مجموعه مطالب مهندسی مواد و متالورژی
رشته مهندسی مواد، عاملی برای پیشرفت کشور عزیزمان ایران
| ||
|
|
بسم الله الرحمن الرحیم
سلام دوست من. به وب سایت بانک اطلاعات مهندسی مواد و متالورژی ، خوش آمدید ، در این وب سایت سعی را بر این داریم تا شما را با علم گسترده ی مهندسی مواد و متالورژی و با تازه های این علم آشنا کنیم. در این وبلاگ ، شما با اخبار ، فعالیت های مهندسین مواد و متالورژی ، تحقیقات و .... آشنا خواهید شد. لازم به ذکر است از تمامی صفحات وب سایت دیدن کنید و ما را با انتقادات و پیشنهادات خود مفتخر کنید. استفاده از مطالب این وب سایت تنها با ذکر منبع و نام نویسنده مجاز است. در نهایت لازم می دانیم ، ذکر کنیم ، مطالب این وب سایت کاملا تابع قوانین جمهوری اسلامی ایران بوده و فقط در مورد مطالب مربوط به علم و مهندسی مواد و متالورژی در آن بحث خواهیم کرد.
پرسش های خود را از طریق ایمیلهای زیر ارسال نمایید . ----------------------------------------------------------------------------------- از
شما عزیزان درخواست دارم تا با قدمی هر چند کوچک ، در راه کمک به موسسه خیریه محک، انواع کمک های نقدی و غیر نقدی خود را انجام دهید تا بتوانیم در
راه مهمی قدم برداشته و کار خیری انجام دهیم . جهت ورود مستقیم به سایت محک لینک کلیک کنید . ---------------------------------------------------------------------
----------------------------------------------------------------------------------------- #اطلاعیه ضمن عرض سلام و احترام خدمت کلیه همراهان و بازدیدکنندگان گرامی از وب سایت بانک اطلاعات مهندسی مواد و متالورژی. بدین
وسیله جای دارد ابتدا از همیاری و همکاری و همراهی کلیه عزیزان و
بزرگواران تشکر ویژه ای داشته باشم. لذا هدف از تشکیل این وب سایت و لینک
های مرتبط با آن ارائه و انتشار مطالب علمی مرتبط با رشته مهندسی مواد و
متالورژی می باشد. سعی بر این بوده است که کلیه مطالب ارائه شده به صورت
رایگان در اختیار شما بزرگواران قرار گیرد. لازم
به ذکر است بدین وسیله خدمت کلیه کاربران عزیز اعلام میدارم از طرف وب
سایت بانک اطلاعات مهندسی مواد و متالورژی و کلیه لینک های مرتبط با آن هیچ
تماسی از طریق ایمیل ، تلفن یا شبکه های مجازی با شما بر قرار نشده و فقط و
فقط لینکها برای استفاده شما عزیزان است. لذا نسبت به این موضوع توجه ویژه
ای داشته باشید تا از اقدامات برخی سودجویان و بدخواهان جلوگیری شود. لازم
به ذکر است سایر لینک های مرتبط با وب سایت بانک اطلاعات مهندسی مواد و
متالورژی به شرح زیر بوده و هیچگونه سایت و لینکی دیگری با این وب سایت
مرتبط نیست. www.mohitezist2009.ir www.iso-supporter.mihanblog.com -----------------------------------------------------------------------------------------
به نام خداوند بزرگ و بلند مرتبه آشنایی کامل با رشته ی مهندسی مواد و متالورژی مقدمه این تعریف که «متالورژی که از قدیمی‌ترین هنرها و یکی از جدیدترین علوم است» ، بخوبی تاریخچه طولانی و جالب رشته متالورژی را بیان می‌کند. از زمانی که بشر فلز را شناخت، متالورژی را به‌عنوان یک هنر فرا گرفت. این علم ، فرآوری مواد معدنی از کانه‌های آنها (جداسازی از سنگ معدن) ، ذوب ، تصفیه و تولید شمش ، بهبود خواص و تهیه آلیاژها و فن کار بر روی فلزات و شکل دادن آنها را در بر می‌گیرد. صنعت متالورژی در جهان از دیرباز به‌عنوان صنعت مادر شناخته شده ، با پیشرفتهای روز افزون تکنولوژی ، نقش آن آشکارتر می‌گردد. شواهد باستان شناسی نشان می‌دهد که ساکنین فلات ایران ، جزو اولین اقوامی بوده‌اند که به کشف فلزات و استفاده از آن نائل گردیده‌اند. با در نظر گرفتن این سابقه