذرات پلی کریستال الماسی را تولید کردند که اندازه ی آنها تا 50 میکرون نیز می رسد. این شرکت این مواد را با استفاده از روش متراکم سازی موجی تلاطمی مواد کربنی( گرافیت یا کربن بلک) مخلوط شده با کاتالیست، تولید کرده است. اندازه ی دانه ی اولیه در ذرات پلی کریستالی در حدود 20 نانو متر است. اخیرا، شرکت Microdiamond AG از Dupont تقاضاهایی در زمینه ی این نوع از الماس پلی کریستالی داشته است. شرکت Microdiamond AG که یک کمپانی سویسی است، در زمینه ی الماس میکرونی و زیر میکرون تخصص دارد. کوچکترین ذرات الماسی که بوسیله ی آسیاب کاری تولید می شود، دارای گستره ی 0 تا 50 نانومتر است( با اندازه ی متوسط 25 نانومتر). علاوه بر الماس تولید شده بوسیله ی Mypolex، شرکت Microdiamant AG نیز یکی از ریزترین الماس های خود را با اندازه ی ذره ای بین 0 تا 50 نانومتر تولید کرده است که این نوع الماس هم از الماس های سنتزی تولید شده در دما و فشار بالا ( HPHT) و هم از پودر الماس طبیعی، تولید شده اند. تجاری سازی این نانو الماس ها انجام شده است و از آن برای کاربردهای پولیش کاری دقیق استفاده شده است. یک روش برای تولید پودر UNCD با اندازه ی ویژه ذرات 5 نانومتر، تبدیل ترکیبات آتش گیر دارای کربن به الماس در طی سوختن این ترکیبات آتش گیر در مخازن هرمتیک است. این روش ابتدا در دهه ی 1960 در روسیه ابداع شد. به زودی Dupont بر روی روش سنتز موجی تلاطمی کار کرد. در سال 1983، یک کارخانه ی بزرگ به نام ALTAI در روسیه تأسیس شد تا بوسیله ی این فرایند تولید الماس در مقادیر زیاد، میسر گردد. با توجه به گزارش های انتشار یافته بوسیله ی دولت روسیه( در سال 1989) در مورد تولید ذرات UNCD، کارخانه تولید خود را هر ساله 250 میلیون قیراط افزایش داده است. به هر حال، هم اکنون تولید این نوع از الماس بوسیله ی ALTAI محدود شده تر شده است. هم اکنون چندین مرکز تجاری در روسیه، اوکراین، بلاروس، آلمان، ژاپن و چین، با استفاده از این روش، به تولید ذرات UNCD مشغولند. اگرچه این روش چند دهه پیش در روسیه کشف شده است، در چند سال گذشته، ذرات UNCD یک زمینه ی مورد علاقه در خارج روسیه شده است. علت این علاقه توسعه ی نانو تکنولوژی در سال های اخیر است.
همانند ذرات UNCD، فیلم های UNCD به صورت موفقیت آمیز به سمت تجاری سازی حرکت کرده است. الترا نانوکریستالینیتی نتیجه ای از مکانیزم های رشد و جوانه زنی جدید است که در این روش ها از پلاسمای آرگون غنی به جای پلاسمای غنی از هیدروژن برای رسوب دهی فیلم های الماسی میکرو کریستالی استفاده شده است. فیلم های الماسی الترا نانوکریستالی از بسیاری از جنبه ها نسبت به فیلم های الماسی میکرو کریستالی مرسوم، مزیت دارد. این فیلم ها نرم، پردانسیته، عاری از پین هول، خلوص فازی بالا دارند و می توان آنها را بر روی گستره ی وسیعی از مواد و ساختارهای با نسبت طول به عرض بالا، استفاده نمود.
الماس های با اندازه ی ویژه ی در حد چند نانومتر بوسیله ی روش های دیگر تولید می شود مخصوصا این مواد به روش کلرینه کردن کاربیدها، تابش یونی گرافیت، تابش الکترونی آنیون های کربن و فرایندهای خاص CVD تولید می شوند. مشاهدات نجومی پیش بینی می کند که 10 تا 20 % از کربن بین ستاره ای در شکل نانو الماس است. سوال ها در مورد منشأ این الماس های نانو کریستالی هنوز هم بی جواب مانده است.
پایداری نانو الماس
این به درستی فهمیده شده است که فاز پایدار کربن در مقیاس ماکرو، گرافیت است و الماس فاز شبه پایدار است. تفاوت انرژی میان دو فاز تنها 0.02 eV/atom است. به هر حال، به دلیل سد فعال سازی بالا برای این استحاله ی فازی( تقریبا )، به منظور ایجاد استحاله ی فازی، نیازمند استفاده از دما و فشار بسیار بالا و همچنین استفاده از کاتالیست هستیم. به هر حال در مقیاس نانو، دیاگرام فازی کربن علاوه بر فشار و دما باید یک فاکتور دیگر را نیز در نظر بگیرد. این فاکتور اندازه ی کلاسترهاست. در عبارات انرژی آزاد گیبس بر واحد اتم یک کلاستر n اتمی در یک فاز معین، مشارکت انرژی سطحی به انرژی آزاد بالک، اضافه می شود. تخمین ها در مورد جابجایی خطوط تعادل فازی برای ذرات کربن کوچکی که دارای چند صد تا چند ده اتم بودند، اخیرا مورد بررسی قرار گرفته است( شکل 1a). نویسندگان با محاسبات بدست آمده از داده های دما- فشار- حجم تجربی بدست آمده از دیاگرام فازی نانو کربن بیشتر از داده های بدست آمده از معادله ی حالت کربن خالص، توافق دارند. این نتایج همچنین پیشنهاد می کند که ذرات کربنی که دارای تا اتم هستند، می توانند در دماهایی پایین تر از دمای ذوب کربن بالک، ذوب شوند. به عنوان یک بسط دیگر در زمینه دیاگرام فازی کربن، با توجه به این حقیقت که در اندازه های کمتر از 1.8 نانومتر، سایر شکل های کربن مانند فلرن ها و آنیون ها فروان هستند، این پیشنهاد می شود که ناحیه ی مربوط به دیاگرام فازی فلرن ها و آنیون ها ایجاد گردد( شکل 1.b).
به هر حال، آنالیزهای انجام شده بر روی هندسه های بهینه ی سطوح نانو الماسی ساده، نشان داه است که پایداری نمونه های نانو کربنی کاملا پیچیده است. شبیه سازی های اخیر در این زمینه نشان می دهد که درکلاسترهای کروی با اندازه ی بین 1 تا 3 نانو متر، مورفولوژی کریستالی نقش مهمی در پایداری کلاستر ایفا می کند. در حالی که سطوح کریستال های مربعی دارای ساختاری مشابه با الماس بالک است، کلاستر های با سطوح اکتاهدرال، کیوبو اکتاهدرال و کروی دارای پیوند بیابینی میان هیبریداسیون و هستند. پوسته پوسته شدن ترجیحی صفحات (1 1 1) در کلاسترها، در گستره های اندازه ای زیر نانومتر ایجاد می شود و در کلاستر ها الماسی کوچک، این مسئله استحاله ی کلاستر به فولرن را تسریع می کند. این مسئله در مورد ساختارهای پوسته پیازی با هسته ی الماسی در مورد کلاسترهای بزرگتر رخ می دهد( شکل 2b و 2a).
اخیرا، Barnard و همکارانش، آنالیزهای پایداری بر روی فلرن ها، پیازشکل ها و باکی بال های الماسی انجام داده اند. آنالیزهای انجام شده مشابه آنالیزهایی بوده است که برای بررسی پایداری الماس و گرافیت در مقیاس نانو، مورد استفاده قرار می گیرد. با توجه به نتایج بدست آمده در برخی مقالات، همین طور که اندازه ی سیستم برای تمام ساختارهای کربنی افزایش می یابد، پایدارترین شکل کربن در مقیاس نانو از فلرن به ساختارهای آنیونی تبدیل می شود. این رویه بعد از ساختاره های آنیونی به ترتیب عبارتست است: فلرن به پیازی شکل ها، پیازی شکل ها به باکی بال های الماسی، باکی بال های الماسی به نانو الماس ها و نانو الماس ها به گرافیت. اخیرا اشتراکات میان فلرن ها و ساختارهای نانوتیوبی یک سر بسته نیز مورد بررسی قرار گرفته است. در مورد کلاسترهای کربنی کوچک، سه ناحیه پایداری می تواند ترسیم شود:
کلاسترهای دارای کمتر از 20 اتم( پایدارترین هندسه ی کلاسترهای حلقه ای یک بعدی)
کلاسترهای دارای 20 تا 28 اتم(کلاسترهای با هندسه ی کاملا متفاوت دارای انرژی های یکسانی هستند).
کلاسترهای بزرگتر( برای کلاسترهای بزرگتر، فلرن ها باید فاز پایدارتر باشند.
درجه ی پایداری اشکال کربنی در مقیاس نانو در شکل 4 خلاصه شده است. عموما، برای تمام نانو ساختارهای کربنی، این نشان داده شده است که در اندازه های کمتر از 5 تا 10 نانومتر، نانو الماس ها از لحاظ ترمودینامیکی، پایدارترین فاز است. این در حالی است که در مقیاس بزرگ، الماس فاز شبه پایدار است( این نتایج با روش های محاسباتی پیچیده بدست آمده است). در همین زمان، روش های محاسباتی نشان می دهد که پایداری نانو الماس به اندازه های کوچکی در حد 1.9 نانومتر، محدود می شود. در زیر این اندازه، ساختارهای وابسته به فلرن، پایدارترند.
