فناوری نانو ( نانو تکنولوژی ) یا فناوری ساخت مولکولی :

فناوری نانو ( نانو تکنولوژی ) یا فناوری ساخت مولکولی

واژه نانو یک کلمه یونانی است به معنای کوتوله. یک نانومتر (1nm) معادل با یک میلیاردم) متر می باشد که 4 برابر قطر یک اتم و 80000 بار کمتر از ضخامت موی انسان است . مهندسی و طراحی در مقیاس مولکولی اولین بار(سال 1954) توسط ریچارد فاینمن (R.Feynnman)مطرح شد که برنده جایزه نوبل فیزیک گردید. در واقع ایده آقای فاینمن این بود که می توان به کمک ماشینهای کوچک ماشینهای  کوچکتر ساخت سپس این کاهش اندازه را تا سطح خود اتمها ادامه داد.

فناوری نانو از دیدگاه موسسه ابداعات نانو تکنولوژی آمریکا و پژوهشگاه نانو در انگلستان، عبارت است از تحقیق، جستجو و کاوش در سطوح اتم ها ومولکولهای مواد در محدوده 1 تا 100 نانو متربه شرطی که بتوانند نقش مهمی در خواص مواد ایجاد کنند.

به کمک فناوری نانو می توان اتم ها و مولکولها را به دلخواه چیدمان کرد تا به ماده مورد نظر با خواص ویژه نائل شد.  با ایجاد نانو ساختارها امکان تغییر خواص ذاتی مواد از جمله دمای ذوب،خواص مغناطیسی ، رنگ ... وجود دارد.

به عبارتی همان گونه که در طبیعت ، تعدادی مولکول در کنار هم قرار گرفته اند تا یک جسم بوجود آید در فضای نانو تکنولوژی تعدادی ذره در حد نانومتر(نانو ذرات) با هم دیگر جمع شده اند تا ماده ای را بوجود آورند. البته صرف ریز بودن ذرات کافی نیست بلکه مهم این است که ماده حاصل دارای خواص مورد نظر نیز باشد.

نانو ذره چیست؟

نانو ذره، ذره ای است با ابعاد نانومتری در هر سه بعد . نانو ذرات به صورت پودر خشک و یا به به صورت پخش در مایع در بازار به فروش می رسند. این ذرات دارای شکلهای گوناگونی از جمله کروی ، پولکی، ورقه ای، لوله ای و میله ای یافت می شوند. از معروف ترین و مشهور ترین پودر نانوذرات  که ده ها سال است استفاده می شود همان دوده یا کربن سیاه است که در تایر اتومبیلها مصرف می گردد. این ذرات دارای نسبت سطح به حجم بالائی هستند که آنها را برای استفاده در کاتالیست ها ، مواد کامپوزیتی و ... مناسب می سازد. مواد نانو ذره به صورتهای زیر تولید می شوند:

1.خردایش و کار مکانیکی

2. روش شیمی مرطوب(روش سل- ژل، روش کلوئیدی)

3. روش تولید نانو ذرات از فاز گاز

4. روش چگالش بخارات شیمیائی

کاربرد نانو تکنولوژی در محیط زیست:

همان گونه که می دانیم دو راه برای مبارزه با آلاینده ها در فضا وجود دارد. یکی حذف منبع آلودکننده که بهترین روش برای کاهش آلاینده هاست  و دیگری  کنترل منابع تولید آلاینده. به کمک فناوری نانو می توان خود سرچشمه آلودگی را حذف کرد . در این راستا می توان به تولید پارچه های ضد لک ، شیشه های خود تمیز کن، بتن خود تمیز شونده و ... اشاره کرد.

