دانلود مجله رشد آموزش شیمی نسخه زمستان ۹۵ شماره ۱۱۸

    مجله رشد آموزش شیمی شماره ۱۱۸ در زمستان ۱۳۹۵ منتشر شد. در این فصل نامه، مقالات مفیدی از جمله طریقه محاسبه جرم اتمی عناصر فرضی، نکات آموزشی پیرامون آرسنیک، معرفی نرم افزارهای آموزشی شیمی و همچنین بررسی ماراتون شیمی دبیرستان علامه حلی گنجانده شده است.

    همانطور که می دانید، در فصل نامه رشد آموزش شیمی به موضوعاتی همچون تازه ترین اتفاقات شیمی و رشته های مرتبط با آن، مباحث کارآفرینی و اشتغال، نکات مفید قابل استفاده در دبیرستان و همچنین رشته های دانشگاهی پرداخته می شود.

    فهرست موضوعات منتشر شده در این نسخه:

     

    – رمز گشایی یک سرگذشت به برکت بارش های کیهانی

    – محاسبه جرم اتمی اتم فرضی لوبیانیم!

    – آزمایشگاه را سبز کنیم

    – انسان انگاری و جاندار پنداری در آموزش علوم

    – هیدارت های درونگیر؛ قفس های مولکولی

    – واقعیت یا توهم؛ ارتباط تقارن و نقطه ذوب

    – شاه بلوط، منبعی برای تانن

    – ۱۰ نکته درباره آرسنیک

    – آنتراکینون ها، رنگدانه هایی بی همتا

    – نرم افزارهای آموزشی شیمی

    – در ماراتون شیمی چه گذشت؟

    – آموزش شیمی در ایران به کجا می رود؟ (گفتگو با دکتر زهرا احمد آبادی)

     

    مجله رشد آموزش شیمی نسخه زمستان ۹۵، از طریق لینک زیر قابل دریافت است.

     

    افزایش بازده سلول های خورشیدی

    یافته های محققان نشان می دهد که می توان با تغییر شکل برخی از مواد نیمه هادی، انرژی بیشتری از سلول های خورشیدی بدست آورد.

    به گزارش شیمی معدنی و به نقل از ایسنا، پژوهشگران دانشگاه واریک (University of Warwick) در کشور انگلستان، مقاله جدیدی چاپ کرده اند که طبق آن نشان می دهد شاید بتوان با تغییر شکل هر یک از کریستال های نیمه رسانای سلول های فتوولتاییک (PV) انرژی بیشتری از سلول های خورشیدی استخراج کرد.

    نویسندگان این مقاله که به نام «اثر فلکسو فتوولتاییک – Flexo-Photovoltaic Effect» منتشر شده است، مارین الکس، مینگ مین یانگ و دونگ جیک کیم از دپارتمان کالج فنی دانشگاه واریک هستند.

    گفتنی است که فتوولتاییک یکی از انواع سامانه های تولید برق از انرژی خورشیدی است. در این روش با به کار گیری سلول های خورشیدی، تولید مستقیم الکتریسیته ناشی از تابش خورشید امکان پذیر می گردد.

    آنها تلاش نموده اند تا محدودیت های فیزیکی طراحی های فعلی سلول های خورشیدی را که محدودیت مطلقی در بهره وری خود دارند، تحلیل و بررسی کنند.

    اغلب سلول های خورشیدی از دو لایه تشکیل شده است که مرز میان آنها، اتصال بین دو نوع نیمه رسانا، حامل های مثبت بار (سوراخ هایی که با الکترون پر می شوند)، نیمه رسانای غیر ذاتی و نهایتا نیمه رسانای غیر ذاتی با حامل های منفی بار (همان الکترون ها) می باشد.

    زمانی که نور جذب می شود، با برقراری اتصال بین دو نیمه رسانا، یک میدان داخلی را در خلاف جهت نگه داشته و در سرتاسر اتصال، جریان و ولتاژی را تولید می کند. اگر این اتصال نباشد، انرژی صورت نمی گیرد و حامل ها با سرعت بالا و به راحتی برای از بین بردن هر بار الکتریکی، مجدد ترکیب می شوند.

    این نوع اتصال میان نیمه رساناها برای جذب نیرو از سلول خورشیدی، یک موضوع اساسی است؛ اما با محدودیت کارایی مواجه خواهیم شد. متاسفانه به دلیل نوعی واکنش که به اثر فتوولتاییک مشهور است، این مواد بازده کمی در تولید انرژی دارند و هرگز در سیستم های عملی تولید انرژی مورد استفاده قرار نمی گیرند.

