English
اطلاعات تماس
 
تلفن: 77491206 -021
نمابر: 77491206 -021
آدرس دبیرخانه: تهران: نارمك،دانشگاه علم و صنعت ايران، انجمن علمي كامپوزيت ايران، صندوق پستي 16845/188 ايميل: info@irancsa.ir
پست الکترونیکی: m.beheshty@ippi.ac.ir
کد پستی: 1684613114
مشاهده خبر
تولید اَبَرخازن‏ های خودترمیم با استفاده از نانولوله‏ های کربن

اگر تا به حال خالی شدن باتری گوشی همراه یا آی ‏پَد شما، برایتان مشکلاتی به وجود آورده است، حتماً متوجه شده ‏اید که منبع ذخیره انرژی این تجهیزات یا همان باتری، از چه اهمیت بالایی برخوردار است. اگر به منبع انرژی این سیستم ‏های الکترونیکی یکپارچه‏، کوچکترین آسیبی وارد شود، کل سیستم از کار می ‏افتد. در صورتیکه چنین اتفاقی رخ دهد، در خوشبینانه ‏ترین حالت، شما به زحمت می ‏افتید و برای تعمیر گوشی یا آی ‏پَد خود هزینه گزافی می ‏پردازید و در بدترین حالت، مجبور می ‏شوید که گوشی جدید خود را روانه تَلّی از زباله‏ های الکترونیکی نمایید که این کار هم، به دلیل وجود فلزات سمی در این باتری ‏ها، سلامت محیط زیست را به خطر می ‏اندازد.

به همت محققان کشور سنگاپور برای معضل مذکور، راه‏ حلی یافت شده است. این محققان اَبَرخازن‏ هایی تولید کرده‏ اند که می ‏تواند عیوب مکانیکی و الکتریکی خود را ترمیم  نماید. یکی از استادیاران دانشکده مهندسی و مواد دانشگاه فنی نانیانگ سنگاپور نمونه آزمایشی این اَبَرخازن خودترمیم را طراحی کرده است. اَبَرخازن مذکور با استفاده از مواد پیشرفته تولید شده است. در تولید این اَبَرخازن از نانولوله ‏های کربن تک‏دیواره عامل ‏دار شده استفاده شده است که به صورت یک فیلم نازک روی یک زیرلایه خودترمیم قرار می ‏گیرد. به این ترتیب اَبَرخازن تولید دانشگاه نانیانگ می ‏تواند به طور هوشمند، عیوب مکانیکی و الکتریکی خود را تعمیر نماید.

يك اَبَرخازن انعطاف ‏پذیری می‏تواند عیوب مکانیکی و الکتریکی خود را ترمیم نماید. کامپوزیت خودترمیم به کاررفته در این اَبَرخازن از نانوذرات دی ‏اکسید تیتانیوم (ذرات سیاه‏رنگی که در شکل ملاحظه می‏گردد) تشکیل شده است که نانوساختار آن در زیر میکروسکوپ به شکل گُل دیده می ‏شود. به علاوه در کامپوزیت مذکور شبکه ‏ای از سوپرامولکول ‏ها (فراذره که می ‏تواند هویت خود را تغییر داده و به شکل دیگری ظاهر شود) نیز وجود دارد که در شکل با خط‏های قرمز نشان داده شده است. ضمناً این کامپوزیت خودترمیم از تعداد بیشماری اتم ‏های گیرنده پیوند هیدروژنی و اتم ‏های دهنده پیوند هیدروژنی تشکیل شده است. کامپوزیت مذکور تحت حرارت قرار می‏ گیرد و فشرده می ‏شود و یک زیرلایه خودترمیم را تشکیل می‏ دهد. سپس فیلم نانولوله کربن روی زیرلایه خودترمیم رسوب می ‏کند. آنگاه این دو لایه روی یکدیگر مونتاژ می ‏گردند و یک اَبَرخازن با ساختار ساندویچی تشکیل می ‏گردد. پس از رسوب‏ گذاری فیلم نانولوله کربن روی زیرلایه خودترمیم، زیرلایه مذکور روی ورق پلی ‏اتیلن تِرِفتالات قرار می ‏گیرد.

