تاريخ : دوشنبه بیست و ششم تیر 1391 | 15:20 | نویسنده : ایمان رستگار

آشنایی با کامپوزیت ها و کاربرد آنها در خودرو و ساختمان

در کاربردهای مهندسی، اغلب به تلفیق خواص مواد نیاز است. به عنوان مثال در صنایع هوافضا، کاربردهای زیر آبی، حمل و نقل و امثال آنها، امکان استفاده از یک نوع ماده که همه خواص مورد نظر را فراهم نماید، وجود ندارد. به عنوان مثال در صنایع هوافضا به موادی نیاز است که ضمن داشتن استحکام بالا، سبک بوده و مقاومت سایشی خوبی داشته باشند.

از آنجا که نمی توان ماده ای یافت که همه خواص مورد نظر را دارا باشد، باید به دنبال چاره ای دیگر بود. کلید این مشکل، استفاده از کامپوزیت هاست.

کامپوزیت ها موادی چند جزئی هستند که خواص آنها در مجموع از هرکدام از اجزاء بهتر است. ضمن آنکه اجزای مختلف، کارایی یکدیگر را بهبود می بخشند. در کامپوزیت های پلیمری حداقل دو جزء مشاهده می شود:
1 - فاز تقویت کننده که درون ماتریس پخش شده است.
2 - فاز ماتریس که فاز دیگر را در بر می گیرد و یک پلیمر گرماسخت یا گرمانرم می باشد که گاهی قبل از سخت شدن آن را رزین می نامند.

خواص کامپوزیت ها به عوامل مختلفی از قبیل نوع مواد تشکیل دهنده و ترکیب درصد آنها، شکل و آرایش تقویت کننده و اتصال دو جزء به یکدیگر بستگی دارد.

از نظر فنی، کامپوزیت های لیفی، مهم ترین نوع کامپوزیت ها می باشند که خود به دو دسته الیاف کوتاه و بلند تقسیم می شوند. الیاف می بایست استحکام کششی بسیار بالایی داشته، خواص لیف آن (در قطر کم) از خواص توده ماده بالاتر باشد. در واقع قسمت اعظم نیرو توسط الیاف تحمل می شود و ماتریس پلیمری در واقع ضمن حفاظت الیاف از صدمات فیزیکی و شیمیایی، کار انتقال نیرو به الیاف را انجام می دهد. ضمناَ ماتریس الیاف را به مانند یک چسب کنار هم نگه می دارد و البته گسترش ترک را محدود می کند. مدول کششی ماتریس پلیمری باید از الیاف پایین تر باشد و اتصال قوی بین الیاف و ماتریس به وجود بیاورد. خواص کامپوزیت بستگی زیادی به خواص الیاف و پلیمر و نیز جهت و طول الیاف و کیفیت اتصال رزین و الیاف دارد. اگر الیاف از یک حدی (طول بحرانی) کوتاه تر باشند، نمی توانند حداکثر نقش تقویت کنندگی خود را ایفا نمایند.

● الیافی که در صنعت کامپوزیت استفاده می شوند به دو دسته تقسیم می شوند:
الف)الیاف مصنوعی
ب)الیاف طبیعی

کارایی کامپوزیت های پلیمری مهندسی توسط خواص اجزاء آنها تعیین می شود. اغلب آنها دارای الیاف با مدول بالا هستند که در ماتریس های پلیمری قرار داده شده اند و فصل مشترک خوبی نیز بین این دو جزء وجود دارد.

ماتریس پلیمری دومین جزء عمده کامپوزیت های پلیمری است. این بخش عملکردهای بسیار مهمی در کامپوزیت دارد. اول اینکه به عنوان چسب الیاف تقویت کننده را نگه می دارد. دوم، ماتریس تحت بار اعمالی تغییر شکل می دهد و تنش را به الیاف محکم و سفت منتقل می کند.

سوم، رفتار پلاستیک ماتریس پلیمری، انرژی را جذب کرده، موجب کاهش تمرکز تنش می شود که در نتیجه، رفتار چقرمگی در شکست را بهبود می بخشد.

تقویت کننده ها معمولا شکننده هستند و رفتار پلاستیک ماتریس می تواند موجب تغییر مسیر ترک های موازی با الیاف شود و موجب جلوگیری از شکست الیاف واقع در یک صفحه شود.

بحث در مورد مصادیق ماتریس های پلیمری مورد استفاده درکامپوزیت ها به معنای بحث در مورد تمام پلاستیک های تجاری موجود می باشد. در تئوری تمام گرماسخت ها و گرمانرم ها می توانند به عنوان ماتریس پلیمری استفاده شوند. در عمل، گروه های مشخصی از پلیمرها به لحاظ فنی و اقتصادی دارای اهمیت هستند.

در میان پلیمرهای گرماسخت پلی استر غیر اشباع، وینیل استر، فنل فرمآلدهید(فنولیک) اپوکسی و رزین های پلی ایمید بیشترین کاربرد را دارند. در مورد گرمانرم ها، اگرچه گرمانرم های متعددی استفاده می شوند، PEEK، پلی پروپیلن و نایلون بیشترین زمینه و اهمیت را دارا هستند. همچنین به دلیل اهمیت زیست محیطی، دراین بخش به رزین های دارای منشا طبیعی و تجدیدپذیر نیز، پرداخته شده است.

از الیاف متداول در کامپوزیت ها می توان به شیشه، کربن و آرامید اشاره نمود. در میان رزین ها نیز، پلی استر، وینیل استر، اپوکسی و فنولیک از اهمیت بیشتری برخوردار هستند.

فایبر گلاس
نمای میکروسکوپی از خواص دوگانه (استحکام و کشش) در فایبرگلاس

کاربرد کامپوزیت ها در صنعت خودرو:
کامپوزیت های الیاف طبیعی مورد استفاده در خودروسازی را می توان به دو دسته تقسیم بندی نمود:
1) نخست آنهایی که صرفاً در ساخت قطعات تزئینی به کار می روند و نیاز به مقاومت چندان بالایی ندارند.
2) دسته دیگر آنهایی که کاربرد نیمه باربر دارند و لازم است تا مقاومت مکانیکی نسبتاً بالایی از خود نشان دهند.

دسته اول بیشتر در ساخت قطعات داخل اتاق خودرو همچون رودری، طاقچه عقب و داشبورد کاربرد دارند. دسته دوم در ساخت پوشش سقف و صندوق عقب مورد استفاده قرار می گیرند و لازم است تا در برابر ضربه و بار اعمالی استحکام لازم را داشته باشند.

کامپوزیت های الیاف طبیعی مصرفی در قطعات خودروها علاوه بر داشتن حداقل خواص مکانیکی، از رفتار شکست بسیار خوبی برخوردار هستند. این کامپوزیت ها به صورت غیر ناگهانی و تدریجی می شکنند و همچنین در حین تصادفات، کمتر لبه های تیز و برنده که سرنشین خودرو را زخمی کند تولید می کنند. این کامپوزیت ها به طور خلاصه نسبت به مواد متداول از خواصی مناسب زیر برخوردارند:
1) سطح نهایی بسیار صاف و نرمی دارند.
2) ظاهر آنها بسیار بهتر از پلاستیک های ارزان قیمت است.
3) ازنظر حرارتی در برابر شعله بسیار مقاوم تر از پلاستیک ها هستند.
4) جاذب اصوات بیرونی هستند.
5) به مرور زمان تغییر شکل نمی دهند.
6) نسبت به تغییرات جوی همچون رطوبت مقاوم هستند.
7) هزینه پایینی دارند.

کاربرد کامپوزیت ها در صنعت ساختمان:
صنعت ساختمان یکی از بزرگ ترین بازارهای کامپوزیت های الیاف طبیعی به شمار می آید. استفاده از کامپوزیت های الیاف طبیعی به عنوان جانشین های مناسب چوب و آهن در ساخت و ساز به شدت در حال گسترش است. در ساخت پارتیشن ها، سقف های کاذب، حصارها نرده ها، کف ها و نمای دیوارها به خوبی می توان از این نوع کامپوزیت ها استفاده کرد. در کشورهای آسیایی ساخت کیوسک ها، خانه های پیش ساخته، خوابگاه ها، سایبان ها و پناهگاه ها به کمک این کامپوزیت ها مورد استقبال فراوان واقع شده است.

این کامپوزیت ها در مقایسه با فایبرگلاس و آهن بسیار ارزان تر بوده و بسیار سبک تر است. کامپوزیت های الیاف طبیعی مصرف شده در ساختمان را با انواع فرایندهای شکل دهی می توان به سهولت تولید نمود. این الیاف به راحتی می توانند به صورت پروفیل های پالتروژنی که در ساخت قاب ها به کار می روند شکل داده شوند.

همچنین پانل های تولیدشده به روش تزریق رزین می توانند به عنوان جانشین های مناسبی برای فیبرهای چوبی و صفحات MDF مطرح شوند. به کمک فرایند پرس گرم نیز می توان تخته های بسیار نازک با ضخامت های گوناگون را تهیه نمود که در ساخت روکش های تزئینی کاربرد دارد. سطوح این کامپوزیت ها نیز مشابه چوب بوده و به کمک یک لایه جلادهنده براقی ویژه ای پیدا می کنند. امروزه استفاده از کامپوزیت های الیاف طبیعی به عنوان روکش های تزئینی شکیل در بسیاری از کشورها دنبال می شود.

منبع:
http://www.aftab.ir/articles/science_education/other/c3c1164448699p1.php
http://www.aftab.ir/articles/science_education/other/c3c1204457526p1.php



تاريخ : دوشنبه بیست و ششم تیر 1391 | 15:19 | نویسنده : ایمان رستگار
مواد نو و سرامیک های پیشرفته

مواد نو و سرامیک های پیشرفته

سرامیک های پیشرفتهسرامیک های پیشرفته به دلیل برخورداری از ویژگی هایی چون پایداری در دماهای بالا، استحکام زیاد و مقاومت بالا در برابر خوردگی، خواص مغناطیسی و الکتریکی خاص و منحصر به فرد (چون پیزوالکتریسیته، ابررسانایی، عایق بودن یا نیمه هادی بودن و …) و سایر خواص در بسیاری از صنایع در لیست اجزای بسیار مهم و استراتژیک قرار گرفته اند. مثلا در ماشین سازی و ساخت قطعات صنعتی، خواصی چون استحکام و مقاومت در برابر سایش و خوردگی آنها، بسیار اهمیت دارد.

در صنایع شیمیایی، مقاومت خوب این مواد در برابر اسیدها و سایر مواد خوردنده بسیار مورد توجه می باشد. در صنایع هوا-فضا مقاومت این مواد در برابر حرارت اهمیت دارد، و در صنایع الکترونیک و ارتباطات به علت خواص نوری و الکتریکی خوبی که دارند، از اجزای مهم محسوب می شوند. امروزه سرامیک ها در قسمتهای مختلف صنایع اتومبیل سازی نیز روزبه روز کاربرد بیشتری می یابند. چه در سیستم ترمزها و چه در موتورها و سایر اجزاء.

در 60 سال اخیر در مورد 25 گروه مختلف از سرامیک های پیشرفته، تحقیقات وسیعی صورت گرفته و بسیاری از آنها به تولید رسیده اند. در سالهای اخیر، شکوفایی و گسترش صنایع الکترونیک و همچنین کاربرد وسیع سرامیک های پیشرفته در صنایع مربوط به تکنولوژی پزشکی و اتومبیل سازی، موجب رشد چشم گیر بازار سرامیک های پیشرفته گردیده است و اکنون این سرامیک ها رقمی حدود 50 میلیارد دلار را به خود اختصاص داده اند (بدون احتساب سرامیک های سنتی، شیشه و مواد نسوز معمولی). این بازار از نرخ رشد سالانه ا ی در حدود 7-6 درصد برخوردار بوده و پیش بینی می شود که نرخ رشد آن در سال های آینده همچنان افزایش یابد.

موادی که در سال های آینده از اهمیت روزافزون برخوردار خواهند بود، موادی چون شیشه های پیشرفته، کربن و کامپوزیت ها می باشند. به طور مثال در سالهای اخیر توجه زیادی به کامپوزیت های زمینه سرامیکی معطوف شده است (به خصوص به انواعی از این مواد که در دماهای بالا قابل استفاده هستند). مواد کربنی و تکنولوژی های مربوطه نیز مورد توجه زیادی قرار دارند. سرامیک های پیشرفته در سال های آینده احتمالا کاربردهای بسیار حساس و دقیق تری در زمینه های مختلف پیدا خواهندکرد که برخی از آنها به قرار زیر می باشند:


ابررساناهای سرامیکی که اخیرا نمونه هایی از آنها در کابل ها و مبدل های الکتریکی به کار گرفته شده  است و احتمالا سال آینده وارد بازار خواهند شد.

مغناطیس های فریتی که امروزه بازاری به ارزش حدود یک میلیارد دلار را به خود اختصاص داده اند، همچنان به گسترش پیشرفت خود ادامه داده و با خواص نوین و بهینه خود، پاسخگوی نیازهای جدید بازار در بخش های مختلفی چون الکترونیک و اتومبیل سازی خواهندبود. در صنایع تلفن سازی نیز سرامیک های پیشرفته، ساخت تلفن های همراه کوچک را امکان پذیر می سازند.

در تکنولوژی زیستی (بیوتکنولوژی) در مورد کاشت های میکرونی ای تحقیق می شود که قرار است به صورت میکرو رآکتور در بدن کار کنند. پس به حسگرهای سرامیکی در مقیاس نانومتری نیاز خواهیم داشت.

ساختارهای گیاهی با سیستم های بهینه شده الیاف و کانال های خود عینا در مورد ساختارهای سرامیکی شبیه سازی شده اند و قرار است به عنوان سیستم های بسیار مؤثر کاتالیزوری به کار گرفته شوند.

درتکنولوژی ساخت کامپیوترها نیز امکان وقوع تحولاتی در راستای استفاده ازتراشه های si-sic به جای تراشه های فعلی سیلیکونی وجود دارد. این موضوع امروزه شدیدا مورد پژوهش و تحقیق قرار گرفته  است. در صنایع اتومبیل سازی روز به روز از قطعات الکتریکی بهره بیشتری گرفته می شود و استفاده از قطعات سرامیکی مینیاتوری در این زمینه بسیار حیاتی است.

امروزه شرکت های بزرگ صنعتی در جستجوی روش هایی هستند که محصولات خود را هرچه کوچک تر، سبک تر، هوشمندتر و چندمنظوره تر سازند. حرکت به سوی چنین محصولاتی به یاری تکنولوژی هایی مانند نانوتکنولوژی امکان پذیر خواهدبود.

به یاری نانوتکنولوژی، امکان تأثیرگذاری بر ساختار اتمی مواد وجود دارد. در آن صورت، مواد را می توان کاملا بر اساس خواص مورد انتظار به گونه ای کاملا آزادانه طراحی نمود و به خواص و کیفیت های کاملا نوینی دست یافت. در این راستا مواد سرامیکی نیز نقش اساسی خواهند داشت.
به طور خلاصه می توان گفت که در آغاز قرن 21، حوزه هایی چون فوتونیک، علوم زیستی و فن آوری مواد در مقیاس نانو، به عنوان مهم ترین قلمروهای پیشرفت علمی و صنعتی معرفی شده اند و سرامیک ها در تمامی این حوزه ها، نقش راهبردی خواهند داشت.

منبع: http://tco.ir/nano/Farsi/Publication/Articles/NanoMaterial/Ceramics.htm

ت


تاريخ : یکشنبه سی ام بهمن 1390 | 17:21 | نویسنده : ایمان رستگار
تولید سرامیک های پیشرفته با کاربردهای صنعتی و هسته ای

محققان پارک فناوری تهران با استفاده از کاربید سیلیسوم موفق به تولید نوعی سرامیک پیشرفته شدند این سرامیک ها در صنایع هسته ای و نظامی و خودرو سازی کاربرد دارند.




حسین صادقی - مجری این طرح پژوهشی در این باره گفت: در تحقیقاتی که صورت گرفت به دانش فنی تولید سرامیک های پیشرفته از تولید پودر تا محصول نهایی دست یافتیم.
وی با بیان اینکه این سرامیک ها با استفاده از کاربید سیلیسیم (SiC) و "کربید بور" (B4C) تولید شده اند، افزود: کاربید سیلسیم دارای سختی بالا و کاربید بور دارای قدرت بالای جذب نوترون است از این رو این سرامیک ها در صنایع مختلف نظامی، هسته ای، خودروسازی و هوا فضا کاربرد دارد.
مجری طرح به کاربردهای این سرامیک ها اشاره کرد و اظهار داشت: سرامیک های تولید شده مقاومت بالایی در برابر حرارت دارند از این رو در صنایع نظامی، تولید نازل موتورهای موشک و جت، تولید انواع آلیاژها و کوره ذوب فلزاتی چون آلومینیم، مس و فولادهای پیشرفته کاربرد دارد.
صادقی قدرت جذب نوترون را از دیگر خواص این سرامیک ها نام برد و یادآور شد: نوترون حتی از دیواره 3 متری بتنی عبور می کند اما این سرامیک ها به دلیل دارا بودن "کاربید بور" با جذب نوترون مانع عبور آن می شود از این رو می تواند به عنوان روکش در راکتورهای مورد نیاز صنعت هسته ای به کار رود.
وی مقاومت در برابر خوردگی را از دیگر مزایای این نوع سرامیک ها نام برد و افزود: این مزیت موجب می شود که از این سرامیک ها در خطوط انتقال مواد شیمیایی خورنده و در پالایشگاه های نفت و گاز مورد استفاده قرار گیرد.
این محقق با انتقاد از بی توجهی بخش صنعتی کشور به سرامیک های پیشرفته تولید داخل کشور، یادآور شد: دست اندرکاران بخش صنعتی کشور نیازهای خود را از خارج وارد می کنند در حالیکه با بهای کمتر می توانند نیازها خود را از داخل تهیه کنند.
وی دلیل عدم توفیق کشور در تولید آلومینیم با خلوص بالا را نداشتن کوره های ویژه ذکر کرد و ادامه داد: تحریم های داخلی به مراتب سخت تر از تحریم های خارجی است چراکه در حالیکه صنایع کشور می توانند نیازهای خود را از داخل کشور با بهای مناسب تهیه کنند، تکیه بر بازهای خارجی دارند.

 



تاريخ : یکشنبه سی ام بهمن 1390 | 17:19 | نویسنده : ایمان رستگار
فناوري نانو و صنعت ساختمان

فناوری نانو در صنایع ساختمان هم نقش بسزایی دارد، در این راستا بیشترین سهم را صنایع فولاد، شیشه وبتن ایفا می کنند. کاربرد نانو ذرات در صنعت ساختمان که مهمترین آن ها نانولوله های کربنی(CNT  (و دی اکسید تیتانیوم(TiO2) هستند، عموما" در سازه های اصلی باعث افزایش خواص مکانیکی نمونه ها شده و در بخش نازک کاری نیز کاربرد نانو پوشش ها در نمای داخلی وخارجی ساختمان ها نیز از اهمیت ویژه ای برخورداراست. نانو پوشش ها ی ساختمان ضمن اینکه باعث دفع آب شده وجذب کثیفی را به حداقل می رسانند، نمای ساختمان را در مقابل اشعهUV  مقاوم می سازند. این نانو پوشش ها در سطوحی از جمله؛ سیمان، آجر، سفال،  سنگ معمولی، کاشی ، مرمر، چوب، سرامیک، شیشه، فولاد وبتن به کار می روند. ساخت بتن تقویت شده، خود تعمیر کننده و خود تمیز شونده، شیشه های خود تمیز شونده، مقاوم در برابر آتش وکنترل کننده انرژی ودر نتیجه صرفه جویی درمصرف انرژی، استفاده از رنگ های حاصل ازعلم نانوکه باعث عدم نفوذ باکتری ها به ساختمان های اداری، مسکونی، بیمارستان هاوغیره شده وبه آنهاعمری طولانی، محیطی عاری از باکتری و ماهیتی غیر قابل کثیف شدن وفرسودگی می بخشند نیز از دیگر کاربردهای مهم فناوری نانو در صنعت ساختمان است. بدین ترتیب به راحتی می توان تشخیص داد که ما با دنیای تازه ای به نام فناوری نانو روبروهستیم. متخصصان علم نانو براین باورند که بعد از تولید ماشین های بخار، موتور وتوسعه IT ، فناوری این علم افق های تازه ای رابه دنیای انسان ها بازخواهد کرد. فناوری نانو، قادراست مواد را تا اندازه ای کوچک کند که با دوباره سازی آن ها بتوان مواد وفنآوری های جدیدی را به دنیا عرضه نمود.
برای مثال، گل رس وسرامیک را می توان به ابعاد نانو درآورده وبه صورت پودر با نانو پلیمرها مخلوط کرده ودر محیطی خنثی مصالحی سخت ومقاوم را که نمونه آن تا به حال دیده نشده بوجود آورد.

 
فناوری نانو وپوشش های ساختمانی
نانو پوشش های ساختمان درسطوح داخلی وخارجی ساختمان ها ازجمله: سطوح شیشه ای،  پلاستیکی، چوبی، فولادی، سنگی،آجری، کاشی، سرامیکی،سیمانی و بتنی و... استفاده می شوند. دراین سطوح (سطوح هوشمند) که عموما" فوق آبدوست و یا فوق آبگریزهستند واکنش ها برروی سطح صورت می گیرد. لازم به ذکر است که نانوپوشش ها ساختمان  آنتی باکتریال بوده وبرای سلامتی انسان بی ضررهستند.

تاثیر لوتوس

نانو پوشش های سنگ وچوب
این نانو پوشش ها ی آنتی باکتریال، مقاوم در برابر آب، هوا، مواد ارگانیکی و غیر ارگانیکی هستند و یکی از  پوشش های اصلی صنعت ساختمان به شمار می روند. نانو پوشش های سنگ وچوب ترکیباتی هستند که ضمن حفظ ظاهر اصلی سطح باعث عدم ایجاد چسبندگی در سطح شده و آب، چربی وسایرو آلودگی ها را از سطح دفع می کنند. ضمنا" نانو پوشش های سنگ وچوب برای سطوح سنگی نفوذ پذیرکه خاصیت مکندگی دارند نیز موارد استفاده بسیاری دارند. ترکیبات این نانو پوشش ها معمولا" شامل الماس، نقره، شیشه و سرامیک می باشند و باتوجه به موارد مصرف  ممکن است متفاوت باشند، اما در اکثرآن ها فاز حامل آب والکل است وذرات آنها تا 300 درجه سانتيگراد مقاوم هستند.
مزیت ها: پوشش سطوح منفذ دار، حفظ تنفس سطوح، حفظ سطوح در برابرعوامل محیطی، امکان تمیز شدن لک ها ازجمله؛ چربی ها وروغن ها با آّب، جلوگیری از ایجاد کپک، جلبک و مشابه آنها و محافظت سطوح ازتاثیرنم وکثیفی ها.


موارد مصرف

 سطوح چوبی
نانوپوشش های سنگ وچوب، علاوه بر استفاده در سطوح چوبی معمولی برای سطوح چوبی جلادار وسطوح چوبی رنگ شده هم مورد استفاده قرارمی گیرند. درسطوح چوبی جلادارسه ماه پس ازاعمال جلا مورد استفاده قرارمی گیرند وبرای سطوح چوبی  رنگ شده ازنانوپوشش های چند منظوره استفاده می شود.

سیمان های الیافی
ساختمان هایی که با سیمان های الیافی ساخته می شوند پس از مدتی به منبع لکه وکثیفی تبدیل می شوند. سیمان استفاده شده درنمای ساختمان ها، کثیفی هاوکپک ها رامکیده وباتاثیر نورخورشید آنها رابخوبی درداخل ماتریس جایگزین می کند و دورکردن این لکه ها  وکثیفی ها کار بسیار مشکلی است. استفاده ازنانوپوشش های سنگ وچوب درنمای ساختمان باعث عدم نفوذ کثیفی ها، باکتری ها وغیره به داخل ماتریس می شوند وظاهر اولیه نما را به خوبی حفظ می نمایند.

 آجرها وسرامیک ها
درخت های بزرگ اطراف ساختمان ها با به جا گذاشتن آثار خود برروی سطوح ساختمان ها باعث می شوند نمای ساختمان ها به مرور زمان رنگ سبز درختان رابه خود گرفته وبرای تمیز کردن آن ها می بایست ازابزارتمیزکننده بافشارهای قوی استفاده شود، اما این عمل نیز باعث می شود پس از چند ماه درسطح ساختمان چسبندگی بیشتری ایجاد شود و سریع تر وراحت تراز قبل کثیفی ها رابه خود جذب کنند دراین گونه موارد نیز استفاده از با نانوپوشش های سنگ وچوب ضروری به نظر می رسد.

 ماسه سنگ ها و بتن گازی
بتن گازی وماسه سنگ هایی که ساختار سفید رنگی دارند واغلب در آتلیه ها و ایوان ها به کار می روند، کثیفی ها وچربی ها را جذب کرده وظاهر آنها خیلی سریع به صورت نامطلوبی تغییرمی کند. در این شرایط استفاده ازتمیز کننده های بافشار بسیار قوی نیز کارساز نمی باشد. اما در صورت استفاده از نانو پوشش های سنگ وچوب درحالی که به سطح اجازه تنفس داده می شود، باعث عدم نفوذ مواد به سطح می شوند، بدین ترتیب رنگ وساختار اصلی سطح حفظ می شود.


 کاشی ها و لوح های سنگی
استفاده ازنانوپوشش های سنگ وچوب باعث می شوند ساختمان ها همراه با باغچه ها و مجسمه های اطراف آن ها از تاثیرات محیطی محفوظ مانده و به مرورزمان در رنگ آن ها تغییری ایجاد نشود.


شیشه
 نانو پوشش های شیشه در صنایع ساختمان واتومبیل بیشترین کاربرد را دارند، در ادامه به برخی ازکاربرد های  آنها در صنایع ساختمانی اشاره شده است.

شیشه های خود تمیز شونده
  این نوع نانو پوشش ها، باضخامت چند نانومتر در سطح شیشه یک فیلم آب دوست تشکیل می دهند، سطح هیدروفیل آنها از تاثیر نور خورشید یک فوتوکاتالیست تشکیل داده وآب جمع شده در سطح، درمقابل نیروی جاذبه زمین میزان آب/ هوا را برروی خود افزایش داده وبدین ترتیب آب جمع شده در سطح تماما" پخش شده وبخودی خود امکان تمیز شدن رابوجود مي آورد.
نانوپوشش های استفاده شده برروی شیشه پس از شش هفته خاصیت خود تمیزشوندگی  را از خود نشان می دهند. بنا به گفته متخصصین نانوذرات TiO2 موجود در اين نانو پوشش ها داراي دو خاصیت است ؛ یکی از آن ها فوق العاده هیدروفیل بودن آن است، دیگر آن که دارای خاصیت ضد عفونی کنندگی است، زیرا TiO2 قادربه شکستن وتجزیه آلاینده های آلی است. این تاثیرپس ازگذشت چند هفته در شیشه  ایجاد می شود، زیرا تیتانیوم دی اکساید باید در داخل ماتریس شیشه جایگزین شده٬ و شیشه ها را از کثیفی های موجود رها کرده وسپس کثیفی های محیط رابه صورت کاتالیتیک تجزیه نموده واز بین ببرد. خاصیت پخش شوندگی مساوی آ ب در سطح باعث می شود بدون اینکه لکه‌ای باقی بماند سطح ازکثیفی‌ها عاری شود.

شیشه های کنترل کننده انرژی
این نوع شیشه ها ضمن دارابودن تنوع دررنگ وسایر خصوصیات، قادرند باکاهش شدید امواج ماوراء بنفش ومادون قرمز عبوری وتنظیم عبور نورمرئی، در زمستان تا 85درصد ودر تابستان تا 80درصد از هدر رفتن انرژی داخل ساختمان جلوگیری کرده ودر صرفه جوئی مصرف انرژی، نقش بسزائی داشته باشند.

 شیشه های محافظ در برابر آتش
شیشه های محافظ دربرابر آتش نیز یکی دیگراز دستاوردهای فناوری نانو است. این محصول از طریق قراردادن یک لایه شفاف محتوای نانو ذرات سیلیس (SiO2) درمیان دو صفحه شیشه ای ساخته می شود که در هنگام گرم شدن شیشه این لایه شفاف تبدیل به محافظی سخت، تیره ومقاوم دربرابر آتش می شود.

 بتن
تحقیقات بسیاری در زمینه بکارگیری فناوری نانو درساختمان بتن درحال انجام است به منظور درک این مطلب در سطح علم پایه از فناوری هایی مانند؛ میکروسکپ هایAFM ،SEM ، FIB که برای مطالعه در مقیاس نانو ساخته شده اند استفاده می شود

 نانوسیلیس ها(SiO2)
با استفاده از نانوذرات سیلیس می توان میزان تراکم ذرات را در بتن افزایش داده که این به افزایش چگالی میکرو ونانوساختارهای تشکیل دهنده بتن ودر نتیجه ویژگی های مکانیکی می انجامد. افزودن نانوذرات سیلیس به مواد بر مبنای سیمان هم موجب کنترل تجزیه شیمیایی ناشی ازH-C-S(کلسیم- سیلیکات - هیدرات)، که در اثر نشست کلسیم در آب رخ می دهد، ونیز جلوگیری از نفوذ آب به داخل بتن می شود که هردوی این موارد دوام بتن را افزایش می دهند.

 نانولوله های کربنی (CNT)
تحقیقات گسترده ای درخصوص کاربردهای نانولوله های کربنی در حال انجام است وتاکنون خواص قابل ملاحظه ای از آن ها کشف شده است؛ برای مثال باوجود اینکه چگالی آن ها یک ششم چگالی فولاد است، مدول یانگ آنهاپنج برابر واستحکام آنها هشت برابر فولاد است. درصورت افزودن نیم الی یک درصد وزنی از این نانولوله ها به ماتریس بتن خواص نمونه ها به طور قابل توجهی بهبود می یابد. (نانولوله ها ی کربنی به صورت های تک جداره ویاچند جداره مورد استفاده قرار می گیرند.

 

نانو ذرات رس (Nano-Clay)
برخی از انواع نانوذرات درچسب های (ملات های binder) مختلف ونحوه تاثیر آنها برروی ویژگی های کلیدی مرتبط با فرسایش بتن؛ مانند ممانعت ازانتقال یون های کلر، مقاومت دربرابر دی اکسید کربن، پخش بخار آب، جذب آب وعمق نفوذ هدایت می شوند.  نوعی حلال متشکل از رزین اپوکسی باوزن ملکولی پایین ونانوذرات رس(Nano-Clay)، نتایج امیدوارکننده ای را در این زمینه نشان داده است.

 نانوذرات اکسید آهن یا هماتیت(Fe2O3)
درصورت اضافه نمودن نانوذرات اکسید آهن به ماتریس بتن علاوه بر افزایش مقاومت بتن، پایش سطوح تنش بتن را ازطریق اندازه گیری مقاومت الکتریکی برشی امکان پذیر می سازد.

نانوذرات دی اکسید تیتانیوم (TiO2)
نانو ذرات دی اکسید تیتانیوم هم برای بهبود ویژگی های بتن در نمای ساختمان ها به عنوان پوشش بازتاب کننده مورد استفاده قرار می گیرد. این نانو ذرات ازطریق واکنشهای فوتوکاتالیستی قوی قادر به شکستن وتجزیه آلاینده های آلی،ترکیبات آلی فرار(VOC) وغشای باکتریایی هستند، به همین جهت برای ایجاد خاصیت ضد عفونی کنندگی به رنگ ها، سیمان ها وشیشه ها اضافه می شوند. بتن حاویTiO2 دارای رنگ سفید و درخشندگی خاصی است و این درخشندگی رابطور موثری حفظ می نماید. درحالی که ساختمان های ساخته شده بابتن معمولی فاقد چنین ویژگی هستند.

فولاد
 فولاد یکی از فلزات بسیار مهم در صنعت ساخت وساز است.  تحقیقات نشان داده است اضافه نمودن نانو ذرات مس به فولاد از ناهمواری های سطحی فولاد می کاهد و درنتیجه تعداد عوامل افزایش دهنده تنش ودر نهایت ترک خوردگی های ناشی از خستگی سازه هایی مانند پل ها و برج ها، که در آنها بارگذاری به طور متناوب انجام می گیرد رامحدود می سازد.

حسگرها
حسگرها ی مبتنی برفناوری نانو نیز می توانند به نوبه خودکاربردهای زیادی در سازه های بتنی داشته باشند؛ برای کنترل کیفیت ودوام بتن، این حسگرها می توانند برای هدف های مختلفی نظیر؛ اندازه گیری چگالی، میزان افت بتن، پارامترهای موثر دردوام بتن مانند؛ دما، رطوبت، غلظت کلر،  PH ؛دی اکسیدکربن، تنش، خوردگی میلگردها وارتعاش طراحی شوند

 



تاريخ : یکشنبه سی ام بهمن 1390 | 17:6 | نویسنده : ایمان رستگار
پايگاه اطلاع رساني فناوري سراميك هاي پيشرفته (www.actibs.com) راه اندازي شد.

پايگاه اطلاع رساني فناوري سراميك هاي پيشرفته (www.actibs.com) راه اندازي شد.
 
 
اين پايگاه اهداف خود را چنين عنوان نموده است:
مأموریت ما فراهم نمودن بستر ارتباطی مناسب و تسهيل دسترسی به اطلاعات جهت ارائه خدمات فنی مهندسی با کیفیت برتر و مبتنی بر تکنولوژیهای نوین در حوزه  فناوری اطلاعات برای صنعت  کاشی و سراميک  و صنايع مرتبط با آن است که به واسطه ی آن مشتریان  بتوانند به روشی مطمئن، ساده ، سریع ، کارآمد و مطابق با فن آوری های روز دنیا نسبت به تأمین نیازهای اطلاعاتی خود اقدام نمایند. در این راستا، اصول در نظر گرفته شده شامل کیفیت مطلوب، ارتباط مستمر با مشتری، تعهد در ارائه خدمات به موقع، صداقت در ارتباط و توجه به روابط دراز مدت با مشتریان، ارتباط مستمر و مطلوب با تولیدکنندگان داخلی و خارجی، پیشرو بودن و ارائه ی دستاوردهای روز دنیا می باشد. 

جلب رضايت مشتريان از طريق شناخت و درك صحيح از نيازهاي آنها و برآوردن اين نيازها با مناسبترين كيفيت و با كمترين هزينه از تعهدات اصلي ما مي‌باشد كه اين مهم از طريق بكارگيري آخرين دستاوردهاي فناوريهاي ارتباطي و اطلاعاتي محقق خواهد شد.

 



تاريخ : یکشنبه سی ام بهمن 1390 | 16:29 | نویسنده : ایمان رستگار
پايگاه اطلاع رساني فناوري سراميك هاي پيشرفته (www.actibs.com) راه اندازي شد.

پايگاه اطلاع رساني فناوري سراميك هاي پيشرفته (www.actibs.com) راه اندازي شد.
 
 
اين پايگاه اهداف خود را چنين عنوان نموده است:
مأموریت ما فراهم نمودن بستر ارتباطی مناسب و تسهيل دسترسی به اطلاعات جهت ارائه خدمات فنی مهندسی با کیفیت برتر و مبتنی بر تکنولوژیهای نوین در حوزه  فناوری اطلاعات برای صنعت  کاشی و سراميک  و صنايع مرتبط با آن است که به واسطه ی آن مشتریان  بتوانند به روشی مطمئن، ساده ، سریع ، کارآمد و مطابق با فن آوری های روز دنیا نسبت به تأمین نیازهای اطلاعاتی خود اقدام نمایند. در این راستا، اصول در نظر گرفته شده شامل کیفیت مطلوب، ارتباط مستمر با مشتری، تعهد در ارائه خدمات به موقع، صداقت در ارتباط و توجه به روابط دراز مدت با مشتریان، ارتباط مستمر و مطلوب با تولیدکنندگان داخلی و خارجی، پیشرو بودن و ارائه ی دستاوردهای روز دنیا می باشد. 

جلب رضايت مشتريان از طريق شناخت و درك صحيح از نيازهاي آنها و برآوردن اين نيازها با مناسبترين كيفيت و با كمترين هزينه از تعهدات اصلي ما مي‌باشد كه اين مهم از طريق بكارگيري آخرين دستاوردهاي فناوريهاي ارتباطي و اطلاعاتي محقق خواهد شد.