    این گروه محققان دانشگاه واریک تصمیم گرفتند برای اینکه به چنین نیمه رساناهایی شکل راس های رسانا بدهند، از ابزارهای میکروسکوپی نیروی اتمی استفاده کنند و کریستال هایی از جنس تیتانات استرانسیم (SrTiO3)، تیتانیم دی اکسید (TiO2) و همچنین سیلیکیون (Si) استخراج نمایند.

    آنها متوجه شدند که ممکن است هر سه ماده با این روش تغییر شکل دهند و نهایتا اثر فتوولتائیک زیادی پیدا کنند.

    «الکس»، عضو ارشد تیم تحقیقاتی در این خصوص گفت:

    «گسترش محدوده این مواد، مزایایی دارد. این روش برای شکل دادن به هر نوع اتصالی ضروری نیست. ما قادر هستیم تا در هر نیمه رسانایی با جذب نور بهتر را برای سلول های خورشیدی انتخاب و بر حد ترمودینامیکی نهایی بهره وری قدرت، غلبه کنیم. اگر کارایی این روش در آزمایشات آینده اثبات شود، ارزش تجاری بسیاری زیادی برای تولید کنندگان سلول های خورشیدی و انرژی به همراه خواهد داشت.»

    یک شرکت کانادایی، طرح جدید و کم‌هزینه‌ای را برای تبدیل دی‌اکسید کربن به سوخت ارائه داده است.

    به نقل از گیزمگ، کاهش دی‌اکسید کربن در جو، یکی از موضوعات مورد توجه در جهان امروز است. کاهش میزان دی‌اکسید کربنی که به هوا منتقل می‌شود، ضروری است اما باید راهی برای کاهش میزان دی‌اکسید کربن موجود در جو پیدا کرد.

    سیستم‌های “جذب مستقیم هوا” یا “داک” (DAC) که برای از بین بردن دی‌اکسید کربن مورد استفاده قرار می‌گیرند، یک راه احتمالی برای پاکسازی هوا در آینده هستند اما تصور می‌شد که هزینه آنها بسیار بالاست. شرکت کانادایی “کربن انجنییرینگ” (CE)، هزینه این سیستم‌ها را کاهش داده و ادعا می‌کند که می‌توان از آنها به شکل کارآمدتری استفاده کرد.

    به گفته گروه پژوهشی این شرکت، فناوری داک، کاملا هم جدید نیست. سال گذشته، شرکت سوئیسی “کلایم‌ورک” (Climeworks)، نخستین برنامه استفاده از این سیستم‌ها را در نزدیکی زوریخ آغاز کرد. در این برنامه، از دستگاه‌های مسقفی استفاده شده بود که دی‌اکسید کربن را از هوا می‌گرفتند و آن را به یک گلخانه نزدیک می‌رساندند.

    در هر حال، هزینه‌ راه‌اندازی این نوع سیستم‌ها، بسیار بالا در نظر گرفته شده بود. در ابتدا هزینه‌ این کار، بین ۵۰۰ تا ۱۰۰۰ دلار تخمین زده شد اما پژوهش جدید شرکت کربن انجنییرینگ که بر مبنای داده‌های سه سال گذشته یک کارخانه آزمایشی انجام شده است، نشان می‌دهد چگونه می‌توان این طرح را با هزینه ۹۴ تا ۲۳۲ دلار در هر تن استاندارد، انجام داد.

    “دیوید کیت” (David Keith)، پژوهشگر ارشد این پروژه می‌گوید: هزینه‌های تخمین زده شده تا به امروز، استفاده از این فناوری را به یک راه‌حل بسیار پرهزینه برای از بین بردن دی‌اکسید کربن تبدیل کرده بودند. ما از سال ۲۰۰۹ روی این فناوری کار کرده‌ایم، از سال ۲۰۱۵ کارخانه آزمایشی خود را راه‌اندازی کرده‌ایم و اکنون، داده‌هایی در اختیار داریم که نشان می‌دهند امکان استفاده از فناوری داک با هزینه کمتر از ۱۰۰۰ دلار در هر تن ممکن خواهد بود.

    کارخانه آزمایشی این شرکت، از یک برج خنک‌کننده صنعتی تشکیل شده که دی‌اکسید کربن را از هوا می‌گیرد، آن را از حالت گاز به جامد تبدیل می‌کند و سپس آن را به شکل گاز تصفیه شده بازمی‌گرداند. در آغاز این فرآیند، برای جذب دی‌اکسید کربن و تبدیل آن به کربنات، از هیدروکسید مایع استفاده می‌شود.

    سپس، این گاز، پایه نوعی سوخت ترکیبی را تشکیل می‌دهد. فرآیند ابداع شده توسط این شرکت، “هوا به سوخت” (Air To Fuels) نام دارد که در آن، برای تبدیل دی‌اکسید کربن به سوخت هیدروکربن مایع، از برق‌کافت و فناوری ترکیب سوخت استفاده می‌شود.

