1-16) تشخیص دقیق بیماری در مراحل اولیه26
1-17) نانولوله های کربنی و کاربرد آنها در تشخیص سرطان26
1-18) نشانگرهای زیستی27
1-19) کاربرد نانولوله های کربنی در تشخیص مولکول ها28
1-20) نانولوله های بورنیترید28
1-21) شیمی نانولوله های بورنیترید و خالص سازی آنها29
1-22) 5-آمینولوولینیک اسید30
1-23) گلیسین31
فصل دوم: مروری برکارهای گذشته33

شما می توانید تکه های دیگری از این مطلب را با جستجو در همین سایت بخوانید

2-1) درمان هدفمند سرطان کبد بر پایه نانولوله کربنی مبتنی بر سیستم دارورسانی به داخل بدن34
2-2) تجزیه و تحلیل محاسباتی از وارد کردن نانولوله های کربنی به غشای سلولی34
2-3 ) مطالعه تابعی چگالی فلوئور انتهایی بر روی نانولوله های بورنیترید35
2-4) اثر ناخالصی بر خواص الکتریکی نانولوله های کربنی35

در این سایت فقط تکه هایی از این مطلب(به صورت کاملا تصادفی و به صورت نمونه) با شماره بندی انتهای صفحه درج می شود که ممکن است هنگام انتقال از فایل ورد به داخل سایت کلمات به هم بریزد یا شکل ها درج نشود-این مطالب صرفا برای دمو می باشد

ولی برای دانلود فایل اصلی با فرمت ورد حاوی تمامی قسمت ها با منابع کامل

اینجا کلیک کنید

2-5) مطالعه نظری ab initio بر عملکرد نانولوله های تک دیواره به عنوان جاذب مولکولی36
2-6) مطالعه نظری کاتیون فلزهای قلیایی بر روی نانولوله های کربنی36
2-7) مطالعه ی نظری اثر طول و قطر نانولوله های کربنی بر واکنش های اپوکسیددار شدن37
2-8) اثر جذب هیدروژن اتمی بر خواص نانولوله های کربنی تک دیواره37
2-9) بررسی کوانتوم مکانیکی ab initio برهمکنش متان با سطوح گرافیتی و نانولوله تک لایه38
2-10) خواص الکتریکی نانولوله کربنی تک دیواره و گرافیت- مطالعه تابعی چگالی38
2-11 مطالعه ab initio بازسازی نانونوارهای گرافن به شکل نانولوله به روش تابعی چگالی39
2-12) بهینه کردن نانولوله کربنی برای جذب گاز نیتروژن39
2-13) مطالعه جابجایی شیمیایی 13C NMR در نانولوله های کربنی دارای گروه عاملی به روش تابعی چگالی30
2-14) خواص الکترونیکی بلور حالت جامد fcc-C6041
فصل سوم: روش های محاسباتی42
3-1) مقدمه43
3-1-1) مروری بر شیمی محاسباتی43
3-1-2) شیمی انفورماتیک44
3-1-3) زیست انفورماتیک و شیمی انفورماتیک44
3-2) مکانیک مولکولی45
3-3) روش های ساختار الکترونی47
3-4) روش های پر کاربرد48
3-4-1) روش میدان خودسازگار هارتری فاک49
3-4-2) روش تابع چگالی51
3-5) لایه باز و لایه بسته51
3-6) مجموعه های پایه52
3-6-1) مجموعه های پایه حداقل: 6) > N> STO-NG(353
3-6-2) مجموعه های پایه کوچک یا مجموعه پایه ظرفیتی شکافته شده53
3-6-3) مجموعه های پایه بزرگ یا قطبیده53
3-6-4) مجموعه های پایه حداکثر یا پایه نفوذی54
3-6-5) مجموعه پایه زتای دوگانه LANL2DZ(Double zeta)55