پایداری نسبی مورفولوژی های مختلف نانو الماس، اگر اشباع شدگی پیوند قرار گرفته در سطح ذرات و یا سطح مشترک میان ذرات UNCD در نظر گرفته شود، تغییر می کند. تا سال های اخیر، بیشتر کارهای تجربی مربوط به نانو الماس، با در نظر گرفتن شکل کروی برای ذرات، انجام شده است. شکل 3b شکل کروی کامل ذرات نانو الماس را نشان می دهد. در این مورد، یک ذره در طی سنتز بوسیله ی یک فرایند کلریناسیون کاربیدی، بوسیله ی مواد کاربیدی احاطه شده است. به هر حال، تصویر میکروسکوپ الکترونی عبوری با رزولیشن بالا( HRTEM) از یک کلاستر منفرد نانو الماس بر روی سطح یک تیپ Mo به طور واضح وجود صفحات را بر روی سطح ذرات، نشان می دهد؛ در واقع این کلاسترها دارای شکل پلی هدرال هستند( شکل 3c). برای آدرس دهی پایدارترین اشکال ذرات نانو الماسی هیدروژن دار شده، گرماهای تشکیل برای چند سری از نانو الماس ها، محاسبه شد. نتایج این محاسبات برای ذرات کیوبو اکتاهدرال، اکتاهدرال و کروی و پنتا پارتیکل در شکل 5 نشان داده شده است. تمام این سری ها بوسیله ی نمودارهای مربوط به اکتاهدرال های هیدروژن دار شده، محدود می شوند. نمودارهای برون یابی شده با محور y در نقطه ی مربوط به حرارت تشکیل الماس بالک، برخورد می کند. این مسئله می تواند استنتاج شود که پایدارترین مورفولوژی نانو الماس های هیدروژن دار شده گروه های اکتاهدرال، پنتاهدرال و کروی تشکیل شده اند. به طور واضح باید گفت که سری های بیشتری از مرفولوژی های نانو الماسی مختلفی وجود دارد که می تواند ایجاد شوند. به همراه انجام آنالیزهای بالا بر روی تماما کلاسترهای کربنی، درجه ی پایداری اشکال کربنی دارای H در مقیاس نانویی نیز در شکل4 آورده شده است. ناحیه ی پایداری نسبی اشکال مختلف کربن های هیدروژن دار شده برای تأکید بر روی چندگانگی مورفولوژی های ممکنه برای ذرات نانو الماسی که در این ناحیه قرار گرفته اند، آورده شده است. برای اینکه این رویه کمی تر شود، تمام شبیه سازی های مربوطه را باید با استفاده از روش های محاسباتی یکسان، انجام داد.
نوع نانو الماس و روش های سنتز آنها
گزارشات مختلفی در زمینه ی مشاهدات تجربی از الماس های نانو اندازه وجود دارد. روش های گزارش شده برای سنتز نانو الماس ها متنوع است. این روش ها شامل روش هایی همچون جوانه زنی در فشار معمولی، کلریناسیون مواد کاربیدی در دماهای معمولی، استحاله ی گرافیت/ نانو کربن با استفاده از روش موجی تلاطمی و چگالش در طی سوختن انفجاری، می شود.
اطلاعات در مورد نوع نانو الماس ها با توجه به دیمانسیون اجزای الماس، در زیر مرتب شده است. ما در این مورد از سیستم های ایزوله ی با ساختار تک بعدی شروع می کنیم و سپس در مورد ذرات قرار گرفته در یک ماده ی زمینه ی دیگر، صحبت می کنیم. و بعد از آن در مورد ساختارهای نانو الماسی 1 بعدی و 2 بعدی صحبت می کنیم. در نهایت تجمعات سه بعدی از نانو کریستال های الماسی را که به عنوان فیلم های نازک رشد داده شده و یا از پودر UNCD فشرده شده( تولید کننده ی اشکال بالک)، تشکیل شده اند، را مورد بررسی قرار دادیم.
ساختارهای نانو الماسی صفر بعدی
ما در ادامه روش های سنتز ذرات نانو الماسی را با توجه به اندازه ی ویژه ی ذرات اولیه، مورد بررسی قرار می دهیم. ما این بحث را با بررسی ذرات نانو کریستالی شروع می کنیم و بعد از آن در مورد UNCD صحبت می کنیم، سپس در مورد مولکول های الماسی صحبت می کنیم. اطلاعات در مورد اندازه ی ویژه ی ذرات الماسی تجاری در شکل 6 آورده شده است.
ذرات نانو الماس منفرد با اندازه های چند ده نانومتر ممکن است تک کریستال یا پلی کریستال باشند. در حقیقت این ماده محصول فرعی در هنگام تولید الماس طبیعی یا الماسی است که با روش HPHT تولید می شود. الماس مصنوعی با اندازه های زیر 50 میکرون ماده ی اولیه ی تولید الماس های میکرونی یا زیر میکرونی است. فرآوری بر روی ذرات الماسی با اندازه ی میکرونی و ایجاد الماس های با اندازه ی کوچک شامل فرایند های آسیاب کاری، خالص سازی و درجه بندی پودر می شود. ذرات نانو الماسی تک کریستالی دارای لبه های تیزتری هستند( شکل 6).
پودر نانو الماس پلی کریستال را می توان از ذرات الماس پلی کریستالی تولید شده با روش سنتز موجی، تولید نمود. تحت شرایط مناسب، موج های شک زا به صورت انفجاری می تواند فشارهای بزرگ( در حدود 140 GPa) و دماهای بالا ایجاد کند و بدین صورت استحاله ی جزئی موجب تبدیل شدن گرافیت به دانه های الماس نانو متری می شود که از ذرات پلی کریستال نانو سایز تشکیل شده است. برای جلوگیری از استحاله ی فازی بازگشتی( تبدیل الماس به گرافیت)، مس در این فرایند با گرافیت مخلوط می شود. این مسئله ما را قادر می سازد تا در دماهای بالا، حرارت را سریع تر پخش کنیم. ذرات الماس پلی کریستال با اندازه ی میکرونی ترد تر از میکرو ذرات تک کریستال هستند و به طور گسترده در کاربردهای پولیش کاری مورد استفاده قرار می گیرد. این مسئله مهم است که بدانید، سوسپانسیون های آگلومره نشده از ذرات الماس نانو کریستالی در آب و روغن نیز توسعه یافته اند. برخی مطالعات اخیر گزارش می دهد که فشارهای دینامیکی پایین( تا 15 GPa) برای تولید الماس از گرافیت های پیرولیتی منظم، کافی است. در این روش، موج های شک زای صفحه ای موازی با صفحه ی اصلی گرافیت اعمال می شود. ذرات الماس که از کریستالیت های با اندازه ی دانه ی چند ده نانومتر تشکیل شده اند، با استفاده از روش میکروسکوپ الکترونی با رزولیشن بالا، شناسایی شده اند. برای سنتز الماس، روش موج شک زا چندین بار اصلاح شده است.
ذرات اولیه ی UNCD با اندازه های ویژه ی 5 نانومتر( شکل 3 و 6) با استفاده از روش احتراق مواد جامد اشتعال زا در یک اتمسفر خنثی تولید شده است. این گروه از مواد نانو الماسی از لحاظ تکنولوژیکی مهم هستند، زیرا احتراق UNCD می تواند در مقادیر بالک نیز انجام شود. محصول بدست آمده از روش احتراقی، دوده ی احتراقی نامیده می شوند. این دوده دارای فاز الماسی است که با استفاده از عملیات حرارتی از فاز دوده جدا می شود. در حالی که جداسازی کوچکترین UNCD ها با اندازه ی 2 تا 5 نانومتر در مقیاس آزمایشگاهی، قابل انجام است، عموما آگلومره شدن یکی از مشکلات جدی در کاربردهای نانوتکنولوژیکی است. در همین زمان، چندین گزارش در مورد این وجود دارد که با روش احتراقی می توان سوسپانسیون هایی از ذرات UNCD با اندازه ی چند ده نانومتر تولید نمود. یکی دیگر از مواد ذره ای بدست آمده از UNCD تولید شده با روش احتراقی، ذرات پلی کریستال میکرونی می باشد. این مواد با زینترینگ احتراقی پودر UNCD اولیه تولید می شوند( شکل 6). به دلیل مدورتر بودن ذرات تولید شده با این روش، نسبت به روش انجام شده بوسیله ی Mypolex ، این پیش بینی می شود که این ذرات، کاربردهای جدیدی پیدا کنند.
اخیرا، یک خانواده ی کامل از گونه های الماسی هیدورژن دار با اندازه ی 1 تا 2 نانومتر، کشف شده اند. این الماس گونه ها از نفت خام استخراج می شوند و در واقع مولکول های الماسی هستند که به صورت میله های الماسی نانو متری، دیسک ها، هرم ها و ... هستند. صلبیت بالای آنها به خوبی تعریف شده است و قابلیت تبدیل آسان در این مواد، آنها را به بلوک های ساختاری پر ارزش برای نانوتکنولوژی تبدیل کرده است. یک سری از شبه الماس های خاص هم اکنون می توانند در مقادیر گرمی تولید شوند. برخی از شرکت ها نیز این نوع از الماس را به بازار ارائه کرده اند. مکانیزم دقیق تشکیل این شبه الماس ها از نفت هنوز هم یک راز تلقی می شوند. تاکنون امکان سنتز مقادیر زیادی از شبه الماس ها وجود نداشته است. این شبه الماس ها دارای سیستم هاس کریستالی مختلفی هستند. برای مثال بر اساس نوع ایزومر، کریستال های این مواد می توانند تریکلینیک، ارتورومبیک، مونوکلینیک و یا میله ای شکل باشند( شکل 7).
در بخش بالا، گروه های مختلف ذرات نانو الماسی مورد بررسی قرار گرفت. در بخش بعدی ما یک مرور کلی در مورد سنتز ذرات نانو الماسی در مقیاس آزمایشگاهی، صحبت می کنیم. برای طبقه بندی روش های کنونی تولید نانو الماس، یک روش آزمایشی در شکل 8 پیشنهاد شده است.
