به‌زودی می‌توانید در کمد لباس‌های خود پوشاک ساخته شده از گازهای گلخانه ای هوا داشته باشید!زیرا در آینده نزدیک، امکان تولید الیاف از گازهای گلخانه‌ای جداشده از هوا به وجود خواهد آمد. این فرایند به معنای تولید لباس‌هایی است که سبب کاهش اثر گلخانه‌ای می‌شوند.
تهیه لباس‌های ساخته‌شده از گازهای گلخانه‌ای و هوا؛ یک داستان علمی تخیلی نیست، بلکه یک پروژه واقعی است که توسط شرکت سوئدی منسوجات هوشمند نوآورانه برای محیط‌زیست انجام‌شده است.

لنا ماری جنسن، هماهنگ‌کننده پروژه «از هوا» می‌گوید: «اگر ما موفق شویم، این روش می‌تواند به برگ برنده‌ای در صنعت نساجی تبدیل شود».

پوشاک محافظ محیط‌زیست

ازآنجایی‌که جوامع امروزی به مقدار زیادی گاز گلخانه‌ای تولید می‌کنند که باعث افزایش اثر گلخانه‌ای می‌شود، لذا با همراهی محققان دانشگاه بوراس سوئد و شرکت منسوجات هوشمند، این طرح ابتکاری باهدف ایجاد تغییر نظام‌مند در صنعت نساجی با استفاده از روش جدید تولید فیلتر متان صورت گرفته است. ازلحاظ تئوری به همان مقداری که گاز متان توسط منسوجات جذب ‌شود، از میزان گاز موجود در جو کاسته می‌شود که اثر مثبتی بر آب‌وهوا خواهد گذاشت.

به گفته‌ی لنا ماری جنسن، امروزه نیمی از الیاف مورداستفاده در صنعت نساجی، الیاف مصنوعی مانند پلی‌استر، تولیدشده از مواد اولیه نفتی هستند. اگر ما بتوانیم این الیاف را با الیاف جدید خود که گازهای گلخانه‌ای را جذب می‌کنند، جایگزین کنیم، دو اثر محیطی کاهش استفاده از سوخت فسیلی و کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای را به‌طور هم‌زمان خواهد داشت.

نمونه اولیه پوشاک ساخته شده از گازهای گلخانه ای

هدف تولید محصول مستحکم ساخته‌شده از گازهای گلخانه‌ای و هوا است تا به بازار نشان داده شود که امکان تولید چنین محصولی وجود دارد. همچنین، در مصرف‌کنندگان اهمیت خرید محصول هوشمند حافظ محیط‌زیست را ایجاد کنیم. این گروه هم‌اکنون در حال ساخت نمونه‌ی اولیه برای اثبات این ایده هستند.

شرکت منسوجات هوشمند پیش‌ازاین پوشاک پایشگر سلامتی و محیط‌زیست را ارائه نموده بود که مواد مورداستفاده در آن‌ها قادر به ایجاد شبکه‌های تعاملی با محیط و تصفیه آب بود.

گاز متان که دانشمندان به‌طور ویژه به آن توجه می کنند، گاز گلخانه‌ای است که حدود ۲۸ برابر از دی‌اکسید کربن فعال‌تر است. میزان این گاز در جو از دوره پیش از انقلاب صنعتی تاکنون حدود ۱۵۰% افزایش‌یافته است. هرچند میزان متان موجود در جو ۰٫۰۰۰۱۷% و میزان دی‌اکسید کربن ۰٫۰۳۶۰% است، لیکن به دلیل قدرت بیشتر، گاز متان تأثیر بیشتری بر گرمایش کره زمین دارد.

پژوهشگران در سراسر دنیا در پی ارائه‌ی مواد جاذبی هستند که قادر به جداسازی دی‌اکسید کربن از جو باشد که یا برای مصارف دیگر استفاده و یاد به‌صورت ایمن نگه‌داری شود. یک گروه تحقیقاتی از موسسه Tata از مرکز تحقیقات علوم پایه در بمبئی هند، اخیراً مواد جاذب جامدی را ایجاد کردند که می‌تواند گاز دی‌اکسید را از جو خارج کند. آن‌ها برای این کار از کامپوزیت نانولیفی متخلخل حاوی نانو سیلیکا استفاده کرده‌اند.

 


دانشمندان کره‌ای موفق به ساخت منسوجات گرافنی شده‌اند که می‌تواند گازهای سمی موجود در هوا را شناسایی کرده و به‌وسیله‌ی یک لامپ LED به فرد هشدار دهد.

محققان از موسسه تحقیقاتی ارتباط از راه دور و الکترونیک، یک پژوهشگاه غیرانتفاعی حمایت‌شده توسط دولت کره و دانشگاه کانکوک در سئول کره جنوبی، نخ‌های پنبه و پلی‌استر پوشش داده‌شده با یک نوع نانو چسب از جنس “آلبومین سرم گاوی” را به دور صفحات گرافنی پیچیده‌اند.

گرافن یک‌لایه نازک بسیار محکم باضخامتی معادل یک اتم، از جنس کربن است که به دلیل خاصیت هدایت حرارتی و الکتریکی مناسبش شناخته‌شده است. آزمایش‌ها نشان می‌دهند که این پارچه‌ها بعد از ۱۰۰۰ بار خمش و کشش پی‌در‌پی و همچنین ۱۰ بار شست‌و‌شو با مواد شوینده مختلف، کماکان خواص هدایت الکتریکی خود را حفظ می‌کنند. نخ‌های اکسید گرافن با یک فرایند احیای شیمیایی که شامل گرفتن الکترون است، قرار می‌گیرند.

