پاورپوینت آشنایی با نحوه شناخت محصولات مبتنی بر نانو

”آشنایی با نحوه شناخت محصولات مبتنی بر نانو“

اما چرا نانوتکنولوژی
علمی کوچک با توانایی های زیاد

ذرات کروی بزرگ سطح زیادی را نمی پوشانند.
نانوذرات با همان مقدار حجمی توانایی پوشش
سطح بسیار بیشتری را دارند.

مشخصات نانوذرات

تاثیر ذرات در مقیاس نانو یک میلیون برابر می شود.

Nanotechnology: BIG picture
NEMS
Nano-
tribology
Nano-
electronics
Nano-
structured
materials
Nano-
medicine
Nanochemistry
Nano-
clusters
Nano-
mechanics
Nanocomputers
Nanophysics
fields contributing to
nanotechnology development
Nano-
optics
Nano-
magnetism
Femme
To commercially validate nanophase materials
we have to demonstrate property benefits, in
volume, with competitive cost and pricing.

قرار دادن هر اتم به شکلی اصولی در جای مناسب
ساختن هر ساختار مطابق با قوانین فیزیکی و شیمیایی که قابل تعریف در
مقیاس اتمی باشد. ؟
کاهش هزینه ساخت و مواد اولیه و انرژی
ذرات کوچک غیرقابل دیدن هستند بنابراین پوشش های شفاف قابل تهیه
هستند.
کاهش وزن و ابعاد  کاهش آلودگی  ارزش افزوده
؟ ؟

مزایای نانوتکنولوژی

سرمایه گذاری دولت آمریکا در نانوتکنولوژی
سال 1998 115 میلیون دلار
سال 2001-2000 422 میلیون دلار
سال 2002 700 میلیون دلار
سال 2003 1 میلیارد و 270 میلیون دلار
سال 2005 988 میلیون دلار
سال 2006 1 میلیارد و 50 میلیون دلار

محرکها برای توسعه پوششهای ”هوشمند“ چیست؟
پایداری(durability)
کاربردی (functionality)
زیبایی (Aesthetics)
زیست محیط(Environment)
Ref.: Corus UK Ltd –december 2003

چرا محافظت در برابر خوردگی مهم است؟
شکست پوشش رنگی منجر به خوردگی روی ساختار فولادی می شود
”خوردگی حمله مخرب یک فلز بوسیله واکنش شیمیایی یا الکتروشیمیایی با محیط اطرافش است“

هزینه خوردگی در انگلستان 10 میلیون پوند در سال است = تقریبا 4-5 % GNP
Ref.: Corus UK Ltd –december 2003

ویژگیهای ”مواد نو“ مثلا پوششهای میکرو/نانوفناوری:
بهبود خواص خوردگی
کاهش نفوذپذیری اکسیژن و بخار آب
بهبود خواص مکانیکی
بهبود سطح کار
Ref.: Corus UK Ltd –december 2003

مواد هوشمند – نانوتکنولوژی
موادی که
زیست محیط دوست
ارزان
با سطح ویژه بالا و …
هستند مثل سیلیکا- میکا- سیلیکاتها- تیتانیا و غیره
راهی برای دستکاری خواص مواد در مقیاس نانو برای ایجاد محصولاتی با کارایی های جدید در مقیاس ماکرو!
Ref.: Corus UK Ltd –december 2003

خلاصه و نتیجه گیری
انتظار می رود مواد ”هوشمند“ نانوتکنولوژی عامل کلیدی در بازارهای جهانی آینده باشند.
تکنولوژی پوشش میکرو/نانو فرصتهای عملی/بازاریابی ارائه می دهد.
توسعه پوشش مشتری محور راه حلهای جدید ارائه می دهد.
الکتروشیمی ابزار توانایی برای پایداری پوشش و ارزیابی خوردگی است.
نیاز به هسته ای از شایستگان دارد و شراکت پیروز-پیروز را تضمین می کند. (مثلا تولید کننده ذرات نانو/میکرو- فرمولاتور رنگ – کارخانه تولید پوشش و R&D – دانشگاهها و…)

Ref.: Corus UK Ltd –december 2003

به چالش کشیدن آینده نانو برای فلزات سخت
در بررسی مقالات ارائه شده در کنگره جهانی PM2004 برخی مشکلات در راه رسیدن به یک آینده نانویی برای hardmetals توسط Ken Brookes مورد تحلیل قرار گرفت. ضرورتا همه مقالات راه حلهایی را ارائه نمی دادند اگرچه روشهای مختلفی را برای ایجاد یک تکنولوژی جدید و تبدیل به صنعت واقعی آزمایش کرده اند هرچند که دشوارتر از حد تصور بوده است. Ref.: metal-powder.net, Feb. 2005

