نانو تکنولوژی و ذرات نانو در بهبود خواص آلومینیوم

اگر در حوزه صنایع مختلف فعالیت داشته باشید، احتمالا بارها در مورد نانو تکنولوژی و ذرات نانو مطالب زیادی شنیده اید. نانو تکنولوژی در تعریف به استفاده از مواد در ابعاد اتمی، مولکولی و یا فرامولکولی در صنعت گفته می شود. فناوری نانو تکنولوژی امروزه توانسته است به تمامی صنایع در حوزه های مختلف نفوذ کند. صنعت آلومینیوم سازی نیز جزء این صنایع می باشد.

نانو تکنولوژی توانسته تاثیرات مثبت زیادی را روی این صنعت بگذارد و بهبودی مناسبی در خواص آلومینیوم ایجاد نماید. اما برای بسیاری از این سوال پیش می آید که نقش نانو تکنولوژی و ذرات نانو در صنعت آلومینیوم دقیقا چه بوده است؟ در ادامه این مقاله می خواهیم به تاثیرات نانو تکنولوژی و ذرات نانو در بهبود خواص آلومینیوم بپردازیم.

نانو تکنولوژی و ذرات نانو چگونه موجب بهبود خواص آلومینیوم می شوند؟

همان طور که قبلا اشاره کردیم، نانو تکنولوژی و ذرات نانو در ابعادهای مختلف اتمی و مولکولی در صنعت مورد استفاده قرار می گیرند. در واقع ذرات نانو می توانند با تغییر شبکه های اتمی و ساختار اتمی مواد، خواص آن ها را تغییر دهند. در صنعت آلومینیوم ذرات نانو موجب تغییر شکل و ساختار اتمی فلز آلومینیوم می شوند. درنتیجه خواص فلز آلومینیوم از بسیاری از لحاظ بهبود پیدا می کنند.

لازم است بدانید که استفاده از نانو تکنولوژی تنها جهت بهبود این خواص می باشد. زیرا مواد در ابعاد نانو می توانند خواص جدیدی را از خود نشان دهند. فلز آلومینیوم نیز از این قاعده مستثنی نیست. به همین دلیل در صنعت آلومینیوم سازی از نانو تکنولوژی و ذرات نانو به منظور تغییر خواص فیزیکی و شیمیایی آلومینیوم بهره می برند.

افزایش نسبت سطح به حجم نانوذرات آلومینیوم نسبت به ذرات آلومینیوم

نانو تکنولوژی و ذرات نانو از طریق اثرات سطحی می توانند موجب بهبود خواص آلومینیوم شوند. حال این اثرات سطحی چگونه رخ می دهند؟ هنگامی که ذرات آلومینیوم به مقیاس نانو می رسند اندازه آن ها کاهش پیدا می کند. مسلما کاهش اندازه اتم ها، باعث افزایش نسبت سطح به حجم ذرات آلومینیوم خواهد شد. بنابراین بسیاری از تغییراتی که در خواص آلومینیوم ایجاد می شوند، به دلیل افزایش نسبت سطح به حجم اتم های این فلز هستند. در واقع می توان گفت که نسبت سطح به حجم نانو ذرات آلومینیوم بسیار بیشتر از ذرات آلومینیوم است.

نقش نانو تکنولوژی در تغییر خواص آلومینیوم چیست؟

نانو تکنولوژی و ذرات نانو توانسته اند در بسیاری از صنایع امروزه نقش بسیار مهمی را ایفا کنند. اثرات سطحی و ورود به محدوده فیزیک کوانتوم دو دلیل اصلی ایجاد تغییرات گسترده این فناوری می باشند. فلز آلومینیوم با دستخوش قرار گرفتن توسط نانو تکنولوژی، به نانو ذرات آلومینیوم تبدیل می شود. نانو ذرات آلومینیوم دارای خواص و ویژگی های متفاوتی با ذرات آلومینیوم هستند. زیرا تغییراتی در اندازه اتم های فلز آلومینیوم به وجود آمده است.

ذرات نانو توانسته اند بهبودی زیادی در خواص فلز آلومینیوم ایجاد نمایند. بنابراین فناوری نانو توانسته تا حد زیادی باعث افزایش کارآمدی فلز آلومینیوم در صنایع مختلف شود. در ادامه مقاله می خواهیم به معرفی نقش نانو تکنولوژی و ذرات نانو در بهبود هر یک از خواص فلز آلومینیوم به صورت جداگانه بپردازیم.