از موارد استعمال نانو تکنولوژی در محیط زیست :

1. نانو فیلتر ها (برای تصفیه پساب های صنعتی)
2. نانو پودرها (برای تصفیه گازهای آلاینده خروجی از دودکش و اگزوز اتومبیل ها)
3. نانو لوله ها ( برای ذخیره سازی سوخت کاملا" تمیز هیدروژن)
4. نانو کاتالیست ها

نانو فیلتر ها:

نانو فیلتر، یک غشاء پلیمری بسیار نازک با حفرات نانو متری (1 تا 10 نانو متر) است که قابلیت جداسازی اجزای یک محلول از همدیگر و یا از حلال را دارد. این در حالی است که فیلتر های معمولی ذرات 100 تا 1000 نانو متر را جداسازی می کنند. به عنوان مثال به کمک نانو غشاء می توان نمک های موجود در آب مانند یونهای منیزیم و کلسیم – که باعث سختی آب می گردند -  را تا 90% کاهش داد و یا می توان عناصر فلزی سمی از جمله کرم شش ظرفیتی و آرسنیک را به کمک یک نانوغشاء از آب حذف کرد. همان گونه که می دانید در مناطقی از خراسان جنوبی و بیرجند وجود رگه های فلزات سنگین در لایه های زیر زمینی باعث آلودگی آبهای زیرزمینی می گردد که خطر جدی برای ساکنین به حساب می آید. یکی از راههای حذف فلزات سمی از آب استفاده از نانو فیلتر ها می باشد. در صنعت سیمان نیز به دلیل استعمال آجرهای منیزیت – کرومیتی ، کرم سه ظرفیتی در مجاورت قلیائی ها به کرم شش ظرفیتی تبدیل می شود. تبدیل کرومیت به کرومات و حل شدن آن در آب سبب آلودگی آبهای زیرزمینی می شود. این آجرها بعد از تعمیرات از کوره خارج می شوند و به عنوان ضایعات در محیط و در معرض بارش قرار می گیرند. کرومات سمی در اثر تماس با پوست نیز مستقیما" جذب می شود. به کمک  نانو فیلتر ها هوا را هم می توان تصفیه کرد.

به طور کلی از نانو فیلتر ها می توان در موارد زیر استفاده کرد:

1. تصفیه پساب رختشوی خانه ها
2. تصفیه پساب های اسیدی واحدهای صنعتی
3. رنگ زدائی از آب آشامیدنی
4. بازیابی آب از فاضلاب
5. تصفیه زباله های کشاورزی
6. خالص سازی الکلها
7. تصفیه آب پنیر

و...

نانو کاتالیستها:

دراجسام  نانو ذره ای ، علاوه بر کوچک بودن اندازه ذرات ، نسبت تعداد اتمهای سطحی به اتمهای داخلی افزایش می یابد به گونه ای که سطح ویژه بیشتری را فراهم می کنند لذا این ویژگی در نانو کاتالیست ها باعث افزایش سطح تماس بیشتری با مواد اولیه و در نتیجه افزایش کارائی کاتالیست می شود . به عنوان مثال از نانو کاتالیست ها در تصفیه گازهای خروجی اگزوز اتومبیلها استفاده می شود.

کاتالیست های رایج که پایه پلاتینی دارند بسیار گران قیمت هستند ولی کاتالیستهای نانو ساختاری هم ارزانند و هم از راندمان کافی برخوردارند.

نانو پودرها:

به طور کلی پودرها ذرات ریزی هستند كه از خُرد کردن قطعات بزرگ جامد ، یا ته نشین شدن ذرات جامدِ معلق در محلولها به دست می آیند. نانوپودر، پودری است که اندازه ذرات  آن کمتر از 100 نانومتر باشد. برای تولید  نانوپودرها ازدو روش پایین به بالا یا بالا به پایین استفاده می گردد.  در روش بالا به پایین قطعه را از اندازه‌های بزرگ انتخاب و آن را آن‌قدر خُرد می‌كنیم تا به اندازه‌های نانومتری برسد. در روش پایین به بالا، اتم‌ها را دانه به دانه كنار هم می‌چینیم تا یك ساختار نانومتری به وجود آید.

