تحقیق کاربردهای فن آوری نانو در صنعت نساجی
چکیده کلی:
نانو تکنولوژی در حقیقت علم ذرات و مواد در مقیاس متر است.
فن آوری نانو بعنوان علم روز کاربردهای زیادی در صنعت نساجی داشته است که این مورد به بررسی و تولید مواد در مقیاس نانو پرداخته و امکان بهینه سازی خصوصیات مواد مورد استفاده که اغلب پلیمرها می باشند را به مهندسین می دهد. برای تولید مواد در این مقیاس دو روش کلی وجود دارد، یکی روش تولید از بالا به پایین و دیگری تولید از پایین به بالاست.بهترین،سریعترین و اقتصادی ترین روش تولید از بالا به پایین برای الیاف روش الکتروریسی است.این روش بر گرفته از روشهای سنتی و تولید الیاف (ذوب ریسی و محلول ریسی) می باشد.با این تفاوت که روشهای سنتی بر مبنای کشش می باشد.این روش برای اکثر پلیمرها مورد استفاده قرار می گیرد و روال کار به این صورت است که ابتدا محلول یا مذاب پلیمر تهیه شده و به داخل سرنگی مجهز به پمپ سرنگ با تزریق کاملاً یکنواخت منتقل می شود،جریان برقی با ولتاژ بالا بین سر سوزن سرنگ و صفحه جمع کننده که می تواند چرخان نیز باشد،برقرار ی شود که باعث ایجاد یک جت الکتریکی و در نتیجه انتقال محلول یا مذاب پلیمر باردار شده به روی جمع کننده می شودبعلت پیوستگی بار الکتریکی در اثر انتقال پلیمر به جمع کننده قطع شدگی صورت نمی گیرد.پارامترهای زیادی در کیفیت و یکنواختی الیاف تولید شده دخیل هستند،مانند ویسکوزیته محلول،سرعت دوران جمع کننده،سرعت تزریق،ولتاژ اعمال شده بین سر سوزن جمع کننده و …
کامپوزیتها که بعنوان ساده ترین کامپوزیت می توان به کاه گل اشاره کرد، امروزه به منظور استفاده در صنایع بسیار حساس تولید و مورد استفاده قرار می گیرد. امروزه نانو کامپوزیتها در حال جایگزینی با فلزات سنگین هستند که با توجه به کارامد بودن آنها که در بیشتر موارد شامل خواص بهتر و وزن بسیار پایین تر می باشند می رود که جای خود را بعنوان ماده جایگزین در بدنه و موتور ماشینها، هواپیماها، موشکها و شاتلهای فضایی و موارد بسیار زیاد دیگر باز کند.
بعلت ابعاد کوچک الیاف در مقیاس نانو می توان از آنها برای تولید فیلترها استفاده کرد. که امروزه امکان تولید فیلترهای با کارایی بسیار بالا با این فن آوری فراهم شده است. در مورد کارایی بسیار بالا نانو فیلترها می توان به فیلترهایی اشاره کرد که عمل فیلتراسیون قارچها، باکتریها و حتی ویروسها را با راندمان مطلوب را انجام می دهند. نانو فیلترها علاوه بر کارایی بالا در زمینه ی فیلتر کردن مواد بسیار ریز، دارای سرعت بسیار بالاتری نسبت به فیلترهای معمولی بوده ضمن اینکه احیای آنها نیز بسیار راحت تر انجام می شود.
مقدمه:
ریچارد فاینمن طی یک سخنرانی در همایش جامعه فیزیک آمریکا در سال 1959 در مؤسسه تکنولوژی کالیفرنیا که بعد در آنجا استاد فیزیک شد، ایده‌هایی بنیادی در زمینه کوچک‌سازی نوشته جات ، مدارها و ماشینها ایراد کرد: “آنچه من می‌خواهم به شما بگویم، مسئله دستکاری و کنترل اشیاء در مقیاس کوچک است. تردیدی وجود ندارد که در نوک یک سوزن آنقدر جا هست که بتوان تمام دایرة المعارف بریتانیکا را جا داد.” فاینمن برای به تفکر واداشتن محققین و تأکید نمودن بر عقیده‌اش مبنی بر امکان فیزیکی چنین معجزه‌ای ، جایزه‌هایی 1000 دلاری برای اولین افرادی که به اهداف مشخص شده‌ای در کوچک سازی کتابها و موتورهای الکتریکی دست یابند تعیین کرد.