پوشش اکسید گرافن احیاشده، حساسیت منحصربه‌فردی به موادی مانند اکسید نیتروژن و گازهای آلاینده حاصل از احتراق سوخت فسیلی مانند دود اگزوز وسایل نقلیه دارند. قرارگیری انسان در معرض اکسید نیتروژن به مدت طولانی زیان‌بار و عامل بسیاری از بیماری‌های تنفسی است. قرار گرفتن منسوجات گرافنی در معرض اکسید نیتروژن سبب ایجاد مقاومت الکتریکی در اکسید گرافن احیاشده، می‌شود.

به گفته محققان، این فناوری اطلاعات مناسبی راجع به کیفیت آب‌وهوا به شخصی که لباس را پوشیده است می‌دهد. این مواد همچنین می‌توانند با ترکیب شدن با فیلترهای تصفیه‌کننده‌ی هوا به‌عنوان یک فیلتر هوشمند عمل کرده و علاوه بر شناسایی گازهای سمی موجود در هوا، آن را تصفیه کنند.

منسوجات گرافنی در تجهیزات الکترونیکی قابل پوشش

محققان موفق به انتقال تک لایه گرافنی بر روی الیاف رایج مورداستفاده در صنعت نساجی شدند. گرافن نه‌تنها محکم و انعطاف‌پذیر است، بلکه نازک‌ترین ماده‌ای است که توانایی هدایت الکتریکی را دارد و همین ویژگی سبب امکان استفاده از این ماده در منسوجات هوشمند شده است.

دانشمندان و محققان دانشگاه ایالت پنسیلوانیا و دانشگاه شین شو ژاپن در مطالعه‌ای جدید، بر روی تک لایه گرافنی با خواص خوبی مانند انعطاف‌پذیری، استحکام مکانیکی و هدایت الکتریکی بالا تحقیق کرده‌اند. در این روش موسوم به “رسوب‌دهی شیمیایی بخار (CVD)” گرافن از روی یک ورق مسی بر روی الیاف پلی‌پروپیلن منتقل می‌شود. این فرآیند شامل پوشش دهی چرخشی یک زیر ماده‌ی گرافنی/مسی با یک فیلم نازک از جنس پلی متیل‌متاکریلات پیش از لایه‌برداری مس و سپس انتقال گرافن به الیاف است. سرانجام، فیلم پلی متیل‌متاکریلات به‌وسیله پاک‌کننده داغ استونی زدوده می‌شود و بدین طریق یک پوشش دا‌ئمی از یک‌لایه گرافنی، الیاف را در بر‌می‌گیرد.

به گفته‌ی دکتر ایزابل د اسچریور این پیشرفت غیرمنتظره بسیار هیجان‌انگیز است و محققان در انتظار مشاهده‌ی تأثیرات این دستاورد بر صنعت تجهیزات الکترونیک هستند.

 


به‌منظور حل مشکلات محیط زیستی موجود در صنعت رنگ اروپا، دانشمندان درحال‌توسعه روش‌های جدید و دوستدار محیط‌زیست برای تولید رنگ از نانو آنزیم‌های رنگ زا هستند.

صنایع سنتی رنگ در اروپا به دلیل سمی بودن برخی رنگ‌ها، مشکلات زیست‌محیطی و برای کارگران این صنایع مشکلات سلامتی فراوانی ایجاد کرده‌اند. تولید رنگ با استفاده از مواد شیمیایی بیش از یک قرن است که به‌صورت صنعتی درآمده و برخی فرایندهای تولید رنگ از مصرف انرژی بالا برخوردار بوده و به‌صورت بالقوه برای کارگران زیان‌بار است. به‌منظور جلوگیری از بروز واکنش‌های انفجاری در هنگام اختلاط مواد شیمیایی، فرایندها باید در دمای کمتر از صفر درجه انجام شود که این امر منجر به‌صرف انرژی زیادی می‌شود. از سوی دیگر برخی مواد رنگ‌زا سمی بوده و خطر عبور آن‌ها از منافذ پوست حین تعرق وجود دارد. علاوه بر این، ۱۵-۱۰ درصد از رنگ‌های تولیدی در حین تولید یا استفاده، در طبیعت رها می‌شوند که این امر باعث ایجاد مشکلاتی برای موجودات زنده خواهد شد. هرچند که در اروپا تولید خیلی از این رنگ‌ها ممنوع شده است اما هنوز جایگزین مناسبی برای آن‌ها پیدا نشده است.

برای غلبه بر این مشکلات دانشمندان در پروژه SOPHIED با سرپرستی دانشگاه کاتولیک لوون بلژیک و با حمایت مالی اتحادیه اروپا، بر روی نانو آنزیم‌های رنگ زا استخراج‌شده از قارچ تحقیق می‌کنند. هرچند که این مواد آنزیمی خودشان رنگی به نظر نمی‌رسند اما در تولید رنگ‌های زیستی کاربرد دارند. این مواد برای سنتز مواد رنگ‌زا باقابلیت کاربرد در صنایع نساجی و چرم قابل‌استفاده‌ هستند.