در حالی که یک گروه خاص از نانو الماس های تجاری به عنوان محصول فرعی روش سنتز HPHT ایجاد می شود، مطالعات آزمایشگاهی در زمینه ی تبدیل HPHT اشکال نامتعارف کربن به نانو الماس، وجود دارد. فرایند HPHT برای تبدیل گرافیت به الماس نیازمند فشار 6 GPa و دمایی در حدود ℃1500 است( در این فرایند نیاز به کاتالیزور نیز می باشد). سنتز الماس از مواد اولیه ی غیر متعارف مانند فلرن ها و نانو تیوب های کربنی در دماهایی کمتر و فشارهایی کمتر نسبت به سنتز الماس از گرافیت، انجام می شود. برای مثال، استحاله ی باکی بال ها به الماس در فشارهای استاتیکی بالا می تواند در دمای اتاق اتفاق افتد و نیاز به استفاده از کاتالیزور نیز ندارد. یکی دیگر از گروه های تحقیقاتی در مورد استحاله ی فلرن ها به الماس تحت شرایط متوسط( فشار 5.0 تا 5.5 GPa و دمای ℃1400) گزارش داده اند. نانو تیوب های کربنی در فشار 4.5 GPa و دمای ℃1300 با استفاده از کاتالیزور NiMnCo به الماس تبدیل می شوند. بر اساس مشاهدات HRTEM، نویسندگان این پیشنهاد را کردند که تحت شرایط HPHT، ساختارهای تیوبی در هم کی شکنند و با شکسته شدن پوسته های گرافیتی، این بخش ها حلقه ای می شوند و به شبکه های کروی تبدیل می شوند انحنای بالایی در پوسته های گرافیتی در هم پیچیده، ایجاد می شود و اتصالات عرضی لایه ها در ساختارهای پوسته پیازی شکل ایجاد می شود. این مسئله منجر به افزایش نسبت پیوند های در ساختار می گردد و از این رو تشکیل الماس را تسهیل می کند .
ما در ادامه در مورد روش های سنتز بر پایه ی CVD و روش های تابشی و استفاده از ذرات پر انرژی، صحبت می کنیم. Frenklach و همکارانش، جوانه زنی و رشد پودرهای نانوالماسی از حالت بخار را به طور مستقیم در یک رآکتور CVD پلاسمایی مورد مطالعه قرار دادند. ذرات تولید شده در بخش پایینی رآکتور بر روی یک فیلتر جمع آوری می شوند و تحت اکسیداسیون قرارگرفته تا کربن های غیر الماسی آنها، حذف شوند. جوانه زنی الماس هموژن در زمانی رخ می دهد که مخلوط دی کلرومتان اکسیژن و تری کلرواتیلن اکسیژن به عنوان ماده ی اولیه مورد استفاده قرار گیرند. ذرات تشکیل شده دارای اشکال کریستالی با اندازه ی متوسط 50 نانومتر هستند. یک مخلوط از انواع مختلفی از الماس ها در این پودر مشاهده شده است.
Frenklach و همکارانش همچنین اثرات افزودن اتم های بیگانه بر روی جوانه زنی کربن جامد در رآکتور پلاسمایی با فشار پایین را مورد بررسی قرار دادند. افزودن دی بوران( ) موجب تولید مقادیر قابل توجهی ذرات الماس در ابعاد 5 تا 450 نانومتر می شوند. این نشان داده شده است که در شرایط مشابه، عدم وجود دی بوران، موجب می شود تا هیچ الماسی تولید نشود. بازده پودر مقاوم در برابر اکسیداسیون که بوسیله ی مخلوط های دارای بور تولید شده است، تا 1.3 میلی گرم بر ساعت نیز می رسد. این دیده شده است که نان الماس های موجود در باقیمانده های حاصل از CVD، دارای ساختاری با دوقلویی های غیر خطی است. مطالعات مستقیم بر روی جوانه زنی الماس از یک فاز گازی فعال شده یک نقش مهم در آشکارسازی مکانیزم هایی داشت که در تشکیل غبارات فضایی مشارکت داشته است.
یکی دیگر از مثال های جوانه زنی هموژن الماس در فاز گازی، تجزیه ی القا شده با لیزر در فشارها و دماهای پایین است. این جوانه زنی موجب تشکیل پودر الماس با اندازه ی دانه ی 6 تا 18 میکرون می شود. با توجه به کارهای انجام شده بوسیله ی Buerki و Leutwyler، نانو ذرات الماسی با خلوص بالایی که به روش هموژن هسته زایی کرده اند، دارای مورفولوژی کروی و منفصل هستند.
یکی دیگر از گروه های تولید نانو الماس، استحاله ی مستقیم جامد های کربنی به نانو الماس است. تجربیات اخیر نشان داده است که تابش یون ها و یا الکترون ها موجب می شود تا جوانه زنی کریستال های الماسی در داخل فلرن ها، القا گردد. تابش الکترون های پر انرژی به طور موفقیت آمیز برای تبدیل هسته های کربنی پوسته پیازی به الماس نانو سایز مورد استفاده قرار گرفته است. این کار در دماهایی بالاتر از 900 کلوین انجام شده است. این تجربیات به صورت درجا در یک میکروسکوپ الکترونی، بدست آمده است. با استفاده از این تکنیک توانایی مشاهده ی پیوسته ی فرایند انجام این کار، امکان پذیر می باشد. یک بهم فشردگی قوی در بخش داخلی این ساختار پیازی شکل به دلیل کاهش فضای میان پوسته های متحد المرکز متوالی در طی تابش، انتظار می رود. تابش باریکه ی یونی جامدهای کربنی همچنین باعث تشکیل نانو الماس می شود. تابش یون نئون یک بار مثبت در دمایی بین 700 تا موجب می شود تا دوده ی گرافیتی به الماس نانومتری تبدیل شود. همچنین این فهمیده شده است که تحت تابش، الماس در هسته های ساختارهای پیازی شکل گرافیتی تشکیل می شود. بازده تولید الماس در این فرایند نسبت به روش تابش اشعه ی الکترونی، بیشتر است. علت این موضوع جابجایی های عرضی بیشتر، انتقال انرژی بیشتر و جریان کلی بیشتر اشعه است که به نمونه برخورد می کند. سایر مواد کربنی نیز می توانند با استفاده از پالس های لیزری، الکترون های دارای انرژی مگا الکترون ولتی، یا باریکه های یونی، به نانو الماس تبدیل شوند. ذرات نانو الماس از ذرات ریز کربن بلکی تولید می شوند که تحت تابش لیزر قرار گرفته اند. به طور مشابه، تبدیل نانوتیوب های کربنی به ساختارهای پیازی شکل کربنی و سپس تولید نانو الماس، نتیجه ای از تابش لیزر به این مواد می باشد. جوانه زنی نانو الماس در داخل این ساختارهای پیازی شکل، تحت تابش اشعه ی یونی در دمای معمولی انجام می شود. این کار با استفاده از اشعه ی یونی کریپتون 1 بار مثبت انجام می شود. باقیمانده ی گرافیتی حاصله از این واکنش دارای نانو الماس با اندازه ی قطر متوسط 7.5 نانومتر می باشد. مثالی دیگر از تشکیل نانو الماس، تابش سطحی گرافیت پیرولیتیکی با جهت گیری بالا با استفاده از یون های با بار زیاد می باشد.
استحاله ی فازی ساختاری نانوتیوب های کربنی چند لایه و تولید الماس های نانو کریستالی اخیرا با استفاده از انجام عملیات بر روی نمونه هایی از نانوتیوب های کربنی چند لایه با قطر 20 تا 4 نانومتر انجام شده است. این کار در پلاسمای هیدروژنی انجام شده است. ذرات الماس نانو کریستالی با قطرهایی در گستره ی 5 تا 30 نانومتر در یک زمینه ی آمورف قرار داده شده اند( شکل 9a). این پیشنهاد شده است که مکانیزم تشکیل و رشد الماس، یک توالی از تشکیل کلاسترهای کربنی آمورف با پیوند خواهد بود. Sun و همکارانش این مسئله مورد بررسی قرار دادند که جذب شیمیایی هیدروژن بر روی شبکه ی گرافیتی و تمرکز انرژی بر روی نانوتیوب های کربنی بوسیله ی برخورد هیدروژن مولکولی یا اتمی، مسئول تشکیل یک زمینه ی کربنی آمورف است. مشابه نقش هیدروژن در رشد الماس به روش CVD معمولی، روش اچ کردن پلاسمایی با هیدروژن نیز از تشکیل گرافیت در فرایندهایی که بوسیله ی گرما فعال می شوند، جلوگیری می کند.
جوانه زنی نانو الماس در فیلم کربنی آمورف همچنین از طریق روش CVD بایاسی نیز قابل انجام انجام است. هسته های الماس با قطر 5 تا 10 نانومتر اخیرا در فیلم های کربنی رشد داده شده با استفاده از CVD بایاسی، نیز مشاهده شده است. نویسندگان یک مدل عمومی برای جوانه زنی الماس بوسیله ی نمونه های پر انرژی( مانند روش CVD بایاسی یا روش بمباران باریکه ی یونی)، پیشنهاد می کنند. این فرایند از جوانه زنی بالک خودبخودی یک خوشه ی الماسی در یک زمینه ی آمورف کربنی، تشکیل شده است. همچنین علاوه بر این جوانه زنی، فرایند از تثبیت خوشه بوسیله ی شرایط مرزی مطلوب در مکان های جوانه زنی و خاتمه ی کار بوسیله ی هیدروژن انجام می شود. رشد ایجاد شده در این جوانه از طریق مکانیزم جابجایی و بواسطه ی بمباران یونی، القا می شود. تشکیل یک فاز کربنی هیدروژن دار شده و آمورف از طریق فرایند القایی، انجام می شود. در این فرایند های القایی، کربن ، هیدروکربن ها و گونه های هیدروژنی پر انرژی سطح را بمباران می کنند و در تشکیل لایه ی سطحی مشارکت می کنند.
در نهایت، یک گروه جدید از کربن های نانوساختار اخیرا سنتز شده اند. در این کربن ها، ذرات نانو الماسی یک ساختار هیبریدی را با نانو تیوب های کربنی تک دیواره تشکیل می دهند. این نوع کامپوزیت ها در رآکتور با فیلمان داغ در یک دستگاه CVD انجام شده است. این تجهیزات به دستگاهی متصل بود که بوسیله ی آن پودر به داخل ترزیق می گردد. مواد واکنش دهنده پودر کربن( با قطر 40 نانومتر) و هیدروژن اتمی است. در این فرایند، زیر لایه ی Si بوسیله ی ذرات زیر میکرونی آهن پوشش داده شده که این مسئله رشد اولیه ی نانو لوله های کربنی را توسعه می دهد. در مرحله ی اولیه ی توالی رشد، مجموعه هایی از نانو لوله های تک لایه ی کربنی با طول ماکزیمم 15 میکرون رشد داده شدند. بعد از این فرایند، کریستالیت های الماسی با اندازه ای در گستره ی 20 تا 100 نانومتر در این نانو تیوب ها تشکیل می شود( شکل 9b).