دیرینه ، همچنین نقش روز افزون فلزات در زندگی بشر و وجود معادن غنی متعدد در کشورمان لازم است که دست‌اندرکاران متالورژی در شناسایی هر چه بیشتر این رشته کوشا بوده ، به طریقی سطح اطلاعات علمی و فنی سایرین را در این زمینه بالا ببرند. تاریخچه متالورژی دوره فلزات پس از عصر سنگ بوده ، از حدود 6 تا 7 هزار سال پیش از هجرت آغاز شده است. به نظر میرسد که مس اولین فلزی است که بطور خالص و طبیعی و جدا از مواد معدنی مورد استفاده بشر قرار گرفته است. با نگاهی به انوع سنگهای مس ، می‌بینیم که آنها کم و بیش از ظاهری فلزی با رنگهای الوان ، نظیر نیلی ، لاجوردی ، سبز ، طلایی و رخ برخوردار می‌باشند این امر می‌تواند یکی از علل عمده توجه بشر اولیه به ترکیبات حاوی مس باشد. از طرفی مس به‌صورت خالص در طبیعت یافت می‌شود و قابلیت شکل‌پذیری مناسبی دارد. برخی از پژوهشگران نیز معتقدند که اولین بار ذرات براق طلا که در کف رودخانه ها پراکنده بوده است، توسط بشر شناسایی شدند. مصریان و شاید هندیان بیش از سایر ملل در استخراج طلا از سنگهای آن توفیق داشته‌اند. در ایران نیز از دوره هخامنشی ، آثار متعددی از طلا و نقره خصوصا در کنار رود جیحون و در شهر همدان کشف شده است. با گذشت زمان ، قلع ، نقره ، سرب و آنیتموان (سنگ سرمه) نیز کشف شد. فلزکاران با استفاده از آتش ، سرخ کردن و سپس ذوب فلزات ، آمیختن آنها را تجربه کرده ، به شناخت تجربی آلیاژها توفیق یافتند. از اختلاط قلع و مس ، مفرغ پدید آمده ، عصر مفرغ آغاز شد. مفرغ از هنر زیبایی با مس ، طلا و نقره رقابت می‌کرد و سختی و دوامش از انها بیشتر بود و نیازهای بشر را نیز برای ساخت ابزارهای مختلف تامین می‌کرد، لذا بشر تا مدتها به فکر ساختن آلیاژ یا کشف فلز جدیدی نبود. تولید فلزات در طول زمان از دوران باستان تاکنون مجموعا 87 فلز کشف شده است که به جز 7 فلز مذکور ، 2 فلز در قرون وسطی ، 15 فلز در قرن دوازدهم هجری ، 43 فلز در قرن سیزدهم هجری و 20 فلز در قرن چهاردهم هجری (قرن معاصر) کسف شده‌اند. البته بین تاریخ کشف و زمانی که تولید فلزات از نظر اقتصادی مقرون به صرفه شده است، فاصله زمانی طولانی وجود دارد. چون در بررسی مسائل متالورژی ، نه‌تنها تولید فلزات امر مهمی می‌باشد، بلکه موارد کاربرد آنها نیز باید قابل توجیه باشد. برای مثال اورانیوم در سال 1221هجری خورشیدی کشف شده است، اما تولید صنعتی آن تا سال 1320هجری خورشیدی (1841م.) طول کشیده است. به عبارت دیگر حدود یک قرن پس از کشف اورانیوم ، یعنی زمانی که پدیده شکافت اتمی فلزات هسته‌ای تحت استفاده مطلوب قرار گرفت، تولید آن در سطح صنعتی شروع گردید. شکل‌گیری علم متالورژی با گذشت زمان ، کشف روشهای جدید استخراج و تصفیه فلزات ، شناسایی مشخصات ساختاری و فیزیکی مواد و فنون جدید شکل دادن و کاربر روی فلزات ، صنعت متالورژی به عنوان شاخه ای از علم ، جایگاهی مستقل یافت. امروزه علم متلوژی را به دو بخش کلی شامل متالورژی استخراجی و متالورژی صنعتی تقسیم نموده‌اند که این دو بخش ، اخیرا در دانشگاهها نیز به‌عنوان گرایشهای رشته مهندسی متالورژی انتخاب شده‌اند. متالورژی استخراجی و شیمیایی شامل جداکردن فلزات از سنگ معدن و تصفیه آنها (تولید فلزات) ، شناخت انواع کوره‌ها ، سوخت‌ها و فعل و انفعالات شیمیایی می‌باشد. این گرایش انواع متعددی از روشها را در بر می‌گیرد که از جمله میتوان به کانه آرایی ، پر عیار کردن مواد معدنی ، شستن ، ذوب کردن ، تصفیه فلز مذاب و تولید شمش اشاره نمود. متالورژی صنعتی شامل کار بر روی فلزات و مواد و تهیه محصول نهایی می‌باشد. در این گرایش همچنین خواص و مشخصات فیزیکی ، ساختاری و مکانیکی مواد نیز بررسی می‌شوند. منظور از کار کردن روی فلزات ، روشهای