استحکام و سختی سطحی بالای نانو ذرات آلومینیوم

نانو تکنولوژی و ذرات نانو می توانند تاثیرات مثبت زیادی بر استحکام و میزان سختی فلز آلومینیوم داشته باشند. به صورت کلی فلز آلومینیوم با وجود آنکه وزن کمی درادف از استحکام و درجه سختی بالایی برخوردار است. اما ذرات نانو می توانند تا ۴۲ درصد استحکام فلز آلومینیوم را افزایش دهند. به همین دلیل در صنایع مختلف ترجیح می دهند از نانو ذرات آلومینیوم برای مصارف مختلف صنعتی استفاده کنند.

درجه سختی سطحی نانو ذرات آلومینیوم بیش از ۴ برابر درجه سختی فلزاتی همچون مس است. در نتیجه استفاده از نانو آلومینیوم می تواند بسیار کارآمدتر باشد. افزایش ضریب شدت تنش یا چقرمگی شکست یکی دیگر از تاثیرات نانو تکنولوژی و ذرات نانو بر فلز آلومینیوم می باشد. با افزایش چقرمگی شکست، مقاومت کششی فلز آلومینیوم به صورت چشمگیری افزایش پیدا می کند. بنابراین انعطاف پذیری و خاصیت شکل پذیری آلومینیوم به مراتب بهبود خواهد یافت.

بهبود مقاومت در برابر رطوبت و خوردگی با نانو تکنولوژی و ذرات نانو

نانو تکنولوژی و ذرات نانو توانسته اند موجب افزایش مقاومت فلز آلومینیوم در برابر عوامل مختلف محیطی شوند. فلز آلومینیوم ذاتا در برابر عوامل محیطی مختلف همانند رطوبت و مواد خورنده بسیار مقاوم است. یعنی واکنش پذیری بسیار کمی دارد و در برابر این عوامل از خود تغییری نشان نمی دهد. اما ذرات نانو توانسته اند میزان مقاومت آلومینیوم را در برابر عوامل محیطی چندین برابر افزایش دهند. به همین دلیل در صنایعی که میزان مقاومت آلومینیوم در برابر رطوبت و مواد خورنده مهم است، از نانو ذرات آلومینیوم استفاده می کنند. پوشش های نانو ساختار می توانند موجب محافظت کامل فلز آلومینیوم شوند.

نانو ذرات آلومینیوم مقاوم در برابر تشعشعات فرابنفش

نانو تکنولوژی و ذرات نانو موجب بهبود مقاومت فلز آلومینیوم در برابر تشعشعات فرابنفش می شوند. فلز آلومینیوم فلزی است که می تواند از نفوذ اشعه فرابنفش تا حد زیادی جلوگیری نماید. البته قدرت محافظتی این فلز به صورت کامل نیست. اما در مقایسه با دیگر فلزات مقاومت خوبی در برابر اشعه های ماوراء بنفش دارد. نانو ذرات آلومینیوم به مراتب دارای مقاومت بیشتری در برابر اشعه های فرابنفش هستند. در صنایع هر جا که نیاز به محافظت در برابر تشعشعات فرابنفش باشد، از آلومینیوم پوشش دهی شده با اکسیدهای نانوساختار استفاده می کنند.

تاثیر نانو تکنولوژی و ذرات نانو بر میزان مقاومت آلومینیوم در برابر سایش

نانو تکنولوژی و ذرات نانو با پوشش نانو ساختار خود می توانند مقاومت فلز آلومینیوم را در برابر سایش افزایش دهند. پوشش نانو چسبندگی و سختی بسیار بالایی دارد. در نتیجه فلز آلومینیوم را در برابر عواملی که موجب سایش آن می شوند محافظت می کنند. پوشش نانو ساختاری اکسیدی در صورت سایش پیدا کردن می تواند با سرعت بالایی خود را ترمیم کند. در واقع این امر با واکنش مجدد فلز آلومینیوم با اکسیژن هوا و ساختن پوشش نازکی از اکسید آلومینیوم اتفاق می افتد. پوشش نانو ساختار می تواند از طریق افزایش مقاومت فلز آلومینیوم به سایش طول عمر و دوام این فلز را افزایش دهد. زیرا پوشش محافظتی آلومینیوم محافظت صد در صدی را برای آلومینیوم به ارمغان می آورد.