ثبت نام و کسب امتیاز
__________________

نــــــــــر بودن یک جنسیت است ومــــــــــــــــرد بودن هویت...

زیادند دخترانی که نــــــــــــر نیستند ولی خیلی مــــــــــــرد هستن...




Ramana آفلاین است   پاسخ به نقل قول چوق/پاداش
قدیمی 03-03-2014   #2 (لينک اين پست)
مدیران بازنشسته پرشین سون
 
آواتار Ramana
 
تاريخ عضويت: Nov 2013
محل سكونت: زیر گنبد کبود
سن: 24
اسم واقعی: رامانا
پست ها: 40,832
تشكرها (از ديگران): 3,154
تشكر شده 4,445 بار در 2,109 پست
چوق (ثروتمند شماره 5): 20,473,925
پاداش داده شده 403 مرتبه
تاکنون 62 مرتبه با چوق تشکر کرده
تشکر شده با چوق 129 مرتبه
فعاليت Longevity
0/20 10/20
Today پست ها
ssss40832

ويترين جوايز


عکسهای خریداری شده
نوشابه شنگولی پرسپولیس تهران
پيش فرض

ساختارهای نانو الماسی یک بعدی
ابتدا ویسکرهای الماسی منظم بوسیله ی روش پایین به بالا( با استفاده از روش اچ کردن پلاسمایی فیلم های الماسی پلی کریستال) تولید شدند از جمله این فیلم ها می توان به فیلم های الماس دارای مولیبدن اشاره کرد( شکل 1).
فیلامنت هایی با قطر میکرونی با استفاده از روش تجمعی- کلوییدی ذرات UNCD تولید می شوند. بعد از استخراج و خشک کردن، این فیلامنت ها مشابه فیلامنت های شیشه ای می شوند اما اندازه گیری بر روی ویژگی های مکانیکی این فیلامنت ها، انجام نشده است. Koscheev و همکارانش همچنین فیلامنت های با قطر میکرونی تولید کردند که شامل ذرات UNCD است. این گروه، این فیلامنت ها را با استفاده از سایش لیزری قرص های نانو الماسی فشرده شده، تولید کردند. برخلاف فیلامنت های با دانسیته ی بالایی که از روش کلوییدی بدست می آیند، الیاف تولید شده با روش سایش لیزری، شبکه ای از زنجیره های نانو ذرات می باشند( شکل 2). مطالعات بر روی ترکیب عنصری و طیف سنجی رامان و فروسرخ فیلامنت ها، این گفته را تأیید می کند که این فیلامنت ها از نانو ذرات اولیه تشکیل شده اند که هنوز دارای ساختار الماسی هستند. بعد از خارج نمودن این مواد از محفظه ی خلأ، کل توده مانند ایروژل عمل می کند.
ستون های نانویی الماسی بر روی تمپلیت های اکسید آلومینیوم آندی رشد داده می شوند. این ستون های پلی کریستال با استفاده از روش CVD پلاسمایی میکروویو و ذرات نانو الماس 50 نانومتری( به عنوان جوانه زا) تولید می شوند. آرایه هایی از ستون های الماسی 300 نانومتری و منظم با طول های ستونی در حدود 5 میلی متر در شکل 3 نشان داده شده است.
اخیرا، نانو میله های تک کریستال از الماس بوسیله ی Ando و همکارانش تولید شده است. این نانو میله ها با استفاده از اچ یونی رآکتیو تولید شده اند. زیرلایه های الماسی تک کریستال مصنوعی که به روش HPHT تولید شده اند( این زیرلایه های دارای صفحات ترجیحی بوده اند)، بوسیله ی روش اچ کردن، برای تولید ماسک های میکرونی مورد استفاده قرار گرفته است( شکل 4).
جنبه های تئوری در مورد پایداری ترمودینامیکی DNR و مورفولوژی های ترجیح داده شده، بوسیله ی Barnard مورد بررسی قرارگرفته است. با استفاده از مدل سازی مقدماتی مورفولوژی های مختلف DNR ، نقش هیدروژن دار شدن سطحی در نظر گرفته شده است که این موضوع برای بدست آوردن وضعیت واقعی در زمینه ی بدست آوردن DNR با ویژگی های ساختاری مشابه با الماس بالک، مفید می باشد. این مسئله به صورت تئوری پیش بینی شده است که گاف های انرژی DNR با اندازه ی کمتر از 1.8 نانومتر، به طور قابل ملاحظه ای کوچکتر از الماس بالک می باشد. DNR ممکن است بسته به قطر نانو سیم ها، مورفولوژی سطحی و میزان هیدروژن دار شدن سطحی، نیمه فلزی یا نیمه رسانا باشد. یکی دیگر از پیش بینی های تئوری بر پایه ی داده های ab initio پیشنهاد می کند که DNR می تواند یک نیرو شکست ترد داشته باشد که مقدار این نیرو از مقدار این نیرو برای نانو تیوب های کربنی با شعاع بزرگتر از 1 تا 3 نانومتر، بیشتر می شود( بسته به جهت گیری DNR). عموما، این آشکار شده است که DNR یک ساختار مهم و هدفمند برای سنتز می باشد.
ساختارهای نانوالماسی دو بعدی
نانوصفحات الماسی تک کریستال اخیرا بر روی زیرلایه های الماسی پلی کریستال رشد داده شده اند. این زیرلایه ها پیش از رسوب دهی بوسیله ی یک فیلم 100 نانومتری از نیکل، پوشش دهی می شود. رسوب دهی در دمای ℃1000 و در یک رآکتور CVD پلاسمایی میکروویو با استفاده از مخلوط گازی متان/ هیدروژن انجام شده است. تصاویر میکروسکوپ الکترونی عبوری و روبشی آشکار کرده است که این نانو صفحات دارای اشکال منظم مثلثی و متوازی الاضلاع هستند که در آنها ضخامت در گستره ی 30 تا 70 نانومتر و طول آنها از چند صد نانومتر تا چند میکرون است( شکل 5). لبه های صفحات کوچک در طول جهات {110} قرار می گیرد. و صفحات بالایی و پایینی آنها با صفحات (111) موازی است. مورفولوژی صفحات کوچک این مسئله را نشان می دهد که آنها بوسیله ی رشد عرضی، تشکیل شده اند؛ اگر چه اثر نیکل بر روی تشکیل نانو صفحات الماسی مشخص نشده است. این نتایج، به همراه نتایج بدست آمده در زمینه ی رشد DNR، که در بالا مورد بررسی قرار گرفت، اثبات می کنند که سنتز نانو الماس های تک کریستالی با ابعاد مناسب، یک واقعیت است.
ساختارهای نانو الماسی سه بعدی
سه نوع از ساختارهای UNCD سه بعدی که هم اکنون به صورت تجاری در آمده است، عبارتند از فیلم های UNCD، کربن با ساختاری الماسی مشتق شده از کاربیدها و ذرات UNCD زینترشده ی بالک.
فیلم های UNCD با دانه های 2 تا 5 نانومتری در آزمایشگاه ملی آرگون، سنتز شده است. این فیلم ها با استفاده از روش رسوب دهی پلاسمایی جدید تولید شده اند که در آن، از مقدار قابل توجهی گاز نجیب استفاده می شود. فیلم های الماسی الترانانوکریستالی از بسیاری از جنبه ها از فیلم های الماسی میکروکریستالی، بهترند. در واقع بر خلاف این فیلم های الترانانوکریستالی جدید، فیلم های سنتی نرم، با دانسیته ی بالا، بدون پین حول، با خلوص فازی بالا هستند و می تواند بر روی گستره ی وسیعی از مواد اعمال شوند.
