پاسخ به:فناوری نانو
پنج شنبه 12 بهمن 1391 7:43 PM
|
نانو مواد در خدمت وسايل خود مولد
|
ساخت وسايلي كه با انرژي امواج صوتي كار مي‌كنند، محقق مي‌شود
تلفن همراهي را تصور كنيد كه بدون نياز به منبع انرژي خارجي خودبه‌خود كار مي‌كند و هرگز نياز به شارژ شدن ندارد؛ زيرا امواج صوتي توليد شده توسط كاربر را به انرژي مورد نياز براي فعاليتش تبديل مي‌كند. اين فناوري آنچنان كه بايد دور از انتظار و بعيد به نظر نمي‌رسد و در سايه تحقيقات جديدي كه از سوي دانشمندان دپارتمان مهندسي شيمي دانشگاه تگزاس صورت گرفته، جامه‌عمل مي‌پوشد.
اين دانشمندان كه كانون تحقيقاتشان بر فناوري نانو استوار است، با بهره‌گيري از موادي كه در قلمرو علم شيمي مواد تحت عنوان پيزوالكتريك شناخته مي‌شوند، دست به كشف چشمگيري در حوزه توليد و برداشت قدرت زده‌اند. اين عرصه هدف توسعه دستگاه‌ها و وسايل خود تواني است كه نيازمند منابع تغذيه قابل تعويض انرژي نظير باتري‌ها نيستند.
موضوع جالب توجه درباره اين فناوري نوين، اين است كه گروه تحقيقاتي به اتفاق همكاراني از دانشگاه هوستون دريافته‌اند نوع معيني از مواد پيزوالكتريك قادر است با افزايشي 100 درصدي انرژي را تبديل كند و اين زماني است كه در اندازه‌اي بسيار كوچك ساخته شود و درخصوص اين پروژه، به ساخت ضخامتي حدود 21 نانومتر مي‌رسد. به اعتقاد اين دانشمندان، زماني كه مواد در اندازه‌اي بزرگ‌تر يا كوچك‌تر از اين اندازه بخصوص ساخته مي‌شوند، كاهش معني‌داري در قابليت تبديل‌كنندگي انرژي خود نشان مي‌دهند. يافته‌هاي جديد كه به تفصيل طي مقاله‌اي در مجله علمي انجمن فيزيك آمريكا (فيزيكال ريويو) براي علاقه‌مندان منتشر شده است، مي‌تواند اثرات بالقوه عميقي بر حوزه وسايل و ادوات الكترونيكي كم‌توان همچون تلفن‌هاي همراه، لپ‌تاپ‌ها، ارتباط‌دهنده‌هاي شخصي و دسته‌اي از ساير وسايل مرتبط با رايانه بگذارد كه از سوي هر فردي از مصرف‌كننده متوسط گرفته تا ماموران اجرايي قانون و حتي سربازان حاضر در جبهه‌هاي نبرد مورد استفاده قرار مي‌گيرد. بسياري از اين تجهيزات و وسايل داراي فناوري پيشرفته حاوي مولفه‌ها و اجزايي هستند كه در مقياس نانو سنجيده مي‌شوند و دستيابي به چنين فناوري نويني عرصه‌هاي جديدي را پيش روي دانشمندان و سازندگان تجهيزات ارتباطي و الكترونيك در زمينه‌هاي گوناگون و چه‌بسا حوزه محيط زيست و فناوري بازيافت مواد و منابع تغذيه انرژي قابل تعويض مي‌گشايد.
به اعتقاد دانشمندان هر چند خود ماده تحت آزمايش و بررسي، كوچك است، اما مي‌تواند تاثير بزرگي بگذارد. در واقع اين كشف جديد موجب پيشرفت در حوزه‌اي از مطالعات مي‌شود كه متوجه اقبال روزافزون جامعه و در نتيجه تقاضاي مصرف‌كنندگان براي وسايل بيسيم و قابل حمل فشرده با عمر طولاني است. مساله عمر باتري‌ها كماكان دغدغه اصلي وسايل مردم‌پسند و رايجي همچون ام‌پي‌تري پليرها و گوشي‌هاي تلفن همراه است، اما جدا از راحتي و تسهيلاتي كه فناوري وسايل خود شارژ براي مصرف‌كنندگان به همراه دارد، اين فناوري مورد توجه جدي برخي آژانس‌هاي دولتي نيز قرار گرفته است. به عنوان نمونه، آژانس پروژه‌هاي پيشرفته تحقيقات دفاعي در ايالات متحده روي روش‌هايي سرمايه‌گذاري كرده كه براي سربازان حاضر در ميدان جنگ طراحي شده است. فناوري موردنظر توليد نيرو براي تجهيزات قابل حمل سربازان از طريق كسب انرژي از راه رفتن است. استفاده از حسگرهايي نظير حسگرهاي مورد استفاده براي رديابي و كشف مواد منفجره در ساز و برگ سربازان باعث مي‌شود فناوري خود مولد به ميزان قابل توجهي موجب كاهش نياز به امتحان كردن و تعويض باتري‌ها در تجهيزات شده و تمركز و امنيت بيشتري را براي سربازان در بحبوحه جنگ به همراه داشته باشد.