یکی از روشهای کاربرد نانو پودر ، مخلوط آنها با یک ماده نرم دیگر مانند سیمان می باشد . در این حالت، پودر را «نانوپودر کامپوزیتی» می‌نامند. کامپوزیت که از کلمه‌ی انگلیسی composition گرفته شده، به معنی ترکیب دو یا چند چیز است. ملموس‌ترین مثال برای كامپوزیت، كاه‌گل است.

در نانوپودرهای كامپوزیتی نیز ذرات نانومتری در زمینه‌ی ذرات بزرگتر (غیر نانومتری) پراكنده شده‌اند. علت ترکیب شدن آنها اختلاف خواص این دو ماده است. در کامپوزیت معمولاً زمینه از یک ماده‌ی نرم و افزودنی از ماده‌ی سخت انتخاب می‌شود. در این صورت، هنگامی‌ که به ماده نیرو وارد می‌شود، زمینه نیرو را به رشته یا پودر اضافه‌شده منتقل می‌كند تا بتواند در برابر نیروی واردشده‌ مقاومت بیشتری داشته باشد.

فناوری نانو در صنعت سیمان و بتن:

نانو سیمان چیست؟

سیمانی با اندازه ذرات نانومتری(کمتر از 500 نانو متر)می باشد . جهت تولید سیمان با اندازه نانو دو روش وجود دارد:

1. سنتز نانو سیمان که در این روش از ابزارهای مکانیکی به منظور سنتز شیمیائی و جداسازی ذرات با اندازه نانو از ذرات بزرگ سیمان استفاده می شود.

2. این روش مربوط به ساختار هیدراته سیمان است.

با استفاده از نانو سیمان می توان یک نانو بتن ساخت. نانو بتن، بتنی است که از سیمانی با ذرات کوچکتر از 500 نانومتر ساخته شده باشد. بتن معمولی از سیمانی با ذرات چند نانومتری تا حداکثر 100 میکرومتر تشکیل شده است. البته شایان ذکر است که بتن معمولی هم دارای ذرات بسیار ریز و در حد نانو می باشد اما مسئله اینجاست که داشتن ذراتی با ابعاد نانو برای تولید نانو مواد کافی نیست بلکه باید مقدار و موقعیت این ذرات در مواد قابل کنترل باشد به عبارتی در فناوری نانو کنترل ویژگی ها از دستیابی به ابعاد نانو مهم تر است. از کاربردهای نانو بتن می توان به تولید محصولات بتن نیمه شفاف، پوششهای بتنی مقاوم( در مقابل خراش، نور، مواد شیمیائی و...)بتن خود تمیز شونده، بتن خود تعمیر شونده و ... اشاره کرد.

 

 

بتن خود تمیز شونده

 

بتن نیمه شفاف

 

از مخلوط فیبرهای شیشه با مخلوط خرده سنگ،سیمان و آب و با بکار بردن نانوتکنولوژی می توان به تولید بتن نیمه شفاف دست یافت که از آن برای ساخت پلها و ساختمانها می توان استفاده کرد. البته محصول فوق بسیار پرهزینه بوده و فعلا" در حد آزمایشگاهی تولید می شود. همچنین گفتنی است که به کارگیری فناوری نانو  در بتن به دو روش امکان پذیر است:

1.استفاده از نانو سیمان

2.استفاده از نانو افزودنی ها

اختلاط مناسب نانو ذرات با سیمان شرط مناسب ایجاد و کنترل خواص مورد نظر است. نانو سیمان ها برای ساخت برجهای بلند ،نظامی(ضد گلوله)، ساختمان ریاست جمهوری و ... مصرف می گردند. استفاده از این افزودنی ها در تولید سیمان ، علاوه بر بهبود خواص سیمان موجب مصرف کمترسیمان ،کاهش مصرف انرژی و کاهش گازهای گلخانه ای می گردد.