اَبَرخازن خودترمیم مذکور ضمن برخورداری از طول عمر بالا، از لحاظ اقتصادی نیز مقرون به صرفه می ‏باشد ضمن اینکه به سلامت محیط زیست نیز آسیبی وارد نمی ‏کند. تولید موفقیت ‏آمیز این اَبَرخازن خودترمیم، راهی را پیش پای محققان قرار می ‏دهد تا بتوانند در آینده تجهیزات الکترونیکی خودترمیم دیگری تولید نمایند.

طی دهه گذشته، با الهام گرفتن از سیستم ایمنی بدن موجودات زنده که می ‏تواند آسیب ‏های وارده را خود به خود ترمیم نماید، مواد هوشمند مصنوعی تولید شدند که با نام مواد خودترمیم شناخته می ‏گردند. مواد خودترمیم مصنوعی می ‏توانند آسیب‏ های داخلی یا خارجی را تعمیر کنند. نانوپوشش ‏های آبگریز خودترمیم که توسط محققان دانشگاه نانیانگ سنگاپور تولید شده ‏اند، نمونه ‏ای از این مواد هوشمند مصنوعی می ‏باشند. به علاوه محققان مذکور مواد کاربردی خودترمیمی تولید کرده‏ اند که می ‏تواند آسیب ‏های وارده به مدارهای الکتریکی را طوری ترمیم نماید که عملکرد مدارهای مذکور کاهش نیابد. با این وجود هنوز بر سر راه تولید تجهیزات الکترونیکی کاربردی که از خاصیت خودترمیمی برخوردار باشند، چالش ‏هایی وجود دارد که باید برطرف گردند. این امر موقعی محقق می‏ گردد که در فرآیند تولید تجهیزات مذکور پیشرفت ‏هایی حاصل شود. لازم به ذکر است که الکترونیک کاربردی تلفیقی از گرایش قدرت، الکترونیک و کنترل است.

به عقیده استادیار دانشگاه نانیانگ، نکته‏ حائز اهمیت در تولید اَبَرخازن‏ های کاربردی خودترمیم این است که پس از تکمیل فرآیند خودترمیمی، باید رسانایی الکتریکی اَبَرخازن‏ های مذکور به حالت قبل برگشته باشد. محققان دانشگاه نانیانگ هنگام تولید اَبَرخازن خودترمیم سعی داشتند که از مواد خودترمیمی استفاده کنند که بتواند ترک ‏های الکترودهای خازن را تعمیر نماید و پس از پایان یافتن فرآیند خودترمیمی، یکپارچگی ساختاری و خواص الکتریکی این تجهیزات به حالت سابق برگردد.

در سال ‏های اخیر تجهیزات الکترونیکی مینیاتوری (در ابعاد کوچک) طراحی شده ‏اند که در آنها از اَبَرخازن ‏های انعطاف ‏پذیر و سبک استفاده گشته است. اما بیشتر این خازن‏ ها از ساختار شکننده‏ و تُردی برخوردار می ‏باشند که مانع می‏ گردد بتوان عملاً از آنها استفاده نمود. به عبارت دیگر الکترودهای خازن‏ های مذکور تحت بارهای خمشی و یا هنگام پر شدن و خالی شدن، ترک بر می ‏دارند. در حالیکه زیرلایه پلیمری این خازن‏ ها از قابلیت انعطاف ‏پذیری برخوردار است و باید بتواند در برابر بارهای برشی و یا در اثر تغییر شکل ‏هایی که به مرور زمان روی آن اعمال می‏ گرد، مقاومت نماید. نقطعه ضعف مذکور سبب می ‏گردد که طول عمر اَبَرخازن‏ های مذکور کاهش یابد. محققان دانشگاه نانیانگ برای این مشکل نیز راه حلی پیدا نمودند. آنها در اَبَرخازن‏ های تجهیزات الکترونیکی مینیاتوری از نانوکامپوزیت دی ‏اکسید تیتانیوم به عنوان یک زیرلایه خودترمیم استفاده نمودند. روی زیرلایه مذکور نیز به ضخامت 20 میکرون از فیلم نانولوله‏ های کربن تک‏دیواره عامل ‏دار شده استفاده شده است.

