مرکز انجمنهای تخصصی

 ارتقاي بازده ابزارهاي الکترونيکي با نانوتورهاي ساخته‌شده از نانوسيم‌ 
شيمي‌دانانِ کالجِ بوستون با استفاده از دو عنصر نسبتاً ارزان و فراوان، تورهاي نانومقياس توليد نموده‌اند. اين نانوتورها، تارهاي بافته‌شدة انعطاف‌پذيري از سيم‌هاي نانومقياس هستند که مساحت سطح ابزارها را چند برابر مي‌کنند. اين افزايش سطح براي ارتقاي کارايي سيم‌ها در کاربردهاي الکترونيک و انرژي، امري ضروري است.
پروفسور دونوي وانگ از دانشگاه مذکور و گروهش، سيم‌هايي از تيتانيوم و سيليکون را در قالب يک شبکة دوبعدي از شاخه‌ها(که شبيه يک تور مستطيلي و هموار بود) رشد دادند. اين گروه با ساخت نانوتورها، بر يکي از چالش‌هاي قديمي در مهندسي نانو فائق آمده‌اند و آن، ساخت ماده‌اي بسيار نازک است که به‌رغم ضخامت بسيار کم، بايد پيچيدگي خود را حفظ كند و ساختمان آن به اندازه‌اي بزرگ يا طويل باشد که بتواند يک بار الکتريکي را به شکل مؤثري منتقل کند.
وانگ در اين باره گفت:«ما قصد داشتيم تا يک ساختار نانويي بسازيم که برخلاف ساير ساختارها، مساحت سطح نسبتاً بزرگي داشته باشد. هدف ما افزايش مساحت سطح و حفظ يکپارچگي ساختاري مواد بدون فدا کردن مساحت سطح و متعاقباً ارتقاي کارايي است.» بنا به اظهارت وانگ و همکارانش، اين نانوتورها به‌طور خودبه‌خود به روش پايين‌ـ‌بالا و بدون نياز به هيچ گونه کاتاليستي رشد کرده و ساخته شدند. ساختار‌هاي نانويي پايه‌اي معمولاً در صفر و يا يک بعد ساخته مي‌شوند، پيچيده‌ترين ساختارها در سه بعد ساخته مي‌شود و شکلي مشابه با شاخه‌هاي يک درخت دارند. وانگ و گروهش با تمرکز بر روي دو بعد، تارهايي توليد نمودند که شبيه يک درخت با تمام شاخه‌هاي آن بود و شاخه‌ها در جهت عمود بر تنه رشد مي‌کردند.
پيش از اين ثابت شده‌است که دي‌سيليسيد تيتانيوم(TiSi[SUB]2[/SUB]) محدودة وسيعي از طول‌ موج‌هاي نور خورشيد را جذب مي‌کند. رسانايي اين مادة ارزان، تحسين وانگ را برانگيخته‌است. دي‌سيليسيد تيتانيوم کاربردهاي بسياري چون فوتوکاتاليست براي تجزية آب، ذخيره‌سازي گاز، جداسازي هيدروژن از اکسيژن و توليد هيدروژن براي مصارف سوختي دارد. بنا به اظهارات وانگ، آزمايش‌ها نشان داد که با به‌کارگيري از نانوتورها و به‌دليل اتصالات باکيفيت آنها، قابليت رسانايي الکتريسيتة اين ماده ارتقا مي‌يابد و از اين رو، مي‌توان از نانوتورها در کاربردهايي چون الکترونيک و انرژي بهره گرفت.
وانگ در خصوص سمت ‌و سوي فعاليت‌هاي گروه گفت:«کشف اين ساختار منحصربه‌فرد ما را هيجان‌زده کرده‌است و تاکنون ما تلاش کرده‌ايم تا دريابيم که اين نانوتور به چه ميزان کارايي موادي را داراست که پيش از اين در کاربردهاي الکترونيک و انرژي پاک استفاده شده‌اند».
نتايج اين تحقيق در نشرية Angewandte Chemie به چاپ رسيده‌است.

[/IMG]

[External Link Removed for Guests]
[External Link Removed for Guests]