 



تاريخ : شنبه بیست و نهم بهمن 1390 | 19:2 | نویسنده : ایمان رستگار

در صنایع شیمیایی، مقاومت خوب این مواد در برابر اسیدها و سایر مواد خورنده بسیار مورد توجه می‌باشد. در صنایع هوا- فضا مقاومت این مواد در برابر حرارت اهمیت دارد و در صنایع الكترونیك و ارتباطات به‌علت خواص نوری و الكتریكی خوبی كه دارند، از اجزای مهم محسوب می‌شوند. امروزه سرامیك‌ها در قسمت‌های مختلف صنایع اتومبیل‌سازی نیز روزبه‌روز كاربرد بیشتری می‌یابند؛ چه در سیستم ترمزها و چه در موتورها و سایر اجزاء.

روند كلی تكامل بشر در زمینه كاربرد مواد، این‌گونه بوده است كه انسان‌ها همواره سعی كرده‌اند مواد اطراف خود و خواص آن‌ها را به‌خوبی شناسایی كنند و سپس بر اساس نیازهای خود، مناسب‌ترین آن‌ها را انتخاب كنند. این روند جستجو و انتخاب از دیرباز وجود داشته و هم‌اكنون هم جزء یكی از اركان اساسی مهندسی مواد می‌باشد.
با گذشت زمان و به ‌خصوص با وقوع جنگ‌های جهانی در قرن بیستم، نیازهای بشر از آنچه كه مواد موجود می‌توانستند در اختیار او قرار دهند فراتر رفت. بنابراین نیازهای جدید صرفاً با استفاده از مواد موجود، قابل رفع نبود. در نتیجه این احساس در بشر به‌وجود آمد كه لازم است خود را از قید مواد موجود رها سازد و با ایجاد تغییر در ساختار آن‌ها، عملكردهایی فراتر از خواص موجود را از آن‌ها بخواهد. از این رو دانشمندان و مهندسین مواد بر آن شدند كه با دانش رشد یابندة خود در حوزة مواد، آن‌ها را تغییر داده و خصوصیات مورد نیاز خود را در آن‌ها ایجاد نمایند و یا اینكه از ابتدا ماده‌ای را خلق كنند كه قبل از آن وجود نداشته است. با این رویكرد جدید، عصر مواد پیشرفته آغاز شد.

بازار بزرگ سرامیك‌های پیشرفته در جهان عامل دیگری است كه ما را به‌ سمت سرامیك‌های پیشرفته سوق می-دهد. از بازار 200 میلیارد دلاری سرامیك‌ها در جهان حدود یك سوم آن یعنی 63 میلیارد دلار آن مربوط به سرامیك‌های پیشرفته است.
تقریباً می‌توانیم بگوییم كه ما در سرامیك‌های سنتی تمام توان خود را به‌كار گرفته‌ایم. در صورتی‌كه در بازار سرامیك‌های پیشرفته اصلاً حضوری نداشته ایم. این در حالی است كه برای این بازار رشد 6 تا 7 درصدی نیز متصور است. ما می‌توانیم در این صنعت نیز مانند سرامیك‌های سنتی به سطح خوبی برسیم. تصور اینكه سرمایه-گذاری در بخش سنتی اجباراً ما را به سمت سرامیك‌های پیشرفته سوق می‌دهد تصور كاملاً غلطی است؛ چون این دو ماهیتاً با هم فرق دارند و از نظر سطح فناوری، دانش فنی و موارد كاربرد، اختلاف زیادی با هم دارند. پس این برداشت كه ما با توجه به سرامیك‌های سنتی به مرور زمان به سرامیك‌های پیشرفته دست می‌یابیم درست نیست.
فارغ از تمام مباحث فوق، نگرش ما به مسائل جهانی و پدیدة جهانی شدن نیز راهبرد ما را در دستیابی به فناوری‌های مختلف تحت‌تاثیر قرار می‌دهد. طبیعتاً استراتژی ما در رویكرد به فناوری سرامیك نیز متاثر از این نگرش خواهد بود. اگر ما در پدیدة جهانی شدن بخواهیم تابع و پیرو دیگر قدرت‌ها باشیم، صنعت سرامیك ما در حد سرامیك‌های سنتی و دارای ارزش افزودة پایین باقی خواهد ماند. چون آن‌ها این طور می‌خواهند. ولی اگر در این حوزه مانند حوزه‌های دیگری مثل نانوفناوری پیشرفت كنیم، دستیابی به فناوری سرامیك‌های پیشرفته،‌ امری حیاتی خواهد بود.
در صنایع شیمیایی، مقاومت خوب این مواد در برابر اسیدها و سایر مواد خورنده بسیار مورد توجه می‌باشد. در صنایع هوا-فضا مقاومت این مواد در برابر حرارت اهمیت دارد و در صنایع الكترونیك و ارتباطات به‌علت خواص نوری و الكتریكی خوبی كه دارند، از اجزای مهم محسوب می‌شوند. امروزه سرامیك‌ها در قسمت‌های مختلف صنایع اتومبیل‌سازی نیز روزبه‌روز كاربرد بیشتری می‌یابند؛ چه در سیستم ترمزها و چه در موتورها و سایر اجزاء.
در 60 سال اخیر در مورد 25 گروه مختلف از سرامیك‌های پیشرفته، تحقیقات وسیعی صورت گرفته و بسیاری از آن‌ها به تولید رسیده‌اند. در سال‌های اخیر، شكوفایی و گسترش صنایع الكترونیك و همچنین كاربرد وسیع سرامیك‌های پیشرفته در صنایع مربوط به فناوری پزشكی و اتومبیل‌سازی، موجب رشد چشمگیر بازار سرامیك‌های پیشرفته شده است.
- به‌عنوان مثال دریچه مصنوعی قلب‌ كه نوعی سرامیك پیشرفته است، وزنی حدود 1 تا 2 گرم دارد كه قیمت آن حدود 4 هزار دلار می‌باشد و ارزش افزوده عجیبی دارد كه تولید آن محدود به آمریكا و ژاپن است.
- استفاده از سرامیك‌ها در جایگزینی استخوان‌ها به‌علت سبكی وزن در مقایسه با پلاتین، سازگاری بیشتر با بافت-های بدن، عدم نیاز به جراحی مجدد و غیره سبب شده است كه در حوزه پزشكی به استفاده از سرامیك‌های پیشرفته توجه شود.
- در زمینه‌های نظامی نیز سرامیك‌های پیشرفته كاربرد فراوان دارند. ساده‌ترین كاربردهای آن ساخت زره ضد گلوله و در تانك‌ها و زیر بالگردها به‌عنوان محافظ در مقابل گلوله می‌باشد.
- در ابزار برش، امروزه به‌دلیل استحكام بسیار بالا، سایش فوق‌العاده كم و عمر بسیار زیاد، از این مواد سرامیكی در صنعت، استفاده فراوانی می‌شود. همچنین مواد سرامیكی جایگزینی برای قلم‌تراش‌های فولاد آلیاژی می‌باشند و عمده تولید آن‌ها در اروپا است.
سرامیك‌های پیشرفته آنچنان تنوع و كاربرد فراوانی دارند كه توجه به هر شاخه از آن‌ها می‌تواند درآمدزایی بالایی را به همراه داشته باشد. به‌عنوان مثال الكتروسرامیك‌ها یكی از شاخه‌های مهم و پركاربرد هستند كه در صورت توجه، مزایای زیادی را به‌همراه دارند كه در ذیل به برخی از آن‌ها اشاره می‌شود:
1- اشتغال
اشتغالی كه در اثر توسعه این صنعت در كشور ایجاد می‌شود، قابل مقایسه با سرامیك‌های سنتی نیست. زیرا علاوه‌بر گروه‌های متخصصی كه در واحدهای صنعتی مشغول به تولید این محصولات خواهند بود، گروه‌های دیگری كه شامل تیم‌های مهندسی هستند محصول این كارخانجات را برای كاربردهای خاص طراحی و تولید می‌كنند. بنابراین زنجیرة بزرگی از نیروهای تحصیل‌كرده در اثر توسعة این صنعت جذب بازار كار خواهند گردید. اساساً تولید این نوع محصولات به‌عنوان محصولات مبتنی بر دانش تلقی می گردد.
2- توسعه صنایع الكترونیك
با توجه به اهداف برنامه‌های توسعه كه یكی از آن‌ها توسعه صنایع الكترونیك در كشور است، باید زیرساخت‌های لازم را برای آن ایجاد كرد. تولید الكتروسرامیك‌ها در كشور یكی از زیرساخت‌های لازم برای توسعه این صنعت است. چون معضلی كه تولیدكنندگان در صنعت الكترونیك دارند، قیمت نامناسب و ورود اجناس به‌صورت قاچاق در كشور است. با تولید اقتصادی این قطعات در كنار دیگر قطعات الكترونیكی در داخل كشور، آن‌ها می‌توانند تولیدات خود را با قیمت مناسبی به جامعه ارائه ‌دهند و نگران قاچاق نبوده و به بازارهای بین‌المللی راه پیدا كنند و توان رقابت داشته باشند.
3- ارزش افزوده بالا
قیمت محصولات الكتروسرامیكی از حدود 5 دلار شروع می‌شود و تا 500-400 دلار در هر كیلو می‌رسد كه سهم بالایی از ارزش افزوده آن به دانش فنی و طراحی برمی‌گردد و صرفاً مواد اولیه نقش عمده‌ای را به‌تنهایی در قیمت این محصولات بازی نمی‌نماید. نگرانی از اینكه مواد اولیه با خلوص بالا برای تولید این محصولات را در كشور نداریم، نباید باعث شود تا كشور ما وارد این صنعت نشود. چنانچه كشورهایی نظیر كره، تایوان، هنگ‌كنگ و سنگاپور نیز با همین مسئله روبرو بودند ولی با یك برنامه‌ریزی درست و در سایه همكاری‌های بین‌المللی گام‌های بسیار درخشانی را در تولید و عرضه این محصولات در دنیا برداشته‌اند.
4- مصرف انرژی
مصرف انرژی برای تولید این قطعات در مقایسه با سرامیك‌های سنتی بسیار كمتر است. زیرا ابعاد قطعات كوچك‌تر است. این در حالی است كه وقتی آمار مصرف انرژی در كشورهای مختلف بررسی می‌شود، صنعت سرامیك، به‌ویژه در بخش سنتی (كاشی، شیشه، دیرگداز، سیمان و غیره)، سهم قابل توجهی از مصرف انرژی را به خود اختصاص می‌دهد.

 

منبع:سایت شبکه تحلیلگران تکنولوژی ایران



تاريخ : جمعه بیست و هشتم بهمن 1390 | 14:13 | نویسنده : ایمان رستگار
توليد كاشي هاي پرسلاني با روش اكستروژن

فارس - براي اولين بار در كشور كاشي هاي جديد با روش نويني توليد مي شود.
    اصغر مدني، مديرعامل شركت بورسي كاشي حافظ اظهار داشت: براي اولين بار در كشور، توليد كاشي هاي پرسلاني با روش اكستروژن در كارخانجات كاشي و سراميك حافظ آغاز خواهد شد.
    وي با بيان اينكه ميزان عرضه كاشي و سراميك با تكنولوژي موجود از ميزان تقاضاي آن در بازار داخلي بيشتر است و هم اكنون توليد سالانه صنعت كاشي و سراميك كشور حدود 280 ميليون متر مربع است، ادامه داد: محصول توليدي به روش «اكسترودر» با توجه به اينكه از نظر قابليت توليد ماشين آلات در بالاترين رده قرار دارد توليدات آن به صورت كاشي كف معمولي، كاشي ديوار، كاشي پرسلاني لعابدار و بدون لعاب و همچنين كاشي هاي ويژه مي تواند در نماهاي بيروني ساختمان ها، سطوح داخلي ساختمان ها، سالن هاي بزرگ و عمومي، راه پله ها و همچنين قرنيزهاي بلند مورد استفاده قرار گيرد.
    وي قيمت جهاني محصولات پرسلاني به روش اكستروژن را حدود 50 دلار در هر مترمربع دانست و اظهار داشت: قيمت محصولات داخلي به مراتب بسيار كمتر از نمونه هاي مشابه خارجي خواهد بود.
    مدني هدف از اجراي طرح توليد بيش از يك ميليون متر مربع كاشي پرسلاني در اين كارخانجات را استفاده از تكنولوژي برتر روز دنيا (به روش اكسترودر) با استفاده از امكانات نهفته انساني، اقتصادي و دارايي هاي موجود اعم از ماشين آلات جانبي و تاسيسات احداثي نام برد.
    وي با اشاره به اينكه تعدد توليد كنندگان داخلي كاشي در كشور و واردات بي رويه آن از كشورهاي ايتاليا، اسپانيا، چين و حتي تركيه موجب ايجاد بازاري اشباع و پررقابت در كشور شده تصريح كرد: تعداد كارخانجات كاشي و سراميك از سال 1373 تا سال 1386 با جهش قابل ملاحظه اي به حدود 75 واحد با ظرفيت اسمي حدود 330 ميليون مترمربع و توليد حدود 280 ميليون مترمربع ارتقا يافت كه مجموعه اي نزديك به 65 هزار نفر را به طور مستقيم تحت پوشش قرار داد.
    وي اظهار كرد: بيشتر كاشي و سراميك ايران به بازار كشورهاي منطقه صادر مي شود كه تمامي آنها داراي بازارهاي ضعيفي هستند و امكانات مالي آنها محدود است، بنابراين قيمت كاشي و سراميك عرضه شده از سوي ايران در اين بازارها ظاهرا داراي قيمت بالابوده و قابل رقابت نيست.
    مدني اضافه كرد: كشورهاي ايتاليا، اسپانيا و حتي تركيه، روسيه و چين محصولات خود را به بازارهاي اروپا و آمريكا صادر مي كنند كه داراي بازارهاي بسيار قوي مالي است و قيمت بالاي اين محصولات در آن بازارها با داشتن كيفيت و به روز بودن، از هر نظر داراي قدرت عمل بيشتري از ما است.
    وي با اشاره به تحت پوشش قرار داشتن بيش از 96درصد اقتصاد عمده جهان در سازمان تجارت جهاني تاكيد كرد: از ميان حدود 30 كشور توليد كننده عمده كاشي و سراميك جهان، 22 كشور عضو سازمان تجارت جهاني هستند، بنابراين حضور در اين بازار امري اجتناب ناپذير بوده است.
    به گفته وي با توجه به توانايي هاي موجود خود در بازارهاي منطقه بالاخص عراق، افغانستان و چند كشور آسياي ميانه و منطقه در هر زمان قادر به افزايش ميزان صادرات به ميزان 30درصد توليدات خود است، اما به علت حاشيه سود محدود و عدم امكان بهره وري و بهره برداري موثر از اين صادرات و نبود بازار قوي و مناسب مالي كه قادر به خريد مناسب باشد، اين شركت طي سه سال گذشته به تدريج از ميزان صادرات خود كاسته است.



تاريخ : جمعه بیست و هشتم بهمن 1390 | 14:3 | نویسنده : ایمان رستگار
خواص سرامیک ها ( بيوسراميك ها)

مواد سرامیکی خواص ویژه ای از خود نشان می دهند به طوری که این امر موجب می گردد که جایگزین دیگری با مواد دیگر نداشته باشد وبنابراین نقش ویژه ای در تهیه انواع بیشماری از ادوات و تجهیزات بازی می کند.
برای ایجاد یک خواص خوب و مناسب ودر نتیجه بکارگیری صحیح مواد سرامیکی دانستن اطلاعات درمورد رابطه بین خواص و ریزساختار مواد سرامیکی ضروری است. ریزساختار مواد بستگی زیادی به فرآیند تولید و روش تهیه دارد. سرامیک های پیشرفته امروز کاربردهای بسیار فراوانی دارند و امروزه سعی بر تولید مواد سرامیکی است که به شکل کامل تولید شده و بعد از تولید نیاز به ماشین کاری و در نتیجه تحمیل هزینه اضافی به سیستم حذف گردد.

tile.jpg

مواد جدیدی که امروزه اهمیت ویژه ای برای تحقیق و توسعه این مواد در نظر گرفته می شوند در زمینه سرامیک به شرح زیر می باشند :
بیوسرامیک ها که تاثیر به سزایی در رشد صنعت پزشکی و بهبود وضعیت سلامتی جوامع انسانی داشته اند، مواد ساینده نظیر ابزار برش و چرخ های ساینده که کاربری آن در صنایع کاربردی فلزات و ... است.
 سرامیک های سخت و بسیار سخت
(hard and Super hard ceramics ) موادی هستند که مطالعه بر روی آن ها بسیار پر اهمیت و البته هزینه بر است. روش های مطالعه رفتار مواد در دماهای بالا، فیلترها، خوردگی مواد نیز نیاز به تقویت دارد. تجزیه SO و NO در فرآیند احتراق محصولات سرامیکی در دماهایی پائین از طریق احیای کاتالیتیک (Catalytic reduction ) مورد بررسی قرار گیرد. اجزای سرامیکی برای هایپر فیلتراسیون (Hyper filtration ) گازی در اندازه مولکولی در مایع آب مناسب هستند.
الکتروسرامیک ها کاربردهای بسیار متنوعی داشته و شامل سرامیک های با هدایت یونی (کاربرد در باتری ها و سنسورها )، عایق های الکتریکی، نیمه هادی ها و سوپرهادی ها می گردند
. سرامیک های فروالکتریک کاربردهای بسیار زیادی در خازن ها، سنسورها، سرامیک های پیزوالکتریک، اجزای الکترواپتیک ترمیتورها دارند که بسیار مورد توجه محققان هستند.
سرامیک های فرو مغناطیس نقش اساسی در صنعت الکترونیک ایفا کرده و کاربرد آن در سیستم های ذخیره سازی، ارتباطات ماهواره ای، تلویزیون و سایر سیستم های الکترونیکی است
. اجزای کوچک شده الکتروسرامیک ها (Miniaturization ) موادی هستند که در آینده کاربردهای زیادی خواهند داشت.


تاريخ : جمعه بیست و هشتم بهمن 1390 | 13:56 | نویسنده : ایمان رستگار
ليکا دانه هاي مدور و سبک رس منبسط شده اي است که در کوره هاي گردان و در حرارت حدود 1200 درجه سانتي گراد توليد مي شود. اين دانه ها در حال حاضر در بيش از 30 کشور جهان با نامهاي تجاري گوناگون توليد و عرضه مي گردند. دانه هاي ليکا به شکل تقريبا مدور با سطحي زبر و ناهموار است. قشر ميکروسکپي خارجي آن داراي خلل و فرج ريز و قهوه اي رنگ و داخل دانه ها به شکل بافت سلولي و به رنگ سياه است.
  ليكا چيست؟واژه ليکااز عبارتLigth Expanded Clay  Aggregate)دانه رس منبسط شده(گرفته شده است. در روش توليد اين دانه ها ابتدا خاک رس به عنوان ماده اوليه سبکدانه ازمعادن خاک رس به واحد فرآوری کارخانه حمل شده، بعد از نمونه گيری و کنترل دقيق مواد شيميايی و حصول اطمينان از نداشتن مواد شيميايی و آهکی بعد از آبدهی به صورت گل رس واردکوره گردان می شوند. وقتی گل رس دردرجه حرارتی حدود 1200 درجه سانتی گــراد قـــرار می گيرد، گاز های ايجاد شده دانه ها را منبسط مي کند و هزاران سلول هوای ريز درون آنها تشکيل می شوند. با سرد شدن مصالح، حبابهای هوا به صورت فضاهای منفک باقی مانده و سطح آنها سخت می شود.


دانه های ليکا دارای شکل تقريبا" گرد و سطح زبر وناهموارند. رويه ميکروسکوپی خارجی دانه ها دارای خلل و فرج ريز و قهوه ای رنگ است . بخش داخلي دانه ها دارای بافت سلولی سياه رنگ است. بعد از مرحله توليد، محصولات به صورت دانه بندی مخلوط 25-0 ميلي متر وارد ســرند شده وبه سه رده دانـه بنـدی 4 - 0، 10- 4 و 25- 10 ميلی متر تفکيک مي شوند.
 جدول كاربردهاى ليكا بر حسب اندازه دانه ها  
کاربرد اندازه
عايقسازى كف، حذف، عايق سازى پى، پركننده سبك، توليد بلوك   كف، تسطيح بام، زير سازىساختمان، زهكشى ابنيه ( لیکای درشت دانه ) بادامی
10-25
mm
توليدبتن سبك ليكا، توليد بلوك، دال و اجزاى ساختمانى،   زيرسازى ساختمان ( لیکای متوسط) نخودی   
4-10
mm
توليد بلوك، دال و اجزاى ساختمانى توليدبتن سبك، توليد     اندود  و  ملات   ليكا لیکای ریز و بسیار ریزدانه
0-4
mm
 تاريخچه ليكاسبكدانه هاي طبيعي از سال هاي دور مورد توجه بشر بوده اند. حتي 273 سال قبل از ميلاد در روم باستان از فاصله 40 كيلومتري به بندر Cosa در غرب ايتاليا حمل و در بندر سازي استفاده شده است .روميان دراحداث معبد پانتئون و ورزشگاه کلوزيوم از نوعي سبدانه استفاده کردند.در قرن ششم در ساخت اوليه كليساي صوفياي استانبول نيز سبكدانه بكار رفته است. در قرن دوم پس از ميلاد، مهندسين رومي سبكدانه پوميسي را در ساختمان پانتئون روم بكار برده اند. پس از گذشت 1000 سال، سبكدانه در ساختماني در واتيكان بكار رفت. کاربرد بتن سبکدانه پس از توليد سبکدانه هاي مصنوعي و فراوري شده در اوايل قرن بيستم وارد مرحله جديدي شد.در حدود سال 1917، هايدي در كانزا س ايالات متحده، روش توليد صنعتي رس منبسط شده را با استفاده از كوره استوانه اي چرخان ابداع نمود. اين فرآورده هايديت نام گرفت. بدليل امکان فر آوري در توليد، اين محصول داراي ويژگيهاي منحصر بفرد بوده و مورد استقبال فراواني قرار گرفت. اين سبكدانه مصنوعي در هنگام جنگ جهاني اول به دليل محدوديت دسترسي به ورق فولادي براي ساخت كشتي بكار گرفته شد. در سال هاي 50 و 60 ميلادي ساختمان ها و پل هاي زيادي  با بتن سبك  در دنيا ساخته شد. در اين مدت بيش از 150 پل و ساختمان در ايالات متحده و كانادا با اين نوع بتن، مورد بهره برداري قرار گرفت. بزرگترين بناي بتن سبكدانه، ساختمان اداري 52 طبقه با ارتفاع 215 متر در هوستون تكزاس مي باشد. در ايران پس از آگاهي از مزاياي توليد سبکدانه در کشور واحد توليد ليکا توسط بخش خصوصي در سال 1358 راه اندازي گشت . محصولات اين شرکت کاربردهاي زيادي داشته و داراي تاثير بسزايي در سبکسازي و عايق سازي ابنيه مي باشند. امروزه سبكدانه هاي مصنوعي به ويژه ليكا در كشورهاي مختلف با نام هاي تجاري گوناگون توليد مي گردد. ليكاي ايران:شرکت ليکا ايران از سال 1352 با مديريت بخش خصوصی آغاز به کار نموده است. بهره برداری از واحد اول کارخانه ليکا به سال 1357 بازمی گردد، اماتوليدانبوه فرآورده درسال 1360 آغاز شد. توليد اين دانه ها تحت امتياز ليکای بين المللی انجام می شود.


در حال حاضر اين کارخانه دارای 2 واحد توليد سبکدانه مجموعا" با ظرفيت اسمی 000ر300 متر مکعب در سال و سه بخش توليد بلوک سبک با ظرفيت اسمی مجموع 000ر000ر8 قطعه در سال می باشد. اين کارخانه دارای بخش های R&D و آزمايشگاه ويژه کنترل کيفيت است.طرح توسعه شرکت ليکا جهت احداث واحد دوم توليد سبکدانه ليکا در شهريور ماه سال 1382 آغاز و پس از دو سال تلاش شبانه روزی متخصصين ايرانی در دي ماه سال 1384 به بهره برداری رسيده است.
اکنون شرکت ليکا ايران بزرگترين واحد توليد کننده ليکا در آسيای ميانه و شرق آسيا می باشد.
شرکت ليکا داراي نظام مديريت
ISO9001-2000، استاندارد ملي ايران، تاييديه شرکت بهينه سازي سوخت وگواهينامه فني محصول از مرکز تحقيقات ساختمان و مسکن مي باشد.استفاده از بلوک های ليکا در پوسته خارجی ساختمان ضمن صرفه جويی اقتصادی و کاهش وزن مرده ساختمان در راستای الزامات مبحث 19 مقررات ملی ساختمان سبب صرفه جويی قابل توجه انرژی در ساختمان می شود.


تاريخ : جمعه بیست و هشتم بهمن 1390 | 13:55 | نویسنده : ایمان رستگار
استفاده از سرامیک های مدرن و خاصیت فیزوالکتریک برای پیشرفت تکنولوژی

بسیاری از دستگاه های الکترونیکی مهمی که امروزه توسط مردم مورد استفاده قرار می گیرند، بدون وجود سرامیک ممکن نخواهند بود.
 
تحقیق جدیدی که در مجله ی انجمن سرامیک امریکا چاپ شده است، کاربرد مواد سرامیکی را در توسعه ی دستگاه های تکنولوژیکی، شامل ارتباطات سیار و تصویربرداری فراصوت، نشان می دهد.
به نقل از ساینس دیلی،
محققین، به رهبری پال مورالت از موسسه ی تکنولوژی فدرال سوئیس، محدوده ی مواد سرامیکی را مرور کرده و نقش حیاتی را که مواد فیزوالکتریک در پیشرفت تکنولوژی بازی می کنند، مورد بررسی قرار دادند.
مواد فیزوالکتریک، مواد سرامیکی وظیفه داری هستند که نقش ویژه ای را در ارتباطات راه دور و تصویربرداری فراصوت بازی می کنند چرا که این قابلیت را دارند که سیگنال های الکتریکی را به شکل کارامدی به نوسانات مکانیکی تبدیل نمایند و برعکس.
فیزوالکتریسیته به توانائی برخی از مواد، عمدتا
کریستال ها و سرامیک ها، برمی گردد که در هنگام فشردگی می توانند الکتریسیته تولید نمایند. در طول بیست سال گذشته، سیستم های میکروالکترومکانیکی (MEMS) تبدیل به یک تکنولوژی تثبیت شده با کاربردهای فراوان شده اند.این تکنولوژی در ترکیب با صفحات فیزوالکتریک (فیزو-MEMS) منجر به کسب مزایای مهمی می شود. خاصیت الکترومکانیکی ذاتی فیزو-MEMS مبتنی بر صفحات نازک AIN که از تحول ایجاد شده در تکنولوژی تلفن همراه ناشی می شود، امکان ایجاد تلفن های همراه کوچک تر و کاهش شدت تشعشع مایکرویو را فراهم می آورد.
در بین مواد صفحات نازک فیزوالکتریک، PZT اخیرا بیشتر نویدبخش بوده و احتمالا برای کاربردهای در حجم انبوده مورد استفاده قرار خواهد گرفت. انتظار می رود هدهای جوهر افشان پرینت که دارای کیفیت بسیار بالا می باشند، گام بزرگ بعدی در فیزو-MEMS باشند. استفاده از PZT MEMS در سنسورهای حرکتی، سنسورهای لرزشی، و آینه های نوری، درایوهای گرداننده ی ساعت مچی، و زنگ اخبارها در فرکانس های متفاوت امکان پذیر می باشد.
نویسندگان این مقاله می گویند: "کاربردهای بسیار دیگری طی تحقیقات بوجود خواهد آمد، مانند مهار انرژی، سیستم های نوسانی برای ساعت ها، آرایه های آیینه ای، و اسکنرها."


تاريخ : جمعه بیست و هشتم بهمن 1390 | 13:54 | نویسنده : ایمان رستگار
تحلیلی در مورد سرامیک های پیشرفته

سرامیک­های پیشرفته نسل جدیدی از سرامیک­ها هستند که دارای خواص بهتری نسبت به سرامیک­های سنتی بوده و کاربردهای زیادی را به خود اختصاص داده‌اند. متن زیر خلاصة گزارش موسسة SCUP درمورد سرامیک‌های پیشرفته است: سرامیک­ها موادی غیرآلی و غیرفلزی هستند که مقاومت خوبی در دمای بالا از خود نشان می‌دهند. در ابتدا مواد اولیة سرامیکی بصورت پودر هستند سپس در شکل‌های مختلف به اجسام صلب تبدیل می­شوند.
سرامیک­ها می‌توانند بصورت آمورف (بی‌شکل)، تک‌فاز، چندفاز، تک‌کریستال و پلی‌کریستال وجود داشته باشند و خواص این مواد بستگی به ساختار اتمی آنها دارد. محصولاتی مثل آجرها، کاشی، چینی (بصورت ظروف غذا و چینی بهداشتی)، نسوزها، ساینده‌ها، شیشه‌آلات (شیشه‌های تخت، ظروف شیشه‌ای) و لعاب‌های چینی جزو سرامیک­های سنتی هستند و در گروه سرامیک­های پیشرفته قرار نمی‌گیرند. سرامیک­های پیشرفته دارای خواص فیزیکی، الکترونیکی و مکانیکی خاصی هستند که آنها را نسبت به سرامیک­های سنتی برتری بخشیده است. سرامیک­های پیشرفته در پنجاه سال گذشته توسعة خوبی یافته‌اند.
بازار سرامیک­های پیشرفته که قسمت عمدة آن در آمریکا، اروپای غربی و ژاپن قرار دارد، در سال ۲۰۰۰ بالغ بر ۲۰.۲ میلیارد دلار بوده است. البته خلق کاربردهای جدیدی برای این مواد باعث ایجاد یک رشد ۴ درصدی برای بازار این مواد تا سال ۲۰۰۵ خواهد شد.
 
سرامیک‌های الکترونیکی
 عمده‌ترین استفادة سرامیک­های پیشرفته در صنایع الکترونیک است که حدود ۶۶ درصد کل مصرف سرامیک­های پیشرفته را به خود اختصاص می­دهند. مهم‌ترین مواد سرامیکی برای کاربردهای الکترونیکی، اکسیدهای خالص یا مخلوطی از اکسیدها هستند که شامل آلومینا، زیرکونیا، سیلیسیا، فریت­ها، تیتانات باریم اصلاح‌شده و تیتانات و زیرکونات سرب می‌باشند.
فیبرها، محافظ‌ها در مدارهای الکتریکی و الکترونیکی، خازن­ها، تبدیل‌کننده‌ها، القاگرها، ابزارهای پیزوالکتریکی و سنسورهای فیزیکی و شیمیایی عمده‌ترین موارد استفا‌دة سرامیک­های الکترونیکی هستند. میزان بازار جهانی سرامیک­های الکترونیکی در نیمة پایانی سال ۲۰۰۰، حدود ۱۳.۳ میلیارد دلار بوده است. مواد مورد مصرف در مدارهای IC مجتمع، محافظ‌های الکترونیکی و خازن­ها تقریباً ۶۷ درصد بازار سرامیک­های الکترونیکی را بخود اختصاص داده‌اند. بازار محصولات سرامیکی الکترونیکی اگر چه نسبتاً بزرگ است ولی نرخ رشد آنها از نرخ رشد دو رقمی که در چند دهة گذشته از خود نشان داده‌اند بیشتر نیست.
سرامیک­های ساختاری
استفاده از سرامیک­ها در کاربردهای ساختاری کمتر از ۱۹ درصد کل بازار است. سرامیک­های ساختاری بعنوان اجزاء تحمل‌کنندة تنش یا پوشش قسمت­هایی که تحت تنش هستند شناخته می‌شوند. علاوه بر این، مقاومت سرامیک­ها در برابر خوردگی، سایش و دمای بالا، این مواد را برای کاربرد در تجهیزات صنعتی زیادی مناسب ساخته است. افزایش بازده و کاهش مصرف انرژی، محرک تحقیقات بر روی سرامیک­های ساختاری پیشرفته است. در سال ۲۰۰۵ شاهد بازار جهانی ۴.۵ میلیارد دلاری برای سرامیک­های ساختاری خواهیم بود و رشد خوبی در بازار اجزای مقاوم به سایش، یاطاقان‌ها، درزگیرها، تجهیزات فرآیندها و پوشش­های سرامیکی محقق می‌شود. بیشترین مواد اولیه مورد استفاده در سرامیک­های ساختاری انواع گوناگون اکسیدآلومینیوم، زیرکونیا، کاربید سیلیسیم و نیترید سیلیسیم می‌باشد.
 
پودرها و افزودنی­ها
 
در حوزة سرامیک­های سنتی، پودرها مواد غیرآلی هستند که در فرآیندهای مختلف بصورت بلوک یا قطعة نهایی شکل می‌گیرند و افزودنی­ها مواد غیرآلی هستند که استفاده از پودرها را در فرآیندهای مختلف آسان می‌کنند و در قطعة نهایی باقی نمی‌مانند. این تعریف‌ها صحت خود را تا حد زیادی در مورد سرامیک‌های پیشرفته که از تکنولوژی‌های پیچیدة شیمیایی بهره‌ می‌برند، از دست داده‌اند
پودرهای سرامیکی پیشرفته و افزودنی‌ها بعنوان مواد خام برای سرامیک­های ساختاری و سرامیک­های الکترونیکی مورد استفاده قرار می‌گیرند. پودرهای سرامیکی پیشرفته بازاری بالغ بر ۲.۷ میلیارد دلار را به خود اختصاص داده‌اند که رشد متوسطی معادل ۲ درصد برای آنها تا سال ۲۰۰۵ پیش‌بینی شده است. پوردهای اکسیدی ۸۵ درصد از این بازار را از نظر ارزش و ۹۵ درصد را از نظر وزن به خود اختصاص داده‌اند.
 بقیه بازار مربوط به
غیراکسیدی‌هایی نظیر کاربید سیلیسیم، نیترید سیلیسیم، نیترید آلومینیوم و تیتانیوم دی‌براید است. پودرهای آلومینیومی با کارایی بالا، پودرهای زیرکونیا که در بیوسرامیک­ها استفاده می‌شوند و کاربردهای مربوط به سیستم‌های مخلوط چند اکسیدی مثل شیشه‌سرامیک­ها و سرامیک­های با ضریب انبساطی پایین، رشد متوسط بالاتری را از خود نشان خواهند داد. رشد بازار افزودنی‌ها کمی بیشتر از پودرها خواهد بود که علت آن رواج افزودنی‌های با کارایی بالا و افزودنی‌های قوی در روش‌های تولید از قبیل شکل دادن گرم و سرد و قالب‌گیری تزریقی است.


تاريخ : جمعه بیست و هشتم بهمن 1390 | 13:5 | نویسنده : ایمان رستگار
 سراميكهايي ساخته شده كه نمي شكند

جواب سؤال بله بود! در دانشگاه كرنل سراميكهايي ساخته شده كه نمي شكند و انعطاف پذير مي باشد! اين كشف بزرگ كمك بزرگي به علم سراميك مي كند! با اين سراميك ها ميتوان حتي پروتئينهاي زنده ساخت!

توليد مواد سراميكي انعطاف پذير به كمك نانوتكنولوژي

ضعف عمدة مواد سراميكي در كاربردهاي مهندسي، ترد بودن و عدم انعطاف­پذيري اين مواد است. خبر زير بيانگر پيشرفتي با كمك نانوتكنولوژي است كه به وسيلة آن ضعف سراميك­ها از لحاظ انعطاف­پذيري تا حد زيادي بر طرف مي­شود

خبر: مأخذ: http://www.news.cornell.edu

محققان دانشگاه كُرنل با استفاده از نانوشيمي، گروهي جديد از مواد تركيبي را توليد كرده و به نام "سراميك­هاي انعطاف‌پذير" نام­گذاري كرده‌اند. اين مواد كاربردهاي گسترده‌اي، از قطعات ميكروالكترونيكي گرفته تا جداسازي مولكول­هاي بزرگ، مانند پروتئين­ها خواهند داشت.

آنچه در اين زمينه، حتي براي خود محققان، بيشتر جلب توجه مي‌كند آن است كه ساختمان مولكولي مادة جديد در زير ميكروسكوپ الكتروني (TEM) به صورت ساختمان مكعبي است كه با پيشگويي­هاي رياضيدانان قرن گذشته مطابقت مي‌كند. اولريش ويسنر، استاد علوم و مهندسي مواد دانشگاه كُرنل، مي‌گويد: "ما اكنون در تحقيقات پليمري به ساختمان­هايي برخورد مي‌كنيم كه رياضيدان­ها مدتها قبل وجود آنها را از نظر تئوري اثبات كرده‌اند

ويسنر در گردهمايي سالانة جامعة فيزيك آمريكا در مركز گردهمايي اينديانا، در مورد سراميك­هاي انعطاف‌پذير جديد ‌گفت: "رفتار فاز كوپليمر، موجب جهت­دهي تركيب­هاي نانوساختاري آلي/معدني مي‌شود." به عقيدة وي، اين ماده يك زمينة تحقيقاتي مهيج و ضروري است كه نتايج علمي و تكنولوژيكي بسيار زيادي از آن بدست مي‌آيد.