نانو ذرات مورد استفاده در صنعت سیمان عبارتند از:

1.نانو آلومینا:

افزودن این نانو ذره به سیمان باعث افزایش مقاومت فشاری و مدول الاستیسیته نسبت به سیمانهای معمولی می گردد. به عنوان مثال مدول الاستیسیته سیمان حاوی 5% نانو آلومینا در طی 28 روز، 143% افزایش یافته در حالی که در سیمانهای حاوی میکروسیلیکا این عدد معادل 15% می باشد. همچنین نتایج نشان می دهد که مقاومت فشاری 7 روزه سیمانهای حاوی نانو آلومینا 30% نسبت به سیمان پرتلند معمولی بیشتر است.

2.نانو اکسید آهن:

 

استفاده از این نانو ذره در سیمان نیزباعث افزایش مقاومت فشاری سیمان میشود. البته برای استفاده از نانو اکسید آهن حد بهینه وجود دارد زیرا مقدار بیشتر باعث عدم پراکندگی مناسب و تجمع نانو ذرات در سیمان گشته و موجب کاهش مقاومت فشاری می گردد.

3. نانو اکسید روی:

مصرف این نانو ذره بجای درصدی از cao موجود در کلینکر سبب پایداری فاز c3s شده و افزودن 5% از این نانو ذرات به سیمان موجب حداکثر رشد مقاومت فشاری 166 مگا پاسکال می گردد.

4.نانو سیلیکا:

سیلیکا نقش مهمی در چسبندگی و پرکنندگی بتن ایفا می کند. نانوذرات سیلیکا دارای شکل گلوله ای با قطر کمتر از 100nm هستند که به صورت ذرات خشک پودری یا به صورت معلق در مایع محلول قابل انتشار  می باشند. تحقیقات نشان می دهدکه واکنش پذیری و مقاومت فشاری 7 روزه و 28 روزه سیمانهای حاوی ذرات نانو سیلیکا بیشتر از سیمانهای حاوی ذرات میکرو سیلیکا می باشد. همچنین نانو سیلیکا به عنوان یک ماده پرکننده در ساختار بتن عمل کرده و افزودن 3% نانو سیلیکا به ملات سیمان باعث کاهش اندازه کریستالهای CH شده و به عبارتی جمع تر شده و در نتیجه سطح مشترک مواد واکنش دهنده مناسبتر می باشد. اضافه کردن نانو سیلیکا زمان گیرش را هم تحت تاثیر قرار می دهد به گونه ای که گیرش اولیه سریعتر شده  و تفاوت بین زمان گیرش اولیه و گیرش نهائی به دلیل کاهش نفوذپذیری (متراکم بودن ساختار نانوسیمان) بیشتر می باشد.

بحث و نتیجه گیری:

جهت پی بردن به اهمیت فناوری نانو فقط کافی است بگوئیم که این دانش در عرصه جهانی سبب کاهش 10 درصدی مصرف انرژی در دهه اول هزاره جدید خواهد شد به طوری که ارزش آن معادل یک میلیارد دلار می باشد.طبعا" به دنبال آن انتشار آلاینده های زیست محیطی نیز کاهش می یابد. هر چند برخی معتعقدند که استفاده از این تکنولوژی معضلات جدید زیست محیطی ایجاد می کند مانند تولید مواد سمی جدید.

به هر حال توسعه این دانش در تمام زمینه ها می تواند چاره گشا باشد. درایران نانو تکنولوژی بیشتر به سمت تولید مواد شیمیائی و داروئی گرایش دارد و در زمینه تولید مصالح ساختمانی و سیمانی چندان پیشرفتی نداشته است.

منابع:

1.بیتاآیتی،سمیرا فرتوس " مروری بر کاربردهای فناوری نانو در محیط زیست"

2.هدا راستگوی حقی،نسترن مظهر سرمدی " فناوری نانو و کاربرد آن در بهبود خواص بتن و فلزات"

4.صدیقه واعظی فر،هوشنگ خانی،پریناز سالمی،حمیده کلاهدوزان" نانو ذرات، روشهای تولید و کاربرد آنها در صنعت سیمان و بتن"

3.عبدالله رشیدی،فاطمه اختری،علی ترابیان " بررسی کارائی نانو فیلتراسیون در حذف کروم شش ظرفیتی از آب آشامیدنی"