    “استیو الدهام” (Steve Oldham)، مدیرعامل شرکت کربن انجنییرینگ می‌گوید: این سوخت پاک، کاملا با موتورهای موجود، سازگار است و به این ترتیب، امکان حمل و نقل با کاهش چشمگیر انتشار دی‌اکسید کربن را فراهم می‌سازد.

    این پژوهش، در مجله ” Joule” به چاپ رسید.

    مطالب متنوع در زمینه شیمی را در کانال شیمی معدنی در تلگرام دنبال کنید.

    محققان نروژی در نقشه‌ای، شهرهایی که بیشترین میزان انتشار کربن را دارند، مشخص کردند که در این میان، نیویورک و لس‌آنجلس در میان پنج شهر اول قرار دارند.

    به نقل از دیلی‌میل، محققان دانشگاه فنی و علوم طبیعی نروژ (NTNU) طی آخرین مطالعات خود دریافتند که ۱۸ درصد از انتشار آلودگی در دنیا مربوط به ۱۰۰ شهر جهان است و میزان قابل‌توجهی از انتشار کربن در جهان مربوط به تنها چند شهر است که لندن در رتبه ۱۶ قرار دارد.

    محققان این دانشگاه نقشه‌ای ارائه دادند که ما را قادر می‌سازد ۵۰۰ شهری که آلوده‌ترین مناطق روی کره زمین هستند را مشاهده کنیم.

    کلن،منچستر و مونترال شهرهای بزرگی هستند که به جهت وجود کربن، در لیست این ۱۰۰ شهر آلوده قرار دارند.

    دنیل مارون استاد دانشگاه علم و صنعت نروژ و رهبر این مطالعات گفت: تمرکز وجود کربن در برخی مناطق ما را شگفت زده کرد.

    وی افزود، این تحقیقات به این معنی است که اقداماتی هماهنگ شده توسط تعدادی از شهرداران و دولتمردان می‌تواند میزان انتشار کربن را کاهش دهد.

    در بیشتر کشورها، سه شهر اول در کشور، بیش از یک چهارم از انتشار آلودگی در سراسر کشور را شامل می‌شوند.

    محققان معتقدند، مناطق شهری در سراسر دنیا، حدود ۵۴ درصد از جمعیت جهانی را تشکیل می‌دهند که بیش از ۷۰ درصد از انرژی جهان را به مصرف می‌رسانند.

    سئول، پایتخت کره جنوبی با تولید سالانه ۲۷۶.۱ مگاتن دی اکسید کربن، عنوان آلوده‌ترین شهر جهان را به خود اختصاص داده است.

    شهرهای چین و خاورمیانه نیز در فهرست ۱۰ شهر آلوده قرار دارند.

    اسامی ۱۰ شهر آلوده به شرح زیر است:

    ۱- سئول، کره جنوبی

    ۲- گوانژو، چین

    ۳- نیویورک، آمریکا

    ۴- هنگ کنگ

    ۵- لس آنجلس، آمریکا

    ۶- شانگهای، چین

    ۷- سنگاپور

    ۸- شیکاگو، آمریکا

    ۹- توکیو، ژاپن

    ۱۰- ریاض، عربستان سعودی

    در این فهرست تهران در رتبه ۱۴ قرار دارد.

    این مناطق، مراکز متمرکز رشد اقتصادی کشور هستند.

    جهت مشاهده فهرست کامل شهرها کلیک کنید.

    مطالب متنوع در زمینه شیمی را در کانال شیمی معدنی در تلگرام دنبال کنید.

    مقالات آماده انتشار
    تاثیر بیماریهای کبدی بر سلامت مغز

    آنزیمی که ما را از حشرات ریز و تخم کرم ها محافظت می کند

    چالش های بنیادی آموزش جانور شناسی در ایران (بخش دوم) 


     

    دفعات مشاهده: ۱۰ بار   |  
    دفعات چاپ: ۲ بار   |  
    دفعات ارسال به دیگران: ۰ بار   |  
    ۰ نظر

    ابر رسانایی مواد در رازهای جدول تناوبی مندلیف

    طبق تازه ترین دستاورد محققان شیمی، الگویی مخفی در جدول تناوبی مندلیف پیدا شد که می تواند نقطه عطفی برای ساخت مواد ابر رسانا باشد.

    به گزارش شیمی معدنی، این رویداد می تواند یکی از مهم ترین یافته های دانشمندان باشد؛ زیرا یافتن ماده ای که بتواند الکتریسیته را با مقاومت صفر در دماهای بالا هدایت کند، می تواند منجر به تولید دستگاه های فوق العاده کارآمد و شبکه های برق بهینه تر شود.

