مقاله مورفولوژی و بسته بندی

۱-۲-۲ گرافیت:
گرافیت یکی از آلوتروپ‌های کربن است که برخلاف الماس که جامدی سخت و شفاف است،گرافیت جامدی سیاه و نرم و لغزنده است. ساختار لایه-لایه داشته و از قرار گرفتن ۶ اتم کربن به صورت شش ضلعی منظم پدید آمده است. این اتم‌ها با پیوند کوالانسی و با هیبریداسیون sp2 هم متصل میشوند و نمی‌توانند با کربنی خارج از این لایه پیوند کوالانسی تشکیل دهند، بنابراین یک لایه گرافیت از طریق پیوند واندروالس -که پیوند ضعیفی است- به لایه‌های زیرین متصل است. این خاصیت سبب می‌شود لایه‌های گرافیت به راحتی به روی هم بلغزند. به همین دلیل از این ترکیب برای «روان کاری» و «روغن کاری» استفاده میشود. از گرافیت به عنوان الکترودهای کوره، روان کننده، ماده نسوز، قطعات الکتریکی، رنگ‌ها،فولاد های پرکربن، چدن‌ها،مداد گرافیتی و … استفاده می‌شود.
Widget not in any sidebars

گرافیت بر خلاف الماس هادی جریان الکتریکی و پایدارترین شکل کربن در شرایط استاندارد است.( تنها نافلز رسانای برق) ﺑﻨﺎﺑﺮاﻳﻦ در اﻟﻜﺘﺮوﺷﻴﻤﻲ ﺑﻌﻨﻮان ﺣﺎﻟﺖ اﺳﺘﺎﻧﺪارد در ﺗﻌﻴﻴﻦ ﻣﻴﺰان اﻧﺘﻘﺎلﺣﺮارﺗﻲ اﺷﻜﺎل دﻳﮕﺮ ﻛﺮﺑﻦ اﺳﺘﻔﺎده می شود.
شکل 1-۶ ساختار ملکولی گرافیت شکل 1-5: ساختار فیزیکی گرافیت