5. سا یت اینترنتی  nano .   ir

6.کتاب مهندسی کنترل آلودگی هوا مترجم:ایوب ترکیان و کتایون نعمت پور

7.Air pollution theory      by crawford

تهیه و تدوین : مهندس مهدی قائدی حیدری

تعريف كنترل كيفيت

تعريف كنترل كيفيت

 

كيفيت يعني شايستگي جهت استفاده بخصوص و ميزاني است كه يك محصول انتظارات مصرف كننده خود را برآورده مي سازد و كنترل به معني اعمال ضوابط و راهنمائيها در مورد كسي يا چيزي جهت اطمينان از كسب نتايج مورد نظر مي باشد.
از ديدگاه دكتر جوران كنترل كيفيت عبارت از مجموعه عواملي كه موجب برقراري ضوابط و معيارهاي مرغوبيت و اعمال آن مي شود. در اين ديدگاه كه استاندارد حاكم بوده و انسان در آن نقشي ندارد، عوامل توليدي موظفند تا كالاها و خدمات خود را مطابق استاندارد تعيين شده ارائه كنند. در صنعت برداشتهاي مختلفي از كنترل كيفيت وجود دارد. بعضي از شركتها كه تنها كار آنها جهت اطمينان از كيفيت محصول انجام بازرسي است، به اين عمليات كنترل كيفيت مي گويند.

واژه كنترل كيفيت علاوه بر عمليات بازرسي به ساير عمليات از قبيل برنامه ريزي كيفيت، كنترل كيفيت در حين توليد، كنترل مواد ورودي، تجزيه و تحليل و اقدام چاره جويانه در رابطه با نقص هاي توليد و تهيه گزارشات مربوط به مسائل كيفي نيز گفته مي شود.

كنترل كيفيت نبايد به كاربرد محدود واژه آن منحصر گردد بلكه بايد تمامي فعاليتهاي لازم جهت بدست آوردن سطح مطلوبي از درستي و بي عيبی محصول را شامل شود. كنترل كيفيت سيستمي است جهت رسيدن به سطح مطلوبي از كيفيت يك محصول يا يك فرايند توليد و نگهداري آن با برنامه ريزي دقيق، استفاده از ماشين آلات مناسب، بازرسي مستمر و عمل اصلاح كننده، هرگاه كه لازم باشد.

عوامل تعيين كيفيت محصول:

1. كيفيت طرح: دو محصول ممكن است براي كار مشابهي استفاده شوند ولي در طراحي آنها اختلاف زيادي وجود داشته باشند.
2. كيفيت انطباق: درجه همسوئي محصول با مشخصات، استانداردها و معيارهاي تعيين شده براي ساخت آن محصول است. محصولي كه طبق مشخصات و مطابق با حدود كنترل فرايند توليد ساخته مي شود چنانچه مشخصات آن بخوبي بيانگر نيازهاي مصرف كننده باشد از كيفيت خوبي برخوردار بوده و رضايت مشتري را جلب مي كند.
3. كيفيت عملكرد:تابعي از كيفيت طرح و كيفيت انطباق آن محصول است. اگر كيفيت طرح ضعيف باشد يا تطابق با مشخصات مناسب وجود نداشته باشد، كيفيت عملكرد محصول تنزل مي يابد.

روشهاي كنترل كيفيت :

