1-19) کاربرد نانولوله هاي کربني در تشخيص مولکول ها28
1-20) نانولوله هاي بورنيتريد28
1-21) شيمي نانولوله هاي بورنيتريد و خالص سازي آنها29
1-22) 5-آمينولوولينيک اسيد30
1-23) گليسين31
فصل دوم: مروري برکارهاي گذشته33
2-1) درمان هدفمند سرطان کبد بر پايه نانولوله کربني مبتني بر سيستم دارورساني به داخل بدن34
2-2) تجزيه و تحليل محاسباتي از وارد کردن نانولوله هاي کربني به غشاي سلولي34
2-3 ) مطالعه تابعي چگالي فلوئور انتهايي بر روي نانولوله هاي بورنيتريد35
2-4) اثر ناخالصي بر خواص الکتريکي نانولوله هاي کربني35
2-5) مطالعه نظري ab initio بر عملکرد نانولوله هاي تک ديواره به عنوان جاذب مولکولي36
2-6) مطالعه نظري کاتيون فلزهاي قليايي بر روي نانولوله هاي کربني36
2-7) مطالعه ي نظري اثر طول و قطر نانولوله هاي كربني بر واكنش هاي اپوكسيددار شدن37
2-8) اثر جذب هيدروژن اتمي بر خواص نانولوله هاي کربني تک ديواره37
2-9) بررسي كوانتوم مكانيكي ab initio برهمكنش متان با سطوح گرافيتي و نانولوله تك لايه38
2-10) خواص الکتريکي نانولوله کربني تک ديواره و گرافيت- مطالعه تابعي چگالي38
2-11 مطالعه ab initio بازسازي نانونوارهاي گرافن به شکل نانولوله به روش تابعي چگالي39
2-12) بهينه کردن نانولوله کربني براي جذب گاز نيتروژن39
2-13) مطالعه جابجايي شيميايي 13C NMR در نانولوله هاي کربني داراي گروه عاملي به روش تابعي چگالي30
2-14) خواص الکترونيکي بلور حالت جامد fcc-C6041
فصل سوم: روش هاي محاسباتي42
3-1) مقدمه43
3-1-1) مروري بر شيمي محاسباتي43
3-1-2) شيمي انفورماتيک44
3-1-3) زيست انفورماتيک و شيمي انفورماتيک44
3-2) مکانيک مولکولي45
3-3) روش هاي ساختار الکتروني47
3-4) روش هاي پر کاربرد48
3-4-1) روش ميدان خودسازگار هارتري فاک49
3-4-2) روش تابع چگالي51
3-5) لايه باز و لايه بسته51
3-6) مجموعه هاي پايه52
3-6-1) مجموعه هاي پايه حداقل: 6) > N> STO-NG(353
3-6-2) مجموعه هاي پايه کوچک يا مجموعه پايه ظرفيتي شکافته شده53
3-6-3) مجموعه هاي پايه بزرگ يا قطبيده53
3-6-4) مجموعه هاي پايه حداکثر يا پايه نفوذي54
3-6-5) مجموعه پايه زتاي دوگانه LANL2DZ(Double zeta)55
3-6-6) مجموعه پايه زتاي سه گانه TZV(Triple zeta)55
3-6-7) مجموعه پايه LAN2MB55
3-7) گوسين56
3-8) HOMO و LUMO57
3-8-1) قطبش پذيري – سختي و نرمي58
فصل چهارم: بحث و نتيجه گيري60
4-1) روش انجام کار61
4-2) انرژي اتصال69
4-3) محاسبات طول پيوند71
4-4) محاسبات زاويه73
4-5) بارهاي اتمي76
4-6) ممان دوقطبي79
4-7) محاسبات خواص بنيادي80
4-8) شکاف بين HOMOو LUMO83
بحث و نتيجه گيري95
منابع96
فهرست اشکال
عنوان صفحه
شکل 1-1) پيشرفت هاي ايجاد شده از طريق ابزارهاي پيشرفته پزشکي در تشخيص و درمان3
شکل1-2) ساختار بلوري گرافيت6
شکل1-3) شبکه بلوري الماس6
شکل1-4) نمايي از نانو لوله کربني7
شکل1-5) مولکول C607
شکل1-6) نمايي از نانولوله چند لايه14
شکل1-7) نمايي از نانولوله هاي زيگزاگي ، صندلي و نامتقارن15
شکل1-8) نانولوله ها جهت استحکام دهي17
شکل1-9) زيست حسگرها18
شکل1-10) نمايشگر تشعشع ميداني20
شکل1-11) ذخيره سازي اتم ها در نانولوله ها23
شکل1-12) نمايي از ساختارهاي نانولوله هاي کربني و نانولوله هاي بورنيتريد تک لايه29
شکل1-13) ساختار شيميايي 5-آمينولوولينيک اسيد31
شکل1-14) ساختار شيميايي گليسين31

در این سایت فقط تکه هایی از این مطلب 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

