امکان ساخت یک پیل سوختی جیبی

تازه های فناوری نانو (8)

فناوری نانو بخشی ازآینده نیست بلکه تمام آینده است،درآینده ای نزدیک انتظار می رود که درساخت محصولات سبکتر ، قوی تر ، پاک تر ، ارزان تر و دقیق تر نقشی مهم راایفا کند.

در این مطلب در ادامه قسمت های (1) و (2) و (3) و (4) و (5) و (6) و (7) به بعضی از تازه ترین پژوهش های انجام شده در حوزه های مختلف در زمینه فناوری نانو  می پردازیم.

امکان ساخت یک پیل سوختی جیبی

ادمان تسانگ و همکارانش از دانشگاه آکسفورد نانوکاتالیست جدیدی ساخته‌اند که می‌تواند در دمای محیط و بدون نیاز به حلال‌ها یا افزودنی‌ها هیدروژن تولید کند. با استفاده از این نانوکاتالیست که از اسید فرمیک، هیدروژن تولید می‌کند، می‌توان پیل سوختی ساخت که به تدریج جایگزین باتری‌های لیتیومی شود و به افزاره‌های قابل حمل توان دهد.

نتایج اولیه این تحقیق نویدبخش هستند و نشان می‌دهند که ساخت پیل سوختی هیدروژنی که بتوان آن را در جیب گذاشت، امکان‌پذیر است.

راهبرد جدید شامل قراردادن لایه‌ی اتمی منفردی از اتم‌های پالادیوم روی نانوذرات نقره است. ادمان گفت: اثرات ساختاری و الکترونیکی نقره زیرین خواص کاتالیستی پالادیوم را به شدت تحت تاثیر قرار می‌دهد، بطوری که فعالیت کاتالیستی موثر آن به حدی می‌رسد که می‌تواند اسید فرمیک را در دمای اتاق به هیدروژن و دی‌اکسیدکربن تبدیل کند.

او توضیح می‌دهد که ذخیره‌سازی و جابجایی مایع‌های آلی از قبیل اسید فرمیک، بسیار آسان‌تر و ایمن‌تر از ذخیره‌سازی هیدروژن است. این نانوکاتالیست قادر به تولید هیدروژن از سوخت مایع ذخیره‌شده در یک محفظه‌ی یک بار مصرف یا قابل مصرف مجدد، خواهد بود؛ بنابراین با استفاده از آن می‌توان پیل سوختی کوچکی ساخت که می‌تواند به افزاره‌های الکترونیکی قابل‌حملی نظیر گوشی‌های تلفن همراه و لپ‌تاپ‌ها توان بدهد.

این شیمیدانان برای تعیین مشخصات این نانوکاتالیست با استفاده از پرتونگاری پروب اتمی، با جرج اسمیت و پاول باگت در گروه مواد دانشگاه آکسفورد، همکاری می‌کنند. این فناوری مهم، موضوع یک اختراع ثبت‌شده جدید است.

ادمان توضیح می‌دهد که قبل از اینکه بتوان به یک افزاره واقعی رسید، صدها مشکل وجود دارد؛ اما ما این موضوع را بررسی می‌کنیم که آیا این امکان وجود دارد که با استفاده از این نانوکاتالیست جدید، یک فناوری ابداع کرد که جایگزین فناوری باتری یون لیتیوم شود، بطوری که طول‌عمر طولانی‌تری و تاثیر کمتری روی محیط‌زیست داشته باشد.

این شیمیدانان جزئیات نتایج کار تحقیقاتی خود را در مجله‌ی Nature Nanotechnology منتشر کرده‌اند.

عبور از سد خونی مغز و تصویربرداری از تومور

نانوكاوشگری که بتواند از سد خونی مغز بگذرد و اجازه تصویربرداری بسیار حساس از تومور مغز را بدهد، توسط دانشمندان چینی ساخته شد. این كاوشگر می‌تواند برای نقطه‌یابی مکان و وسعت تومور قبل از عمل استفاده شود و در برداشتن تومور بکمک تصویربرداری مفید باشد.