    شبکه های برق فعلی تا ۷ درصد از انرژی خود را به دلیل مقاومت الکتریکی از دست می دهند.

    محققان با بهره گیری از الگوریتم هایی در بخش عجیبی از جدول تناوبی عناصر توانستند پیش بینی کنند که کدام عنصرها قابلیت ترکیب با هیدروژن در دمای اتاق را دارند و ابر رسانایی ایجاد نمایند.

    باید به این نکته اشاره کنیم که تا قبل از این، مواد ابر رسانای بسیاری شناسایی شده بودند اما آنها می بایست تا دمای بسیار پایین سرد شده یا اینکه تحت فشار شدید قرار بگیرند. در حال حاضر، پژوهشگران فٰرآیندی را برای انتخاب نوع خاصی از جدول تناوبی که جایگاه اکتنیدها است طراحی کردند که با پایداری کافی در شرایط خاص برای بروز خاصیت ابر رسانایی عمل کنند.

    نتیجه فعالیت های آنان هم اکنون به کشف ماده ای رسیده است که می تواند به یک ابر رسانای با دمای نسبی منفی ۲۰ درجه سلسیوس تبدیل شود؛ هر چند که هنوز هم با فشار بالا برای فشرده شدن نیاز داریم.

    اکتینیدها مجموعه ‌ای از ۱۵ فلز با اعداد اتمی ۸۹ تا ۱۰۳ (اکتینیم تا لارنسیم) هستند که در کنار عناصر عجیب دیگر یعنی لانتانیدها، قرار گرفته ‌اند.

    پژوهشگران با مشاهده‌ هدایت الکتریسیته‌ هیدرید‌های فلزی مختلف در دماهای خاص، گمانه ‌زنی ‌هایی پیرامون وجود الگویی وابسته به موقعیت ‌های آن ‌ها در جدول تناوبی کردند اما ارتباط دقیق میان آن‌ ها مشخص نیست.

    عناصری در سری آکتینید هم با آزمون ‌و خطا پیدا شدند که نشان می‌ دهد این مکان مناسبی برای سرنخ ‌ها است.

    بنابراین گروهی از پژوهشگران به ‌سرپرستی شیمیدان «آرتم اوگانوف»، برای حصول الگوریتمی تلاش کردند که بتواند خواص هیدریدهای اکتینید را با ابر رسانایی آنها مطابقت دهد.

    اوگانوف می‌گوید:

    «ایده‌ واقعی ارتباط بین ابر رسانایی و جدول تناوبی ابتدا توسط دانشجوی آزمایشگاه من، «دیمیتری سمینوک» مطرح شد. قاعده ‌ای که وی کشف کرد بسیار ساده و واقعا شگفت انگیز است و هیچکس آن را قبلا مشاهده نکرده است.»

    پیدا کردن راه‌ هایی برای پیش ‌بینی اینکه چه عناصری می‌ توانند یک ماده‌ ابر رسانا ایجاد کنند، در جهانی که استخراج انرژی تا جای ممکن از منابع توان امری حیاتی تلقی می ‌شود، چالش بسیار بزرگی است.

    به عنوان مثال، سیم کاملی را تصور کنید که الکترون ‌ها در آن می ‌توانند بدون برخورد با هیچ اتمی حرکت کرده و بدون هیچگونه اتلاف انرژی به‌صورت گرما جریان یابند.

    ابررساناها چنین روندی را با فراهم ساختن زمینه‌ در هم ‌تنیدگی الکترون‌ ها با هم به‌ منظور ایجاد یک جفت کوپر تسهیل می‌ کنند؛  این جفت‌ ها بایستی در نزدیکی یکدیگر نگه داشته شوند و این حالت در اکثر ابر رساناها از طریق ارتعاشاتی در ساختارشان به ‌نام فونون حاصل می‌ شود.

    فونون‌ ها ظریف و شکننده هستند؛ بنابراین این مواد باید به‌ طور دقیق تا دمای منفی ۲۳۴/۵ درجه‌ سانتی ‌گراد سرد شوند.

    همه‌ این‌ فرآیندها برای اجرا در یک آزمایشگاه خوب است؛ اما اگر می ‌خواهید ابر رسانایی را روی میز تحریرتان داشته باشید، ساز و کاری باید فراهم باشد که نیازی به ابزارهای بزرگ و تجهیزات خنک‌ کننده‌ تخصصی نداشته باشد.

    گفتنی است که پژوهشگران از دهه‌ ۱۹۸۰ برخی مواد ویژه را با قابلیت تشکیل جفت کوپر پایدار از طریق نوع دیگری از بر هم‌ کنش با الکترون ‌هایشان یافتند.