 قرارگرفتن بارها بر روي قفسه‌هاي گرافني 
محققاني از ايالات متحده امريکا توانسته‌اند با استفاده از گرافن، کارايي دستة خاصي از ابزارهاي ذخيره‌سازي انرژي‌ را ارتقا دهند. اين ابزارها مي‌توانند جايگزين باتري‌ها در خودروهاي الکتريکي شوند.
رود روف و همکارانش از دانشگاه تگزاس در اوستين مي‌گويند که مي‌توان با بهره‌گيري از مساحت سطح بسيار زياد گرافن، مقادير بيشتري از بار را در يک ابرخازن(ابزاري که مزاياي يک خازن و يک باتري را با همديگر ادغام مي‌کند) ذخيره کرد.
باتري‌ها انرژي شيميايي را با سرعت پاييني ذخيره و آزاد مي‌کنند و به مرور زمان، کارايي خود را از دست مي‌دهند؛ اما قادرند مقادير بسيار زيادي از بار را در خود ذخيره کنند. از سوي ديگر خازن‌هاي معمولي، بار الکتريکي را با سرعت بسيار زيادي ذخيره و آزاد مي‌کنند اما قادر به ذخيرة مقاديري زيادي از بار نيستند. ظرفيت ذخيره‌سازي فوق‌خازن‌ها چند هزار برابر بزرگ‌تر از خازن‌هاي معمولي است؛ اما با وجود اين، هنوز براي رقابت با باتري، نياز به ارتقا دارند. روف مي‌گويد:«اگر ما بتوانيم چگالي انرژي يک فوق ‌خازن را به حد يک باتري اسيدي سربي برسانيم يک گام بسيار بزرگ به‌سمت جلو برداشته‌ايم و شايد به‌وسيلة گرافن بتوان به اين امر تحقق بخشيد.»
ابرخازن‌ها به‌وسيلة الکترودهاي معلقي که مساحت سطح بالايي دارند(همانند کربن بسيار متخلخل) و در يک الکتروليت قرار گرفته‌اند، عمل مي‌کنند. هنگامي که اين الکترود با يون‌ها يا الکترون‌ها، باردار مي‌گردد الکتروليت، قطبيده شده و به‌تبع آن، يون‌هاي بار مخالف بر روي سطح الکترود مي‌نشينند و به اين ترتيب، يک بار الکتريکي بسيار چگال در درون الکترود ايجاد مي‌کنند.
روف در اين باره گفت:«از آنجا که گرافن، مساحت سطح بسيار بالايي دارد؛ اگر از تمام اين مساحت براي قطبيده ‌کردن الکتروليت استفاده شود تعداد بارهايي که مي‌توان بر روي آن انباشت، بسيار زياد خواهد بود.» اين گروه براي ساخت گرافن از روش شيميايي‌اي که پيش از اين ابداع شده بود، استفاده کردند. آنها اکسيد گرافيت را به شکل نوارهاي نازکي درآوردند، سپس با حذف اکسيد، صفحات گرافن را توليد نمودند. اين گروه پس از آن الکتروليتي مانند هيدروکسيد پتاسيم را با اين صفحات انعطاف‌پذير ادغام کردند و به اين ترتيب، فوق‌ خازني با ظرفيت ۱۳۵ فاراد به ازاي هر گرم مادة مصرفي ساختند(اين ميزان با ظرفيت فوق‌ خازن‌هاي خوب کنوني قابل ‌مقايسه است.) بنا به اظهارات روف، پيش‌بيني‌هاي نظري نشان مي‌دهند که قابليت گرافن براي ذخيره‌سازي بار الکتريکي مي‌تواند حدود دو برابر بيشتر از مواد تجاري کنوني باشد.
اخيراً تمايل بسيار زياد و فزاينده‌اي به استفاده از الکترودهاي نانولوله‌اي کربني در ساخت فوق ‌خازن‌ها ايجاد شده‌است؛ اما روف معتقد است که گرافن مي‌تواند بر اين مواد فائق آيد:«در هنگام استفاده از نانولوله‌ها ممکن است بيشتر مساحت سطحِ بخش دروني نانولوله به الکتروليت دسترسي نداشته باشد.»
مايک بارنز‌ـ که در دانشگاه منچستر به بررسي بر روي فوق ‌خازن‌ها مشغول است ‌ـ تحت‌ تأثير ابزار گرافني روف قرار گرفته‌است. وي مي‌گويد:«سيستم مورد استفادة آنها، حتي در مراحل اولية تحقيق، نتايج بسيار خوبي را از خود نشان داده‌است.»
نتايج اين پژوهش در نشرية .Nano Lett به چاپ رسيده‌است.




[External Link Removed for Guests]
[External Link Removed for Guests]

 استفاده از گرافن در ساخت نوع جديدي از ابرخازن‌ها 
طبق اعلام اتحاديه انرژي بادي آمريکا، نصب توربين‌هاي بادي در آمريکا در سال 2007 حدود 45 درصد رشد داشته‌است که در صورت ادامه يافتن اين روند کل توليد انرژي فقط از طريق توربين‌هاي بادي ظرف 20 سال آينده چيزي معادل کل توليد برق تمام منابع توليد برق در سال 2007 خواهد بود؛ اما آنچه اين روند را با چالش روبه‌رو مي‌کند چگونگي ذخيره برق توليد‌شده است.
همينك ذخيره برق به دو شيوه عمده انجام مي‌شود: يکي استفاده از باتري‌هاي قابل شارژ و ديگري ابرخازن‌ها. با توجه به مزاياي فراوان ابرخازن‌ها؛ از قبيل قابليت بيشتري که در ذخيره برق دارند؛ سبکي و طو ل عمر بيشتر؛ محدوده دمايي گسترده‌تر؛ انعطاف‌پذيري بيشتر در بسته‌بندي و نياز کمتر به تعمير و نگهداري، کاربرد گسترده‌اي در ذخيره و توليد انرژي دارند. از اين دستگاه‌ها يا مستقيماً استفاده شده و يا اينکه به‌عنوان منبع تغذيه‌هاي اوليه و يا همراه با باتري و پيل‌هاي خورشيدي مورد استفاده قرار مي‌گيرند.
در همين مسير دانشمندان دانشگاه تگزاس آمريکا به دستاوردي جديد در زمينه ذخيره انرژي الکتريکي در اين ابرخازن‌ها دست يافتند. آنها موفق شدند با استفاده از ساختارهاي گرافني(نوعي کربن است) ميزان ذخيره انرژي الکتريکي را در ابرخازن‌هاي معمولي تا دو برابر افزايش دهند و به اين ترتيب امکان استفاده گسترده از منابع تجديدپذير مثل باد و انرژي خورشيدي در توليد برق ‌ـ که سابق بر اين به‌دليل مشکل ذخيره انرژي امکان‌پذير نبود‌ ـ فراهم مي‌شود.
پروفسور راد روف، استاد مهندسي مکانيک و متخصص شيمي فيزيک، در اين باره مي‌گويد:«در اين شيوه جديد جريان الکتريکي ايجادشده، بر اثر ذخيره و رها شدن سريع بارها روي صفحات گرافني مي‌تواند تا دو برابر جريان توليدشده در شيوه‌هاي معمولي ذخيره انرژي افزايش ياد.»
آنها با تهيه نوع کاملاً اصلاح‌شده‌اي از گرافن و استفاده از چندين نوع الکتروليت معمولي، موفق به ساخت پيل‌هاي ابرخازني گرافني شدند. اين روش به گونه‌اي طراحي شده بود که تمام سطح کربني با الکتروليت در تماس باشد، همچنين مساحت سطح 2630 m2/g(تقريباً به اندازه سطح يک زمين فوتبال که در 500/1 پوند از ماده جمع شده باشد)، به معناي آن است که بيشتر شدن بارهاي مثبت و منفي در الکتروليت مي‌تواند لايه‌اي را روي صفحات گرافني تشکيل داده، منجر به ايجاد ذخيره باري استثنايي شود.
به کمک اين فناوري کارايي و عملکرد خودروها، اتوبوس‌ها، قطارهاي شهري و بين شهري هيبريدي و برقي بهبود مي‌يابد. حتي وسايل مصرفي روزانه ادارات مانند دستگاه‌هاي تکثير يا تلفن‌هاي همراه نيز از اين فناوري بي‌بهره نخواهند بود.
اين محققان اميدوارند به‌زودي توربين‌هاي بادي زيادي در آمريکا و ساير نقاط جهان کار گذاشته شده، از آنها در تأمين انرژي الکتريکي استفاده شود.
گفتني است نتايج يافته‌هاي اين دانشمندان در شماره 8 اکتبر نشريه Nano Letters منتشر شد.