هنگامیکه به خازن مذکور آسیب مکانیکی وارد می ‏شود، حرکت عرضی لایه کامپوزیت خودترمیم باعث می‏ گردد که لبه‏ های فیلم نانولوله کربن تک‏دیواره از جایی که از هم جدا شده ‏اند، با هم تماس پیدا کنند. به این ترتیب، هم ساختار خازن مینیاتوری ترمیم می ‏گردد و هم رسانایی الکتریکی آن به وضعیت سابق خود بر می ‏گردد. در اَبَرخازن یکپارچه و خودترمیم دانشگاه نانیانگ نیز از چنین مکانیسمی استفاده شده است.

محققان دانشگاه نانیانگ الکترودهای اَبَرخازن انعطاف ‏پذیر حالت جامد مذکور را دو نیم کردند تا بتوانند عملکرد خودترمیمی آن را آزمایش کنند. این آزمایش پنج مرتبه تکرار شد و هر مرتبه نیز فرآیند خودترمیمی به طور کامل صورت گرفت. پس از به پایان رسیدن این پنج آزمایش، محققان دریافتند که 7/85% ظرفیت خازن حفظ شده است. گفتنی است که در اَبَرخازن‏ های معمولی، الکترولیت مایع قرار دارد اما در اَبَرخازن ‏های حالت جامد، یک ماده دی ‏الکتریک اکسیدی جایگزین الکترولیت می‏ شود.

اگر عملکرد اَبَرخازن ‏های خودترمیم ارتقاء یابد یا کامپوزیت ‏های خودترمیم رسانا (نظیر سوپرامولکول ‏های تقویت ‏شده با میکروذرات نیکل) جایگزین زیرلایه ‏های خودترمیم نارسانا گردند، بیشتر ظرفیت اَبَرخازن ‏های خودترمیم ‏شده به حالت اول خود بر می ‏گردد.

استادیار دانشگاه نانیانگ و طراح اَبَرخازن کامپوزیت نانولوله‏ های کربن خودترمیم اظهار داشت: «اگر فرآیند تولید این اَبَرخازن با موفقیت به پایان رسد، می ‏توان نسل آینده تجهیزات ذخیره‏ سازی انرژی را به گونه ‏ای طراحی کرد که ضمن برخورداری از طول عمر بالاتر، از لحاظ اقتصادی نیز مقرون به صرفه باشند و سلامتی انسان‏ ها را نیز به خطر نیندازند. اَبَرخازنی که ما طراحی کردیم، می ‏تواند راه را برای طراحی و تولید نسل آینده تجهیزات الکترونیکی خودترمیم هموار نماید.»

منبع: By Michael Berger Copyright ©Nanowerk
نویسنده خبر: موسسه كامپوزيت ايران
تاریخ انتشار: 1393/10/08 - 18:1
شناسنامه انجمن

انجمن علمي كامپوزيت ايران به منظور گسترش، پيشبرد و ارتقاي علمي و توسعه كيفي نيروهاي متخصص و بهبود بخشيدن به امور آموزشي و پژوهشي در زمينه‌هاي كامپوزيت­هاي پليمري، سراميكي، فلزي و نانوكامپوزيت­ها، و با مجوز اخذ شده از كميسيون انجمن­هاي علمي معاونت پژوهشي وزارت علوم، تحقيقات و فناوري تشكيل ‌گرديده است.

شماره ثبت انجمن: 29195

شناسه ملي انجمن: 10320766111