گرافن:3-2-1
گرافن ورقه ای دو بعدی از اتم های کربن در یک پیکربندی شش ضلعی می باشد که اتم ها با هیبرید sP2 به هم متصل شده اند. صفحات گرافن با کنار هم قرار گرفتن اتم‏های کربن تشکیل می‏شوند. در یک صفحه گرافن، هر اتم کربن با 3 اتم کربن دیگر پیوند داده است. این سه پیوند در یک صفحه قرار دارند و زوایای بین آن‏ها با یکدیگر مساوی و برابر با 120 درجه است شکل۱-۷ در این حالت، اتم‏های کربن در وضعیتی قرار می‏گیرند که شبکه‏‌ای از شش ضلعی‏های منتظم را ایجاد می‏کنند،به عبارتی گرافن را میتوان گرافیتی با قطر یک اتم توصیف کرد. البته این ایده‏آل‏ترین حالت یک صفحه‏ ی گرافن است. در برخی مواقع، شکل این صفحه به گونه‏ای تغییر می‏کند که در آن پنج‌ضلعی‏ها و هفت‌ضلعی‏ هایی نیز ایجاد می‏شود.اﻳﻦ ﻣﺎده ﺑﺴﻴﺎر ﺳﺒﻚ ﺑﻮده ﺑﺼﻮرﺗﻴﻜﻪ یک متر مربع ان 77/. ﻣﻴﻠﻲ ﮔﺮم وزن دارد. (4)
شکل۱-۷ ساختار گرافن
۱-۲-۴ فولرن:
یکی از دگرشکل‌های مصنوعی عنصر کربن است.که از گرما دادن به گرافیت ساخته می‌شود و به جهت شباهت شکل آن به توپ فوتبال، به آن باکی بال نیز می‌گویند. فولرن خود انواع گوناگون و متعددی دارد و می‌تواند به صورت کره، بیضی‌گون، یا استوانه باشد. فولرین شبیه یک توپ فوتبال است و شامل ۶۰ اتم کربن (C60) در یک ساختار کروی است که ۲۰ شش وجهی و ۱۲ پنج وجهی روی سطح منظم شده اند. هر کربن فولرن، دارای هیبرید sp2 است و با سه اتم دیگر، پیوندهای سیگما تشکیل می‌دهد. فولرینها مولکول های بیش از حد قوی هستند و تحمل فشارهای بسیارزیاد را دارند، به طوری که پس از تحمل فشاری حدود 3000 اتمسفر به شکل اولیهء خود (ساختار کروی فولرین) برمی گردند و دارای چگالی کم و وزن بسیار سبک هستند. مولکولهای فولرین به وسیله پیوندهای ضعیفی که ناشی از نیروهای واندروالس بین آنهاست به هم می چسبند.این نیروهای نگهدارنده فولرن ها در کنار هم مشابه نیروهای موجود بین لایه های گرافیت است.بنابراین برخی از خواص فولرن ها مشابه خواص گرافیت می باشد. فولرنها در برابر نور بسیار حساس بوده و با تغییر طول موج نور خواص الکتریکی این مواد به شدت تغییر می کند. مطابق شکل ۸-۱و۹-۱ (5)
شکل ۸-۱و۹-۱ ملکول فولرن
۱-۳ تعریف نانو ذرات:
منظور از مقیاس نانو ابعادی در حدود 1 تا 100 نانو متر می باشد (1 نانومتر یک میلیاردیم متر است) ﻧﺎﻧﻮ ﺳﺎﺧﺘﺎرﻫﺎ ﻛﻮﭼﻜﺘﺮﻳﻦ اﺟﺰا ﺟﺎﻣﺪی ﻫﺴﺘﻨﺪ ﻛﻪ اﻣﻜﺎن ﺳﺎﺧﺘﻦ آﻧﻬﺎ وﺟﻮد دارد. نانوذرات از ده ها یا صدها اتم یا مولکول و با اندازه ها و مورفولوژی های مختلف (آمورف، کریستالی، کروی شکل، سوزنی شکل و …) ساخته شده است. اغلب نانوذرات که به طور تجاری مورد استفاده قرار می گیرند، به شکل پودر خشک و یا به صورت بخش مایع می باشند. البته نانوذرات ترکیب شده (آمیخته شده) در یک محلول آلی یا آبی که به شکل سوسپانسیون یا خمیری شکل است نیز مورد توجه می باشد. این ذرات در شکل ها و مورفولوژی های گوناگونی یافت می شوند، ساختارهایی از کروی گرفته تا فلسی، ورقه ای، شاخه ای، لوله ای و میله ای.با گذر از میکرو ذرات به نانوذرات، با تغییر بر خی از خواص فیزیکی روبه رو
می شویم که دو مورد مهم از آنها عبارتند از: افزایش نسبت مساحت سطحی به حجم و ورود اندازه ذره به قلمرو اثرات کوانتومی افزایش نسبت مساحت سطحی به حجم که به تدریج با کاهش اندازه ذره رخ می دهد، باعث غلبه یافتن رفتار اتم های واقع در سطح ذره به رفتار اتم های درونی می شود. این پدیده بر خصوصیات ذره در حالت انزوا و بر تعاملات آن با دیگر مواد اثر می گذارد. افزایش سطح، واکنش پذیری نانوذرات را به شدت افزایش می دهد زیرا تعداد مولکولها یا اتمهای موجود در سطح در مقایسه با تعداد اتمها یا مولکولهای موجود در توده نمونه بسیار زیاد است..مساحت سطحی زیاد، عاملی کلیدی در کارکرد کاتالیزوها و ساختارهایی همچون الکترودها می باشد.علاوه بر این، افزایش سطح ذرات، فشار سطحی را کاهش داده و منجر به تغییر فاصله بین ذرات یا فاصله بین اتم های ذرات می شود. تغییر در فاصله بین اتم های ذرات و نسبت سطح به حجم بالا در نانوذرات، تأثیر متقابلی در خواص ماده دارد. تغییر در انرژی آزاد سطح، پتانسیل شیمیایی را تغییر می دهد. این امر در خواص ترمودینامیکی ماده (مثل نقطه ی ذوب ) اثر دارد.به محض آنکه ذرات به اندازه کافی کوچک شوند، شروع به رفتار مکانیک کوانتومی می کنند. خواص نقاط کوانتومی مثالی از این دست است. نقاط کوانتومی کریستال هایی در اندازه نانو می باشد که از خود نور ساطع می کنند. انتشار نور توسط این نقاط در تشخیص پزشکی کاربرد های فراوانی دارد. این نقاط گاهی اتم های مصنوعی نامیده می شوند؛ چون الکترونهای آزاد آنها مشابه الکترونهای محبوس در اتمها، حالات گسسته و مجازی از انرژی را اشغال می کنند.علاوه بر این، کوچک تر بودن ابعاد نانوذرات از طول موج بحرانی نور، آنها را نامرئی و شفاف می نماید. این خاصیت باعث شده است تا نانوذرات برای مصارفی چون بسته بندی، مواد آرایشی و روکش ها مناسب باشندمواد در مقیاس نانو، رفتار کاملاً متفاوت، نامنظم و کنترل نشده ای از خود بروز می دهند. با کوچکتر شدن ذرات خواص نیز تغییر خواهد کرد. مثلاً فلزات، سخت تر و سرامیک نرم تر می شود.(7)
برخی از خواص نانو ذرات عبارت اند از:
جدول ۱-۲ خواص فیزیکی و شیمیایی نانو ذرات
مثال
خصوصیات
اثر کاتالیستی بهتر، به دلیل نسبت سطح به حجم بالاتر
کاتالیستی
افزایش هدایت الکتریکی در سرامیک ها
و نانو کامپوزیت های مغناطیسی،
افزایش مقاومت الکتریکی در فلزات
الکتریکی