گروه تحقيقاتي ويسنر از طريق شكل­هاي كاملاً هندسي كه در طبيعت يافت مي‌شوند، به طرف نانوشيمي هدايت شد. محققان دانشگاه كُرنل تصديق كرده‌اند كه ساده‌ترين راه تقليد از طبيعت، استفاده از پليمرهاي آلي ‌مخصوصاً موادي موسوم به كوپليمرهاي دي‌بلاك است زيرا اين مواد مي‌توانند به‌طور شيميايي به صورت نانوساختارهاي با ا?شكال هندسي مختلف ساماندهي شوند. اگر پليمر بتواند به طريقي با مواد غيرآلي (معدني) مثلاً ‌يك سراميك، خصوصاً يك ماده از نوع سيليكاتي تركيب شود، مادة حاصل، تركيبي از خواص زير را خواهد داشت:

1) انعطاف‌پذيري و كنترل ساختار (از پليمر)

2) عملكرد بالا (از سراميك)

ويسنر مي‌گويد: "خواص مواد حاصل، فقط جمع سادة خواص پليمرها و سراميك نبوده، حتي ممكن است اين مواد خواص كاملاً جديدي نيز داشته ‌باشند." محققان دانشگاه كُرنل تاكنون فقط تكه‌هاي كوچكي از سراميك انعطاف‌پذير، با وزن چند گرم را ساخته‌اند كه البته براي آزمايش خواص مواد، كافي است. مادة حاصل، شفاف و قابل خم‌كردن است،  در بعضي موارد، اين ماده، يك هادي يوني بوده و قابليت كاربرد به صورت الكتروليت‌ باتري­هاي با كارآيي بالا را دارد. همچنين مادة جديد ممكن است در پيل­هاي سوختي بكار برود.

ساختار متخلخل سراميك­هاي انعطاف‌پذير وقتي شكل مي‌گيرد كه ماده در دماهاي بالا عمليات حرارتي شود. به عقيدة ويسنر، اين در حقيقت اولين ماده با چنين هندسه و توزيع كم اندازة حفره‌هاست. چون ماده فقط حفره‌هاي 10 تا 20 نانومتري دارد. محققين دانشگاه كُرنل، در تلاشند تا دريابند كه "آيا اين مواد مي‌توانند براي جداسازي پروتئين­هاي زنده استفاده شوند؟"

ويسنر عقيده دارد كه به‌ خاطر قابليت خودساماندهي اين مواد، مي‌توان آنها را به صورت ناپيوسته و در مقياس زياد توليد كرد. او مي‌گويد: "ما مي‌توانيم ساختار را كاملاً كنترل كنيم. ما مي‌توانيم با كنترل خيلي خوبي اين ماده را به مقياس نانو برسانيم. ما حالا مي‌دانيم كه چگونه مجموعه‌ا‌ي از ساختارهاي با شكل و اندازه حفره‌هاي يكسان بسازيم."

محققان دانشگاه كُرنل اين عمل را با كنترل "فازها" و يا با معماري مولكولي ماده بوسيلة كنترل‌كردن مخلوطي از پليمر و سراميك انجام مي‌دهند. ماده از چند مرحلة انتقالي عبور مي‌كند؛ از مكعبي به 6 وجهي و سپس به ‌نازك و مسطح و بعد به 6 وجهي وارونه و مكعبي وارونه مي­رسد. ماده پس از مرحلة مسطح و قبل از مرحلة 6 وجهي وارونه، به صورت ساختمان مكعبي دوگانه موسوم به Plamber’s nightmare مي‌باشد كه قبلاً در سيستم­هاي پليمري يافت نشده‌ بود. اين ساختمان اولين ساختار با چنين قابليت انعطاف بالايي است كه بوسيلة تركيب خاصي از پليمرها و سراميك­ها توليد مي‌شود. ويسنر مي‌گويد: "اين شانس وجود دارد كه ما به مجموعه‌ا‌ي از ساختارهاي دوگانة ديگر كه در پليمرها وجود دارد و ديگران چيزي در مورد آنها نمي‌دانند، دست پيدا كنيم. ما راه را براي يافتن هرچه بيشتر چنين ساختارهايي باز كرده‌ايم."

اين تحقيقات بوسيلة بنياد ملي علوم، انجمن ماكس پلانك و مركز تحقيقات مواد دانشگاه كُرنل، پشتيباني شده‌است. عين حال مقاومت قابل توجهي)شته و بر خلاف سراميك خالص خُرد نمي‌شود.

مطلب مرتبط:

ضرورت توجه به تكنولوژي سراميك‌هاي پيشرفته (ديدگاه دكتر مارقوسيان)



تاريخ : شنبه بیست و دوم بهمن 1390 | 18:44 | نویسنده : ایمان رستگار
پژوهشگران کشور با استفاده از نانو ذرات نقره نوعی کاشی و سرامیک آنتی باکتریال تولید کردند. این نوع کاشی و سرامیک قابل استفاده در حمام، بیمارستانها و استخرها است و مانع از ایجاد بیوفیلم و رشد قارچها و باکتریها می شود.
نیلوفر چاوشی مدیر واحد پلیمر شرکت نانو نصب پارس در گفتگو با خبرنگار با بیان این خبر گفت: نانو ذرات نقره به دلیل خاصیت آنتی باکتریال بودن مانع از ایجاد بیوفیلمها مانند کپک در محیطهای مرطوب می شوند.
وی افزود: از این رو این با وارد کردن این نانوذرات در لعاب موفق به تولید نوعی کاشی و سرامیک ضد باکتری شدیم.
به گفته چاوشی این شرکت در حال مذاکره با برخی از شرکتهای تولید کننده برای وارد کردن این نانو ذرات در لعاب کاشی و سرامیک هستند که در صورت تایید نهایی کاشیهای ضد باکتری تولید می شود.
مدیر واحد پلیمر شرکت نانو نصب پارس از طراحی و تولید نوعی مخازن آب خبر داد و اضافه کرد: با وارد کردن نانوذرات نقره در پروسه تولید مخزن نانو نقره با دوز پایین مخازن آبی را تولید کردیم که قادر است زمان ماندگاری آب را افزایش می دهد.
وی تاکید کرد: علاوه بر این می تواند از ایجاد بوی بد آب جلوگیری می کند

تاريخ : شنبه بیست و دوم بهمن 1390 | 18:27 | نویسنده : ایمان رستگار
پيزوسراميك  :

پيزوسراميك  :

 

سراميك­هاي پيزوالكتريك متعلق به گروه مواد فرو الكتريك هستند .مواد فروالكتريك موادي اند كه بدون آنكه در ميدان الكتريكي قرار بگيرند جهت مشخصي دارند.به اصطلاح خود پلاريزه هستند.

پيزوسراميك­هاي اصلي كه امروزه مورداستفاده قرار مي­كيرند ،تركيباتي از سرب ،تيتانيوم ، باريم  و زيركونيوم اند كه عبارتند از :

PbTiO3 – PbZro3  - BaTiO3

با اضافه كردن يون­هاي  Ni ،Bi ،Sb , Nb ,  به سراميك زيركونات-تيتانات(PZT) پيزو­هايي باويژگي­هاي مشخص و پارامترهاي دي­الكتريك دلخواه مي­توان ساخت كه اين مواد ديگر فروالكتريك نبوده و ساختار پارا الكتريك پيدامي­كنند.

سراميك هاي پيزو در فركانس ها و شكل هاي مختلف يافت مي شوند كه بر حسب نوع مواد و زاويه برش  وقطر برش فركانس هاي مختلفي ايجاد مي كنند كه اين سراميك ها معمولاً منحني فركانس تيزي دارند (Q بالادارند) ومدار معادلي به صورت زير دارند.

سراميك هاي پيزو در اشكال مختلف يافت مي شوند كه تفاوت آن ها در فركانس همچنين جهت تغيير شكل (پلاريزاسيون) در سه محور X و Y وZ  است.

معمولاً ولتاژي كه به پيزو اعمال مي شود با واحد  v/m  بيان مي شود كه معمولاً عددي در حد  ولت است.

 در دو سراميك پيزو (مثلاً به صورت رينگ) كه قطر حلقه داخل و حلقه خارج برابر دارند فركانس نوسان ضريبي از عكس قطر پيزو مي باشد(d) .

كه هر قدر قطر سراميك كمتر باشد فركانس بالاتري داشت .

در حالت كلي سراميك هاي پيزو از نظر مداري امپدانس بسيار بالايي دارند ولي در فركانس تشديد امپدانس آن ها به شدت افت مي كند بنابراين درايور بايد قابليت تامين جريان پيزو را داشته باشد.                  

 

سراميك هاي پيزو غير از فركانس اصلي خود هارمونيك هاي ديگري نيز وجود دارند به طور كلي مدار

معادل آن ها را مي توان به صورت زير در نظر گرفت كه در هر فركانس يكي از شاخه هاي مدار در مد تشديد قرار مي‌گيرد.              

                                                                     

 



تاريخ : شنبه بیست و دوم بهمن 1390 | 18:27 | نویسنده : ایمان رستگار
اطلاعات , ارتباطات, نوآوری, IT, تحقیقات و فناوری, علمی و آموزشی, تحقیق , آموزش و پرورش, اختراعات , RSS, اکتشافات, پژوهش, شکوفایی, فناوری

به گزارش سرویس دانش و فناوری برنا، پژوهشگران دانشگاه تربیت مدرس موفق به اصلاح پوشش‌های بیواکتیو شدند.

محققان گروه خوردگی و حفاظت مواد دانشکده فنی مهندسی دانشگاه تربیت مدرس، طی پژوهشی موفق به تولید موادی شدند که به رسوب هیدروکسی آپاتایت بر روی سطح کمک می‌کند تا یک سرامیک کامپوزیتی مصنوعی با خواص فیزیکی مشابه با خواص استخوان ایجاد شود.

امروزه، همزمان با پیشرفت‌های پزشکی، تولید سطوح زیستی با استفاده از پوشش‌های بیواکتیو جهت تولید محصولات پزشکی و ایمپلنت‌هایی که به شکل‌گیری استخوان کمک می‌کنند، مورد توجه قرار گرفته است.

مصطفی میلانی، کارشناس ارشد مهندسی مواد گرایش خوردگی و حفاظت مواد با اشاره به ویژگی‌های ایمپلنت‌ها گفت: مهمترین ویژگی ایمپلنت‌ها مقاومت به خوردگی آنها در محیط بدن موجود زنده است. همچنین ایمپلنت‌ها باید غیر سمی بوده و حساسیت ایجاد نکنند، در عین این‌که به رشد سلول‌های محافظ بدن و یاخته‌های بیگانه‌خوار و بافت محل آسیب کمک کنند و دارای خواص مکانیکی خوبی باشند.

وی در ادامه به اهمیت جایگاه فولاد زنگ‌نزن در عرصه تولید ایمپلنت‌ها اشاره کرد و افزود: فولاد زنگ‌نزن به دلیل اقتصادی بودن و مقاومت در برابر خوردگی در این زمینه مورد توجه قرار گرفته، اما تولید یک سطح بیواکتیو در مورد فولاد زنگ‌نزن نیازمند انجام یکسری عملیات سطحی است؛ بنابراین در این پروژه سعی شد با استفاده از روش سل ژل یک پوشش بیواکتیو از جنس SiO۲-CaO-P۲O۵-ZrO۲ بر روی زیر لایه فولاد زنگ نزن ایجاد و سپس خواص این پوشش بررسی شود.

میلانی در خصوص هدف این تحقیق اظهار کرد: نکته قابل توجه این است که پوشش‌های SiO۲-CaO-P۲O۵ قبلا نیز مورد استفاده قرار گرفته بودند، اما در این پروژه سعی شد تاثیر اکسید زیرکونیوم بر روی این نوع پوشش‌ها بررسی شود. هدف از این تحقیق، تولید موادی است که به رسوب هیدروکسی آپاتایت بر روی سطح کمک کند تا یک سرامیک کامپوزیتی مصنوعی با خواص فیزیکی مشابه با خواص استخوان ایجاد شود.

وی تصریح کرد: مهمترین نکته‌ای که مورد بررسی قرار گرفت، میزان بیواکتیویته پوشش‌های تولید شده به این روش است. این کار با غوطه‌وری نمونه در محلول مشابه پلاسمای بدن(SBF) انجام و تشکیل هیدروکسی آپاتایت به وسیله آنالیزهای XRD و FTIR بررسی شد. همچنین خواص میکروساختاری و خوردگی پوشش بوسیله SEM و روش پلاریزاسیون دینامیکی مورد بررسی قرار گرفت.

میلانی در پایان خاطرنشان کرد: بر این اساس بهترین خواص بیواکتیویته در ترکیب ۵۲.۵SiO۲-۳۶CaO-۷.۵ZrO۲-۴P۲O۵ (درصد اتمی) مشاهده شد. همچنین اضافه کردن اکسید زیرکونیوم در تمام ترکیبات سبب افزایش سرعت تشکیل هیدروکسی آپاتایت و از طرف دیگر ایجاد پوشش سبب افزایش مقاومت به خوردگی بعد از یک روز قرارگیری در محلول SBF شد.

به گزارش ستاد فناوری نانو، این پژوهش با راهنمایی دکتر علیرضا صبور و با مشاوره دکتر تقی شهرابی از اعضای هیات علمی دانشگاه تربیت مدرس انجام شده است.


تاريخ : شنبه بیست و دوم بهمن 1390 | 18:18 | نویسنده : ایمان رستگار
اطلاعات , ارتباطات, نوآوری, IT, تحقیقات و فناوری, علمی و آموزشی, تحقیق , آموزش و پرورش, اختراعات , RSS, اکتشافات, پژوهش, شکوفایی, فناوری

به گزارش سرویس دانش و فناوری برنا، پژوهشگران دانشگاه تربیت مدرس موفق به اصلاح پوشش‌های بیواکتیو شدند.

محققان گروه خوردگی و حفاظت مواد دانشکده فنی مهندسی دانشگاه تربیت مدرس، طی پژوهشی موفق به تولید موادی شدند که به رسوب هیدروکسی آپاتایت بر روی سطح کمک می‌کند تا یک سرامیک کامپوزیتی مصنوعی با خواص فیزیکی مشابه با خواص استخوان ایجاد شود.

امروزه، همزمان با پیشرفت‌های پزشکی، تولید سطوح زیستی با استفاده از پوشش‌های بیواکتیو جهت تولید محصولات پزشکی و ایمپلنت‌هایی که به شکل‌گیری استخوان کمک می‌کنند، مورد توجه قرار گرفته است.

مصطفی میلانی، کارشناس ارشد مهندسی مواد گرایش خوردگی و حفاظت مواد با اشاره به ویژگی‌های ایمپلنت‌ها گفت: مهمترین ویژگی ایمپلنت‌ها مقاومت به خوردگی آنها در محیط بدن موجود زنده است. همچنین ایمپلنت‌ها باید غیر سمی بوده و حساسیت ایجاد نکنند، در عین این‌که به رشد سلول‌های محافظ بدن و یاخته‌های بیگانه‌خوار و بافت محل آسیب کمک کنند و دارای خواص مکانیکی خوبی باشند.

وی در ادامه به اهمیت جایگاه فولاد زنگ‌نزن در عرصه تولید ایمپلنت‌ها اشاره کرد و افزود: فولاد زنگ‌نزن به دلیل اقتصادی بودن و مقاومت در برابر خوردگی در این زمینه مورد توجه قرار گرفته، اما تولید یک سطح بیواکتیو در مورد فولاد زنگ‌نزن نیازمند انجام یکسری عملیات سطحی است؛ بنابراین در این پروژه سعی شد با استفاده از روش سل ژل یک پوشش بیواکتیو از جنس SiO۲-CaO-P۲O۵-ZrO۲ بر روی زیر لایه فولاد زنگ نزن ایجاد و سپس خواص این پوشش بررسی شود.

میلانی در خصوص هدف این تحقیق اظهار کرد: نکته قابل توجه این است که پوشش‌های SiO۲-CaO-P۲O۵ قبلا نیز مورد استفاده قرار گرفته بودند، اما در این پروژه سعی شد تاثیر اکسید زیرکونیوم بر روی این نوع پوشش‌ها بررسی شود. هدف از این تحقیق، تولید موادی است که به رسوب هیدروکسی آپاتایت بر روی سطح کمک کند تا یک سرامیک کامپوزیتی مصنوعی با خواص فیزیکی مشابه با خواص استخوان ایجاد شود.

وی تصریح کرد: مهمترین نکته‌ای که مورد بررسی قرار گرفت، میزان بیواکتیویته پوشش‌های تولید شده به این روش است. این کار با غوطه‌وری نمونه در محلول مشابه پلاسمای بدن(SBF) انجام و تشکیل هیدروکسی آپاتایت به وسیله آنالیزهای XRD و FTIR بررسی شد. همچنین خواص میکروساختاری و خوردگی پوشش بوسیله SEM و روش پلاریزاسیون دینامیکی مورد بررسی قرار گرفت.

میلانی در پایان خاطرنشان کرد: بر این اساس بهترین خواص بیواکتیویته در ترکیب ۵۲.۵SiO۲-۳۶CaO-۷.۵ZrO۲-۴P۲O۵ (درصد اتمی) مشاهده شد. همچنین اضافه کردن اکسید زیرکونیوم در تمام ترکیبات سبب افزایش سرعت تشکیل هیدروکسی آپاتایت و از طرف دیگر ایجاد پوشش سبب افزایش مقاومت به خوردگی بعد از یک روز قرارگیری در محلول SBF شد.

به گزارش ستاد فناوری نانو، این پژوهش با راهنمایی دکتر علیرضا صبور و با مشاوره دکتر تقی شهرابی از اعضای هیات علمی دانشگاه تربیت مدرس انجام شده است.


تاريخ : شنبه بیست و دوم بهمن 1390 | 18:16 | نویسنده : ایمان رستگار
پيزوسراميك  :

پيزوسراميك  :

 

سراميك­هاي پيزوالكتريك متعلق به گروه مواد فرو الكتريك هستند .مواد فروالكتريك موادي اند كه بدون آنكه در ميدان الكتريكي قرار بگيرند جهت مشخصي دارند.به اصطلاح خود پلاريزه هستند.

پيزوسراميك­هاي اصلي كه امروزه مورداستفاده قرار مي­كيرند ،تركيباتي از سرب ،تيتانيوم ، باريم  و زيركونيوم اند كه عبارتند از :

PbTiO3 – PbZro3  - BaTiO3

با اضافه كردن يون­هاي  Ni ،Bi ،Sb , Nb ,  به سراميك زيركونات-تيتانات(PZT) پيزو­هايي باويژگي­هاي مشخص و پارامترهاي دي­الكتريك دلخواه مي­توان ساخت كه اين مواد ديگر فروالكتريك نبوده و ساختار پارا الكتريك پيدامي­كنند.

سراميك هاي پيزو در فركانس ها و شكل هاي مختلف يافت مي شوند كه بر حسب نوع مواد و زاويه برش  وقطر برش فركانس هاي مختلفي ايجاد مي كنند كه اين سراميك ها معمولاً منحني فركانس تيزي دارند (Q بالادارند) ومدار معادلي به صورت زير دارند.

سراميك هاي پيزو در اشكال مختلف يافت مي شوند كه تفاوت آن ها در فركانس همچنين جهت تغيير شكل (پلاريزاسيون) در سه محور X و Y وZ  است.

معمولاً ولتاژي كه به پيزو اعمال مي شود با واحد  v/m  بيان مي شود كه معمولاً عددي در حد  ولت است.

 در دو سراميك پيزو (مثلاً به صورت رينگ) كه قطر حلقه داخل و حلقه خارج برابر دارند فركانس نوسان ضريبي از عكس قطر پيزو مي باشد(d) .

كه هر قدر قطر سراميك كمتر باشد فركانس بالاتري داشت .

در حالت كلي سراميك هاي پيزو از نظر مداري امپدانس بسيار بالايي دارند ولي در فركانس تشديد امپدانس آن ها به شدت افت مي كند بنابراين درايور بايد قابليت تامين جريان پيزو را داشته باشد.                  

 

سراميك هاي پيزو غير از فركانس اصلي خود هارمونيك هاي ديگري نيز وجود دارند به طور كلي مدار

معادل آن ها را مي توان به صورت زير در نظر گرفت كه در هر فركانس يكي از شاخه هاي مدار در مد تشديد قرار مي‌گيرد.              

                                                                     

 



تاريخ : شنبه بیست و دوم بهمن 1390 | 17:20 | نویسنده : ایمان رستگار

مقدمه :

نانوکامپوزيت هاي خاک رس - پليمر بهبود فوق‌العاده‌اي در بسياري از خواص فيزيکي و مهندسي پليمرهايي که در آنها از مقدار کمي پرکننده استفاده مي‌شود، ايجاد مي‌کند. اين تکنولوژي که امروزه مي‌تواند کاربرد تجاري نيز پيدا کند، توجه زيادي را طي سالهاي اخير به خود جلب کرده است. عمدة پيشرفت‌هايي که در اين زمينه بوقوع پيوسته، طي پانزده سال اخير بوده و در اين مقاله به اين پيشرفتها و همچنين مزيتها، محدوديتها و برخي مسايل و مشکلات آن خواهيم پرداخت.
هر چند اخيراً پيشرفتهاي عمده‌اي در توسعة روشهاي سنتزي و کاربرد آنها در پليمرهاي مهندسي صورت گرفته و تحقيقاتي نيز در مورد خيلي از خواص مهندسي آنها صورت گرفته، ولي با اينحال، براي فهميدن مکانيزم‌هايي که باعث افزايش کارايي در نانوکامپوزيتهاي مرسوم به الياف تقويت مي‌شوند، مزيتها و امتيازاتي دارد، ولي هنوز نتوانسته تاثيري در بازار کامپوزيتهايي که در آنها جزء اليافي درصد بالايي دارد، ايجاد کند.
موضوع فناوري نانو طي سالهاي اخير بطور فزاينده‌اي مطرح شده است. عرصة نانو، محدوده‌اي بين ابعاد ميکرو و ابعاد مولکولي است و اين محدوده‌اي است که دانشمندان مواد و شيميدان‌ها در آن به مطالعاتي پرداخته‌اند و اتفاقاً مورد توجه آنها نيز قرار گرفته است، مانند مطالعه در ساختار بلورها. ولي تکنولوژي که توسط علوم مواد و شيمي توسعه يافته و به نانومقياس معروف است، نبايد به عنوان نانوتکنولوژي تلقي شود. هدف اصلي در نانوتکنولوژي ايجاد کاربردهاي انقلابي و خواص فوق‌العاده مواد، با سازماندهي و جنبش آنها و همچنين طراحي ابزار در مقياس نانو مي‌باشد.

تعريف

نانوکامپوزيت‌هاي خاک رس - پليمر يک مثال موردي از نانوتکنولوژي هستند. در اين نوع مواد، از خاک رس‌هاي نوع اسمکتيت ( Smectite-type ) از قبيل هکتوريت، مونت موريلونيت و ميکاي سنتزي، به عنوان پرکننده براي بهبود خواص پليمرها استفاده مي‌شود. خاک رس‌هاي نوع اسمکتيت، ساختاري لايه‌اي دارند و هر لايه، از اتمهاي سيليسيم کوئورانيه شده بصورت چهار وجهي که به يک صفحه هشت وجهي با لبه‌هاي مشترک از Al(OH) 3 يا Mg(OH) 2 متصل شده، تشکيل شده است. با توجه به طبيعت پيوند بين اين اتمها، انتظار مي‌رود اين مواد خواص مکانيکي فوق‌العاده‌اي را در جهت موازي اين لايه‌ها نشان دهند ولي خواص مکانيکي دقيق اين لايه‌ها هنوز شناخته نشده‌اند. اخيراً با استفاده از روشهاي مدل‌سازي تخمين زده شده که ضريب يانگ در راستاي لايه‌ها، پنجاه تا چهارصد برابر بيشتر از يک پليمر عادي است. لايه‌ها نسبت صفحه‌اي ( aspect ratio ) بالايي دارند و هر لايه تقريباً يک نانومتر ضخامت دارد، در حاليکه شعاع آن از سي نانومتر تا چند ميکرون، متفاوت مي‌باشد. صدها يا هزاران عدد از اين لايه‌ها بوسيله يک نيروي واندروالسي ضعيف، روي هم انباشته مي‌شوند تا يک جزء رسي را تشکيل دهند. با يک پيکربندي مناسب اين امکان وجود دراد که رس‌ها را به اشکال و ساختارهاي گوناگوني، درون يک پليمر، به شکل سازمان‌يافته قرار دهيم.
در گذشته، عمدتاً به اين شکل از دانه‌هاي رسي براي افزايش کارايي پليمر استفاده مي‌شود که آنها را در حد ميکروني خرد مي‌کردند تا از آنها در توليد پليمرهاي تقويت شده بوسيله پرکننده‌هاي در اندازه ميکرون، استفاده کنند. همانطور که در شکل 1 نشان داده شده.
مي‌توان تصور کرد که خواص مکانيکي فوق‌العاده لايه‌هاي منفرد در اجزاي خاک رس نتوانند در يک سيستم به طرز موثري عمل کنند و پيوندهاي ضعيف بين دو لايه منشاء ايراد در اين کار مي‌باشد. معمول است که از ميزان بالايي از خاک رس استفاده شود تا به بهبود کافي هر ضرايب دست يابيم، در حاليکه اين کار باعث کاهش استحکام و سختي پليمر مي‌شود.


شکل 1: اصول کاربردي متفاوت در ساخت ميکرو و نانوکامپوزيت‌هاي رايج

اصلي که در نانوکامپوزيت‌هاي خاک رس - پليمر رعايت مي‌شود، اين است که نه تنها دانه‌هاي رسي را از هم جدا مي‌کنند، بلکه لايه‌هاي هر دانه را نيز از هم جدا مي‌کنند (همانطور که در شکل 1 بصورت شماتيک نشان داده شده است) با انجام اين عمل، خواص مکانيکي فوق‌العاده هر لايه نيز بطور موثر بکار مي‌آيد و اين در حالي است که در اجزاي تقويت شده نيز بطور چشمگيري افزايش پيدا مي‌کند، زيرا هر جزء رسي خود از صدها تا هزارات لايه تشکيل شده است.

ويژگي ها نانوکامپوزيت هاي خاک رس - پليمر

يکي از دستاوردهاي تحقيقات اين است که مشخص شده که بسياري از خواص مهندسي هنگاميکه از ميزان کمي معمولاً چيزي کمتر از 5% وزني، پرکننده استفاده شود، بهبود قابل توجهي مي‌يابد. در پليمرهايي چون نايلون ( nylon-6) 6 هرگاه از چنين ميزان کمي پرکننده استفاده شود، يک افزايش 103 درصدي در ضريب يانگ، 49 درصدي در قدرت کشساني و 146 درصدي در مقاومت در برابر تغيير شکل بر اثر گرما، از خود نشان مي‌دهد. ساير خواص فيزيکي بهبود يافته عبارتند از: مقاومت در برابر آتش، مقاومت بارير ( barrier resistance ) و هدايت يوني.
امتياز ديگر نانوکامپوزيتهاي خاک رس - پليمر اين است که تاثير قابل توجهي بر خواص اپتيکي پليمر ندارند. ضخامت يک لايه رس منفرد، بسيار کمتر از طول موج نور مرئي است، بنابراين نانوکامپوزيت‌هاي خاک رس - پليمر که خوب ورقه شده باشد، از نظر اپتيکي شفاف مي‌باشد. ميکرو نانوکامپوزيت‌هايي که تصويرشان در شکل 1 نشان داده شده، از ترکيب خاک رس و پلي پروپيلن و با استفاده از روش سرد کردن سريع جهت به حداقل رساندن اثر کريستاليزاسيون، ساخته شده‌اند. ميکروکامپوزيت‌هاي مرسوم، قهوه‌اي و مات به نظر مي‌رسند، در حاليکه نانوکامپوزيت‌ها تقريباً شفاف و بيرنگند. با اين دلايل، نتيجه مي‌گيريم که نانوکامپوزيتهاي خاك رس/ پليمر نمايش خوبي از نانوتکنولوژي مي‌باشد. با سازماندهي و چينش ساختار کلي در پليمرها در مقياس نانومتر، مواد جديد با خواص نو يافت شده‌اند. نکته ديگر در توسعه نانوکامپوزيتهاي خاك رس - پليمر اين است که اين تکنولوژي، فوراً مي‌تواند کاربرد تجاري پيدا کند، در حاليکه بيشتر نانوتکنولوژي‌هاي ديگر، هنوز در مرحله مفاهيم و اثبات هستند.
كاربردهاي نانوکامپوزيت هاي خاک رس - پليمر
اولين کاربرد تجاري اين مواد با استفاده از نانوکامپوزيت خاك رس / نايلون 6 بعنوان روکش نوار زمان‌سنج براي ماشينهاي تويوتا در همکاري با ube در سال 1991 بود. به فاصله کمي بعد از آن Unikita نانوکامپوزيت نايلون6 را بعنوان محافظ روي موتورهاي GDI شرکت ميتسوبيشي معرفي کرد. در آگوست 2001، ژنرال موتورز و باسل، کاربرد نانوکامپوزيت‌هاي خاك رس - پليمر را بعنوان جزء مکمل COMC ساخاري و شورلت اکستروژن‌ها به همگان اعلام کرد. اين امر با کاربرد اين نانوکامپوزيت‌ها در درب‌هاي شورلت ايمپالاز ( Impalas ) صورت گرفت.
اخيراً شرکت نوبل پليمرز ( Noble/Polymers ) نانوکامپوزيت‌هاي خاك رس / پلي‌پروپيلن را براي استفاده در صندلي‌هاي هندا آکورد ساخته است و اين در حالي است که Ube دارد نانوکامپوزيت‌هاي خاك رس / نايلون12 ( clay/nylon-12 ) را براي استفاده در اجزاي سيستم سوخت‌رساني، توليد مي‌کند.
علاوه بر کاربرد در صنعت خودرو، نانوکامپوزيت هاي خاك رس - پليمر، به صنايع نوشيدني‌ها نيز راه يافته‌اند. Alcos CSZ نانوکامپوزيتهاي خاك رس - پليمر چندلايه را در کاربردهاي جديد خود (بعنوان مواد خطي – سدي) ( barrier liner materials ) بکار مي‌برد. شرکت Honey well محصولات نانوکامپوزيت خاك رس - پليمري Aegis TM NC resin را در بسته‌بندي نوشيدني‌ها بکار مي‌برد و اخيراً شرکت‌هاي Mitsubishi Gas Chemical و Nano car ، نانوکامپوزيتهاي Nylon-MXD6 را براي ساخت بطري‌هاي چند لايه ( polyethylene terephtalate) PET ساخته است.

تاريخچه نانوکامپوزيتهاي خاك رس - پليمر

اگرچه تحقيقات در مورد ترکيب خاك رس/ پليمر به قبل از 1980 برمي‌گردد، ولي کارهايي که در آن زمان صورت گرفت را نبايد در تاريخچه نانوکامپوزيتهاي خاك رس - پليمر به حساب آورد، چرا که هيچگاه به نتيجه چشمگيري براي بهبود خواص فيزيکي و مهندس آنها ختم نشد. در حقيقت مي‌توان منشاء نانوتکنولوژي خاك رس - پليمر را کارهاي شرکت تويوتا که تلاش براي لايه‌لايه کردن دانه‌هاي رسي در نايلون6 شروع شد، دانست. آنها فاش ساختند که توانسته‌اند بهبود قابل توجهي در خواص پليمرها، با تقويتشان بوسيله خاک رس در مقياس نانومتر، ايجاد کنند. از آن موقع به بعد تحقيقات وسيعي در اين زمينه در سطح جهان انجام شده است. در حال حاضر اين بهبودها به ساير پليمرهاي مهندسي از جمله پلي پروپيلن ( PP ) ، پلي اتيلن، پلي استايرن، پلي وينيل کلريد، آکريلونيتريل، پليمرهاي بوتا اي ان اسنايرن ( ABS ) ، پلي متيل متاکريلات، PET ، کوپليمرهاي اتيلن سوينيل استات، پلي اکريلونيتريل، پلي کربنات، پلي اتيلن اکسيد ( PEO ) ، اپوکسي رزين، پلي اميد، پلي لاکتيد، پلي کاپرولاکتون، فنوليک رزين، پلي-پي فنيلن وينيلن، پلي پيرول، لاستيک، استارک (آهار)، پلي اوراتان، پلي وينيل پيريدين، سرايت کرده.

تکنولوژي ساخت نانوکامپوزيت هاي خاک رس - پليمر

مرحله نهايي در ساخت نانوکامپوزيت هاي خاك رس - پليمر، جدا جدا کردن لايه‌هاي رسي و پخش آن در پليمر مي‌باشد. استراتژي کار بستگي دارد به سازگاري و همگون بودن رس و پليمري که استفاده مي‌شود. اين تعيين مي‌کند که آيا نياز به عمليات مقدماتي روي خاك رس يا پليمر قبل از مخلوط کردن هست يا نه. اگر سطح لايه‌هاي سيليکاتي با پليمر، سازگار و همگون باشد، اختلاط مستقيم بين اين دو مي‌تواند اتفاق بيفتد، بدون اينکه نياز به عمليات مقدماتي باشد. چنين مواردي بيشتر وقتي اتفاق مي‌افتد که پليمر قابل حل در آب، مانند PEO يا PVP استفاده کنيم، چرا که اين پليمرها و سطح لايه‌هاي سيليکات، هر دو آبدوست هستند و نيروهاي دوقطبي يا وان‌دروالسي بين لايه‌هاي سيليکات، باعث سهولت جذب مولکولهاي آبدوست و ايجاد فشارهاي عمودي روي لايه مي‌شود که در نتيجه باعث جداکردن تک‌تک لايه‌هاي رسي در اين پليمرها مي‌گردد.
اما به هر حال، بيشتر پليمرها آب گريز و در نتيجه با دانه‌هاي رسي آبدوست، ناسازگار هستند. در اين موارد نياز به يکسري عمليات مقدماتي روي خاک رس يا پليمر داريم. پرکاربردترين روش‌هاي براي اصلاح دانه‌هاي رسي، استفاده از آمينواسيدها، نمکهاي آمونيم آلي و يا فسفونيم تترا ارگانيک‌هاست تا سطح آبدوست رس‌ها را به آب گريز تبديل کنيم. دانه‌هاي رسي که به اين روش اصلاح مي‌شوند، ارگانوکلي ناميده مي‌شوند. در مورد پليمرهايي که فاقد هرگونه گروه عاملي مي‌باشند، مانند پلي پروپيلن ( PP ) ، معمولاً از تکنيک هاي افزودن گروه عاملي قطبي روي زنجيره پليمري استفاده مي‌شود و يا اينکه در طي فرآيند ساخت، پليمرهاي پيوند خورده را بصورت مستقيم وارد مي‌کنند. مثلاً در نانوکامپوزيت هاي رسي / پلي پروپيلن ( clay PP ) از مالئيک اسيد پيوند خورده به پلي پروپيلن، بصورت مستقيم استفاده شده است. در طي پيشرفتهاي اخير، از مخلوطي که پلي پروپيلن، پروپيلن پيوند خورده با مالئيک ايندريد و ارگانوکلي استفاده شده است.
روشهاي زيادي در توليد نانوکامپوزيتها استفاده شده، ولي سه روشي که از ابتداي کار توسعه بيشتري يافته‌اند عباراند از: پليمريزاسيون in situ ، ترکيب محلول القاشدن و فرآيند ذوبي .
روش اينسيتو عبارت است از وارد نمودن يک پيش ماده پليمري بين لايه‌هاي رسي و آنگاه پهن کردن و سپس پاشيدن لايه‌هاي رسي درون ماده زمينه ( matrix ) با پليمريزاسيون. ابتکار اين روش بوسيله گروه تحقيقاتي شرکت تويوتا بود و زماني رخ داد که مي‌خواستند نانوکامپوزيتهاي خاك رس - پليمر6 را بسازند. اين روش قابليت و توانايي توليد نانوکامپوزيتهايي با لايه لايه شدگي خوب را دارد و در محدوده وسيعي از سيستم هاي پليمري، کاربرد دارد. اين روش براي کارخانه‌هاي پليمر خام مناسب است تا در فرآيندهاي سنتزي پليمر، نانوکامپوزيت‌هاي رسي - پليمر بسازند و مخصوصاً براي پليمرهاي ترموستينگ (پليمرهايي که در برابر گرما مستحکم‌تر مي‌شوند) بسيار مفيد است.
روش ترکيب محلول القا شده ( solution induced interceletion ) از يک حلال براي بارگيري و پخش رس‌ها در محلول پليمري استفاده مي‌شود. اين روش هنوز مشکلات و موانع زيادي را در راه توليد تجاري نانوکامپوزيت‌ها پيش رو دارد. قيمت بالاي حلالهاي مورد نياز و همچنين مشکل جداسازي فاز حلال از فاز محلول توليد شده، از جمله اين موانع هستند. همينطور در اين روش، نگرانيهايي از نظر امنيت و سلامتي وجود دارد . با اين وجود اين روش در مورد پليمرهاي محلول در آب قابل بعنوان حلال استفاده مي‌شود و همچنين امنيت بيشتر و خطر اجرا و مقرون به صرفه است، بخاطر قيمت پايين آب که کمتر آن براي سلامتي.
در روش فرآيند ذوبي، ترکيب خاك رس و پليمر در حين ذوب شدن انجام مي‌شود. بازده و کارآيي اين روش به اندازه روش اينسيتو نيست و کامپوزيتهاي توليد شده، ورقه‌ورقه شدگي کمي دارند. به هر حال اين روش مي‌تواند در صنايع توليد پليمر قديمي که در آنها از روشهاي قديمي مانند قالبگيري و تزريق ( Extrution and injection molding ) استفاده مي‌شود، بکار رود و اتفاقاً نقش مهمي در افزايش سرعت پيشرفت توليد تجاري نانوکامپوزيت‌هاي رس - پليمر ايفا کرده است.
علاوه بر اين سه روش با روش‌هاي ديگر نيز در حال توسعه هستند که عبارتند از: ترکيب جامد، کوولکانيزاسيون و روش سل-ژل. اين روشها بعضاً در مراحل ابتدايي توسعه هستند و هنوز کاربرد وسيع پيدا نکرده‌اند.