ولی، عامل‌های موجود در تصویربرداری تومور که در تصویربرداری تشدید مغناطیسی استفاده می‌شوند به خاطر طول عمر گردشی کوتاه، ویژگی هدفگیری نشده، و نفوذپذیری ضعیف به سد خونی مغز دارای محدودیت هستند. نتایج این محدودیت‌ها آن است که تومورهای درجه پایین و نیز 20 تا 30 درصد تومورهای مغزی پیشرفته با یک سد خون- مغز سالم، بدون شناسایی باقی می‌مانند.

گونگ لی از دانشگاه فودان، شانگهای، و گروهش این كاوشگر را با شروع از یک دندریمر- یک مولکول شاخه‌دار با طول عمر گردشی زیاد- ساختند و گروه‌های عاملی با وظایف مختلف را به آن ضمیمه کردند. یکی از این گروه‌ها، یک لیپوپروتئین لیگاند آنگیوپیپ 2 - ("angiopep")، به این كاوشگر در عبور از سد خون- مغز و هدفگیری گیرنده‌های لیپوپروتئین، که به مقادیر زیاد روی سلول‌های توموری یافت می‌شوند، کمک می‌کند. بواسطه استفاده از عامل‌های تصویربرداری مانند رنگینه‌های فلورسانت که به دندریمر وصل هستند، تصاویر واضحی می‌تواند تولید شود.

این گروه كاوشگر مذکور را در موش‌هایی که دارای پیوندی از تومور مغز انسانی بودند تست کرده و فهمیدند که خاصیت هدفگیری بالا، حساسیت زیاد و سمیت بدنی کمی در مقایسه با یک كاوشگر کنترلی از خود نمایش می‌دهد. لی می‌گوید: "این نانوكاوشگر در ترسیم غیرجراحی مرز تومور مغزی مخصوصا برای تومورهای درجه پایین و تومورهای مرحله اولیه با سدهای خون- مغز سالم بسیار امیدوارکننده است."

نیک لانگ، یک متخصص در زیست تصویربرداری از امپریال کالج لندن، انگلیس، می‌گوید: "نانوذرات عامل دارشده بعنوان كاوشگرهای تصویربرداری پزشکی بسیار جدید هستند، ولی این سیستم دندریمری دو وجهی، نقش و نگار سحرآمیز دیگری ارائه می‌کند. قابلیت نگهداری شیمیایی آن، درکنار تصویرسازی کارآی تومور مغزی و روش هوشمندانه برای عبور از سد خون- مغز، باعث شده است که توجه بسیار ویژه‌ای به خود جلب كند."

جزئیات نتایج این كار تحقیقاتی در مجله‌ی Chem. Commun. منتشر شده است.

جداسازی نفت و آب با کمک فناوری‌نانو

نفت و آب باهم مخلوط نمی‌شوند، اما آنها می‌توانند به شدت در هم فرو روند. اکنون یوک خین یاپ و جارسولاو درلیچ از دانشگاه فنی میشیگان فیلتری ساخته‌اند که این دو ماده را به خوبی و به سرعت از هم جدا می‌کند.

این دانشمندان یک روکش نانولوله کربنی به ضخامت 10 میکرون روی توری فولاد ضدزنگ بسیار ریز خود ایجاد کردند. یاپ، استادیار فیزیک، می‌گوید: آنها یک ساختار لانه زنبوری بسیار عالی دارند که آب را دفع می‌کند، اما به مواد آلی نظیر نفت اجازه عبور می‌دهد.

این گروه تحقیقاتی برای آزمایش این فیلتر، امولسیونی از آب و بنزین روی آن ریخت. بعد از گذشت مدت زمانی نفت از این فیلتر عبور کرد، در حالی که آب باقی مانده بود.

یاپ می‌گوید که برای استفاده عملی از این افزاره مثلا برای جداسازی نفت از خلیج مکزیکو، هنوز مشکل‌هایی وجود دارد. اندازه این فیلتر کوچک است. بعلاوه قطره‌های آب فضاهای بین نانولوله‌ها را مسدود می‌کنند و بنابراین عبور هر چیزی را از سرتاسر این فیلتر سخت می‌کنند. او اضافه می‌کند: اما نکته جالب این است که این فیلتر به آسانی با نیروی گرانش کار می‌کند.

