نانوتیوب‌های کربنی و کاربردهای آن

تا سال ۱۹۸۰ تنها چهار نوع کربن شناخته شده بود : گرافیت – الماس – لانسدیلایت و کربن بی شکل یا دوده .

 

کشف فلورن نیز مانند بسیاری از اکتشافات به صورت کاملا اتفاقی صورت گرفت . درحالی که قبل از کشف فلورن ها توافق کلی بر روی ناپایداری  اتمهای کربن وجود داشت ، دانشمندان روسی با استفاده از محاسبات نشان داده بودند که مولکول فلورن در حالت گازی می تواند پایدار باشد. در سال ۱۹۸۵ کروتو و اسمالی در حین اسپکتروسکپی نمونه های بخار کربن به نتایج جالبی دست یافتند. در اینجا بود که فلورن ها کشف شدند و پایداری آنها در فاز گازی نیز به صورت عملی اثبات گشت. البته شواهدی نیز وجود دارد که در دهه ۷۰ برای اولین بار فیبر های کربنی با ابعاد نانو توسط مارینوبو اندو به عنوان بخشی از پروژه دکتری او در دانشگاه اورلان در فرانسه ساخته شد. وی فیبرهایی به قطر ۷  نانومتر را با استفاده از تکنیک رشد محلی تهیه نمود اما به دلیل ناشناخته بودن این فیبر ها به عنوان نانو تیوب شناخته نشدند و به صورت سیستماتیک نیز مورد مطالعه قرار نگرفتند. پس از آن در سال ۱۹۹۱ کشف نانو تیوب ها توسط یک متخصص میکروسکوپ الکترونی ژاپنی در حالی که مشغول مطالعه نشست مواد بر روی کاتد به هنگام ساخت فلورن به روش تبخیر با قوس الکتریکی بود، به نام سومیو لیحیما صورت گرفت. کمی بعد متخصصین نشان دادند که چگونه می توان با استفاده از تغییر شرایط تبخیر قوس الکتریکی، نانو تیوب ها را در مقیاس انبوه تولید کرد. این امر باعث گسترش امکان مطالعه خواص فیزیکی و شیمیایی نانو تیوب های کربنی در آزمایشگاههای سراسر جهان گشت.

در حالی که نانوتیوب های چند دیواره ای دارای قطری به اندازه چندده نانومتر هستند، نانوتیوبهای تک دیواره ای قطری برابر با یک تا دو نانومتر دارند. در روشهای متداول تولید نانوتیوب تنها نانوتیوبهای چند دیواره ای تشکیل می شوند. برای تولید نانوتیوب های تک دیواره ای از افزودن فلزاتی نظیر کبالت به الکترود گرافیتی استفاده می کنند. گروه دیگری از نانو تیوب ها به شیپوره های نانو موسوم هستند. در واقع این گروه نانو تیوبهایی هستند که یک سر آنها بسته است. برای تولید شیپوره های نانو از تکنولوژی لیزر در فرآیند تبخیر کربن استفاده می گرددو اولین بار در سال ۱۹۹۴ توسط پیتر هریس و ادمن یانگ ساخته شدند.

کربن و ساختارهای آن:

در الماس هراتم کربن با چهار اتم دیگر پیوند داده و یکی از محکمترین ساختارهای شناخته شده روی زمین را تشکیل می دهد. در گرافیت هر اتم کربن در یک صفحه تقریبا مسطح با سه اتم دیگر پیوند داده ( پیوند های آن حتی از پیوند های الماس هم قوی تر می باشند) و تشکیل شش ضلعی هایی را می دهد ولی پیوند چهارم آن با اتمهای موجود در صفحات مجاور بوده و بسیار ضعیف است به گونه ای که با اعمال تنش برشی ناچیزی می تواند گسسته شده و صفحات به راحتی بر روی هم بلغزند.از این خاصیت ساختار گرافیت در روغن کاری های صنعتی استفاده می شود. همچنین گرافیت به عنوان یک ماده ناهمسانگرد شناخته می شود در حالی که الماس یک ماده همسانگرد است. امروزه اشکال دیگری از کربن نیز شناخته شده است. یکی از آنها فلورن C60  است. ساختار اتمی فلورن به این صورت است که ۶۰ اتم کربن در آرایشی فضایی به صورت کروی با یکدیگر پیوند داده و مولکولی شبیه یک توپ فوتبال را می سازند به گونه ای که هریک از اتمهای کربن با برقرارکردن پیوند با سه اتم دیگردر رءوس شش ضلعی هایی قرار گرفته که با تعدادی پنج ضلعی به یکدیگر متصل می گردند. امروزه بیش از سی نوع از این فلورن ها وجود دارد. به علاوه یک خانواده بزرگ از برادر های فلورن ها به نام نانوتیوبهای کربن هم شناخته شده اند که کاربردهای زیادی در نانوتکنولوژی دارند.