رقابت نانوکامپوزيت هاي خاک رس - پليمر با کامپوزيتهاي اليافي

با پيدا شدن سروکله تکنولوژي نانوکامپوزيت، جهشي در زمينه تقويت پليمرها بوجود آمده، و معقول به نظر مي‌رسد که فکر کنيم نانوکامپوزيت هاي خاك رس - پليمر، بتوانند جاي کامپوزيتهاي تقويت شده با الياف مرسوم را بگيرند.
از نظر تئوري، تقويت پليمرها در مقياس نانويي، امتيازات برتري نسبت به کامپوزيتهاي تقويت شده با الياف دارند. ضعف کامپوزيت-هاي تقويت شده با الياف، در واقع يک شکست در راه استفاده مفيد از خواص ذاتي و طبيعي مواد است. مثلاً سعي مي‌کنيم که با بکارگيري پيوندهاي قوي کووالانسي و استفاده از صفحه‌هاي آروماتيک ساختار گرافيتي، مواد کربني را مستحکم‌تر کنيم. در حاليکه الياف کربني که امروزه استفاده مي‌شود، تنها 3 تا 4 درصد استحکام نظري صفحات آروماتيک را به دست مي‌دهند. عدم اتصال داخلي بين صفحات آروماتيک در ساختار الياف کربني، مانع دستيابي به استحکام مطلوب مواد مي‌شود، در حاليکه اين مشکل در مورد نانوکامپوزيتهاي تقويت شده با پرکننده‌هاي لايه‌اي وجود ندارد. هنگاميکه از پرکننده‌هاي لايه‌اي و ورقه‌اي در زمينه پليمري استفاده مي‌شود، اتصالات و پيوندهاي داخلي بوجود آيد و بنابراين حداکثر استفاده از خواص ذاتي و طبيعي لايه‌هاي منفرد مي‌شود.
در حقيقت خواص مکانيکي بدست آمده، در بهترين نانوکامپوزيت‌هاي خاك رس - پليمر بسيار کمتر از کامپوزيتهايي است که از درصد بالايي الياف، براي تقويت استفاده مي‌کنند. در حال حاضر بيشترين پيشرفتها و بهبودها در خواص مکانيکي نانوکامپوزيتهاي خاك رس / نايلون6 بدست آمده که در آنها 4 درصد وزني از خاك رس بارگذاري شده است. شکل 2 ضريب و قدرت کشساني اين نانوکامپوزيت را با نايلون 60 و نايلون 60 تقويت شده با 48 درصد وزني، الياف خرده شيشه‌اي نشان مي‌دهد. مشاهده مي‌شود که بهترين نانوکامپوزيت خاك رس - پليمري، هنگاميکه حجم بالايي از جز را تقويت‌کننده اليافي مطرح باشد، نمي‌تواند با کامپوزيتهاي اليافي همساني و رقابت کند. به منظور دستيابي به خواص مکانيکي بهتر عناصر تقويت‌کننده بيشتري در نانوکامپوزيتهاي خاك رس - پليمر مورد نياز است، در حاليکه چنين کاري غيرممکن است. زيرا هنگاميکه عمل لايه لايه شدن اتفاق مي‌افتد، سطح تماس لايه‌هاي رسي صدها و بلکه هزاران برابر مي‌شود و اين باعث مي‌شود که مولکولهاي پليمر کاني، براي خيس کردن تمام سطح تقويت‌کننده‌هاي رسي نداشته باشيم.


شکل 2

در هر حال، هنگاميکه بحث استفاده از درصد پايين پرکننده مطرح باشد، در اين حالت نانوکامپوزيت‌هاي خاك رس - پليمر را با کامپوزيتهاي تقويت شده بوسيله الياف، مقايسه کنيم، مي‌بينيم که نانوکامپوزيتها تقويت بهتري را نسبت به کامپوزيتهاي اليافي مرسوم، نشان مي‌دهند. اطلاعات بدست آمده بوسيله تحقيقات Fornes و Panl در مورد ضريب يانگ نانوکامپوزيتهاي خاك رس / نايلون6 و کامپوزيت هاي نايلون6 تقويت شده با الياف شيشه‌اي در محدوده استفاده از 10 درصد وزني پرکننده، در شکل 3 رسم شده است. مي‌توان مشاهده نمود که نانوکامپوزيتها کارآيي بيشتري را در بهبود ضريب يانگ نسبت به کامپوزيتهاي اليافي نشان مي‌دهند.


] شکل 3

از مقايسه بالا مشهود مي‌گردد نانوکامپوزيتهاي خاك رس - پليمر در محدوده بارگذاري درصد پايين از الياف، امتيازاتي نسبت به کامپوزيتهاي تقويت شده با الياف دارند و مطمئناً بازار کامپوزيتهاي اليافي مرسوم با حجم پايين از جزء اليافي، با پيشرفت نانوکامپوزيتهاي خاك رس - پليمري تحت تاثير قرار خواهد گرفت، ولي فعلاً تابحال، پيشرفت در نانوکامپوزيت ها تاثير کمي روي بازار کامپوزيتهاي تقويت شده با الياف گذاشته است.

مشكلات توسعه نانوکامپوزيت هاي خاک رس - پليمر

علاوه بر پرکننده‌ها، عمده مشکلات پيش روي پيشرفت نانوتکنولوژي خاك رس - پليمر عبارتنداز: عدم شناخت مکانيزمهاي موثر در افزايش کارايي، به کاربردي پليمرهاي ترموستينگ و عدم پايداري ارگانوکلي‌ها در برابر حرارت.
اگرچه مدل‌سازي‌هاي زيادي در جهت پيشبرد درک از مکانيزم افزايش کارايي عمده خواص فيزيکي و مهندسي در استفاده از نانوکامپوزيت‌هاي خاك رس - پليمر انجام شده، ولي هنوز مسافت زيادي را پيش رو داريم. به عنوان مثال، هنوز خواص فيزيکي مهندسي لايه‌هاي منفرد سيليکات، دقيقا شناخته نشده‌اند. از اين رو مشکل است که يک مکانيزم تقويت‌کننده ايجاد کنيم، و از طرفي، ساختار ذغال باقيمانده ناشي از احتراق نانوکامپوزيت خاك رس - پليمر هنوز روشن نيست. بدون آن ممکن نيست مکانيزمي براي ايجاد مقاومت در برابر آتش، براي آن طراحي کنيم. مدل‌سازيها و تحقيقات تجربي اساسي، بايد در جهتي هدايت شود که در آينده اين موانع برطرف شوند.
به کاربردن پليمرهاي ترموستينگ، مشکل عمده ديگري در توسعه نانوکامپوزيتهاي خاك رس - پليمر مي‌باشد. ترکيب خاک رس با يک پيش ماده پليمر ترموستينگ مي‌تواند عامليت يک پليمر را تغيير دهد. تغيير در عامليت بر ميزان اتصالات عرضي تاثير مي‌گذارد و بخوبي مشخص است که عمده خواص مهندسي پليمر‌هاي ترموستينگ، تابعي از ميزان تعداد اتصالات عرضي است. با اين وجود گزارش‌هايي هم وجود داشته مبني بر بهبود خواص مکانيکي سيستمهاي پليمري تروستينگي که ميزان اتصالات عرضي آن پايين بوده است، از جمله اپوکسي رزين با T g پايين و پلي اوراتان‌ها. آخرين مسئله مستقيماً بر مي‌گردد به نگراني در مورد تجاري‌سازي نانوتکنولوژي خاك رس - پليمر، کمبود ارگانوکلي‌هاي پايدار در برابر گرما و نيز از نظر تجاري در دسترس، از موانع ثبت شده در اين مسير هستند. بيشتر ارگانوکلي‌هاي در دسترس، از جايگزيني کاتيون فلزي درون ساختار رس، با نمکهاي آمونياک آلي تهيه مي‌شوند. اين نمکهاي آمونيم در مقابل گرما ناپايدارند و حتي در دماهاي کمتر از 170 درجه سانتيگراد از بين مي‌روند. مسلماً چنين مواد فعال سطعي (سورفکتنت) براي بيشتر پلاستيکهاي مهندسي هنگاميکه از تکنولوژي فرآيند ذوب شدن براي ساختن نانوکامپوزيت‌ها استفاده شود، صاحب نيستند و ساخت نانوکامپوزيتهايي که در آن از ارگانوکلي‌هاي اصلاح شده بوسيله نمکهاي آمونيم بکار رفته، با استفاده از تکنيک‌هاي ديگر، به يک معضل تبديل شده است. اگرچه تعداد زيادي سورفکتنت پايدار در برابر گرما، مثل فسفونيم شناخته شده‌اند، ولي اين سورفکتنت‌ها براي کاربرد تجاري، مقرون به صرفه نيستند. نوآوري‌هايي در جهت اصلاح رس‌هاي آبدوست با استفاده از پليمرها و اليکومرهاي چند عاملي انجام شده تا ارگانوکلي‌هاي پايدار در برابر گرما براي توليد نانوکامپوزيتهاي رس - پليمر بسازند.

خلاصه و نتيجه‌گيري:

پيشرفت‌هاي عمده در توسعه نانوکامپوزيت هاي خاك رس - پليمر به پانزده ساله اخير بر مي‌گردد و مزيتها و محدوديتهاي اين تکنولوژي روشن شده است. با اين حال، تا شناخت مکانيزم‌هاي افزايش کارايي و بهبود خواص مهندسي آنها و اينکه بتوانيم ريزساختارهاي آنها را سازماندهي و چينش کنيم تا به خواص مهندسي ويژه دست پيداي کنيم، راه طولاني در پيش رو داريم. در مواقعي که از درصد پايين پرکننده استفاده شود، نانوکامپوزيتهاي خاك رس - پليمر اين پتانسيل را دارند تا جايگزين کامپوزيتهاي مرسوم تقويت شده با الياف شوند

تاريخ : شنبه بیست و دوم بهمن 1390 | 16:36 | نویسنده : ایمان رستگار

مقدمه
 

عموماً یک غشاء سرامیکی را می توان به عنوان یک مرز نفوذگزین (pERMSELECTIVE BARRIER) یا یک غربال بسیار ریز تعریف کرد. قابلیت تراوایی و فاکتور تفکیک یک غشاء سرامیکی دوشاخص بسیار مهم در مورد یک غشاء سرامیکی است. این دو فاکتور به طور خاص تابع ضخامت، اندازه ی تخلخل ها و تخلخل های سطحی غشاء است و این در حالی است که در مورد غشاءهای سرامیکی با دانسیته ی بالا، قوانین نفوذ و تفکیک پیچیده تر است. کاربردها و مکانیزم های تفکیک در غشاءهای سرامیکی متخلخل به اندازه ی تخلخل های غشاء سرامیکی وابسته است. ( همانگونه که در جدول 1 نشان داده شده است.)

غشاء های سرامیکی (1)

غشاءهای سرامیکی معمولاً از ترکیب چندین لایه ی یکسان یا متفاوت سرامیکی تشکیل شده اند. معمولاً این لایه ها بوسیله ی یک تکیه گاه با تخلخل های بسیار بزرگ حمایت می شوند. همچنین این لایه ها از چندین لایه ی مزوپورس میانی تشکیل شده اند که یک لایه ی میکروپورس در روی این لایه ها قرار دارد. همانگونه که در شکل 1 نشان داده شده است.

غشاء های سرامیکی (1)

لایه ی پایینی حالت تکیه گاه مکانیکی را دارد و این در حالی است که لایه های میانی دارای تخلخل های مناسب جهت تفکیک هستند. در واقع عمل جداسازی در این مکان اتفاق می افتد. عموماً مواد مورد استفاده برای تولید غشاءهای سرامیکی عبارتند از:Al2o3, Tio2،2, Zro2, SiO2و...همچنین می توان از ترکیبی از این مواد در ساخت غشاء استفاده نمود. به عنوان مثال ویژگی تخلخل های یک غشاء آلومینایی چهار لایه در شکل 2 نشان داده شده است.

غشاء های سرامیکی (1)

این به نظر می رسد که اندازه ی تخلخل های لایه ی جداکننده ی بالایی، لایه های میانی و لایه ی تکیه گاه زیرین به ترتیب در گستره ی 6nm (مزوپورس)، 0.7-0.2 میکرون و 10 میکرون هستند. یک غشاء چند لایه ی پیچیده تر شامل تکیه گاه ماکروپورس از جنس α-〖Al〗_(2O_3 ) دولایه ی مزوپورس از جنس σ-〖Al〗_(2O_3 ) به عنوان لایه های میانی و یک لایه ی میکروپورس به عنوان لایه ی بالایی است.
همانگونه که در شکل 3 مشاهده می شود. (شکل یک میکروگراف از میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM) است.) یک لایه ی بسیار نازک از سیلیس به ضخامت تقریبی nm30 با قطر تخلخل 5A درجه به دست آمده است. این میکروگراف علاوه بر این مسئله نشان می دهد که لایه ی سیلیسی در بالای لایه ی σ-〖Al〗_(2O_3 )رسوب کرده است. یکی بخش روشن بین لایه ی سیلیسی σ-〖Al〗_(2O_3 ) قابل مشاهده است. مرز بین اولین و دومین لایه ی σ-〖Al〗_(2O_3 ) در فاصله ی nm25 از سطح قابل مشاهده است.

غشاء های سرامیکی (1)

غشاءهای سرامیکی در بالا به آنها شاره شد را تنها می توان بوسیله ی مراحل چندگانه به دست آورد. همانگونه که در شکل 1 بیان شد، یک لایه ی تکیه گاه در ابتدا برای کاهش تنش های مکانیکی وارد بر لایه ها ایجاد می شود. پس از آنکه لایه ی تکیه گاه ایجاد شد می توان یک یا چند لایه میانی را بر روی لایه ی تکیه گاه پوشش داد و پس از آن لایه ی جداکننده ی پایانی را ایجادکرد. هر کدام از مراحل بالا در دمای بالا اتفاق می افتد. و نیازمند عملیات زینترینگ در دمای بالا می باشد. از این رو هزینه ی تولید غشاء بسیار بالاست. به طور واضح باید گفت ترکیب مراحل چندگانه ی بالا در یک مرحله باعث افزایش زمان ساخت و قمیت ساخت می شود. و از این رو قیمت غشاء بالا می رود. شکل 4 میکروگرافی از یک غشاء سرامیکی با دانسیته ی نامتقارن است که بوسیله ی میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) گرفته شده است. غشاء سرامیکی مشاهده شده در شکل 4 بوسیله ی تکنیک گفته شده در بالا تهیه شده است. همانگونه که می توان دید، یک لایه ی پوسته ماند نازک و متراکم بر روی تکیه گاه متخلخل تجمع یافته است. که جنس آن از همان ماده ی سرامیکی است و تأیید می کند که می توان یک غشاء سرامیکی لایه ای را در یک مرحله تهیه کرد.

غشاء های سرامیکی (1)

اکثر غشاءهای سرامیکی تجاری در اشکال دیسکی، صفحه ای یا لوله ای مانند هستند. این غشاءها عموماً به صورت صفحه یا فرام در کنار هم قرار گرفته یا به صورت غشاء های صفحه ای یا لوله ای هستند (در حالت لوله ای از غشاءهای لوله مانند استفاده می شود). برای افزایش نسبت مساحت سطح به حجم و افزایش ناحیه ی جداکننده بر واحد حجم غشاء عناصر آلومینایی چندکانالی یکپارچه استفاده می شود. (شکل 5).

غشاء های سرامیکی (1)

این عناصر یکپارچه می توانند به صورت اشکال مختلف ایجاد شوند. بنابر گزارشات انجام شده نسبت مساحت سطح به حجم برای اشکال لوله مانند بین 250-30m^(2m^(-3) ) است. این نسبت برای غشاءهای یکپارچه ی چندکانالی 400-130m^(2〖.m〗^(-3) ) و برای غشاءهای یکپارچه ی شانه عسلی (شش ضلعی) این نسبت بیش از 800 m^(2〖.m〗^(-3) ) است. اشکال مشابه که درشرکت ceramem تولید شده است در شکل 6 نشان داده شده است.

غشاء های سرامیکی (1)

به طور مشابه، یک صفحه و یا فرام سرامیکی می تواند از تجمع تعداد زیادی سلول غشاء (ساخته شده از صفحات سرامیکی) ساخته شود. در این وسایل می توان با استفاده از غشاءهای صفحاتی و دیسکی میزان دانسیته ی تراکمی را بالا برد. این قاعده در شکل 7 دیده شده است همچنیتن در این شکل جریان مایع تغذیه شده به جداکننده ی متخلخل نشان داده شده است. این جداکننده از دو صفحه تشکیل شده است. جریان از میان غشاءها نفوذ کرده و این نفوذ از میان سلولهای جداکننده انجام می شود.

غشاء های سرامیکی (1)

برای افزایش بیشتر میزان دانسیته می توان از اشکال توخالی فیبر مانند استفاده نمود با استفاده از این اشکال می توان میزان دانسیته را به 900m^(2〖.m〗^(-3) ) رساند که این عدد در مقایسه با دانسیته ی 30-500m^(2〖.m〗^(-3) ) که در صفحات و قطعات لوله ای دیده می شود، بسیار زیاد است. بزرگترین چالشی که در تهیه ی اجزای فیبری توخالی تولید شده از مواد سرامیکی روبروی ماست، تردی این مواد است. این مسأله مخصولاً در کاربردهای صنعتی دمابالا نمود می یابد. اجزای فیبری توخالی در فرم های متخلخل و متراکم تهیه می شوند که فرم آنها بستگی به کاربردشان دارد. این نوع غشاءهای سرامیکی را می توان در زمینه هایی همچون مجزاکننده های گازی، رآکتورهای غشائی (membrane reactor)، بازیافت حلال و... استفاده کرد

فرآيندهاي غشائي
 

فرآيندهاي غشائي به عنوان يک واحد عملياتي براي گستره ي وسيعي از فرآيندهاي جداسازي صنعتي استفاده مي شود. اين فرآيندها بوسيله ي اختلاف فشار، غلظت و يا اعمال ميدان الکتريکي ميان غشاءها انجام مي شود. و از اين رو براساس نوع نيروي محرکه، اندازه ي مولکولي و يا نوع عمليات متفاوت هستند. برخي از فرآيندهاي غشائي معمولي در ادامه معرفي شده است:

جداسازي گازي
 

مخلوط هاي گازي را مي توان بوسيله ي غشاءهاي مولکولي متخلخل و متراکم جداسازي نمود. غشاءهاي سراميکي متراکم از مواد سراميکي کريستالي مانند پروسکايت (perovskites: مينرال معدني توليدي از اکسيد کلسيم و تيتانيم که به رنگ هاي زرد، قهوه اي يا خاکستري وجود دارد. برخي اوقات علاوه بر اين اکسيدها، اکسيد عناصر گروه خاک هاي کميابت مانند ايتريا و اسکانديم نيز در آن يافت مي شود) و فلئوريت (Fluorites) توليد مي شوند که اين نوع غشاءها تنها اجازه مي دهند اکسيژن يا هيدروژن از ميان شبکه ي کريستاليشان عبور کند. بنابراين اين غشاءها در برابر ساير گازها نفوذناپذيرند.
نفوذ اکسيژن از ميان غشاء سراميکي متراکم به خاطر وجود تعداد زيادي جاي خالي اکسيژن اتفاق مي افتد. اين جاهاي خالي اکسيژن بوسيله ي دپينگ (doping) و توليد حفره هاي الکتروني در دماي بالا پديد مي آيند. هنگامي که در دو طرف غشاء اختلاف فشار اکسيژن باشد، اکسيژن از قسمت با فشار بالاتر به سمت با فشار کمتر حرکت مي کند.

غشاء هاي سراميکي (2)

حرکت اکسيژن از ميان حفره ها در شکل 1 نشان داده شده است. علاوه بر نفوذ بالک، نفوذ اکسيژن از ميان غشائي با رسانايي الکتروني و يوني نيز اتفاق مي افتد که در اين فرآيند واکنش هاي تبادل سطحي در دو سمت فقير و غني از اکسيژن رخ مي دهد. اين فرآيند داراي مراحلي همچون جذب سطحي اکسيژن، جدايش، جفت شدن و تبادل بار است. بنابراين فرآيند نفوذ از سمت با فشارجزئي اکسيژن بالاتر به سمت با فشار جزئي اکسيژن کمتر شامل مراحل زير است:
1) انتقال اکسيژن گازي از جريان گاز به سطح غشاء (در سمت با فشار بالاتر)
2) واکنش ميان اکسيژن ملکولي و جاهاي خالي اکسيژن در سطح غشاء (در سمت با فشار بالاتر)
3) نفوذ بالک اکسيژن از مقطع غشاء از جاهاي خالي
4) واکنش بين اکسيژن شبکه و حفره هاي الکتروني در سطح غشاء ( سمت با فشار پايين تر)
5) انتقال اکسيژن از سطح غشاء به داخل جريان گازي (در سمت با فشار پايين تر)
به هر حال مقاومت هاي موجود ميان فاز گازي و غشاء (در مراحل 5 گانه ي بالا) معمولاً اندک و بي اهميت است. به عنوان يک نتيجه بايد گفت که در نفوذ اکسيژن تنها نفوذ بالک غشاء و واکنش سطحي بايد مد نظر قرار گيرد. به طور مشابه هنگامي که يک غشاء با رسانايي پروتني در معرض هيدروژن قرار گيرد و ميان دو سمت غشاء اختلاف فشار وجود داشته باشد، عمل انتقال اتفاق مي افتد. در اين فرآيند نيز نفوذ بالک غشاء و واکنش هاي سطحي مسائل مهمي هستند که بايد به آنها توجه خاصي کرد.
در غشاءهاي سراميکي ميکروپورس، رفتار نفوذي گاز ممکن است بواسطه ي نفوذ کندسن (Kundsen diffusion)، نفوذ سطحي، نفوذ چند لايه اي (diffusion multilayer)، نفوذ از ميان کانال هاي موئي و يا غربال هاي ملکولي اتفاق افتد. از اين رودر اين مواد نفوذ اتفاق افتاده به اندازه ي تخلخل ها و توزيع اندازه ي تخلخل هاي غشاء، دماي کاربرد، فشار، طبيعت غشاء و نوع ملکول نفوذ کننده بستگي دارد. تسلسل رفتار نفوذي گاز که از نفوذ کندسن شروع و به غربا هاي ملکولي ختم مي شود با رويه ي افزايش نفوذگزيني ماده همراه است. براي تخلخل هايي که نسبت به اندازه ي ملکولي بزرگتر هستند. نفوذ بوسيله ي نفوذ کندسن کنترل مي گردد. در اين مورد گاز با توجه به سرعت ملکولي نفوذ مي کند و همچنين نفوذ با عکس ريشه ي دوم وزن ملکولي رابطه دارد. اگر جذب گازدرتخلخل هاي غشاء بالا باشد، نفوذ سطحي نسبت به نفوذ کندسن بيشتر مي شود. هنگامي که تخلخل ها داراي اندازه اي در حد قطر ملکولي باشند؛ در اين حالت غربال ملکولي بوجود مي آيد. مکانيزم غربال ملکولي وابستگي بيشتري به دما داشته و در هنگامي که اندازه ي ملکول گاز افزايش يابد، ميزان نفوذ بوسيله ي آن کاهش مي يابد.
پروپوراسيون ( Porevaporation )
پروپوراسيون يک فرآيند جداسازي است که در آن مخلوط مايع در تماس با يک سمت غشاء قرار دارد و سمت ديگر غشاء يک جريان بخار وجود دارد. (شکل 2).

غشاء هاي سراميکي (2)

به دليل وجود غشاء موازنه ي بين فاز بخار- مايع به صورت آسانتري مي باشد. (همانگونه که در شکل 3 نشان داده شده است). کاربرد اين روش در جداسازي مخلوط هاي مايع با دماي جوش يکسان و مخلوط هاي حساس به حرارت بيشتر ترجيح داده مي شود که در فرآيند پروپوراسيون از غشاءهاي سراميکي استفاده مي شود. زيرا اين نوع از غشاءها مزيت هايي مانند پايداري حرارتي و شيميايي بالاتر نسبت به نوع پليمري دارند. از اين رو غشاءهاي سراميکي را مي توان در دماهاي بالاتر و در حضور حلال استفاده نمود. اين شرايط کاري ممکن است موجب شکسته شدن غشاءهاي پليمري گردد. غشاءهاي سراميکي پايداري مکانيکي بالاتري داشته و در مواجهه با حلال هاي مختلف متورم نمي شوند. از اين رو مي توان غلظت هاي متفاوتي از محلول ها را بواسطه ي اين غشاها جداسازي نمود. قابليت کاربرد غشاءهاي سراميکي در دماي بالا باعث مي شود ميزان سطح غشاء مورد نياز نسبت به غشاء پليمري کاهش يابد. عشاءهاي سراميکي تقويت شده محکم تر از غشاءهاي پليمري هستند. مزيت ديگر غشاءهاي سراميکي خنثي بودن آنهاست. از اين رو مي توان از آنها براي جداسازي ترکيبات بسيارواکنش پذير در شرايط اسيدي و بازي استفاده کرد.

غشاء هاي سراميکي (2)

با انجام کارهاي متنوعي که محققين انجام داده اند مزيت هاي غشاءهاي سراميکي نسبت به غشاءهاي پليمري مشخص گشته است. مزيت هاي غشاءهاي سراميکي نسبت به نوع پليمري عبارتند از:
1) دوام بالا در محيط کاري (اين دوام مي تواند تا چندين هفته باشد)
2) غشاءهاي سراميکي را مي توان در دماي بالاتر نسبت به نوع پليمري استفاده نمود.(بيش از 300 درجه سانتيگراد)
3) سيا بيشتر محلول بر روي غشاءهاي سراميکي در حالي که خاصيت بهگزيني حفظ مي شود.

اسمز معکوس و نانو فيلتراسيون
 

فرآيندهاي اسمز معکوس (RO)، و نانوفيلتراسيون (NF) فرآيندهايي هستند که در طي آنها اجازه داده مي شود گونه اي از مواد (مانند حلال) به آساني عبور کند ولي اجازه ي عبور سايرگونه ها داده نمي شود. اين فرآيندها مي توانند به گونه اي باشند که عبور انتخابي به صورت کامل يا ناقص انجام شود. جداسازي و نفوذ حلال از ميان غشاء يک خاصيت منحصر به فرد اين غشاءهاست و به ساختار غشاء برمي گردد. تفاوت عمده ي ميان غشاءهاي اسمز معکوس و غشاءهاي نانوفيلتراسيون در اين است که رد فرآيند اسمز معکوس هر نوع ماده ي حل شده در حلال پس زده مي شود (يعني اجازه ي عبور هيچ گونه ماده ي حل شده داده نمي شود. حتي يون هاي تک ظرفيتي) در حالي که در غشاءهاي نانوفيلتراسيوني تنها امکان پس زدن يون هاي چندظرفيتي وجود دارد. (يون هاي تک ظرفيتي اجازه ي عبور از غشاء نانوفيلتراسيوني را دارند).

غشاء هاي سراميکي (2)

همانگونه که در شکل 4 نشان داده شده است، فرآيند اسمزي يک پديده ي طبيعي است که در آن آب از ميان غشاء اسمزي و از مکان با غلظت مواد حل شونده ي کمتر است به جايي که غلظت بيشتر است، عبور مي کند تا جايي که موازنه ي اسمزي اتفاق افتد (شکل B . 4). براي ايجاد فرآيند اسمز معکوس بايد فشار مکانيکي به جريان اعمال گردد (شکل 4.c). اين فشار مکانيکي بايد از فشار اسمزي بيشتر باشد تا فرآيند اسمزي را در جهت عکس پيش ببرد. به عنوان يک نتيجه بايد گفت که با استفاده از روش اسمز معکوس جداسازي آب از محلول امکان پذير است. اين فرآيند را اسمز معکوس مي گويند. کاربرد فرآيند اسمز معکوس عبارتست از: نمک زدائي از آب دريا، تصفيه ي فاضلاب، تصفيه و توليد آب با خلوص بسيار بالا.
اسمز معکوس (RO) يک تکنولوژي بسيار خوب براي تصفيه ي آب در بسياري از کاربردهاست امروزه، تنها غشاءهاي پليمري RO/NF براي اين فرآيند به صورت تجاري در دسترس است.
مشکلات عمده ي استفاده از غشاءهاي پليمري RO/NF عبارتست از:
1) جرم گرفتگي مفرط به دليل جريان آرام مايع موجود بر روي اين غشاءها.
2) مقاومت شيميايي پايين در برابر عوامل کلردار و ساير اکسيدان ها
3) اين فرآيند نياز به تعميرات و نگهداري فراواني دارد. و ضايعات فراواني نيز توليد مي کند.
4) نبود بار سطحي مناسب بر روي غشاء جهت کاهش احتمال جرم گرفتگي.
در اين زمينه استفاده از غشاءهاي سراميکي داراي مزاياي فراواني نسبت به نوع پليمري است. براي مثال غشاءهاي سراميکي مقاومت استثنائي در برابر عوامل کلردار، اکسيدان هاي داشته و در برابر تابش پرتو و حلال هاي مختلف نيز مقاوم اند. همچنين اين غشاءها داراي پايداري گرمايي و شيميايي بالاتري هستند و عمر مفيد آنها نيزبيشتر است. غشاءهاي سراميکي از بدو بوجود آمدن غشاءهاي پليمري وجود داشته اند ولي مسائلي همچون قيمت بالا، تراکم فشرده سازي (packing density) پايين و قابليت بهگزيني پايين انواع تجاري غشاءهاي سراميکي موجب گشته تا از آنها در کاربردهاي اسمز معکوس و نانوفيلتراسيون استفاده نشود و اين نوع غشاءها از لحاظ اقتصادي براي اين کاربرد مناسب نباشند. اخيراً تحقيقات فراواني در زمينه ي ساخت غشاءهاي نانوفيلتراسيوني سراميکي انجام شده است و غشاءهايي از جنس اکسيد تيتانيم، زيرکونيا، سيليسي- زيرکونيا، اکسيد هافنيوم و آلومينايي (نوع گاما) توليد شده است. بيشتراين غشاءها براي جداسازي حلال هاي غير آبي در فرآيندهاي سل ژل استفاده مي شوند. در اين فرآيندها يک تکيه گاه سراميکي مزوپورس با لايه اي از اکسيد فلزي پوشش دهي مي شود تا اندازه ي تخلخل هاي پاياني تعيين گردد. اين مسئله پيشرفت بزرگي در زمينه ي کنترل اندازه ي قطر تخلخل ها است که بواسطه ي انتخاب يک محلول کلوئيدي مناسب امکان پذيراست

الترافيلتراسيون و ميکروفيلتراسيون
 

الترافيلتراسيون فرايندي است که در آن غشاءهاي متخلخل براي جداسازي اجزاي کلوئيدي يا مواد حل شونده ي با وزن ملکولي بالا از حلال استفاده مي سود. در الترافيلتراسيون ، مکانيزمي شبيه به اسمز معکوس و نانوفيلتراسيون براي جدا سازي حلال از ذرات کلوئيدي استفاده مي شود. بنابراين در اين فرايند پس زدن مواد حل شونده از محلول بر اساس اندازه ي تخلخل ها و توزيع اندازه ي تخلخل هاي غشاء و واکنش هاي سطحي ميان غشاء و حلال / حل شونده تعيين مي گردد. انتقال کامل حلال در اغلب موارد بوسيله ي مقاومت هاي مربوط به انتقال جرم مخصوصاً در مرز محلول کنترل مي شود. بنابراين وجود حتي مواد حل شونده در غلظت پايين مي تواند موجب اثرات عميقي بر روي نفوذ حلال داشته باشد.
اگر چه توصيف دقيقي در مورد تفاوت و مرز ميان الترافيلتراسيون و ميکروالترافيلتراسيون وجود ندارد، همانگونه که در شکل 1 ديده مي شود، ميکروالترافيلتراسيون فرآيند الترافيلتراسيون سنتي است و براي جدا سازي ذرات مجزا از محلول استفاده مي شود. همانگونه که در شکل 1 ديده مي شود، خط جداسازي ميان فيلتراسيون درشت و ميکروفيلتراسيون وجود ندارد اما حد بالاي اندازه ي تخلخل قابل قبول در حدود چند ميکرون مي باشد. حد اندازه ي پاييني در 0.1 ميکرون قرار دارد.

غشاء هاي سراميکي (3)

فيلتراسيون براي جدا سازي ذرات کوچک و غير قابل حل، باکتري ها و سلول هاي مخمر. از جريان هاي مايع استفاده مي شود. فيلترهاي عميق سنتي که به طور نمونه وار از ماتريکسي فيبري تشکيل شده اند را مي توان براي همين کار استفاده کرد اما مکانيزم جداسازي در اين فيلترها به دام انداختن و جذب سطحي مي باشد. براي فيلترهاي عميق اندازه ي تخلخل تعريف نمي شود. اما سوراخ هاي ميان الياف از اندازه ي کوچکترين ذره بزرگتر است. بنابراين باقي ماندن ذرات بر روي فيلترهاي عميق يک مسئله ي آماري است . به عبارت ديگر، غشاءهاي ميکروفيلتراسيوني داراي اندازه ي تخلخل معيني هستند و عمل جداسازي بر اساس اثر غربال گري انجام مي شود. به دليل آنکه اندازه ي تخلخل هاي موجود در اين غشاءها نسبتاً بزرگ هستند، انتقال حلال در آنها به وسيله ي همرفت انجام مي شود. سرعت انتقال حلال از ميان اين گونه غشاءها را مي توان بوسيله ي فشار ميان غشاء مقايسه کرد و بوسيله ي معادله ي hagen-Poiseuille آن را تعريف نمود. (اين مسئله در حالي صحيح است که تخلخل هاي غشاء را استوانه اي فرض کنيم.)
غشاءهاي الترافيلتراسيوني و ميکروفيلتراسيوني از انواع متنوعي از پليمرها مانند سلولز استات ، سلولز فيترات، پلي اکريلونيتريل، پلي اميد، پلي اترسولفون، پلي ايميد، پلي سولفون، پلي وينيل الکل، پلي وينيليدن فلورايد و...ساخته مي شوند. غشاءهاي سراميکي نيز براي اهداف الترافيلتراسيوني و ميکروالترافيلتراسيوني ساخته شده اند. توسعه ي اين غشاءهاي سراميکي عمدتاً به دليل نياز به داشتن غشاءهايي با تحمل حرارتي و شيميايي بالاتر، انجام شد زيرا غشاءهاي پليمري محدوديت دماي استفاده شدن دارند.(معمولاً از اين غشاءها تنها در دماهاي زير200 درجه سانتي گراد مي توان استفاده نمود). علاوه بر اين اکثر پليمرهايي که در بالا اشاره شد، نمي توانند در برابر حلال هايي مانند بنزن و تولوئن مقاومت کنند. غشاءهاي الترافيلتراسيوني و ميکروفيلتراسيوني سراميکي از موادي مانند اکسيد آلومينيوم، اکسيد تيتانيم و اکسيد زيرکونيوم ساخته مي شوند. از اين رو اين مواد پايداري خوبي در برابر دماهاي بالا و محيط هاي شيميايي خورنده دارند. کاربردهاي ويژه ي فرايندهاي الترافيلتراسيوني و ميکروالترافيلتراسيوني که از غشاءهاي سراميکي استفاده مي کنند را مي توان در صنايعي همچون لبني، غذايي ، دارو سازي ، بيولوژيکي، رنگ، کاغذ و آب مشاهده کرد.
دو نوع عمليات در الترافيلتراسيون و ميکروفيلتراسيون وجود دارند که عبارتند از:
1) فيلتراسيون بن بستي (dead -end filtration)
2) فيلتراسيون کراس- فلو(cross-flow filtration)
همانگونه که در شکل 2 نشان داده شده است فيلتراسيون بن بستي تنها براي مخلوط هاي سوسپاپنسيوني با درصد جامد کم مناسب است. در حالي که فيلتراسيون کراس- فلو را مي توان براي مخلوط هاي با غلظت بسيار بالا استفاده کرد.