مختلف تولید مصنوعات فلزی می‌باشد که مهمترین شیوه‌های تولید عبارتند از: متالورژی پودر ، شکل دادن ، جوشکاری و ماشینکاری. انتخاب نوع روش تولید عمدتا به مسائل اقتصادی ، خواص فلزات ، زمان تولید ، اندازه ، شکل و تعداد قطعات مورد نیاز بستگی دارد. به‌عنوان مثال ، فلزاتی که خاصیت پلاستیک کمی دارند یا قطعاتی که دارای اشکال پیچیده هستند، به روش ریخته گری شکل داده می‌شوند. معرفی مهندسی مواد و گرایشهای آن موضوع مهندسی مواد یكی از رشته های مهندسی است كه به درستی لقب مادر رشته های مهندسی را به خود اختصاص داده است. این رشته به عنوان یك رشته مستقل، قدمتی حدود هفتاد ساله دارد. در ایران نیز از حدود 40 سال قبل این رشته در دانشگاههای كشور تدریس می‌شود. به جرات میتوان گفت كه اكثریت قریب به اتفاق مصنوعات بشری كه در اطراف می‌بینیم. حاصل تلاش مهندسین مواد است. اگر به اتومبیل، قطار و هواپیما توجه كنیم، قسمت‌های اصلی آن مثل بدنه، شیشه و موتور از مواد تشكیل شده است. در ساختمان‌ها تمام قطعات فلزی بكار رفته در اسكلت ساختمان، تمام مواد اولیه سیم كشی، مواد بكار رفته در لوله كشی‌های آب، شوفاژ، گاز، وسایل و لوازم خانگی و... تماماً به مهندس مواد مربوط می‌شود. در حال حاضر رشته مهندسی مواد در سطح دانشگاههای ایران در مقطع كارشناسی در سه گرایش دانشجو می‌پذیرد كه عبارتند از: متالورژی استخراجی، متالورژی صنعتی و سرامیك. گرایش متالورژی استخراجی : گرایش متالورژی استخراجی یكی از زیرمجموعه های رشته مهندسی مواد است. كشور ایران جزء معدود كشورهای جهان بشمار می رود كه دارای معادن متنوع و غنی از فلزات است. با وجود این مزیت نسبی، متأسفانه هنوز ما نتوانسته ایم به جایگاه واقعی خود در تولید فلزات در جهان برسیم. در ایران در حال حاضر فقط فلزاتی نظیر آهن، مس، سرب، روی و آلومینیوم بصورت انبوه تولید می شود. هنوز ما وارد كننده فلزاتی نظیر تیتانیم، منیزیم، كبالت و ... هستیم. حتی باید اشاره كرد كه بحث روز ایران در رابطه با غنی سازی اورانیم، با وجود معادن حاوی اورانیم اخیراً مورد توجه قرار گرفته، كه یك بحث كاملاً متالورژیكی است. در حقیقت باید از متخصصین امر استخراج فلزات بعنوان متولیان تولید فلز اورانیم نام برد. بنابراین دیر یا زود ایران باید تولید دیگر فلزات مهم صنعتی و استراتژیك را آغاز كند. این مسئله جز با كمك نیروهای متخصص امكان پذیر نیست. گرایش متالورژی صنعتی : رشته متالورژی صنعتی یكی از زیر مجموعه‌های رشته مهندسی مواد است. در مهندسی مواد شناخت ساختار مواد و خواص آن و شناخت ارتباط بین این ساختار و خواص در جهت افزایش زمینه‌های كاربردی و طراحی مواد نو و تركیبات جدید از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. طبقه بندی: روش های کلی فرآوری مس (قسمت اول)، ساختار سرامیک ها (Ceramic Structures)، لحیم کاری سخت یا بریزینگ، روش تست Acoustic emission، Anodizatoin process، فلزات غیر آهنی، اصول استخراج فلزات، مواد و متالورژی، نانو تکنولوژی، کوره بلند، خوردگی، آزمایش شکست، مقالات بیو مواد، ارتباط بیو مواد و ریخته گری، بدن انسان و بیو مواد، آلیاژها و بیو مواد، متالورژی پودر، آلیاژها، عیوب قطعات، پلیمرها، فولادها، آزمایشگاه مواد، جوشکاری، ریخته گری، فلزات آهنی، دنبالک ها: بانک مقالات مهندسی مواد و متالورژی، محیط زیست، [ یکشنبه 27 اسفند 1391 ] [ 11:54 ب.ظ ] [ امید اشکانی ]