ذکر تیوری اولر نیز در اینجا خالی از لطف نیست. بر اساس این تیوری هر سطح بسته ای که بخواهد از پنج ضلعی و شش ضلعی تشکیل شده  می گردد البته برای اینکه مولکولهای بدست آمده پایدار باشند می بایست یک قانون دیگر رانیز رعایت کرد و آن عبارتست از قانون مجزا کردن پنج ضلعی ها. که بنا براین قانون برای کاهش انحنای موضعی می بایست آن را رعایت نمود. براساس تیوری اولر کوچکترین فلورنی که می تواند وجود داشته باشد C20  است که دارای ۱۲ پنج ضلعی می باشد.اما این ساختار از لحاظ انرژی نامطلوب است زیرا برخلاف قانون مجزا کردن پنج ضلعی ها است به طوری که انحناء موضعی و میزان کرنش آن بالاست.به دلیل اینکه به ازای اضافه کردن هر شش ضلعی دو اتم کربن به ساختار اضافه می گردد، تمامی فلورن ها می بایست دارای تعداد زوجی اتم کربن باشند.

عدد اتمی کربن ۶ می باشد و آرایش اتمی آن عبارتست از :۲  ۲  ۱   زمانیکه اتمهای کربن با یکدیگر تشکیل پیوند می دهند تا ساختار گرافیت را بوجود آورند، هیبریداسیون S  اتفاق می افتد.در حین این فرآیند یک اربیتال S با دو اربیتالP ترکیب شده و اربیتال ۳ تایی S  را که باهم زاویه ۱۲ درجه می سازند خلق می کنند.به پیوندی که در صفحه بوجود می آید پیوند ơ  گفته می شود.این پیوند یک پیوند کووالانسی محکم بوده و اتمهایی را که در صفحه قرار دارند به هم متصل می نماید. به این ترتیب یک صفحه گرافیتی داریم که در صورت قرار گرفتن در دمای بالا تحت نواسانات ناشی از ارتعاش اتمها می تواند به نانو تیوب تبدیل گردد. اربیتال P که باقی می ماند برصفحه پیوند های ơ  عمود می باشد.این اربیتال کاملا در اندرکنش بین لایه ای شرکت کرده ایجاد  پیوند ضعیفی به نام  Π   (پای) می نماید. بنابراین در نانوتیوبهای چند دیواره ای پیوند ضعیفی بین دیواره ها وجود دارد. البته نانوتیوبهای کربن از گرافن ها مهمتر بوده و رابطه تنگاتنگی با گرافیت دارند. ساختار نانوتیوبها شبیه گرافیت است با این تفاوت که در نانوتیوبها صفحه های گرافیتی تشکیل استوانه های با قطر های نانومتری می دهند.

روش های ساخت نانوتیوب های کربن

پس از حرارت دادن تا دمای ۳۰۰۰ درجه سانتیگراد اتمهای کربن دوباره با یکدیگر ترکیب می شوند که این ترکیب می تواند به روشهای مختلفی صورت پذیرد. برخی تولید کربن بی شکل یا امورف می کنند، برخی دیگر به شکل توپ فوتبال که همان فلورن است در می آیند و برخی به شکل کپسول های کوچک ظاهر می شوند که مورد اخیر همان نانوتیوب کربن می باشد. معمولا سه روش عمده برای تولید نانوتیوب کربن وجود دارد:

  • تخلیه قوس الکتریکی (EAD)
  • استفاده از لیزر (EA)
  • نشست بخار شیمیایی (CVD)

روش تخلیه قوس الکتریکی

اولین روشی که برای تولید نانوتیوبهای کربن بکار گرفته شد روش قوس الکتریکی بود.این روش متداول ترین و در عین حال ساده ترین روش تولید نانوتیوب می باشد. در این روش از جریان برق مستقیم بین دو الکترود در اتمسفر گاز بی اثر مانند هلیم یا آرگون استفاده می شود. نانوتیوب های تولید شده به این روش اغلب به صورت مخلوط با مواد دیگر بوده و باید از تکنیک های ویژه ای برای تفکیک نانوتیوبها از دیگر مواد یعنی دوده و ذرات نانو فلزی یاری جست.