3-6-6) مجموعه پایه زتای سه گانه TZV(Triple zeta)55
3-6-7) مجموعه پایه LAN2MB55
3-7) گوسین56
3-8) HOMO و LUMO57
3-8-1) قطبش پذیری – سختی و نرمی58
فصل چهارم: بحث و نتیجه گیری60
4-1) روش انجام کار61
4-2) انرژی اتصال69
4-3) محاسبات طول پیوند71
4-4) محاسبات زاویه73
4-5) بارهای اتمی76
4-6) ممان دوقطبی79
4-7) محاسبات خواص بنیادی80
4-8) شکاف بین HOMOو LUMO83
بحث و نتیجه گیری95
منابع96
فهرست اشکال
عنوان صفحه
شکل 1-1) پیشرفت های ایجاد شده از طریق ابزارهای پیشرفته پزشکی در تشخیص و درمان3
شکل1-2) ساختار بلوری گرافیت6
شکل1-3) شبکه بلوری الماس6
شکل1-4) نمایی از نانو لوله کربنی7
شکل1-5) مولکول C607
شکل1-6) نمایی از نانولوله چند لایه14
شکل1-7) نمایی از نانولوله های زیگزاگی ، صندلی و نامتقارن15
شکل1-8) نانولوله ها جهت استحکام دهی17
شکل1-9) زیست حسگرها18
شکل1-10) نمایشگر تشعشع میدانی20
شکل1-11) ذخیره سازی اتم ها در نانولوله ها23
شکل1-12) نمایی از ساختارهای نانولوله های کربنی و نانولوله های بورنیترید تک لایه29
شکل1-13) ساختار شیمیایی 5-آمینولوولینیک اسید31
شکل1-14) ساختار شیمیایی گلیسین31
شکل4-1) ساختار بهینه شده مولکول های دارویی و نانولوله ها با استفاده از روش DFT/ B3LYP 6-31G(d)62
شکل4-2) ساختار بهینه شده نانولوله ها بعد از اضافه شدن مولکول های 5-آمینولوولینیک اسید و گلیسین با استفاده از روش DFT/ B3LYP 6-31G(d)65
شکل4-3) اوربیتال های HOMO (a) و LUMO (b) مولکول دارویی آمینولوولینیک اسید85
شکل4-4) طیف DOS مولکول دارویی آمینولوولینیک اسید85
شکل4-5) اوربیتال های HOMO (a) و LUMO (b) مولکول دارویی گلیسین86
شکل4-6) طیف DOS مولکول دارویی گلیسین86
شکل4-7) اوربیتال های HOMO (a) و LUMO (b) ساختار BNNT(8-0) and AVA NH287
شکل4-8) طیف طیف DOS نانولوله های BNNT(8-0) و BNNT(8-0) and AVA NH287
شکل4-9) اوربیتال های HOMO ((a و LUMO (b) ساختار BPNT(7-0) and AVA CO88
شکل4-10) طیف DOS نانولوله های BPNT(7-0)و BPNT(7-0) and AVA CO88
شکل4-11) اوربیتال های HOMO (a) و LUMO (b) ساختار CNT(5-5) and AVA OH89
شکل4-12) طیف DOS نانولوله های CNT(5-5) و CNT(5-5) and AVA OH89
شکل4-13) اوربیتال HOMO (a) و LUMO (b) ساختار CNT(5-5) Al and AVA OH90
شکل4-14) طیف DOS نانولوله های CNT(5-5) Al و CNT(5-5) Al and AVA OH90
شکل4-15) اوربیتال HOMO (a) و LUMO (b) ساختار CNT(5-5) AL and AVA CO91
شکل4-16) طیف DOS ساختار CNT(5-5) Al and AVA CO91
شکل4-17) اوربیتال HOMO (a) و LUMO (b) ساختار CNT(5-5) Al and AVA NH292
شکل4-18) طیف DOS ساختار CNT(5-5) Al and AVA NH292
شکل4-19) اوربیتال HOMO (a) و LUMO (b) ساختار BNNT(8-0) and GLY(end)93
شکل4-20) طیف DOS ساختار BNNT(8 0) and GLY(end)93
شکل4-21) اوربیتال HOMO (a) و LUMO (b) ساختار BNNT(8-0) and GLY(surface)94
شکل4-22) طیف DOS ساختار BNNT(8-0) and GLY(surface)94

چکیده
کاربرد فناوری نانو در شیمی، فیزیک، الکترونیک و رایانه، در حال تکامل و توسعه است. در این بین پژوهش بر روی کاربردهای پزشکی فناوری نانو، به دلیل توانایی های این علم جهت درمان بیماری های خاص و تولید داروهای جدید در سال های اخیر قوت یافته است. توانایی یک نانولوله برای انتقال دارو به قطر آن و جهت گیری مولکول های وارد شونده بستگی دارد. در این تحقیق ابتدا نانولوله های کربنی، بورنیترید و بورفسفر با کایرالیته (5,5) و (8,0) و (7,0) و مولکول های دارویی 5-آمینولوولینیک اسید و گلیسین با نرم افزار Nanotub modeler ترسیم و به روش DFT/ B3LYP، تابع پایه 6-31G(d)و با استفاده از نرم افزار گوسین 09، بهینه شدند. با قرار دادن مولکول های دارویی بر روی نانولوله ها، ساختارهای ایجاد شده بهینه گردیدند. سرانجام مطالعاتی بر روی طول پیوندها، زوایای پیوندی، بارهای اتمی، ممان دوقطبی، شکاف بین HOMO وLUMO، انرژی های پیوند، پتانسیل یونش، سختی، نرمی، الکترون خواهی و پتانسیل شیمیایی مولکول های دارویی قبل و بعد از قرار گرفتن بر روی نانولوله ها مورد مطالعه قرار گرفتند. تعدادی از ساختارهای بهینه شده با این روش رسانایی و جذب شیمیایی خوبی را نسبت به استفاده از حالت آزاد داروها از خود نشان دادند.
واژگان کلیدی: گوسین- نانولوله کربنی- آمینولوولینیک اسید- گلیسین- نظریه تابع چگالی