[External Link Removed for Guests]
[External Link Removed for Guests]

 ساخت نانوذرات جاذب امواج راديويي  

محققان امريکايي موفق به ساخت نانوذرات کبالتي شده‌اند كه روكش آن از گرافيت است. اين ذرات مي‌توانند امواج راديويي با طول موج کوتاه را جذب کرده، به‌صورت گرما در محل تومور پس ‌‌‌‌دهند. اين عمل باعث مرگ سلول‌‌‌‌هاي سرطاني مي‌‌‌‌شود.

قطع قسمت با امواج راديويي(RF ablat ion نوعي درمان براي سرطان است. در اين روش سوزني نازک از طريق پوست به داخل تومور راه يافته، باعث تخريب گرمايي در منطقه مي‌‌‌‌شود. از مشکلات اين روش تخريب يك محدودة سه تا پنج سانتي‌‌‌‌متري است كه جراح انجام مي‌دهد؛ اين محدوده هم شامل تومور و هم شامل بافت معمولي مي‌‌‌‌شود. همچنين در 5 تا 40 درصد از موارد، تخريب کامل تومور صورت نمي‌‌‌‌گيرد و در 10 درصد از بيماران عوارض بعدي ايجاد مي‌‌‌‌شود. اين روش فقط در مورد سرطان کبد، کليه، سينه، ريه و استخوان کاربرد دارد.

دانشمندان با کمک فناوري‌نانو توانستند اين روش را بهبود بخشند؛ روش جديد با اين ايده شکل گرفت كه اگر بتوان ماده‌‌‌‌اي را که در ميدان امواج راديويي، از خود گرما آزاد مي‌‌‌‌کند، به سايت اختصاصي تومور رساند، درمان با امواج راديويي(RF) در هر جاي بدن عملي است. تحقيقات در اين زمينه بيشتر با نانوطلا صورت گرفته؛ زيرا به‌راحتي ساخته شده، به سلول‌‌‌‌هاي سرطاني متصل مي‌‌‌‌شود، همچنين نانولوله‌‌‌‌هاي کربني هم نتايج خوبي در استفاده در اين روش به دست داده‌‌‌‌اند.

هم‌اکنون دانشمندان نانوذرةي جديدي ساخته‌‌‌‌اند که جاذب عالي امواج راديويي است و گرماي کافي براي تخريب سلول‌‌‌‌هاي سرطاني ايجاد مي‌‌‌‌کند و نسبتاً سايتوتوکسيسيته‌‌‌‌ کمي دارد و توان جذب امواج RF را با طول موج کوتاه دارد. اين امواج مي‌توانند به‌خوبي در بدن جانداران نفوذ کنند.

دانشمندان در اين روش جديد از نانوذرات فرومغناطيسي کبالت با پوشش گرافيتي استفاده کردند. اين ذرات باعث القاء مرگ در 98 درصد از سلول‌‌‌‌هاي سرطاني در محل مي‌‌‌‌شود. محققان دريافتند که اين افزايش کلي دما نيست که باعث مرگ سلولي مي‌‌‌‌شود؛ بلکه تخريب داخلي ايجادشده به‌وسيلة نانوذرات مسئول اين مرگ است. اين نانوذرات مي‌‌‌‌توانند از غشاهاي سلولي مختلف عبور کرده، به هسته برسند و پس از ورود ذرات به سيتوپلاسم، به دور غشاي هسته گرد هم مي‌‌‌‌آيند و تعداد کمي وارد هسته مي‌‌‌‌شوند.

به عقيدة پژوهشگران گرمايي كه نانوذرات توليد مي‌كنند، سلول را به‌سمت مرگ برنامه‌‌‌‌ريزي‌شده‌اي پيش مي‌‌‌‌برد، سپس تجزية سلولي رخ مي‌‌‌‌دهد. در واقع تفکيک اجزاي سلولي از قبيل هسته، غشاي هسته، DNA در سلول‌ها به عنوان کد ساخت پروتئين‌ها استفاده مي‌شود. DNA اثر اصلي گرماي القاشده از سوي نانوذرات کبالت است.   نمودار شمایی Hela cell در فرایند نابودی سلول با C–Co-NPs تحت برانگیختگی فرکانس رادیویی.