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

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

اینجا کلیک کنید

شکل4-1) ساختار بهينه شده مولکول هاي دارويي و نانولوله ها با استفاده از روش DFT/ B3LYP 6-31G(d)62
شکل4-2) ساختار بهينه شده نانولوله ها بعد از اضافه شدن مولکول هاي 5-آمينولوولينيک اسيد و گليسين با استفاده از روش DFT/ B3LYP 6-31G(d)65
شکل4-3) اوربيتال هاي HOMO (a) و LUMO (b) مولکول دارويي آمينولوولينيک اسيد85
شکل4-4) طيف DOS مولکول دارويي آمينولوولينيک اسيد85
شکل4-5) اوربيتال هاي HOMO (a) و LUMO (b) مولکول دارويي گليسين86
شکل4-6) طيف DOS مولکول دارويي گليسين86
شکل4-7) اوربيتال هاي HOMO (a) و LUMO (b) ساختار BNNT(8-0) and AVA NH287
شکل4-8) طيف طيف DOS نانولوله هاي BNNT(8-0) و BNNT(8-0) and AVA NH287
شکل4-9) اوربيتال هاي HOMO ((a و LUMO (b) ساختار BPNT(7-0) and AVA CO88
شکل4-10) طيف DOS نانولوله هاي BPNT(7-0)و BPNT(7-0) and AVA CO88
شکل4-11) اوربيتال هاي HOMO (a) و LUMO (b) ساختار CNT(5-5) and AVA OH89
شکل4-12) طيف DOS نانولوله هاي CNT(5-5) و CNT(5-5) and AVA OH89
شکل4-13) اوربيتال HOMO (a) و LUMO (b) ساختار CNT(5-5) Al and AVA OH90
شکل4-14) طيف DOS نانولوله هاي CNT(5-5) Al و CNT(5-5) Al and AVA OH90
شکل4-15) اوربيتال HOMO (a) و LUMO (b) ساختار CNT(5-5) AL and AVA CO91
شکل4-16) طيف DOS ساختار CNT(5-5) Al and AVA CO91
شکل4-17) اوربيتال HOMO (a) و LUMO (b) ساختار CNT(5-5) Al and AVA NH292
شکل4-18) طيف DOS ساختار CNT(5-5) Al and AVA NH292
شکل4-19) اوربيتال HOMO (a) و LUMO (b) ساختار BNNT(8-0) and GLY(end)93
شکل4-20) طيف DOS ساختار BNNT(8 0) and GLY(end)93
شکل4-21) اوربيتال HOMO (a) و LUMO (b) ساختار BNNT(8-0) and GLY(surface)94
شکل4-22) طيف DOS ساختار BNNT(8-0) and GLY(surface)94

چکيده
کاربرد فناوري نانو در شيمي، فيزيک، الکترونيک و رايانه، در حال تکامل و توسعه است. در اين بين پژوهش بر روي کاربردهاي پزشکي فناوري نانو، به دليل توانايي هاي اين علم جهت درمان بيماري هاي خاص و توليد داروهاي جديد در سال هاي اخير قوت يافته است. توانايي يک نانولوله براي انتقال دارو به قطر آن و جهت گيري مولکول هاي وارد شونده بستگي دارد. در اين تحقيق ابتدا نانولوله هاي کربني، بورنيتريد و بورفسفر با کايراليته (5,5) و (8,0) و (7,0) و مولکول هاي دارويي 5-آمينولوولينيک اسيد و گليسين با نرم افزار Nanotub modeler ترسيم و به روش DFT/ B3LYP، تابع پايه 6-31G(d)و با استفاده از نرم افزار گوسين 09، بهينه شدند. با قرار دادن مولکول هاي دارويي بر روي نانولوله ها، ساختارهاي ايجاد شده بهينه گرديدند. سرانجام مطالعاتي بر روي طول پيوندها، زواياي پيوندي، بارهاي اتمي، ممان دوقطبي، شکاف بين HOMO وLUMO، انرژي هاي پيوند، پتانسيل يونش، سختي، نرمي، الکترون خواهي و پتانسيل شيميايي مولکول هاي دارويي قبل و بعد از قرار گرفتن بر روي نانولوله ها مورد مطالعه قرار گرفتند. تعدادي از ساختارهاي بهينه شده با اين روش رسانايي و جذب شيميايي خوبي را نسبت به استفاده از حالت آزاد داروها از خود نشان دادند.
واژگان کليدي: گوسين- نانولوله کربني- آمينولوولينيک اسيد- گليسين- نظريه تابع چگالي