فاصله بین دو الکترود حدود چند میلیمتر بوده و جریان الکتریکی حدود ۱۰۰آمپر به الکترودها اعمال می شود.این جریان باعث خواهد شد تا کربن به صورت پلاسمای داغ تبخیر شود. سپس بخار تولید شده چگالش خواهد یافت که این چگالش در برخی مناطق نانوتیوبهای کربن را تشکیل می دهد.باید توجه داشت در زمانی که قوس الکتریکی برقرار می شود یکی از الکترودها تبخیر شده و بخار حاصل بر روی الکترود دیگر می نشیند.

روش استفاده از لیزر

در این روش یک لیزر پیوسته ویا پالسی برای تبخیر یک هدف گرافیتی در یک کوره در دمای ۱۲۰۰ درجه سانتیگراد مورد استفاده قرار می گیرد.  تفاوت  بین لیزر پیوسته و پالسی این است که لبزر پالسی نیاز به قدرت نور بیشتری دارد      ) ۱۰۰KW/C  در مقایسه با (۱۲KW/C  مورد نیاز برای لیزر پیوسته. دراین روش یک پالس بخار بسیار داغ شکل می گیرد سپس به سرعت پخش شده و خنک می گردد. زمانی که ذرات تبخیر شده خنک می شوند مولکولها و اتمهای کربن به سرعت چگالش یافته و خوشه های بزرگتری را تشکیل خواهند داد که این تجمع حتی ممکن است  حاوی مولکولهای فلورن نیز باشد.

روش نشست بخار شیمیایی

این روش قابلیت تولید انبوه و کنترل جهت رشد را دارد. اساس کار در این روش بر تبدیل یک منبع کربن به حالت گازی و بکارگیری یک منبع انرژی مانندپلاسما و یا یک کوره مقاومتی، برای انتقال انرژی به مولکولهای کربنی که در حالت گازی قرار دارند مبتنی است. در این روش یک مخلوط ازگازهای هیدروکربن استیلن، متان یا اتیلن و نیتروژن وارد محفظه احتراق خواهند شد. از منبع انرژی برا شکستن مولکولهای کربن به اتمهای کربن فعال استفاده می شود. در این حالت کربن به داخل زیر لایه که قبلا حرارت داده شده و با کاتالیزور پوشیده شده است،نفوذ کرده و در آنجا پیوند تشکیل می دهد.در حین واکنش، نانوتیوب ها بر روی زیر لایه و در نتیجه تجزیه هیدروکربن هادر دمای ۷۰۰ تا ۹۰۰ درجه سانتیگراد و فشار اتمسفر، بوجود می آیند.

مثالهایی از کاربرد نانوتیوبها

برخی از کاربردهای نانوتیوبها به اختصار به شرح ذیل است:

  • ذخیره انرژی : نانوتیوبها در پیل های سوختی، باطری ها و دیگر موارد الکتروشیمیایی بکار می روند.
  • ذخیره هیدروژن:با توجه به شکل استوانه ای و توخالی نانوتیوبها، می توان با توجه به اثر مویینگی از آنها برای ذخیره هیدروژن در داخل حفره نانوتیوب استفاده نمود.
  • خازن های الکتروشیمیایی: با استفاده از نانوتیوبها می توان خازنهایی با ظرفیت بسیار بالا در ابعاد فوق العاده کوچک تولید نمود.
  • ارسال دارو: با ذخیره سازی درنوع خاصی از نانو تیوبها ( نانوکپسولها) امکان ارسال دارو به بدن بیماران فرآهم می گردد به گونه ای که زمانی دارو از درون کپسول آزاد گردد که به نقطه ای از بدن که دچار بیماری است رسیده باشد.
  • صنایع اتومبیل سازی و هوافضا: استحکام کششی فوق العاده بالای نانوتیوبهای کربنی ( تا بیست برابر فولاد) به آنها ویژگی خاصی داده تا بتواند برای مستحکم سازی بسیاری از قطعات و سازه های اتومبیل و تجهیزات فضایی بکار برده شود.