غشاء هاي سراميکي (3)

دياليز
 

دياليز در اصل يک فرايند نفوذ است که براي جدا سازي مواد موجود در محلول استفاده مي شود. در اين فرايند از عدم يکسان بودن غلظت در دو سمت غشاء متخلخل استفاده مي شود. بنابر اين دياليز بواسطه ي گراديان غلظت در مقط غشاء انجام مي شود. کاربرد خاص از اين فرايند در کليه ي مصنوعي است. که در شکل 3 شماتيک آن نشان داده شده است. واحد دياليز شامل يک قسمت غشائي است که اين بخش غشائي از الياف توخالي تشکيل شده است. خون از ميان فيبر توخالي حرکت مي کند و اين در حالي است که مايع دياليز از ميان پوسته ي بخش غشائي عبور مي کند. مايع دياليز با سرعت کافي در ميان پوسته جريان مي يابد به نحوي که حالت اشباع پيدا نکند. مواد سمي موجود در خون از ميان ديواره ي متخلخل نفوذ مي کند و بوسيله ي مايع دياليز خارج مي شود. قابليت نفوذ غشاء بوسيله ي خاصيت ذاتي غشاء و مواد حل شده در محلول تعيين مي گردد. به هر حال، طول، قطر داخلي و ضخامت غشاء در طراحي اين دستگاه مهم مي باشد. همچنين شرايط کارکرد مانند فشار تر غشائي (pressure teansmembrone) و سرعت جريان مايعات داخل فيبرها بايد بهينه باشد. اکثر موادي که براي ساخت غشاءهاي کليهي مصنوعي استفاده مي شوند، پليمري هستند(عمدتاً از مواد سلولزي هستند). اخيراًً غشاء هاي مصنوعي شامل پلي سولفون ، پلي متيل اکريلات و پلي اکريلو نيتريل نيز براي استفاده در دياليز توسعه يافته اند. اين پليمرها زيست سازگار پذيرتر هستند. اين غشاءهاي جديد همگي مصنوعي هستند و داراي قابليت سيلان بالايي هستند.

غشاء هاي سراميکي (3)

تاکنون گزارشي از استفاده از غشاءهاي سراميکي در آناليز داده نشده است. ولي دانشمندان پيشنهاد کردند که از غشاءهاي سراميکي براي زدايش اندوتوکسين (endotoxins) از آب دياليز (مايع دياليز) استفاده شود. علت اين پيشنهاد اين است که غشاءهاي سراميکي مقاومت بيشتري در برابر شرايط کاري سخت دارند.
الکترودياليز
الکترودياليز فرايندي است که در آن يون هاي حل شده بواسطه ي اعمال يک ميدان الکتريکي از ميان يک غشاء با خاصيت تبادل کنندگي يوني عبور مي کنند. اگر چه الکترودياليز در ابتدا با اصلاح فرايند دياليز (با استفاده از اضافه کردن دو الکترود به فرايند دياليز) شروع شد. اما اين فرايند ها به وضوح از هم متفاوت هستند. (جدول 1)

غشاء هاي سراميکي (3)

قوانين مربوط به الکترودياليز بواسطه ي آزمايشات strathmann بر روي يک نمونه ي آب شور انجام شد. همانگونه که در شکل 4 مشاهده مي شود، يک فرايند الکترودياليز متشکل از يک سري غشاء کاتيوني و آنيوني است که به صورت متفاوت قرار گرفته اند. و يک پتانسيل الکتريکي به انتهاي آنها متصل گشته است. اين سيستم براي نمک زدائي از آب شور استفاده شده است. هنگامي که آب شور شامل سديم کلرايد باشد و به داخل يک سلول معين وارد شود، کاتيون هاي با بار مثبت مانند يون هاي سديم بوسيله ي کاتد حرکت داده مي شوند. يون هاي سديم مي توانند از ميان غشاء کاتيوني با بار منفي نفوذ کرده اما بوسيله ي غشاء آنيوني با بار مثبت دفع مي گردند. به طور مشابه يون هاي با بار منفي مانند يون هاي کلر نيز به سمت آند حرکت کرده و از ميان غشاء آنودي عبور مي کنند اما بوسيله ي غشاء کاتدي دفع مي گردند. به عنوان يک نتيجه مي توان گفت که هر دو يون سديم و کلر از محفظه ي آبکي رقيق خارج شده و به محفظه ي کناري که داراي آب شور است مي روند. الکترودياليز مي تواند هم براي تغليظ نمک و هم براي توليد آب آشاميدنيي از آب شور استفاده شود.

غشاء هاي سراميکي (3)

غشاءهاي تبادل کننده ي يوني همچنين در صنعت سودسوزآور استفاده مي شود. اين غشاءها براي الکتروليز محلول سديم کلريد استفاده مي شود که محصول بدست آمده از اين فرايند سديم هيدورکسيد و کلر است. اين فرايند به صورت شماتيک در شکل 5 نشان داده شده است. همانگونه که ديده مي شود غشاء کاتدي از پليمر پرفلئورو کربن ساخته شده است. اين غشاء در مرکز محفظه ي الکتروليز قرار دارد. هنگامي که محلول سديم کلريد در سمت چپ غشاء کاتيوني اضافه شود، يون سديم به سمت کاتد جذب شده و به سمت راست غشاء منتقل مي شود. در سطح کاتد،آب به هيدورژن با بار مثبت و هيدروکسيد تجزيه مي شود. يون هاي پروتن (+ H) به سرعت به اتم هاي هيدوژن کاهش يافته که اين يون ها الکترون مورد نياز خود را از سطح کاتد دريافت مي کنند. دو هيدروژن اتمي ترکيب شده و يک ملکول هيدوژن پديد مي آيد. اين ملکول ها به صورت حباب تشکيل مي گردند. همچنين محلول هيدروکسيد سديم در قسمت کاتد تشکيل مي گردد. به عبارت ديگر ، يون هاي کلر به سمت آند حرکت کرده و به محض رسيدن به آند الکترون خود را به آند داده و به اتم هاي کلر تبديل مي گردند. دو اتم کلرنيز ترکيب شده و ملکول کلر تشکيل مي شود.

غشاء هاي سراميکي (3)

فرآيندهاي الکترودياليز در ابتدا بوسيله ي غشاءهاي با گزينش يوني پليمري انجام مي شد زيرا اين نوع غشاءها داراي ويژگي هاي مطلوبي مانند مقاومت الکتريکي پايين و انعطاف پذيري مکانيکي هستند. اشکال غشاءهاي با گزينش يوني پليمري ، بهگزيني نسبتاً پايين و پايداري گرمايي پايين آنهاست. غشاءهاي سراميکي با قابليت تباد ل سديم را مي توان در دماهاي بالا و بدون اينکه آسيبي به آنها وارد شود، استفاده کرد. به هر حال ، ضخامت غشاءهاي سراميکي باعث شده است تا اين غشاءها مقاومت بالايي داشته باشند و از اين رو مصرف انرژي در آنها افزايش مي يابد. در واقع ما به خاطر اين ضخامت اين غشاءها را بالا مي بريم که به آساني شکسته نشوند. مصرف زياد انرژي در اين نوع غشاءها مصرف آنها را با اشکال مواجه کرده است. البته گروهي از پژوهشگران غشاءهاي کامپوزيتي از جنس سراميک ساخته اند که اين کامپوزيت بر روي غشائي پليمري قرار داده مي شود . همچنين اين مسئله ثابت شده است که حضور اين فيلم کامپوزيتي -سراميکي باعث افزايش بازده گشته و از بوجود آمدن رسوب جلوگيري مي کند . اين گونه غشاءهاي کامپوزيتي هم داراي مزيت هاي مواد پليمري و هم مواد سراميکي هستند.

کنتاکتورهاي غشائي
در طي فرآيندهاي غشائي مرسوم حضور غشاء با خاصيت گزينشي باعث جداسازي مايع مي شود. ولي در کنتاکتورهاي غشائي اين مسئله وجود ندارد. غشاءهاي مورد استفاده در کنتاکتورهاي غشائي خاصيت گزينشي ندارند. بنابراين در اين غشاءها جدايش عمدتاً بر اساس قوانين موجود براي تماس مواد (مثلاً تعادل فازي) انجام مي شود. شکل 1 قوانين حاکم بر اين فرآيند را نشان مي دهد . همانگونه که ديده مي شود غشاءهاي متخلخل دو سيال (گاز يا مايع) را از همديگر جداسازي مي کنند که در اين فرآيند نفوذ بوسيله ي انتقال جرم اتفاق افتاده است. بر اساي نوع ماده ي مورد استفاده در ساخن غشاء، خواص فيزيکي -شيميايي سيال و فشار اعمالي در فرآيند، تخلخل هاي غشاء مي توانند بوسيله ي سيال پر شوند که اين مسئله باعث ايجاد تفاوت زيادي در مقاومت انتقال جرم و غشاء مورد استفاده مي شود.

غشاء هاي سراميکي (4)

کنتاکتورهاي غشائي يک تکنولوژي است که در آن غشاءهاي متخلخل به عنوان مواد بسته بندي در انتقال جرم بين فازها استفاده مي شود. بنابراين تمام فرآيندهاي جداسازي مرسوم گازي و فرآيندهاي جذبي ، تقطير ، عصاره گيري مايع- مايع ، امولسيون سازي ،کريستاليزاسيون و کاتاليزورهاي انتقال فاز (PHASE TRANSFER CATALYSIS) بوسيله ي کنتاکتورهاي غشائي انجام مي شود.
عملکرد کنتاکتورهاي غشائي به طور زيادي به خواص غشاء ، خواص فيزيکي -شيميايي سيال و فشار بکار برده شده در عمليات بستگي دارد. عموماً يک غشاء با اندازه ي تخلخل هاي نسبتاً يکسان که سطح آب گزيز دارند و براي اين فرآيند مناسب است. اين غشاء به خاطر اين بايد آبگريز باشد که از تر شدن و امتزاج ميان فازي جلوگيري شود. غشاءها با اندازه ي تخلخل بزرگ، تخلخل هاي زياد و ساختار نامتقارن باعث ايجاد جريان نفوذي بالايي مي شود اما ممکن است باعث تشکيل حباب هاي گازي در فرآيند گاز -مايع شوند. بنابراين فشارهاي عملياتي در فاز مايع بايد کاملاً کنترل شود. به خاطر آنکه از مشکلات بوجود آمده در انتخاب غشاء فرار کنيم و پيچيدگي هاي عملياتي را کاهش دهيم، بايد از کنتاکتورهاي غشائي در واحدهاي جداسازي استفاده کنيم. اين کنتاکتورهاي غشائي داراي مزيت هايي همچون، مسافت سطح بيشتر بر واحد حجم، کنترل مستقل سرعت جريان مايع و گاز بدون غرقه سازي، ايجاد کف و هواگرفتگي هستند . عيوب اين گونه کنتاکتورها عمدتاً مربوط مي شود به وجود مقاومت عبور در برابر ماده و محدوديت هاي فشاري موجود مي باشد. کنتاکتورهاي غشائي امروزي عمدتاً از غشاءهاي پليمري ساخته شده اند زيرا قيمت آنها نسبت به نوع سراميکي پايين تر است و اين مسئله يکي از مزاياي غشاءهاي پليمري است. به هرحال اخيراً غشاءهاي فيبري توخالي که از جنس سراميک ساخته مي شوند بر اي ساخت کنتاکتورهاي غشائي استفاده شده است. اين جايگزيني باعث افزايش طول عمر کنتاکتور غشائي مي شود که يکي از مزاياي غشاءهاي سراميکي است.

غشاء هاي سراميکي (4)

گروهي از محققين از کنتاکتورهاي غشائي فيبري توخالي استفاده کرده اند تا سرعت تقطير را بالا ببرند . براساس همين مسئله سيستمي براي تقطير ابداع شده است. که در شکل 2 ديده مي شود. همانگونه که ديده مي شود اين سيستم از يک ستون يک کمک گرم کن (REBOILER) و يک کنوانسور تشکيل شده است. تنها تفاوت اين کنتاکتور اين است که ستون بوسيله ي ماده اي پر نشده است بلکه از الياف توخالي ساخته شده است. اين مسئله کاملاً واضح است که يک ستون فيبري توخالي داراي چندين مزيت نسبت به ستون هاي تقطير سنتي است. اول آنکه اين نوع ستون ها داراي سطح تماس به حجم زيادي هستند. کل اين ناحيه به صورت فعال در انتقال جرم ميان بخار و مايع شرکت مي کند. به دليل اينکه سيال همواره الياف توخالي را پر کرده اند، اين سطح تماس پايدار باقي مي ماند (حتي در جريان بسيار کم) . سوماً به دليل آنکه فاز بخار و مايع در تماس با هم نيستند هيچ گونه غرقه سازي (FLOODING) ناشي از حضور دو فاز بخار و مايع در کنار هم رخ نمي دهد. البته هنوز استفاده از الياف سراميکي توخالي متداول نشده است ولي به خاطر مزاياي سراميک نسبت به پليمر احتمال رواج اين گونه الياف توخالي سراميکي زياد است.
رآکتورهاي غشائي
يک رآکتور غشائي وسيله اي است که از ترکيب يک جداساز غشائي به همراه يک رآکتور شيميايي تشکيل شده است. البته به جاي جدا ساز غشائي مي توان از يک فرآيند توزيع نيز استفاده کرد. به دليل آنکه در رآکتورهاي غشائي واکنش شيميايي و عمليات جداسازي /توزيع در يک بخش انجام مي شود ، قيمت فرآيند توليد بسيار کاهش مي يابد . علاوه بر اين، رآکتورهاي غشائي قابليت ارتقاء فرآيند شيميايي را بوسيله ي راه کارهاي زير دارند.
1) عبور گزينشي حداقل يکي از محصولات از نقطه ي واکنش و از طريق غشاء. اين مسئله باعث مي شود تا تعادل واکنش به سمت مورد نظر حرکت کند. ( اصل لوشاتليه )
2) رساندن تنها يک واکنش دهنده ي خاص به منطقه ي واکنش باعث بهينه سازي نسبت اشباع مي شود. در واقع فرآيند شيميايي بهينه سازي گشته و اين مسئله باعث مي شود مصرف مواد اوليه(مخصوصاً مواد خاص) کاهش يابد.
همچنين در اين نوع رآکتورها کنترل ميزان محصولات فرعي نيز آسانتر است. شکل 3 دو عملکرد عمده ي رآکتورهاي غشائي نشان داده شده است.

غشاء هاي سراميکي (4)

استفاده از رآکتورهاي غشائي باعث مي شود که واکنش به صورت مورد نظر حرکت کند. اين فرآيند برگشت پذير عمدتاً براي واکنش هاي هيدروژن زدائي مورد مطالعه قرار گرفته است. براي مثال هنگامي که هيدروژن در يک واکنش هيدروژن زدائي توليد مي شود، به طور مداوم از ميان غشاء نفوذگزين خارج مي گردد. با خروج مداوم هيدروژن تعادل به سمت توليد هيدروژن حرکت مي کند. اين مسئله داراي مزاياي زيادي همچون استفاده از دماي پايين تر در واکنش و افزايش طول عمر کاتاليزورها است.
استفاده از غشاءها در کنترل افزودني هاي واکنش و توزيع مناسب واکنش دهنده ها در زمينه ي واکنش هاي اکسيداسيون جزئي هيدروکربن ها انجام شده است. در اين واکنش ها با کنترل ميزان اکسيژن بوسيله ي غشاء ، از حضور مستقيم فاز گازي (اکسيژن) در واکنش جلوگيري مي شود. همچنين از رآکتورهاي غشائي در کنترل ميزان حرارت واکنش هاي گرماده نيز مي توان استفاده نمود.

غشاء هاي سراميکي (4)

در رآکتورهاي غشائي -کاتاليستي، جفت شدگي غشاء با کاتاليزور بوسيله ي سه راه انجام مي شود. همانگونه که در شکل 4 ديده مي شود اين سه راه عبارتند از:
1) همانگونه که در شکل a. 4 ديده مي شود غشاء به همراه کاتاليت مرسوم جفت شده است. غشاء به عنوان ديواره ي خنثي رآکتور استوانه اي است. اين مسئله بايد مورد توجه قرار گيرد که لايه ي بالايي غشاء که باعث تسهيل فرآيند جداسازي مي شود تنها يک بخش کوچک از ضخامت غشاء را تشکيل مي دهد و لايه ي نگهدارنده بخش اعظم لايه را تشکيل مي دهد. اين پيکر بندي عمدتاً در رآکتورهاي هيدروژن زدائي استفاده مي شوند. برخي اوقات ، کاتاليزور به صورت خمير توليد شده و بر روي بخش بالايي غشاء پوشش داده مي شود. البته در صورتي که کاتاليزور کروي نيز مصرف شود عملکرد يکسان است.
2) در اين حالت از قرارگيري، غشاء خودش از لحاظ کاتاليزوري فعال است. (همانگونه که در شکل b.4ديده مي شود) کاتاليزور فعال يک لايه ي غشائي نازک و متراکم است که بر روي تکيه گاه متخلخل رسوب داده مي شود . يک مشکل بالقوه ي اين نوع قرار گيري اين است که همه ي بخش هاي سطحي اين کاتاليزور فعال نيستند.
3) آخرين نحوه ي قرارگيري در شکل 4.c نشان داده شده است. در اين قرارگيري کاتاليزور به صورت اشباع در داخل تخلخل هاي ماده ي ميکروپورس اضافه گشته است. (حالت کاتاليزور لايه ي يا ذره اي) اين روش يکي از روش هاي مرسوم براي اضافه کردن کاتاليزور به غشاء است و براي واکنش هاي هيدروژن زدائي استفاده مي شود



تاريخ : شنبه بیست و دوم بهمن 1390 | 16:9 | نویسنده : ایمان رستگار
شيشه ها

مقدمه:
 

دراين مقاله ها در مورد انواع مختلف شيشه و برخي از کاربردهاي آنها صحبت مي کنيم.
شيشه ها يکي از انواع مهم موادمهندسي محسوب مي شوند. اين مواد در پنجره ها، ساخت بطري، ليزرها، الياف نوري، عايق ها، لعاب کاري (glazing) ومينا کاري (enamelihg)، چاقوي جراحي، وسايل هنري وتابلوهاي راهنمايي - رانندگي استفاده مي شوند.
شيشه ها معمولا بازيافت مي شوند واز اين رو دوستدار محيط زيست هستند.مصريان آثار شيشه اي متنوعي بر جاي گذاشته اند ولي آنها اولين کساني نبودند که از اين ماده استفاده مي کردند.در دوران های ديرينه سنگي (paleolithic Times) شيشه هاي اوليه و شيشه هاي طبيعي (Obsidian: نوعي شيشه ي مصنوعي بدست آمده از آتش فشان ها ) بسياراهميت داشتند به خاطر اهميت زياد اين ماده مي توان گفت که شيشه نقش مهمي در شکل دهي تمدن ما داشته است.
به هر حال تعريفات مختلفي براي شيشه ها بيان شده است. دراين مقاله سعي مي کنيم بگوييم چرا واژه هاي شيشه اي (glassy)، زجاجي (Vitreous) و آمورف (amor phous) همگي براي توصيف شيشه استفاده مي شوند. همچنين سعي داريم جواب اين سوال را بدهيم که: «شيشه چيست؟»
هنگام مطالعه ي اين مقاله بايد دو ذهنيت را داشته باشيد:
1) ادعاي Sturkey:"شيشه در دماهاي بالا يک محلول شيميايي است."
2) اگر شيشه که مايع فوق سرد شده است، پس جامد نيست وبنابراين يک ماده ي سراميکي نيست (اما شيشه يک ماده ي سراميکي است)

تعريف
 

تعريف کلاسيک شيشه براساس روش تاريخي تشکيل آن انجام شده است. البته اين روش تعريف يک روش بسيار غير معقولي براي تعريف هر ماده است. اين مسئله باعث شده است تا امروز شيشه به چندين روش مختلف تعريف شود:
تعريف کلاسيک: شيشه يک مايع فوق سرد شده است(Supercooled liquid) مشکل بوجود آمده دراين تعريف اين است که در برخي موارد مي توان يک شيشه ي ويژه را به روشي توليد کرد که هيچگاه درحالت مايع قرار نداشته باشد.
ASTM شيشه را به صورت زير تعريف کرده است:
"شيشه يک محصول غير آلي از ترکيبي مذاب است که بدون آنکه کريستالي شود، سرد وصلب مي گردد."
اين تعريف نيز همان چيزي است که در تعريف کلاسيک آمده است. اما دراين تعريف شيشه ي پليمري استثناء شده است. به وضوح مشخص است که استناد کردن به روش توليد براي تعريف يک گروه از مواد ايده آل و مناسب نمي باشد.

تعاريف ديگر :
 

1)" شيشه يک ماده ي جامد است که نظم دوربعد از خود نشان نمي دهد."
نداشتن نظم دوربعد يعني ساختار شيشه درفواصل يک، دو يا سه برابر فاصله ي اجزاي سازنده، داراي نظم نيست. اين تعريف براساس مشاهدات حاصله از تفرق اشعه X، ميکروسکوپ الکتروني عبوري (TEM) و... استوار است اما اين تعريف نيز کمي قراردادي است زيرا به اندازه ي اجزاء تشکيل دهنده بستگي دارد.
2)" شيشه يک مايع است که قابليت جاري شدن خود را از دست داده است."
اين تعريف استوار است اما از تعريفي که بوسيله ي ASTM ارائه شده است فراگيرتر است .همچنين اين تعريف از خاصيت مکانيکي براي تعريف شيشه استفاده مي کند. درحقيقت اين تعريف عملاً با ديدگاه فيزيک مدرن درباره ي شيشه مطابقت دارد.
اکثر شيشه هايي که ما در مورد آنها توضيح مي دهيم، شيشه هاي با شبکه ي اکسيدي است . (مخصوصاً سيليکات ها) تعريف ما از چنين شيشه هايي عبارتست از:
تجمعي جامد از تتراگونال هايي است که مي توانند رئوس خود را به اشتراک گذاشته و البته اين مواد نظم دور بعد ندارند.
دراين مقاله ما تنها درمورد شيشه هاي سراميکي بحث مي کنيم اما بايد بدانيم که علاوه بر شيشه هاي سراميکي، شيشه هاي فلزي و پليمري نيز وجود دارد. شيشه هاي فلزي ترکيبات پيچيده اي هستند که در آنها عمل کريستاليزاسيون انجام نشده است. اين مسئله بوسيله ي سريع سرد کردن فلز مذاب بوجود مي آيد.(اين فرآيند اسپلات کوئنچينگ ناميده مي شود). درادامه به بيان ويژگي شيشه ها مي پردازيم:

ساختار
 

شيشه ها در اصل جامد هاي غير کريستالي (يا آمورفي) هستند که در اغلب موارد از فريز شدن يک مايع فوق سرد شده بدست مي آيند. دراين موارد نظم دور برد در آرايش اتمي وجود ندارد. البته نظم کوتاه برد (زير 1nm) وجود دارد. اين مواد داراي آرايش منظمي از سلولهاي واحد نيستند.همانگونه که گفتيم شواهدي وجود دارد که ثابت مي کند در شيشه ها نظم کوتاه برد وجود دارد.اين نظم کوتاه برد به دليل آرايش اتمي درمجاورت هر اتم (البته در فاصله ي کوتاه) بدست مي آيد. تلاش هاي فراواني براي توصيف شيشه ها انجام شده است. که به بيان علت تشکيل شدن يا نشدن شيشه ها بحث مي کند. دراين زمينه ما ازدو ديدگاه به شيشه ها نگاه مي کنيم:
1) توجه به ساختار
2) توجه به مباحث کنيتيکي کريستاليزاسيون
درمورد اول ما به بيان هندسه ي اجزاي تشکيل دهنده ي شيشه ها مي پردازيم. همچنين دراين زمينه به بيان پيوندهاي بين اتمي واستحکام پيوندها مي پردازيم . درمورد دوم ما به بيان چگونگي دگرگوني هاي مايع به جامد در طي فرآيند سرد شدن مي پردازيم.
دماي تبديل شدن شيشه اي ( Tg )
درشکل 1 نموداري نشان داده شده است که در آن حجم ويژه به عنوان تابعي از دما رسم شده است.

شيشه ها (1)

اين دياگرام فرمي از دياگرام استعاله ي دما – زمان (T.T.T) براي شيشه است. درهنگام سرد شدن مايع از دماي بالا دو پديد ه ممکن است در نقطه ي انجماد (Tm) اتفاق مي افتد که عبارتند از :
1) اگر مايع کريستاليزه شود تغييرات حجم و سرعت سرد کردن گسسته است.
2) اگر کريستاليزاسيون اتفاق نيفتد، مايع به حالت فوق سرد شده تبديل مي شود و حجم در نزديک دماي ذوب کاهش مي يابد.
دردماي تبديل شدن شيشه اي (Tg)، شيب نمودار کاهش مي يابد و به شيب جامد کريستالي نزديک مي شود. اين شکستگي بوجود آمده در نمودار سرد کردن نشان دهنده ي گذرگاه مايع فوق سرد شده به شيشه است. زير دماي Tgساختار شيشه درحالت آسايش نيست زيرا اين مواد اکنون جامد هستند. دراين ناحيه از Tg ويسکوزيته تقريبا شيشه ها (1) است. ضریب انبساط حالت شیشه ای معمولا نزدیک به ضریب انبساط جامد کریستالی است. اگر از سرعت های سرد کردن پایین تر استفاده شود، میزان آسایش ساختار افزایش می یابد. ومایع فوق سرد شده در دمای پایین تر تشکیل می شود. و شیشه ی حاصله ممکن است دانسیته ی بالاتری بدست آورند. (همانگونه که در شکل 1 دیده می شود)
فیزیک شیشه جنبه ی تردی آن را مورد بررسی قرار می دهد. در واقع این ویژگی یک ویژگی مایعات شیشه ساز در بالای دمای Tgاست واندزه ای از استعکام پیوندهای بین اتمی است. در ادامه ما درمورد شیشه ی نامحلول در آب یا بطری های شیشه ای آب صحبت می کنیم. البته چیزی که آگاهی کمتری از آن است این است که ما می توانیم آب را با سریع سرد کردن در اتاق مایع به حالت شیشه ای در آوریم. ماده ی حاصله یک شیشه ترد است اما این مسئله فهمیده شده است که بیشتر آب موجود در جهان به همین شکل وجود دارد.
تاریخچه
شیشه ماده ای است که پیوندی عمیق با تاریخچه ی انسان دارد. یکی از شواهد این مسئله استفاده از ابسیدیان (obsidian) یک شیشه ی طبیعی توسط بشر است. هیچ کس نمی داند که اولین جسم شیشه ای در چه زمانی ساخته شده است. قدیمی ترین یافته ها به 7000 سال پیش از میلاد برمی گردد. (البته ممکن است یافته هایی پیش از این تاریخ نیز وجود داشته باشد). درکاوش های باستان شناسی در بین النهرین روش های تولید شیشه کشف شده است . این کارها 4500 سال پیش از میلاد مسیح بوده است ومربوط به روش های تولید وسایل شیشه ای بوده است نه لعاب های مورد استفاده در وسایل سفالی. استفاده از شیشه در لعاب کاری سفال حتی به دوران های پیشین می رسد.

شيشه ها (1)

تقریبا در 3000 سال پیش از میلاد مسیح شیشه گران مصری شروع به تولید جواهر آلات شیشه ای و ظروف شیشه ای کوچک کردند. شیشه هم به عنوان یک جسم دکوری وهم به عنوان یک وسیله ی مورد استفاده در زندگی روزمره به شمار می آمد. قطعاتی از جواهر آلات شیشه ای در کاوش های اطراف کوه های مصر پیدا شده است. مثالی از این جواهرآلات شیشه ی فیزوزه ای آبی است که در شکل 2 دیده می شود. تقر یبا 1500 سال پیش از میلاد مسیح شیشه گران مصری ( در دوره ی touthmosis سوم ) روشی برای تولید قطعات تو خالی قابل استفاده، توسعه دادند. یک مثال قابل توجه از این نوع ساختار یک شیشه ی توخالی است که شبیه به سرماهی است (شکل 3) این ظرف بین سال های 1352 و 1336 قبل از میلاد ساخته شده است واین نظریه وجود دارد که برای نگه داری روغن خوش بو استفاده می شده است.

شيشه ها (1)

الگوی موجی این ظرف بسیار خاص است. در واقع این ظرف بوسیله ی کشیده شدن یک جسم تیز به شیشه ی خمیری شده تولید شده است.
نویسنده ی رومیPliny Fhe Elder (23-79 میلادی) اختراع شیشه را به صورت زیر توصیف می کند:
روزی یک کشتی که متعلق به چند تاجر نیتروم (Nitrum) بود در کنار ساحل لبنان کنونی توقف می کند. هنگام پخت غذا به دلیل نبود سنگ در ساحل، خدمه کشتی از کلوخ های نیترومی که در کشتی وجود داشته است. استفاده می کنند تا بتوانند دیگ غذا را در مکان مناسب استقرار دهند. پس از آنکه آتش روش شد، کلوخه ها با ماسه های ساحلی واکنش داده و تشکیل شیشه ی مذاب می دهد. این اولین منشع پدید آمدن شیشه است.
نیتروم (Nitrum) یک نوع سدیم کربنات (Soda) طبیعی است .این ماده یکی از اجزای مهم در شیشه های قدیمی و مدرن است. خاکستر گیاهان نیز یک منبع فقیر از سدیم برای شیشه گران فراهم می کند. گیاهان علف شوره (Saltwort) و رازیانه ی آبی (glass wort) از جمله گیاهانی هستند که برای مهیا شدن سدیم از آنها استفاده می شده است.
یکی از معمولی ترین روش ها برای شکل دهی شیشه روش دمش هوا است. اگر چه این تکنیک بیش از دوهزار سال پیش توسعه یافت، لوله های تولیدی به روش دمش در طی زمان تغییری نکرده است. توسعه ی عمده که دراین زمینه انجام شده است، روش دمش اتوماتیک است که برای تولید شیشه های بطری و حباب های لامپ استفاده می شود. دراین روش به قطعه ای شیشه در داخل قالب هوا دمیده می شود. و بدین شکل شیشه به شکل قالب در می آید. مهمترین مرحله ی رشد در تاریخ شیشه سازی مخصوصا درطی قرن بیستم مربوط به توسعه های اتفاق افتاده در زمینه ی تکنولوژی های تولید می باشد. این توسعه ها منجر به کاهش هزینه ی تولید محصولات شیشه ای می شود

در ادامه به بیان خواص شیشه ها می پردازیم:

ویسکوزیته ( η )
 

ویسکوزیته یک ویژگی کلیدی شیشه هاست.ما نیاز داریم تا درمورد ویسکوزیته ی شیشه در دماهای مختلف اطلاع داشته باشیم. و بتوانیم دمای مورد نیاز برا ی شکل دهی وآنیلینگ آن را تشخیص دهیم. ویسکوزیته یک ویژگی مکانیکی است. فرمول ویسکوزیتد به صورت زیر است:

شیشه ها (2)

دراین فرمول:
η : ویسکوزیته، F: نیروی مورد نیاز برای کشیدن یکی از صفحات موازی که در میان آنها مایع مورد نظر قرار دارد: ،d: فاصله ی صفحات، A: مساحت صفحات، V: سرعت حرکت صفحه. ویسکوزیته در واقع پاسخ یک مایع دربرابر تنش برشی است. مایعات دارای ویسکوزیته ای هستند که با واحد سانتی پوآز (CP) اندازه گیری می شود. واحد اندازه گیری ویسکوزیته ی گازها میکروپوآز(mp) است.

شیشه ها (2)

جدول 1 لیستی از اعداد ویسکوزیته ای است که برای فرآیندهای شیشه سازی مهم هستند. اعداد داده شده در جدول 2 نیز برای تعریف ویژگی های برجسته ی شیشه (با تأکید بر روی فرآیند) آورده شده است. بسیاری از اعداد آورده شده درجدول ویسکوزیته ها استاندارد هستند مثلا (2003) ASTMC338-93 یک روش تست استاندارد است که نقطه نرم شدگی شیشه بوسیله ی آن تعیین می شود.
محاسبه ی نقطه ی نرم شدگی شیشه بوسیله ی اندازه گیری دمایی که در آن یک فیبر شیشه ای استوانه ای با قطر شیشه ها (2) طول بوسیله ی وزن خودش تغییر طول می دهد. نرخ تغییر طول یک میلی متر بردقیقه است . در این روش 100 میلی متر از بخش بالایی فیبر بوسیله ی کوره ی خاصی با سرعت گرم شدنشیشه ها (2) گرم می شود.

شیشه ها (2)

ویسکوزیته ی برخی ازمایعات عمومی در جدول 2 آورده شده است. توجه کنید که در دمای کارپذیری شیشه ویسکوزیته ای شبیه به عسل در دمای اتاق دارد. به طور نمونه برای یک شیشه ی سیلیکاتی سودالایم این ویسکوزیته در دمایشیشه ها (2) بدست می آید. این جدول همچنین نشان می دهد که یک جامد دارای ویسکوزیته ای بیش ازشیشه ها (2) دسی پو آز است. ویسکوزیته ی به طور نمایی با تغییر دما ، تغییر می کند ( همانگونه که در شکل 1 برای انواع شیشه ی سیلیکاتی دیده می شود.) دمای فیکتیو (fictive temperature) دمایی است که در آن ساختار مایع به حالت شیشه ای تبدیل می شود. این دما بوسیله ی تقاطع منحنی های برونیابی شده در حالت دما بالا و دما پایین در نمودار ویسکوزیته – دما بدست می آید. دمای فیکتیو (Tf) مانند Tg به تبدیلات ساختاری شیشه بستگی دارد. البته Tg اندکی کمتر از Tf است.

شیشه ها (2)

شکل 2 وابستگی ویسکوزیته به دما را برای اکسیدهای شیشه ساز نشان می دهد. شما باید توجه کنید که بوسیله ی شیب این خطوط می توان انرژی اکتیواسیون جریان ویسکوز (EV) را بدست آوریم.

شیشه ها (2)

جدول 3 اعداد ویسکوزیته وسرعت های کریستالیزاسیون (v) برخی شیشه ها را نشان می دهد. سرعت کریستالیزاسیون مربوط می شود به سرعت تبادل مایع/جامد. V بسیار کم بیان کننده ی قابلیت شیشه سازی استثنایی ماده است.البته کریستالیزاسیون مذاب جامد شده ی سیلیس بسیار مشکل است.

شیشه ها (2)

روش های متعددی برای اندازه گیری ویسکوزیته وجود دارد. این روش ها با توجه به میزان ویسکوزیته انتخاب می شود.

شیشه ها (2)

شماتیک دو روش اول اندازه گیری ویسکوزیته در شکل 3 نشان داده شده است:

شیشه ها (2)

شیشه ( خلاصه ای از خواص )
 

شیشه ماده ای خنثی است. این مسئله به محیط بستگی دارد. اگر شیشه یک ماده ی سیلیکاتی باشد، این مسئله درست است . البته همه ی شیشه ها خنثی نیستند. مثلا بیوگلاس (bioglass)
شیشه یک ماده ی هموژن است. این مسئله نیز به نحوه ی شکل دهی و ترکیب شیمیایی شیشه بستگی دارد. ما می توانیم با استفاده از فرآیندهای خاص شیشه را به صورت غیر هموژن در آوریم.
شیشه می تواند تغییر شکل دهد. این مسئله عموماً درست می باشد و دلیلی است برای قابلیت بازیافت شیشه ها. برخی از شیشه ها به نحوه ای ساخته می شوند که بوسیله ی نور، انتشار نور در داخل آن وتابش نور و...تغییر ماهیت می دهد.
شیشه دارای ضریب انبساط کوچک است. البته همه ی شیشه ها مناسب استفاده شدن در کاربردهای حرارتی مانند ظروف پیرکس نیستند.
شیشه ها شفاف اند (trans Parent) این خاصیت برای الیاف نوری ضروری است. البته ما می توانیم با انجام عملیات های خاص شیشه به صورت اپک یا مات در آوریم.
بسیاری از شیشه های اولیه شفافیت کامل نداشتند زیرا در ساختار آنها ناخالصی وحباب هوا وجود داشت.
شیشه ارزان است. البته این مسئله برای شیشه های پنجره صحیح است. اما درمورد فیلم های نازک شیشه ای این مسئله صحیح نمی باشد. برخی از شیشه های قرمز رنگ بوسیله ی دپینگ (doping) طلا در آنها تولید می شود. که قیمت برخی از ظروف تولیدی از آن به پیش از 50 دلار می رسد.
شیشه یک ماده ی بالک است مگر در حالتی که آن را به صورت یک فیلم نازک ، یک فیلم انیتر گرانولار (IGF) یا یک سرامیک کریستالی رشد دهیم.