1-1) مقدمه
امروزه نانوتکنولوژی1 ، موضوع جذابی است که به سبب خواص ویژه و پتانسیلهای کاربردی این مواد، نظر دانشمندان، صنعتگران و حتی افراد عادی جامعه را نیز به خود جلب کرده است. با توجه به کاربردهای وسیع نانولوله های کربنی، روشهای تولید انبوه این دسته از مواد دارای اهمیت فوق العادهای میباشند. رشد و توسعه روز افزون علم، قابلیتها و مزایای استفاده از این مواد را در بخشهای مختلف زندگی به اثبات رسانده است. هر چند کشف نانولوله های کربنی2 تصادفی بوده اما موجب انقلابی در فناوری شده است. انتظار می رود همان طور که فناوری مرتبط به سیلیکون، اکنون مورد توجه است، در آینده نیز نانولوله های کربنی فراگیر شوند.
روشهای مختلفی برای تولید نانولولههای کربنی وجود دارد که هر کدام مزایا و محدودیت هایی دارند. انتخاب روش تولید بهینه، امر سادهای نیست چرا که معیارهای کمی و کیفی زیادی برای این انتخاب وجود دارند که مقایسه آنها با یکدیگر را تا حدی دشوار میکند. با این وجود روشی که امروزه نظر دانشمندان را بسیار به خود جلب کرده، روش رسوب دهی بخار شیمیایی میباشد. از دیگر مواردی که برای محققین اهمیت بسیار دارد یافتن کاربردهای CNT ها در زمینههای مختلف و با توجه به خواص ویژه آنهاست. از جمله این موارد، کاربرد این مواد در علم پزشکی است. متابولیسم در سطح مولکولی و سلولی رخ می دهد. هرچند به نظر می رسد دانش بشر درباره این فرآیندهای پیچیده هر سال بیشتر می شود اما باز هم این فرآیندها به طور کامل شناخته نشده اند تا بتوان بیماری ها را در مراحل بسیار اولیه شکل گیری تشخیص داده و به طور مؤثری از آن پیشگیری و یا درمان نمود. در روش های پزشکی جاری، درمان وقتی شروع می شود که بیماری کاملاً آشکار شده و علائم قطعی آن هم بروز کرده باشد .در بسیاری موارد هم درمان امکان پذیر نبوده چون بیماری در تمام بدن پخش و سیستم بازسازی درونی بدن را دچار آسیب جدی می کند. علاوه بر این ها تعداد زیادی از بیماران از اثرات جانبی داروها رنج می برند و برخی نیز در اثر آن می میرند. همچنین تجویز بسیاری از عوامل دارویی به بیماران به دلیل نامحلول بودن و در نتیجه نبود فرمولاسیون مناسب برای آنها امکان پذیر نیست. هم اکنون انتظارات زیادی نسبت به تأثیرات فناوری نانو در بخش پزشکی وجود دارد. به کمک ابزارهای زیست تراشه ای بهبود یافته، داروهای جدید و مؤثری کشف و ساخته خواهد شد. به عنوان مثال تراشه های پیچیده زیست سازگاری که با قطعات غشایی یا سلول های زنده پوشانده شده اند، می توانند موجب تسریع تحقیق و آزمایش عوامل دارویی جدید شده و به پیشرفت کشف نشانگرهای جدید تشخیص بیماری های خاص و نارسایی های مولکولی و متابولیکی کمک نماید. به طور خاص نانومواد عامل دار، فصل مشترک بین ماده زنده و ابزارهای فنی را تشکیل می دهد.

1-2) فناوری نانو