 

 

تهیه کننده : نادر نیازمند

 

مراجع:

  • مقدمه ای بر نانوتکنولوژی تالیف : دکتر علی شکوه فر – مهندس کسری مومنی
  • Grait Balls of carbons- Richard E Smalley
  • Science of Fullerene and carbon nanotube –M.S.Dresseihaus

 

 

 

 

 



آلیاژهای حافظه دار و کاربرد آنها در مهندسی پزشکی

وقتی صحبت از آلیاژهای حافظه دار به میان می آید ممکن است این طور تداعی شود که این نوع آلیاژها تحت هر نوع تغییر فرمی که قرارگیرند، با انجام عملیات حرارتی به حالت اولیه خود باز خواهند گشت. البته این تصور غلط است و آلیاژهای حافظه دار تنها در محدوده خاصی از تغییر فرم و دما ویژگی برگشت پذیر را از خود نشان می دهند که این خود سبب بروزپیشرفتهای بسیاری در صنایع گوناگون شده است.اولین گامها به سوی کشف اثر حافظه داری شکلی در دهه ۱۹۳۰ گزارش شده است . باتوجه به مطالب اوتسوکا و وایمن رفتار شبه الاستیک آلیاژ طلا – کادمیوم را اولاندر در سال ۱۹۳۲ کشف کرد . گرنینگر و مرادیان (۱۹۳۸) شکل گیری و ناپدید شدن فاز مارتنزیت در آلیاژ کادمیوم – روی را بر اثر افزایش و کاهش دما مشاهده کردند. اولین نمودهای اثر حافظه داری که تابع رفتار ترموالاستیک فاز مارتنزیت است به طور گسترده ای یک دهه بعد توسط کرد جومو و خاندروس (۱۹۴۹) و نیز توسط چانگ و رد(۱۹۵۱) گزارش شده است . آلیاژهای نیکل و تیتانیوم برای اولین بار در سالهای ۱۹۶۲-۱۹۶۳ توسط بوهلر و همکارانش در آزمایشگاه مهمات نیروی دریایی ایالات متحده توسعه یافته ونام تجاری نیتاینول ( مخفف نیکل تیتانیوم آزمایشگاه مهمات نیروی دریایی) به خود گرفت . خواص قابل توجه این آلیاژ به طور تصادفی کشف شد. نمونه ای که چند بار خم شده و از شکل اصلی خود خارج شده بود در جلسه مدیریت آزمایشگاه ارایه شد . یکی از مدیران فنی ؛ دکتر دیوید موری؛ تصمیم گرفت تا ببیند اگر نمونه گرم شود چه اتفاقی خواهد افتاد و فندک خود را زیر آن گرفت . در کمال شگفتی نمونه به شکل اصلی خود بازگشت . نوع دیگری از آلیاژهای حافظه دار شکلی وجود دارد به نام آلیاژ فرومغناطیس با حافظه شکلی که تحت میدان مغناطیسی قوی تغییر فرم می دهد. این مواد به میدان های مغناطیسی سریع تر و کارآمدتر از تغییرات دما پاسخ می دهند . آلیاژهای فلزی تنها آلیاژهای پاسخگو به حرارت نیستند. اخیرا پلیمرهایی باحافظه شکلی نیز توسعه یافته اند و از اواخر دهه ۱۹۹۰ به صورت تجاری در دسترس هستند .

 کاربردها

یکی از اولین کاربردهای آلیاژهای حافظه دار در مقیاس انبوه استفاده در اتصالات لوله های هیدرولیک هواپیماهای جنگنده F14 بود .اما پزشکی اولین زمینه ای است که آلیاژهای حافظه دار در آن توسعه زیادی یافتند. علت این امر متناسب بودن دمای بدن برای عملکرد آلیاژهای حافظه دار در ناحیه شبه الاستیک است . کاربردهای پزشکی آلیاژهای حافظه دار شامل استنت ها ؛ فیلتر ها ؛ سیم های هادی آنژیوپلاستی و گیره ها هستند.