تصویر میکروسکوپی نورتابی (Fluorescence) از Hela cell
(برای اطلاعات بیشتر به مرجع 2 مراجعه نمایید) 

[External Link Removed for Guests]
[External Link Removed for Guests]

 پيشرفت بزرگ در تصفيه و جداسازي نانوميله‌هاي تصفيه‌کننده  

گروهي از شيمي‌دانان دانشگاه رايس، روش جديدي را براي توليد نانوميله‌هاي طلايي بسيار خالص کشف کرده‌اند. اين مواد، نانوذراتِ عصاشکل بسيار کوچکي هستند و هم‌اکنون کاربردهايشان(تشخيص بيماري و ارتقاي پرده‌هاي نمايش الکترونيکي) در بسياري از آزمايشگاه‌ها در سطح دنيا، در دست بررسي است.

كاشف اين روش به نام اوگن زوبارف، يک استاديار شيمي دانشگاه رايس، و همکارش بيشنو خانال، يک دانشجوي کارشناسي ارشد، است. روش جديدِ تصفية زوبارف، بيش از ۹۹ درصد از ناخالصي‌هاي نانوميله‌هاي طلايي را تصفيه مي‌کند. اين روش، از نوع روش‌هاي فراورش و ساختي است که در گزارش مهم سال گذشتة دولت فدرال آمريکا در خصوص بررسي قابليت اقتصادي فناوري‌نانو، آورده شده‌است.

نانوميله‌هاي مطالعه‌شده به‌وسيلة زوبارف و خانال، حدود ۲۵ نانومتر قطر و حدود ۲۵۰ نانومتر طول دارند. قطر يک تک‌اتم طلا تنها در حدود يک‌سوم يک نانومتر است؛ از اين رو سطح‌ مقطع هر نانوميله، تنها از چند هزار اتم طلا تشکيل يافته‌است. اين نانوميله‌ها به‌دليل شکل تيز خود در معرض نور، الکتريسيته و ميدان‌هاي مغناطيسي، رفتاري متفاوت با کره‌ها يا ديسک‌هايي از خود نشان مي‌دهند که تعداد اتم مشابهي دارند.

نانوميله‌ها با ادغام چندين مادة شيميايي، در يک فرايند دقيق و چندمرحله‌اي ساخته مي‌شوند. در اين روش، شکل‌هاي ديگري از نانوذرات طلا نيز ساخته مي‌شوند که کره‌ها و صفحات تخت از اين دست به شمار مي‌روند. پيش از اين، محققان راهي براي جداسازي و حذف کره‌ها يافته بودند که در آن، نانوميله‌ها و نانوصفحات به‌تدريج در ته مخلوط ته‌نشين شده و کره‌ها همراه با مايع، از آنها جداسازي مي‌گردند.

زوبارف و خانال اشاره کردند که نانوميله‌ها و نانوصفحاتي که در باقي‌ماندة محلول وجود دارند، پس از اضافه ‌نمودن يک محلول از يون‌هاي طلا، به‌صورت توده درمي‌آيند. آنها دريافتند که نانوصفحات بسيار سريع‌تر از نانوميله‌ها توده مي‌شوند و کشف کردند که مي‌توان از طريق تنظيم و کنترل اين فرايند، نانوصفحات را جدا کرده، محلول‌هاي نانوميله‌اي توليد كنند که خلوصي بيشتر از ۹۹ درصد دارند؛ اين در حالي است که بنا به اظهارت زوبارف، اين مقدار در بهترين روش‌هاي ساخت کنوني، تنها در حدود ۲۰ درصد است. وي گفت:«شکل نانوذره‌ نقشي مهم در تعيين بسياري از خصوصيات فيزيکي و شيميايي آن دارد؛ از اين رو هنگامي که چهار ذره از پنج ذرة موجود در يک دسته، شکلي نادرست داشته باشد، مشکلات بسيار بزرگي را براي کاربردهاي عملي و تجاري‌سازي ايجاد خواهد كرد.»

تنظيم خصوصياتِ وابسته به شکل و اندازة نانوذرات، اهميت بسيار زيادي براي صنعت فناوري‌نانوي نوظهور در ايالات متحده دارد. اين کشور از سال ۲۰۰۰ تاکنون، بيش از هشت ميليارد دلار بر روي تحقيق و توسعة فناوري‌نانو سرمايه‌گذاري کرده‌است و بنياد ملي علوم پيش‌بيني مي‌کند که بازار جهاني محصولات فناوري‌نانو تا سال ۲۰۱۵ به حدود هزار ميليارد دلار خواهد رسيد. طبق برنامة راهبردي ۲۰۰۷ ايالات متحده، اين کشور نيازمند روش‌هاي فراورش و ساختي است که به تهية نانومواد باکيفيت و خالص مي‌انجامند.

نتايج اين تحقيق در نشرية Journal of the American Chemical Society به چاپ رسيده‌است.

[External Link Removed for Guests]
[External Link Removed for Guests]

 تهية نخستين عکس‌ها از ترتيب اتم‌ها در نانوذرات پيل سوختي  

اخيراً مهندساني از MIT و دو مؤسسة ديگر، گامي در جهت دستيابي به پيل‌‌هاي سوختي کارامدتر براي خودروهاي الکتريکي و ساير ابزارهاي مشابه برداشته‌اند. آنها براي نخستين ‌بار، از اتم‌هاي مجزايي عكس‌برداري كردندکه بر روي(و يا در نزديک) سطح گونة خاصي از نانوذرات -که وجود آنها براي ابزارهاي ذخيره‌سازي انرژي دوست‌دار محيط ضروري است- قرار دارند.