دیود (به انگلیسی: Diode)، (نام‌های دیگر: یکسوساز) قطعه‌ای الکترونیکی است که دو سر دارد. دیود، جریان الکتریکی را در یک جهت از خود عبور می‌دهد (در این حالت، مقاومت دیود ناچیز است) و در جهت دیگر، در مقابل گذر جریان مقاومت بسیار بالایی (در حالت ایده آل، بینهایت) از خود نشان می‌دهد. این خاصیت دیود، باعث شده بود تا در سال‌های اولیهٔ ساخت این قطعهٔ الکترونیکی، به آن «دریچه» نیز اطلاق شود. رایج‌ترین گونهٔ دیود از بلورنیمه هادی ساخته می‌شود. دیود را از اتصال دو نیم‌رسانا از نوع P و N می‌سازند. به پایه‌ای که به نیمه هادی N متصل است «کاتد» و به پایه‌ای که به نیمه هادی نوع P متصل است «آند» گفته می‌شود. دیود، اولین قطعه تولید شده با نیمه هادی‌ها است. مهمترین کاربرد دیود، عبور جریان در یک جهت (به انگلیسی: diode's forward direction) و ممانعت در برابر گذر جریان در جهت مخالف (به انگلیسی:reverse direction) است (یکسو سازی). در نتیجه میتوان به دیود مثل یک شیر الکتریکی یکطرفه نگاه کرد. این ویژگی دیود برای تبدیل جریان متناوب بهجریان مستقیم استفاده می‌شود. به لحاظ الکتریکی، یک دیود، هنگامی جریان را از خود می‌گذراند که با برقرار کردن ولتاژ (بایاس کردن) در جهت درست (+ به آنُد و - به کاتُد؛ که به آن بایاس مستقیم می‌گویند)، آمادهٔ کار شود. مقدار ولتاژی که باعث می‌شود تا دیود شروع به هدایت جریان الکتریکی کند، ولتاژ آستانه یا (threshold voltage) نامیده می‌شود که چیزی حدود ۰٫۶ تا ۰٫۷ ولت (برای دیودهای سیلیکون) و ۰٫۲ تا ۰٫۳ ولت (برای دیود ژرمانیوم) است. اما هنگامی که ولتاژ معکوس به دیود متّصل شود، (+ به کاتُد و - به آنُد؛ که به آن بایاس معکوس می‌گویند) جریانی از آن نمی‌گذرد؛ مگر جریان بسیار کمی که به «جریان نشتی» معروف است و در حدود چند میکروآمپر یا حتّی کمتر است. این مقدار جریان معمولاً در اغلب مدارهای الکترونیکی قابل چشم پوشی است و تأثیری در رفتار سایر المان‌های مدار نمی‌گذارد. هرچه جنس بلور به‌کاررفته در ساخت دیود، به لحاظ ساختار، منظّم‌تر باشد، دیودْ مرغوب‌تر و جریان نشتی، کمتر خواهد بود. مقدار جریان نشتی در دیودهای با فناوری جدید، عملاً به صفر می‌گراید. نکتهٔ مهم آنکه تمام دیودها یک آستانه برای بیشینهٔ ولتاژ معکوس دارند که اگر ولتاژ معکوس، بیش از آن شود، دیود می‌سوزد (بلور ذوب می‌شود) و جریان را در جهت معکوس نیز می‌گذراند. به این ولتاژ آستانه، «ولتاژ شکست» گفته می‌شود. چنانچه ولتاژ معکوس دیود را تا حد مشخصی بیفزاییم، جریان معکوس دیود بطور ناگهانی شروع به افزایش سریع می‌کند. پدیده‌ای که در این حالت رخ می‌دهد را «پدیدهٔ شکست» و ولتاژی که در آن این پدیده آغاز می‌شود را ولتاژ شکست دیود دیود گویند و با VBR نشان می‌دهند. ولتاژ شکست دیود، به ساختمان پیوند P-N و غلظت ناخالصی آن بستگی دارد؛ شکست دیود می‌تواند حاصل یکی از دو پدیدهٔ شکست بهمنی و شکست زِنِر باشد. احتمال وقوع پدیدهٔ شکست بهمنی در دیودهای سیلیکونی که ولتاژ شکست آنها بیش از ۶ ولت است، بیشتر است. در حالی که شکست زنر به صورت پدیدهٔ غالب، تنها در دیودهایی با ولتاژ شکست کمتر از ۶ ولت دیده می‌شود. مقاومت دیود با توجه به غیر خطی بودن مشخصهٔ دیود، دو نوع مقاومت میتوان برای دیود تعریف کرد. این مقاومت ها عبارتند از مقاومت استاتیکی (Rs) که در جریان DC، و مقاومت دینامیکی (rd) که در جریان AC محاسبه می‌شوند. اگر سیگنال ورودی به قدر کافی بزرگ باشد به‌طوری‌که بتواند تغییرات قابل توجهی در منحنی مشخصه دیود ایجاد کند مقاومت مربوط به قطعه در این ناحیه را مقاومت متوسط گویند که از رابطه زیر به دست می آید. Rav = ∆Vd/∆Id Vd=ولتاژ دیود Id= جریان دیود ∆= تغییرات ولتاژ یا جریان مقاومت دینامیکی مقاومت دیود در مقابل جریان متناوب را مقاومت دینامیکی می‌نامند و از رابطه زیر بدست می‌آورند. Rac = ∆Vf/∆If Vf=ولتاژ دیود If= جریان دیود ∆= تغییرات ولتاژ یا جریان طبقه بندی: آزمایشگاه مواد، برچسب ها: دیود، کاربرد دیود، مقاومت الکتریکی دیود، مقاومت دینامیکی دیود، دنبالک ها: مجموعه مطالب مهندسی مواد، [ جمعه 3 اسفند 1397 ] [ 10:52 ب.ظ ] [ امید اشکانی ]