    این الگوریتم جدید با استفاده از آرایش الکترون‌ ها در عناصر سری اکتینیدها می‌ تواند شرایطی را پیش ‌بینی کند که جفت شدن با هیدروژن در آنها بتواند منجر به ایجاد یک شبکه‌ ایده‌ آل و منتهی به تعامل قوی الکترون‌ فونون شود.

    نتیجه‌ کار آنها، کشف هیدرید‌های آکتینیوم ابر رسانایی است که می‌ توانند دارای دمایی تا منفی ۲۰ درجه سانتی‌ گراد باشند.

    البته هنوز هم برای ساخت آنها نیاز به فشار ۱/۵ میلیون اتمسفر داریم اما داشتن کنترل بهتر در مورد چگونگی انتخاب و مطابقت عناصر برای ایجاد مواد ابر رسانای گرم، یافته‌ ارزشمند است که باید مورد توجه قرار گیرد.

    در حالی که برای داشتن تکنولوژی بدون مقاومت در خانه‌ هایمان هنوز موانع بسیاری پیش روی ما وجود دارد، کشف یک اصل کلی همانند ارتباط با آرایش دوره ‌ای عناصر، قدم مهمی در ساخت چنین موادی است.

    تولید سوخت هیدروژن در ایستگاه تجاری سازی

    این روزها از نقاط مختلف دنیا، خبرهایی در رابطه با تولید سوخت هیدروژنی منتشر می شود که جامعه جهانی را امیدوارتر برای دستیابی به پاک ترین سوخت تمام تاریخ می کند.

    البته نباید فراموش کرد که با پیشرفت دانش، طرح هایی که در گذشته عملیاتی شدند، به مرور زمان تکمیل می شوند و دور از انتظار هم نیست روزی برسد که سوخت پاک تری از هیدروژن داشته باشیم.

    به هر صورت، بهترین و جدیدترین حوزه بررسی دانشمندان برای جایگزینی سوخت های فسیلی، فعلا هیدروژن است.

    در این راستا، پژوهشگران موفق به تولید دستگاهی شدند که با تقلید از فرآیند فتوسنتز گیاهان، می تواند سوخت هیدروژن را با ۲ برابر بازدهی نسبت به سایر دستگاه ها تولید کند.

    این دستگاه که از آن با عنوان «دستگاه فتوسنتز مصنوعی» یاد می شود، میزان برداشت نور خورشید برای جداسازی آب شیرین یا شور را به ۲ برابر افزایش داده و آن را در جهت تولید هیدروژن مورد استفاده قرار می دهد که می تواند در سلول های سوختی مورد استفاده قرار گیرد.

    طبق اظهارات دانشمندان، هیدروژن سوختی با میزان آلایندگی صفر به شمار می رود که تنها خروجی آن آب است و می تواند به عنوان آب آشامیدنی هم مورد استفاده قرار گیرد.

    از جمله مزیت های سوخت هیدروژن آن است که می تواند به عنوان سلول الکترو شیمیایی یا موتور احتراق داخلی برای تامین انرژی خودرو و یا دستگاه های الکتریکی مورد بهره برداری قرار گیرد.

    همانطور که در مقالات پیشین شیمی معدنی خواندید، تولید سوخت هیدروژن همیشه سازگار با محیط زیست نیست. روش های معمول برای تولید هیدروژن از گاز طبیعی یا برق استفاده می کنند اما دستگاه فتوسنتز مصنوعی که توسط گروهی از محققان دانشگاه میشیگان و دانشگاه مک گیل در مونترال کانادا ساخته شده است، قابلیت تولید سوخت هیدروژن را با ۲ برابر بازدهی بیشتر نسبت به سایر فناوری ها داراست.

    پژوهشگر ارشد این طرح و استاد مهندسی برق و کامپیوتر دانشگاه میشیگان، زیتان مای، در این خصوص گفت:

    «اگر ما بتوانیم انرژی خورشید را به عنوان سوخت شیمیایی و به صورت مستقیم ذخیره کنیم، یعنی همان کاری که فتوسنتز طبیعی انجام می دهد، قادر خواهیم بود تا یک چالش اساسی را از پیش روی انرژی های تجدید پذیر برداریم.»

    فکرول آلام چودری، دانشجوی دکترای مهندسی برق و کامپیوتر دانشگاه مک گیل نیز گفت:

    «مشکل سلول های خورشیدی آن است که نمی توانند برق را بدون باتری ذخیره کنند. علاوه بر این، سلول های خورشیدی به لحاظ اقتصادی به صرفه نیستند و قیمت بالا و دوام کمی دارند.

