نانو پودر مس
نانو ذرات مس از پرکاربرد ترین نانو ذرات فلزی است که بعنوان کاتالیست در صنعت مورد استفاده قرار می گیرد. نانو مس قابل انعطاف با هدایت حرارتی و الکتریکی بسیار بالا است. مورفولوژی این نانو ذرات گرد است و بصورت پودر قهوه ای تا سیاه ظاهر می شوند. نانو مس دارای خاصیت انعطاف پذیری فوق العاده پلاستیک است.
کاربردهای نانوپودر مس
- صنعت الکترونیک
نانوذرات مس در صنعت میکروالکترونیک جهت ساخت خازن ها، ترمینال ها، الکترود ها و همچنین ساخت خازن های سرامیکی چند لایه بر پایه فلز، برای ساخت تلوزیون و تلفن های همراه کاربرد فراوان دارد. اخیرا اتصالات نانو مس به عنوان پایه IC ها در حافظه و چیپهای پردازنده مورد استفاده قرا می گیرند و باعث افزایش سرعت کامپیوترها در محدوده گیگاهرتز می گردند. استفاده از نانوذرات مس در ساخت چسب های رسانای الکتریسیته نیز مورد توجه زیادی قرار گرفته است. از طرفی دیگر لحیم های تقویت شده با نانوذرات مس یک افزایش 30 تا 40 درصدی را در سختی نشان می دهد و برای چسباندن سطوح ویژه به قطعات اپتیکی و اپتوالکترونیکی لحیم دارای خصوصیات مکانیکی مناسبی است و از استحکام و قابلیت اطمینان زیادی برخوردار می باشد.
- ساخت آلیاژها
از دیگر کاربردهای نانو پودر مس، ساخت آلیاژهای مختلف است. قطعات آلیاژی حاوی نانوپودرها کمتر مستعد خوردگی و سایش هستند. همچنین می توان سیستم های آلیاژی که تا پیش از این تهیه آنها غیر ممکن و یا بسیار سخت بود را تهیه نمود. از جمله سیستم آلیاژی Pb-Cu است که غیر امتزاج پذیر در فاز مایع بوده و تقریبا هیچگونه حلالیتی در حالت جامد با همدیگر ندارند. خصوصیات فیزیکی هر دو فلز بسیار متفاوت است. همچنین از نظر اتمی نقطه ذوب و هدایت الکتریکی این دو بسیار متفاوت است، اما با استفاده از نانوپودرها می توان چنین آلیاژهایی را تولید نمود.
- نانوسیالات
یکی از کاربردهای وسیع نانوپودر مس، استفاده از آنها در نانوسیالات است. در گذشته دانشمندان و مهندسان سعی داشتند که برای بهبود خواص انتقال حرارت از نانو ذرات مختلف در سیالات گوناگون استفاده کنند. این نانوسیالات کاربردهای مختلفی در بهبود راندمان اتومبیل ها، سیستم های تهویه مطبوع و گرمایشی و تجهیزات صنعتی دارند. اخیرا نانو سیالاتی با استفاده از نانوذرات مس ساخته شده است که تنها با افزایش 3/0 درصد حجمی نانوذرات مس به اتیلن گلیکول سبب افزایش 40 درصد هدایت گرمایی سیال شده است. این نانوسیال علاوه بر هدایت گرمایی بالا از پایداری خوبی هم برخوردار است. نانوسیالاتی با هدایت گرمایی تقریبا سه برابر سیال پایه می توانند سرعت انتقال حرارت سیال را تا 2 برابر افزایش دهد در حالیکه برای دو برابر کردن این سرعت انتقال حرارت، بدون افزایش نانوذرات مس، نیاز به 10 برابر کردن سرعت پمپاژ سیال است.
- روان کننده ها
همچنین از نانوذرات مس در افزودنی های روان کننده نانو فلزی استفاده می شود. با افزودن 1/0 تا 6/0 درصد از نانو ذرات مس باعث روان کننده نفت و گریس می گردد .از نانوذرات مس بعنوان خود ترمیم کننده و خود روان کننده در سطوح دارای اصطکاک استفاده و سبب کاهش ویژگی ضد سایش و ضد اصطکاک می گردد که یکی از مهمترین جنبه های آن استفاده از نانوذرات مس به عنوان افزودنی به روغن موتور است.