1. کنترل كيفيت آماری: پيشينه کنترل کيفيت آماری به سالهای اول دهه 1920 ميلادی بر ميگردد. موثرترين راهی که تا کنون برای کنترل کيفيت محصولات پيدا شده است روشهای آماری می باشد. با روشهای آماری می توان تصويری ازوضعيت کل توليد بدست آورد. با توجه به اينکه تغييرپذيري، يك پديده دائمی و جزء لاينفک همه محصولات است و مشخصه کيفی هر محصول تغيير می کند روشهای آماری موثرترين وسيله بررسی و کنترل اين تغييرات است. مادامی که از مواد، افراد، روشها و ماشينها برای توليد استفاده می شود، مشکل تغيير کيفيت وجود خواهد داشت و مادامی که اين مشکل وجود داشته باشد روشهای آماری کنترل کيفيت نيز لازم می شود.
2. کنترل کیفیت غیر آماری: پیچیده ترشدن فرایندهای تولیدی و تعدد عواملی که در تعیین کیفیت کالای تولیدی نقش دارند، ایجاب می کند تا برخلاف گذشته که ارزیابی کیفیت بر تجربه و عوامل ذهنی افراد متکی بود این مهم با استفاده از ابزار و لوازم عینی مختلفی که مناسب هرموقعیت خاص میباشد، صورت پذیرد. از آنجا که فکر کردن با استفاده از نمودار راحت تر از اتکا به ذهنیات است، این ابزار غالبا بصورت نمودارهای ساده ای هستند که کارجمع آوری اطلاعات لازم از کارگاه تولیدی راساده می سازند.

روشهاي كنترل كيفيت غير آماري :

1. جلسات طوفان ذهنی: هدف اصلی از تشکیل چنین جلساتی خلق و پروراندن اندیشه های نوین است. بر اساس این روش گروهی از افراد در جلسه ای که به منظور بررسی مشکلات کیفیتی و ارتقای سطح کیفیت تولیدات شکل می گیرد، شرکت کرده و سعی می کنند در فضائی سرشار از حس تعاون و همکاری با تبادل نظر و ارائه طریق به نظر واحدی در رابطه بامسأله کیفیت برسند.
2. برگه های بازبینی: یکی از روشها فرمها و یا برگه های از قبل طراحی شده ای است که در فرایند جمع آوری داده ها می تواند مورد استفاده قراربگیرد. این برگه ها به گونه ای طراحی می شوند که امکان ثبت داده ها از طریق علامت گذاری در محلهای مناسب فرم را فراهم می سازد.
3. تحلیل پارتو: تجزیه و تحلیل پارتو شیوه ای است که به کمک آن توجه کنترل کننده به ردیابی و رفع مهمترین نقص جلب میشود.
4. روش علت و معلول: دراین روش که معمولا به همراه یک نمودار مورد استفاده قرار می گیرد، شیوه ای سازمان یافته و اصولی برای ردیابی مشکلات است.نمودار علت و معلول غالبا پس از جلسات طولانی ذهنی برای نظم بخشیدن و سازمان دهی به ایده های مختلفی که ارائه گردیده مورد استفاده قرار می گیرند.

فسفاته كردن فلزات

فسفاته كردن فلزات

فسفاته كردن يعني ايجاد فسفات روي يا منگنز يا آهن برروي فلزات به منظور جلوگيري  از زنگ زدگي در مقابل عوامل جوي و محيطي به طريق گرم يا سرد يا الكتريكي . قشر ايجاد شده از فسفات بر روي فلزات مانع از خوردگي شده و فلز را براي عمليات بعدي يا پوشش رنگ آماده ومقاوم مي نمايد در واقع به عنوان آستري براي رنگ كاري از فسفاته استفاده ميشود زيرا چسبندگي رنگ را افزايش مي دهد در عمليات پرس كاري – مفتول كشي و خم كاري از آن به عنوان پوشش ليز كننده استفاده مي كنند . رنگ پوشش فسفاته خاكستري – مشكي -دودي روشن و سبز سير مي با شد وعمليات آماده سازي فلز براي پوشش فسفاته كردن ضروري و شامل چربيگيري – زنگبري وخنثي سازي و فعال كردن قطعه قبل از عمليات فسفاته مي باشد .

فسفاته روي رايج ترين نوع فسفاته براي مصرف در صنعت است و مقدار مصرف آن 2% تا 4% دردرجه حرارت 60 تا 65 وزمان 5 تا 10 دقيقه مي با شد .

فسفات منگنز و فسفاته آهن نيز مصرف صنعتي خاصي دارند و مقدار مصرف و شرايط استفاده مانند مصرف فسفاته روي مي باشد .