به گفته‌ی استل اناد از موسسه زمین و زندگی در مرکز میکروبیولوژی کاربردی دانشگاه کاتولیک لوون، کل طیف رنگی در قارچ‌ها وجود دارد و نانو آنزیم‌های رنگ زا می‌توانند رنگ‌های جدیدی را نیز از طریق زیست پالایی سنتز کنند. این فرایند مطابق همان سازوکار میکروارگانیسم‌ها برای حذف آلودگی انجام می‌شود؛ اما قابلیت کاربرد رنگ‌های تولیدی به‌عنوان رنگ‌زای نساجی چندان مشخص نیست؛ زیرا رنگ به‌کاررفته در این صنایع باید دارای خواص ویژه و گروه‌های عاملی مخصوص باشد.

روش تولید نانو آنزیم‌های رنگ زا

برای استخراج آنزیم‌ها، قارچ در مایعی محتوی مواد غذایی قرار داده می‌شود تا امکان رشد و رهایش پروتئین موردنظر یا آنزیم فراهم شود. پس از خروج قارچ، ذرات سیلیکا به محلول اضافه می‌شود. ترکیب آنزیم و ذرات سیلیکا برای پایداری آنزیم صورت می‌گیرد و در پایان فرایند تولید رنگ، برای جلوگیری از بروز حساسیت، حذف پروتئین‌ها انجام می‌شود. ذرات سیلیکا با میانگین اندازه‌ی ۱۰۰ میکرونی به کار گرفته‌شده‌اند که بیش از مقیاس نانومتری است. نانومقیاس بودن این محصول ناشی از نانو آنزیم‌های رنگ زا است که به‌عنوان نانوکاتالیست عمل کرده و می‌توان آن‌ها را به‌عنوان نانو ابزارهای زیستی در نظر گرفت. چراکه مواد زیستی اساساً نانومقیاس هستند و بیوشیمی یک حوزه‌ی علمی جدید نیست.

رنگ‌های جدید بدون نیاز به مواد کمکی که حساسیت ایجاد کرده یا باعث آلودگی آب شوند، توسط الیاف پلی آمید، پشم و ابریشم کاملاً جذب می‌شوند. قبل از عرضه تجاری این محصول، انجام آزمون‌های سمیت الزامی است. ذرات بزرگ‌تر سیلیکا نسبت به نانو ذرات سمی‌تر هستند. هرچند بزرگ‌تر بودن اندازه این ذرات امکان ورود آن‌ها به سلول را دشوار می‌سازد ولی چنانچه برخی از ذرات وارد بدن شوند، ممکن است طی ۲۰ سال سبب بروز التهاب مزمن و حتی برخی انواع سرطان شوند؛ اما محققان این پروژه اذعان داشته‌اند که ذرات سیلیکای استفاده‌شده در این تحقیق غیر سمی است و به‌صورت تجاری در خمیردندان و به‌عنوان ماده اولیه در باغبانی استفاده می‌شود و در دسته‌بندی مواد خطرناک قرار ندارد.

یکی از مهم‌ترین مزایا رنگ‌زاهای متداول، مقاومت در برابر شست‌و‌شو، سایش مکانیکی و عدم رنگ‌پریدگی در برابر نور خورشید است. آزمون‌های اولیه بر روی نانو آنزیم‌های رنگ زا زیستی نشان داد که این مواد در برابر نور خورشید دچار رنگ‌پریدگی می‌شوند. هرچند محققان برای این مشکل در حال پژوهش هستند، لیکن استفاده از این منسوجات رنگی در مواردی که کمتر در معرض تابش نور قرار دارند همچون لباس‌زیر یا جوراب، راه‌حل مناسبی به نظر می‌رسد. این فرایند تولید مواد رنگ‌زا به دلیل مصرف آب زیاد در حال بهینه‌سازی است.

فناوری آنزیمی نه‌تنها در صنایع نساجی بلکه در صنعت چرم و لوازم‌آرایش و همچنین برای زدودن ترکیبات سمی از صنایع رنگ نیز قابل‌استفاده هست.

 


صنعت جوهر و خمیر چاپ رسانا تقاضایی در حدود ۱۸۰۰ تن ایجاد خواهد کرد. بنا بر پیش‌بینی مرکز تحقیقات IDTechEx این مقدار تا سال ۲۰۲۶ به ۲۲۰۰ تن افزایش خواهد یافت. این صنعت دوباره احیاشده و اکنون به صنعتی کاملاً پویا تبدیل‌شده است. بازارهای سنتی شاهد تحولات زیادی بر اساس نیازمندی‌های جدید هستند درحالی‌که بازارهای مختلف در حال ظهور افق‌های جدید می‌باشند.

تحقیق جدید IDTechEx با عنوان ” جوهرهای رسانا ۲۰۲۶-۲۰۱۶: پیش‌بینی، فناوری و نقش‌آفرینان”، چشم‌انداز جامعی از بازار جوهر و خمیر چاپ رسانا ، با جزئیات بازار ده‌ساله، کاربردها و نوع مواد یا جوهر ارائه می‌کند. گزارش پیش‌بینی بازار بر اساس مقدار مصرف (تن) و مقدار جوهر ارائه‌شده است.

در این گزارش تحلیل دقیقی از حداقل ۱۷ کاربرد موجود و در حال ظهور جوهر و خمیر چاپ رسانا در سلول‌های خورشیدی سیلیکونی، برچسب‌های UF / UHF RFID، الکترود حاشیه صفحه‌نمایش لمسی، خودرو، لوازم الکترونیکی قالبی، منسوجات الکترونیکی، آنتن سه‌بعدی، چاپ الکترونیک سه‌بعدی، چاپگر PCB رومیزی، جایگزینی ITO، روشنایی OLED و … ارائه‌شده است.