    دستگاهی که ما تولید کردیم، از همان موادی است که در ساخت سلول های خورشیدی و سایر وسایل الکترونیکی نظیر سیلیکون و نیترید گالیم (در LED ها به کار می رود) استفاده می گردد.»

    با طراحی صنعتی دستگاه فتوسنتز مصنوعی که فقط با نور خورشید و آب شور کار می کند، راه برای تولید سوخت هیدروژن در مقیاس های بزرگتر فراهم می شود.

    لازم به ذکر است که دستگاه های جداسازی خورشیدی قبلی، بازدهی بسیار کمی (در حدود ۱ درصد) در آب های شور و شیرین را داشتند. همچنین روش های دیگر از مواد گران قیمت، ناکارآمد یا ناپایدار مثل دی اکسید تیتانیم (SiO2) استفاده می کردند که ممکن است نیاز به اضافه کردن محلول های خطرناک اسیدی برای افزایش بازدهی داشته باشد.

    اما مای و همکارانش در گروه تحقیقاتی دانشگاه مونترال کانادا، با استفاده از دستگاه فتوسنتز مصنوعی توانستند به بازدهی ۳ درصدی دست پیدا کنند.

    مای اینگونه ادامه می دهد:

    «اگر چه ممکن است بازدهی ۳ درصدی ناچیز به نظر برسد اما زمانی که ۴۰ سال پژوهش را برای آن در نظر بگیرید، یک دستاورد مهم محسوب خواهد شد. این در حالی است که فتوسنتز طبیعی دارای بازدهی ۰.۶ درصدی است.»

    مای اضافه کرد که بازدهی ۵ درصدی، در حقیقت می تواند سطحی باشد که این دستگاه می تواند به تولید انبوه تجاری برسد.

    این تیم تحقیقاتی اما اهداف بلند پروازانه ای دارند. آنها تلاش می کنند تا به بازدهی ۲۰ الی ۳۰ درصدی دست پیدا کنند.

    به نظر شما آینده سوخت های هیدروژنی به کجا خواهد رسید؟ آیا روزی می رسد که در باک خودروها به جای بنزین، از هیدروژن استفاده کنیم؟ دیدگاه خود را با مخاطبان شیمی معدنی به اشتراک بگذارید.

    ساخت نانو لوله های کربنی با روش آسان مشابه ساخت پلاستیک معمولی

    در تازه ترین دستاوردهای محققان، روشی امیدبخش و متحول کننده برای تولید نانو لوله های کربنی با استفاده از نوعی حلال صنعتی و متداول ارائه شده است.

    به گزارش شیمی معدنی، پژوهشگر دانشگاه نورث وسترن، «ژیاخینگ هاونگ» خود را برای آغاز دوباره تحقیق درباره نانو لوله های کربنی آماده کرده است. او تصمیم دارد هدف خود را با یک ماده شیمیایی ساده دنبال کند؛ ماده ای که زمانی برای ساخت شوینده های معمولی منازل استفاده می شد.

    هاونگ به کمک حلالی ارزان، ساده و با قابلیت تولید انبوه به نام کرزول، توانست روشی برای ساخت نانو لوله های کربنی پخش شده با غلظت های شگفت انگیز و بدون نیاز به افزودنی ها یا واکنش های شیمیایی زیان آور ارائه نماید.

    هاونگ همچنین در یک تغییر متعجب کننده پی برد که تغلیظ نانو لوله ها باعث افزایش میزان تغییر ماهیت مواد از پاشیدگی های رقیق به یک مایه غلیظ و در ادامه هم تبدیل آنها به ژل های آزاد و مستحکم می شود. به این ترتیب می توان خمیرهای شکل پذیر با قابلیت شکل دهی و قالب پذیری تولید کرد.

    نتایج این پژوهش چند روز قبل در مجله علمی Proceedings of the National Academy of Sciences  منتشر شد.

    هاونگ که استاد علوم و مهندسی مواد در دانشگاه نورث وسترن است، در رابطه با این مقاله و کار خود چنین توضیح می دهد:

    «نانو لوله های کربنی به دلیل ویژگی های قابل توجه مکانیکی، گرمایی و الکتریکی شان توجه بسیاری را در زمینه چند کاربرد گوناگون به خود جلب کرده اند؛ اما پس از دهه ها پژوهش و توسعه در این عرصه، هیجانات آن اندکی فروکش کرده است.»

    فرآیند تهیه نانو لوله های کربنی و دشواری های آن در بین دانشمندان زبانزد است. این سختی ها وقتی به کار تولید در مقیاس انبوه و مقادیر زیاد برسد، بیشتر نمود پیدا می کند. پرسش اصلی اینجاست که نانو تیوب ها چه وجه تمایزی دارند که ارزش این مشکلات را داشته باشد؟

    اگر نگاهی به مقاومت بسیار بالای آنها بیندازیم، پاسخ را خواهیم یافت.