برخی از خواص مکانیکی شیشه
 

استحکام تئوریک شیشه ی سیلیکاتی درحدود 10GPa است. البته با حضور عیوب سطحی (ترک ها وجوانه ها ) این استحکام کاهش می یابد. شیشه ها موادی الاستیک هستند اما تحت کشش می شکنند. می توان استحکام این مواد را بوسیله ی ایجاد لایه های سطحی فشرده و یا بوسیله ی از بین بردن ترک های سطحی (با اسید شوئی یا پدید آوردن پوشش محافظ) افزایش داد. مثالی از این روش ها پدید آوردن ترک های اضافی در ساختار قطعات شیشه ای تزئینی به منظور بهبود خواص مکانیکی آنهاست. در این روش از سرد کردن شیشه ی مذاب در آب جهت ایجاد تنش های اضافه بهره برده می شود . در این حالت سطح قطعه ی شیشه ای مذاب زودتر از مرکز آن سرد می شود و بنابراین تنش های اضافی پدید می آید. قطعات جامد شده به این شیوه را می توان با چکش و بدون اینکه بشکنند چکش کاری کرد.

برخی از ویژگی های الکتریکی شیشه
 

شیشه معمولا دارای مقاومت الکتریکی بالایی است. که علت آن تفاوت زیاد میان باندهای انرژی (گپ بزرگ) در این ماده است. در مواردی که شیشه رساناست . بار بوسیله ی یون ها منتقل می شود.(در این مورد یون های قلیایی مانندشیشه ها (2) دارای سرعت انتقال بار بالایی هستند). در واقع به همین دلیل است که با افزایش دما رسانایی به شدت افزایش می یابد. رسانایی درشیشه های مختلف، متفاوت است.علت آن متفاوت بودن نوع شبکه ی این شیشه هاست. در شیشه هایی که دارای بیش از یک یون قلیایی هستند. پدیده ی جالبی رخ می دهد. رسانایی تولیدی در این نوع شیشه ها به طور مشخصی از شیشه های دارای یک یون کمتر است. این نوع شیشه ها در کاربردهای مختلف مانند لامپ های با توان بالا استفاده می شوند. ثابت دی الکتریک شیشه واقعاً بالاست اما نه به حدی که بتوان از آن در کاربردهای حافظه ای پیشرفته مانند حافظه ی با دستیابی دینامیک و رندوم (DRAMS) استفاده کرد. ظرفیت الکتریکی یک ماده میزان بار ذخیره شده در داخل ماده است. این خاصیت به ضخامت دی الکتریک بستگی دارد. همانطور که ضخامت دی الکتریک کمتر می شود، ظرفیت الکتریکی افزایش می یابد. اما کم کردن ضخامت نیز مشکلاتی به همراه دارد. مثلا با کاهش ضخامت احتمال شکست دی الکتریک بیشتر می شود. شیشه ی سیلیسی دارای مقاومت دی الکتریک بالاتری نسبت به سایر شیشه هاست. اما مقاومت این دی الکتریک نیز در حد دی الکتریک های پلیمری مانند رزین فنولیک نیست.

برخی از خواص اپتیکی شیشه
 

شفافیت دربرابر نور فرا بنفش ، مرئی و فرو سرخ به چندین فاکتور بستگی دارد. یکی از این فاکتورها طول موج تفرق است که بوسیله ی ناخالصی ها تغییر می کند. لبه ی فرو سرخ (IRedge) و لبه ی فرا بنفش ((uv edge اعدادی هستند که نشان دهنده ی فرکانس قطع شدن عبور این موج ها هستند. یک مانع لبه UV edge blocker)UV) از عبور UV جلوگیری می کند و این در حالی است که یک عبور دهنده ی لبه یUV (UV edge tran Smitter) اجازه ی عبور نور UV را می دهد.

عیوب در شیشه ها
 

اگر چه شیشه یک ماده ی آمورف است ولی مانند مواد کریستالی دارای عیوب و رسوبات است. و همچنین دچار جدایش فاز می شود. شیشه را می توان برای حبس کردن عناصر رادیو اکتیو استفاده کرد .در این عناصر مانند عیوب نقطه ای یا فاز ثانویه تشکیل می شوند. همچنین سرعت نفوذ این عناصر از میان شیشه بر روی میزان آن ها در شیشه تأثیر دارند. این مسئله استفاده می شود تا بتوان مواد رادیو اکتیو یا سایر مواد را کنترل کرد.

شیشه ی غیر هموژن
 

به دلیل آنکه شیشه یک مایع فوق سرد شده است. نمی توان گفت که این ماده حتما باید هموژن باشد. شیشه های خاص می توانند بدون نیاز به فرآیند کریستالیزاسیون به دو فاز تبدیل شوند. هنگامی که این دو فاز شیشه ای باشند این مسأله باعث می شود که سدی در برابر جدایش فازی پدید نیاید. در مورد فرآیند جدایش فازی مایع – مایع ممکن است مرحله ای برای جوانه زنی وجود داشته باشد. البته در این نوع تبدیلات ممکن است استعاله ی اسپینودال (Spinodal) نیز رخ می دهد. که هر دوی این استعاله ها به نفوذ وابسته اند.
قوانین امتزاج ناپذیری در شیشه ها بسیار مهم است. این مسئله مخصوصاً در شیشه های تولید شده با تکنولوژی روز نمود دارد. برای مثال امتزاج ناپذیری در شکل دهی شیشه – سرامیک ها ، تولید شیشه ی وایکور (Vycor) و شیشه های اپتیکی و تشکیل رسوب در شیشه ها مهم می باشد. بسیاری از اکسیدهای دوتایی و سه تایی در کنار سیلیس از خود مشکلات امتزاج پذیری نشان می دهند.
در دیاگرام فازی ناحیه ای وجود دارد که یک مایع به دو مایع با ترکیب شیمیایی متفاوت تبدیل می شود. این ناحیه گپ امتزاج پذیری (imisciblity gap) نامیده می شود. در زیر برخی از سیستم هایی که مشکل امتزاج پذیری دارند را نام برده ایم:

شیشه ها (2)

شیشه ها (2)

شکل 4 دیاگرام فازیشیشه ها (2) را نشان می دهد. در دمای پایین و در گوشه ی غنی از سیلیس دیاگرام ، فاز مایع به دو بخش مایع با ترکیب شیمیایی متفاوت تبدیل می شود. این دو مایع به صورت دو شکل گنبد مانند در شکل نشان داده شده اند. خط تیره نشان دهنده ی خط تقریبی ناحیه ی امتزاج ناپذیری است. مشکلی که در اندازه گیری این خط وجود دارد. این است که این پدیده در دمای پایین رخ می دهد و از این رو سرعت آن پایین است . و از این رو اندازه گیری آن مشکل است. دراین وضعیت میل جدایش فازی بیشتر از میل به کریستالیزاسیون است . البته کریستالیزاسیون مساعد تر از جدایش فازی است اما به دلیل آنکه جدایش فازی نیازی به باز آرایی اتم ها ندارد، این پدیده رخ می دهد. به عنوان یک قانون کلی برای سیلیس باید گفت که امتزاج ناپذیری با افزودنشیشه ها (2) افزایش می یابد اما با افزودنشیشه ها (2) کم می شود. در شیشه های وایکور از قوانین جدایش فازی استفاده می شود. در فرآیند تولید شیشه وایکور، شیشه ای پدید می آید که دارایشیشه ها (2) و 4 درصد تخلخل است.این نوع شیشه به عنوان فیلتر وبیومواد مخصوصا در جاهایی که تخلخل مهم می باشد، استفاده می شود. در فرآیند تولید وایکور، شیشه ای تولید می شود که پس از فرآیند شکل دهی دنس می گردد و شیشه ای با سیلیس خالص پدید می آید که در دمای پایین تر نسبت به کوارتز خالص شکل دهی گشته است

شیشه ی آلومینیوم – ایتریمی
 

شیشه های آلومینیوم –ایتریایی (YA) دارای درصد آلومینایی در گسترده ی تقریبی 75.6- 59.8 هستند. با این درصد آلومینایک شیشه ی دو فازی تشکیل می شود که در آن یک فاز قطره مانند در فاز دیگر تشکیل شده است. این شیشه به طور خود بخودی به صورت شیشه ی آلومینیوم – ایتریمی یا مخلوطی ازشيشه ها (3) تبدیل می شود. درشیشه های YA پدیده ای به نام پلی مورفیزم (Polymorphism) رخ می دهد

شیشه ی رنگی
 

اگر چه در بیشتر کاربردهای شیشه نیاز است تا این ماده بی رنگ باشد اما در برخی از کاربردها نیاز است شیشه رنگی باشد. هنگامی که پنجره های یک کلیسا رنگی باشد، تأثیر پذیری ازمحیط بیشتر می شود . درشیشه ها معمولا بوسیله ی افزودن اکسیدهای انتقالی و یا اکسیدهای عناصر خاک های کمیاب (rave –eavth) به بچ ماده ی اولیه ی آنها، رنگی می شوند. جدول 1 لیستی از رنگ های تولیدی بوسیله ی مواد رنگی کننده ی شیشه هاست . زرد کم رنگ، نارنجی و رنگ های قرمز بوسیله ی فلزات گران بها درحالت کلوئیدی تولید می شود. طلا (Au) رنگ قرمز، یا قوتی تولید می کند. (البته این شیشه ها گران قیمت هستند). سولفید کادمیم (cds) محصولاتی با رنگ زرد تولید می کند. اما هنگامی که علاوه بر se ، cds نیز استفاده شود. محصولاتی با رنگ قرمز یا قوتی با شدت رنگ بالا تولید می شود.

شيشه ها (3)

شیشه بوسیله ی افزودن دوپانت ها (dopants) رنگرزی می شوند. در واقع با افزودن این دو پانت ها در شیشه عیوب نقطه ای پدید می آوریم. رنگ شیشه به نوع دو پانت و حالت اکسیداسیون آن بستگی دارد.
دو پانت ها می توانند اثر بی رنگ کننده (decdorizo) ، پوشش دهنده (mask) یا اصلاح کننده (modify) داشته باشند. ما می توانیم اثرات رنگی آهن را بوسیله ی افزایش cr خنثی کنیم؛ البته اگر درصدشيشه ها (3) زیاد باشد اضافی به صورتشيشه ها (3) خارج می شود. اگر این شیشه به روش دمیدن شکل دهی شود، این پلیت لت هایشيشه ها (3) منظم گشته و شیشه ای اپک به نام آونتورین کرومی (chromium aventurine) تولید می کنند. مس (cu) برای تولید شیشه ی آبی مصری (Egyptian Blue glass) استفاده می شود.
CO (کبالت ) دربرخی از شیشه های پالایش یافته ی تولید در قرن دوازدهم استفاده می شده است. البته Co در تولید لعاب های پرسلانی مورد استفاده در چین ( در دوره ی سلسله ی منیگ وتانگ) استفاده می شده است. کبالت مورد استفاده در این لعاب ها رنگ آبی کبالتی تولید می کند.
با افزودن Se به شیشه های دپ شده با Cds باعث پدید آمدن رنگ یاقوتی سلینومی (Selenium Ruby) می شود. جزئیات پدید آمده ازهر کدام از این رنگ ها به ترکیب شیمیایی و شرایط پخت شیشه بستگی دارد.
شرکت کورینگ (Cornig) میکرو بارکدهایی با شیشه دپ شده با خاکهای کم یاب تولید کرده است. خاکهای کم یاب دارای باندهای نشر کم پهنا هستند و از میان 13 عنصر خاکهای قلیایی که مورد آزمایش قرار گرفته ، تنها 4 عنصر (Tm,Ce,Tb و Dy) می توانند در برابر تابش UV برانگیخته شوند. و لذا می توان از آنها در شناسایی بوسیله ی UV استفاده کرد. این نوع بارکدها همچنین مشکلات تداخل با سایر بارکدها را نیز ندارد. از این بارکدها در کاربردهای بیولوژیکی استفاده می شود زیرا سمی نیستند.(البته بر چسب زنی با کوانتوم دات ها خطرات کمتری دارد) و می توان از آنها در کاربردهای ژنتیکی استفاده کرد. با استفاده از چند عنصر خاکی کمیاب می توان ترکیب رنگی بیشتر پدید آورد.
شیشه های رنگی خاص شامل موارد زیر می شود :

شیشه ی یاقوتی یا کرانبری ( Cranberry )
 

شیشه ی یاقوتی با افزودن Au به شیشه سربی با حضور Sn پدید می آید. شیشه ی کرانبری که اولین بار در سال 1685 گزارش شده است، یک نوع شیشه ی بی رنگ (معمولاً صورتی کم رنگ ) است. علت پدید آمدن این رنگ در صد کم طلای موجود در آن است . راز تولید شیشه قرمز رنگ برای قرن ها ی زیادی گم شده بود و در قرن هفدهم دوباره کشف شد.

شیشه ی اورانیومی یا وازلینی
 

محصولات اورانیومی هنگامی که در شیشه ی با سرب بالا استفاده شود، رنگ قرمز تیره تولید می کند. البته شیشه های اورانیومی دیگری نیز وجود دارد که با صطلاح به آنها شیشه های وازلینی (Vaseline glass) می گویند. این نوع شیشه ها دارای رنگ سبز هستند. مسأله ای که این نوع شیشه ها را خاص کرده است این است که این نوع شیشه ها هنگام تابش اشعه ی UV به آنها ، خاصیت فلئورسانس پیدا می کنند. از سال 1940 تنها اورانیوم تهی شده (uranium depleted) به عنوان دو پانت استفاده می شود. علت استفاده از این نوع دو پانت، فراوانی آن است. اما از 100 سال گذشته به بعد اورانیوم طبیعی (natural uranium) استفاده می شود.

شيشه ها (3)

شکل 1 مثالی از یک شیشه ی وازلینی است.

لیزر شیشه ای
 

عناصر خاکهای کم یاب (rave – earth elements) مانند Nd در تولید شیشه های لیزر و سایر وسایل اپتیکی کاربرد دارند. (شکل 2) . لیزر شیشه ای دپ شده با Nd (Nd-doped glass laser) مانند یک لیزر یاقوتی (ruby laser) کار می کند . اگر چه نوع شیشه ای دارای تفاوت هایی است . میله ی لیزر قطری بینشيشه ها (1) اینچ دارد و معمولا بوسیله ی یک لامپ حلزونی تخلیه می شود. علت استفاده از لامپ های حلزونی این است که طول غیر بار دار این نوع لامپ ها از لامپ های خطی طولانی تر است. لیزر شیشه ای دپ شده با Nd دارای بازدهی بیش از 2% است. این بازده 4 برابر بازده یک لیزر یاقوتی است. به دلیل آنکه رسانایی گرمایی شیشه پایین است بنابراین نیاز به زمان بیشتری برای خنک سازی است.

شيشه ها (3)

رسوبات در شیشه
 

وجود رسوبات در شیشه عموما اجتناب ناپذیر است. سوال این است که چه زمانی طول می کشد تا رسوبات تشکیل شود. (مخصوصا اگر جوانه زنی هموژن باشد). ما ممکن است عوامل هسته زا برای تسریع جوانه زنی به شیشه اضافه کنیم. جوانه زنی کریستال ها در شیشه از تئوری کلاسیک پیروی می کند. رسوبات تشکیل شده در شیشه می تواند موجب رنگی شدن شیشه شود.

شیشه به عنوان لعاب
 

لعاب ها مانند شیشه ها در همه جا دیده می شوند. لعاب کاری (glazing) استفاده از ویژگی های ویسکوز شیشه و تشکیل یک لایه ی یک پارچه و صاف بر روی یک زیر لایه ی سرامیکی است.
مینا کاری (enameling) تشکیل همان لایه بر روی یک زیر لایه ی فلزی است. چیزی که باید به آن توجه کرد این است که عموما لعاب ها قدمت زیادتری دارند. در ادامه به بیان برخی از اصطلاحات لعاب می پردازیم:

زیر لعاب ( underglaze )
 

هنگامی که یک بیسکوییت سرامیکی را می خواهیم مورد عملیات دکور قرار دهیم باید قبل از آن یک لعاب کاری بر روی آن انجام دهیم که این نوع لعاب را زیر لعاب گویند. این لایه به علت تشکیل بهتر دکور بر روی بدنه اعمال می شود. پس از آن که فرآیند دکوراسیون جسم سرامیکی انجام شود برروی آن یک لعاب دیگر اعمال می شود. البته این لعاب پیش از پخت دکور اعمال می شود.
عیب کراولینگ لعاب ( glaze craweling )
این عیب که در لعاب اتفاق می افتد بدین صورت است که لعاب از لایه ی سرامیکی زیرین جدا می گردد. این پدیده به دلیل عدم ترشوندگی بیسکوییت سرامیکی بالعاب در طی فرآیند پخت اتفاق می افتد.
لعاب ترک خورده ( crackle glaze )
اگر انبساط گرماییشيشه ها (3) لعاب از سرامیک بستر بزرگ تر باشد، لعاب ممکن است در طی فرآیند سرد کردن (در طی پخت) بشکند. هنگامی که غلظت یون سدیم و پتاسیم در لعاب بیشتر باشد، ترک ها بیشتر پدید می آیند. هنگامی که سرعت سرد کردن بالا رود ترک های حاصل ریزتر می شوند.
لعابهای سلادون (celadon )، تنموکو (tenmoku)، راکو (raku) و کوپر ( copper) لعاب های ویژه ای هستند که در دنیای هنر سرامیک یافت می شوند.
لعاب های سلادون
این لعاب ها اولین بار در حدود 3500 سال پیش تولید شده اند. این لعاب ها دارای گستره ی رنگی از آبی کم رنگ تا سبز مایل به زرد هستند و می توانند رنگی کاملا تیره پدید آورند. رنگ تولیدی در این لعاب ها بوسیله ی آهن تولید می شود(3.o - o.5 در صدشيشه ها (3) به لعاب افزوده می شود). ظروف لعاب خورده توسط این نوع لعاب سپس در دمای تقریباًشيشه ها (3) پخت می گردند. ظروف تولید شده با این لعاب ها زیبایی خاصی داشته و در کاربردهای تزئینی استفاده می شوند. مثلا کوزه ی لعاب خورده با این لعاب که درکشور کره تولید شده است، درسال 1946 از سوی کشور کره به هاری ترومن رئیس جمهور آمریکا هدیه شد. امروزه این ظرف که 23cm ارتفاع دارد قیمتی برابر با 3 میلیون دلار دارد.
لعاب تنموکو
این نوع لعاب در زمان سلسله ی سونگ (sung Dynasty) بوجود آمده است. و دارای رنگ قهوه ای تیره یا حتی سیاه است. برای ایجاد این رنگ میزان 8-5 درصد وزنیشيشه ها (3) به لعاب افزوده می شود. تشکیل مناسب این نوع لعاب به شرایط اکسایش – کاهش اتمسفر پخت بستگی دارد. و در شرایط مختلف اکسایش و کاهش رنگ های متنوعی پدید می آید. در لعاب های کوپرنیز از کربنات مس به عنوان منبع Cuاستفاده می شود. البته در طی فرآیند پختشيشه ها (3) تجزیه گشته و Cuoباقی می ماند. Cuo تولید نیز با مونواکسیدکربن (CO) موجود در کوره واکنش داده تا ذرات مس در لعاب تشکیل شوند. این ذرات رنگ قرمز به لعاب می دهند.
لعاب های راکو
لعاب های راکو اغلباً لعاب هایی فلزی به نظر می رسند. (اگر بوسیله ی یک لایه از فلز Ti پوشش داده شده باشند)
یک روش پیشرفته در تولید لعاب های راکو بدین صورت است که ظروف سرامیکی به شیوه ی معمولی پخت می شوند سپس آنها را در داخل یک محیط کاهنده مانند خاک اره وارد می کنند و سپس آنها را قبل از آنکه بتوانند اکسید شوند، به سرعت سرد می کنند. این نوع لعاب ها اغلبا حالت استثنا داشته و می توانند با زمان تغییر کنند. این مسئله ساده است. زیرا آنها در طی فرآیندهای بعدی تولید اکسید می شوند. این نوع لعاب بر خلاف سایر لعاب ها خنثی نبوده و تنها برای دکوراسیون استفاده می شوند.
لعاب های کریستالی ( crystalline glaze )
این نوع لعاب ها ، لعاب هایی دکوراسیونی هستند اما به طور مستقیم با تکنولوژی تشکیل شیشه – سرامیک در ارتباطند. کریستال ها بوسیله ی سرد کردن آهسته لعاب ایجاد می شوند. این سرد کردن آهسته به کریستال های لعاب اجازه ی رشد کردن می دهند. رشد این کریستال ها مد نظر است؛ زیرا لعاب ضخامت کمی داشته و از این رو کریستال ها باید به صورت پلیت لت (platelets) در آیند. برای آنکه عمل رشد کریستال ها بهتر انجام شود از جوانه زاهای تیتانیایی استفاده می شود. این نوع جوانه زاها در لعاب های باویسکوزیته ی پایین استفاده می شوند و در آنهاشيشه ها (3) تشکیل می شود. ترکیب شیمیایی این نوع لعاب ها بسیار مهم است. در آن شيشه ها (3) وشيشه ها (3) به میزان کم و Pbo به میزان 10-8 درصد وزنی استفاده می شود. رشد کریستال با اضافه شدن fe به لعاب افزایش می یابد. اما این اضافه شدن می تواند همچنین موجب پدید آمدن اثراتی بر سایر دو پانت های اضافه شده به لعاب شود.
سفالگران امروزی ازشيشه ها (3) به عنوان اصلاح کننده و تولید کننده ی کریستال های ویلمایت (Crystals Willemite) استفاده می کنند. (ویلمایت یک مینرال کمیاب از روی است). این تکنیک نیازمند مهارت ویژه است. زیرا افزودن مقادیر زیادشيشه ها (3) به لعاب باعث می شود ویسکوزیته ی آن حتی در دماهای پایین نیز کم باشد، بنابراین این مسئله باعث می شود که لعاب از روی سطح سفالی جریان پیدا کند. رشد اسفرولیتی (Spherulite growth) از جوانه زا در لعاب در شکل 3 نشان داده شده است. هر اسفرولیت در واقع توده ای از کریستال های شعاعی است که با توجه به مرکز اسفرولیت دورهم گرد آمده اند.

شيشه ها (1)

لعاب های اپک ( opaque glazes )
اگر به لعاب مذاب کریستال هایی افزوده شود، لعاب می تواند اپک شود. برای این کار می توان ازO_2 S_n یا زیر کن استفاده کرد. که زیر کن ارزان تر است .شيشه ها (3) برای تولید رنگ سفید در لعاب های زیرکنی (Zircon glaze) استفاده می شود. برای اپک کردن کمتر ازشيشه ها (3) استفاده می شود زیرا کریستال های روتایل طلایی رنگ هستند. و بنابراین لعاب را به رنگ زرد در می آورند. ما همچنین می توانیم با تشکیل کریستال لعاب را اپک کنیم (مثلا ولاستونیت:شيشه ها (3). این کار بوسیله ی عملیات حرارتی مناسب، حبس کردن گاز (هوا یاشيشه ها (3) ) ) و یا بوسیله ی جدایش فازی مایع – مایع انجام می شود. لعاب های مات (Matt glazes) بوسیله ی تشکیل کریستال های بسیار کوچک در لعاب بوجود می آیند (مثلا کریستال های ولاستونیت برای لعاب های مات – آهکی و وبلیمایت (شيشه ها (3):Willemite ) برای لعاب های مات – زینک). کریستال های ریز ولاستونیت بوسیله ی افزودن کلسیت به لعاب پایه سیلیس تشکیل می شود. یک روش دیگر برای این کار افزودن مقادیر زیادی از ماده ی کریستالی به لعاب است تا در طی فرآیند پخت درصدی از آن به صورت کریستالی باقی بماند

رنگ در لعاب و لعاب موضوعاتی هستند که امروزه تحقیقات فراوانی بر روی آنها به عمل آورده شده است. امروزه رنگ های جدیدی بوسیله ی افزودن نانو ذرات در لعاب پدید می آید. عموما نانو ذرات نقره و طلا رنگ طلایی بوجود می آورند. و نانو ذرات مس رنگ قرمز بوجود می آورند. توضیح در مورد نحوه ی پدید آمدن رنگ در لعاب واقعاً پیچیده تر از نحوه ی پدید آمدن رنگ در شیشه هاست. زیرا لعاب بر روی یک لایه اعمال می شود و از این سو نباید ترانسپارنت باشد. همچنین لعاب یک لایه ی نازک است و در اتمسفر مختلف (کاهنده – اکسید کننده) بوجود می آید از این دو بررسی عوامل موثر بر تشکیل یک لعاب مشکل است.

لعاب های رنگی ( Colored glazes )
 

در لعاب های رنگی باید از پیگمنت های سرامیکی با پایداری مناسب بهره برد. از اکسیدهای رنگ زای ارزان قیمت می توان برای ایجاد رنگ در محصولات متنوع سفالی بهره برد. البته بسیاری از مواد رنگ زا برای لعاب همانهایی هستند که ما برای رنگرزی شیشه از آنها استفاده می کنیم
اکسید کبالت شیشه ها (4) یک اکسید سیاه رنگ است اما کمتر از یک درصد وزنی از آن در لعاب ایجاد رنگ آبی تیره می کند (اگر چه در بیشتر موارد از کربنات کبالت استفاده می شود).
به دلیل آنکه شیشه ها (4) در این گونه لعاب ها بوجود می آید، ویسکوزیته ی لعاب تغییر می کند.
اکسید کروم که تا 3-2% وزنی نیز می تواند به لعاب افزوده شود به جای رنگ سبز، رنگهای زرد، صورتی یا قهوه ای بوجود می آورد (رنگ قرمز در حضور سرب در ترکیب لعاب اولیه پدید می آید. اگر Zn در لعاب اولیه وجود داشته باشد، رنگ لعاب قهوه ای می شود مگر آنکه سرب ها هم وجود داشته باشد. که در صورت وجود سرب و روی در لعاب اولیه رنگ زرد پدید می آید).
شیشه ها (4)که به صورت کربنات به لعاب افزوده می شود، رنگ لعاب را به صورت قهوه ای در آورده البته این ماده می تواند رنگ قرمز، بنفش و حتی سیاه نیز تولید کند. که این تغییر رنگ به درصد سدیم موجود در لعاب اولیه بستگی دارد. افزودن Cuo به اندازه ی %2-1 وزنی به یک لعاب با سدیم بسیار کم سبب پدید آمدن رنگ فیروزه ای می شود. این درحالی است که افزودن بیش از 3% از این رنگ زا باعث پدید آمدن رنگ سبز یا آبی می شود. اگر درصد Cuo در لعاب افزایش یابد، لعاب ظاهری فلزی مانند مفرغ به خود می گیرد. اگر لعاب دارای 0.3– 2 درصد وزنی Cuo در اتمسفر کاهنده پخت شود، رنگ قرمز مسی پدید می آید. این رنگ به دلیل حضور ذرات کلوئیدی CU درلعاب بوجود می آید.
اگر یک لعاب رنگ زرد داشته باشد، این رنگ ممکن است بوسیله ی افزودن Cds یا Cdse بوجود آمده باشد. البته این نوع افزودنی های رنگ زا ممکن است رنگ های قرمز یا نارنجی را نیز پدید آورند. درصورت حضور سرب در این نوع لعاب ها ، Pds تشکیل می شود که باعث سیاه شدن لعاب می شود. زیرکن در صنعت برای کمک کردن به پایدار شدن این نوع رنگ ها (برپایه ی cd) استفاده می شود. درحقیقت شیشه ها (4) (زیر کن وانادیومی آبی رنگ) و شیشه ها (4)(pr,zr) (زیر کن پراسئودیومی زرد رنگ) مهم ترین تثبیت کننده های مورد استفاده در این رنگ هاست. هنگامی که اورانیوم به لعاب اضافه شود، به جای پدید آوردن رنگ زرد کم رنگ، رنگ قهوه ای تیره پدید می آید. (اورانیوم در شیشه های وازلینی تولید رنگ زرد کم رنگ می کند). البته بسته به ترکیب لعاب ، اورانیوم می تواند رنگ های قرمز یا نارنجی روشن نیز بدهد.

لعاب نمکی ( saltglaze )
 

دراین نوع فرآیند لعاب کاری سفال در کوره های با دمای بالا با نمک واکنش می دهد. در واقع سفالگر نمک را بر روی سفال اعمال می کند. این فرآیند هنگامی اتفاق می افتد که سفال در داخل کوره است. این فن بوسیله ی سفالگران ایرانی وانگلیسی در دهه ی 1700 ابداع گشته است. همچنین شما می توانید مثال های فراوانی از فرآیند رنگ آمیزی بوسیله ی اکسیدهای فلزی را در آلمان ببنید. در این نوع لعاب ها نمک با رس واکنش داده و تشکیل لایه ای شیشه ای بر روی سطح می دهد. این تکنیک دقیقاً فرآیند خوردگی خاک نسوز در دمای بالاست (بوسیله ی سود سوز آور).
واژه ی مینا (enamel) معمولا در هنگامی استفاده می شود که یک لایه ی لعابی بر روی فلز اعمال می شود. البته این واژه در هنگامی که یک لایه لعابی بر روی لعاب اولیه اعمال می شود نیز استفاده می شود. بازار مصرف مینا بسیار بزرگ است. این بازار از لوازم بهداشتی تا جواهر آلات گسترده است.

خوردگی شیشه و لعاب
 

این تصور وجود دارد که شیشه خنثی است اما باید بدانید که اسید سیتریک و اسید استیک موجود در غذاها و میوه ها می توانند بایون های موجود در شیشه واکنش دهند و ترکیبات کمپلکس پدید آورند. با خروج یون های قلیایی از داخل شیشه یون های هیدروژن مثبت جایگزین آنها می شود. هنگامی که بخواهیم استحکام سطح شیشه را افزایش دهیم باید یون های پتاسیم و سدیم مثبت را با لیتیم مثبت ( شیشه ها (4) ) جایگزین کنیم. در شیشه ی آلایش یافته (Stain glass) می توان یون نقره ی مثبت و مس را جایگزین شیشه ها (4) کرد.
همانند مواد کریستالی ، شیشه ها نیز دارای عیوب کریستالی اند. یکی از چالش هایی که ما با آنها روبرو هستیم محاسبه ی خواص بوجود آمده ازعیوب (مانند نفوذ) در شیشه هاست. زیرا در شیشه ها شبکه ی مرجع وجود ندارد.

انواع شیشه های سرامیکی
 

همه ی شیشه ها براساس تتراهدرال های سیلیسی ایجاد نمی شوند؛ واحدهای ساختاری این شیشه ها در جدول 1 آورده شده است. برخی از ترکیبات این شیشه ها نیز در جدول 2 آورده شده است.

شیشه ها (4)

شیشه ها (4)

شیشه ی سیلیکاتی ( سودالایم )
 

این شیشه ها بر پایه ی شیشه ها (4) هستند. (معمولا این نوع شیشه ها علاوه بر این مواد دارای شیشه ها (4) نیز هستند.) این نوع شیشه نستبا ارزان هستند و دارای دوام خوبی نیز هستند همچنین از این نوع شیشه به طور فراوان در صنعت بسته بندی و ساختمان استفاده می شود. ضریب انبساط حرارتی شیشه ها (4) این نوع شیشه ها ناچیز نیست. همچنین این نوع از شیشه ها عایق های خوبی نیستند. استفاده های عمده از این نوع شیشه در صفحات شیشه ای ،بطری ها ، وسایل غذا خوری و صنعت الکترونیک (حباب لامپ) است. شیشه های آلومینو سیلیکاتی قلیایی (شیشه ها (4)= عنصر قلیایی) دارای ضریب انبساط حرارتی پایینی است. این نوع شیشه دارای دوام و خواص عایق کاری بهتری است. وهمچنین نسبت به سایر شیشه های هم گروه استحکام بالاتری دارد. استفاده های این نوع شیشه عبارتست از تیوپ های اختراق، حباب های لامپ هالوژن و به عنوان بسترهای صنعت الکترونیک کاربرد دارد.

شیشه ی سربی
 

ترکیب عمومی این شیشه ها سیلیکات های قلیایی سربی استشیشه ها (4). در این نوع شیشه ها Pbo به جای CaO در شیشه ی سودالایمی قرار گرفته است. این نوع شیشه دارای مقاومت بالایی است. همچنین ضریب انبساط حرارتی آن بالاست. و دمای نرم شوندگی پایینی دارد. دلیل آنکه از این نوع شیشه ها در تولید ظروف کریستال استفاده می شود این است که ضریب شکست این نوع شیشه بالاست و علاوه بر این که از این شیشه ها در ظروف تزئینی استفاده می شود، از آنها در ساخت تیوپ های لامپ، لامپ تصویر تلویزیون و تیوپ های ترمومترها استفاده می شود. در ظروف کریستال انگلیسی که به صورت سنتی تولید می شوند، میزان Pbo حداقل 30% است. برطبق رهنمود اتحادیه ی اروپا میزان Pbo باید بیش از 24 درصد باشد. همچنین بر طبق استاندارد اروپا شیشه های کریستال سربی باز یافت نمی شوند. شیشه های سربی که برای ساخت حفاظ های تابشی استفاده می شوند ممکن است دارای بیش از 65% Pbo باشند. کاربرد این گونه شیشه ها در لامپ تصویر تلویزیون است اگر چه شیشه های باریمی برای ساخت صفحه و تابلوهای تلویزیون استفاده می شود. (تفنگ الکترونی تلویزیون اشعه ی x ساتع می کند که این نوع شیشه باید این تابش ها را جذب کند.)شیشه های سرب – بوراتی می توانند به عنوان لحیم های شیشه ای استفاده شوند. این نوع شیشه ها دارای در صد کمیشیشه ها (4) است و کاملا خنثی است.
شیشه های فیلنیتی (flint glass) دارای تفرق بالایی است. در واقع این نوع شیشه ها از نوع شیشه های سیلیکاتی قلیایی ـ سربی است که از ذوب سنگ های فیلنیتی ساخته شده اند(فیلنیت فرم خالص سیلیس است) .لازم به توضیح است که این نوع سنگ کلسینه شده و به طور فراوان در ساخت بدنه های سرامیکی استفاده می شود.

شیشه ی بورانی ( شیشه ی بورو سیلیکاتی )
 

شیشه های بوروسیلیکاتی قلیاییشیشه ها (4) به خاطر ضریب انبساط حرارتیشیشه ها (4) کوچکشان ویژه هستند. این نوع شیشه دوام بالایی داشته و خواص الکتریکی مفیدی دارند. پیرکس (Pyrex) که یک نوع ماده در تولید وسایل پخت و پز است . از جنس بروسیلیکات است .شیشه ی بروسیلیکاتی به طور وسیع در فرآیندهای شیمیایی استفاده می شود. برخی از شیشه های براتی دارای دمای ذوب پایینیشیشه ها (4) هستند از این رو آنها را می توان به همراه سایر شیشه ها استفاده کرد. شیشه ی بروسیلیکاتی – زنیکی به شیشه های منفعل شهرت دارند. این شیشه ها مواد قلیایی ندارند و از این رو از آنها می توان در ساخت اجزای الکترونیکی سیلیسیمی استفاده کرد.

سیلیس فیوزد
 

این نوع شیشه از نوع سیلیس خالص است. این شیشه ها ، شیشه های سیلیکاتی برای کاربردهای دما بالا هستند. ضریب انبساط حرارتی این نوع شیشه ها نزدیک به صفر است. این نوع شیشه ها برای تولید آینه های تلسکوپ و زیر لایه ها (Substrates) استفاده می شود. به خاطر داشتن ضریب انبساط حرارتی نزدیک به صفر به این شیشه ها ، شیشه های با انبساط حرارتی بسیار پایین (VLE Silica) می گویند .
شیشه های VLE دارای 7 درصد وزنیشیشه ها (4) برای تولید لفافه های لیتوگرافی نوری (masks photolithography) استفاده می شود. البته به خاطر دمای بالای فرآیند شکل دهی این شیشه ها ؛ می توان به جای آنها از شیشه های وایکور استفاده کرد.