1-1) مقدمه
امروزه نانوتكنولوژي1 ، موضوع جذابي است که به سبب خواص ويژه و پتانسيلهاي کاربردي اين مواد، نظر دانشمندان، صنعتگران و حتي افراد عادي جامعه را نيز به خود جلب كرده است. با توجه به کاربردهاي وسيع نانولوله هاي کربني، روشهاي توليد انبوه اين دسته از مواد داراي اهميت فوق العادهاي ميباشند. رشد و توسعه روز افزون علم، قابليتها و مزاياي استفاده از اين مواد را در بخشهاي مختلف زندگي به اثبات رسانده است. هر چند کشف نانولوله هاي کربني2 تصادفي بوده اما موجب انقلابي در فناوري شده است. انتظار مي رود همان طور كه فناوري مرتبط به سيليکون، اکنون مورد توجه است، در آينده نيز نانولوله هاي کربني فراگير شوند.
روشهاي مختلفي براي توليد نانولولههاي کربني وجود دارد که هر کدام مزايا و محدوديت هايي دارند. انتخاب روش توليد بهينه، امر سادهاي نيست چرا که معيارهاي کمي و کيفي زيادي براي اين انتخاب وجود دارند که مقايسة آنها با يکديگر را تا حدي دشوار ميکند. با اين وجود روشي که امروزه نظر دانشمندان را بسيار به خود جلب کرده، روش رسوب دهي بخار شيميايي ميباشد. از ديگر مواردي که براي محققين اهميت بسيار دارد يافتن کاربردهاي CNT ها در زمينههاي مختلف و با توجه به خواص ويژه آنهاست. از جمله اين موارد، کاربرد اين مواد در علم پزشکي است. متابوليسم در سطح مولكولي و سلولي رخ مي دهد. هرچند به نظر مي رسد دانش بشر دربارة اين فرآيندهاي پيچيده هر سال بيشتر مي شود اما باز هم اين فرآيندها به طور كامل شناخته نشده اند تا بتوان بيماري ها را در مراحل بسيار اوليه شكل گيري تشخيص داده و به طور مؤثري از آن پيشگيري و يا درمان نمود. در روش هاي پزشكي جاري، درمان وقتي شروع مي شود كه بيماري كاملاً آشكار شده و علائم قطعي آن هم بروز كرده باشد .در بسياري موارد هم درمان امكان پذير نبوده چون بيماري در تمام بدن پخش و سيستم بازسازي دروني بدن را دچار آسيب جدي مي کند. علاوه بر اين ها تعداد زيادي از بيماران از اثرات جانبي داروها رنج مي برند و برخي نيز در اثر آن مي ميرند. همچنين تجويز بسياري از عوامل دارويي به بيماران به دليل نامحلول بودن و در نتيجه نبود فرمولاسيون مناسب براي آنها امكان پذير نيست. هم اكنون انتظارات زيادي نسبت به تأثيرات فناوري نانو در بخش پزشكي وجود دارد. به كمك ابزارهاي زيست تراشه اي بهبود يافته، داروهاي جديد و مؤثري كشف و ساخته خواهد شد. به عنوان مثال تراشه هاي پيچيده زيست سازگاري كه با قطعات غشايي يا سلول هاي زنده پوشانده شده اند، مي توانند موجب تسريع تحقيق و آزمايش عوامل دارويي جديد شده و به پيشرفت كشف نشانگرهاي جديد تشخيص بيماري هاي خاص و نارسايي هاي مولكولي و متابوليكي کمک نمايد. به طور خاص نانومواد عامل دار، فصل مشترك بين مادة زنده و ابزارهاي فني را تشكيل مي دهد.

1-2) فناوري نانو