محققان معتقدند حتي اختلالات و پارازيت‌هايي در شكل امواج صوتي از قبيل امواج فشاري در گازها، مايعات و جامدات ممكن است براي تامين انرژي و خود مولد نمودن وسايل و ادوات در مقياس نانو و ميكروي آينده به كار گرفته شود. البته به شرطي كه اين مواد به طور مناسب و مقتضي براي اين منظور فرآيندسازي و ساخته شوند. هر چه باشد كليد اين فناوري در دستان مواد پيزوالكتريك است. اين اصطلاح از واژه يوناني پيزوين به معني فشار دادن مشتق شده و پيزوالكتريك‌ها (معمولا كريستال‌ها يا سراميك‌ها) موادي هستند كه وقتي در معرض شكلي از فشار مكانيكي قرار گيرند، توليد ولتاژ مي‌كنند و بعكس زماني كه در معرض ميداني مغناطيسي قرار گيرند تغييري در خصوصيات فيزيكي خود بروز مي‌دهند. پيزوالكتريك توسط دانشمندان فرانسوي در دهه 1880 ميلادي كشف شد و مفهوم جديدي به شمار نمي‌رود. اين مواد نخستين بار در وسايل حسگر طي جنگ جهاني اول به كار گرفته شدند و امروزه مي‌توان آنها را در ميكروفن‌ها و ساعت‌هاي بسيار دقيق (كوارتز) پيدا كرد. نمونه‌اي ازمكانيسم اين مواد در يك فندك ساده ديده مي‌شود: فشردن ماشه موجب اثري روي يك كريستال پيزوالكتريك مي‌شود و به نوبه خود ولتاژ كافي براي ايجاد جرقه و اشتعال گاز را توليد مي‌كند. در مقياس بزرگ‌تر مي‌توان به كف سالن‌هاي ورزشي اشاره كرد كه با جذب و تبديل انرژي ناشي از جاي پاي افراد، به تامين برق براي روشنايي سالن كمك مي‌كنند. البته در كنار پيشرفت‌هاي رو به رشد در زمينه چنين كاربردهايي، كار روي مواد پيزوالكتريك در مقياس نانو تلاش نسبتا جديدي است كه بايد جنبه‌هاي مختلف و پيچيده آن مورد توجه قرار گيرد. تصور كنيد زماني كه قرار است با موادي در اندازه و شكل يك دكل تلفن كار شود و با همان مواد بايد در اندازه تار مويي سروكار داشت. به اعتقاد محققان، وقتي چنين تغيير چشمگيري در مقياس رخ مي‌دهد، مواد به طور متفاوتي واكنش نشان مي‌دهند. درباره اين فناوري نيز چيزي به اندازه يك تار مو براي تغييرپذيري از محيط پيرامونش انعطاف‌پذيرتر و مستعدتر و كار كردن در اين مقياس مستلزم در نظر گرفتن انواع تغييرات است. زماني كه مواد پيزوالكتريك در ابعاد نانو ساخته مي‌شوند، خواصشان براي برخي عملكردهاي مشخص شده به طور چشمگيري تغيير مي‌كند. زماني كه اين مواد به مقياس طولي خاصي برده شوند مثلا بين 20 و 23 نانومتر ظرفيت برداشتي انرژي عملا تا 100 درصد بهبود بخشيده مي‌شود و اين همان نتيجه‌اي است كه مي‌تواند منجر به ساخت تجهيزات الكترونيكي خود مولد و بي‌نياز از شارژ شود.
محققان با مطالعه روي قوانين بنيادي طبيعت نظير علم فيزيك و تلاش براي كاربردي كردن آن در جهت توسعه بهتر دانش مهندسي مواد به دنبال بهره‌گيري از ساختار شيميايي و فيزيكي تركيبات كامپوزيت و چگونگي دستكاري اين ساختارها هستند تا بتوانند عملكرد اين دسته از مواد را بهبود بخشند.
جام جم
|
|
|
|
کریمی که جهان پاینده دارد تواند حجتی را زنده دارد
دانلود پروژه و کارآموزی و کارافرینی