اخیرا، یک روش برای سنتز کربن الماسی بوسیله ی Gogotsi و همکارانش، توسعه یافته است. این روش بر اساس استخراج سیلیکون از کاربید سیلیکون یا کاربید فلزی در گازهای کلردار در فشار و دمای متعارف( دمایی کمتر از 1000℃) ابداع شده است. الماس های نانو کریستالی با اندازه ی کریستالی کمتر از 5 نانومتر بعد از استخراج سیلیکون یا فلز از کاربید، تولید می شود. در این روش ذرات الماس با اندازه ی 5 نانومتر در داخل زمینه ای آمورف تولید می شوند( این زمینه در طی کلرینه شدن TiC تشکیل می شود). یک ساختار آمورف از کربن/ نانو الماس اخیرا با استفاده از یک روش مشابه با روش آنیل کردن فیلم های کربنی دارای سیلیکون، تولید شده است. کربن و سیلیکون به طور همزمان از روی زیرلایه های کربنی آمورف (در دمای اتاق و خلا 〖10〗^(-4) Pa) تبخیر می شوند. دانه های نانو الماسی با اندازه ی 1.2 نانومتر در فیلم های کربنی دارای سیلیکون شناسایی شد. پس از مرحله ی رسوب دهی، فیلم ها در دمای 400 تا 800℃ تحت خلأ، عملیات حرارتی شدند. در این مرحله، دانه های الماس با اندازه ی 5 تا 50 نانومتر( بسته به دمای آنیل) رشد می کنند. رشد الماس و بتا سیلیسیم کاربید با تنظیم دمای حرارت دهی و درصد سیلیسیم مورد استفاده، قابل کنترل می باشند. این آشکار شده است که در این فرایند، نقش سیلیسیم به عنوان کاتالیزور می باشد. در این فرایند، در صورتی که به جای سیلیسیم از ژرمانیوم استفاده شود، نانو الماس تشکیل نمی شود.
یکی دیگر از شکل های بالک مورد توجه از نانو ذرات الماس، کامپوزیت های نانو الماسی است. این کامپوزیت ها شامل ذرات UNCD هستند که این ذرات به زمینه ی پیروکربنی متصل شده است. پودر UNCD در داخل یک محفظه ی دارای شکل معین قرار داده می شود و بوسیله ی پیروکربن تشکیل شده بوسیله ی تجزیه ی متان، پیوند ایجاد می شود. این ماده دارای 50 تا 70 % تخلخل است و دارای مدول یانگ نسبتا بالایی می باشد( 30 GPa). اندازه ی تخلخل های ایجاد شده در این ماده از 20 تا 30 نانومتر بزرگتر نمی باشند و شعاع متوسط آنها 4.5 نانومتر است. داشتن تخلخل بالا، موجب می شود تا ماده دارای فعالیت جذبی بالایی باشد. این مسئله مخصوصا برای بیومولکول های بزرگتر، بیشتر به چشم می آید. تولید این ماده در کارخانه ی Skeleton Technologies( یک کارخانه ی سوئیسی) انجام شده است.
به طور خلاصه باید گفت که روش های جدیدی از سنتز نانو الماس در چند سال اخیر توسعه یافته است.
ذرات الترانانو کریستالی الماس( تولید شده به روش انفجار احتراقی)
سنتز و ویژگی ها
در روش استفاده از انرژی ایجاد شده از انفجار برای تولید الماس، خوشه های الماس از اتم های کربنی تشکیل می شوند که به خودی خود دارای مولکول های آتش گیر هستند. بنابراین در این روش تنها مواد آتش گیر مورد استفاده قرار می گیرد. گستره ی وسیعی از مواد آتش گیر می تواند در این روش سنتز مورد استفاده قرار گیرد. مخلوط انفجاری، معمولا یک مخلوط از TNT( 2 متیل 1، 3، 5 تری نیتروبنزن) و هگزون( با نسبت 60 به 40) می باشد که از کربن، نیتروژن، اکسیژن و هیدروژن تشکیل شده است. در این مخلوط بالانس اکسیژن منفی است و از این رو کربن اضافی در سیستم وجود دارد. بالانس منفی اکسیژن در این سیستم یک وضعیت مهم برای تشکیل UNCD است. انفجار در محیط غیر اکسیدی ( شکل 6) از گازهای دیگر، انجام می شود. این محیط می تواند تر یا خشک باشد. محیط مورد استفاده در این روش سنتز به عنوان بخش مبرد عمل می کند. برای جلوگیری از تشکیل UNCD در موج انفجاری( به دلیل وقوع استحاله ی گرافیت در دمای بالا)، سرعت سرمایش محصولات واکنش دهنده باید کمتر از 3000 کلوین بر دقیقه باشد. شک اولیه ی ایجاد شده از ماده ی منفجره باعث می شود تا فشار بالایی از مواد انفجاری ایجاد شده و با افزایش حرارت در این مخلوط انفجاری، تجزیه ی ترکیبات نیز رخ می دهد. این مسئله موجب می شود تا مقادیر بالایی انرژی در یک میکرو ثانیه ایجاد شود( شکل 6). همین طور که موج انفجار گسترش می یابد، دمای بالا( در گستره ی 3000 تا 4000 کلوین) و فشار بالایی( در گستره ی 20 تا 30 گیگا پاسکال) ایجاد می شود که این گستره از دما و فشار در گستره ی ناحیه ی پایداری الماس است( شکل 7). در طی انفجار، کربن آزاد به صورت کلاسترهایی تشکیل می شود و با استفاده از فرایند نفوذ، بزرگ می شود. محصول سنتز انفجاری، دوده یا مخلوط الماسی نامیده می شود. این مخلوط شامل 40 تا 80 درصد وزنی فاز الماسی است( بسته به شرایط انفجار).
عموما دو نیاز تکنولوژیکی اصلی برای سنتز UNCD با استفاده از روش انفجاری، مورد نیاز است. یکی اینکه ترکیب شیمیایی مواد منفجره باید شرایط ترمودینامیکی مطلوب را برای تشکیل الماس، فراهم آورد. دوم اینکه ترکیب شیمیایی اتمسفر گازی باید سرعت های سرد کردن مورد نیاز برای جلوگیری از اکسیداسیون الماس را فراهم آورد. بازده تشکیل الماس به طور قابل ملاحظه ای به مخلوط انفجاری وابسته است. شکل انفجار نیز بر روی بازده اثر می گذارد( شکل ایده آل کروی است). همچنین 5 کیلوگرم ماده برای پر کردن یک محفظه ی 11 متر مکعبی مورد نیاز است.
علاوه بر UNCD، مخلوط الماسی دارای ساختاری شبه الماسی( 35 تا 45 % وزنی) است و دارای ناخالصی های غیر قابل سوختن است( مثلا فلزات و اکسیدهای آنها( 1 تا 5 %)). با استفاده از تفرق اشعه ی X و تفرق اشعه ی x را زاویه ی کوچک، نشان داده شده است که کلاسترهای UNCD در دوده انفجاری دارای ساختاری پیچیده است. در این ساختار یک هسته ی الماسی با اندازه ی تقریبی 4.3 نانومتر و یک پوسته ی کربنی با پیوند sp2 وجود دارد.
خالص سازی UNCD بوسیله ی روش شیمیایی و مکانیکی، انجام می شود. بعد از زدایش مکانیکی مخلوط های بدست آمده از فرایند، پودر کربن- الماس در اسید نیتریک، تحت عملیات اکسیداسیون قرار گرفته و بدین وسیله فاز الماس آنها جداسازی می شود. در این روش، فلزات حل می شوند و کربن نانو الماسی به طور همزمان، اکسید می شوند. بعد از تمام شدن این مرحله، الماس تولیدی بوسیله ی آب شستشو می شود. بعد از خالص سازی، پودر UNCD می تواند به عنوان یک کامپوزیت مورد استفاده قرار گیرد. عموما روش خالص سازی UNCD و خلوص UNCD از محصولی به محصول دیگر، متفاوت است.
مقدار ناخالصی نانو الماس تولید شده با روش سنتز انفجاری در مقایسه با سایرروش های تولید الماس مصنوعی، بیشتر است. محصولات تجاری تولید شده با این روش، دارای گرید هایی از جمله ی سوسپانسیون های الماسی و پودرهای بدست آمده از سوسپانسیون می باشد. این پودر از خشک کردن سوسپانسیون الماس تولید می شود. عموما، تولید UNCD شامل سنتز انفجاری، خالص سازی شیمیایی و شستشوی اسیدی UNCD است. این فرایند ها موجب بهبود و اصلاح الماس می شود.