فناوری نانو یا نانوتکنولوژی رشته‌ای از دانش کاربردی و فناوری است که علوم گسترده‌ای را پوشش می‌دهد. موضوع اصلی آن نیز مهار ماده یا دستگاه‌های در ابعاد کمتر از یک میکرومتر، معمولاً حدود ۱ تا ۱۰۰ نانومتر است. در واقع نانو تکنولوژی فهم و به کارگیری خواص جدیدی از مواد و سیستم هایی در این ابعاد است که اثرات فیزیکی جدیدی عمدتاً متأثر از غلبه خواص کوانتومی بر خواص کلاسیک از خود نشان می‌دهند. نانوفناوری یک دانشی میان‌رشته‌ای است و به رشته‌هایی چون پزشکی، داروسازی و طراحی دارو، دامپزشکی، زیست شناسی، فیزیک کاربردی، مهندسی مواد، ابزارهای نیم رسانا، شیمی ابرمولکول و حتی مهندسی مکانیک، مهندسی برق و مهندسی شیمی نیز مربوط می شود. نانو کلمه ای یونانی به معنی کوچک است و معنی یک میلیاردم یا 9-10 یک کمیت. چون یک اتم تقریباً 10 نانومتر است، این اصطلاح برای مطالعه عمومی روی ذرات اتمی و مولکولی بکار برده می شود. نانوتکنولوژی مطالعه ذرات در مقیاس اتمی برای کنترل آنها است. هدف اصلی اکثر تحقیقات نانوتکنولوژی شکل دهی ترکیبات جدید یا ایجاد تغییراتی در مواد موجود است.
1-3) تاریخچه نانوتکنولوژی
در سال 1991 دانشمندی به نام سومیو ایجیما3 (از شرکت NEC ژاپن) به طور کاملاً اتفاقی، ساختار دیگری از کربن را کشف و تولید کرد. با توجه به شکل آن، محصول تولید شده را نانولوله کربنی نامید. در یک نانولوله کربنی، اتمهای کربن در ساختاری استوانهای آرایش یافتهاند. آرایش اتمهای کربن در دیواره این ساختار استوانهای، دقیقاً مشابه آرایش کربن در صفحات گرافیت است. هنگامی که صفحات گرافیت در هم پیچیده میشوند، نانولولههای کربنی را تشکیل میدهند. در واقع، نانولوله کربنی، گرافیتی است که در مقیاس نانو و به شکل لوله در آمده باشد ]1[.
در تکنولوژی نانو اولین اثر کاهش اندازه ذرات، افزایش سطح است. افزایش نسبت سطح به حجم نانوذرات باعث می شود که اتم های واقع در سطح، اثر بسیار بیشتری نسبت به اتم های درون حجم ذرات، بر خواص فیزیکی ذرات داشته باشند. این ویژگی واکنش پذیری نانوذرات را به شدت افزایش می دهد. علاوه بر این افزایش سطح ذرات فشار سطحی را تغییر داده و منجر به تغییر فاصله بین ذرات یا فاصله بین اتم های ذرات می شود.
1-4) نانولوله های کربنی
کربن یکی از عناصر شگفت انگیز طبیعت است و کاربردهای متعدد آن در زندگی بشر، به خوبی این نکته را تأیید میکند. به عنوان مثال فولاد به عنوان یکی ازمهمترین آلیاژهای مهندسی، از انحلال حدود دو درصد کربن در آهن حاصل میشود و با تغییر درصد کربن (به میزان تنها چند صدم درصد) میتوان انواع فولاد را به دست آورد. «شیمی آلی» نیز علمی است که به بررسی ترکیبات حاوی «کربن» و «هیدروژن» میپردازد و مهندسی پلیمر هم تنها براساس عنصر کربن پایه گذاری شده است.گرافیت، الماس، نانولولهها و باکی بال ها از اشکال متفاوت کربن هستند که در طبیعت یافت میشوند. هرچهار مورد به فرم جامد بوده و در ساختار آنها اتمهای کربن به صورت کاملاً منظم در کنار یکدیگر قرار گرفتهاند. عنصر کربن به طور خالص در طبیعت به دو صورت یافت می شود که گرافیت نوع غالب آن و الماس نوع دیگر آن هستند. گرافیت که ماده بسیار نرمی است، دارای شبکه بلوری اصلی می باشد که در آن اتم های کربن با یکدیگر نوعی شبکه هگزاگونالی می سازند. این حالت، در صفحات قاعده، شش اتم کربن وجود دارند. نوع پیوند اتمی در این شبکه بلوری از انواع واندروالسی (بین صفحات) و کوالانسی (بین اتم های کربن موجود در هر صفحه) می باشد، در اثر این دگرگونی پیوندها، اتصال بین صفحات قاعده ضعیف شده و خواص معروف این ماده ( مانند نرمی و….) ظاهر می شوند [2]. ساختار بلوری گرافیت در شکل زیر دیده می شود.