(ASM)یا ASM International یک مؤسسه تحقیقات و اطلاع‌رسانی در زمینه مهندسی مواد و متالورژی است . از ابتدا تاکنون برای انجمن فلزات آمریکا چندین نام وجود داشته است. از ۱۳۱۹ در دیترویت آمریکا به عنوان یک کانون محلی با نام کانون فولادسازان شناخته می‌شد. در طی جنگ جهانی اول، کانون فولادکاران تبدیل به انجمن تحقیقاتی فولادسازی شد که گروه‌هایی در شهرهای شیکاگو، دیترویت و کلیولند آن را نمایندگی می‌کردند. بعد از جنگ جهانی اول، گروه شیکاگو جدا شد و انجمن فولادسازان آمریکا را تشکیل داد. در سال ۱۹۲۰ شعبه‌های منطقه‌ای برای ایجاد انجمن فولادکاری آمریکا یا به اختصار ASST با هم متحد شدند. این انجمن حوزه فنی خود را در دهه ۱۹۲۰ از فولاد فراتر گذاشت و در سال ۱۹۳۳ تبدیل به انجمن فلزات آمریکا ASM شد. به تدریج انجمن از حوزه جغرافیایی در ایالات متحده آمریکا فراتر رفت و همچنین حوزه فنی خود را از فلزات به کلیه مواد مهندسی فراتر برد و در ۱۹۸۶ لفظ بین‌المللی به نام آن اضافه شد. چنانچه در سال ۲۰۱۷ این انجمن مدعی ۳۱٫۰۰۰ عضو در سرتاسر جهان است. این انجمن همچنین هر سال میزبان کنفرانس‌های بین‌المللی متعددی است. انجمن ASM سالانه یکسری مراجع اطلاعاتی تحت عنوان کتابچه راهنمایASM Handbook را فراهم و منتشر می‌کند. این کتابچه‌ها اطلاعاتی راجع به انواع فلزات را در اختیار محققان قرار می دهند و به عنوان یک مرجع استاندارد در موضوعات مختلف علم مهندسی مواد شناخته می‌شوند. از جمله موضوعاتی که کتابچه‌های راهنمای ASM پوشش می دهند خواص مکانیکی مواد، مطالعات خوردگی و موارد بسیار دیگر هستند. همچنین سایر انتشارات شامل مجلات فنی مانند مجله نفوذ و تعادل فازی و تراکنش مواد و متالورژی آن ها می‌باشد. ۵ انجمن وابسته به ASM International بروی نقاط خاصی از علم مواد که از چتر پوشش ASM جا مانده اند متمرکز هستند: انجمن عملیات حرارتی HTS انجمن اسپری حرارتی TSS انجمن بین المللی متالوگرافی IMS انجمن آنالیز شکست دستگاه های الکترونی EDFAS تکنولوژی سوپرالاستیک و آلیاژحافظه دار SMST هر انجمن بصورت داوطلبی رهبری می شود، محتوای تکنیکال ویژه برای اعضاء تولید می کند و سالروز بین المللی خود را حفظ می کند. برای دانلود مجموعه کامل استانداردها بر روی ادامه مطلب کلیک کنید ادامه مطلب طبقه بندی: فلزات آهنی، آزمایش شکست، مقالات بیو مواد، مقالات بیو مواد، مقالات بیو مواد، مقالات بیو مواد، مقالات بیو مواد، مقالات بیو مواد، مقالات بیو مواد، مقالات بیو مواد، مقالات بیو مواد، مقالات بیو مواد، مقالات بیو مواد، برچسب ها: استاندارد، ASM، استاندارد مواد، دنبالک ها: مهندسی قدرتمند، [ سه شنبه 2 بهمن 1397 ] [ 10:30 ب.ظ ] [ امید اشکانی ]
ASTM یکی از بزرگترین سازمان‌های بین‌المللی توسعه‌دهندهٔ استاندارد است. استانداردهای گسترده این سازمان که شامل استانداردهای فنی برای مواد، محصولات، سامانه‌ها و خدمات است، بر اساس اجماع (توافق اعضا) به تصویب میرسد. این سازمان دارای ۳۰٬۰۰۰ عضو از ۱۲۰ کشور جهان می‌باشد. ASTM بر خلاف سایر موسسه‌های استاندارد، نظیر BSI, DIN و AFNOR سازمانی دولتی نیست. در ایالات متحده آمریکا، مؤسسه ملی استاندارد آمریکا وظایف یک مؤسسه استاندارد ملی را بر عهده دارد. ASTM دارای بیش از ۱۲٬۰۰۰ استاندارد است که در ۷۷ جلد به صورت سالیانه چاپ و منتشر می‌شود. موسسه ASTM در سال ۱۸۹۸ تأسیس شد و از قدیمی‌ترین موسسات استاندارد است. این مؤسسه دارای شعباتی در واشینگتن، کانادا، چین و پرو است. در سال ۲۰۱۵، این مؤسسه بیش از سی هزار عضو از ۱۴۰ کشور داشت.