دریلیچ، استادیار علوم و مهندسی مواد، فکر می‌کند که این فیلتر توان بالقوه بزرگی دارد. او می‌گوید که این آزمایشات اولین مجموعه آزمایشات بودند. ما می‌توانیم با جریان الکتریسیته این فیلتر را گرم کنیم، تا ویسکوزیته نفت کاهش یابد و آب تبخیر شود. ما همچنین می‌توانیم در طرف خروجی این فیلتر، خلاء ایجاد کنیم تا نفت در سرتاسر فیلتر مکیده شود. یک طرح مهندسی خوب می‌تواند مشکل مسدود شدن را حل کند.

دریلیچ می‌گوید: طرح‌مان کاملا جدید است، زیرا متکی بر فناوری‌نانو است و قابل رقابت با دیگر فناوری‌ها است.

این دانشمندان جزئیات نتایج کار تحقیقاتی خود را در مجله‌ی Carbon منتشر کرده‌اند.

کاهش ضررهای سیگار با كمك نانوفیلتر

در حالی كه فیلترهای كنونی سیگارها، از جنس استات سلولز بوده و می‌توانند موادی نظیر نیكوتین، دوده و هیدروكربن‌های آروماتیكی چندحلقوی را جذب كنند؛ محققان چینی كشف كرده‌اند كه نانوموادی از دی‌اكسید تیتانیوم (TiO2) را می‌توان برای كاهش مواد شیمیایی مضر سیگار استفاده كرد.

برای چندین سال‌ است كه محققان تلاش می‌كنند كه جهت بهبود فیلترهای كنونی سیگارها، نانوموادی نظیر نانولوله‌های كربنی و سیلیكای مزومتخلخل به آنها اضافه كنند. این نانومواد به خوبی جواب داده‌اند و عملكرد اینگونه فیلترها را بهبود داده‌اند؛ با این حال، این نانومواد گران هستند و دارای خطرات احتمالی برای سلامتی هستند.

اكنون مینگدنگ وی، از دانشگاه فوزو و همكارانش از شركت صنعتی فوجان تنباكو كشف كرده‌اند كه نانولوله‌ها و نانوصفحه‌های تیتانات را می‌توان برای فیلتر كردن دود تنباكو استفاده كرد و اثرات مضر آن را به شدت كاهش داد. این نانومواد را می‌توان به آسانی با دی‌اكسید تیتانیوم و بوسیله روش نسبتا ارزانی تولید كرد. از آنجایی كه دی‌اكسید تیتانیوم در حال حاضر در بازار وجود دارد و در محصولاتی مانند لوازم آرایشی، كرم‌های ضدآفتاب و حتی مواد غذایی استفاده می‌شود؛ خطر احتمالی برای سلامتی ندارد.

آنها كشف كردند كه افزودنی‌های لوله‌ای، در جمع‌آوری تركیبات مضر شیمیایی حدود دو برابر موثرتر از صفحه‌های تیتانات هستند.

آنها می‌گویند که این اختلاف به خواص ذاتی این دو ماده مربوط می‌شود؛ نانولوله‌ها از دیوارهای چندلایه بلوری تشکیل شده‌اند که شبیه یک ستون کروماتوگرافی نانومقیاس عمل می‌کنند، در حالی که نانوصفحه‌ها ساختار ورقه‌ای‌شکل دارند. وی توضیح می‌دهند: تعداد زیادی از یون‌های H+ می‌توانند روی سطح یا فضای بین‌لایه‌ای این لوله‌ای وجود داشته باشند. موقعی که دود سیگار از سرتاسر این لوله‌ها عبور می‌کند، NH3، هیدروکوینون، و فنول بواسطه جذب شیمیایی با H+ واکنش می‌دهند و می‌توانند روی سطح یا در فضای بین‌لایه‌ای لوله‌ها باقی بمانند.

در حالی که تحقیق کنونی‌ این محققان مزایای استفاده نانومواد دی‌اکسید تیتانیومی در فیلتر سیگارها را نشان می‌دهد، آنها امیدوارند که بتوانند استفاده این نانومواد در دیگر افزاره‌های فیلترینگ مانند سیستم‌های تصفیه هوا و ماسک‌های گاز را بررسی کنند.

جزئیات نتایج این کار تحقیقاتی در مجله‌ی Chemical Communications منتشر شده است.