بهداشتی بودن و سازگاری بالای زیستی

نانو تکنولوژی و ذرات نانو موجب بهبود خواص ضدمیکروبی فلز آلومینیوم و همچنین افزایش سازگاری آن با محیط زیست می شوند. فلز آلومینیوم به خودی خود فلزی است که خواص ضد میکروبی داشته و استریل کردن آن بسیار آسان می باشد. به همین دلیل در صنایع پزشکی از این فلز به وفور استفاده می کنند. همچنین این فلز از نظر زیست محیطی سالم بوده و بازیافت آن به راحتی انجام می شود. نانو ذرات آلومینیوم را می توان به صورت نامحدود بازیافت کرده و از آن ها استفاده کرد. در واقع این ذرات را می توان تا ۹۰ درصد به صورت کامل بازیافت کرد. این امر موجب دسترسی آسان و مقرون به صرفه به این فلز شده است.

هدایت حرارتی و دی الکتریکی بالا

نانو تکنولوژی و ذرات نانو توانسته اند خواص هدایت کننده حرارتی فلز آلومینیوم را به مراتب بهبود ببخشند. افزایش نسبت سطح به حجم در نانو ذرات آلومینیوم این امکان را به آن ها می دهد که با سرعت بیشتری حرارت را از خود عبور دهند. به همین دلیل در مکانیزم پیشرانه های مختلف از نانو ذرات آلومینیوم بهره می برند. زیرا این نانوذرات موجب افزایش سرعت سوزن در این پیشرانه ها خواهند شد. درنتیجه مدت زمان تاخیر احتراق کاهش پیدا می کند. همچنین نانو ذرات آلومینیوم می توانند خواص دی الکتریک یا همان عایق الکتریکی فلز آلومینیوم را بهبود ببخشند.

افزایش پایداری شیمیایی آلومینیوم

بسیاری از تاثیراتی که نانو تکنولوژی و ذرات نانو بر آلومینیوم می گذراند را مدیون افزایش پایداری شیمیایی هستیم. پوشش نانو ساختار می تواند میزان واکنش پذیری فلز آلومینیوم را به شدت کاهش دهد. در نتیجه فلز آلومینیوم میل کمتری به انجام واکنش با عناصر محیطی مختلف را دارند. کاهش واکنش پذیری موجب افزایش پایداری شیمیایی این فلز خواهد شد. در نتیجه فلز بسیار کمتر با اکسیژن و یا مواد شیمیایی دیگر ترکیب می شود. افزایش پایداری شیمیایی موجب افزایش مقاومت آلومینیوم در برابر زنگ زدگی، خورندگی و سایر عوامل شیمیایی خواهد شد.

ضریب جذب و تشعشع بالای نانو ذرات آلومینیوم

نانو تکنولوژی و ذرات نانو با پوشش نانو ساختار اکسیدی خود می تواند موجب افزایش ضریب جذب و تشعشع شود. ضریب جذب فلز آلومینیوم در مقایسه با فلزات دیگر بسیار بالا است. اما استفاده از نانو ذرات آلومینیوم می توانند به مراتب ضریب جذب آلومینیوم را افزایش دهند. ذرات نانو آلومینیوم می توانند نور، صدا و سایر انرژی ها را به میزان زیادی جذب کنند. درنتیجه عبور این مواد از نانو آلومینیوم بسیار سخت تر خواهد بود. نانو ذرات آلومینیوم با خاصیت تشعشع بالایی که ایجاد می کنند موجب انتقال سریع تر حرارت در این فلز می شوند.

افزایش مقاومت فلز آلومینیوم در برابر ایجاد رسوب

همان طور که قبلا اشاره کردیم، نانو تکنولوژی و ذرات نانو موجب کاهش واکنش پذیری شیمیایی فلز آلومینیوم می شوند. کاهش واکنش پذیری شیمیایی موجب کاهش رسوب مواد راسب روی فلز آلومینیوم خواهد شد. زیرا مواد راسب برای رسوب کردن به سطح فعالی نیاز دارند.

پوشش نانو ساختار اکسیدی آلومینیوم پوششی غیرفعال از نظر شیمیایی است. بنابراین مواد راسب همانند راسب های نمکی نمی توانند با سطح این فلز واکنش نشان دهند. عدم ایجاد رسوب روی نانو ذرات آلومینیوم می تواند به مراتب استحکام و طول عمر این فلز را افزایش دهد. بنابراین هیچ جای تعجب ندارد که از فناوری نانو در صنایع مختلف برای بهبود خواص این فلز مهم بهره می برند.