برای دانلود تمامی استانداردهای ASTM به صورت کاملا رایگان و در بخش های جداگانه بر روی ادامه مطلب کلیک کنید. مرجع: www.powerful-engineering.com ادامه مطلب برچسب ها: ASTM، استاندارد، دنبالک ها: مهندسی قدرتمند، [ شنبه 29 دی 1397 ] [ 07:54 ب.ظ ] [ امید اشکانی ]
گرافین (به انگلیسی: Graphene) نامِ یکی از آلوتروپ‌هایِ کربن است. این ماده تشکیل‌شده از یک ساختار بلوری لانه زنبوری دوبعدی است. که در آن هر اتم کربن به کمک سه الکترون ظرفیت خود، با سه پیوند SP2 هیبریدیزه شده به سه اتم کربن دیگر متصل شده‌است. یک الکترون ظرفیت باقی‌مانده نیز بر روی کل صفحهٔ گرافین و بین تمام اتم‌ها به اشتراک گذاشته‌شده و الکترونِ آزاد است. در گرافیت (یکی دیگر از آلوتروپ‌هایِ کربن)، هر کدام از اتم‌هایِچهارظرفیتیِ کربن، با سه پیوندِ کووالانسی به سه اتمِ کربنِ دیگر متصل شده‌اند و یک شبکهٔ گسترده را تشکیل داده‌اند. این لایه خود بر رویِ لایه‌ای کاملاً مشابه قرار گرفته‌است و به این ترتیب، چهارمین الکترونِ ظرفیت نیز یک پیوندِ شیمیایی داده‌است، اما این پیوندِ این الکترونِ چهارم، از نوعِ پیوندِ واندروالسیاست که پیوندی ضعیف است. به همین دلیل لایه‌هایِ گرافیت به راحتی بر رویِ هم سر می‌خورند و می‌توانند در نوکِ مداد به کار بروند. گرافین ماده‌ای است که در آن تنها یکی از این لایه‌هایِ گرافیت وجود دارد و به عبارتی چهارمین الکترونِ پیوندیِ کربن، به عنوان الکترونِ آزاد باقی‌مانده‌است. هر چند نخستین بار در سال ۱۹۴۷ فیلیپ والاس دربارهٔ گرافین نوشت و سپس از آن زمان تلاش‌هایِ زیادی برایِ ساختِ آن صورت گرفته بود اما قضیه‌ای به نامِقضیهٔ مرمین-واگنر در مکانیکِ آماری و نظریهٔ میدان‌هایِ کوانتومی وجود داشت که ساختِ یک مادهٔ دوبعدی را غیرممکن و چنین ماده‌ای را غیرپایدار می‌دانست. اما به هر حال در سال ۲۰۰۴، آندره گایم و کنستانتین نووسلف، از دانشگاه منچستر موفق به ساختِ این ماده شده و نشان دادند که قضیهٔ مرمین-واگنر نمی‌تواند کاملاً درست باشد. جایزهٔ نوبلِ فیزیکِ ۲۰۱۰ نیز به خاطرِ ساختِ ماده‌ای دوبعدی به این دو دانشمند تعلق گرفت. گرافین ساختار دو بعدی از یک لایه منفرد شبکه لانه زنبوری کربنی می‌باشد. گرافین به علت داشتن خواص فوق‌العاده در رسانندگی الکتریکی و رسانندگی گرمایی، چگالی بالا و تحرک‌پذیری حامل‌های بار، رسانندگی اپتیکی و خواص مکانیکی به ماده‌ای منحصربفرد تبدیل شده‌است. این سامانه جدید حالت جامد به واسطه این خواص فوق‌العاده به عنوان کاندید بسیار مناسب برای جایگزینی سیلیکان در نسل بعدی قطعه‌های فوتونیکی و الکترونیکی در نظر گرفته شده‌است و از این رو توجه کم سابقه‌ای را در تحقیقات بنیادی و کاربردی به خود جلب کرده‌است. طول پیوند کربن ـ کربن در گرافین در حدود ۰٫۱۴۲ نانومتر است. ساختار زیر بنایی برای ساخت نانو ساختارهای کربنی، تک لایه گرافین است که اگر بر روی هم قرار بگیرند توده سه بعدی گرافیت را تشکیل می‌دهند که برهم کنش بین این صفحات از نوع واندروالسی با فاصلهٔ بین صفحه‌ای ۰٫۳۳۵ نانومتر می‌باشد. اگر تک لایه گرافیتی حول محوری لوله شود نانو لوله کربنی شبه یک بعدی واگر به صورت کروی پیچانده شود فلورین شبه صفر بعدی را شکل می‌دهد. لایه‌های گرافینی از ۵ تا ۱۰ لایه را به نام گرافین کم لایه و بین ۲۰ تا ۳۰ لایه را به نام گرافین چند لایه، گرافین ضخیم یا نانو بلورهای نازک گرافیتی، می‌نامند. از نظر مکانیکی، مقاومت کششی نهایی گرافین برابر ۱۳۰ گیگاپاسکال (در مقایسه با مثلاً ۴۰۰مگاپاسکال فولاد) است. از نظر الکتریکی، گرافین خالص تک لایه ازخود خواص شبه فلزی نشان می‌دهد. درگرافین طیف حامل‌ها شبیه به طیف فرمیون‌های دیراک بدون جرم می‌باشد و به علاوه کوانتش ترازهای لاندائو، اثر کوانتومی هال صحیح و کسری، در این سامانه باعث شده‌است که توجه بسیاری از فیزیکدان‌ها از حوزه‌های مختلف فیزیک به آن جلب شود.علاوه بر این‌ها خصوصیات سامانه‌های گرافین بطور مستقیم به تعداد لایه‌های گرافین موجود در سامانهٔ مورد نظر بستگی دارد. به عنوان مثال، گذردهی نوری برای گرافین تک لایه تقریباً برابر با ۹۷ درصد و مقاومت صفحهٔ آن ۲/۲ می‌باشد وگذردهی نوری برای گرافین‌های دو، سه و چهار لایه به ترتیب ۹۵، ۹۲ و ۸۹ درصد با مقاومت صفحهٔ به ترتیب ۱، ۷۰۰ و ۴۰۰ است که نشان دهندهٔ آن است که با افزایش تعداد صفحات گرافین گذردهی نوری سامانه کم می‌شود. از سوی دیگر چگالی حامل بار در گرافین از مر تبه ۱۰۱۳ بر سانتیمتر مربع با تحرک‌پذیری تقریباً 15000 cm۲/V.s و[۱۰] با مقاومتی از مرتبه ۶-۱۰ اهم-سانتی‌متراست که به نحو مطلوبی قابل مقایسه با ترانزیستورهای اثر میدانی (FET) می‌باشد. خواص منحصربفرد گرافین آن را کاندیدهای بسیار مطلوبی برای طراحی نسل بعدی قطعه‌های الکترونیکی و نوری همچون ترانزیستورهای بالستیک، ساطع‌کننده‌های میدان، عناصر مدارهای مجتمع، الکترودهای رسانای شفاف، و حسگرها قرار داده است. همچنین، رسانندگی الکتریکی و گذردهی نوری بالای گرافین، آن را به عنوان کاندیدی مناسب برای الکترودهای رسانای شفاف، که مورد استفاده در صفحه‌های لمسی و نمایشگرهای بلوری مایع و سلول‌های فوتوالکتریک و به علاوه دیودهای آلی ساطع‌کننده نور (OLED) معرفی می‌کند. بکارگیری بسیاری از این سامانه‌های اشاره شده منوط به داشتن تک لایه گرافینی پایدار بر روی زیر لایه مناسب با گاف انرژی قابل کنترل می‌باشند که این موضوع خود با چالش جدی روبروست. ساختار ساختار اتمی تک لایهٔ مجزای گرافین به روش میکروسکوپی عبوردهی الکترونی (Transmission Electron Microscopy) بر روی ورقه‌هایی از گرافین که در بین دو شبکه آهنی نگه داشته شده‌اند، مطالعه شده‌است. طرح‌های پراش الکترونی ساختار شش ضلعی گرافین را نشان داده‌اند. علاوه بر این، گرافین از خود اعوجاج‌هایی را بر روی این ورقه‌های تخت نشان داده‌اند، با دامنه‌ای در حدود یک نانومتر. این اعوجاج‌ها ممکن است خصلت ذاتی ای برای گرافین به خاطر ناپایداری کریستال‌های دو بعدی باشد، یا حتی ممکن است در اثر عوامل خارجی ای ناشی از ناخالصی‌هایی که در سرتاسر گرافین وجود دارند و کاملاً به توسط تصاویر