ویژگی های ذرات UNCD عمدتا عمدتا بوسیله ی اندازه ی نانومتری آنها تعریف می شود. این اندازه، اندازه ی مشخصه در تبدیل جامدات ماکروکولکولی به جامدات کریستالی است. نیمی از تمام اتم ها در این چنین ذرات، در سطح واقع شده اند و بنابراین با اتم ها، اتم ها و گروه های جذب شده، واکنش می دهد. این اتم های جذب شده که ممکن است از تعداد اتم موجود در ذرات الماسی، بیشتر باشند، می تواند به طور مؤثر بر روی ویژگی های فیزیکی و شیمیایی ذرات اثر بگذارند. گروه های عاملی مختلفی می تواند به سطح الماس متصل شوند. این گروه ها را می توان از سطح ذرات شناسایی نمود( شکل 8). برای به حداقل رساندن انرژی سطحی، ذرات UNCD با اندازه ی تقریبی 4 نانومتر کلاسترهای بزرگی را تشکیل می دهند. این کلاسترها دارای اندازه ی 20 تا 30 نانومتر هستند و این کلاسترها نیز آگلومره های بزرگی را تشکیل می دهند. گاهی اوقات اندازه ی این آگلومره ها بزرگ تر از چند صد نانو متر است).
جدول 1 برخی از ویژگی های ذرات UNCD را نشان می دهد. توجه کنید که این ویژگی ها، برخی از ویژگی های پودرهای UNCD هستند. در ادامه برخی از این ویژگی را مورد بررسی قرار می دهیم.
ویژگی های سطحی و الکترونی ذرات الماس نانومتری بوسیله ی اسپکتروسکوپی فوتوالکترونی( XPS) و اسپکتروسکوپی فوتوالکترونی UV( UPS) مورد بررسی قرارگرفته است. در این آزمایشات، نانو الماس بر روی زیرلایه های سیلیکونی بوسیله ی روش الکتروفورتیک رسوب دهی شده است. با توجه به آنالیز XPS، پودر UNCD دارای ناخالصی قابل توجهی( به جز نیتروژن) نیست. مقدار این ناخالصی نیتروژن، در حدود 1 تا 2 % است. فیلم UNCD تولید شده از پودر، دارای پیک اکسیژن قوی است. بعد از عملیات حرارتی این فیلم بوسیله ی پلاسمای میکروویو هیدروژنی و انتقال نمونه به سیستم XPS، مقدار اکسیژن این فیلم صفر می شود.
برخی اندازه گیری ها در مورد ویژگی های الکتریکی پودرها و سوسپانسیون ها در جدول 1 آورده شده است.
کاربردهای ذرات الماسی الترا نانو کریستالی
کاربردهای ذرات UNCD تولید شده با روش انفجاری می تواند به دو نوع سنتی و جدید تقسیم بندی شود. نوع سنتی آنهایی هستند که دو دهه ی قبل مورد استفاده قرار می گرفتند. نوع جدید، آنهایی هستند که در سال های اخیر بر پایه ی نانوتکنولوژی پیشرفته ابداع شده اند. از بین کاربردها، کاربردهای بیولوژیکی باید به طور مجزا در نظر گرفته شود. علت این موضوع این است که این کاربردها، بسیار خاص هستند.
کاربردهای ذرات UNCD تکنولوژیک عبارتست از پوشش های گالوانیک فلزی، خمیرها و سوسپانسیون های پولیش کاری، کامپوزیت های پلیمری، روغن های روان ساز، گریس ها، و مواد سردکننده ی روان ساز هستند.
رسوب دهی الکتروشیمیایی UNCD با فلزات، در بسیاری از کاربردها مانند پوشش های مورد استفاده در واحدهای انتقال، ابزارهای مورد استفاده در الکترونیک، مهندسی الکترونیک، پزشکی، صنعت ساعت و جواهرسازی مورد استفاده قرار می گیرند. مزیت های افزودن UNCD به پوشش های گالوانیکی، عبارت است از افزایش مقاومت به سایش( به میزان 2 تا 13 برابر)، میکروسختی( به میزان دو برابر)، افزایش مقاومت به خوردگی( 2 تا 6 برابر)، کاهش تخلخل، کاهش قابل توجه ضریب اصطکاک، بهبود قابل توجه چسبندگی و پیوستگی و توان پرتاپ بالای الکترولیت. با توجه به کارهای انجام شده، این فهمیده شده است که عمر محصولاتی که در آنها از این ماده استفاده شده است، دو تا 10 برابر افزایش پیدا می کند. این مسئله حتی در زمانی که ضخامت پوشش 2 تا 3 برابر کاهش می یابد، نیز مشاهده می شود. اثر استحکام بخشی این پوشش ها در بسیاری از زیرلایه های فلزی مانند نقره، طلا و پلاتین مشاهده شده است و از این ویژگی در کاربردهای الکترونیکی زیادی استفاده شده است. مخصوصا UNCD به طور گسترده در استحکام بخشی پوشش های کروم رسوب داده شده با فرایند الکترولیتی، مورد استفاده قرار می گیرد. در این فرایند، افزودنی های دارای UNCD بدون هیچ اصلاحی در فرایند تولید، به الکترولیت رسوب دهی لایه ی کروم، اضافه می شود. یک چنین پوششی، عمر مفید قالب ها را افزایش می دهد و علاوه بر آن، بوسیله ی این روش، سطوح یاتاقانی با دقت بالا تولید می شود. مقدار UNCD در پوشش فلزی تقریبا 0.3 تا 0.5 % وزنی می باشد. مقدار UNCD مورد استفاده برای یک لایه ی فلزی با ضخامت 1 میلیمتر، برابر 0.2 گرم است.
ذرات UNCD برای پولیش کاری دقیق مواد مورد استفاده در الکترونیک، مهندسی بی سیم، اپتیک، پزشکی و صنایع جواهرآلات مورد استفاده قرار می گیرد. کامپوزیت های دارای UNCD به ما اجازه می دهد تا سطوحی با هندسه ی پیچیده، تولید کنیم که در آنها ارتفاع زبری در حدود 2 تا 8 نانومتر است. اخیرا، زبری 4 آنگسترم با استفاده از پولیش کاری با آلومینا، سیلیسیم کاربید و سوسپانسیون های UNCD گزارش شده است. UNCD در پولیش کاری اجزای مورد استفاده در فرآوری ویفرهای سیلیکونی در صنعت میکروالکترونیک مورد استفاده قرار می گیرد. UNCD همچنین در صنعت الکترونیک، به عنوان خمیرهای انتقال دهنده ی حرارت و اجزای مورد استفاده در پک های الکترونیکی مورد استفاده قرار می گیرد. این مواد جایگزین اکسید برلیومی شد که به صورت سنتی مورد استفاده قرار می گرفت. مقدار UNCD مرو داستفادهل در این کاربرد، در حدود 1 تا 10 گرم بر متر مربع است.
افزودن UNCD به پلیمرها، موجب افزایش استحکام مکانیکی، مقاومت در برابر سایش، و مقاومت در برابر پیرشدگی حرارتی آنها می شود. با توجه به مطالعات انجام شده، این فهمیده شده است که پوشش های با میزان تأثیر بالای می تواند بر پایه ی افزودن UNCD به الاستومرهای فلئوری و پلی سیلوکسان، تولید شود. با استفاده از این افزودنی ها، می توان استحکام رابرهایی مانند پلی ایزوپرن، بوتادین، استیرن، بوتادین نیتریل و رابرهای طبیعی افزایش یافته است. برای مثال، برای الاستومرهای فلئوری استحکام یافته بوسیله ی UNCD، مدول کششی در ازدیاد طول 100 % و استحکام گسستگی مقید بیش از 10 برابر افزایش می یابد. در این مورد، ازدیاد طول به میزان 1.6 برابر افزایش می یابد. یک افزایش در اتصالات عرضی، یکی از مکانیزم هایی است که به واسطه ی استفاده از UNCD در این مواد، ایجاد می شود. افزودن UNCD به رابرها، مقاومت به سایش اصطکاکی را به میزان 3 تا 5 برابر افزایش می دهد. این استفاده و استحکام گسستگی را به میزان 30 %، دمای شکست را به میزان 15 % افزایش می دهد. چسب های اپوکسی که در آنها از UNCD استفاده شده است، دارای ویژگی ها و خواص چسبندگی قابل توجهی هستند. مصرف خاص UNCD و مخلوط های الماسی 1 تا 5 کیلوگرم بر هر 1000 کیلوگرم رابر می باشد. این مقدار برای پوشش ها و فیلم ها در حدود 1 تا 5 کیلوگرم بر 1000 متر مربع پلیمر است.