الماس که شکل دیگری از کربن است ماده ای بسیار سخت می باشد. این ویژگی الماس از شبکه بلوری مکعبی ویژه آن و پیوند بسیار محکم بین اتم ها، همچنین تراکم بالای این نوع ساختار ناشی می شود.

امروزه اشکال بلوری کربن به دو مورد فوق خلاصه محدود نبوده بلکه نانوتکنولوژی که علم چینش اتم ها به شکل دلخواه برای دسترسی به خواص مورد نظر است، امکان تولید ساختارهای اتمی دیگری از کربن را فراهم می سازد. در این بین معروف ترین و پر کاربردترین ساختار اتمی ایجاد شده با نانوتکنولوژی، CNT نام دارد.

البته نوع معروف دیگری از فراورده کربنی تولید شده با نانوتکنولوژی، با نام فولرن4 در دسترس است. در ساختار اتمی فولرن ها به جای شش ضلعی های منظم موجود در گرافیت، از مجموعه ای از شش ضلعی ها و پنج ضلعی های کربنی منظم که به صورت یک در میان کنار هم قرار گرفته تشکیل شده است. معروف ترین و در عین حال پایدارترین ساختاری که از فولرن ها تولید شده، C60 می باشد.

1-5) فولرن
در سال 1970 دانشمندی به نام اوساوا 5در تحقیقاتش راجع به ساختارهای کربنی موجود در طبیعت، یک مولکول کربنی C60 را با ساختاری شبیه توپ فوتبال متصور شد. تا این که در سال 1984 در اثر تبخیر لیزری گرافیت، خوشه های بزرگ کربنی Cn، در آزمایشگاه مشاهده شد(n مقادیری بین 30 تا 90) دارد.
کشف اصلی فولرن در سال 1985 رخ داد. در این سال سه دانشمند به نام های رابرت اف6 ، هارولد کوروتو7 و ریچارد اسمالی8، بر روی فرآیندی برای تولید کلاستر های کربنی ستاره ای شکل مطالعه می کردند. این روش با متمرکز کردن لیزر روی یک گرافیت انجام شد. این کشف نشان داد که 60، 70 یا تعداد بیشتری اتم کربن می توانند با هم به صورت خوشه تجمع کنند و مولکولی قفس مانند بسازند. با این آزمایش ها و بررسی طیف سنجی آزمایش های طیف سنجی فراورده های تولید شده، مولکول های C60 در مواد تولید شده کشف شدند. این مولکول به علت شباهتی که با ساختار توصیف شده توسط معمار معروف، باک مینسترفولر9 داشت، به این نام نامیده شد. دانشمندان مذکور به خاطر این کشف در سال 1996 جایزه نوبل سال را دریافت نمودند. در سال 1990 ولفگانگ10، دنوالد هافمن11 و همکارانش، توصیفی از نخستین روش علمی C60 ارائه دادند [3]. باکی بال مولکولی از 60 اتم کربن (C60) به شکل یک توپ فوتبال است. در اندک زمانی، فولرن های دیگری کشف شدند که از 28 تا چند صد اتم کربن داشتند. با این حال C60 ارزان ترین و در دسترس ترین آنها می باشد. لغت فولرن کل مجموعه مولکول های تو خالی کربنی را که دارای ساختارهای پنج ضلعی و شش ضلعی می باشند، پوشش می دهد. نانولوله های کربنی که از لوله شدن صفحات گرافیتی با آرایش شش ضلعی ساخته می شوند در صورت مسدود شده از دو انتهای لوله، خویشاوند نزدیک فولرن به حساب می آیند [3].
1-6) ساختمان فولرن
فولرن از شبکه پنج گوشه ها و شش گوشه ها تشکیل شده است. یک فولرن برای آنکه به صورت یک شکل کروی بسته شود، باید دقیقاً 12 وجه پنج گوشه داشته باشد، ولی تعداد وجه های شش گوشه می تواند به طور گسترده ای تغییر کند. ساختمان C60، دارای 20 وجه شش گوشه است. هر کربن فولرن، دارای هیبرید sp2 است و با سه اتم دیگر، پیوندهای سیگما تشکیل می دهد. الکترون باقیمانده در هر کربن، درون سیستمی از اوربیتال های مولکولی در حال گردش است که به کل مولکول، ماهیت آروماتیکی می بخشد [3].
1-7) شیمی فولرن ها
شیمی فولرن ها حتی از سنتز آنها جالب تر است. فولرن ها دارای الکترون خواهی بالایی بوده و به راحتی از فلزات قلیایی الکترون پذیرفته، یک فاز جدید(نمک باکید) ایجاد می کنند. یکی از این نمک ها، K3C60 یک بلور فلزی پایدار است. این ترکیب در صورت سرد شدن تا دمای 18 درجه کلوین به یک ابر رسانا تبدیل می شود. حتی فولرن هایی سنتز شده اند که در داخل قفس اتم های کربن، حاوی اتم های فلز هستند. باکی بال ها از نظر فیزیکی مولکول هایی بیش از حد محکمی بوده و قادرند فشارهای بسیار زیاد را تحمل کنند، به طوری که پس از تحمل 3000 اتمسفر فشار به شکل اولیه خود بر می گردند. باکی بال های چند پوسته موسوم به نانو پیازها12، بزرگ تر هستند وقابلیت بیشتری برای استفاده به عنوان روان کننده دارند. این که باکی بال ها به خوبی به هم نمی چسبند، به این معنا نیست که در جامدات دیگر کاربرد ندارند. وارد کردن مقادیر نسبتاً اندک از آن در یک بستر پلیمری، موقعیتی برای آنها به وجود می آورد که بخشی از استحکام بالا و دانسیته پایین آن را به ماده حاصل می بخشد. فولرن ها درون نانولوله ها نیز قرار داده شده اند تا چیزی به نام غلاف نخود پدید آید [4]. اولین کار از این دست در اوایل 2002 در جنوب کره (دانشگاه ملی سئول) و آمریکا (دانشگاه پنسیلویا) به ترتیب با استفاده از C82 و C60 صورت گرفت. فولرن ها رفتار الکتریکی نانولوله ها را تغییر داده، مناطقی با خواص نیمه رسانایی مختلف را پدید می آورند. نتیجه می تواند مجموعه ای از ترانزیستورهای پشت سرهم در یک نانولوله باشد. با تغییر مکان فولرن ها می توان این خواص را تغییر داد. مواد مبتنی بر فولرن ها مصارف مهمی در قطعات فوتونیک دارند (فوتونیک معادل الکترونیک است با این تفاوت که در آن از نور به جای الکتریسیته استفاده می شود). خواص نوری غیرخطی را می توان با افزایش یک یا چند اتم فلزی در بیرون یا درون قفس فولرن ها ارتقاء داد. فولرن ها همچنین در نابودی رادیکال های آزاد که باعث آسیب بافت های زنده می شوند، مفیدند. از فولرن ها می توان به عنوان پیش سازی برای دیگر مواد، همچون روکش های الماسی یا نانولوله ها استفاده کرد و همچنین به طور محدود در تحقیقات بنیادی مکانیک کوآنتومی استفاده شده است، چون بزرگ ترین ذره ای هستند که در دوگانگی موج-ذره ماده دیده شده است [4].