- ذخیره سازی هیدروژن
کاربرد دیگر نانوذرات مس در ذخیره سازی هیدروژن می باشد. پژوهشگران دانشگاه میشیگان و دانشگاه تگزاس دریافتند که ترکیبات آلی فلزی، MOF، شامل مس، می تواند ذخیره سازی هیدروژن را تا 5/2 درصد وزنی در دمای K77 (دمای نیتروژن مایع) افزایش دهد.
- عوامل ضد میکروبی
کاربرد دیگر نانوذرات مس، استفاده از آنها به عنوان عوامل ضد میکروبی می باشد. یونانی ها و مصری ها، ترکیبات مس را برای درمان بیماری ها و تمیز کردن محیط بکار می بردند. مصری ها از مس به عنوان یک عامل استریل کننده برای آب آشامیدنی و زخم ها و جراحت استفاده می کردند. مس دارای خاصیت ضد میکروبی می باشد و می تواند از رشد و شکل گیری باکتری های بیماری زا، جلبک ها، خزه های دریایی و قارچ ها جلوگیری کند. از کاربردهای رایج ضد میکروبی مس می توان به قارچ کش ها، جرم گیرها، داروهای ضد میکروبی، محصولات بهداشت دهان و دندان، دستگاه های پزشکی و بهداشتی، گندزداها و … اشاره کرد. این خاصیت ضد میکروبی طبیعی، مس و آلیاژهای آن مانند برنج را برای ساخت سطوح در تماس مستقیم با بدن در بیمارستان ها از قبیل دستگیره های در، کلیدهای برق و … ایده آل می سازد. این سطوح تماسی مخازن اصلی آلودگی و عفونت می باشند و کاهش تعداد میکروب های زنده روی این سطوح می توانند بر کنترل انتشار بیماری ها در بیمارستان کمک کند. امروزه روشی که برای افزایش ماندگاری مواد غذایی استفاده می شود، افزودن نگهدارنده ها به این مواد غذایی است. اما استفاده از این مواد شیمیایی ارزش غذایی مواد را پایین می آورد. استفاده از بسته بندی های مناسب می تواند راه خوبی برای جلوگیری از افزودن این مواد شیمیایی به مواد غذایی و جلوگیری از فساد ماده باشد. با بکارگیری نانوذرات مس در بسته بندی های ماد غذایی می توان مدت زمان نگهداری و سالم ماندن مواد غذایی را افزایش داد.
- جذب سزیم رادیواکتیو
نانوذرات مس بصورت نانوکامپوزیت آلی-معدنی توانایی جذب سزیم رادیواکتیو را دارد. موسسه Pacific Northwest National Lab جاذب ویژه ای ساختند که سریعا اتم سزیم را از محلول آبی جذب می کند. کاربرد این تکنولوژی، بازیابی سزیم 137 از پسماندهای هسته ای، برای استفاده مجدد آن در کاربردهای کلینیکی است که از هر جهت برای محیط زیست مفید می باشد.
- جداسازی گازها
نانوذرات مس در جداسازی گازها نیز کاربرد دارند. یک ترکیب نانوساختاری مس-آلی در ژاپن ساخته شده است که قادر به جذب استیلن و یا ترکیبات هم خانواده آن از دی اکسید کربن است. استیلن جدا شده را می توان بصورت یک ساختار جامد در فشار اتمسفری و دمای اتاق ذخیره کرد. ماده مورد نظر که برای این کار استفاده می شود Cu2(pzdc)2(pyz) است که قسمت آلی آن شامل pzdc (پیرازین 2و3-دی کربوکسیلات) و pyz (پیرازین) می باشد.