افزودن UNCD و مخلوط های الماسی به روغن به ما اجازه می دهد تا سیستم های پایدار و و دوستار محیط زیستی، تولید کنیم. در این سیستم ها، اندازه ی ذرات در حدود 0.5 میکرون است. با توجه به کارهای انجام شده در این زمینه، استفاده از نانو الماس در روغن ها عمر مفید موتور و سیستم های انتقال نیرو را افزایش می دهد و گشتاور اصطکاکی را به میزان 20 تا 40 % کاهش می دهد. استفاده از این ماده در روغن همچنین سایش را در سطوحی که تحت سایش قرار می گیرند را به میزان 30 تا 40 % کاهش می دهد. ذرات UNCD برای افزایش رسانایی حرارتی روغن های دی الکتریک مورد استفاده قرار می گیرد. این نشان داده شده است که پراکنده شدن نانو الماس( به میزان تقریبی 1 %) در روغن( کلاس XO) می تواند رسانایی گرمایی کلی روغن های خنک کننده ی مورد استفادله در سیستم های انتقال توان را به میزان 25 % کاهش می دهد. مصرف ویژه ی نانو الماس یا مخلوط های الماسی در روغن حدودا 0.01 تا 0.02 کیلوگرم بر 1000 کیلوگرم روغن است. کاربردهای جدید UNCD که اخیرا توسعه یافته است، در زمینه ی سیستم های مغناطیسی ثبت داده، جاذب های جدید، اجزای تولید شده از الماس و قالب های تولید شده از مواد دارای الماس، پوشش های مورد استفاده در وسایل انتشار امواج، در کاتالیست های الکتروشیمیایی و غیر هموژن و غشاء های نانو کامپوزیتی مورد استفاده در کاربردهای پیل سوختی است. UNCD ها همچنین به عنوان جوانه زا در فرایند رشد فیلم های الماسی مورد استفاده قرار می گیرد. UNCD های خشک به عنوان جاذب رطوبت معروف هستند.
در سیستم های مغناطیسی ثبت داده، UNCD ها به عنوان افزودنی های ضد سایش و به عنوان اصلاح کننده های فیزیکی در پوشش های فرو- لاسکوار مورد استفاده در نوارها و دیسک های مغناطیسی، مورد استفاده قرار می گیرد. استفاده از این ماده در نوارهای مغناطیسی ثبت داده، می تواند ویژگی های ثبت داده را در این مواد بهبود دهد. در واقع افزودن UNCD می تواند اندازه ی دانه های مغناطیسی را کاهش دهد بنابراین اجازه می دهد تا دانسیه ی ثبت داده افزایش یابد( در حالی که ضرایب اصطکاک و سایش کاهش می یابد).
جاذب های دارای کربن به طور گسترده در صنایع مختلفی مانند پزشکی و فارماکولوژی مورد استفاده قرار می گیرد. بیشتر این مواد، کربن بلک و زغال چوب فعال می باشد. الماس مصنوعی مخصوصا آن دسته از الماس های مصنوعی مورد استفاده در کامپوزیت ها یک گروه جدید از جاذب های دارای کربن هستند. این مواد علاوه بر استحکام بالا، دارای خنثایی شیمیایی خوبی هستند. یکی دیگر از مزیت های این جاذب ها، امکان استفاده ی مجدد از این جاذب هاست.
یکی دیگر از کاربردهای مورد علاقه از نانو الماس، استفاده از این مواد به عنوان منابع نوری است که توانایی انتشار فوتون های منفرد را در زمان مورد نیاز، دارند. در حالی که ذرات نانو الماس مورد استفاده در این کاربرد از روش انفجاری تولید شده است، این مسئله باعث نشده تا از استفاده از نانو الماس های تولیدی با روش های دیگر در این کاربرد، جلوگیری شود. این پیشنهاد شده است که ویژگی های کوانتمی نور انتشار یافته بوسیله ی نانو کریستال های الماسی تنها از مرکز رنگی ایجاد شده بوسیله جاهای خالی نیتروژن، بوجود آمده است. اندازه ی مشخصه ی ذرات الماس مورد استفاده در این آزمایشات، در حدود 40 نانومتر است. با توجه به گفته ی انجام دهندگان این آزمایشات، چند ویژگی نوری مهم برای نانو کریستال های الماس وجود دارد که این ویژگی ها به منظور استفاده از آنها به عنوان منابع نوری فوتون منفرد، مفید می باشد. یکی از این ویژگی ها این است که اندازه ی کوچک طول موج این نانو کریستال ها نامربوط بودن انکسار این نانو کریستال ها را منتقل می کند. یک نانوکریستال می تواند به عنوان یک منبع نوری نقطه ای مورد استفاده قرار گیرد. دومین ویژگی این است که حجم بسیار کوچک الماس تهیج یافته موجب می شود تا نورهای پس زمینه اندکی ایجاد شود. این مسئله برای منابع تک فوتونه مهم می باشد.
به طور خلاصه باید گفت که شواهدی اندک در زمینه ی استفاده از نانو الماس در کاربردهای تجاری، وجود دارد. علت این موضوع بیشتر هزینه ی بالای تولید این مواد است. تولید این الماس ها نیازمند زیرساخت های گسترده ای است.
فیلم های الترا نانوکریستالی الماسی تولید شده با روش رسوب دهی شیمیایی از فاز بخار
فیلم های الماسی الترانانو کریستالی با دانه های 2 تا 5 نانومتری( با و بدون H ) اخیرا در لابراتوآر ملی آرگون در آمریکا، تولید شده است. این فیلم ها با استفاده از روش رسوب دهی شیمیایی از فاز بخار تولید می شوند. فیلم های نازک UNCD با استفاده از پلاسمای غنی از آرگون تولید شده است( به جای استفاده از پلاسمای غنی از هیدروژن). با تنظیم ویژگی های گاز نجیب مانند نسبت هیدروژن در مخلوط گازی، یک استحاله ی از میکرو به نانو کریستال رخ می دهد. این استحاله ی کنترل شده و مداوم از مقیاس میکرو به نانو، یکی از ویژگی های منحصر بفرد این روش است.
استفاده از مقادیر اندک از گازهای دارای کربن( مانند فلرن و ... ) به همراه آرگون، منجر به تشکیل دیمرهای می شود. این گونه در تمام فیلم های نازک UNCD تولید می شود. نانو کریستالیتی نتیجه ای از یک مکانیزم جوانه زنی و رشد جدید است. در این مکانیزم، پیوندهای پای ایجاد شده بوسیله ی موجب می شود تا صفحات (100) الماس دوباره ساخته شوند. سپس اتم های کربن بدون اتصال، با مولکول های موجود در فاز گازی، واکنش می دهند و کریستالیت های جدیدی از الماس را ایجاد می کنند.
الکترودهای الترانانو کریستالی الماسی دارای کاربردهای بالقوه ای هستند. این الکترودها دارای جریان زمینه ای اندکی هستند و دارای فعالیت الکتروشیمیایی بالایی هستند. از این رو می توان از آنها در سیستم های اکسایش- کاهش استفاده کرد. این نتایج به همراه زیست سازگارپذیری آن می تواند منجر به ایجاد کاربردهای جدید الکترودهای UNCD برای شبیه سازی های بخش های پیچیده شود.
UNCD دارای کاربردهای فراوانی هستند. این کاربردها عبارتند از سیستم های میکرو الکترو مکانیکی( MEMS) و آرایه های مکانیکی متحرک( MMA)، وسایل موج اکوستیکی سطحی، بیوسنسورها و سنسورهای الکتروشیمیایی، پوشش های مورد استفاده در آرایه های انتشار میدانی، سوییچ های فرکانس رادیویی و فوتونیک، و پروتزهای خنثی می باشند.
کاربردهای بیولوژیک و پزشکی نانو الماس
