مهندسی شیمی-موازنه مواد و انرژی

نانو : شيشه‌هاي كاهش دهنده اتلاف انرژي (Low–e) توليدي به‌وسيله‌ي شركت شيشه كاوه از سوي شركت‌هاي توليد‌كننده خودرو مانند ايران خودرو و سايپا جهت استفاده در شيشه‌هاي اتومبيل مورد استفاده قرار گرفته است. به گفته مسئولين شركت شيشه كاوه، اين شيشه‌ها قابليت استفاده در مناطق آب و هوائي مختلف را دارند به طوريكه در مناطق گرمسير گرماي بيرون را داخل نمي‌آورد و در مناطق سردسير مانع از خروج گرماي داخل به بيرون از محيط مي‌شود.

مدير فروش اين شركت در خصوص انواع شيشه‌هاي توليدي اين شركت گفت «از جمله شيشه‌هاي توليدي شركت شيشه كاوه، شيشه لمينت ساختماني است كه شيشه‌هاي نانوئي نيز در آن يك جداره از شيشه را تشكيل مي‌دهد» وي در خصوص مزاياي استفاده از فناوري نانو در اين شيشه‌ها افزود «پوشش‌هاي نانوئي استفاده شده در شيشه‌هاي لمينت، كاربري اين نوع از شيشه‌ها را افزايش مي‌دهد و از جمله مزاياي آنها مي‌توان به تنوع در رنگ، عبور دهي نور، انتقال انرژي و گرما و تغيير انعكاس نور اشاره كرد» به گفته وي اين شيشه‌ها قابليت جلوگيري از اشعه ماوراء بنفش خورشيد را نيز دارا هستند.

از ديگر انواع شيشه‌هاي توليدي اين شركت با استفاده از فناوري نانو مي‌توان به شيشه‌هاي soft coating، انعكاس دهنده نور مرئي و نامرئي، كاهش دهنده اتلاف انرژي و شيشه‌هاي خود تميز شونده اشاره كرد.

بنابر گفته‌هاي مدير فروش شركت شيشه كاوه، از شيشه‌هاي نانويي توليدي اين شركت علاوه بر خودرو در لوازم خانگي از جمله شيشه‌هاي جلوي اجاق گاز و يخچال‌هاي ويترين دار نيز استفاده مي‌شود. به گفته وي حجم توليدات اين شركت روزانه در حدود 20 تا 25 هزارمتر است.

همچنين مدير صادرات اين شركت از استقبال كشورهاي تركيه، هند و عربستان و برخي از كشورهاي اروپائي از شيشه‌هاي نانويي توليدي اين شركت خبر داد. وي افزود «قرار است تا صحبت‌هايي در خصوص فروش اين محصولات به اين كشورها صورت گيرد». به گفته وي تاكنون دو نوع از شيشه‌هاي توليدي اين شركت به كشورهاي آلمان، لبنان، قطر، تركيه، عمارات، روسيه، گرجستان، آذربايجان، تركيه، تركمنستان، تاجيكستان، افغانستان، عراق، قزاقستان، ازبكستان صادر شده است. اين مسئول تأكيد كرد بيشتر اين كشورها از طريق نمايشگاه‌هاي بين المللي كه در آنها برگزار شده با محصولات اين شركت آشنا شده‌اند.

قابل ذكر است اين شركت از سال 1384 توليد شيشه‌هاي پوشش دار نانوئي را آغاز كرده است. 
 

نانو : محققان در آمريكا يك ابرخازن مبتني بر گرافن ساخته‌اند كه مي‌تواند همانند باتري‌هاي هيبريد فلز نيكل، انرژي زيادي در واحد جرم ذخيره كند؛ اما برخلاف باتري‌ها مي‌تواند در مدت چند دقيقه يا حتي چند ثانيه شارژ يا تخليه شود. اين افزاره جديد چگالي انرژي ويژه‌اي برابر 86 وات‌ساعت بر كيلوگرم در دماي اتاق و 136 وات‌ساعت بر كيلوگرم در دماي 80 درجه سلسيوس، دارد. اين مقادير بالاترين چگالي انرژي براي ابر خازن‌هاي دولايه‌اي الكتريكي مبتني بر نانومواد كربني مي‌باشند.

ابرخازن‌ها كه نام دقيق‌تر آنها خازن‌هاي دولايه‌اي الكتريكي يا خازن‌هاي الكتروشيميايي مي‌باشد، مي‌توانند بسيار بيشتر از خازن‌هاي مرسوم بار الكتريكي را ذخيره كنند. يكي از مشخصه‌هاي مهم ابرخازن‌ها اين است كه بين الكترودها كه لايه‌هاي بسيار نازكي مي‌باشند، يك شكاف بسيار باريك وجود دارد. اين بدين معني است كه مقادير زيادي از بارهاي الكتريكي مي‌توانند در حجم كوچكي ذخيره شوند. الكترودهاي اين افزاره جديد كه بوسيله بور جانگ از تجهيزات نانوتك و همكارانش ساخته شده است، از گرافن مخلوط‌شده با 5 درصد وزني Super P و 10 درصد وزني پيونددهنده (بايندر) PTFE تشكيل شده است. Super P يك استيلن بلك است كه بعنوان يك افزودني رسانا عمل مي‌كند.

