حوزه های صنعتـــی
حوزه های صنعتـــی
مشاهده گزارش
نقش مهندسی ساختار در فناوری نانو

نقش مهندسی ساختار در فناوری نانو

تاریخ : ۱۴۰۰/۱۰/۰۱ تعداد بازدید :‌ ۱۱۴۱
موضوعات : نانومواد
نویسندگان : فائزه باغانی-مترجم
در مقیاس نانو، خواص نانومواد به شدت تحت تأثیر ساختار و محیط آنها قرار می‌گیرد. با این حال، با مهندسی طراحی نانومواد، می‌توان خواص آنها را اصلاح کرد. مهندسی ساختار پیامدهای قابل توجهی در فناوری نانو و طیف وسیعی از کاربردها دارد. این یادداشت به طور عمیق به این موضوع می‌پردازد.

فناوری نانو علمی است که به موادی می‌پردازد که حداقل یکی از ابعاد آن در مقیاس نانو باشد. در این مقیاس، نانومواد بالکی نیستند و عمدتاً یک سطح را تشکیل می‌دهند، به این معنی که بیشتر اتم‌های مواد در معرض قرار می‌گیرند.

تنظیم ویژگی‌های این نانومواد در یک روش قابل‌پیش‌بینی، از طریق اصلاح ساختار مواد و یا مهندسی طراحی معماری مواد امکان‌پذیر است. خواص مواد مانند انتقال بار، فعالیت نوری، واکنش پذیری سطح و بسیاری موارد دیگر توسط ساختار ماده تعیین می‌شود. از آنجایی که تحقیقات در حوزه نانومواد جدید پتانسیل تولید خواص منحصر به فرد را نشان داده است، توجه قابل توجهی به مهندسی ساختار معطوف شده است.

پیشرفت‌ها در این زمینه، توانایی غلبه بر محدودیت‌های نانومواد فعلی را نشان داده‌اند. به عنوان مثال، مهندسی ساختار از لحاظ ارتقا عملکردهای دستگاه در کاربردهای مختلف مربوط به انرژی، نویدبخش بوده‌است.

 

بخش انرژی از مهندسی ساختار سود می‌برد

پیشرفت‌ها در سلول‌های خورشیدی فتوولتائیک از طریق مهندسی ساختاری نانومواد مورد استفاده برای ساخت دستگاه به دست آمده است. معماری سه بعدی تیتانیوم دی‌اکسید (TiO2) متشکل از نانولوله‌های TiO2 و میکروکره‌های توخالی TiO2 به عنوان یک ماده فوتوآند کارآمد در مطالعه‌ای که در Journal of Power Sources منتشر شد مورد بررسی قرار گرفت.

مهندسی ساختار TiO2 یک سطح بزرگ، انتقال بار عالی و خواص برداشت نور کافی را گزارش کرد. علاوه بر این، فوتوآند متشکل از این ماده، چگالی جریان بالا و راندمان تبدیل توان را هنگام استفاده در سلول‌های خورشیدی حساس به رنگ گزارش کرد.

تحقیقات دیگر نشان داده‌اند که عامل‌دار کردن سطح، یک تکنیک مهندسی ساختاری است که می‌تواند برای دستکاری خواص فیزیکی و شیمیایی نانومواد نیمه‌رسانا مورد استفاده قرار گیرد.

با این حال، گزارش دیگری توضیح می‌دهد که خواص الکتریکی و نوری نانومواد نیمه‌رسانا را می‌توان با عامل‌دار کردن نیمه‌رسانا با مشتقات الفین و استیلن اصلاح کرد.

 

کاربردهای مهندسی ساختار در سلول‌های سوختی

سطح مواد مهندسی ساختار یک تکنیک مؤثر است که می‌تواند برای اصلاح کمیت سایت‌های فعال در نانومواد برای کاربردهای سلول‌های سوختی مورد استفاده قرار گیرد.

وانگ و همکاران مطالعه‌ای را منتشر کردند که نشان‌دهنده تأثیر مهندسی ساختار برای تولید نانولوله‌های کربنی با نیتروژن از طریق نانوذرات کبالت است. تعداد سایت‌های فعال در نانولوله‌های کربنی با ترکیب نانوذرات Co روی سطح نانولوله‌ها افزایش یافت.