اغلب جوهر و خمیر چاپ رسانا حاوی نانوذرات نقره، کربن و مس بوده که در این گزارش به روش‌های تولید جوهرهای چاپ حاوی نقره و مس پرداخته شده است.

تجهیزات الکترونیکی کشسان با استفاده از جوهر و خمیر چاپ رسانا

 منسوجات الکترونیکی در آستانه رشد هستند. بنا بر پیش‌بینی گزارش تحقیقاتی IDTechEx، سرمایه‌گذاری در این بخش از ۱۰۰ میلیون دلار در سال ۲۰۱۵ به حدود ۳٫۲ میلیارد دلار در ۲۰۲۶ در سطح محصول نهایی خواهد رسید. اتصالات و حس‌گرها، عناصر حیاتی در منسوجات الکترونیکی در حال ظهور هستند. چاپ در این نوع منسوجات می‌تواند ارزش زیادی را در صنعت نساجی به‌عنوان فرایند پس از تولید داشته باشد. به این دلیل است که تعداد محصولات الکترونیکی منسوج و نمونه‌های اولیه با خطوط چاپ رسانا به‌سرعت در حال افزایش است. اتاق فکری برای نوآوری در مورد چالش‌های استفاده از جوهر رسانا با اهداف عملکردی وجود دارد؛ زیرا نیاز فنی ازنظر چسبندگی، قابلیت شست‌وشو و کشسانی بسیار حائز اهمیت هستند.

 


غشاء کشسان آبگریز مواد ابر آب‌گریز با خاصیت کشسانی زیاد به دلیل کارایی بالا و قابلیت اطمینان عملکرد در محیط‌های مکانیکی پویا، بسیار موردتوجه قرارگرفته‌اند، اما تولید این مواد تاکنون چالش‌برانگیز بوده است. برای نخستین بار ثابت‌شده است که غشاهای نانولیفی کشسان پس از انجام عملیات اصلاح سطح به‌منظور ایجاد خاصیت ابر آب‌گریزی، خاصیت خود را حین کشش تک محوره تا ازدیاد طول ۱۵۰۰% و کشش دو محوره تا ازدیاد طول ۷۰۰% حفظ می‌نماید. همچنین ازجمله مزایای دیگر این غشای نانولیفی تحمل ۱۰۰۰ چرخه کشش، بدون تغییری در خاصیت ابر آب‌گریزی است. کشش غشاء نانولیفی باعث تراوایی بیشتر نسبت به هوا و کاهش فشار آب عبوری می‌شود. این غشاء در محیط اسید و باز کاملاً پایدار است. از غشاء نانولیفی فوق با خواص تراوایی، کشسانی و ابر آب‌گریزی می‌توان در حوزه‌های غشاهای جداکننده، بهداشت و درمان، منسوجات عامل دار شده و انرژی استفاده نمود.

سطوح ابر آب‌گریز با زاویه تماس بزرگ قابلیت زیادی برای استفاده به‌عنوان سطوح خودتمیزشونده، نچسب، ضد مه، ضد یخ، ضد آلودگی، ضد رسوب، کاهنده نیروی کشش، افزایش شناوری، مقاوم در برابر خوردگی و جداسازی مایع دارند.

در کاربردهای عملیاتی، سطوح ابر آب‌گریز باید در مقابل سایش فیزیکی، شست‌وشوی مکرر، حلال‌های آلی، اسید/باز، عوامل شیمیایی، مواد زیستی، پرتوهای قوی و گرمایی مقاوم باشند.

فرایند تولید غشاء نانولیفی ابر آب گریز کشسان

این غشای نانولیفی با استفاده از فرایند الکتروریسی پلی (استایرن-بوتادی ان-استایرن) (SBS) و سپس عملیات آب‌گریز کردن با استفاده از فلوئوروالکیل سیلان (FAS) تهیه‌شده است.غشاء نانولیفی از محلول SBS تهیه شده و غشاء نوریس درون محلول اتانول حاوی(V/V) 2% FAS قرار داده شد. پس از ۲ دقیقه غشاء از محلول خارج شده و سپس به مدت ۱ ساعت در دمای محیط خشک شد.

این تحقیق توسط گروهی از پژوهشگران دانشگاه Deakin در موسسه مواد پیشگام و با حمایت دولت استرالیا، با بودجه‌ای بالغ‌بر ۱۰۳ میلیون دلار بر روی الیاف، پلیمرها و کامپوزیت‌ها انجام شده است. نتایج پژوهش فوق که توسط این گروه از پژوهشگران به سرپرستی پروفسور تانگ لین در مورد غشای لیفی الاستیک ابر آب‌گریز انجام‌گرفته است، در شماره‌ی ۱۵۸۶۳، در scientific reports 5 مجله nature در سال ۲۰۱۵ منتشرشده است.

 


محققان دانشگاه تگزاس شهر دالاس به یک ساختار نانولیفی دست یافتند که هفت برابر طول اولیه کشیده شده و دارای استحکامی بیش از الیاف کولار است.
برخلاف کولار که اغلب برای جلیقه‌های ضدگلوله استفاده‌شده و توانایی تحمل انرژی تا (j/g)80  را دارد، این ساختار نانولیفی توانایی تحمل انرژی تا  (j/g)98 داراست، محققان امیدوارند که در آینده این ساختارها به شکلی درآیند که در نواحی پرتنش خود را تقویت کرده و هم‌چنین در بالگردهای نظامی و دیگر کاربردهای دفاعی مورداستفاده قرار گیرند.