سیستم های معمول

تا کنون خواص حافظه داری در چند سیستم آلیاژی دیده شده است اما اکثر آنها هنگام فعالسازی نیرو یا کرنش بالایی ایجاد نمی کنند . دو سیستم آلیاژ حافظه دار عمده که هنگام فعالسازی توانایی ایجاد نیروی بالایی در آنها مشاهده شده است .. عبارتند از سیستم های بر پایه مس  و سیستم های بر پایه Ni-Ti . خواص حافظه داری سیستم های سه تایی بسیاری بر پایه این سیستم های دوتایی بررسی شده است .

 

تعریف آلیاژهای حافظه دار

اصطلاح آلیاژ حافظه دار  (SMA) به گروهی از مواد فلزی گفته می شود که پس از قرار گرفتن تحت یک پروسه محدود تغییر فرم پلاستیک قابلیت برگشت به یک شکل ( یا اندازه ) اولیه تعریف شده  را پس از انجام یک عملیات حرارتی مشخص دارا می باشند .

این مواد در دمای نسبی پایین تحت عملیات مکانیکی کارسرد قرار گرفته و پس از اعمال در صد مشخصی تغییر فرم پلاستیک ؛ در صورتی که در معرض دماهای بالاتر قرار گیرند تمایل به برگشت به حالت اولیه را ازخود نشان می دهند .

موادی که صرفا در حرارت دهی خاصیت برگشت پذیری به حالت اولیه را ازخود نشان می دهند ؛ آلیاژ حافظه دار یک طرفه  نام گرفته اند . و آن دسته از آلیاژهایی که علاوه بر داشتن قابلیت برگشت پذیری در حرارت دهی ؛ هنگام سرد کردن دوباره نیز به حالت قبل از حرارت دهی باز می گردند ؛ آلیاژ حافظه دار دو طرفه نام گرفته اند .

در حالیکه رنج وسیعی از فلزات و آلیاژها خاصیت حافظه داری را ازخود نشان می دهند فقط آن دسته دارای اهمیت صنعتی می باشند که درصد بالایی از برگشت پذیری را از خود نشاند دهند و یا در هنگام برگشت به حالت اولیه نیروی قابل توجهی را از خود بروز بدهند . در این میان آلیاژهای Ni-Ti و Cu-Zn-Al  و Cu-Al-Ni  دارای اهمیت ویژه می باشند . که از آلیاژهای نام برده شده فقط Ni-Ti در مهندسی پزشکی مورد استفاده قرار می گیرد.

یک آلیاژ حافظه دار از یک دیدگاه عبارت است از آلیاژی که در یک تحول ترمو الاستیک مارتنزیتی تسلیم شده و در این مورد این آلیاژ تحت یک تحول مارتنزیتی قرار گرفته که در آن آلیاژ با مکانیزم تغییر شکل دوقلویی شکل داده شده و این عملیات زیر درجه حرارت انجام استحاله مارتنزیتی می باشد. بنابراین استحاله مذکور برگشت پذیر می باشد زیرا دوقلویی ها در حرارت دهی مجدد به حالت اولیه خود در شبکه کریستالی ( که پایدار تر از حالت تغییر فرم یافته می باشد ) برگشته و در نتیجه آلیاژ شکل ابتدایی خود را در قبل از تغییر فرم پلاستیک باز یابی می نماید .

 

مکانیزم حافظه دار شدن

در پدیده حافظه داری نمونه در حالت کاملا مارتنزیتی به مقدار معینی تغییر فرم داده می شود سپس با گرم کردن نمونه و برگشت آن به حالت آستنیتی ؛ شکل نمونه نیز به حالت اول خود بر می گردد.

شکل بالا چگونگی پدیده حافظه داری شکل را با تبدیل دو فاز آستنیت و مارتنزیت به یکدیگر نشان می دهد . بررسی بر روی تغییر حالت متالورژیکی نمونه جامد ؛ تغییر آرایش اتمها بدون هیچ گونه تغییری در ترکیب شیمیایی فاز زمینه را نشان می دهد . این تغییر آرایش منجر به ایجاد ساختار کریستالی فاز جدید و پایدار می شود . پیشرفت تغییر حالت بدون نیا به حرکت و جابجایی اتمها به صورت مجزا؛ را می توان مستقل از زمان دانست  و به همین دلیل می توان وابستگی دما را به عنوان تنها عامل پیشرفت این تغییر نشان داد.

تغییر حالت های متالورژیکی جامدات  از دو طریقه زیر امکان پذیر است:

تغییر حالتهای دیفوزیونی که نیازمند حرکت و جابجایی اتمها بوده که نتیجتا وابسته به دما و زمان است .