1-8) خواص و کاربردهای فولرن ها
شکل و زیبایی فولرن ها و خواص شگفت انگیز آنها توجه بسیاری از دانشمندان را به خود معطوف کرده است. پایدارترین و فراوان ترین فولرن ها انواع C60 و C70 هستند. بنابراین بیشتر خواص ذکر شده در مورد فولرن ها نیز روی این دو نوع متمرکز شده است [5].
1-8-1) استحکام مکانیکی: به عنوان تقویت کننده در نانو کامپوزیت ها
فولرن ها از نظر مکانیکی مولکول های بسیار مستحکمی هستند که از این خاصیت در تولید نانوکامپوزیت ها استفاده شده است [5].
1-8-2) خاصیت روان سازی بالا: روان کاری در مقیاس نانومتری
مولکول های فولرن با پیوندهای ضعیف نیروهای واندروالس به هم متصل می شوند. این نیروهای نگهدارنده فولرن ها در کنار هم مشابه نیروهای موجود بین لایه های گرافیت است. بنابراین برخی از خواص فولرن ها مشابه خواص گرافیت می باشد. به طوری که از فولرن ها به جای گرافیت در کاربردهای روان کاری در مقیاس نانومتری استفاده شده است [5].
1-8-3) حساس در برابر نور: کاربردهای فوتونیک
فولرن ها در برابر نور بسیار حساس بوده و با تغییر طول موج نور خواص الکتریکی این مواد به شدت تغییر می کند. بنابراین کاربردهای فوتونیک زیادی برای این مواد در آینده متصور شده است [5].
1­8­4) ساختاری توخالی: مکانی جهت قرار گیری عناصر
می توان درون مولکول های توخالی فولرن ها را با عناصر دیگر پر کرد. به گونه ای که با قرار دادن برخی عناصر فلزی درون فولرن ها خواص الکتریکی آن ها بهبود یافته است [3].
1­8­5) خواص زیست سازگاری: دارو رسانی
درون فولرن ها می توان برخی آنزیم ها و یا داروها و هورمون های مورد نیاز بدن را قرار داد. به این ترتیب در نانو پزشکی می توان از این مواد استفاده نمود. در یکی از جدیدترین کاربردهای فولرن ها برای مبارزه با ویروس ایدز، آنزیم ضد این ویروس در درون فولرن ها جای داده و به درون بدن هدایت شده است [4].
1­9) مزایا و معایب فولرن ها
کم حلال بودن فولرن ها در سیالات، کاربرد این مواد را به عنوان مواد مؤثر دارویی محدود می کند. ولی میزان آبگریزی، سه بعدی بودن و خواص الکترونی آن باعث بکارگیری آن در امور پزشکی می شود. به عنوان مثال، شکل کروی آن ها باعث ایجاد توانایی و قرار گفتن مولکول های فولرن در محلول های آبگریز آنزیم ها یا سلول ها می شود و این عمل باعث ایجاد خواص دارویی می گردد [5].
1­10) روش های تولید و فرآوری فولرن ها
فولرن ها به مقدار اندکی در طبیعت، در حین آتش سوزی و صاعقه زدگی پدید می آیند. اغلب روش هایی که در تحقیقات مختلف برای تولید فولرن ها به کار می رود، از نظر اقتصادی مقرون به صرفه نبوده و یا فراورده حاصل از آنها خواص مطلوبی ندارد. برخی از روش های اقتصادی و بهینه برای تولید فولرن ها عبارتند از:
حرارت دهی از طریق مقاومت الکتریکی
– حرارت دهی از طریق قوس الکتریکی
– حرارت دهی به روش القایی
– سنتز احتراقی فولرن ها
1­11) انواع نانولوله های کربنی
نانولولههای کربنی به دو دسته کلی نانولولههای کربنی تک دیواره13 و نانولوله های کربنی چند دیواره14 تقسیم می شوند. چنانچه نانولوله کربنی فقط شامل یک لوله از گرافیت باشد، نانولوله تک دیواره و اگر شامل تعدادی از لولههای متحد المرکز باشد نانولوله چند دیواره نامیده میشود. یک نانو لوله تک جداره از دو قسمت بدنه و در پوش با خواص فیزیکی و شیمیایی متفاوت تشکیل شده است. ساختار در پوش، مشابه یک فولرن کوچک و مرکب از حلقه های ۵ و ۶ ضلعی اتم کربن است که در کنار هم قرار گرفته اند و ساختاری گنبدی شکل را به عنوان در پوش ایجاد کرده اند. C60 همانند قسمت دیگر، بدنه استوانه ای شکل آن است که از یک صفحه گرافیتی تشکیل شده است. نانولوله تک جداره به دلیل خواص الکتریکی جالبش، نوع بسیار مهمی از نانولوله ها محسوب می شود. نانولوله های کربنی چند جداره از چند استوانه کربنی هم محور تو در تو ایجاد شده است که می توان آن را به صورت دسته ای از نانولوله های هم مرکز با قطرهای متفاوت در نظر گرفت. طول و قطر این ساختار ها در مقایسه با نانو لوله های تک جداره بسیار متفاوت بوده و دارای خواص متفاوتی نیز می باشند.

نانولوله های تکجداره نیز بر حسب آرایش اتم‌های کربنی مقطع لوله به سه دسته مهم صندلی15 و نامتقارن16 که دارای خاصیت فلزی هستند و زیگزاگ17 که خاصیت نیمه‌رسانایی دارد، تقسیم می شوند [6] .
1­11­1) نوع صندلی
در صورتی که اتم ابتدایی و اتمی که در وضعیت 45 درجه نسبت به آن قرار دارد، روی هم قرار بگیرند، نانولوله نوع صندلی به دست می آید و در این حالت می توانیم بین این دو اتم یک خط مستقیم رسم کنیم که معادله آن «m=n» است. یعنی شماره ستون و ردیف هر یک از آنها با یکدیگر برابر است. در این حالت با یک بار گردش به دور نانولوله تعدادی صندلی پشت سرهم ایجاد می شود [6].

1­11­2) نوع زیگزاگی
برای ایجاد نوع زیگزاگی نانولوله اتم ها را در راستای افقی (ستون به ستون) شمرده شده را با خم کردن صفحه، به روی اتم ابتدایی انطباق می دهیم. برای اطمینان از درستی کار باید دقت کرد که درانتها، در راستای افقی یک خط شکسته زیگزاگ به دور نانولوله ایجاد شود [6].
1­11­3) نوع نامتقارن
این حالت مشابه روش صندلی می باشد، با این تفاوت که در مختصات اتم انتهایی، «m≠n» خواهد بود [6].