خاصیت پیزوالکتریک ساختار نانولیفی

در مقاله منتشرشده توسط ACS Applies Materials and Interfaces، مجله انجمن شیمی آمریکا، محققان نانو الیاف را تاب دادند تا به شکل نخ و مارپیچ درآیند. انرژی الکتریکی حاصل از کشیده شدن نانو الیاف تابیده‌شده، نیروی جاذبه‌ای ۱۰ برابر بیشتر از نیروی یک پیوند هیدروژنی که ازجمله قوی‌ترین نیروهای ایجادشده‌ی بین‌مولکولی است، ایجاد می‌کند.

به گفته دکتر مجید میناری، استادیار مهندسی مکانیک دانشگاه اریک جانسون، با توجه به دستاوردهای اخیر در رابطه با تبدیل انرژی فشاری به الکتریسیته، محققان دربی پیاده کردن خاصیت پیزوالکتریک بر الیاف کلاژن درون استخوانی هستند و امیدوارند به ماده‌ای باقابلیت بالا و دارای خاصیت تقویت خود دست یابند.

بنا بر اعلام دکتر مجید میناری از اعضای موسسه فناوری نانو “Alan G. MacDiarmid“، این فرایند در تولید نانو الیاف با دست‌کاری بارهای الکتریکی و باهدف تولید یک ماده‌ی سبک، منعطف و درعین‌حال محکم انجام‌شده است. تولید انبوه این مواد در کاربردهای صنعتی و دفاعی مؤثر خواهد بود.

در این تحقیق نانو الیاف از PVDF و کوپلیمر پلی وینیلیدن فلوئوراید تری فلوئورو اتیلن (PVDF-TrFE) تهیه‌شده و با تاباندن به نخ و با تداوم تاب، ماده به یک مارپیچ تبدیل می‌شود. محققان خواص مکانیکی نخ و مارپیچ‌های تولیدشده را در حدی ارزیابی کرده‌اند که قادر به کشیده شدن و جذب انرژی قابل‌توجه پیش از فروپاشی باشد. گام بعدی در این پژوهش تولید ساختارهایی بزرگ‌تر از نخ و مارپیچ است.

در تحقیقی دیگر دانشمندان دانشگاه رایس موفق به تولید نانوساختارهای پلی یورتانی برای استفاده در جلیقه های ضد گلوله شده اند.


تشخیص مونوکسید کربن (CO) در هوا مسئله‌ای حیاتی است، زیرا مونوکسید کربن به‌عنوان یک گاز سمی و از آلاینده‌های محیط‌زیست محیطی به شمار می‌رود. گاز مونوکسید کربن معمولاً از سوختن ناقص سوخته‌های هیدروکربنی، در هنگام آشپزی و یا از مشتقات بنزین حاصل می‌شود. این گاز بدون بو، طعم و یا رنگ بوده و ازاین‌رو به‌سختی قابل‌تشخیص است. دانشمندان در حال بررسی امکان ساخت حس‌گر برای تشخیص غلظت مونوکسید کربن هستند و در این راستا گروهی از محققان موسسه اوکیناوا در دانشگاه تحصیلات تکمیلی علوم و فناوری (OIST) موفق به ارائه راه‌حلی مبتکرانه برای ساخت چنین حس‌گرهایی شده‌اند.

دانشمندان از سیم‌های بسیار نازک به‌عنوان ابزاری برای تشخیص مونوکسید کربن استفاده کرده‌اند. نانوسیم‌های اکسید مس دارای قابلیت واکنش شیمیایی با مونوکسید کربن و ایجاد یک سیگنال الکتریکی برخوردار است که می‌توان از این فرایند برای تعیین میزان غلظت مونوکسید کربن استفاده کرد. ضخامت این نانوسیم‌های بسیار نازک حدوداً یک‌هزارم ضخامت متوسط یک تار موی انسان است.

به گفته پروفسور ماکلس ساوِن، مدیر واحد طراحی نانو ذرات در موسسه OIST، چالش اساسی در راستای تهیه نانوسیم‌های اکسید مس با توجه به عدم قابلیت استفاده از فرایند الکتروریسی در تهیه این محصول، ارائه روش‌هایی برای تولید انبوه و امکان کنترل تعداد و موقعیت نانوسیم‌ها در دستگاه است.

برای چالش مذکور دکتر استفان استاینهاور، محقق فوق دکترا در OIST و پروفسور ساوِن راهکاری ارائه کرده‌اند و نتایج تحقیقات ایشان در مجله ” journal ACS Sensors” منتشرشده است.

نحوه تولید حس‌گر نانوسیمی حساس به گاز  مونوکسید کربن

برای تولید نانوسیم‌های اکسید مس، پیرامون میکرو ساختار مس حرارت دهی داده می‌شود. با آغاز فرایند از مواد میکرو ساختار، نانوسیم‌ها رشد یافته و در فواصل میان ماده میکرو ساختار قرارگرفته و به‌این‌ترتیب اتصال الکتریکی میان بخش‌های ماده میکرو ساختار برقرار می‌شود. دکتر استاینهاور با تشریح این فرایند گفت، میکرو ساختارهای مس بر روی صفحات داغ میکرو مقیاس قرار داده می‌شوند. این صفحات میکرو مقیاس غشائی نازک است که می‌تواند با صرف انرژی الکتریکی اندک تا چند صد درجه سانتی‌گراد گرم شود. با استفاده از این صفحات داغ، محققان قادر به کنترل مقدار و موقعیت نانوسیم‌های تولیدی می‌شوند. همچنین، این میکرو صفحات داغ داده‌های مربوط به سیگنال الکتریکی عبوری از نانوسیم‌ها را نیز در اختیار محققان قرار می‌دهند.