    سازه سیمی و لوله ای شکل با ضخامت حدود ۰.۰۰۱ تار موی انسان از این نانو لوله ها، دارای استحکامی بیشتر از فولاد است و رسانایی گرمایی و برقی بسیار بهتری نسبت به مس دارد. با این حال، مشکل اساسی این است که در تولید انبوه که معمولا به شکل پودر انجام می شود، لوله ها پیچ و تاب می خورند و به صورت توده هایی گره می خورند. همین پیچیدگی به عنوان یک مانع مهم در مسیر کاربردهای عملی و گسترده نانو تیوب های کربنی به شمار می رود.

    هاونگ اینچنین توضیح می دهد:

    «پخش کردن یا به عبارت بهتر، متفرق ساختن این لوله های انباشته شده کار دشواری است و از طرفی اگر شما نتوانید این پخش کردن را به درستی انجام دهید، توان ساخت نانو لوله های با کیفیت در شکل لایه های نازک را هم نخواهید داشت؛ همان حالتی از نانو لوله ها که کاربردهای اصلی زیادی به آن وابسته است.»

    تا قبل از این دستاورد، پژوهشگران از افزودنی هایی برای پوشاندن نانو لوله ها در جهت رفع این مشکل استفاده می کردند. این مواد سطح نانو تیوب ها را به لحاظ شیمیایی دستخوش تغییر می کردند و در نتیجه، آنها را از یکدیگر جدا می ساختند.

    با اینکه چنین روش هایی تا حدودی پاسخگو بود اما مواد باقی مانده از آنها باعث ایجاد تغییراتی در ساختار سطحی نانو لوله های کربنی می شد. تغییرات یاد شده می توانستند برخی از خواص ناب و مورد نیاز نانو لوله ها را از بین ببرند.

    از این سو، هاونگ و گروه تحقیقاتی دانشگاه نورث وسترن متوجه شدند که کرزول عملکردهای خاص سطح نانو لوله ها را تضعیف نمی کند. در ادامه مشخص شد که پژوهشگران می توانند پس از جدا کردن تیوب های درهم تنیده شده، مواد شیمیایی باقی مانده را به راحتی و تنها با شستشو یا حرارت دادن به لوله ها تا مرحله تبخیر مواد شیمیایی از بین ببرند.

    پس از گشایش سازوکاری جدید برای ساخت نانو لوله های کربنی در غلظت های بیشتر، اکنون گروه هاونگ شکل های جدیدی از این ماده را شناسایی کرده اند.

    این ساختارهای گوناگون می توانند قالب ریزی شوند، شکل دهی مجدد را طی کنند و یا اینکه به عنوان جوهرهایی رسانا برای استفاده در صنعت پرینت سه بعدی به کار برده شوند.

    یکی از دانش آموخته های آزامایشگاه هاونگ، کوین چیو است که نویسنده نخست مقاله پژوهشی مرتبط نیز می باشد. او در این باره می گوید:

    «حالت خمیری نانو لوله ها مسحور کننده است و می تواند به طور دلخواه شکل داده شود و در ساختارهای مورد نظر، درست شبیه خمیر بازی، قالب بگیرد.»

    هاونگ در پایان گفت:

    «به طور کلی این سیستم حلال جدید، باعث بروز رفتارهایی مانند پلیمرها در نانو تیوب ها می شود. بسیار هیجان انگیز است که ببینیم حلال های مبتنی بر کرزول می توانند نانو لوله های سخت (از نظر انجام فرآیند روی آن) را به صورت پلاستیک های معمولی و رایج درآورند.»

    دانلود مجله رشد آموزش شیمی پاییز ۹۵

    مجله رشد شیمی نسخه ۱۱۷ که در پاییز سال ۱۳۹۵ منتشر شد، هم اکنون از طریق وب سایت شیمی معدنی قابل دریافت است. در فصل نامه رشد آموزش شیمی به موضوعاتی همچون تازه ترین اتفاقات شیمی و رشته های مرتبط با آن، مباحث کارآفرینی و اشتغال، نکات مفید قابل استفاده در دبیرستان و همچنین رشته های دانشگاهی پرداخته می شود.

    موضوعاتی از جمله ایمنی در آزمایشگاه شیمی، آشنایی با پلیمرهای سیلسیم دار و معرفی نرم افزارها و بازی های مرتبط با دانش شیمی، از جمله مهم ترین مباحث نسخه ۱۱۷ مجله رشد آموزش شیمی هستند.