تغییر حالتهای برشی که در آن جابجایی اتمها در رنج کوتاه و بصورت برشی انجام شده و مستقل ا ز زمان و تنها وابسته به دما می باشد.

مکانیزم حافظه دار شدن و برگشت به حالت اولیه از نوع دوم بوده به گونه ای که تغییر فرم اعمالی بر آلیاژ در دمای پایین و در فاز مارتنزیت ؛ بر اثر فعال شدن مکانیزم دوقلویی انجام شده و فقط جهت گیری اتمها در نزدیکی فصل مشترک ناحیه دوقلویی ؛ تغییر خواهد کرد . پس از حرارت دهی مجدد این صفحات دوقلویی که ناپایدار هستند به حالت اولیه خود بر خواهند گشت که باعث ایجاد خواص حافظه داری می گردند.

 

انواع آلیاژهای حافظه دار از نظر نوع آلیاژ

 

استینلس استیل ها

گرچه تعدادی از این آلیاژها دارای دگرگونی مارتنزیتی و اثر حافظه داری هستند ولی به علت قابلیت بازگشت ضعیف آنها نسبت به آلیاژهای نسل جدید چندان مورد توجه نمی باشند .

 

آلیاژهای Ni-Ti

این آلیاژها که به نام نیتاینول معروف هستند اثر حافظه داری بسیار مناسبی داشته و قابلیت برگشت قابل توجهی از خود نشان می دهند. لذا جزو آلیاژهای مطرح در این زمینه می باشند.

 

آلیاژهای پایه مس

از جمله مهمترین آنها Cu-Al-Ni و Cu-Zn-Al بوده که در صنعت مورد مصرف زیادی دارند .

دربین آلیاژهای حافظه دار سه آلیاژ Ni-Ti و Ni-Ti-Mo و Ti-Mo که هر سه از گروه آلیاژهای تیتانیم دار می باشند در پزشکی مورد استفاده قرار می گیرند .

 

آلیاژ نیتاینول

اصطلاحا به آلیاژ نیکل – تیتانیوم ؛ نیتاینول گفته می شود (Nitinol)

نیتاینول یک ترکیب بین فلزی با درصد اتمی برابر از دوفلز می باشد و محلول جامد نمی باشد در مورد نیتاینول دو نکته مهم وجود دارد :

انعطاف پزیری آن در حد محلول های جامد فلزی می باشد.

نیتاینول دارای یک محدوده فلزی پایداری است که اجازه تغییر ترکیب و آلیاژسازی به ما می دهد.

 

ویژگیهای لازم برای آلیاژهای حافظه دار مورد استفاده در مهندسی پزشکی

زیست سازگاری

پیوند مناسب با بافت زنده

طول عمر

خواص فیزیکی و مکانیکی

امکان تولید اقتصادی

درمیان آلیاژهای حافظه دار نیتاینول تقریبا تمامی خصوصیات فوق را دارا می باشد و بنابراین در مهندسی پزشکی بسیار مورد استفاده قرار می گیرد.

 

کاربرد های پزشکی آلیاژهای نیتاینول

ساخت سیم های ارتودنسی دندانی به گونه ای که شکل اولیه سیم صاف و در محور می باشد. ارتودنسی باتوجه به این که دندانها خارج از محور خود می باشند ؛ در اثر استفاده از آلیاژهای حافظه دار با استفاده از خاصیت سوپر الاستیک در اثر فشار ناشی ازبرگشت سیم به حالت اولیه به دندان های خارج از موضع ؛ نیرو وارد نموده و با گذر زمان آن ها را به مکان های مناسب هدایت می کند .

در ارتوپدی به عنوان صفحات شکسته بندی به گونه ای که شکل دهی نهایی آلیاژ Ni-Ti در ناحیه آستنیت انجام شده و سپس تا دمای کمتر از Mf سرد می کنند و تا ۸%  بر روی آن اعمال کشش می شود و در نهایت به استخوان شکسته شده پیچ می گردد. و پس از حرارت دهی به سبب تمایل به برگشت به حالت اولیه بر روی استخوان فشار وارد می نماید. (استخوان تحت فشار سریعتر ترمیم می شود)

در ساخت فیلتر های جمع کننده لخته خون به گونه ای که فیلتررا در دمای پایین تحت تغییر فرم قرار داده ( جمع می کنند) و پس از ورود به درون رگ باز شده و عمل فیلتر کردن را انجام می دهد.