در بررسی مقالات ارائه شده در EuroPM2006 یکی از سوالاتی که ذهن متخصصین را پر کرده بود این بود که: ”یک ذره چقدر باید کوچک باشد تا در حوزه نانو قرار گیرد؟“ تاریخچه فلزات سخت با معرفی اندازه های ریزتر و ریزتر نقش برجسته ای در بازار جهانی پیدا کرده است. مطمئنا کاربردهای زیادی برای این مواد وجود دارد اما اقبال آنها به مقدار زیادی به قیمت تمام شده برای مصرف کننده نهایی بستگی دارد.
Ref.: metal-powder.net, Dec. 2006

مهمترین مشکل در این ارتباط: – اولا روشهای تولید مواد بسیار ریز – ثانیا انتخاب روشهای دقیق و تکرارپذیر برای تعریف و تعیین اندازه دانه ها – ثالثا -البته نه نهایتا- پیشنهاد و توافق بر روی نامهای قابل قبول برای محدوده های اندازه دانه مختلف اولین تقسیم بندی ها برای اندازه ذرات در سالهای بین 1980-1940: submicron<1.0m micron-sized1.0-1.3m medium1.3-2.0m medium coarse2-3m coarse>3m
Ref.: metal-powder.net, Dec. 2006

در سالهای اخیر متوسط اندازه دانه ریزترین پودرهای تجاری WC به مرور کاهش یافته است ابتدا به m 6/0 سپس به m 4/0 و امروزه به m 2/0 و در آینده ممکن است به m 1/0 کاهش یابد.
”پس در اینجا چه چیزی تغییر کرده است؟ فقط یک لفظ؟ مثل نانوتکنولوژی؟“

حمایتهای مالی کلانی برای تحقیق و توسعه برای هر روش یا محصولی که بتواند پیشوند "نانو" را یدک بکشد وجود دارد. مشاهده می شود که صنعت فلزات سخت نا امیدانه و بدون خجالت ادعا می کند که هر چیزی کوچکتر از m 3/0 (یا nm 300) "نانو" است مثل اینکه ادعا شود کلوخه های mm 3/0 (یا m 300) "میکرون" هستند.

لذا حال که اکثر صنایع به نانوتکنولوژی روی آورده اند و با توجه به اینکه در حقیقت ذرات زیر nm 100 در این حوزه قرار می گیرد در بالای این اندازه ذرات ریز را داریم غالبا با خواص بینهایت مفید ولی واقعا نانو مواد نیستند.
Ref.: metal-powder.net, Dec. 2006

پیش بینی می شود بازار جهانی محصولات نانو به یک تریلیون دلار تا سال 2015 برسد. در حال حاضر نانوتکنولوژی در پزشکی تکنولوژی سبز و در بیش از 500 محصول دیگر مثلlaptop, sunscreen راکت تنیس و جورابها استفاده می شود. حائز اهمیت است که برای حمایت از پیشرفت سریع این تکنولوژی استانداردها در مراحل اولیه فراهم شده باشند. به منظورکمک به – دقت در انتقال دانش – آگاهی عمومی و – اعتماد مصرف کننده
نیاز به تعاریف استاندارد نانو

در سال 2007 پس از همکاری طولانی بین گروه وسیعی از محققین در شیمی فیزیک علم مواد و سایر حوزه ها ASTM اولین تعریف استاندارد را برای نانو اعلام کرد. دراین استاندارد (ASTM E2456-06) گفته شده است: ”از آنجاییکه نانوتکنولوژی حوزه ای است که سریعا در حال پیشرفت است ضروری است که اصطلاحات و تعاریف بطور پیوسته به روز شوند هدف از این اصطلاحات و تعاریف در این استاندارد توصیف موادی با ابعاد تقریبی 100-1 نانومتر و تمایز قائل شدن بین خواص مربوط به این ابعاد با خواص مرتبط با مولکولها و اندازه های بزرگتر مثل سیتمهای میکرونی است.“ British Standards در 2008 استانداردهای جدیدی را ارائه خواهد داد به منظور حمایت از: – قوانین مربوط به آزمایشات ایمن – ایمنی کارگران مردم و محیط زیست – تجاری سازی – ثبت اختراع و حقوق مالکیت فکری – اطلاع رسانی در مورد مزایا فرصتها و مشکلات بالقوه مرتبط با نانوتکنولوژی

سلامتی و ایمنی
* امروزه صحبتهای زیادی در مورد سلامت و ایمنی شنیده می شود چه در محل کار در خانه در رانندگی ورزش و حتی در باغبانی. بدون شک این دو موضوعات مهمی هستند که ارزش توجه خاص را دارند.
لذا با اعمال قانون REACH در اروپا توجه همه صاحبان صنایع (نه فقط صنعت متالورژی پودر) را بخود جلب کرده اند.