TEM تهیه شده از گرافین مشاهده شده‌اند، به وجود آمده باشند. تصاویر فضای حقیقی با دقت اتمی گرفته شده از تک لایهٔ مجزای گرافین قرار گرفته بر روی زیر لایهٔ SiO۲ به وسیلهٔ روش میکروسکوپی تونل زنی اسکن‌کننده (Scanning Tunneling Microscopy) تهیه شده‌اند. این تصاویر نشان دادند که اعوجاج‌های تک لایهٔ گرافین قرار گرفته بر روی زیر لایهٔ SiO۲ به خاطر ترکیب و تطبیق یافتن تک لایهٔ گرافین با زیر لایهٔ SiO۲ ایجاد شده‌اند و یک خصلت ذاتی برای آن نمی‌باشند. خواص اپتیکی خواص اپتیکی منحصر به فرد گرافین، موجب بروز یک شفافیت بالای غیرمنتظره برای یک تک لایهٔ اتمی با یک مقدار سادهٔ شگفت‌انگیز شده است، یک تک لایهٔ گرافین πα ≈ ۲٫۳٪ از نور سفید فرودی بر روی خود را جذب می‌کند که در آن α ثابت ساختار ریز شبکه می‌باشد. این امر نتیجهٔ ساختار الکترونیکی کم انرژی غیرمعمول گرافین تک لایه است که طرحی به ساختار نوار انرژی الکترونی ـ حفره‌ای گرافین می‌دهد تا آنها در نقاط دیراک به هم برسند، که به‌طور کیفی از سایر نوارهای انرژی فشردهٔ مرتبهٔ دو معمول متفاوت است. بر مبنای مدل از ساختار نواری گرافین، فواصل بین اتمی، مقادیر پرش، و فرکانس به هنگام محاسبهٔ رسانندگی اپتیکی با استفاده از معادلات فرنل در حد لایه‌های نازک از بین می‌رود. این امر به صورت تجربی تأیید شده ولی هنوز مقادیر اندازه‌گیری شده به اندازهٔ کافی برای محاسبهٔ ثابت ساختار ریز دقیق نبوده است. میتوان گاف نوار انرژی گرافین را از ۰ تا 0.25 eV (در حدود طول موج پنج میکرومتر) به وسیلهٔ اعمال ولتاژ در دمای اتاق به یک ترانزیستور اثر میدان دو دروازه‌ای ساخته شده از یک گرافین دو لایه‌ای، تنظیم نمود. همچنین نشان داده شده‌است که پاسخ اپتیکی نانو نوارهای گرافینی نیز در ناحیهٔ تراهرتز به وسیلهٔ اعمال یک میدان مغناطیسی قابل تنظیم است. علاوه بر این نشان داده شده‌است که سیستم‌های گرافین ـ گرافین اکسید از خود رفتار الکتروکرومیک بروز می‌دهند، که اجازه می‌دهند هم خواص اپتیکی خطی و هم خواص اپتیکی فوق سریع را تنظیم کرد. بزرگترین گرافین ساخته شده مشخص است که گرافین تنها به نانو مربوط نمی‌شود، همچنین نباید این دو واژه را طوری به کار برد که گویی مثابه هم می‌باشند. تاکنون گرافین به صورت دو بعدی با طول ۱۰۰ متر و عرض ۲۳ سانتیمتر توسط شرکت sony ساخته شده‌است. همچنین ورق‌های گرافین بااندازهٔ کمتر از ۲۰ نانومتر از لحاظ ترمودینامیکی ناپایدارند، چون حداقل پایداری گرافین هنگامی است که تعداد اتم‌ها بیشتر از ۶۰۰۰ اتم باشد؛ و ۲۴۰۰۰ اتم لازم است تا فلورن پایدار شود. این مبحث در دینامیک مولکولی سیستم‌ها بسیار مهم است، چون نتایج گرفته شده در کمتر از ۲۰ نانو متر می‌تواند درست نباشد. طبقه بندی: گرافن چیست ؟؟، برچسب ها: Graphene، گرافین، Transmission Electron Microscopy، آلوتروپ‌هایِ کربن، [ چهارشنبه 19 دی 1397 ] [ 01:44 ب.ظ ] [ امید اشکانی ]
|
درباره وب سایت
امکانات وب 
|
| [ طراح : مهندس امید اشکانی ] [ Design By : Engineer Omid Ashkani ] | ||