در ساخت ماهیچه های مصنوعی انقباضی در قلب مصنوعی

در ساخت استنت ( لوله های مشبک در مجاری عبور مایعات مثل رگهای خونی) برای باز کردن عروق مسدود شده . روش کار به این صورت است که ابتدا آلیاژ را در دمای پایین تغییر فرم داده ( استنت را جمع می کنند ) و پس از قرار دادن آن در داخل رگ وهدمایی با بدن ، باز شده و سبب گشاد شدن رگ می گردد.

 

تهیه کننده : نادر نیازمند

Refrences:

Handbook of materials foe medical devices

Park.Biomaterials an introduction



کامپوزیت و کاربردهای آن

کامپوزیت عبارت است از امتزاج ماکروسکوپی دو یا چند ماده متمایز، به منظور افزایش خواص فیزیکی و مکانیکی آن‌ها. کامپوزیت‌ها نه تن‌ها به دلیل خواص ساختاری، بلکه به خاظر کاربردهای فیزیکی، حرارتی، و زیست‌محیطیشان مورد استفاده قرار می‌گیرند. عموماً کامپوزیت‌ها از یک زمینه (فاز غالب) و یک یا چند تقویت‌کننده (فازهایی که برای جبران نقاط ضعف فاز زمینه اضافه می‌گردند) تشکیل می‌شوند؛ به گونه‌ای که تقسیم‌بندی آن‌ها نیز بر همین اساس است. در یک تقسیم‌بندی، انواع کامپوزیت‌ها عبارتند از:

کامپوزیت‌های زمینه فلزی (MMCS)، کامپوزیت‌های زمینه پلیمری (PMCS)، کامپوزیت‌های زمینه سرامیکی (CMCS)، کامپوزیت‌های زمینه ارگانیکی (OMCS)

جالب است بدانیم، اولین کامپوزیت مورد استفاده توسط بشر، کاه‌گل بوده است. دلیل آن هم بروز ترک پس از خشک شدن گل بنایی بوده است. به گونه‌ای که به طور اتفاقی انسان متوجه شد پس از اضافه شدن مقداری کاه به گل بنایی، مشکل ترک خوردن آن برطرف می‌گردد. مثالی از کامپوزیت‌های زمینه پلمیری نیز فایبرگلاس است. در این کامپوزین زمینه پلیمری باعث افزایش تافنس و رشته‌های شیشه‌ای سبب افزایش استحکام می‌گردند.

 

 

نحوه دیگر تقسیم‌بندی کامپوزیت‌ها، مورفولوژی فازهای تقویتی آن است. به گونه‌ای که براساس این تقسیم‌بندی می‌توان آن‌ها را به چهار گروه کلی شامل کامپوزیت‌های ذره‌ای، کامپوزیت‌های رشته‌ای، کامپوزیت‌های صفحه‌ای و کامپوزیت‌های میله‌ای تقسیم کرد.

نکته قابل تأمل این است که کامپوزیت‌ها، علی‌رغم تمامی خواص مطلوبی که دارند، دارای یک نقطه ضعف بزرگ هستند و ان چسبندگی و استحکام سطح تماس بین فازها است. زیرا به دلیل غیرهمسان بودن پارامترهای شبکه‌ای دوفاز سطح تماس آن‌ها پس از اتصال چند لایه مولکولی دچار ضعف و ناپایداری می‌گردد. برای برای جبران این نقص جدیداً از تگنولوژی نانو کمک گرفته شده است به گونه‌ای که با کوچک کردن ذرات تقویت‌کننده تا ابعاد نانومتری، سطح تماس هر تک ذره را با زمینه به حداقل رسانده و چسبندگی بین دو فاز را افزایش داده‌اند. به این نسل از کامپوزیت‌ها، نانو کامپوزیت می‌گویند. جالب است بدانیم تکنولوژی نانو کامپوزیت تاحدی پیشرفت کرده است که نسل جدید هواپیماهای بوئینگ در بخش‌های وسیعی از بدنه خود از این مواد پیشرفته بهره برده است. به نحوی که این ماده سبب افزایش مقاومت، کاهش، وزن و توان بیشتر در حمل بار و مسافر شده است.

 

 

(بیشتر…)