* از ماه ژوئن 2007 در سر تا سر اروپا همه سازندگان و صادرکنندگان پودرهای فلزی باید اطلاعات مربوط به خواص مواد شیمیایی و حمل و نقل ایمن آنها را گردآوری کرده و سپس در مرکزی در هلسینکی که بوسیله آژانس مواد شیمیایی اروپا اداره می شود ثبت کنند.

* بهمین دلیل عجیب نیست که در EuroPM2007 دو مقاله در رابطه با سلامتی و مضرات پودرهای فلزی ارائه شد.
در مقاله اول توسط گروهی از محققین آلمانی به ارزیابی خطرات احتمالی نانو و میکرو ذرات در سلامتی پرداخته شده بود.
در مقاله دوم نتایج تحقیق مشترک دو تولید کننده فلزات سخت در ارتباط با سمیت تنفس پودرهای WC-Co بحث شده بود.
Ref.: metal-powder.net, Dec. 2007

* نانوذرات بسیار کوچکتر از سلولهای انسان در حال حاضر در مواد آرایشی رنگها و لاستیکها استفاده می شوند.
# تا کنون تحقیقات کمی بر روی تاثیرات این مواد بر روی سلامتی و محیط زیست انجام شده است.
اگرچه تجربه سایر تکنولوژیها نشان داده است که زمانی از طرف جامعه مورد قبول واقع می شوند که
اثرات بر روی سلامتی آزمایش و ارائه شده باشد.
* در مقاله اول تعیین و تشخیص اثرات ذرات نانو روی سلامت انسان و محیط زیست بررسی گردیده بود.
# پنج سازمان همکار تاثیر ذرات نانو سرامیکی و نانوتیوبهای کربنی را بر روی سلولها بدون انجام
آزمایش بر روی حیوانات بررسی می کنند.
# نانوذرات با پوشش و بدون پوشش و همچنین بصورت ذرات منفرد و آگلومره (ذرات تجمع یافته) در
کشت سلولی آزمایش شده اند. دانشمندان با این آزمایش درمی یابند که ذرات چگونه با سلولهای
پوست ریه روده یا سیستمهای عصبی واکنش می دهند. آیا آنها به DNA صدمه می زنند یا روی
عملکرد کلی سلول و سیستم ایمنی تاثیر می گذارند؟
* هدف پروژه پاسخ به این سوالات است و نتایج پس از پایان تحقیقات در اختیار عموم قرار داده می شود. همچنین همکاران پروژه قصد دارند آزمایشگاهی برای استفاده صاحبان صنایع کوچکتر راه اندازی کنند. البته این برای آینده است.
Ref.: metal-powder.net, Dec. 2007

بخش نانوپودرها فلزات سخت و سرامیکهای موسسه فرانهوفر و سه موسسه تحقیقاتی دیگر در آلمان بر حمل و نقل و کاربرد نانوذرات اشاره داشتند. لذا هدف تولید محصولات ایمن برای تولیدکنندگان و مصرف کنندگان منجر به این تحقیقات گردید.
نتیجه این تحقیق نشان داد مثلا نانوذرات WC اثر زیادی بر روی سلول ندارد ولی در صورت استفاده از ترکیب WC-Co در دوزهای بالا باعث کاهش ایمنی سلول می گردد. بنابراین نشان می دهد فلزات اثر مخربتری نسبت به سرامیکها دارند.
Ref.: metal-powder.net, Dec. 2007
اما محرک فعلی برای تحقیقات ایمنی و سلامتی از کجا امده است؟

HaCaT cells exposed to WC nanoparticles with the WC particle visualised by backscattered electron detection. Particles show a pattern of localisation around the nucleus, which may indicate enrichment in membraneous structures. This needs to be verified.
Ref.: metal-powder.net, Dec. 2007

What is REACH?

REACH (Registration, Evaluation, Authorisation and Restriction of Chemicals)
REACH قانون جدید کمیته اروپا برای مواد شیمیایی و استفاده از آنها با رعایت مسائل ایمنی است (EC 1907/2006). این قانون جدید از 1 June 2007 اجرا شده است.
هدف REACH بهبود مراقبت از سلامت انسان و محیط زیست از طریق شناسایی دقیقتر و سریعتر خواص ذاتی مواد شیمیایی است.