نانوذراتي که از پلاتين و کبالت ساخته مي‌شوند، برخي از واکنش‌هاي شيميايي‌اي را که در پيل‌هاي سوختي رخ مي‌دهند، کاتاليز مي‌کنند و موجب مي‌شوند که اين واکنش‌ها چهار برابر سريع‌تر از زماني که تنها از پلاتين به‌عنوان کاتاليست استفاده مي‌شود، اجرا شوند. دليل اين پديده، به‌درستي مشخص نيست. زيرا بنا به اظهارت يانگ شاو‌هورن -که يک استاديار در گروه مهندسي مکانيک و گروه علم و مهندسي مواد و همچنين مدير آزمايشگاه انرژي الکتروشيميايي در MIT است- اطلاعات کمي در مورد شيمي و ساختار اتمي سطحي اين نانوذرات در دست است و اين دو عامل، در تعيين عملکرد ذرات، نقشي اساسي دارند.

با استفاده از روش جديدي که ريزبيني الکتروني عبوري روبشي با انحرافِ اصلاح‌شده ناميده مي‌شود؛ گروه شاوهورن با همکاري محققاني از دانشگاه تگزاس و آزمايشگاه ملي اوآک‌ريج، ساختارهاي اتمي خاص موجود در نزديکي سطح چنين کاتاليست‌هايي را شناسايي کردند. با در اختيار داشتن اين اطلاعات، اين محققان نظريه‌اي ارائه کرده‌اند که عملکرد مادة مذکور را توجيه مي‌کند. بنا به گفتة شاوهورن شناخت ترتيب سطحي به ما کمک خواهد کرد تا کاتاليست‌هاي بهتري طراحي کنيم و شايد اين مسئله، مهم‌ترين جنبة اين کشف باشد.

اين محققان نانوذرات پلاتين و کبالتي را که با اسيد واکنش داده بودند - و برخي پس از واکنش با اسيد تحت حرارت بالايي قرار داده شده بودند- بررسي کرده، دريافتند که هر کدام از اين دو دسته نانوذرات، فعال‌تر از پلاتينِ اصلاح‌نشده هستند. شاوهورن و همکارانش دريافتند که ساختارهاي سطحي هر کدام از اين دو دسته نانوذرات، کمي متفاوت است؛ به‌عنوان مثال، در نانوذراتي که تحت حرارت قرار گرفته بودند، اتم‌هاي پلاتين و کبالت يک ساختار «ساندويچ‌شکل» ايجاد مي‌کردند. اتم‌هاي پلاتين، بيشتر سطح را پوشانده بودند؛ در حالي که لاية زيرين عمدتاً از کبالت تشکيل شده بود. لايه‌هاي متوالي بعدي، داراي مخلوطي از اين دو اتم بودند.

به گفتة اين گروه اين نانوذرات خاص، بيش از چهار برابر فعال‌تر از پلاتين منفرد و اصلاح‌نشده هستند؛ زيرا در اين نانوذرات، اتم‌هاي پلاتيني موجود بر روي سطح، به اتم‌هاي کبالتِ زيرين پيوند خورده‌ و مقيد شده‌اند.

شاوهورن گفت:«اين امر موجب مي‌شود تا فاصله‌هاي بين ‌اتمي در بين اتم‌هاي پلاتين موجود در سطح نانوذرات، اصلاح شود.» و اين اتم‌ها، براي واکنش‌هاي شيميايي‌ مهمي که در پيل‌هاي سوختي رخ مي‌دهند، کارامدتر باشند. وي افزود:«اين تحقيق، پلي است ميان فاصلة موجود بين يافته‌هاي ما در زمينة الکتروکاتاليز در مواد بزرگ‌مقياس و نانومقياس.»

اين تحقيق از سوي گروه انرژي و بنياد ملي علوم حمايت مالي شده‌است.

نتايج اين تحقيق در نشرية Journal of the American Chemical Society به چاپ رسيده‌است.
  
[External Link Removed for Guests]
[External Link Removed for Guests]

 دستيابي به بازده انرژي بهتر با مواد ترموالکتريکي 

اخيراً اطلاعات جديدي در مورد مواد ترموالکتريکي و عملکرد آنها منتشر شده‌است. اين اطلاعات جديد دقيقاً توضيح مي‌دهد که چرا برخي از مواد ترموالکتريکي مي‌توانند بدون از دست‌ دادن خصوصيات الکتريکي خوب خود، رسانايي حرارتي پايين و مطلوبي داشته باشند.

مي‌توان با چيدمان مواد ترموالکتريکي، واحدهايي ساخت که قادرند تا اختلاف حرارتي را به انرژي الکتريکي تبديل کنند و يا بالعکس، جريان الکتريکي را براي سردسازي به کار گيرند. با اين حال، براي استفادة مؤثر از اين مواد لازم است تا يک ولتاژ بالا بر روي آنها اعمال شود و اين مواد، رسانايي الکتريکي بالا و رسانايي حرارتي پاييني داشته‌ باشند.

برخورداري از رسانايي الکتريکي خوب و رسانايي حرارتي پايين، مي‌تواند در تبديل حرارت تلف‌شده(به‌عنوان مثال حرارت گازهاي اگزوز خودرو) ضروري باشد.

هم‌اکنون سازندگان پيشروي خودرو، در تلاشند تا اين امکان را فراهم آورند و نخستين مدل‌هاي خودرويي که اين قابليت را دارند، به‌زودي توليد خواهند شد. طبق گفته‌هاي بو بي‌آيورسن(که پروفسوري در iNANO در دانشگاه Århus است)، پيش‌بيني مي‌شود که اين فناوري، اقتصاد سوخت خودرو را به ميزان چشمگيري ارتقا دهد، همچنين اين اطلاعات مي‌تواند در ابداع روش‌هاي سردسازي جديد، نقش داشته باشد تا به اين شکل، از معمول‌ترين روش سردسازي؛ يعني به‌کارگيري گاز گل‌خانه‌اي R-134a که براي محيط بسيار مضر است، اجتناب شود. تمام اين پيامدها براي محيط زيست، سودمند خواهد بود.