فاینمن تآکید کرد: “من در حال خلق ضد جاذبه نیستم که به فرض روزی اگر قوانین (فیزیک) آنچه ما می‌پنداریم، نبودند عملی شود. من صحبت از چیزی می‌کنم که اگر قوانین آنچه ما می‌پنداریم باشند، عملی خواهد بود. ما به آن دست پیدا نکرده‌ایم چون خیلی ساده هنوز در صدد انجام آن نبوده‌ایم.” جمله معروف ریچارد فاینمن فیزیکدان برجسته در این زمینه که می‌فرماید: فضای زیادی در سطوح پایین وجود دارد، بیانگر این مدعاست. هر کشوری در پی آن است که فرصتها را کشف کند تا بتواند پیشرفت کند.
تاریخ کشورهایی که امروزه ما آنها را کشورهای پیشرفته و ثروتمند می‌دانیم هم حاکی از همین مسئله است، کشورهایی که به انقلاب صنعتی روی خوش نشان دادند، کشورهایی که با فناوری دیجیتال همگام شدند، کشورهایی که از همان ابتدا کامپیوتر و جهان پس از آن آنرا باور کردند و… .
این فرصتها هر چندین سال یک بار اتفاق می‌افتند و هر کشوری که گوش به زنگ باشد می‌تواند از آثار مثبت آنها برخوردار شود. اکنون نانو تکنولوژی هم یک فرصت است، فرصتی که اگر به آن بها داده شود می‌تواند یک جهش علمی و اقتصادی در پی داشته باشد بخصوص برای کشور ما. ما باید علوم و فناوریهای جدید را با آغوش باز بپزیریم و برای آن هزینه کنیم.
اما متأسفانه به نظر نمی‌رسد که در کشور ما توجه خاصی به این مسئله شده باشد، اما حقیقتا درصد بسیار کمی از این حرفها راهی بسوی عملی شدن پیدا می کنند. هر کشوری در پی آن است که فرصتها را کشف کند تا بتواند پیشرفت کند. در نیم قرن گذشته شاهد حضور حدود پنج فناوری عمده بودیم، که باعث پیشرفتهای عظیم اقتصادی در کشورهای سرمایه گذار و ایجاد فاصله شدید بین کشورهای جهان شد.
متأسفانه در کشور ما بدلیل فقدان جرأت علمی و عدم تصمیم گیری به موقع ، به این فرصتها پس از گذشت سالیان طلائی آن بها داده می‌شد که البته سودی هم برای ما به ارمغان نمی‌آورد، همچون فنآوری الکترونیک و کامپیوتر در دو سه دهه گذشته که امروزه علیرغم توانایی دانشگاهی و داشتن تجهیزات آن ، هیچگونه حضور تجاری در بازارهای چند صد میلیاردی آن نداریم. فناوری نانو جدیدترین این فرصتهاست، که کشور ما باید برای حضور یا عدم حضور در آن خیلی سریع تصمیم خود را اتخاذ کند.[1]
دیدکلی:
در دو دهه اخیر ، پیشرفتهای تکنولوﮋی وسایل و مواد با ابعاد بسیار کوچک بدست آمده است و بسوی تحولی فوق‌العاده که تمدن بشر را تا پایان قرن دگرگون خواهد کرد ، ﭘیش می‌رود. برای احساس اندازه‌های فوق ریز ، قطر موی سر انسان را که یک دهم میلیمتر است در نظر بگیرید، یک نانومتر صد هزار برابر کوچکتراست.
تکنولوﮋی و مهندسی در قرن پیش با وسایل ، اندازه گیریها و تولیداتی سر و کار خواهد داشت که چنین ابعاد فوق ریزی دارند. درحال حاضر ﭘروسه‌های در ابعاد چند مولکول قابل طراحی و کنترل است.