این نانومواد مهندسی شده ساختاری در مقایسه با نانولوله‌های کربنی خالص به دلیل وجود نانوذرات Co در سطح آن، الکترواکسیداسیون هیدرازین را افزایش داد.

 

اصلاح خواص نانومواد نوری

ویژگی‌های نوری مهم‌ترین جنبه به کارگرفته‌شده از نانومواد است. این به دلیل استفاده از آن‌ها در کاربردهای مختلف مانند حسگرها، تصویربرداری، نمایشگرها، دستگاه‌های تبدیل انرژی و درمان پزشکی است.

خواص نوری نانومواد بیشتر به ساختار آنها وابسته است و این امر مهندسی ساختار را به یک تکنیک حیاتی در این زمینه تبدیل کرده است. به عنوان مثال، کاربردهای بالقوه نقاط کوانتومی، نانوذرات فلزات نجیب و متامواد از طریق تحقیقات مربوط به مهندسی ساختار نانومواد نوری افزایش یافته است.

 

نانومواد در درمان‌های زیست پزشکی

مطالعه‌ای که در Small منتشر شد، مهندسی ساختاری نانومواد اکسید فلزی لایه‌ای را برای کاربردهای درمان سرطان فتوترمال گزارش کرد. نانوتسمه‌های مولیبدن تری‌اکسید از نظر ساختاری برای تصویربرداری فتوآکوستیک تقویت‌شده توسط فرسایش فتوترمال سلول‌های سرطانی اصلاح شدند.

 

مواد دو بعدی و مهندسی ساختار

مواد دو بعدی تحولی در چشم‌انداز مواد به ارمغان آورده‌است؛ به علاوه، مهندسی ساختار این مواد درها را برای بسیاری از کاربردها باز کرده‌است. برخی از روش‌های اصلاح ساختاری برای مواد دو بعدی گسترش فضای بین لایه‌ای، ترکیب مواد و مهندسی منفذ/حفره است. این موارد در کاتالیز، ذخیره انرژی و تبدیل انرژی کاربرد دارد.

علاوه بر تکنیک‌های اصلاح سنتی مانند دوپینگ، نقص و مهندسی فاز، مفاهیم جدیدی از مهندسی ساختار که شامل مواد دو بعدی می‌شود، نویدبخش هستند. به عنوان مثال، تحقیقات منتشر شده در Adapting 2D Materials for Advanced Application اهمیت طراحی سلسله مراتبی در تنظیم ویژگی مواد دو بعدی را توضیح می‌دهد. در این تحقیقات، تأثیر اصلاح ساختاری در جلوگیری از انباشته شدن مجدد مواد دو بعدی بررسی می‌شود.

معماری سلسله مراتبی سه بعدی که بدین ترتیب به دست آمد، خواص جذابی فراتر از خواص ذاتی مواد را نشان داد. علاوه بر این، این مطالعه کاربرد آن را در حسگرهای انعطاف پذیر توضیح می‌دهد.

 

چشم انداز آینده مهندسی ساختار در فناوری نانو

انتظار می‌رود که تکنیک‌های مهندسی ساختار کنونی به عنوان ابزاری قدرتمند برای بهبود نانومواد فراتر از خواص ذاتی آن‌ها عمل کند. همچنین پیش‌بینی می‌شود مطالعات مبتنی بر نانومواد با تمرکز بر روابط ساختار-ویژگی در آینده افزایش یابد.

 

درباره نویسنده «Gopika G»

گوپیکا دارای مدرک دکترای مهندسی، کارشناسی ارشد نانو تکنولوژی و کارشناسی مهندسی الکترونیک و ارتباطات است. کار تحقیقاتی او در طول دوره دکترا مبتنی بر کاربرد مواد دی-کالکوژنید فلز واسطه لایه‌ای دوبعدی در سلول‌های خورشیدی اکسیتون بود. او علاقه‌مند به تحقیقات در زمینه الکترونیک پوشیدنی مبتنی بر مواد دو بعدی و سلول‌های خورشیدی است. گوپیکا فردی با انگیزه و دارای مهارت‌های بین فردی و ویژگی‌های رهبری است.

نظرات

پاسخ به نظــر بازگشت به حالت عادی ثبت نظر

نظر شما
security code