- جوهرهای رسانا
این جوهرها کاربردهای فراوانی در سلول‌های خورشیدی، دیودهای ساطع کننده نور آلی، آنتن‌هایRFID و مدارهای الکترونیکی دارند. در تولید سنتی بردهای الکترونیکی پس از نشاندن مس بر روی تمام قسمت‌های فیبری برد، طرح و نقشه مدار با استفاده از ماژیک ضد آب بر روی برد مسی رسم می‌شود. سپس، پس از انجام دادن مرحله شستشو با اسید، قسمت‌های پوشانده شده بر روی برد باقی‌مانده و به عنوان مدار الکترونیکی استفاده می‌شوند. تولید بردهای الکتریکی به این شیوه موجب افزایش میزان مصرف مس و زمان‌بر بودن آن می شود. برای رفع این مشکل ساخت جوهرهای رسانا با استفاده از نانوذرات مس، راهکاری نوین در این زمینه می باشد که از لحاظ زمان ساخت و هزینه ساخت بردهای الکترونیکی بسیار کمتر و مقرون به‌صرفه‌تر است.
- کاتالیست
محققان دانشگاه اورال فدرال موفق به تولید نانوذرات مس شدند که می‌توان از آن به‌عنوان کاتالیست استفاده کرد. این ماده در 48 فرآیند سنتز مختلف قابل استفاده است. یکی از مزیت‌های این کاتالیست فقدان انحلال‌پذیری آن در حلال‌های آلی رایج است. با این کار می‌توان کاتالیست ارزان قیمت و ارزشمند به جای کاتالیست‌های فلزی نظیر پالادیم تولید کرد. در حال حاضر از فلزات سنگین برای سنتز داروها استفاده می‌شود. این کار البته برای سلول‌ها خطرناک است. نانوذرات مس گزینه‌ی مناسبی برای کاتالیست‌های چندفازی رایج هستند. از آنجایی که این کاتالیست‌ها شکل و ابعاد مختلفی دارند، به‌صورت مستقیم روی سطح انتقال جرم تأثیر می‌گذارند. واکنش‌ها در حضور این کاتالیست در زمان کوتاه‌تر و با بازده بالاتر و بصورت انتخابی انجام می‌شود. نانوذرات مس ارزان قیمت بوده و می‌توان آن را از مواد خام ارزان قیمت تولید کرد. در ساختار کاتالیستی متخلخل از جنس نانوذرات مس ابعاد حفره‌ها در آن از چند ده تا چند صد نانومتر متغیر باشد. از آنجایی که ابعاد ذرات در این کاتالیست کوچک است، سطح مؤثر آن بسیار زیاد خواهد بود. این نانوذرات نامحلول‌اند، بنابراین از آنها می‌توان برای کاتالیز کردن واکنش‌ها در فاز سیال استفاده کرد. بعد از اتمام کار، با توجه به این که نانوذرات در سیال حل نمی‌شوند، به سادگی می‌توان نانوذرات کاتالیست را از حلال جدا کرد و مجددا آنها را مورد استفاده قرار داد. این کاتالیست گزینه‌ی مناسبی برای استفاده در روش‌های شیمی سبز است زیرا استفاده از آن ساده، ارزان است و در عین حال ایمنی بالایی دارند. از همه مهمتر این که کاتالیست‌ها قابل استفاده‌ی مجدد هستند. یکی از کاربردهای جالب این نوع کاتالیست‌ها، استفاده از آنها در تولید ترکیبات دارویی است. پالادیم برای سلول‌های زنده سمی بوده و زدایش آن از محصول نهایی دشوار است. بنابراین، کاتالیست نانوذرات مس می‌تواند از نظر اقتصادی و زیست‌محیطی گزینه‌ی مناسبی برای تولید ترکیبات دارویی باشد.
منابع و ترکیبات مهم مس
مس معمولا به شکل معدنی یافت می شود. کانی هایی مس آزوریت، مالاکیت و برنیت همانند سولفیدهایی از جمله کالکوپیریت (CuFeS2) ، کوولین (CuS) ، کالکوزین (CuS2) یا اکسیدهایی مانند کوپریت (CuO2) از منابع مس هستند. ترکیبات مهم مس شامل سولفیدها، اکسیدها و کربناتها هستند…