فناوري نانو يا نانوتکنولوژي رشته‌اي از دانش کاربردي و فناوري است که علوم گسترده‌اي را پوشش مي‌دهد. موضوع اصلي آن نيز مهار ماده يا دستگاه‌هاي در ابعاد کمتر از يک ميکرومتر، معمولاً حدود ? تا ??? نانومتر است. در واقع نانو تکنولوژي فهم و به کارگيري خواص جديدي از مواد و سيستم هايي در اين ابعاد است که اثرات فيزيکي جديدي عمدتاً متأثر از غلبه خواص کوانتومي بر خواص کلاسيک از خود نشان مي‌دهند. نانوفناوري يک دانشي ميان‌رشته‌اي است و به رشته‌هايي چون پزشکي، داروسازي و طراحي دارو، دامپزشکي، زيست شناسي، فيزيک کاربردي، مهندسي مواد، ابزارهاي نيم رسانا، شيمي ابرمولکول و حتي مهندسي مکانيک، مهندسي برق و مهندسي شيمي نيز مربوط مي شود. نانو کلمه اي يوناني به معني کوچک است و معني يک ميلياردم يا 9-10 يک کميت. چون يک اتم تقريباً 10 نانومتر است، اين اصطلاح براي مطالعه عمومي روي ذرات اتمي و مولکولي بکار برده مي شود. نانوتکنولوژي مطالعه ذرات در مقياس اتمي براي کنترل آنها است. هدف اصلي اکثر تحقيقات نانوتکنولوژي شکل دهي ترکيبات جديد يا ايجاد تغييراتي در مواد موجود است.
1-3) تاريخچه نانوتکنولوژي
در سال 1991 دانشمندي به نام سوميو ايجيما3 (از شرکت NEC ژاپن) به طور کاملاً اتفاقي، ساختار ديگري از کربن را کشف و توليد کرد. با توجه به شکل آن، محصول توليد شده را نانولوله کربني ناميد. در يک نانولوله کربني، اتمهاي کربن در ساختاري استوانهاي آرايش يافتهاند. آرايش اتمهاي کربن در ديواره اين ساختار استوانهاي، دقيقاً مشابه آرايش کربن در صفحات گرافيت است. هنگامي که صفحات گرافيت در هم پيچيده ميشوند، نانولولههاي کربني را تشکيل ميدهند. در واقع، نانولوله کربني، گرافيتي است که در مقياس نانو و به شکل لوله در آمده باشد ]1[.
در تكنولوژي نانو اولين اثر کاهش اندازه ذرات، افزايش سطح است. افزايش نسبت سطح به حجم نانوذرات باعث مي شود که اتم هاي واقع در سطح، اثر بسيار بيشتري نسبت به اتم هاي درون حجم ذرات، بر خواص فيزيکي ذرات داشته باشند. اين ويژگي واکنش پذيري نانوذرات را به شدت افزايش مي دهد. علاوه بر اين افزايش سطح ذرات فشار سطحي را تغيير داده و منجر به تغيير فاصله بين ذرات يا فاصله بين اتم هاي ذرات مي شود.
1-4) نانولوله هاي کربني
کربن يکي از عناصر شگفت انگيز طبيعت است و کاربردهاي متعدد آن در زندگي بشر، به خوبي اين نکته را تأييد ميکند. به عنوان مثال فولاد به عنوان يکي ازمهمترين آلياژهاي مهندسي، از انحلال حدود دو درصد کربن در آهن حاصل ميشود و با تغيير درصد کربن (به ميزان تنها چند صدم درصد) ميتوان انواع فولاد را به دست آورد. “شيمي آلي” نيز علمي است که به بررسي ترکيبات حاوي “کربن” و “هيدروژن” ميپردازد و مهندسي پليمر هم تنها براساس عنصر کربن پايه گذاري شده است.گرافيت، الماس، نانولولهها و باکي بال ها از اشکال متفاوت کربن هستند که در طبيعت يافت ميشوند. هرچهار مورد به فرم جامد بوده و در ساختار آنها اتمهاي کربن به صورت کاملاً منظم در کنار يکديگر قرار گرفتهاند. عنصر کربن به طور خالص در طبيعت به دو صورت يافت مي شود که گرافيت نوع غالب آن و الماس نوع ديگر آن هستند. گرافيت که ماده بسيار نرمي است، داراي شبکه بلوري اصلي مي باشد که در آن اتم هاي کربن با يکديگر نوعي شبکه هگزاگونالي مي سازند. اين حالت، در صفحات قاعده، شش اتم کربن وجود دارند. نوع پيوند اتمي در اين شبکه بلوري از انواع واندروالسي (بين صفحات) و کوالانسي (بين اتم هاي کربن موجود در هر صفحه) مي باشد، در اثر اين دگرگوني پيوندها، اتصال بين صفحات قاعده ضعيف شده و خواص معروف اين ماده ( مانند نرمي و….) ظاهر مي شوند [2]. ساختار بلوري گرافيت در شکل زير ديده مي شود.