اين محققان در تحقيق اخير خود، يکي از اميدوارکننده‌ترين مواد ترموالکتريکي را در گروهي از کلچريت‌ها(clathrates) بررسي کردند. اين ماده، بلورهايي ايجاد مي‌كند که از «نانوقفس‌ها» پر شده‌اند.

اسگر بي‌آبراهامسن، دانشمند ارشد در Risø-DTU در اين‌ باره مي‌گويد:«با قراردادن يک اتم سنگين در هر نانوقفس، ما مي‌توانيم قابليت هدايت حرارتِ بلور را کاهش دهيم. تاکنون ما فکر مي‌کرديم که حرکات تصادفي اتم‌هاي سنگين در قفس‌ها موجب مي‌شود رسانايي حرارتي، اين چنين پايين باشد؛ اما نشان داده شده‌است که اين ايده نادرست است.»

اين محققان از روش پراکندگي نوترون که به آنها امکان مي‌دهد به درون ماده مذکور نگاه کنند و حرکات اتم‌هاي يادشده را مشاهده کنند، استفاده كرده‌اند. يک استاديار دانشگاه کپنهاگ به ‌نام کيم لفمن مي‌گويد:«داده‌هاي ما نشان مي‌دهد که عمدتاً الگوي حرکتِ مشترک اتم‌ها، تعيين‌کنندة خصوصيات اين مواد ترموالکتريکي است. اين کشف براي طراحي مواد جديد و به‌کارگيري کارآمدتر انرژي داراي اهميت بسيار زيادي است.»

نتايج اين تحقيق در نشرية Nature Materials به چاپ رسيده‌است.

[External Link Removed for Guests]
[External Link Removed for Guests]

 [HIGHLIGHT=#d8d8d8]پيشرفتي مهم در تحقيقاتِ    
اخيراً محققي به ‌نام جيانگ اوه(پسا دكترا) و دانشمند محققي به‌ نام ميخاييل کوزلوف از مؤسسه فناوري‌نانوي دانشگاه دالاس، تحقيقي انجام داده‌اند كه با پرداختن به ابرخازن‌هاي قدرتمند؛ معرّف يک روش جديد، سبک و قابل‌اعتماد در تأمين توان است.
با تحقيقاتي که در حال انجام است ممکن است باتري‌هاي کنوني ماشين، کم کم فراموش شوند. ذخيره‌سازي انرژي در ظرف‌هاي بدقيافه‌اي که عمر محدودي دارند، خودروسازان و مهندسان نظامي را به ستوه آورده‌است؛ زيرا آنها به ابزارهاي سبک، قدرتمند و قابل‌ اعتمادي براي راه‌اندازي موتورها، تأمين توان بي‌سيم‌ها و راه‌اندازي ساير تجهيزات الکترونيکي مشابه، نياز دارند.
ابرخازن‌ها اجزاي الکترونيکي تقويت‌شده‌اي هستند که قابل باردار شدن هستند و طبق پيش‌بيني‌ها، انرژي را به ‌شکل قابل ‌اعتمادي براي زمان‌هاي طولاني در خود ذخيره کنند. آنها توان را در يک ميزان هموار و پايايي که براي به‌کارگيري در ابزارهاي الکترونيکي حساس مناسب است، عرضه مي‌کنند. بر خلاف باتري‌هاي سربي ماشين(که نوعاً سنگين‌تر و حجيم‌ترند)، خازن‌ها و ابرخازن‌ها بار الکتريکي را در خود ذخيره و انباشته مي‌کنند و در آنها، جريان الکتريکي از طريق يک واکنش شيميايي توليد نمي‌شود.
سبکي، ايمني، قابل ‌اعتماد و کارامد بودن، در کنار عرضه تواني با نرخ پايا، مجموعه ‌خصوصيات ممتازي است که هم‌اکنون طراحان فناوري به‌ دنبال آنها هستند؛ اما عملاً چگونه بايد از طرح‌هاي کنوني که نيازمند باتري هستند به طرح‌هاي کارامد قابل‌دستيابي‌اي يافت که فاقد جعبه باتري بوده و از ابرخازن‌ها براي تأمين توان بهره مي‌گيرند؟
دکتر اوه و کوزلوف گامي در جهت پاسخ به اين پرسش برداشته‌اند؛ اين گروه با همکاري محقق افسانه‌اي فناوري‌نانو، دکتر ري باوقمن، روشي براي ساخت ابرخازن‌ها با استفاده از صفحاتي «کاغذي‌» از جنس نانولوله‌هاي کربني تک‌جداره، ابداع کرده‌اند. در اين روش، فضاي ميان اين صفحات، از پوليمر خاصي به ‌نام «پولي‌پيرول» پر مي‌شود.
مي‌توان تصور کرد که در آينده يک باتري ماشينِ جعبه‌شکل و سنگين به يک جسم سبک و قدرتمند ـ که شايد انعطاف‌پذير بوده و ضخامتي در حد يک صفحه کاغذ داشته باشد ـ تبديل شود. چنين ابزاري مي‌تواند به شکل و قالبي درآيد که در هر جاي خودرو قابل ‌جاسازي باشد. کاهش چشمگير وزن و حجم باتري‌ها مي‌تواند به‌طور اخص، در طراحي خوردروهاي هيبريدي سودمند واقع شود. هم‌اکنون در اين خودروها آرايه‌اي‌ از باتري‌هاي فلزي قوي(که در ابعاد يک چمدان است) استفاده مي‌شود. اين تنها يک کاربرد از ميان کاربردهاي ممکن است.
اوه گفت:«روش آماده‌سازي الکترود ما، شکل توسعه‌يافته‌اي از روش ساختِ باکي‌کاغذِ معمولي(پوششي که 100 درصد از نانولوله‌هاي کربني ساخته‌ شده‌است) براي سيستم چندمؤلفه‌اي است.» وي افزود که اين روش، قابل گسترش بوده و به‌آساني در مقياسِ صنعتي، قابل‌ تعميم است.
نتايج اين تحقيق در نشريه Synthetic Metals به چاپ رسيده‌است.  