    فهرست موضوعات منتشر شده در این نسخه:

     

    – نور افشانی؛ پدیده ای طبیعی در آسمان طیف نگاری

    – آزمایشگاه آشپزخانه نیست!

    – آشپزی با طعم شیمی

    – گوشی همراه را به آزمایشگاه ببرید!

    – تعیین انحلال پذیری برای ترکیبات یونی

    – راز خنثی ماندن محلول های الکترولیت

    – قطعه قطعه کردن

    – استویا

    – روغن کنجد؛ سرآمد روغن ها

    – پلیمرهای سیلسیم دار

    – دانستنی هایی درباره ClF3 در دایره مواد شیمیایی

    – آب آشامیدنی و معدنی

    – بنادریل

    – سلول های خورشیدی بر پایه سیلسیم بی شکل

    – معرفی نرم افزار و بازی های شیمی

    – معرفی کتاب

     

    برای دانلود مجله رشد آموزش شیمی نسخه پاییز ۹۵، بر روی لنیک زیر کلیک نمایید.

     

    محققان و پژوهشگران دانشگاه صنعتی امیر کبیر موفق به تولید و ساخت و سنتز کاتالیست چارچوب فلزی- آلی برای تولید اتیل بنزن در صنایع شیمیایی و پتروشیمیایی شدند. احسان رحمانی، مجری طرح ساخت و ارزیابی یک کاتالیست چارچوب فلزی- آلی برای تولید اتیل بنزن اظهار داشت: آلکیلاسیون بنزن به صورت صنعتی توسط کاتالیست های زئولیتی در دما و فشار بالا انجام می شود، این امر هم از نظر زیست محیطی و هم اقتصادی پرهزینه است. در ادامه از شیمی معدنی JamShimi به شرح کامل و کاربرد این کاتالیزور می پردازیم.
    وی با بیان اینکه در دمای بالا در سطح کاتالیست کک ایجاد شده که موجب غیرفعال شدن کاتالیست ها در انجام فرآیند می شود، بیان داشت: به همین دلیل استفاده از کاتالیست هایی که بتوانند فرآیند را در دمای پایین‌تر انجام دهند، ضروری است و از نظر اقتصادی به صرفه است.
    با توجه به نتایج به دست آمده کاتالیست های ساخته شده در این طرح توانایی انجام واکنش را در دمای حدود ۲۰۰ درجه سلسیوس پایین‌تر نسبت به کاتالیست های مرسوم دارند. استفاده از چارچوب های فلز- آلی در فرآیند آلکیلاسیون بنزن و تولید اتیل بنزن برای اولین بار انجام شده و می توان آنها را به عنوان کاتالیستی جدید با توزیع محصولات جانبی بسیار محدودتر نسبت به کاتالیست های مرسوم در نظر گرفت. در این طرح همچنین یک میکروراکتور جدید برای انجام فرآیند و ارزیابی عملکرد کاتالیست‌ها طراحی و ساخته شد.
    هدف این کار تحقیقاتی، توسعه یک کاتالیست جدید برای بهبود عملکرد فرآیندی، اقتصادی و زیست محیطی واحد آلکیلاسیون بنزن به منظور تولید اتیل بنزن بوده ‌است.
    وی با تاکید بر اینکه حدود ۳۵ میلیون تن اتیل بنزن در سال در جهان تولید می شود، افزود: این ماده شیمایی خوراک اصلی در تولید استایرن و زنجیره محصولات پایین دست است.
    در این طرح واکنش در فاز گاز انجام شده است و از مزیت های قابل توجه، انجام فرآیند در دمای پایین همچنین فشار پایین است که خود موجب کاهش مصرف انرژی و در نتیجه کاهش تولید آلاینده‌های زیست محیطی است. همچنین در مقایسه با کاتالیست های زئولیتی مرسوم، کاتالیست‌های چارچوب فلز- آلی با محصولات جانبی کمتر سهم قابل توجهی در کاهش هزینه های جداسازی پس از انجام فرآیند دارند. همچنین استفاده از چارچوب های فلز- آلی در فرآیند آلکیلاسیون بنزن توسط اتانول کاملا جدید است.
    طرح ساخت و ارزیابی یک کاتالیست چارچوب فلزی- آلی برای تولید اتیل بنزن در دانشگاه صنعتی امیرکبیر با راهنمایی دکتر محمد رحمانی انجام و از نتایج این طرح دو مقاله در پایگا نمایه سازی آی اس آی با درجه کیفیت عالی چاپ شده است.# JamShimi.ir

© تمامی حقوق مطالب برای وبسایت شیمی معدنی ایران محفوظ است و هرگونه کپی برداری بدون ذکر منبع ممنوع و شرعا حرام می باشد.
قدرت گرفته از : بک لینکس