1­12) خصوصیات فیزیکی و شیمیایی نانولوله ها
نانولوله ها علی رغم برخورداری از قطر بسیار کم، استحکام کششی بالایی دارند. از دیگر خصوصیات آنها وجود پیوندهای واندروالس بین اتم ها و لذا توانایی پایین آن ها برای چسبیدن به یکدیگر در نانولوله فلزی و نیمه هادی، رسانایی در جهت طولی، رسانایی حرارتی و خاصیت نشر میدانی است [9-8-7].
1­13) فرآیندهای تولید نانولوله
به طور کلی برای تولید هر نانو ذره یکی از دو روش تولید بالا به پایین و یا روش پایین به بالا به کار گرفته میشود. در روش بالا به پایین از ساختارهای میکرو و بزرگتر به ابعاد نانو رسیده، اما در روش پایین به بالا از کنار هم قرار گرفتن بلوکهای سازنده نانومواد، ساختار شکل میگیرد که این روش مبتنی بر کلیات شیمی میباشند. شش روش کلی و مرسوم برای تولید نانومواد وجود دارد که عبارتند از: قوس الکتریکی، رسوبدهی فاز بخار شیمیایی، رسوبگذاری الکتریکی، سنتز از طریق سل- ژل، آسیاب کردن و سایش با حرکت گلوله. در این میان، چهار روش اول جزء روشهای تولید پائین به بالا و دو روش آخر، روش بالا به پائین محسوب میگردند. از روشهای ذکر شده فوق، فرآیندهای قوس الکتریکی، تبخیر لیزری و رسوبدهی بخارات شیمیایی عمده ترین روشهای تولید نانولولهها بوده که دو روش اول بر پایهء کربن جامد و روش آخر بر پایه کربن گازی صورت میگیرد [13].
1­14) کاربرد نانولوله‌ها
خواص ویژه نانولوله‌های کربنی، آنها را به انتخاب ایده آلی برای بسیاری از کاربردها تبدیل کرده است.
امروزه در روند تحقیق درباره نانولوله‌ها توجه و تعمق ویژه‌ای بر روی استفاده از آنها در ساخت ابزارها متمرکز شده است. اکثر پژوهشگرانی که در دانشگاه‌ها و آزمایشگاه‌های تحقیقاتی سرتاسر دنیا بر روی نانولوله‌ها کار می‌کنند با خوش‌بینی پیش‌بینی می‌کنند که در آینده‌ای نزدیک نانولوله‌ها کاربردهای صنعتی وسیعی خواهند داشت. در ادامه چند مورد از حوزه‌های مهم کاربرد نانولوله‌ها اشاره می شود.
1­14­1) به عنوان تقویت کننده در کامپوزیت ها
نانولوله های کربنی یکی از مستحکم ترین مواد به شمار می روند. این موضوع، کاربرد آن ها را به عنوان ماده پرکننده در تولید نانوکامپوزیت ها به خوبی روشن می سازد. کامپوزیت های از نوع نانولوله ی کربنی دارای نسبت استحکام به وزن بالایی می باشند که مصارف بسیاری در صنعت خواهند داشت. توزیع یکنواخت نانولوله‌ها در زمینه کامپوزیت و بهبود چسبندگی نانولوله‌ با زمینه در فرآوری این نانوکامپوزیت‌ها از موضوعات بسیار مهم است. شیوه توزیع نانولوله‌ها در زمینه پلیمری از پارامترهای مهم در استحکام‌ دهی به کامپوزیت می‌باشد. آنچه از تحقیقات برمی‌آید این است که استفاده از خواص عالی نانولوله‌ها در نانوکامپوزیت‌ها وابسته به استحکام پیوند فصل مشترک نانولوله و زمینه می‌باشد. نکته دیگر آنکه خواص غیر همسانگردی نانولوله‌ ها باعث می‌شود که در کسر حجمی کمی از نانولوله‌ها رفتار جالبی در این نانوکامپوزیت‌ها پیدا شود [14].

1­14­2) حسگرها
حسگر زیستی یک ابزار شناسایی و تجزیه زیستی است که به کمک یک مبدل18 وجود یک مولکول را شناسایی می کند. نانوحسگرهای زیستی ، انواعی از نانوحسگرها هستند که برای تشخیص مواد شیمیایی و زیستی استفاده می شوند. استفاده از نانومواد مثل نیمه رساناها، نانوسیم، نانوذرات و غیره برای کاربرد در حسگرهای زیستی به سرعت در حال توسعه است. از جمله این مزایا می توان به کوچک سازی وسیله، افزایش امواج و تشدید امواج مغناطیسی به وسیله ی برچسب های نانوذره19 اشاره کرد که سبب افزایش حساسیت می شوند. نانومواد دارای ویژگی های فیزیکی، نوری و الکتروشیمیایی منحصر به فردی هستند که در حس کردن20 بسیار مفید می باشند. از جمله نانومواد، ذرات کوانتومی، نانوذرات طلا، نانوذرات مغناطیسی و نانولوله های کربنی را می توان نام برد [16-15].