[External Link Removed for Guests]
[External Link Removed for Guests]

 ذخيره‌ي گاز در نانوتونل‌هاي متورم شونده 


محققاني از ژاپن راه جديدي براي ذخيره‌ي گاز يافته‌اند که مبتني بر محبوس شدن مولکول‌هاي گاز در تونل‌هاي بسيار باريک است. ويژگي اين تونل‌ها اين است که با جذب گاز متورم مي‌شوند و همچنين مي‌توان خواص آنها را براي ذخيره‌ي گازهاي خاص تنظيم کرد.
توشيمازا کاتاگيري از دانشگاه اوکاياما، که هدايت اين تيم تحقيقاتي را به عهده دارد، مي‌گويد: " ذخيره‌ي گاز د رمواد ميکروحفره اي، مبتني بر جذب فيزيکي (physisorpt ion است. پديده‌ي جذب فيزيکي يک نوع جذب سطحي است که به واسطه‌ي نيروهاي ضعيف بين مولکولي موسوم به نيروهاي واندروالس انجام مي‌شود. "
اما اين روش جديد شامل محبوس شدن گاز در تونل‌هاي بسيار باريک با قطر کمتر از يک نانومتر و با ساختار دروني دندانه‌اي است. نوع ساختار و انعطاف پذيري اين تونل‌ها در مواد نانوحفره‌اي از جنس بلورهاي تري‌فلوئورواستات (trifluorolactate) آنها را براي ذخيره‌ي گاز بسيار مناسب کرده است؛ زيرا جذب مولکول‌هاي گاز در درون اين کانال ها، باعث متورم شدن و بادکردن تونل مي‌گردد. از اين رو، محققان ژاپني به اين نتيجه رسيدند که ممکن است اين نوع جذب فيزيکي براي ذخيره‌سازي گازهايي همچون هيدروژن مناسب باشد.
 
شعاع تونل بسته به طول زنجيره‌هاي آلي ممکن است تغيير کند 

دندانه‌هاي موجود در سطح دروني کانال‌ها ناشي از وجود گروه‌هاي تري‌فلوئورمتيل است که به سمت داخل حفرات بيرون زده اند، و همين برآمدگي‌ها هستند که مولکول‌هاي گاز را درون تونل محبوس مي‌کنند.
آقاي ژوسف رزناتي که يکي از متخصصان مواد نانوساختار در دانشگاه پلي‌تکنيک ميلان در ايتالياست، درباره‌ي اين مواد مي‌گويد: "خواص منحصر به‌فرد جذب و دفع اين مواد موجب شده است که آنها قابليت بالايي به عنوان سامانه‌هاي مهندسي ترکيبي بيابند. "
شعاع تونل را مي‌توان بسته به طول زنجيره‌هاي آلي در تري‌فلوئور استات‌ها تغيير داد؛ به معني که مي‌‌توان خواص اين ماده را به منظور ذخيره‌ي هر گاز خاص تنظيم کرد. کاتاگيري مي‌گويد: "ما اکنون در تلاش هستيم تا يک بلور کامل درون کانال رشد دهيم. اين بلورها مي‌توانند به عنوان غربال‌هاي مولکولي براي جداسازي گازهاي مختلف بر حسب اندازه شان، البته در دماي محيط عمل کنند. چنين سامانه‌اي يک فناوري کليدي براي تحقق بخشيدن به خودروهاي پيل سوختي خواهد بود.
نتايج اين تحقيق با عنوان "ذخيره‌سازي گاز در نانوتونل‌هاي يک بُعدي به کمک يک ساختار دندانه‌اي" براي چاپ در شماره‌ي سال 2009 مجله‌ي CrystEngComm پذيرفته شده است.


[External Link Removed for Guests]
[External Link Removed for Guests]

 پيل‌هاي خورشيدي نانوساختار  
ساخت آسان پيل‌هاي خورشيدي نانوساختار بزرگ‌ترين موفقيت اين تابستان بود، که طراحي آن به‌وسيله محققان آزمانشگاه ملي انرژي پايدارRisø کشور دانمارک انجام شد. اين پيل‌ها پليمري است و نيازي به فرايند خلأ و شرايط خنثي ندارد، و تقريباً در همه جا قابل توليد است.
  

آقاي فريريک کربز از گروه پليمر Risø مي‌گويد:«تاکنون بيش از 2000 نوع توليد شده‌است، که بيشتر آنها به جشنواره‌هاي علمي همگاني براي تأمين نيروي دستگاه‌هاي کوچک الکتروني مانند راديو، ماشين حساب جيبي و بازي سودوکو ارائه شده‌است. اين دستگاه‌ها مي‌توانند در شرايط محيطي عادي نگه‌داري شده، بدون هيچ اقدام پيشگيرانه خاصي در همان شرايط براي مدت طولاني سالم باقي بمانند.»