الماس که شکل ديگري از کربن است ماده اي بسيار سخت مي باشد. اين ويژگي الماس از شبکه بلوري مکعبي ويژه آن و پيوند بسيار محکم بين اتم ها، همچنين تراکم بالاي اين نوع ساختار ناشي مي شود.

امروزه اشکال بلوري کربن به دو مورد فوق خلاصه محدود نبوده بلکه نانوتکنولوژي که علم چينش اتم ها به شکل دلخواه براي دسترسي به خواص مورد نظر است، امکان توليد ساختارهاي اتمي ديگري از کربن را فراهم مي سازد. در اين بين معروف ترين و پر کاربردترين ساختار اتمي ايجاد شده با نانوتکنولوژي، CNT نام دارد.

البته نوع معروف ديگري از فراورده کربني توليد شده با نانوتکنولوژي، با نام فولرن4 در دسترس است. در ساختار اتمي فولرن ها به جاي شش ضلعي هاي منظم موجود در گرافيت، از مجموعه اي از شش ضلعي ها و پنج ضلعي هاي کربني منظم که به صورت يک در ميان کنار هم قرار گرفته تشکيل شده است. معروف ترين و در عين حال پايدارترين ساختاري که از فولرن ها توليد شده، C60 مي باشد.

1-5) فولرن
در سال 1970 دانشمندي به نام اوساوا 5در تحقيقاتش راجع به ساختارهاي کربني موجود در طبيعت، يک مولکول کربني C60 را با ساختاري شبيه توپ فوتبال متصور شد. تا اين که در سال 1984 در اثر تبخير ليزري گرافيت، خوشه هاي بزرگ کربني Cn، در آزمايشگاه مشاهده شد(n مقاديري بين 30 تا 90) دارد.
کشف اصلي فولرن در سال 1985 رخ داد. در اين سال سه دانشمند به نام هاي رابرت اف6 ، هارولد کوروتو7 و ريچارد اسمالي8، بر روي فرآيندي براي توليد کلاستر هاي کربني ستاره اي شکل مطالعه مي کردند. اين روش با متمرکز کردن ليزر روي يک گرافيت انجام شد. اين کشف نشان داد که 60، 70 يا تعداد بيشتري اتم کربن مي توانند با هم به صورت خوشه تجمع کنند و مولکولي قفس مانند بسازند. با اين آزمايش ها و بررسي طيف سنجي آزمايش هاي طيف سنجي فراورده هاي توليد شده، مولکول هاي C60 در مواد توليد شده کشف شدند. اين مولکول به علت شباهتي که با ساختار توصيف شده توسط معمار معروف، باک مينسترفولر9 داشت، به اين نام ناميده شد. دانشمندان مذکور به خاطر اين کشف در سال 1996 جايزه نوبل سال را دريافت نمودند. در سال 1990 ولفگانگ10، دنوالد هافمن11 و همکارانش، توصيفي از نخستين روش علمي C60 ارائه دادند [3]. باکي بال مولکولي از 60 اتم کربن (C60) به شکل يک توپ فوتبال است. در اندک زماني، فولرن هاي ديگري کشف شدند که از 28 تا چند صد اتم کربن داشتند. با اين حال C60 ارزان ترين و در دسترس ترين آنها مي باشد. لغت فولرن کل مجموعه مولکول هاي تو خالي کربني را که داراي ساختارهاي پنج ضلعي و شش ضلعي مي باشند، پوشش مي دهد. نانولوله هاي کربني که از لوله شدن صفحات گرافيتي با آرايش شش ضلعي ساخته مي شوند در صورت مسدود شده از دو انتهاي لوله، خويشاوند نزديک فولرن به حساب مي آيند [3].
1-6) ساختمان فولرن
فولرن از شبکه پنج گوشه ها و شش گوشه ها تشکيل شده است. يک فولرن براي آنکه به صورت يک شکل کروي بسته شود، بايد دقيقاً 12 وجه پنج گوشه داشته باشد، ولي تعداد وجه هاي شش گوشه مي تواند به طور گسترده اي تغيير کند. ساختمان C60، داراي 20 وجه شش گوشه است. هر کربن فولرن، داراي هيبريد sp2 است و با سه اتم ديگر، پيوندهاي سيگما تشکيل مي دهد. الکترون باقيمانده در هر کربن، درون سيستمي از اوربيتال هاي مولکولي در حال گردش است که به کل مولکول، ماهيت آروماتيکي مي بخشد [3].
1-7) شيمي فولرن ها

شيمي فولرن ها حتي از سنتز آنها جالب تر است. فولرن ها داراي الکترون خواهي بالايي بوده و به راحتي از فلزات قليايي الکترون پذيرفته، يک فاز جديد(نمک باکيد) ايجاد مي کنند. يکي از اين نمک ها، K3C60 يک بلور فلزي پايدار است. اين ترکيب در صورت سرد شدن تا دماي 18 درجه کلوين به يک ابر رسانا تبديل مي شود. حتي فولرن هايي سنتز شده اند که در داخل قفس اتم هاي کربن، حاوي اتم هاي فلز هستند. باکي بال ها از نظر فيزيکي مولکول هايي بيش از حد محکمي بوده و قادرند فشارهاي بسيار زياد را تحمل کنند، به طوري که پس از تحمل 3000 اتمسفر فشار به شکل اوليه خود بر مي گردند. باکي بال هاي چند پوسته موسوم به نانو پيازها12، بزرگ تر هستند وقابليت بيشتري براي استفاده به عنوان روان کننده دارند. اين که باکي بال ها به خوبي به هم نمي چسبند، به اين معنا نيست که در جامدات ديگر کاربرد ندارند. وارد کردن مقادير نسبتاً اندک از آن در يک بستر پليمري، موقعيتي براي آنها به وجود مي آورد که بخشي از استحکام بالا و دانسيته پايين آن را به ماده حاصل مي بخشد. فولرن ها درون نانولوله ها نيز قرار داده شده اند تا چيزي به نام غلاف نخود پديد آيد [4]. اولين کار از اين دست در اوايل 2002 در جنوب کره (دانشگاه ملي سئول) و آمريکا (دانشگاه پنسيلويا) به ترتيب با استفاده از C82 و C60 صورت گرفت. فولرن ها رفتار الکتريکي نانولوله ها را تغيير داده، مناطقي با خواص نيمه رسانايي مختلف را پديد مي آورند. نتيجه مي تواند مجموعه اي از ترانزيستورهاي پشت سرهم در يک نانولوله باشد. با تغيير مکان فولرن ها مي توان اين خواص را تغيير داد. مواد مبتني بر فولرن ها مصارف مهمي در قطعات فوتونيک دارند (فوتونيک معادل الکترونيک است با اين تفاوت که در آن از نور به جاي الکتريسيته استفاده مي شود). خواص نوري غيرخطي را مي توان با افزايش يک يا چند اتم فلزي در بيرون يا درون قفس فولرن ها ارتقاء داد. فولرن ها همچنين در نابودي راديکال هاي آزاد که باعث آسيب بافت هاي زنده مي شوند، مفيدند. از فولرن ها مي توان به عنوان پيش سازي براي ديگر مواد، همچون روکش هاي الماسي يا نانولوله ها استفاده کرد و همچنين به طور محدود در تحقيقات بنيادي مکانيک کوآنتومي استفاده شده است، چون بزرگ ترين ذره اي هستند که در دوگانگي موج-ذره ماده ديده شده است [4].