ستاورد نهایی تولید یک حس‌گر فوق‌العاده حساس با قابلیت تشخیص غلظت‌های بسیار پایین از مونوکسید کربن بوده است. به‌طور بالقوه، حس‌گر بسیار کوچک مونوکسید کربن که از طریق تلفیق نانوسیم‌های اکسید مس با صفحات داغ میکرو مقیاس به دست می‌آیند، اولین گام به‌سوی نسل بعدی حس‌گر های گازی است. پروفسور ساوِن این روش را در مقایسه با روش‌های دیگر، مقرون‌به‌صرفه و مناسب برای تولید انبوه می‌داند.

این روش جدید می‌تواند به دانشمندان در درک بهتر طول عمر حسگر کمک کند. عملکرد حسگرها در طول زمان کاهش می‌یابد و این امر مسئله‌ای مهم در بخش حسگرهای گازی است. دکتر استاینهاور اشاره کرد: به‌طور سنتی، محققان در ابتدا مرحله تولید و رشد نانوسیم‌ها و پس‌ازآن مرحله اتصال نانوسیم‌ها به دستگاه اندازه‌گیری را انجام داده و درنهایت شروع به‌اندازه گیری غلظت مونوکسید کربن می‌نمایند ولی در این روش ابتکاری، همراه با رشد نانوسیم‌ها در یک اتمسفر کنترل‌شده، بلافاصله سنجش گاز انجام می‌شود.

امکان استفاده از نانوسیم‌های تولید شده به این روش در پوشش دهی منسوجات با نانوسیم‌های فلزی به منظور تولید منسوجات حساس به گاز مونوکسید کربن وجود دارد.

 


فناوری نانو و به کارگیری یک روش جدید مقرون به‌صرفه در تولید نانوالیاف نورتاب با کیفیت بالا می‌تواند در کاربردهای مختلف همچون حس‌گرها یا وسایل هوشمند قابل پوشیدن سودمند باشد.توسط محققین و با حمایت اتحادیه اروپا، روش جدیدی برای تولید الیاف متشکل از مواد آلی نانوساختار ابداع شده است. این دستاورد می‌تواند منجر به تولید مقرون به‌صرفه الیاف نورتاب نانومقیاس شود که در حس‌گرها و حس‌گرهای زیستی، برداشت‌کننده‌های انرژی (همچون پنل‌های خورشیدی) و حتی در لباس‌های هوشمند حساس به محرک‌های محیطی، قابل استفاده است.

از دیگر کاربردهای بالقوه این الیاف می‌توان به تجهیزات هوشمند قابل پوشیدن، کیت‌های تشخیص و درمان برای مراقبت‌های پیشرفته‌ی پزشکی (POCT) و کاربردهای اتوماسیون خانگی در سامانه‌های روشنایی و صوتی اشاره نمود.

ساختارهای نانومقیاس معمولا بین ۱ تا ۱۰۰ نانومتر هستند- یک نانومتر یک میلیاردیم یک متر است- و می توانند خواصی از جمله استحکام شگفت‌انگیز، انعطاف‌پذیری و یا هدایت الکتریکی را به تولیدکنندگان عرضه کنند. در حالی‌که پیشرفت‌های قابل توجهی در زمینه فناوری نانو در سال‌های اخیر به‌دست آمده است، اما بهینه‌سازی تولید الیاف نورتاب نانومقیاس بسیار چالش‌برانگیز بوده است. یکی از دلایل این چالش، وجود متغیرهای بسیار در فرایند تولید است که باید کنترل شوند؛ که این امر موجب افزایش هزینه‌ها و کاهش بازده تولید خواهد شد. به عنوان مثال حضور اکسیژن و رطوبت در محیط فرایند می‌تواند به شدت خواص نوری ترکیبات خاص را تحت تاثیر قرار دهد و در نتیجه بر بازده نانوساختارهای ایجاد شده موثر باشد.

روش  تولید الیاف نورتاب با کمک فناوری نانو

به منظور رسیدگی به این امر، پروژه پنج ساله نانو جت از سال ۲۰۱۳، با روش تولید جدیدی تحت عنوان ریسندگی الکترواستاتیک یا الکتروریسی آغاز شده است. در این روش میدان الکترونیکی به‌منظور تولید رشته‌های پلیمری مورد استفاده قرار می‌گیرد که نانوالیاف تولید شده را می‌توان در بسترهای مختلف تعبیه نمود.