تاریخچه
تکنولوﮋی در قرن گذشته در هر چه ریزتر کردن دانه‌های بزرگتر ﭘیشرفت چشمگیری داشته است.تکنولوﮋی نو درقرن حاضر مسیر عکس را طی می‌کند. یعنی مواد فوق ریز را باید ترکیب کرد تا دانه‌های بزرگتر و کارآمد بوجود آورد. درست همان روشی که در طبیعت برای تولید کردن حاکم است. مجموعه‌های طبیعی ، ترکیبی از دانه‌های فوق ریز قابل تشخیص با خواص مشابه و یا متفاوت با اندازه‌هایی در حدود نانو است.
معجزه نانو تکنولوژی:
به احتمال زیاد قبل از پایان هزاره سوم انسان در بدن خود انواع لوازم مصنوعی و دیجیتالی را خواهند داشت. از بیماری ، پیری ، درد ستون فقرات ، کم حافظه‌ای و … رنج نخواهد برد. قابلیت فهم و تحلیل اطلاعات در مغز آنها در مقایسه با امروز بینهایت خواهد شد. در هزاره‌های آینده انسانهای طبیعی مانند امروز احتمالا برای مطالعات پژوهشی نگهداری شده و به نمونه‌های آزمایشگاهی و بطور حتم قابل احترام تبدیل خواهند شد و مردمان آینده از این همه درد و ناراحتی که اجداد آنها در هزاره‌های قبل کشیده‌اند، متعجب و متأثر خواهند بود.[1]
فناوري نانو چيست؟
به طور كلي اين فناوري عبارت از كاربرد ذرات در ابعاد نانو است. يك نانومتر، يك ميلياردم متر است. از دو مسير به اين ابعاد مي توان دسترسي پيدا كرد. يك مسير دسترسي از بالا به پايين و ديگري طراحي و ساخت از پايين به بالا است. در نوع اول، ساختارهاي نانو با كمك ابزار و تجهيزات دقيق از خرد كردن ذرات بزرگ تر حاصل مي شوند. در طراحي و ساخت از پايين به بالا كه عموما آن را فناوري مولكولي نيز مي نامند، توليد ساختارها، اتم به اتم و يا مولكول به مولكول توليد و صورت مي گيرند. به عقيده مدير اجرايي موسسه نانوتكنولوژي انگلستان، فناوري نانو ادامه و گسترش روند مينياتوريزه كردن است و به اين طريق توليد مواد، تجهيزات و سامانه هايي با ابعاد نانو انجام مي شود. درحقيقت فناوري نانو به ما امكان ساخت طراحي موادي را مي دهند كه كاملا داراي خواص و اختصاصات جديد هستند.
به بيان ديگر اين نوع فناوري چيزهايي را كه در اختيار داريم با خصوصيات جديد در اختيار قرار مي دهد و يا آنها را از مسيرهاي نويني مي سازد. اما گويا صنايع داروسازي از مدت ها قبل به ساخت ذرات ريز مشغول بوده اند. به نظر پروفسور Buckton، طي سخنراني كه در كنفرانس علوم دارويي انگلستان (BPC) انجام داد ادعا نمود كه فناوري نانو در داروسازي اصطلاح تازه به كار گرفته شده اي براي فناوري توليد ذرات در اندازه ميكروني (particles Micro) است كه از سال ها قبل تهيه و ساخته مي شده اند. پس چه چيزي در اين بين جديد خواهد بود؟ به عقيده مدير اجرايي موسسه فناوري نانو انگليس، دستيابي و ساخت دستگاه هاي آناليز پيشرفته و ابداع روش هاي آناليز نوين سبب مي شود تا ما بتوانيم رفتار مواد را به دقت مورد شناسايي قرار دهيم و از اين رهگذر بتوانيم آنها را با ظرافت خاصي دستكاري كنيم.[2]
تازه‌های نانو تکنولوژی:
شرکت Mobil کاتالیستهای نانو ساختاری را برای دستگاههای شیمیایی تولید کرده است و شرکت Merck ، داروهای نانو ذره‌ای را عرضه کرده است.