1-8) خواص و کاربردهاي فولرن ها
شکل و زيبايي فولرن ها و خواص شگفت انگيز آنها توجه بسياري از دانشمندان را به خود معطوف کرده است. پايدارترين و فراوان ترين فولرن ها انواع C60 و C70 هستند. بنابراين بيشتر خواص ذکر شده در مورد فولرن ها نيز روي اين دو نوع متمرکز شده است [5].
1-8-1) استحکام مکانيکي: به عنوان تقويت کننده در نانو کامپوزيت ها
فولرن ها از نظر مکانيکي مولکول هاي بسيار مستحکمي هستند که از اين خاصيت در توليد نانوکامپوزيت ها استفاده شده است [5].
1-8-2) خاصيت روان سازي بالا: روان کاري در مقياس نانومتري
مولکول هاي فولرن با پيوندهاي ضعيف نيروهاي واندروالس به هم متصل مي شوند. اين نيروهاي نگهدارنده فولرن ها در کنار هم مشابه نيروهاي موجود بين لايه هاي گرافيت است. بنابراين برخي از خواص فولرن ها مشابه خواص گرافيت مي باشد. به طوري که از فولرن ها به جاي گرافيت در کاربردهاي روان کاري در مقياس نانومتري استفاده شده است [5].
1-8-3) حساس در برابر نور: کاربردهاي فوتونيک
فولرن ها در برابر نور بسيار حساس بوده و با تغيير طول موج نور خواص الکتريکي اين مواد به شدت تغيير مي کند. بنابراين کاربردهاي فوتونيک زيادي براي اين مواد در آينده متصور شده است [5].
1­8­4) ساختاري توخالي: مکاني جهت قرار گيري عناصر
مي توان درون مولکول هاي توخالي فولرن ها را با عناصر ديگر پر کرد. به گونه اي که با قرار دادن برخي عناصر فلزي درون فولرن ها خواص الکتريکي آن ها بهبود يافته است [3].
1­8­5) خواص زيست سازگاري: دارو رساني
درون فولرن ها مي توان برخي آنزيم ها و يا داروها و هورمون هاي مورد نياز بدن را قرار داد. به اين ترتيب در نانو پزشکي مي توان از اين مواد استفاده نمود. در يکي از جديدترين کاربردهاي فولرن ها براي مبارزه با ويروس ايدز، آنزيم ضد اين ويروس در درون فولرن ها جاي داده و به درون بدن هدايت شده است [4].
1­9) مزايا و معايب فولرن ها
کم حلال بودن فولرن ها در سيالات، کاربرد اين مواد را به عنوان مواد مؤثر دارويي محدود مي کند. ولي ميزان آبگريزي، سه بعدي بودن و خواص الکتروني آن باعث بکارگيري آن در امور پزشکي مي شود. به عنوان مثال، شکل کروي آن ها باعث ايجاد توانايي و قرار گفتن مولکول هاي فولرن در محلول هاي آبگريز آنزيم ها يا سلول ها مي شود و اين عمل باعث ايجاد خواص دارويي مي گردد [5].
1­10) روش هاي توليد و فرآوري فولرن ها
فولرن ها به مقدار اندکي در طبيعت، در حين آتش سوزي و صاعقه زدگي پديد مي آيند. اغلب روش هايي که در تحقيقات مختلف براي توليد فولرن ها به کار مي رود، از نظر اقتصادي مقرون به صرفه نبوده و يا فراورده حاصل از آنها خواص مطلوبي ندارد. برخي از روش هاي اقتصادي و بهينه براي توليد فولرن ها عبارتند از:
– حرارت دهي از طريق مقاومت الکتريکي
– حرارت دهي از طريق قوس الکتريکي
– حرارت دهي به روش القايي
– سنتز احتراقي فولرن ها
1­11) انواع نانولوله هاي کربني
نانولولههاي کربني به دو دسته کلي نانولولههاي کربني تک ديواره13 و نانولوله هاي کربني چند ديواره14 تقسيم مي شوند. چنانچه نانولوله کربني فقط شامل يک لوله از گرافيت باشد، نانولوله تک ديواره و اگر شامل تعدادي از لولههاي متحد المرکز باشد نانولوله چند ديواره ناميده ميشود. يک نانو لوله تک جداره از دو قسمت بدنه و در پوش با خواص فيزيکي و شيميايي متفاوت تشکيل شده است. ساختار در پوش، مشابه يک فولرن کوچک و مرکب از حلقه هاي ? و ? ضلعي اتم کربن است که در کنار هم قرار گرفته اند و ساختاري گنبدي شکل را به عنوان در پوش ايجاد کرده اند. C60 همانند قسمت ديگر، بدنه استوانه اي شکل آن است که از يک صفحه گرافيتي تشکيل شده است. نانولوله تک جداره به دليل خواص الکتريکي جالبش، نوع بسيار مهمي از نانولوله ها محسوب مي شود. نانولوله هاي کربني چند جداره از چند استوانه کربني هم محور تو در تو ايجاد شده است که مي توان آن را به صورت دسته اي از نانولوله هاي هم مرکز با قطرهاي متفاوت در نظر گرفت. طول و قطر اين ساختار ها در مقايسه با نانو لوله هاي تک جداره بسيار متفاوت بوده و داراي خواص متفاوتي نيز مي باشند.