براي ساخت اين پيل‌ها محققان نانوذرات اکسيد روي قابل انحلال را با پليمرهاي مزدوجي که قابليت شکاف خوردن با حرارت را دارند، مخلوط مي‌کنند و ترکيب حاصله را تا رسيدن به يک فيلم غير قابل انحلال حرارت مي‌دهند. آقاي کربز افزود:«هر کسي مي‌تواند اين کار را بکند. رکورد من براي توليد يک سيستم چهارلايه از آغاز تا پايان کمتر از 15 دقيقه است.» سيستم طراحي‌شده با اعمال يک ماده روکش‌شده با ITO و يک الکترود نقره تشکيل مي‌شود. شايان ذکر است که کليه مراحل آماده‌سازي و ساخت دستگاه در هواي آزاد انجام شده، هيچ گونه سيستم محافظتي براي مواجه نشدن سيستم با هوا در حين ساخت استفاده نشده‌است.

آقاي کربز خاطر نشان کرد:«ما يک نمايشگاه بزرگ در سال 2009 خواهيم داشت.» به گفته او گروه پليمرهاي فتوولتائيک مي‌تواند انتظارات را براورده کند؛ اما باز هم کمي مشکل است؛ مثلاًٌ اشکال تجاري‌شده محصول گروه پيل‌هاي هيبريدي در مقايسه با نمونه‌هاي اصلي دست‌ساز، بسيار ضعيف‌تر ساخته شده‌است، ولي آقاي کربز بر اين باور است که تلاش ديگر گروهش نزديک شدن بيش از پيش به بازار خواهد بود.

اين محققان نتايج کارهاي خود را در شماره ويژه‌اي در مجله Nanotechnology ارائه داده‌اند.

[External Link Removed for Guests]
[External Link Removed for Guests]

 حل بحران انرژي جهان با استفاده از فناوري نانو 

فناوري‌نانو اساس حل بحران انرژي جهان خواهد بود. اين فناوري قادر است نيازهاي انرژي جهان را تا سال 2028 از طريق منابع تجديدپذير مانند انرژي خورشيدي، کاملاً رفع کرده و وابستگي دنيا به سوخت‌هاي فسيلي را قطع کند.

در حال حاضر فناوري‌نانو در پانل‌هاي خورشيدي استفاده مي‌شوند و انتظار مي رود که با استفاده از کاربردهاي مختلف فناوري نانو، نسل‌هاي جديد پانل‌هاي خورشيدي که در مقايسه با پانل هاي موجود کارايي بسيار بالاتري دارند، توليد شود.

انتظار مي‌رود در طي 5 سال آينده هزينه بهره‌برداري از انرژي خورشيدي با سوخت فسيلي برابر شود. در حال حاضر هزينه استفاده از انرژي خورشيدي به طور چشمگيري کاهش مي‌يابد و ميزان انرژي خورشيدي توليدي نيز با نرخ نمايي در حال افزايش است. در واقع نرخ بهره‌برداري از انرژي خورشيدي هر دو سال يکبار، دو برابر مي‌شود.

يکي ديگر از کاربردهاي بسيار خوب فناوري‌نانو، در حوزه ذخيره انرژي است که اين امر به افزايش بهره‌وري انرژي خورشيدي کمک مي‌کند.

افزايش بي‌سابقه گرماي زمين از پيامدهاي استفاده بيش از حد از سوخت هاي فسيلي است. انتظار مي رود که در طي 20 سال آينده با جايگزين شدن کامل انرژي هاي تجديدپذير به جاي سوخت‌هاي فسيلي اين مشکل نيز حل شود. بسياري از کارشناسان بر اين باورند که اين امر ممکن خواهد بود، زيرا در حال حاضر فناوري‌نانو با رشد نمايي در صنايع مختلف توسعه مي‌يابد.

[External Link Removed for Guests]
[External Link Removed for Guests]

 نانوذراتي با ماندگاري بالا در بدن 

محققان براي ساخت مواد حاجب در خون كه زمان ماندگاري بالاي داشته باشد، در حال قرار دادن نانوذراتي با پاية مغناطيسي درون سلول‌‌‌‌هاي خوني زنده هستند.

نانوذرات مواد حاجب بسيار خوبي براي تصويربرداري در پزشکي هستند؛ اما زماني که به‌عنوان ذرات مستقل تزريق مي‌شوند، سريعاً از خون به کبد بيمار رفته و در نتيجه از سودمندي روش کاسته مي‌‌‌‌شود. با قرار دادن نانوذرات مغناطيسي در گلبول‌‌‌‌هاي قرمز بيمار، اين ذرات از اينكه به‌وسيلة ساز و كار‌‌‌‌هاي دفعي بدن حذف شوند، ايمن مي‌مانند و مي‌‌‌‌توانند تا 120 روز(که سن طبيعي يک سلول‌‌‌‌هاي قرمز خوني سالم است) در بدن باقي بمانند.

دکتر وان هوتن، سرپرست گروه، مي‌‌‌‌گويد:«با افزيش زمان ماند‌‌‌‌گاري نانوذرات در بدن از دقيقه به ساعت و روز، مي‌توان اعمالي مثل مانيتور کردن درمان‌‌‌‌هاي پيچيدة قلبي عروقي را به‌وسيلة تصويربرداري‌ـ که هم‌اکنون چند ساعت به طول مي‌‌‌‌انجامد‌ـ به‌راحتي انجام داد.

براي مثال با اين نانوذرات مي‌‌‌‌توان حجم خون در حفره‌‌‌‌هاي مختلف قلب در طول درمان radio-frequency ablation را مشخص کرد. RF ablationروشي با تهاجم کم براي درمان مشکلات آريتمي قلبي است که طي آن يک ميلة جراحي وارد قلب بيمار شده، ساعت‌ها آن‌‌‌‌جا مي‌‌‌‌ماند. در اين روش مي توان به جاي ميله از نانوذرات ساخته‌شده استفاده كرد و آنها در تمام مدت انجام عمل در محل باقي بمانند.

[External Link Removed for Guests]
[External Link Removed for Guests]