شرکت تویوتا در ژاپن مواد پلیمری تقویت شده نانو ذره‌ای را برای خودروها ، سامسونگ الکترونیک در کره ، در حال کار بر روی سطح صفحات نمایش توسط نانو لوله‌های کربنی هستند.[3]،[4]،[5]
چشم انداز فناوری نانو تکنولوژی:
انتظار می‌رود که مقیاس نانو متر به یک مقیاس با کارایی بالا و ویژگیهای منحصر بفرد ، طوری ساخته خواهند شد که روش شیمی سنتی پاسخگوی این امر نمی‌تواند باشد.
نانو تکنولوژی ، مراقبتهای بهداشتی ، طول عمر ، کیفیت و تواناییهای جسمی بشر را افزایش خواهد داد.
تقریبا نیمی از محصولات دارویی در 10 تا 15 سال آینده متکی به نانو تکنولوژی خواهد بود که این امر ، خود 180 میلیارد دلار نقدینگی را به گردش در خواهد آورد.
کاتالیستهای نانو ساختاری ، در صنایع پتروشیمی دارای کاربردهای فراوانی هستند که پیش‌بینی شده است این دانش ، سالانه100 میلیارد دلار را طی 10 تا 15 سال آینده تحت تأثیر قرار دهد.[1]
استفاده تایلند از نانو تکنولوژی برای بهبود کیفیت ابریشم:
21 ژانویه 2004 فیزیکدانان تایلندی به منظور بهبود کیفیت ابریشم، در مسیر جدیدی از نانو تکنولوژی وارد شده اند.
فهرست مطالب
فصل اول: مقدمه ای بر کاربردهای نانو تکنولوژی
مقدمه 7
تاریخچه 8
استفاده تایلند از نانو تکنولوژی برای بهبود کیفیت ابریشم 11
لباسهای بی نیاز از شستشو و پارچه های ضد چروک و لکه 12
نانو جوراب 13
نانو فیلتراسیون 14
لوله های انتقال گاز نانوژل 16
الکتروريسي 19
فصل دوم: تولید نانو الیاف با تکنولوژی الکتروریسی
الكترو ريسي الياف نانو كولاژن 24
روشها 27
الكتروريسي مداوم نانو الياف پليمر خطي روي يك درام جمع كننده سيمي 35
بررسي اثر حلال روي الكتروريسي توسط شبيه سازي كامپيوتري 40
مورفولوژي الياف الكتروريسيده شده 41
شبيه سازي جریان برشی 42
الكتروريسي ترپليمر نايلون 6 ، 6 6 ، 1010 46
خصوصیات کششی: 48
دست آوردها و مباحث 48
ساخت مکانهای مشخص مولکولی در الکتروریسی پلیمر نانوالیاف از طریق جانشینی مولکولی 59
جانشینی مولکولی 61
نانو الیاف پلیمری الکتروریسیده استحکام بالای ساخته شده از BPDA-PDA 64
تهیه PI از پیش ماده BP-PAA 66
الکتروریسی و تهیه ورقه نانو لیف PI 66
نانوساختار الیاف بافته شده باو الکتروریسی فرکانس بالا 73
تهیه نانو الیاف ابر آبدوست با خصوصیات مغناطیسی قابل تغییر 82
جزئیات آزمایش 83
فصل سوم: کاربرد نانو الیاف در کامپوزیتها
تهیه نانوتیوب تک دیواره کربنی تقویت شده با نانوالیاف و غشاهای پلی استایرن و پلی یورتان با الکتروریسی 92
نانو الیاف کامپوزیت:مورفولوژی،خواص نوری و ترانزیستورهای اثر میدان 104
خصوصیات مکانیکی و فیزیکی کامپوزیتهای اپوکسی تقویت شده با نانو الیاف کربن 116
فرآورش ورقه های نانو کامپوزیت 117
خواص مکانیکی 119
نتیجه گیری کلی 125
منابع و ماخذ 126
تحقیق کاربردهای فن آوری نانو در صنعت نساجی