شیشه ی فسفاتی ( phosphate – glass )
 

شیشه های فسفاتی شیشه های مهمی هستند زیرا این نوع شیشه ها خاصیت نیمه رسانایی دارند. یکی از کاربرد این مواد در ساخت تقویت کننده های الکترون (electron multipliers) است . در این نوع وسایل با استفاده از دپ کردن Er (افزودنشیشه ها (4) ) ، این تقویت کننده ها ساخته می شود. کایتون های موجود در این نوع شیشه ها معمولا V و P هستند اما لابراتوار ملی او آ ک ریچ (Oak Ridge National labroatory) یک نوع شیشه ی فسفاتی اندیوم – سربی تولید کرده است که دارای ضریب شکست بالایی است. از ویژگی های دیگر این شیشه می توان به دمای ذوب پایین و خاصیت ترانسپارنتی در برابر گسترده ی وسیعی از طول موج ها را نام برد. به دلیل آنکه این نوع شیشه می تواند درصد بالایی از عناصر خاکهای کم یاب را در خود حل کنند، از آنها در تولید وسایل نوری اکتیو مانند آمپلی فایرهای فیبر اپتیک و لیزرها استفاده می شود. شیشه های فسفاتی دپ شده با Nd در لیزرهای حالت جامد استفاده می شوند. ترکیب شیمیایی نمونه وار از این نوع شیشه عبارتست ازشیشه ها (4) است. که در صد Nd بین O.2-2.O درصد مولی است.

شیشه ی چالکوژیندی ( Chalcogenide glass )
 

این نوع شیشه براساس Se,As و Te بوجود می آید. این شیشه ها نور فرو سرخ را از خود عبور می دهند و نیمه رسانا های غیر اکسیدی هستند. از این نوع شیشه در وسایل و لنزهای الکترونیکی ویژه استفاده می شود. در این وسایل هنگامی که ولتاژ اعمالی به آنها از میزان بحرانی فراتر رود، به طور ناگهانی تغییر رسانایی رخ می دهد. کاربرد این نوع شیشه ها بسیار خاص است زیرا این شیشه ها دوام پایینی داشته و دمای نرم شوندگی شان پایین است.

شیشه ی فلورایدی ( fluoride glass )
 

عموماً شیشه های هالیدی بر پایه یشیشه ها (4) را شیشه های فلورایدی می گویند. کاربرد این نوع شیشه ها در وسایل همسو کننده نوری (optical waveguides) است. و درجاهایی که قیمت توجیه پذیر باشد استفاده می شوند.

شیشه ی طبیعی
 

این مسئله که شیشه در طبیعت بوجود می آید حتی این پدیده یک امر نسبتاً معمولی است، باعث شگفتی بسیاری از مردم می شود. تکتیت ها (tektites) درهنگام برخورد شهاب سنگ ها به زمین و در دهانه ی حاصله از برخورد شهاب سنگ پدید می آیند. مولد اویت (Moldavite) نیز یک شیشه ی سبز رنگ است که در مولداوی (Moldavia) یافت می شود . فولگلاریت (fulgarite) نیز تیوپ های شکننده از شیشه هستند که در هنگام برخورد برق آسمان به خاکهای ماسه ای پدید می آید. ابسیدیان (obsidian) نیز یک نوع شیشه است که در جریان های آتش فشانی تشکیل می شود. رنگ سیاه رنگ این نوع شیشه به خاطر ناخالصی پدید می آید. در طی دوره ی پارینه سنگی از ابسیدیان در ساخت وسایل استفاده می شده است. سنگ پا (Pamice) یکی دیگر از شیشه هایی است که از فوران های آتش فشانی تشکیل می شود. این ماده می تواند تخلخل های فراوانی داشته باشد. (درصورتی که ماده ی اولیه ی تشکیل دهنده ی آن دارای مواد گازی فراوانی باشد). سنگ پا شکل متخلخل ابسیدیان است

 



تاريخ : جمعه بیست و یکم بهمن 1390 | 23:17 | نویسنده : ایمان رستگار

آلومینا و زیر کونیا
 

آلومینا سرامیک ها در بیولوژی وپزشکی (2)و زیر کونیا سرامیک ها در بیولوژی وپزشکی (2) دو بیوسرامیک نسبتاًً خنثی هستند .این دو ماده در هنگام استفاده شدن در بدن برای اهداف طولانی مدت به صورت اندک دچار تغیرات شیمیایی در مایعات بدن می شوند. آلومینایی با دانستیه وخلوص بالا >99.5y)) در ساخت برخی از امپلنت های مخصوصاً پروتزهای مفصل ران استفاده می شود. درسال 2006 ، بیش از سرامیک ها در بیولوژی وپزشکی (2) اپروتز مفصل ران (hip Protheses) استفاده شده است که در آن از یک گلوله ی آلومینایی به عنوان بخش بالایی (گوی ران ) استفاده شده است. شکل 1 بخش بالایی یک پروتز مفصل ران را با گلوله ی آلومینایی نشان می دهد اداره ی دارو و غذای آمریکا (FDA) درسال 1982 ، اجازه ی استفاده از آلومینا دراین کاربر را صادر کرده است.

سرامیک ها در بیولوژی وپزشکی (2)

اگر چه امپلنت های دندانی ساخته شده از آلومینا از تک کریستال ها ساخته می شوند اما بیشتر امپلنت های آلومینایی از پلی کریستال های با دانه های بسیار ریز ساخته می شوند. این نوع امپلنت ها معمولاً بوسیله ی فرآیند پرس پس از زینترینگ در دماهای بالاسرامیک ها در بیولوژی وپزشکی (2) تولید می شوند. مقدار کمی MgO ( کمتر از O.5 درصد) به آلومینا افزوده می شود تا از رشد دانه ها جلوگیری کرده واجازه دهد تا دانسیته ی بالا بوسیله ی زینترینگ بدون اعمال فشار پدید آید. جدول 1 لیستی از خواص فیزیکی بیوسرامیک های آلومینا یی آورده شده است.

سرامیک ها در بیولوژی وپزشکی (2)

سازمان استاندارد جهانی (ISO) در مورد آلومینا استانداردهایی ارائه کرده است. ISO6474 استاندارد آلومینای مورد استفاده درساخت امپلنت ها ست .این استاندارد در سال 1994 ارائه شده است. (ISO: سازمان بین المللی استاندارد) البته باید گفت که علاوه بر ISO ، سایر سازمان های استاندارد نیز برای آلومینای مورد استفاده در کاربردهای پزشکی استاندارد خاص خود را دارند. مهمترین ویژگی یک امپلنت این است که طول عمر بیمار را افزایش دهد. به دلیل طبیعت ترد سرامیک ها ،پیش بینی دقیق طول عمر یک امپلنت امکان پذیر نیست. ولی این مسئله واضح است که افزایش نیرو و زمان بارگذاری باعث افزایش احتمال شکست سرامیک می شود. نتایج حاصله از آزمایشات خستگی و . ...نشان می دهد که باید امپلنت های آلومینایی با بالاترین استاندارد موجود ساخته شوند، مخصوصاً اگر امپلنت به عنوان یک امپلنت ارتوپدیک در بیماری جوان استفاده شود.
اگر چه سرامیک های آلومینایی دارای زیست سازگار پذیری مناسبی بوده و مقاومت به سایش خوبی دارند. ولی آنها دارای استحکام خنثی پایینی بوده وتافنس پایینی دارند. این مسئله باعث می شود تا ابعاد امپلنت های آلومینایی دارای محدودیت باشند وقطر اکثر آنها بیش از 32 میلی متر باشد. سرامیک های زیرکونیای دارای تافنس شکست واستحکام خنثی بالاتر ومدول یانگ پایین تری نسبت به سرامیک های آلومینایی هستند. به هر حال درمورد زیر کونیا نیز مسائلی وجود دارد.
استحکام خنثی و تافنس سرامیک های زیر کونیایی درمواجهه با مایعات بدن به میزان اندکی کاسته می شود. این مسئله به دلیل استحاله ی مارتنزیت فاز تتراگونال به مونو کلینیک اتفاق می افتد. یک چنین استحاله ای در محیط های آبکی مشاهده شده است . مقاومت سایشی زیر کونیا از آلومینا کمتر است . درترکیبات سرامیک، سرامیک ، سرعت سایش زیرکونیا می تواند به میزان زیادی از آلومینا بیشتر باشد. البته هنگامی که زیر کونیا با پلی اتیلن با وزن ملکولی بسیار بالا ( VHMWPE) ترکیب شود، سایش مفرط پلیمر اتفاق می افتد.
زیر کویناممکن است دارای درصد پایینی عناصر رادیواکتیو با نیمه عمر طولانی مانند Th و U باشد، که جداسازی این عناصر مشکل وهزینه بر است.دراین زمینه بزرگترین مشکل این است که این عناصر پرتو ∝ (اتم هیلیوم دوبار مثبت) از خود ساتع می کنند که این پرتوها می تواند بافت های نرم و سخت اطراف خود را تخریب کند.اگر چه این فعل وانفعالات بسیار کم هستند ولی این سؤال وجود داردکه اثرات دراز مدت پرتوهای ساتع شده از سرامیک های زیر کونیایی به بدن چیست؟

شیشه های بیواکتیو
 

مواد بیواکتیو بین امپلنت وبافت های اطرافش پیوند ایجاد می کنند.
Hench Andersson ( 1993) تعریفی از این مواد به صورت زیر اراته کردند:
یک ماده ی بیواکتیو ماده ای است که با بوجود آوردن یک پاسخ بیولوژیک در سطح خود موجب تشکیل پیوند بین خود و بافت ها می شود.
اولین مطالعات انجام شده در زمینه ی شیشه های بیواکتیو در دانشگاه فلوریدا انجام شد.این تحقیقات سبب تولید تجاری بیوگلاس 45S5 ( bioglass 45s5) شد. بیوگلاس 45S5 یک شیشه ی اکسیدی با ترکیب چند گانه است. که ترکیب مواد تشکیل دهنده ی آن عبارتست از 45% وزنی سرامیک ها در بیولوژی وپزشکی (2) ، 24.5% وزنیسرامیک ها در بیولوژی وپزشکی (2) ، 24.4 % وزنی CaO و 6% وزنیسرامیک ها در بیولوژی وپزشکی (2) .
عناصر اصلی تشکیل دهنده ی شیشه های بیواکتیو امروزی نیز از همین 6 ماده است. (شیشه های بیواکتیو امروزی همگی از جنس شیشه های سیلیکاتی هستند.) به هر حال ساختار بیوگلاس 45S5 از شیشه های سیلیکاتی متفاوت است.شیشه های بیواکتیو دارای ساختار دو بعدی صفحه ای هستند که دارای دانسیته ی پایینی هستند.این ساختار باعث می شود درصد نسبی سیلیس در آنها کم باشد.بیوگلاس ها از لحاظ مکانیکی ضعیف هستند و دارای تافنس شکست پایینی هستند. این دو خاصیت به دلیل ساختار شیشه ای بوجود می آید.
شیشه های بیواکتیو را می توان بسهولت بوسیله ی فرایند های تولید سایر شیشه های سیلیکاتی تهیه کرد.دراین روشها اکسید های اصلی ویا ترکیباتی که پس از تجزیه تولید اکسید می کنند، با نسبت های معین مخلوط می شوند. در دمای بالا ذوب می شود. تا ذوبی هموژن پدید آورند.پس از سردکردن مذاب، شیشه بوجود می آید.به دلیل آنکه از شیشه های بیواکتیو در داخل بدن استفاده می شود. این مسئله ضروری است که مواد اولیه ی مورد استفاده خلوص بالایی داشته باشند وعملیات ذوب در بوته ی پلاتینی (یا آلیاژی از پلاتین) انجام می شود تا میزان ناخالصی ها حداقل میزان ممکنه باشند.
شیشه های بیواکتیو دارای خواص ویژه ای هستند که این خواص آنها را جهت استفاده شدن در بدن مناسب می کند.
مزایا:
واکنس سطحی این مواد نسبتاًً بالاست. که این مسئله منجر به پیوند سریع بافت به ماده می شود. این فرآیند دارای 5 مرحله است.سرعت واکنش ومکانیزم های هر کدام از بخش های این فرآیند بوسیله ی اسپکتروسکوپی FTIR محاسبه شده است. پیوند خوردن بافت به ماده ی بیواکتیو نیازمند رخ دادن واکنش های دیگری است که درحال حاضر مورد بررسی قرار نگرفته اند . امامی توان گفت که فرآیند پیوندخوردن هنگامی شروع می شود که بخش زنده بر روی لایه ی سیلیس ، هیدروکسی کربوآپاتیت جذب شود. علاوه بر این مدول یانگ این مواد در گسترده ی 30- 35MPa است که به مدول یانگ استخوان متراکم نزدیک است.
معایب.
این مواد از لحاط مکانیکی ضعیف اند. استحکام پیوند درحالت کششی به طور نمونه بین 40-60MPa است.علاوه بر این مسئله تافنس شکست این مواد پایین است.
به عنوان نتیجه ای از بحث بالا باید گفت شیشه های بیواکتیو در کاربردهای بار کش (bearing load) استفاده نمی شوند.به جای آن از آنها به عنوان پوشش در فلزات و وسایلی که میزان بار اعمالی بر آنها کم است یا حالت اعمال نیرو فشاری است، استفاده می شود. شیشه های بیواکتیو به دو شکل پودری وکامپوزیتی استفاده می شود. اولین استفاده ی موفق از بیوگلاس 45S5 ، استفاده از آن در استخوان کوچک گوش میانی است. حالت این استخوان در شکل 2 نشان داده شده است.

سرامیک ها در بیولوژی وپزشکی (2)

شیشه های بیواکتیو مخروطی شکل درجراحی های دهانی استفاده می شود. دراین کاربرد شیشه ی بیواکتیو عیوب بوجود آمده درفک ( به دلیل خارج شدن دندان ها ) را پر می کند. امپلنت های تولیدی از شیشه ی بیواکتیو همچنین برای ترمیم استخوان نگهدارنده ی چشم استفاده می شود.
شیشه های بیواکتیو در حالت پودری برای درمان بیماری های دندانی وناتوانی تحرک تارهای صوتی استفاده می شود. همچنین از این مواد در بازسازی استخوان فک نیز استفاده می شود.
منبع انگلیسی مقاله :ceramic materials/c.Barry Carter.m.Grant Norton

تاريخ : جمعه بیست و یکم بهمن 1390 | 23:16 | نویسنده : ایمان رستگار

سراميک هاي زير ساختاري(substructure ceramics)

توسعه ي سراميک مستحکم تر براي تمام پروتزهاي سراميکي پوشش داده شده، مي تواند به صورت يک گذار به سمت افزايش درصد حجمي مواد کريستالي و کاهش حجم شيشه نشان داده شود.سرانجام اين پيشرفت ها، رسيدن حجم مواد شيشه اي پروتزها به صفر است.در سال1965،McLean،گزارشي مبني برافزايش استحکام شيشه هاي فلدسپاتي با افزودن ذرات اکسيد آلومينيوم ارائه کرد.و در همان سال General Electricبراي اولين بار از تکنولوژي استحکام بخشي ديسپرشن به صورت کاربردي، براي مقره هاي خطوط فشار قوي بهره برد.در اواخر دهه ي 1980، يک روش براي افزايش قابل توجه آلومينيوم اکسيد(از 55 درصد وزني به 70 درصد حجمي)، بوجود آمد.
اين روش در ابتدا با پودر آلوميناي سبک انجام مي شد که اين پودر بواسطه ي حرارت دهي به همديگر مي چسبيد،سپس اين توده ي آلومينايي متخلخل که مانند يک بسته، از ذرات آلوميناي به هم چسبيده تشکيل شده بود را با شيشه پر مي کردند.در طي فرآيند پخت آلومينا که منجز به ايجاد توده ي سبکي مي شد، ذرات آلومينايي که در مجاورت هم بودند، در محل هاي اتصال به هم پيوند مي خوردند و ايجاد يک شبکه ي سه بعدي از ذرات به هم چسبيده مي شد.همچنين پس از ايجاد ساختار آلومينايي متخلخل، يک شيشه ي مذاب با ويسکوزيته ي پايين، بوسيله ي نيروهاي موينيگي وارد ساختار متخلخل مي شد.اين کار باعث ايجاد يک ترکيب سه بعدي از آلومينا و شيشه مي شود.اگر چه تنها70درصد حجمي اکسيد آلومينيوم در اين سراميک وجود دارد ولي استحکام و تافنس شکست آن برابر با سراميک هاي آلومينايي با100 درصد پلي کريستال است.
دو پيشرفت کليدي که اجازه ي استفاده ي کاربردي از سراميک هاي کاملاً پلي کريستال را در پروتزهاي ثابت کننده دارد عبارتند از:
1)قابليت استفاده از پودرهاي شروع کننده ي بسيار کنترل شده.
2)استفاده از کامپيوترها در پروسه هاي سراميکي.برعکس سراميک هاي شيشه اي، سراميک هاي پلي کريستال قابليت پرس شدن براي رسيدن به مواد با دانسيته ي بالا را در قالب هاي با اندازه ي بزرگتر را ندارد.سراميک هاي پلي کريستال از پودر آنها توليد مي شود که آنها تنها تا 70 درصد دانسيته ي تئوري شان مي توان فشرده سازي کرد.از اين رو سراميک هاي پلي کريستال در هنگامي که با بيشترين دانسيته، پخت شوند، به اندازه ي 30 درصد حجمي شرينکيج دارند.براي داشتن پروتزهاي نهايي مناسب، مقدار شرينکيج يايد به دقت اندازه گيري گردد و در طراحي به آن توجه شود.
پودرهاي اوليه مناسب که توانايي يکنواخت شدن در فشرده سازي را دارند.يک پيش نياز براي رسيدن به شرينکيج قابل محاسبه و تجديد پذير است.
تحقيقات انجام شده در علم توليد سراميک ها از اواخر دهه ي 1980 تا دهه ي 1990 منجر به دسترسي تجاري به پودرهاي مناسب براي استفاده ها در زمينه ي دندانسازي شده است تقريباً همزمان با پيشرفت تکنولوژي، پالايش پودر موجب توسعه ي ماشين هاي کامپيوتري و افزايش قابليت محاسبه ي دستگاه هاي سه بعدي داده شده است.
دو روش براي توليد پروتز از سراميک هاي پلي کريستال و به صورت تجاري ارائه شده است که در هر روش، يک قطعه ي خام با اندازه ي بزرگتر از حد مطلوب ايجاد مي شود و در محاسبه ي خواص شرينکيج اين قطعه ي خام از دستگاه هاي سه بعدي داده استفاده مي شود.در روش اول، يک قالب با اندازه ي بزرگتر از حد مطلوب بر اساس 20000اندازه گيري از قالب آزمايشگاهي اسکن شده، ساخته مي شود.سپس اکسيد آلومينيوم يا اکسيد زيرکونيوم در داخل اين قالب فشرده شده که مقدار فشردگي بر اساس شرينکيج مطلوب محاسبه مي گردد.
در روش دوم، يک قطعه ي نيمه خام از اکسيد زيرکونيوم ماشين کاري شده و به قطعه ي مورد نظر تبديل مي شود که اندازه ي آن کمي بزرگتر از حد مطلوب است که علت آن اين است که پس از پخت نمونه به اندازه ي مورد نظر برسد.در اين سيستم، دانسيته ي هر قطعه ي اوليه براي محاسبه ي دقيق شرينکيج قطعه بر روي آن ثبت مي شود.در واقع در اين روش که روش جولي در ساخت قطعات سراميکي معروف است، يک قطعه ي سراميکي بوسيله ي يک ماشين تراش از قطعه خام بدست مي آيد.
اکسيد زيرکونيوم بهبود يافته زيرکونياي بهبود يافته از لحاظ تافنس (چقرمگي)، يک سراميک پلي کريستال است که در حال حاضر براي کاربرد هاي دندانپزشکي در دسترس است.البته به خاطر اينکه اين ماده مکانيزم و همچنين تافنس شکست متفاوتي بست به ديگر سراميک هاي پلي کريستال است که در حال حاضر براي کاربردهاي دندانپزشکي در دسترس است. البته به خاطر اينکه اين ماده مکانيزم و همچنين تافنس شکست متفاوتي نسبت به ديگر سراميک هاي پلي کريستال دارد، بايد مورد بررسي جداگانه اي قرار گيرد.که جزئيات تافنس شکست واستحکام اين ماده را در بخش زير بيشترمورد بررسي قرار مي دهيم.اما در اينجا کافيست که تافنس را به معناي اشکال در رشد ترک در نظر بگيريم.

برخلاف آلومينا، اکسيد زيرکونيم در طي پخت از يک حالت کريستالي به حالت ديگر تغيير شکل مي دهد.در دماي پخت زيرکونيا در حالت تتراگونال است و در دماي اتاق به حالت مونوکلينيک در مي آيد.يک سلول واحد مونوکلينيک، 404درصد بيشتر از زماني که تتراگونال است ،فضا اشغال مي کند.البته اين مسئله باعث فروريختن زيرکونيا در فرآيند سردکردن، مي شود.و ساختار زيرکونيا را ناپايدار مي کند.در اواخر دهه ي 1980، مهندسين سراميک توانستند ساختار تتراگونال را در دماي اتاق و به کمک اضافه کردن مقدار کمي (3-8 درصد)کلسيم پايدار کنند که بعداً بجاي کلسيم از ايتريم (yttrium)و يا سريم(cerium)استفاده شد.اگر چه اين حالت در دماي اتاق پايدار است ولي حالت تتراگونال حالتي نيم پايدار است .اين بدان معناست که انرژي بدام افتاده اي در داخل ماده وجود دارد که مانع برگشت به حالت مونو کلينک مي شود.تنش متمرکز در جلوي گسترش ترک براي راه انداختن تغيير حالت در داخل دانه هاي سراميکي و درنزديکي قسمت تيزترک کافي مي باشد.که در اين حالت افزايش 404درصدي حجم، مفيد واقع مي شود و ترک بسته مي شود.و از پيشرفت آن جلوگيري مي شود .(در واقع، تغييرحالت موجب کاهش شدت تنش محلي مي شود)
مقدار تافنس شکست در اين ماده ، دو برابر و يا حتي چند برابر سراميک هاي آلومينايي است در واقع اکسيد زيرکونيوم بهبود يافته، پتانسيلي خوب براي مواد زير ساختاري از خود نشان مي دهد.مشکلاتي که ممکن است در مورد اين سراميک زيرکونيايي بوجود بيايد شامل عدم ثبات دراز مدت در حضور آب، مسائل سازگاري پرسلاني و تعدادي از محدوديت ها در انتخاب مواد به خاطر خاصيت مات بودن شان، مي شود.به هر حال، بر اساس تجربيات بدست آمده در استفاده از اين مواد در تهيه ي پروتزها، مشکلات عمده اي ديده نشده است.

استحکام و تافنس شکست (strength and fracture toughness)

سه خاصيت مربوط به ساختار داخلي ماده وجود دارند که براي توليد مواد ساختاري به آن ها توجه مي شود.
اين سه خاصيت به صورت زير هستند:
1)استحکام (strength)
2)تافنس شکست(fracture toughness)
3)قابليت شيميايي جلوگيري از رشد ترک
مهمترين نکته اي که بايد در مورد استحکام بدانيم اين است که استحکام يک خاصيت ذاتي مواد نيست، اين بدان معناست که مقداراستحکام به وضعيت ماده و نحوه و روش آزمون سنجش استحکام بستگي دارد.
تافنس شکست(که در زير مورد بررسي قرار مي گيرد)يک خاصيت ذاتي تر سراميک هاست که در هنگام مقايسه ي مواد تجاري بسيار مفيد است.

استحکام (strength)

استحکام يک اندازه گيري کلي از سه چيز است که شامل موارد زير مي شود:
1)نوع و اندازه ي ترک هاي حاصل از شروع شکست و توزيع آنها
2)تافنس شکست
3)تأثيرات آب
اگر اين سه چيز به خوبي کنترل شود موجب ايجاد محيط واقعي براي پروتز مي شود، سپس مقايسه ها بر اساس استحکام داراي معنا مي شوند.ترک هاي بوجود آمده درنمونه ها اغلب نتيجه اي از مراحل توليد پروتز است.اما ترک ها همچنين مي توانند بر اساس ذات خود ماده نيز ايجاد شوند؛ از اين رو بهترين اندازه گيري استحکام از نمونه هاي مورد آزمايش، حاصل مي شود که تمام مراحل توليد دندانسازي و آزمايشگاهي استاندارد قابل انجام نيست و تهيه ي شرايط مطلوب آزمايشات قطعات دندانسازي کاملاً شبيه به شرايط حقيقي نيست و استحکام اندازه گيري شده ممکن است که بي معنا باشد .
به عبارت ديگر، اگرچه پروتزهاي واقعي به اندازه ي کافي شرايط توليد سراميک ها را منعکس مي کند،تنش هاي وارده بر پروتز نقطه ي شکست (مثلاً استحکام)را به سختي مي توان محاسبه کرد.به علاوه بيشتر تلاش ها درجهت تکرار بارگذاري باليني بر روي پروتزها، با شکست هاي حاصل از زيان هاي توليدي در طي مراحل تست کردن، روبروست.و جالب اين است که اين شرايط هيچگاه در شرايط باليني ديده نشده است.از سال1958،اين حقيقت فهميده شد که آب استحکام اکثر شيشه و سراميک ها را کاهش مي دهد .آب،مانند يک ماده ي شيميايي عمل کرده و وجود آن در ترک ها موجب رشد آرام آنها مي شود.که اين رشد ترک ها در شرايط ديگر پديد نمي آيد(درشرايط نبودن آب).
سراميک ها با شدت متفاوتي نسبت به آب حساس اند و اين حقيقتي است که به خوبي کنترل نشده است.ودرحقيقت آب عاملي است که موجب بوجودآمدن اختلاف در داده هاي اندازه گيري شده در تست هاي استحکام است.آب در کليه ي سطوحي که در معرض ترشحات بزاقي قرار مي گيرد، وجود دارد.البته آب همچنين در سطوح چسبانيده شده تيوپ هاي دندانپزشکي نيز نفوذ مي کنند؛ همه ي سيمان هاي دندان پزشکي اجازه ي نفوذ آب (ترشحات بزاقي و...)را از داخل خود مي دهند.
البته نکته ي قابل توجه اين است که داده هاي مربوط به استحکام تنها در مورد مواد خالص بيان مي شود در حالي که پروتزها عمدتاً از مواد چندگانه ساخته شده اند که هر کدام از اين مواد خواصي متفاوت دارند. عملکرد چنين پروتزهايي ممکن است حالت بي ثباتي داشته باشد. زيرا اين پروتزها از چند ماه ساخته شده اند همچنين عدم انطباق ضرايب انبساط حرارتي اين مواد مي تواند موجب بروز شکست در پروتز بشود. براي مثال يک نوع ازيک پروتز تمام سراميک مي تواند به دليل تنش ها و ترک هاي بوجود آمده که در بين بخش هسته و روکش، بشکند. شبيه به بحث قبل، يک روکش تک قسمتي دندان مي تواند از قسمت داخلي اش بشکند که علت آن اعمال نيرو بوسيله ي جويدن اجسام سخت و آدامس مي باشد. اين شکست هاي اتفاقي بيشتر در بخش سيماني قطعه روي مي دهد. (بخاطر اينکه بخش سيماني قطعه آسيب پذير است.) احتمال بقاء اين قطعه به نوع سيمان استفاده شده در ساخت روکش دندان، بستگي دارد.
بنابراين، استحکام چيزي بيشتر از يک اندازه گيري نامعلوم از خاصيت ذاتي ماده است و بايد از آزمون استحکام در قضاوت کردن در مورد عملکرد سيستم هاي سراميکي جديد استفاده کرد يک اندازه گيري بهتر براي مقايسه کردن عملکرد ساختاري سراميک ها، تافنس شکست است، اما در مورد رفتار يک ماده تنها، اين روش محدوديت دارد.

تافنس شکست (fracture toughness)

به خاطر اينکه سراميک ها از طريق رشد ترک هاي موجود در نمونه مي شکند، فهميدن نحوه ي اين امر، مفيد مي باشد. نيروهاي کششي موجب ايجاد تنش در قسمت نوک ترک مي شود. همين طور که نيروها افزايش مي يابد، شدت تنش هاي بوجود آمده در بخش نوک تيز ترک نيز به سرعت افزايش مي يابد. در حالت کلي باز شدن مستقيم، بدون حرکت در جهت سطح و بدون ايجاد حالت برشي رامدIباز شدن مي گويند. و شدت تنش بوجود آمده با اين نوع باز شدن را با K (کا) نشان مي دهند.بنابراين، شدت تنش در يک قسمت نوک تيزترک در حالت مد I باز شدن را به صورت زير مي نويسند:

K_I.A_t

در حالت بحراني از شدت تنش، ترک ناپايدار شده و قطعه ي سراميکي به دو بخش تقسيم مي شود. شدت تنش بحراني براي مد I بازشدن، با KIcنشان داده مي شوند که واحد آن است. ، به طور عمومي به حالت ماده بستگي ندارد. و براي مقايسه ي مواد مختلف مي تواند مورد استفاده قرارگيرد. مقدار K_IC براي چيني هاي سراميک –فلزي تقريبا 0/9 تا 1/2 و براي سراميک هاي تقويت شده با لوسيت که دندانسازي مورد استفاده قرار مي گيرد، مقدار K_IC تقريباً 1/5 تا 1/7 است. مقدار K_IC براي آلومينا تقريباً 4/5 و باي زير کونياي بهبود يافته اين مقدار بين 8 تا 12 و براي آلياژهاي فلزي تقريباً 20است.

نقش فلز در استحکام بخشي

نقش و چگونگي عمل مواد فلزي در ايجاد و دوام هنوز به طور کامل شناخته نشده است. بنابراين، تشخيص اينکه کدام يک از خواص ريخته گري کردن فلز مي تواند خواص شکل دهي زير ساختاري بوسيله ي تکنولوژي هاي ديگر شکل دهي فلزات را بهبود دهد، انجام نشده است. اين اغلب بيان مي شود که پرسلان (چيني) به يک تقويت کننده شبکه اي از جنس فلز نيازمند است. البته اين توضيح داده نشده است که تقويت کننده (supported) به چه معني است.
تعدادي مکانيزم هاي قابل انجام وجود دارد که بوسيله ي آنها، فلز ريخته گري شده ممکن است توانايي افزايش طول عمر پرسلان روکش شده را دارند. اولاً، پرسلان نيازمند محافظت شدن در برابر توسعه ي تنش هاي کششي در مجاورت ترک هاي بوجود آمده در نواحي بحراني را دارد. اين دليلي است بر آن که فلز ممکن است بر توزيع تنش در داخل پرسلان، بالاخص در سطوح و مکان هاي اتصال، تأثير بگذارد.
دوماً، در مکان هايي که تنش ها ايجاد مي شوند، اگر گسترش ترک ها متوقف شود، پرسلان به صورت مفيد عمل مي کند و اين دلالتي است براين که فلزي که به خوبي به پرسلان پيوند داده شود. ممکن است مانند يک پل عمل کند و از باز شدن ترک هاي پرسلان جلوگيري کند.
سوماً، ترک هايي که ممکن است سرانجام باعث شکست شوند، آرام تر رشد مي کنند (البته اگر خشک نگه داشته شوند). اين دلالت مي کند که يک نقش ديگر فلز ريخته گري شده ممکن است اين باشد که فلز از ورود آب به داخل ترک ها جلوگيري مي کند.(در واقع فلز از رشد شيميايي ترک ها بوسيله آب جلوگيري مي کند).
مزاياي سيستم هاي کاملاً سراميکي در برابر سيستم هاي فلز-سراميک
مزاياي زيبايي حقيقتي است که حتي در هنگام جايگزيني يک فلز با يک سراميک مات بوجود مي آيد. زيرا از لحاظ اپتيکي فلزات کل پرتوهاي فوري را جذب يا منعکس مي کنند ولي سراميک ها درصدي از نور را عبور مي دهند. پس بنابراين از لحاظ مسائل زيبايي بهتر عمل مي کنند. سيستم هايي که کاملاً از سراميک ساخته شده اند، از لحاظ زيبايي، نتيجه ي بهتري براي تعداد متنوعي از بيماران نسبت به سيستم هاي فلز-سراميک، ايجاد مي کنند که علت آن دامنه ي وسيع از عبور نور است که بوسيله ي سيستم هاي سراميکي بوجود مي آيد. اين دامنه ي وسيع نور باعث ايجاد حالت شفافيت يا ماتي و همچنين ايجاد رنگ در سيستم مي شود. ديگرمزاياي اين سيستم ها به بافت نرم تر وبهداشتي تر سراميک ها مربوط است که سلامت اين سيستم ها از زيبايي آنها مهم تر است. به سطوح سراميکي، پلاک هاي ميکروبي و مولکولهاي چسبنده ي کمتري نسبت به آلياژهاي طلاو آمارجام (آلياژ جيوه با چند فلز ديگر براي پرکردن دندان استفاده مي شود) مي چسبند. همچنين سطوح سراميکي محيط مناسبتري براي رشد ملکولهاي بافت هاي داخل دهاني بوجود مي آورند. و سطوح تميزتري دارند. در بخش هاي بالايي پرسلان ها که با لثه در برخوردند به علت ماهيت خود پروتزهاي سراميکي، زخم کمتري بوجود مي آيد.

سيستم هاي فلز – سراميک

مزاياي سيستم هاي فلز-سراميک مربوط به عملکرد ساختاري قابل پيش بيني ، تطبيق پذيرشان و نياز به دانش کمتر براي انتخاب يک سيستم مناسب است. عملکرد ساختاري سيستم هاي سراميک-فلز بسيار بهتر از هر نوع سيستم کاملاً سراميکي است.
در زير در مورد جزئيات اين مسئله بحث مي کنيم. همچنين شکست بالک و ترک هاي بوجود آمده در پرسلان پس از گذشت 6 سال بر کارکرد تقريباً 5-10 درصد پروتزهاي تک بخشي تأثير مي گذارد. داده هاي باليني کمتري براي پروتزهاي سه بخشي وجود دارد و همه ي سيستم ها به خوبي مورد مطالعه قرار نگرفته اند. به طور برعکس، مشکلات ساختاري مربوط به پرسلان در پروتزهاي سراميک – فلز در طي 10 سال، 3-4 درصد است و 73 درصد از اين پروتزها را تا 15 سال نيز مي توان استفاده کرد که در اکثر مواد مشکلات زيست شناسي، عاملي براي تعويض اين پروتزها پس از 15 سال مي شود. البته صحبتي که در بالا انجام شد در مورد پرسلان هاي تقويت شده با تيتانيم صادق نيست و اين پرسلان هاي تقويتي زياد خوب عمل نکرده و حتي پس از 6 سال کار، مشکلات بسياري در نقطه ي تقاطع پرسلان-تيتانيم رخ مي دهد. سيستم هاي فلز-سراميک به حدي خوب عمل مي کنند که تنها اطلاعات کمي براي استفاده ي روتين از آنها، مورد نياز است.
اکثر شاغلين در زمينه ي دندانسازي، اطلاعات کمي در مورد سيستم هاي فلز-سراميک تهيه شده در آزمايشگاهشان دارند و هرسيستم به طور عمومي براي پروتزهاي تک بخشي جلويي و پروتزهاي چند بخشي عقبي مناسب است. البته استفاده از تمام سيستم هاي سراميکي نيازمند داشتن دانشي کافي براي بوجود آوردن ماکزيمم زيبايي و انتخاب مناسب ساختارها براي طول عمر بيشتر است.

شکل 2-شماتيکي از مواد سراميکي مورد استفاده در دندانسازي

تاريخ : جمعه بیست و یکم بهمن 1390 | 23:15 | نویسنده : ایمان رستگار

استفاده از نانو تکنولوژی در شیشه

با قرار گرفتن بر روي شيشه ها و سراميك ها و پوشاندن سطح آنها مانع از كثيف شدن و خيس شدن سطح مي شود و در نتيجه با يك بار بارش باران و يا آب ريختن بر روي سطح آلودگی آن از بين مي رود.