1­14­3) حافظه‌های نانولوله‌ای
به دلیل کوچکی بسیار زیاد نانولوله‌های کربنی ‌(که در حد مولکولی است)، اگر هر نانولوله‌ بتواند تنها یک بیت اطلاعات درخود جای دهد، حافظه‌هایی حاصل از این نانولوله‌ها می‌توانند مقادیر بسیار زیادی اطلاعات را ذخیره نمایند. با در نظر داشتن این مطلب، بسیاری از محققان در حال کار بر روی ساخت حافظه‌های نانولوله‌ای می‌باشند.
1-14-4) ترانزیستورها
نانولوله‌ها درآستانه کاربرد درترانزیستورهای سریع هستند، اما آن ها هنوز هم در اتصالات داخلی استفاده می‌شوند. بسیاری از طراحان دستگاه ‌ها تمایل دارند به پیشرفت هایی دست یابند که آن ها را به افزایش تعداد اتصالات داخلی دستگاه‌ها درفضای کوچک تر، قادر نماید. ترانزیستورهای ساخته شده از نانولوله‌ ها دارای آستانه می باشند (یعنی سیگنال باید از یک حداقل توان برخوردار باشد تا ترانزیستور بتواند آن را آشکارکند) که می‌توانند سیگنال‌های الکتریکی زیرآستانه را در شرایط اختلال الکتریکی یا نویز، آشکار و ردیابی نمایند. همچنین از آنجایی که ضریب تحرک، شاخص حساسیت یک ترانزیستور برای کشف بار یا شناسایی مولکول مجاور می باشد، لذا ضریب تحرک مشخص می کند که قطعه تا چه حد می‌تواند خوب کار کند. ضریب تحرک تعیین می کند که بارها در یک قطعه چقدر سریع حرکت می‌کنند و این نیز سرعت‌ نهایی یک ترانزیستور را تعیین می‌نماید. لذا اهمیت استفاده از نانولوله‌ها و تولید ترانزیستورهای نانولوله‌ای با داشتن ضریب تحرک برابر با 100هزار سانتیمتر مربع بر ولت ثانیه در مقابل سیلیکون با ضریب تحرک 1500 سانتیمتر مربع بر ولت ثانیه و ایندیم آنتیمونید (بالاترین رکورد بدست آمده تا به امروز) با ضریب تحرک 77 هزار سانتیمتر مربع بر ولت ثانیه بیش از پیش مشخص می‌شود [17].
1­14­5) استفاده در نمایشگرهای تشعشع میدانی
یکی از مشکلات دستگاه های نشر میدان امروزی، عدم پایداری میدان های تولیدی در بازه های زمانی طولانی است. این مشکل را می توان با استفاده از نانولوله کربنی حل نمود. نانولوله‌ های کربنی می‌ توانند عنوان بهترین گسیل کننده میدانی را به خود اختصاص داده و ابزارهای الکترونی با بازده بالاتری تولید کنند. خصوصیات منحصر به فرد این نانولوله‌ها، امکان تولید نوعی جدید از صفحه نمایش‌ های تخت را میسر می کند که ضخامت آن ها چند اینچ بوده و نسبت به همتای فعلی از قیمت مناسب‌تری برخوردار باشد. از طرفی کیفیت تصویر آن ها هم به مراتب بهتر خواهد بود. در پدیده گسیل میدانی، الکترون ها با استفاده از ولتاژ کم از فیلم های ضخیم دارای نانولوله به سمت صفحه نمایش پرتاب شده و باعث روشن شدن آن می شوند. هر نقطه از این فیلم، یک پرتاب کننده الکترون (تفنگ الکترونی) کوچک است که تصویر را روی صفحه نمایش ایجاد می کند. ولتاژ لازم برای نمایشگر تشعشع میدانی از طریق صفحه نمایش صاف متکی بر نانولوله‌ نسبت به آنچه به صورت سنتی در روش اشعه کاتدی استفاده می شد، کمتر می‌باشد و این نانولوله‌ها با ولتاژ کمتر، نور بیشتری تولید می‌کنند [18].

1-14-6) کاربرد نانولوله در صنعت ساختمان
با توجه به کاربردهای بالقوه نانولوله نیاز به این ماده درصنایع داخلی دیده می شود. صنعت ساخت و ساز از صنایعی است که بهینه سازی مصالح ساختمانی در آن ضروری است. حداقل به سه دلیل زیر از نانولوله ها می توان در این عرصه کمک گرفت:
1) نانولوله های کربنی به دلیل خواص مکانیکی عالی، در تولید پلیمرها، شیشه و مصالح ساختمان قابل استفاده هستند.
2) از آنها می توان در ساخت سیستم‌های انتقال حرارت، به علت خواص ویژه هدایت حرارتی آنها استفاده کرد.
3) استفاده از نانولوله های کربنی با طول زیاد به شکل ریسمان، در پل‌های معلق کاربرد دارد.
مثلاً‌ در بتن، از گذشته تا حال، فایبرهای فولادی (بتن آرمه) استفاده می شده‌اند. بنابراین بتن، مستعد استفاده از کربن نانولوله است. انتظار می ‌رود با استفاده از نانولوله های کربنی به خواص بهتری در بتن رسید. دلایل برتری استفاده از نانولوله کربنی در صنعت ساختمان عبارتند از:
-خواص ویژه مکانیکی هدایت حرارتی و الکترونیکی
– نسبت طول به قطر بسیار بالا

دسته بندی : پایان نامه

پاسخ دهید