نخستین مرحله از فرایند شامل قرارگیری محلول پلیمری داخل یه سرنگ است که توسط پمپاژ خارجی به سمت نوک فلزی سوزن هل داده می‌شود. پمپاژ معمولا توسط پیستون مکانیکی اعمال شده و جریانی از محلول را در سرنگ ایجاد می‌کند. غلظت بالایی از حلال ماده‌ی پلیمری به‌منظور دست‌یابی به درگیری کافی میان درشت مولکول‌ها مورد نیاز است. در ادامه یک ولتاژ الکتریکی بین سوزن و جمع‌کننده که در مقابل آن قرار گرفته است، اعمال می‌شود. ولتاژ اعمال شده به تدریج افزایش یافته، قطره کشیده شده تا به‌شکل یک مخروط و در ادامه به‌صورت جت در‌آید. سرعت جت می‌تواند به چند متر در ثانیه برسد. حلال به‌سرعت از جت تبخیر شده و نانوالیاف جامد در نهایت جمع‌آوری می‌شوند.

یکی از مزایای اصلی این روش برای کاربران، انعطاف‌پذیری الیاف جمع شده و قابلیت تبدیل آن به شکل‌های مختلف می‌باشد.
گروه پژوهشی در آزمون‌های اولیه خود از جو نیتروژن کنترل شده به‌همراه اکسیژن به‌میزان کمتر از دوقسمت در یک میلیون استفاده کردند. این فرایند خواص نوری الیاف جمع شده را افزایش داد. از سوی دیگر میزان اندک رطوبت محیط منجر به کاهش زبری سطح هریک از الیاف نورتاب می‌شود. همه این دستاوردها منجر به پیشرفت شیوه‌های تولید کارآمدتر خواهد شد.

کاربردهای نانوالیاف نورتاب

پروژه نانوجت قرار است تا فوریه ۲۰۱۸ کاملاً تکمیل شود. این گروه هم‌اکنون در حال آزمودن مواد مختلف به‌منظور دست‌یابی به انواع جدیدی از الیاف نور تاب با کمک فناوری نانو هستند و خاصیت انتقال نور هریک از نمونه‌های متشکل از چندین فیلامنت را مورد بررسی قرار می‌‌دهند.

هدف اصلی این پروژه استفاده از نانوالیاف پلیمری در لیزرهای جدید است. به این منظور باید چالش‌های موجود در رابطه با فرایند الکتروریسی از لحاظ کنترل محصول با استفاده از پارامترهای موثر بر پویایی جت الکتریکی برطرف شود.

این روش یک رویکرد منحصربه‌فرد به‌منظور تولید نانو الیاف با توان عملیاتی بالاست. باوجود نزدیک به دو دهه تحقیقات، روند پیشرفت تولید چندان مطلوب نبوده و بسیاری از تولیدکنندگان نانو الیاف هنوز به‌صورت تجربی این کار را انجام می‌دهند. با بهینه‌سازی مولکول‌ها یا نانو موادی نورتاب برای تولید نانو الیاف با خواص کنترل‌شده و قیمت ارزان، امکان تولید سامانه‌های لیزری جرید فراهم خواهد آمد. این روش فرایند کوچک‌سازی و قابلیت حمل را بهبود داده و هزینه‌ها را کاهش می‌دهد.

 


با توسعه سریع فناوری اطلاعات، حافظه‌های قابل شارژ مانند حافظه با دسترسی تصادفی پویا (DRAM) و حافظه‌های فلش، به‌سرعت در حال کوچک شدن هستند تا برای اندازه کوچک دستگاه‌های جدید مناسب شوند. در چند دهه‌ی آینده حافظه‌هایی با ظرفیت و سرعت بیشتر و مصرف انرژی کمتر برای برآورده شدن قانون مور (فرضیه‌ی دو برابر شدن تعداد ریزپردازنده‌ها در هر اینچ مربع در هرسال) موردنیاز است. یکی از کاندیداهای مناسب برای حافظه‌های نسل بعدی، حافظه مقاومتی غیر نوسانی (ممریستور) متقاطع متشکل از نانو سیم مس است که به دلیل عدم نوسان، سرعت دسترسی سریع‌تر، ظرفیت فوق‌العاده بالا و فرآیند ساخت آسان‌تر از راه‌حل‌های جذاب به شمار می‌رود.

حافظه‌های متداول معمولاً از طریق روش‌های معمول نوری، حکاکی و شعاع پرتو لیتوگرافی ساخته می‌شوند. بااین‌حال، برای تحقق قانون مور، باید از حافظه‌های متشکل از نانوسیم‌های ۱ بعدی (۱D) استفاده شود تا با صرف‌نظر کردن از محدودیت‌های موجود در روش‌های لیتوگرافی، کوچک شدن آرایه‌های حافظه متراکم امکان‌پذیر باشد.
یک گروه تحقیقاتی، متشکل از پروفسور Tae-Woo Lee(از گروه علوم و مهندسی مواد)، استاد پژوهشی Wentao Xu و دانشجوی دکترای Yeongjun Lee در موسسه‌ی POSTECH کره جنوبی، فناوری چاپ سریع ممریستور مقیاس‌پذیر و متراکم متشکل از نانو سیم مس متقاطع را در مجله Advanced Materials منتشر کرده‌اند.

فرایند تولید حافظه های متقاطع با استفاده از نانو سیم مس

آن‌ها روش نوین چاپ الکتروهیدروهینامیک نانوسیم (چاپ e-NW) را ارائه کردند که در این روش برای ساخت ممریستور میکرو مقیاس، یک آرایه بسیار موازی در مقیاس بزرگ با استفاده از نانوسیم‌های رسانای مس به صورت متقاطع به یک‌لایه نانومتری اکسید مس به‌طور مستقیم از طریق چاپ، متصل می‌شود. این قطعه حافظه مقاومتی با ساختار فلزی-اکسید-فلزی، عملکرد الکتریکی بسیار عالی همراه با رفتار سوئیچینگ مقاومتی از خود نمایش می‌دهد.