نانولوله هاي تكجداره نيز بر حسب آرايش اتم‌هاي كربني مقطع لوله به سه دسته مهم صندلي15 و نامتقارن16 كه داراي خاصيت فلزي هستند و زيگزاگ17 كه خاصيت نيمه‌رسانايي دارد، تقسيم مي شوند [6] .
1­11­1) نوع صندلي
در صورتي که اتم ابتدايي و اتمي که در وضعيت 45 درجه نسبت به آن قرار دارد، روي هم قرار بگيرند، نانولوله نوع صندلي به دست مي آيد و در اين حالت مي توانيم بين اين دو اتم يک خط مستقيم رسم کنيم که معادله آن “m=n” است. يعني شماره ستون و رديف هر يک از آنها با يکديگر برابر است. در اين حالت با يک بار گردش به دور نانولوله تعدادي صندلي پشت سرهم ايجاد مي شود [6].

1­11­2) نوع زيگزاگي
براي ايجاد نوع زيگزاگي نانولوله اتم ها را در راستاي افقي (ستون به ستون) شمرده شده را با خم کردن صفحه، به روي اتم ابتدايي انطباق مي دهيم. براي اطمينان از درستي کار بايد دقت کرد که درانتها، در راستاي افقي يک خط شکسته زيگزاگ به دور نانولوله ايجاد شود [6].
1­11­3) نوع نامتقارن
اين حالت مشابه روش صندلي مي باشد، با اين تفاوت که در مختصات اتم انتهايي، “m?n” خواهد بود [6].

1­12) خصوصيات فيزيکي و شيميايي نانولوله ها
نانولوله ها علي رغم برخورداري از قطر بسيار کم، استحکام کششي بالايي دارند. از ديگر خصوصيات آنها وجود پيوندهاي واندروالس بين اتم ها و لذا توانايي پايين آن ها براي چسبيدن به يکديگر در نانولوله فلزي و نيمه هادي، رسانايي در جهت طولي، رسانايي حرارتي و خاصيت نشر ميداني است [9-8-7].
1­13) فرآيندهاي توليد نانولوله
به طور کلي براي توليد هر نانو ذره يکي از دو روش توليد بالا به پايين و يا روش پايين به بالا به کار گرفته ميشود. در روش بالا به پايين از ساختارهاي ميکرو و بزرگتر به ابعاد نانو رسيده، اما در روش پايين به بالا از کنار هم قرار گرفتن بلوکهاي سازنده نانومواد، ساختار شکل ميگيرد که اين روش مبتني بر کليات شيمي ميباشند. شش روش کلي و مرسوم براي توليد نانومواد وجود دارد که عبارتند از: قوس الکتريکي، رسوبدهي فاز بخار شيميايي، رسوبگذاري الکتريکي، سنتز از طريق سل- ژل، آسياب کردن و سايش با حرکت گلوله. در اين ميان، چهار روش اول جزء روشهاي توليد پائين به بالا و دو روش آخر، روش بالا به پائين محسوب ميگردند. از روشهاي ذکر شده فوق، فرآيندهاي قوس الکتريکي، تبخير ليزري و رسوبدهي بخارات شيميايي عمده ترين روشهاي توليد نانولولهها بوده که دو روش اول بر پايهء کربن جامد و روش آخر بر پايه کربن گازي صورت ميگيرد [13].
1­14) كاربرد نانولوله‌ها
خواص ويژه نانولوله‌هاي كربني، آنها را به انتخاب ايده آلي براي بسياري از كاربردها تبديل كرده است.
امروزه در روند تحقيق درباره نانولوله‌ها توجه و تعمق ويژه‌اي بر روي استفاده از آنها در ساخت ابزارها متمركز شده است. اكثر پژوهشگراني كه در دانشگاه‌ها و آزمايشگاه‌هاي تحقيقاتي سرتاسر دنيا بر روي نانولوله‌ها كار مي‌كنند با خوش‌بيني پيش‌بيني مي‌كنند كه در آينده‌اي نزديك نانولوله‌ها كاربردهاي صنعتي وسيعي خواهند داشت. در ادامه چند مورد از حوزه‌هاي مهم كاربرد نانولوله‌ها اشاره مي شود.
1­14­1) به عنوان تقويت کننده در کامپوزيت ها
نانولوله هاي کربني يکي از مستحکم ترين مواد به شمار مي روند. اين موضوع، کاربرد آن ها را به عنوان ماده پرکننده در توليد نانوکامپوزيت ها به خوبي روشن مي سازد. کامپوزيت هاي از نوع نانولوله ي کربني داراي نسبت استحکام به وزن بالايي مي باشند که مصارف بسياري در صنعت خواهند داشت. توزيع يكنواخت نانولوله‌ها در زمينه كامپوزيت و بهبود چسبندگي نانولوله‌ با زمينه در فرآوري اين نانوكامپوزيت‌ها از موضوعات بسيار مهم است. شيوه توزيع نانولوله‌ها در زمينه پليمري از پارامترهاي مهم در استحكام‌ دهي به كامپوزيت مي‌باشد. آنچه از تحقيقات برمي‌آيد اين است كه استفاده از خواص عالي نانولوله‌ها در نانوكامپوزيت‌ها وابسته به استحكام پيوند فصل مشترك نانولوله و زمينه مي‌باشد. نكته ديگر آنكه خواص غير همسانگردي نانولوله‌ ها باعث مي‌شود كه در كسر حجمي كمي از نانولوله‌ها رفتار جالبي در اين نانوكامپوزيت‌ها پيدا شود [14].