این به نظر می رسد که تمام شکل های اصلی کربن در مقیاس نانو( مانند فلرن ها، نانوتیوب ها و نانو الماس( هم به صورت ذره ای و هم به صورت فیلم مانند)) منابعی با ارزش برای کاربردهای بیولوژیکی محسوب می شوند. در میانه ی دهه ی 1990، این نشان داده شد که ترکیبات فلرن دارای فعالیت بیولوژیکی به طور بالقوه می توان از آنها در محصولات درمانی استفاده کرد. به عنوان یک نتیجه، شرکت C Sixty ( یک شرکت دارویی خصوصی) به همین منظور تأسیس شد. تمرکز اولیه ی این شرکت بر روی کشف و توسعه ی گروه جدیدی از مواد دارویی بر پایه ی فلرن بود. فلرن( ) دارای اندازه ای مشابه با هرمون های استرویید یا آلفا هلیک های پپتیدی است و بنابراین ترکیبات فلرنی، مولکول های مناسبی برای برقراری اتصال با آنزیم ها و گیرنده ها هستند. در چند سال اخیر، یک تعداد از کاربردهای بر پایه ی فلرن گزارش شده است. این کاربردها شامل مواد درمانی مانند عوامل ضد ویروسی و داروهای ضد سرطان، سنسورهای برای کاربردهای تشخیصی، عوامل محافظت کننده در برابر تنش اکسیداسیونی القا شده بوسیله ی آهن و عوامل ضد باکتری در بافت زنده می باشد. فلرن ها همچنین در آرایه های بر پایه ی DNA نیز کاربرد دارند.
بررسی ها در زمینه ی استفاده از تیوب های باکی بال در کاربردهای پزشکی نیز در حال انجام می باشد. نانوتیوب های چند دیواره ای برای بی حرکت کردن پروتئین ها، آنزیم ها و آلیگونوکلئیدها مورد استفاده قرار می گیرند. پیشرفت های زیادی در سال های اخیر در زمینه ی برطرف کردن موانع فنی و اصولی استفاده از این مواد در کاربردهای بیولوژیکی ایجاد شده است.
فیلم های الماسی تولید شده با روش CVD یک ماده ی ایده آل برای سنسورها و چیپ های بیولوژیکی هستند. علت این موضوع، خواص مکانیکی، حرارتی، و شیمیایی بهتر این ماده نسبت به شیشه، سیلیکون و سطوح طلایی است. زیست سازگارپذیری فیلم های الماسی و ذرات با اندازه ی میکرونی با سلول های زنده نشان داده شده است. قرار دادن بیوملکول ها بر روی الماس برای تولید بیوچیپ های مجتمع و سنسورها نیازمند فرایند های فعال سازی سطحی مانند عملیات آماده سازی پلاسمایی، آمینیزاسیون و کربوکسیلاسیون، است. با استفاده از این فرایند ها، اتصال های کوالانسی بین این فیلم ها و DNA های اصلاح شده با فوسفات یا آمین ها، بوجود می آید. رسوب دهی الکتروشیمیایی لایه ی پلیمری تشکیل شده از پلی آنیلین/ پلی ایمیدین بر روی فیلم های الماسی دوپ شده با بور نیز اخیرا گزارش شده است. فیلم های نازک PANI/PAA به طور آزاد گروه های کربوکسیلیکی ایجاد می کند که دارای فعالیت شیمیایی بالایی است و بوسیله ی آن می توان آلیگونوکلئیدها را بر روی مکان های مورد نظر اتصال داد. اخیرا، Yang و همکارانش از روش های فوتوشیمیایی برای ایجاد لایه های هموژن گروه های آمینی بر روی فیلم های UNCD و نانوکریستالی، استفاده کرده اند. این گروها به عنوان مکان های اتصال دهی( برای اتصال DNA) مورد استفاده قرار می گیرند. با مقایسه ی فیلم های الماسی نانو کریستالی و التراکریستالی اصلاح شده با DNA با سایر سطوح متداول مورد استفاده برای اصلاح های بیولوژیکی( مانند کربن شیشه ای، سیلیکون و طلا)، Yang و همکارانش فهمیدند که الماس در بسیاری جهات بی همتاست. مثلا این ماده دارای قابلیت ایجاد ترکیبات با پایداری بالاست.
پوشش های الماسی نانو کریستالی که بر روی زیرلایه های مناسب ایجاد می شوند، مواد مطمئنی برای استفاده شدن در کاربردهای امپلنتی، جراحی های قلبی- عروقی و ایجاد پوشش بر روی دریچه های مصنوعی قلب، هستند. علت این موضوع خنثا بودن شیمیایی، نرمی سطحی، و چسبندگی مناسب این پوشش با زیر لایه می باشد.
نتیجه گیری
ذرات نانو الماسی دارای ساختارهای بسیار متنوعی در مقیاس نانو هستند. این ساختارها از کلاسترهای منفرد تا فیلم های با خلوص بالا، متغیر هستند. و می توان آنها را با استفاده از روش های مختلفی از جمله روش انفجاری، رسوب دهی شیمیایی از فاز بخار و کلریناسیون کاربیدها، تولید کرد. انواع مختلفی از نانو الماس ها در مراحل مختلف تجاری سازی هستند. تولید ذرات نانو الماسی برای کاربردهای پولیش کاری، بوسیله ی آسیاب کاری و خردایش ذرات انجام می شود. خلوص نانو الماس ها برای کاربردهای پولیش کاری، یک مسئله ی ضروری نمی باشد. بنابراین معیارهای کیفی کمتری در این بخش مهم می باشد. توسعه های اخیر در زمینه ی فیلم های UNCD با ویژگی های منحصربفرد در مراحل ابتدایی تجاری سازی است. فرایند تولید فیلم های UNCD با استفاده از فرآوری مشتقات کاربیدی به دلیل سادگی، منحصربفرد است و از این رو به سرعت در حال تجاری سازی است.
این مسئله جالب توجه است که قبل از اینکه نانو تکنولوژی متداول شود، یک تاریخچه ی طولانی از استفاده از UNCD در نواحی مختلف وجود دارد. این مواد در کامپوزیت های پلیمری، اجزای مورد استفاده در پولیش کاری و افزودنی های روانسازی مورد استفاده قرار گرفته اند.
در ابتدا UNCD ها در مقادیر توناژ تولید می شدند، به هر حال تولید UNCD های بدون ناخالصی به دلیل خاصیت ذاتی فرایند تولید آنها، بسیار مشکل است. به هر حال برای کاربردهای اشاره شده در بالا، نیاز به داشتن UNCD های با خلوص بسیار بالا نمی باشد. بسته به کاربرد، تکنولوژی های خالص سازی UNCD مورد استفاده قرار می گیرند. این را باید متذکر شویم که توسعه ی یک بینش در زمینه ی ارتباط میان ساختار پیچیده و ویژگی های فیزیکی این ماده، یکی از زمینه های تحقیقاتی فعال می باشد.
به عنوان نتیجه گیری باید گفت، الماس نانوکریستالی با تنوع ساختاری مختلف به سرعت توسعه یافته است. این توسعه هم در زمینه ی تحقیقات بنیادی و هم در زمینه ی کاربردهای این ماده، مشاهده می شود.


Ramana آفلاین است   پاسخ به نقل قول چوق/پاداش
پاسخ

به اشتراک بگذارید

برچسب ها
نانو, کریستالی, الماس


كاربران در حال ديدن تاپیک: 1 (0 عضو و 1 مهمان)
 
ابزارهای موضوع جستجو این تاپیک
جستجو این تاپیک:

جستجوی پیشرفته
حالت نمایش

مجوزهای ارسال و ویرایش
شما نمیتوانید موضوع جدید ارسال کنید
شما نمیتوانید به پست ها پاسخ دهید
شما نمیتوانید فایل پیوست ضمیمه کنید
شما نمیتوانید ارسال های خود را ویرایش کنید

BB code : فعال
شکلکها : فعال
[IMG] : فعال
HTML : غیر فعال
Trackbacks are فعال
Pingbacks are فعال
Refbacks are فعال

خط مشی بانک مرکزی
جهت ارسال تاپیک جدید: 100 چوق
جهت ارسال پست: 50 چوق
به ازای هر کارکتر در پست : 1 چوق


زمان محلی شما با تنظیم GMT +3 هم اکنون 05:28 AM میباشد.

Powered by vBulletin .
Copyright © 2019 vBulletin Solutions, Inc. All rights reserved.