این فرایند ساخت ساده، سریع و بدون استفاده از روش معمولی نیازمند به خلأ، به‌طور قابل‌توجهی هزینه صنعتی تولید و زمان تولید را کاهش می‌دهد. این روش راه را برای کوچک کردن مدارهای الکترونیکی در آینده هموار کرده است، چراکه استفاده از نانو سیم مس رسانای یک‌بعدی یکی از روش‌های منطقی برای کوچک شدن سریع دستگاه‌های پردازش داده در مقیاس نانومتری است.

آن‌ها همچنین موفق به چاپ شکل‌های مختلفی از آرایه حافظه، به‌صورت خطوط موازی با زمینه ثابت، شبکه‌ای و موجی قابل تنظیم شدند که می‌تواند حافظه کشسان آینده را برای تلفیق با منسوجات ارائه کرده و به‌عنوان یک جزء ساختاری در پارچه‌های هوشمند و تجهیزات الکترونیکی قابل پوشیدن محسوب شود.

به گفته‌ی پروفسور لی این فناوری زمان کار و هزینه را به‌طور قابل‌ملاحظه در مقایسه با روش‌های موجود در تولید حافظه هایی از نانو سیم مس با شکل متقاطع کاهش می‌دهد و روش ساخت را ساده می‌نماید. به‌طور خاص، از این روش به‌عنوان فناوری مرجع در تحقق بخشیدن به ایده‌ی پارچه‌های هوشمند، رایانه‌های پوشیدنی و تجهیزات الکترونیکی منسوج استفاده می‌شود

.
این پژوهش از سوی مرکز تجهیزات الکترونیکی پیشرفته نرم و به‌عنوان پروژه پیشرو جهانی و برنامه مرکز پژوهشی پیشگام بنیاد ملی تحقیقات کره (NRF) و وزارت علوم، فناوری اطلاعات و ارتباطات و برنامه‌ریزی کره پشتیبانی مالی می‌شود.

 


شرایط پاک‌سازی و فرایند استریل کردن در بیمارستان‌ها، آشپزخانه‌ها، اماکن بهداشتی و آرایشی، دستگاه‌های تهویه هوا، کارخانه‌های مواد غذایی و در تولید مواد بسته‌بندی حائز اهمیت است. باکتری‌ها و قارچ‌های موجود در این مکان‌ها می‌توانند سبب بروز بیماری برای و بیماران شوند. توسط پژوهشگران INM (موسسه لیب‌نیز برای مواد جدید) آلمان، ترکیب جدیدی با استفاده از کلوئید نانو نقره و مس به‌منظور پوشش دهی سطوح مختلف ازجمله سطح منسوجات تولیدشده است. این ترکیب جدید با تأثیر طولانی‌مدت، در مقابل سایش خاصیت ضدمیکروب خود را حفظ نموده و از رشد میکروب‌ها جلوگیری می‌نماید.

 

به گفته‌ی کارستن بکر-ویلینگر سرپرست بخش برنامه نانومرها، این ترکیب ضدمیکروب پیشرفته حضور باکتری و قارچ را بر سطوح به صفر می‌رساند.

 

عملکرد کلوئید ضدمیکروب نقره/ مس

کلوئید نقره و مس یون‌های فلزی را به‌صورت تدریجی رها کرده و از رشد میکروب‌ها جلوگیری می‌نمایند. کلوئیدهای فلزی نانومقیاس بوده و به سبب نسبت سطح به حجم بالا خاصیت ضدمیکروبی پایداری ایجاد می‌کنند. میزان تبدیل فلزها به یون‌های فلزی به‌آرامی صورت می‌گیرد؛ ازاین‌رو پوشش ایجادشده بر سطوح، خاصیت ضدمیکروب خود را برای چندین سال حفظ می‌کند. با افزایش مقاومت پوشش ایجادشده در برابر سایش، خاصیت ضدمیکروب از دوام بیشتری برخوردار خواهد شد. پوشش‌های ایجادشده بر سطوح نچسب بوده و لذا میکروب‌های مرده و یا میکروب‌های جدید به سطح نمی‌چسبند. درنتیجه، این پوشش در درجه‌ی اول از ایجاد بایوفیلم (زیست لایه) گسترده بر روی جلوگیری می‌کند.
بر اساس آزمون استاندارد ASTM E2 180، عملکرد دوگانه‌ی ضدمیکروبی و جلوگیری از ایجاد بایوفیلم (زیست لایه) بر روی سطوح پوشش داده‌شده با این مواد، توسط محققان به اثبات رسیده است.

 

این ترکیب جدید علاوه بر تکمیل سطح منسوجات مختلف بر سطوحی همچون پلاستیک، سرامیک یا فلزات با استفاده از روش‌های متداول همچون اسپری، غوطه‌وری و درنهایت پخت حرارتی یا فوتوشیمیایی اعمال می‌شود. نسبت هریک از اجزای ترکیب کلوئید نقره / مس، بنا بر نیاز مصرف کنندگان و شرایط استفاده قابل تغییر است.
پروژه CuVito با حمایت اتحادیه اروپا و با هدف به کارگیری نانوذرات مس در کنار نقره یا به صورت مجزا برای اصلاح خاصیت ضدمیکروبی سطوح انجام شده است.