1­14­2) حسگرها
حسگر زيستي يک ابزار شناسايي و تجزيه زيستي است که به کمک يک مبدل18 وجود يک مولکول را شناسايي مي کند. نانوحسگرهاي زيستي ، انواعي از نانوحسگرها هستند که براي تشخيص مواد شيميايي و زيستي استفاده مي شوند. استفاده از نانومواد مثل نيمه رساناها، نانوسيم، نانوذرات و غيره براي کاربرد در حسگرهاي زيستي به سرعت در حال توسعه است. از جمله اين مزايا مي توان به کوچک سازي وسيله، افزايش امواج و تشديد امواج مغناطيسي به وسيله ي برچسب هاي نانوذره19 اشاره کرد که سبب افزايش حساسيت مي شوند. نانومواد داراي ويژگي هاي فيزيکي، نوري و الکتروشيميايي منحصر به فردي هستند که در حس کردن20 بسيار مفيد مي باشند. از جمله نانومواد، ذرات کوانتومي، نانوذرات طلا، نانوذرات مغناطيسي و نانولوله هاي کربني را مي توان نام برد [16-15].

1­14­3) حافظه‌هاي نانولوله‌اي
به دليل كوچكي بسيار زياد نانولوله‌هاي كربني ‌(كه در حد مولكولي است)، اگر هر نانولوله‌ بتواند تنها يك بيت اطلاعات درخود جاي دهد، حافظه‌هايي حاصل از اين نانولوله‌ها مي‌توانند مقادير بسيار زيادي اطلاعات را ذخيره نمايند. با در نظر داشتن اين مطلب، بسياري از محققان در حال كار بر روي ساخت حافظه‌هاي نانولوله‌اي مي‌باشند.
1-14-4) ترانزيستورها
نانولوله‌ها درآستانه كاربرد درترانزيستورهاي سريع هستند، اما آن ها هنوز هم در اتصالات داخلي استفاده مي‌شوند. بسياري از طراحان دستگاه ‌ها تمايل دارند به پيشرفت هايي دست يابند كه آن ها را به افزايش تعداد اتصالات داخلي دستگاه‌ها درفضاي كوچك تر، قادر نمايد. ترانزيستورهاي ساخته شده از نانولوله‌ ها داراي آستانه مي باشند (يعني سيگنال بايد از يك حداقل توان برخوردار باشد تا ترانزيستور بتواند آن را آشكاركند) كه مي‌توانند سيگنال‌هاي الكتريكي زيرآستانه را در شرايط اختلال الكتريكي يا نويز، آشكار و رديابي نمايند. همچنين از آنجايي كه ضريب تحرك، شاخص حساسيت يك ترانزيستور براي كشف بار يا شناسايي مولكول مجاور مي باشد، لذا ضريب تحرك مشخص مي كند كه قطعه تا چه حد مي‌تواند خوب كار كند. ضريب تحرك تعيين مي كند كه بارها در يك قطعه چقدر سريع حركت مي‌كنند و اين نيز سرعت‌ نهايي يك ترانزيستور را تعيين مي‌نمايد. لذا اهميت استفاده از نانولوله‌ها و توليد ترانزيستورهاي نانولوله‌اي با داشتن ضريب تحرك برابر با 100هزار سانتيمتر مربع بر ولت ثانيه در مقابل سيليكون با ضريب تحرك 1500 سانتيمتر مربع بر ولت ثانيه و اينديم آنتيمونيد (بالاترين ركورد بدست آمده تا به امروز) با ضريب تحرك 77 هزار سانتيمتر مربع بر ولت ثانيه بيش از پيش مشخص مي‌شود [17].
1­14­5) استفاده در نمايشگرهاي تشعشع ميداني
يکي از مشکلات دستگاه هاي نشر ميدان امروزي، عدم پايداري ميدان هاي توليدي در بازه هاي زماني طولاني است. اين مشکل را مي توان با استفاده از نانولوله کربني حل نمود. نانولوله‌ هاي كربني مي‌ توانند عنوان بهترين گسيل كننده ميداني را به خود اختصاص داده و ابزارهاي الكتروني با بازده بالاتري توليد كنند. خصوصيات منحصر به فرد اين نانولوله‌ها، امکان توليد نوعي جديد از صفحه نمايش‌ هاي تخت را ميسر مي کند كه ضخامت آن ها چند اينچ بوده و نسبت به همتاي فعلي از قيمت مناسب‌تري برخوردار باشد. از طرفي كيفيت تصوير آن ها هم به مراتب بهتر خواهد بود. در پديده گسيل ميداني، الكترون ها با استفاده از ولتاژ کم از فيلم هاي ضخيم داراي نانولوله به سمت صفحه نمايش پرتاب شده و باعث روشن شدن آن مي شوند. هر نقطه از اين فيلم، يك پرتاب كننده الكترون (تفنگ الکتروني) كوچك است كه تصوير را روي صفحه نمايش ايجاد مي كند. ولتاژ لازم براي نمايشگر تشعشع ميداني از طريق صفحه نمايش صاف متكي بر نانولوله‌ نسبت به آنچه به صورت سنتي در روش اشعه كاتدي استفاده مي شد، كمتر مي‌باشد و اين نانولوله‌ها با ولتاژ كمتر، نور بيشتري توليد مي‌كنند [18].


پاسخ دهید