اين محققان دوغاب حاصله را روي سطح يك جمع‌آوري‌‌كننده جريان روكش‌دهي كردند و خازن‌هايي كه به اندازه سكه بودند، را آرايش دادند. فصل‌مشترك الكترود- الكتروليت از ماده‌اي بنام Celguard-3501 و الكتروليت نيز از ماده شيميايي معروف به EMIMBF4 ساخته شده بودند.

مقادير چگالي انرژي اين ابرخازن با مقادير چگالي باتري‌هاي هيبريدي فلز نيكل قابل مقايسه است. جانگ توضيح داد كه اين فناوري براي ساخت افزاره ذخيره انرژي استفاده مي‌شود كه انرژي را تقريباً به همان اندازه يك باتري ذخيره مي‌كند ولي مي‌تواند در مدت چند ثانيه يا دقيقه تخليه شود. ما باور داريم كه اين واقعاً يك تحول در فناوري انرژي مي‌باشد.

او اضافه مي‌كند كه اين افزاره ممكن است براي توان دادن به تلفن‌هاي همراه، دوربين‌هاي ديجيتالي و ميكرو -EV ها استفاده شود.

اين گروه تحقيقاتي اكنون روي بهبود بيشتر چگالي انرژي اين افزاره كار مي‌كند. جانگ گفت: هدف نهايي ما ساخت افزاره‌اي است كه به اندازه بهترين باتري‌هاي يون- ليتيوم انرژي را ذخيره كند، اما هنوز بتواند در مدت كمتر از دو دقيقه تخليه شود.

نانو : گرافن به‌عنوان ماده‌اي براي استفاده در ابزارهاي نانوالكترونيكي آينده، مطرح است؛ البته همچنان تحقيقات براي ساخت گرافن و مشتقات آن با ويژگي‌هاي الكترونيكي مطلوب، در مقياس زياد، ادامه دارد. براي رفع محدوديت‌هاي كنوني، پژوهشگران empa با همكاري دانشمندان مؤسسه‌ي تحقيقات پليمري ماكس پلانك و دانشگاه زوريخ ، با به‌كارگيري پلي‌فنلين از قبل توليدشده، قطعات كوچك گرافن را ساخته‌ و آن را نانوگرافن ناميده‌اند. آنها همچنين، چگونگي پيشرفت مسير واكنش را روي يك صفحه‌ي مسي به همراه نحوه‌‌ي تبديل بلوك‌هاي ساختاري به نانوگرافن‌هاي صفحه‌اي با جزئيات، تشريح كرده‌اند. اين محققان هم‌زمان از ميكروسكوپ تونلي روبشي و شبيه‌سازي‌هاي كامپيوتري بهره برده‌اند. نتايج اين فعاليت، در مجله‌ي «nature chemistry» منتشر شده‌است. 

با توجه به كوچك‌تر شدن اجزاي الكترونيكي، اجزاي ميكروالكترونيكي با اجزاي نانوالكترونيكي‌ جايگزين مي‌شوند. هم‌اكنون در مقياس نانومتري، سيليكون رايج‌ترين ماده‌ي به‌كاررفته در فناوري نيمه‌رساناها است. البته به‌دليل پيشرفت‌هاي فناوري نانو، نياز زيادي به مواد الكترونيكي جديد احساس مي‌شود. گرافن كه يك شبكه‌ي دوبعدي كربني است، با داشتن خواص برجسته‌ي الكترونيكي، به‌عنوان جايگزين احتمالي، مطرح است، هر چند كه بايد بر مشكلات زيادي فائق آمد تا بتوان از گرافن در فناوري نيمه‌رسانا‌ها استفاده كرد؛ براي مثال همينك هيچ روش كاربردي ساده‌اي براي توليد مواد گرافن‌گونه در مقياس بالا وجود ندارد.

محققان مشاهدات ميكروسكوپ تونلي روبشي خود را با شبيه‌سازي‌هاي كامپيوتري همراه ساخته‌اند. نتايج مشاهدات عملي به كمك ميكروسكوپ تونلي روبشي و شبيه‌سازي‌هاي كامپيوتري نشان مي‌دهد كه مسير واكنش، شامل شش مرحله با 5 تركيب واسطه است، همچنين دو تركيب واسطه به‌وسيله‌ي سطح پايدار شده‌اند؛ به‌طوري كه مي‌توان تصوير پايدار آنها را با ميكروسكوپ تونلي روبشي مشاهده كرد. محدوديت‌هاي واكنش هم كه مانع از پيوستن تركيبات واسطه مي‌شوند، با اثر كاتاليستي زيرلايه كم شده‌اند. 

براي اينكه بتوان از مواد گرافن‌گونه در مدارهاي الكترونيكي استفاده نمود، بايد اين مواد را روي سطوح نيمه‌رسانا(به جاي فلزات) ساخت. نتايج شبيه‌سازي حاكي از آن است كه سنتز با استفاده از اين سطوح، يك روش محتمل براي ساخت نانوگرافن‌هاي با اندازه‌ي مشخص روي يك سري از زيرلايه‌هاي مختلف است.