موارد استفاده:

حفاظت از شيشه هاي پنجره ها و ويترين مغازه ها
• حمام و سرويس هاي بهداشتي
• سقفهاي شيشه اي، نماي ساختمانها و كاشيها
• كاشي هاي ديواري
• آينه ها
• سلولهاي خورشيدي
• دوش حمام، دستشويي ، وان حمام
• گلخانه ها
• صفحات نمايشگر، لنز دوربين، عينك


مقدار مصرف نانو شيشه و سراميك:

هنگام مصرف مايع شيشه هاي نانو تكنولوژي بصورت دستي براي هر متر مربع 5 تا 25 ميلي ليتر (بنا به جنس سطح) مواد لازم مي باشد.( 1 ليتر در حدود 40 تا 180 متر مربع را پوشش مي دهد). اگر از اسپري هاي مخصوص استفاده كنيد (بنا بر جنس سطح مورد استفاده)‌ بين 5 تا 15 گرم براي هر متر مكعب مواد مصرف خواهد شد.
دقت:
ماده بايد در جاي خشك و خنك نگهداري شود.
مايع مي تواند تا 6 ماه در بسته بندي ارژينال خود سالم بماند.
بعد از باز كردن درب ظرف به سرعت آنرا مصرف نماييد

تاريخ : جمعه بیست و یکم بهمن 1390 | 22:42 | نویسنده : ایمان رستگار
تعداد زيادي از انواع مختلف سراميک ها در کاربردهاي پزشکي استفاده مي شوند؛ که از امپلنت هاي استخواني (bone Implants) گرفته تا پمپ هاي زيستي (biomedical pumps) مورد استفاده در پزشکي از سراميک ها ساخته شده اند.
دندانپزشکي نيز با توليد دندان هاي سراميکي پيشرفت کرده است. اين دندانهاي سراميکي تطابق بيشتري با طبيعت بدن بيمار دارند و حالت هاي حرکتي صورت مانند لبخند زدن رابهبود مي دهند در آينده، علم سراميک، کاربردهايي در درمانهاي ژنتيک (gene therapy) و مهندسي بافت(tissue engineering) پيدا مي کند.

اميد تازه براي بيماران سرطان کبد بوسيله ي گلوله هاي شيشه اي

اخيراً معالجه اي براي سرطان کبد غير قابل جراحي استفاده شده است که مي تواند علائم اين بيماري را کاهش دهد. اما اين درمان نيازمند بستري شدن بيمار است که اين کار موجب پايين آمدن سطح کيفيت زندگي بيماران مي شود. براي مثال، شيمي درماني (chemotherapy) در اغلب موارد باعث بوجود آمدن حالت تهوع، استفراغ و ريختن موهاي بدن مي شود. به همين دليل، نياز براي درمان هاي جديد وجود دارد که آسودگي بيشتري براي بيماران داشته باشد و آنها بتواند به صورت سرپايي درمان شوند و همچنين اثرات کمتري از روش درماني نيز داشته باشند(عوارض روش ها کم تر شود) و البته چيز مهم تر اين است که عمر متوسط بيماراني که از سرطان کبد رنج مي برند، بسيار کوتاه است و معمولاً اين مدت کمتر از 1 سال است. ميکروکره هاي شيشه اي (Glass microspheres) که در شکل 1 نشان داده شده است، در اصل در دانشگاه Missouri-Rolla ، مورد استفاده قرار گرفت و پس از تصديق FDA (اداره ي کل دارو و غذايي ايالات متحده ي آمريکا)، براي درمان بيماران داراي سرطان کبد(بيماران در مراحل ابتدايي) در 29 بيمارستان در آمريکا مورد استفاده قرار گرفته است. که به اين روش درماني TheraSpheredTM مي گويند.

در واقع گلوله هاي ميکروني بوسيله ي اکتيواسيون نوتروني انجام شده در داخل راکتور هسته اي، راديواکتيو مي شوند. سپس اين گلوله هاي ميکروني که تقريباً به اندازه ي يک سوم قطر موي انسان هستند، از طريق گذرگاهي به داخل شرياني که خون تومر سرطاني را مهيا مي کند، فرستاده مي شوند. تابش راديواکتيو، تومرهاي زيان را با کمترين آسيب به بافت هاي سالم بدن، تخريب مي کند. درمان تقريباً در کمتر از يک ساعت انجام مي شود و بيمار مي تواند در همان روز به خانه برود. اثرات جانبي نيز عموماً کمترين مقدار است و تنها بيمار اندکي خسته مي شود که اين خستگي نيز پس از چندين هفته با از بين رفتن مواد پرتوزا در بدن، از بين مي رود. در اکثر بيماران تنها يک بار تزريق انجام مي شود، اما بيماراني وجود دارند که چند بار عمل تزريق دارو در آنها انجام مي شود.
افزايش تعداد افرادي که تحت درمان واقع شده اند و هنوز زنده اند، گواهي از افزايش عمر متوسط اين افراد است. البته اسنادي وجود دارد که نشان مي دهد برخي از بيماران تا 8 سال پس از درمان نيز به زندگي خود ادامه داده اند.
اين گلوله ها، پتانسيل استفاده شدن براي درمان ديگرانواع سرطان مانند کليه، مغز و پروستات و درمان التهاب هاي روماتيسمي را دارند.

بست هاي سراميکي خنده هاي Tom Cruise را زيباتر کرده اند

بست هاي ارتودنسي، يک نوع وسيله براي صاف کردن دندان هاست که بواسطه ي آن دندان ها با سيم و قسمت هاي فلزي صاف مي شوند. اين روش باعث زيبا تر شدن لبخند افراد مي شود(همانگونه که در شکل 2ديده مي شود). افراد زيادي تمايل به انجام اين روش براي صاف کردن دندانهايشان دارند. ولي بدليل اينکه اتصالات و سيم هاي مورد استفاده براي اين کار از جنس فلز هستند، بسيار جلب توجه کرده واز اين جهت بسياري از افراد از انجام اين روش منصرف مي شوند. براي همين، تحقيقات ارتودنسي بر روي موادي متمرکز شد که از لحاظ اپتيکي نامرئي باشند. واين گونه بود که بست هاي سرامييک متولد شدند (در شکل 2 مي بينيد که اين نوع بست ها تقريباً نامرئي هستند). اين نوع بست هاي سراميکي لبخند زيباتري را به انسان هديه مي کنند. آلوميناي پلي کريستال شفاف(TPA)در اصل بوسيله ي ناسا(NASA)شناسايي شد. کمپاني هاي Ceradyne و Unitek به صورت مشترک بر روي ساخت بست هاي آلومينايي (پلي کريستال وشفاف) کار کردند. و نتيجه ي کار آنها توليد بست هاي سراميکي بود که وظايف بست هاي فلزي را به خوبي انجام مي دادند. بست هاي سراميکي مانند نوع فلزيش کار مي کردند ولي هنگامي که از يک فاصله نرمال به آنها نگاه مي کنيد، تقريباً نامرئي هستند.

به دليل اينکه مواد مورد استفاده در ساخت بست هاي سراميکي بدون تخلخل و با خلوص بالايي (تقريباً 99/9%)هستند، اين وسايل جرم و رنگ نيز به خود نمي گيرند.
جايگزين هاي استخوان ران قوي تر شده اند
در طي 20 سال گذشته، افزايش قابل توجه در استفاده از مواد سراميکي براي توليد امپلنت ها انجام شده است، مواد سراميکي هم تافنس خوبي دارند و هم مستحکم هستند. همچنين اين مواد از لحاظ زيستي نيز خنثي بوده و سرعت سايش کمي دارند. يک نمونه ي استثنايي از اين اکسيدها، زيرکونيا نام دارد. که اکنون جايگزين آلومينا در بسياري از کاربردها مانند گلوله ي استخوان ران و استخوان ران شده است. استخوان مصنوعي ران از جنس زيرکونيا در مقايسه بانوع آلومينايي خود، استحکامي دو برابر دارد. بنابراين قطر استخوان مصنوعي ران در محل اتصال به گلوله را مي توان تا 26 ميلي متر کاهش داد. که اين کاهش باعث آسيب کمتر به بافت هاي اطراف محل جراحي در طي عمل جايگزيني استخوان مي شود.(شکل 3)

کاربردهاي ديگري که در آنها از امپلنت هاي زير کونيايي استفاده مي شود شامل موارد زيرمي شود:
1)مفصل زانوها
2)مفصل شانه
3)مفصل انگشتان
4)ايمپلنت هاي مربوط به نخاع
5)اجزاي دستگاه آندوسکوپي
6)و...

پوشش هاي سراميکي مورد استفاده در رهايش دارويي

MIVTherapeutics,Inc، يک مؤسسه ي هدايت کننده در زمينه ي توليد پوشش هاي زيست سازگار و سيستم هاي رهايش داروئي پيشرفته است که در مورد داروهاي قلبي و ديگر مواد دارورسان زيست سازگار کار مي کند. اين شرکت در حال توليد پوشش هايي بر پايه ي هيدروکسي آپاتيت(HAp) است. اين پوشش ها داراي يک ترکيب شبيه به استخوان هاي طبيعي هستند و داراي پتانسيل براي ايجاد تکنولوژي هاي رهايش دارويي پس از کاشت آنها در داخل بدن هستند. (البته هم اکنون نيز از اين پوشش ها در کاربردهاي چنيني بهره برده مي شود). اين غشاها با منافذ ميکرونيشان به نحوه اي ساخته شده اند که بسيار زيست سازگار هستند(حتي پس از خروج کامل دارو از اين غشاها).
در اين رابطه، عملکرد هيدروکسي آپاتيت(HAp) بسيار کامل تر از پوشش هاي پايه پليمري است. (در پوشش هاي پايه پليمري، دارو بايدتوانايي تحمل شرايط مختلف براي توليد پوشش را داشته باشد). همچنين غشاهاي بسيار بسيار نازک ساخته شده که باعث بهبود خواص سطحي امپلنت هاي فلزي مي شود. اين غشاهاي بسيار بسيار نازک در مکان هايي که شرايط کاري(چه از لحاظ نحوه قرارگيري دارو در غشا و يا شرايط نامطلوب محيط انجام کار در بدن) نامطلوب است، بسيار خوب عمل مي کنند. در شرايطي که از اين دارو براي بهبود کارکرد قلب استفاده شود. اين غشاها همچنين توان کاهش تنش هاي خستگي ناشي از ضربان قلب را دارند. و مي توانند قلب يک انسان را براي چند سال سالم نگه دارند.

لايه هاي کامپوزيتي براي درمان هاي ژنتيکي

سيستم انتقال ايمن و موثر براي ژن ها يک عامل کليدي در درمان هاي ژنتيکي و مهندسي بافت است. استفاده از عوامل ترکيبي حاصل از ذرات فسفات کلسيم با DNA مدت هاي مديدي است که متداول گشته است که علت آن سميت کم اين ذرات است. اين ذرات موجب تسهيل انتقالات ژني شده ولي بازده انتقال ژني اين عامل در مقايسه با عوامل ديگر مانند ترکيبات ليپيد/ DNA، بسيار کم و غير موثر است.
در تحقيقي که اخيراً انجام شده است نشان داده شده که انتقال ژني بر روي سطح DNA / لايه ي کامپوزيتي آپاتيت، حالتي ماکزيمم دارد. يک لايه ي کامپوزيتي از آپاتيت/ DNAرا به راحتي مي توان بر روي سطح يک کوپليمر وينيل الکل با اتيلن ساخت که اين کار توسط محققين ژاپني انجام شده است. اين کامپوزيت با حرکت بر روي DNA و به صورت محلي از خود ژن هايي را خارج مي کند. و بدين صورت درمان بوسيله ي ژن ها صورت مي گيرد.(American Society of Ceramics

تاريخ : جمعه بیست و یکم بهمن 1390 | 22:40 | نویسنده : ایمان رستگار
هشت فناوری نانویی برای منازل

پژوهشگران کشور با توسعه فناوری نانو موفق به عرضه 8 فناوری برای منازل شدند که این فناوریها شامل الیاف و گچ آب گریز، رنگهای عایق، یخچالها و سرامیکهای آنتی باکتریال و دستگاهی برای حذف آلاینده های آلی هوا می شود.
، فناوری‌ نانو واژه کلی است که به تمام فناوریهای پیشرفته در عرصه کار با مقیاس نانو اطلاق می ‌شود. معمولا منظور از مقیاس نانو ابعادی در حدود یک تا 100 نانومتر است.
استفاده از نانو ذرات موجب ایجاد خواص منحصر به فرد در محصولات نهایی می شود. از آن جمله می توان به دارورسانی هدفمند و ساده، بانداژهای بی ‌نیاز از تجدید، شناسایی زود هنگام و بی ‌ضرر سلولهای سرطانی و تجزیه آلاینده های محیط زیست اشاره کرد. همین قابلیت ها باعث شد تا محققان کشور مطالعاتی را در این حوزه انجام دهند و این فناوری را به زندگی مردم وارد کنند.
فناوریهایی که محققان کشور به وسیله نانو توانسته اند در ساخت وسایل کاربردی و استفاده در منازل از آنها استفاده کنند، شامل کاشی و سرامیک آنتی باکتریال، رنگهای عایق و ضدقارچ، شیشه هایی برای کاهش اثرات اشعه ماورا بنفش، سطل زباله آنتی باکتریال، دستگاه تصفیه هوا برای تجزیه آلاینده های آلی، یخچال آنتی باکتریال و الیاف و گچ آب گریز می شود.
کاشی و سرامیک آنتی باکتریال
پایه اصلی این نوع کاشی و سرامیک کامپوزیت است. به این ترتیب که مواد اولیه معدنی این کاشی و سرامیک به فرم نانو تبدیل و سپس در کوره قرار داده می شود و در نهایت محصولی با خاصیت ضد باکتری عرضه می شود.
رنگهای عایق و ضد قارچ
با استفاده از نانو ذرات نقره نوعی پوششهای خاص دارای رزین آکریلیک برپایه آب عرضه شده است که این رنگها علاوه بر سازگاری با محیط زیست می توانند به عنوان عایق حرارتی به کار روند همچنین رنگهای تولید شده در برابر خوردگی و رطوبت مقاوم است ضمن آنکه مانع رشد قارچها می شوند.
شیشه هایی برای کاهش اثرات اشعه ماورا بنفش
نوعی شیشه های رفلکسی با استفاده از اکسیدهای فلزی تولید شده است که قابلیت انعکاس نور خورشید را دارد. کنترل نور و حرارت خورشید و کاهش اشعه ماورا بنفش از مهمترین ویژگیهای این نوع شیشه است.
سطل زباله آنتی باکتریال
در تولید این سطل زباله نانو ذرات نقره به عنوان عاملی برای مبارزه با عوامل بیماری زا استفاده شده است.
دستگاه تصفیه هوا برای تجزیه آلاینده های آلی
در این دستگاه از سرامیکهای متخلخل سرامیک آلومینا که با نانو ذرات دی اکسید تیتانیوم پوشش داده شده است استفاده شد. این امر باعث می شود که هنگامی که هوا از میان این سرامیک عبور می کند، مولکولهای آلاینده و میکروارگانیزمها در مجاورت با نانو ذرات تجزیه می شوند.
این دستگاه همچنین بو و گازهای سمی را از بین می برد.
یخچال آنتی باکتریال
نانو نقره یکی از پرکاربردی ترین ذرات در حوزه فناوری نانو است که در بیشتر حوزه های این فناوری کاربرد دارد. با به کاربردن این نانو ذرات محققان موفق به عرضه یخچالهای ضد باکتری شدند که قابلیت از بین بردن ویرسها و باکتریها را دارد.
عرضه لوله های بی صدا برای انتقال فاضلاب
یکی از مکانیزمهای جذب صوت، بالا بردن چگالی اجسام است و بر این اساس پژوهشگران کشور با ساختارهای نانو نوعی لوله های بی صدا برای انتقال فاضلاب عرضه کردند.
الیاف و گچ آب گریز
فناوری نانو به کمک صنعت نساجی آمده است و به محققان کمک کرد تا الیاف آب گریز عرضه کنند. این فناوری همچنین منجر به عرضه نوعی گچ آب گریز شد.
منبع:مهر


تاريخ : جمعه بیست و یکم بهمن 1390 | 22:30 | نویسنده : ایمان رستگار
تعداد زيادي از انواع مختلف سراميک ها در کاربردهاي پزشکي استفاده مي شوند؛ که از امپلنت هاي استخواني (bone Implants) گرفته تا پمپ هاي زيستي (biomedical pumps) مورد استفاده در پزشکي از سراميک ها ساخته شده اند.
دندانپزشکي نيز با توليد دندان هاي سراميکي پيشرفت کرده است. اين دندانهاي سراميکي تطابق بيشتري با طبيعت بدن بيمار دارند و حالت هاي حرکتي صورت مانند لبخند زدن رابهبود مي دهند در آينده، علم سراميک، کاربردهايي در درمانهاي ژنتيک (gene therapy) و مهندسي بافت(tissue engineering) پيدا مي کند.

اميد تازه براي بيماران سرطان کبد بوسيله ي گلوله هاي شيشه اي

اخيراً معالجه اي براي سرطان کبد غير قابل جراحي استفاده شده است که مي تواند علائم اين بيماري را کاهش دهد. اما اين درمان نيازمند بستري شدن بيمار است که اين کار موجب پايين آمدن سطح کيفيت زندگي بيماران مي شود. براي مثال، شيمي درماني (chemotherapy) در اغلب موارد باعث بوجود آمدن حالت تهوع، استفراغ و ريختن موهاي بدن مي شود. به همين دليل، نياز براي درمان هاي جديد وجود دارد که آسودگي بيشتري براي بيماران داشته باشد و آنها بتواند به صورت سرپايي درمان شوند و همچنين اثرات کمتري از روش درماني نيز داشته باشند(عوارض روش ها کم تر شود) و البته چيز مهم تر اين است که عمر متوسط بيماراني که از سرطان کبد رنج مي برند، بسيار کوتاه است و معمولاً اين مدت کمتر از 1 سال است. ميکروکره هاي شيشه اي (Glass microspheres) که در شکل 1 نشان داده شده است، در اصل در دانشگاه Missouri-Rolla ، مورد استفاده قرار گرفت و پس از تصديق FDA (اداره ي کل دارو و غذايي ايالات متحده ي آمريکا)، براي درمان بيماران داراي سرطان کبد(بيماران در مراحل ابتدايي) در 29 بيمارستان در آمريکا مورد استفاده قرار گرفته است. که به اين روش درماني TheraSpheredTM مي گويند.

در واقع گلوله هاي ميکروني بوسيله ي اکتيواسيون نوتروني انجام شده در داخل راکتور هسته اي، راديواکتيو مي شوند. سپس اين گلوله هاي ميکروني که تقريباً به اندازه ي يک سوم قطر موي انسان هستند، از طريق گذرگاهي به داخل شرياني که خون تومر سرطاني را مهيا مي کند، فرستاده مي شوند. تابش راديواکتيو، تومرهاي زيان را با کمترين آسيب به بافت هاي سالم بدن، تخريب مي کند. درمان تقريباً در کمتر از يک ساعت انجام مي شود و بيمار مي تواند در همان روز به خانه برود. اثرات جانبي نيز عموماً کمترين مقدار است و تنها بيمار اندکي خسته مي شود که اين خستگي نيز پس از چندين هفته با از بين رفتن مواد پرتوزا در بدن، از بين مي رود. در اکثر بيماران تنها يک بار تزريق انجام مي شود، اما بيماراني وجود دارند که چند بار عمل تزريق دارو در آنها انجام مي شود.
افزايش تعداد افرادي که تحت درمان واقع شده اند و هنوز زنده اند، گواهي از افزايش عمر متوسط اين افراد است. البته اسنادي وجود دارد که نشان مي دهد برخي از بيماران تا 8 سال پس از درمان نيز به زندگي خود ادامه داده اند.
اين گلوله ها، پتانسيل استفاده شدن براي درمان ديگرانواع سرطان مانند کليه، مغز و پروستات و درمان التهاب هاي روماتيسمي را دارند.

بست هاي سراميکي خنده هاي Tom Cruise را زيباتر کرده اند

بست هاي ارتودنسي، يک نوع وسيله براي صاف کردن دندان هاست که بواسطه ي آن دندان ها با سيم و قسمت هاي فلزي صاف مي شوند. اين روش باعث زيبا تر شدن لبخند افراد مي شود(همانگونه که در شکل 2ديده مي شود). افراد زيادي تمايل به انجام اين روش براي صاف کردن دندانهايشان دارند. ولي بدليل اينکه اتصالات و سيم هاي مورد استفاده براي اين کار از جنس فلز هستند، بسيار جلب توجه کرده واز اين جهت بسياري از افراد از انجام اين روش منصرف مي شوند. براي همين، تحقيقات ارتودنسي بر روي موادي متمرکز شد که از لحاظ اپتيکي نامرئي باشند. واين گونه بود که بست هاي سرامييک متولد شدند (در شکل 2 مي بينيد که اين نوع بست ها تقريباً نامرئي هستند). اين نوع بست هاي سراميکي لبخند زيباتري را به انسان هديه مي کنند. آلوميناي پلي کريستال شفاف(TPA)در اصل بوسيله ي ناسا(NASA)شناسايي شد. کمپاني هاي Ceradyne و Unitek به صورت مشترک بر روي ساخت بست هاي آلومينايي (پلي کريستال وشفاف) کار کردند. و نتيجه ي کار آنها توليد بست هاي سراميکي بود که وظايف بست هاي فلزي را به خوبي انجام مي دادند. بست هاي سراميکي مانند نوع فلزيش کار مي کردند ولي هنگامي که از يک فاصله نرمال به آنها نگاه مي کنيد، تقريباً نامرئي هستند.

به دليل اينکه مواد مورد استفاده در ساخت بست هاي سراميکي بدون تخلخل و با خلوص بالايي (تقريباً 99/9%)هستند، اين وسايل جرم و رنگ نيز به خود نمي گيرند.
جايگزين هاي استخوان ران قوي تر شده اند
در طي 20 سال گذشته، افزايش قابل توجه در استفاده از مواد سراميکي براي توليد امپلنت ها انجام شده است، مواد سراميکي هم تافنس خوبي دارند و هم مستحکم هستند. همچنين اين مواد از لحاظ زيستي نيز خنثي بوده و سرعت سايش کمي دارند. يک نمونه ي استثنايي از اين اکسيدها، زيرکونيا نام دارد. که اکنون جايگزين آلومينا در بسياري از کاربردها مانند گلوله ي استخوان ران و استخوان ران شده است. استخوان مصنوعي ران از جنس زيرکونيا در مقايسه بانوع آلومينايي خود، استحکامي دو برابر دارد. بنابراين قطر استخوان مصنوعي ران در محل اتصال به گلوله را مي توان تا 26 ميلي متر کاهش داد. که اين کاهش باعث آسيب کمتر به بافت هاي اطراف محل جراحي در طي عمل جايگزيني استخوان مي شود.(شکل 3)

کاربردهاي ديگري که در آنها از امپلنت هاي زير کونيايي استفاده مي شود شامل موارد زيرمي شود:
1)مفصل زانوها
2)مفصل شانه
3)مفصل انگشتان
4)ايمپلنت هاي مربوط به نخاع
5)اجزاي دستگاه آندوسکوپي
6)و...

پوشش هاي سراميکي مورد استفاده در رهايش دارويي

MIVTherapeutics,Inc، يک مؤسسه ي هدايت کننده در زمينه ي توليد پوشش هاي زيست سازگار و سيستم هاي رهايش داروئي پيشرفته است که در مورد داروهاي قلبي و ديگر مواد دارورسان زيست سازگار کار مي کند. اين شرکت در حال توليد پوشش هايي بر پايه ي هيدروکسي آپاتيت(HAp) است. اين پوشش ها داراي يک ترکيب شبيه به استخوان هاي طبيعي هستند و داراي پتانسيل براي ايجاد تکنولوژي هاي رهايش دارويي پس از کاشت آنها در داخل بدن هستند. (البته هم اکنون نيز از اين پوشش ها در کاربردهاي چنيني بهره برده مي شود). اين غشاها با منافذ ميکرونيشان به نحوه اي ساخته شده اند که بسيار زيست سازگار هستند(حتي پس از خروج کامل دارو از اين غشاها).
در اين رابطه، عملکرد هيدروکسي آپاتيت(HAp) بسيار کامل تر از پوشش هاي پايه پليمري است. (در پوشش هاي پايه پليمري، دارو بايدتوانايي تحمل شرايط مختلف براي توليد پوشش را داشته باشد). همچنين غشاهاي بسيار بسيار نازک ساخته شده که باعث بهبود خواص سطحي امپلنت هاي فلزي مي شود. اين غشاهاي بسيار بسيار نازک در مکان هايي که شرايط کاري(چه از لحاظ نحوه قرارگيري دارو در غشا و يا شرايط نامطلوب محيط انجام کار در بدن) نامطلوب است، بسيار خوب عمل مي کنند. در شرايطي که از اين دارو براي بهبود کارکرد قلب استفاده شود. اين غشاها همچنين توان کاهش تنش هاي خستگي ناشي از ضربان قلب را دارند. و مي توانند قلب يک انسان را براي چند سال سالم نگه دارند.

لايه هاي کامپوزيتي براي درمان هاي ژنتيکي

سيستم انتقال ايمن و موثر براي ژن ها يک عامل کليدي در درمان هاي ژنتيکي و مهندسي بافت است. استفاده از عوامل ترکيبي حاصل از ذرات فسفات کلسيم با DNA مدت هاي مديدي است که متداول گشته است که علت آن سميت کم اين ذرات است. اين ذرات موجب تسهيل انتقالات ژني شده ولي بازده انتقال ژني اين عامل در مقايسه با عوامل ديگر مانند ترکيبات ليپيد/ DNA، بسيار کم و غير موثر است.
در تحقيقي که اخيراً انجام شده است نشان داده شده که انتقال ژني بر روي سطح DNA / لايه ي کامپوزيتي آپاتيت، حالتي ماکزيمم دارد. يک لايه ي کامپوزيتي از آپاتيت/ DNAرا به راحتي مي توان بر روي سطح يک کوپليمر وينيل الکل با اتيلن ساخت که اين کار توسط محققين ژاپني انجام شده است. اين کامپوزيت با حرکت بر روي DNA و به صورت محلي از خود ژن هايي را خارج مي کند. و بدين صورت درمان بوسيله ي ژن ها صورت مي گيرد.(American Society of Ceramics

تاريخ : جمعه بیست و یکم بهمن 1390 | 22:28 | نویسنده : ایمان رستگار
کاربرد سرامیک در علم پزشکی

سراميک­ها، اين مواد دست‌ساختة بشر، از ابتداي تاريخ تمدن تا به امروز توانسته‌اند مواد بسيار مفيدي را در اختيار انسان­ها قرار دهند. از سفالينه‌هاي هزاران سال قبل تا راکتورهاي هسته‌اي و اخيراً نيز محافظ سفينه‌هاي فضايي و غيره يکي از کاربردهاي مواد سراميکي که در ارتباط نزديک با زندگي بشر است، شامل بکارگيري قطعات سراميکي در بدن انسان مي‌باشد. به اين دسته از سراميک­ها "بيوسراميک (Bio-ceramic)" گويند. اين دسته از سراميک­ها اهميت فراواني در زندگي روزمره يافته­اند. البته استفاده از مواد مختلف بعنوان "ايمپلانت (implant)" به دورة قبل از ميلاد مسيح بر مي­گردد. اما از اواخر قرن نوزدهم، در اثر پيشرفت و افزايش اطلاعات پزشکي در اين مورد کوشش­هاي جدي انجام گرفت. اولين مواد مصرفي بعنوان ايمپلانت، ترکيبي از برنج و مس بود که بدليل خوردگي شديد اين مواد در بدن، استفاده آنها با شکست مواجه شده است. از آنجايي که در پزشکي مدرن ضرورت استفاده از مواد مختلف به منظور ترميم عيوب بدن انسان احساس مي‌شد، پليمريست­ها گسترة وسيعي از اين مواد را براي استفاده به جامعه پزشکي معرفي کردند و متالورژها نيز با استفاده از آلياژهاي جديد و متفاوت، قطعات ارتوپديک بسياري براي بدن ساختند. اما حتي اين مواد نيز بعلت خوردگي شيميايي در بدن ايجاد عارضه مي­کرد؛ حال آنكه بسياري از ايمپلانت­ها، مانند اتصال مصنوعي در مفاصل ران، بايستي براي هميشه در بدن انسان باقي مي‌ماند. از اين رو، پژوهشگران براي دستيابي به موادي با مشخصات بهتر به دنياي سراميک راه پيدا کردند. هيچ ماده‌اي که در بدن انسان جايگذاري شود کاملاً خنثي نيست. با اين وجود، خوردگي سراميک­ها بدليل ماهيت ذاتيشان خيلي کمتر از فلزات است. پيشرفت­هاي وسيع در علم سراميک منجر به دستيابي به موادي با خواص شيميايي، فيزيکي و مکانيکي متفاوت و متنوع شد که مي‌توانند خواص خود را براي مدت زمان طولاني در بدن موجود زنده حفظ کنند. بعضي از اين مواد عبارتند از: آلومينا، کربن پيروليتيک و زجاجي، فسفات­هاي کلسيم و سديم و غيره.
خصوصياتي که يک ايمپلانت دايمي سراميکي بايد داشته باشد بطور خلاصه در زير آمده است:

 1- سازگاري بيولوژيکي: عموماً مواد ايمپلانت بايد با بافت­هاي بدن سازگاري داشته باشند و ايجاد حساسيت و مسموميت نکنند. 2
-عدم خوردگي: در بدن موجود زنده خوردگي بيولوژيکي روي ندهد.
3- کارايي در عملکرد: بايد بتواند به نحو مطلوب وظيفه‌اي را که در هر نقطه از بدن بر عهده آن قرار مي­دهند بخوبي انجام دهد.
4- قابليت استريليزه شدن: قابليت استريل و ضدعفوني شدن را داشته باشد، بدون اينکه تغييري در ترکيب آن ايجاد کند. يا باعث تغيير خواص فيزيکي و شيميايي شود. 5-قابليت دسترسي: قابل دسترس بوده و براحتي توليد شود. امتياز سراميک­ها بعنوان مواد زيستي بدليل سازگاري آنها با محيط فيزيولوژيکي است و اين سازگاري بدليل وجود يونهايي مشابه با يونهاي موجود در آن محيط، مثل کلسيم، پتاسيم، منيزيم و سديم است.
تحقيقات انجام شده در آزمايشگاه و روي بدن موجود زنده روي مواد زير متمرکز شده است:
کربن، اکسيدآلومينيم، هيدروکسيد آپاتيت، فسفات تري­کلسيم، ترکيبات شيشه‌اي و غيره که جالب‌ توجه‌ترين اين مواد عبارتنداز: دريچه‌هاي قلبي مصنوعي، زانوي ارتوپديک (استخوان و مفاصل)، موادي که براي ترميم و بازسازي جاي دندان در فک بکار مي­روند، موادي که به­وسيله آنها از راه پوست مي‌توان با داخل بدن ارتباط پيدا کرد، مفصل ران پروستتيک، پيهاي مصنوعي و غيره.
اين مواد با توجه به نوع فعاليتشان در محيط به 3 دسته تقسيم مي‌شوند:
1- مواد سراميکي خنثي: مانند آلومينا و کربن
 2- مواد سراميکي با سطح فعال: مانند هيدروکسيد آپاتيت و بيوگلاس­ها
 3- مواد سراميکي قابل جذب: مانند فسفات کلسيم

تاريخ : جمعه بیست و یکم بهمن 1390 | 22:26 | نویسنده : ایمان رستگار
تهران- رييس انجمن سراميک ايران روز چهارشنبه گفت: نياز امروز کشور به سراميک هاي نوين در حوزه هاي دفاعي، هسته اي، نانوفناوري و زيست فناوري بسيار زياد است .

به گزارش خبرنگار علمي ايرنا، دکتر"حسين سرپولکي" در حاشيه افتتاح هشتمين کنگره سراسري سراميک ايران و در گفت و گو با خبرنگار علمي ايرنا اظهار داشت: سراميک در گذشته يک بخش هنري وسنتي محسوب مي شد اما در سه دهه گذشته اين علم جايگاه علمي و صنعتي خود را پيدا کرده و از نظر علمي داراي کاربرد مهندسي و کاملا توسعه يافته اي شده است.


وي افزود:با حمايت دولت و سرمايه گذاري هاي زياد در بخش صنعت از سه دهه گذشته تاکنون بخش سراميک کشور داراي پيشرفت هاي چشمگيري شده است و امروزه شاهد توليد چيني، کاشي، شيشه و کاشي نسوز در کشور هستيم.


سرپولکي با اشاره به قانون هدفمند کردن يارانه ها و اصلاح قيمت حامل هاي انرژي خاطرنشان کرد: دولت مي بايست راهکارهايي را براي جبران هزينه افزوده ارايه کند و در اين راستا پيشنهاد مي کنيم واحدهاي توليدي به سمت توليد سراميک هايي با ارزش افزوده بالاتر حرکت کنند که در اين نوع سراميک ها قيمت هر کيلوگرم آن چندين برابر سراميک هاي صادراتي امروز کشور است.


وي تاکيد کرد: بايستي نهضتي را در جهت توليد سراميک ها داشته باشيم و سرمايه گذاران را به روش هاي حمايتي براي سرمايه گذاري در حوزه سراميک هاي مهندسي نوين و پيشرفته تشويق کنيم .


سرپولکي خاطرنشان کرد: هم اکنون پژوهشگاه هاي مختلفي مانند مواد و انرژي، پژوهشکده هاي دفاعي و پژوهشکده هاي نفت در اين حوزه فعاليت هاي علمي خود را آغاز کرده اند و با دانشگاه هاي کشور و انجمن هاي داخلي بزودي اين کمبود و نيازهاي داخلي را رفع خواهند کرد.


هشتمين کنگره سراسري سراميک ايران روزهاي 13 و 14 ارديبهشت در دانشگاه علم و صنعت ايران برگزار مي شود.



تاريخ : جمعه بیست و یکم بهمن 1390 | 22:21 | نویسنده : ایمان رستگار
 

مادربوردی نظامی از جنس سرامیک!!
مادربوردی نظامی از جنس سرامیک!!
شركت اسوس در سال گذشته یک مادربورد مفهومی به نامMarine Cool را معرفی كرد، که تحسین همگان را برانگیخت.

این مادربورد دارای ویژگی‌های منحصر به فردی بود که تا به حال در هیچ مادربوردی دیده نشده بود. از جمله ویژگی‌های این مادربورد می‌توان به UPS مجتمع روی بورد و استفاده از مواد سرامیک در سیستم خنک‌کننده اشاره کرد.

این شرکت مادربوردهایی را با نام SABERTOOTH معرفی كرد که از برخی ویژگی‌های محصولات سریMarine Cool بهره می‌برند. یکی از مدل‌های این مادربورد‌ها مدل SABERTOOTH 55i است که چند ماه قبل اسوس آن را روانه بازار كرد.

اكنون اسوس به علت محبوبیت روز افزون این سری از مادربورد‌ها مدل جدیدی از ان را مبتنی بر سوكت LGA 1366 و با نام SABERTOOTH X58 به بازار عرضه كرده است. این مدل از سری TUF اسوس است که به تازگی معرفی شده است.

مادربورد‌های سری TUF به طور كلی برای کاربردهای بسیار سنگین طراحی شده‌اند و دارای بالاترین میزان کارایی و ماندگاری هستند، به طوری که 7 روز هفته و به صورت 24 ساعته می‌تواند در حداكثر فشار كاری فعالیت كنند.

همچنین این سری از مادربورد‌ها باید تست‌های استرس بسیار سخت و دشواری را تحمل کنند. به همین دلیل این سری از مادربورد‌ها از عمر بسیار بالاتری نسبت به مادربورد‌های معمولی برخوردار هستند.

اما یکی دیگر از ویژگی‌های جالب این بورد سیستم خنک‌کننده آن است. همانطور که پیش‌تر بدان اشاره شد در سیستم خنک‌کننده این بورد از مواد سرامیک استفاده شده است. وجود سرامیک باعث می‌شود تا مقاومت حرارتی بالاتر رفته و در عین حال دفع گرما بسیار بهتر نسبت به قبل انجام شود.

همچنین این مادربورد می‌تواند یک انتخاب عالی برای سرورها، کاربردهای‌حرفه‌ای و کاربردهایی که به شرایط سختی نیاز دارد، باشد. لازم به ذکر است سرامیک تا کنون در سیستم خنک‌کننده هیچ مادربورد دیگری استفاده نشده است و اسوس اولین شرکتی است که از این ماده در سیستم خنک‌کننده مادربورد خود استفاده كرده است.

اما یکی دیگر از نکات جالب این مادربورد، دریافت تأییدیه نظامی است. بدین ترتیب که تمامی خازن‌های جامد، MOSFET و چوك‌ها تحت تست‌های بسیار سخت و دشواری که توسط ارتش آمریکا در مورد قطعات الکترونیکی تعیین شده است، قرار گرفته و توانسته است این تست‌ها را با موفقیت پشت سر بگذارد


  • دانلود فیلم
  • قالب وبلاگ