چكيده مقالات علمي ..........

ميلاد يگانه منجي

بنيامين جعفريان — Sat, 16 Aug 2008 16:06:00 GMT

ميلاد يگانه منجي(عج) عالم بشريت مبارك

ترمزهاي ضد قفل چگونه کار مي کنند؟

بنيامين جعفريان — Sat, 16 Aug 2008 11:12:00 GMT

ترمزهاي ضد قفل چگونه کار مي کنند؟

نگه داشتن ناگهاني يک اتومبيل در جاده ي لغزنده مي تواند بسيار خطرناک باشد.ترمزهاي ضد قفل خطر هاي اين واقعه ي ترسناک را کاهش مي دهد.در واقع روي سطوح لغزنده حتي راننده هاي حرفه اي بدون ترمزهاي ضد قفل نمي توانند به خوبي يک راننده ي معمولي با ترمزهاي ضد قفل ترمز کنند.

مکان ترمز هاي ضد قفل

در اين مقاله ما همه چيز را درباره ي ترمز هاي ضد قفل ياد مي گيريم:اينکه چرا به آنها نياز داريم،چه چيز هايي در آنها به کار رفته است،چگونه کار مي کنند،بعضي از انواع رايج و بعضي از مشکلات مربوط به آن.
بدست آوردن يک مفهوم کلي از ترمزهاي ضد قفل:
تئوري ترمز هاي ضد قفل بسيار ساده است.يک چرخ در حال ليز خوردن(به طوري که سطح تماس تاير نسبت به زمين سر بخورد) نسبت به چرخي که ليز نمي خورد نيروي اصطکاک کمتري دارد.اگربا اتومبيل خود در يخ گير کرده باشيد مي دانيد که اگر چرخها بچرنخد هيچ نيروي جلو بري به اتومبيل وارد نمي شود زيرا سطح تماس چرخ نسبت به يخ ليز مي خورد.
ترمزهاي ضد قفل با جلوگيري کردن از سر خوردن چرخ ها در هنگام ترمز کردن،دو مزيت را بوجود مي آورند:اول اينکه خودرو زود تر متوقف مي شود و دوم اينکه مي توان خودرو را هنگام ترمز کردن نيز هدايت کرد.
در ترمز هاي ضد قفل چهار بخش اصلي وجود دارد:
? حسگر هاي سرعت
?پمپ
?سوپاپ ها
?کنترل کننده

پمپ وسوپاپ هاي ترمز ضد قفل

حسگرهاي سرعت:
سيستم ترمز ضد قفل بايد بداند چه موقع چرخ در حال قفل کردن است،حسگرهاي سرعت که در هر چرخ يا در بعضي مواقع در ديفرانسيل قرار گرفته اند اين اطلاعات را فراهم مي کنند
سوپاپ ها:
در هر لوله ي ترمز که به هر ترمز مي رود يک سوپاپ وجود دارد که با کنترل کننده کنترل مي شود،در بعضي از سيستم ها سوپاپ سه حالت دارد:
?در حالت اول سوپاپ باز است و فشار از سيلندر اصلي مستقيما به ترمز مي رسد
?در حالت دوم سوپاپ لوله ي ترمز را مي بندد و ترمز را از سيلندر اصلي جدا مي کند،اين حالت از افزايش بيش از حد فشار ترمز وقتي راننده روي پدال فشار مي آورد،جلو گيري مي کند
?در حالت سوم سوپاپ مقداري از فشار ترمز را کم مي کند
پمپ:
چون سوپاپ مي تواند فشار ترمز را کم کند بايد به طريقي اين فشار از دست رفته را جبران کرد واين کاري است که پمپ انجام مي دهد.بعد از اينکه سوپاپ فشار را در يک ترمز کم کرد پمپ دو باره فشار ايجاد مي کند
کنترل کننده:
کنترل کننده يک پردازنده است که با توجه به حسگرهاي سرعت، سوپاپ ها را کنترل مي کند.
ترمز ضد قفل هنگام عمل کردن:
انواع مختلف و الگوريتم هاي کنترل گوناگوني براي ترمز هاي ضد قفل وجود دارد.ما درباره ي طرز کار يکي از ساده ترين انواع آن توضيح مي دهيم.
کنترل کننده هميشه حسگرهاي سرعت را کنترل مي کند و به دنبال کاهش سرعت غير معمول در چرخ ها مي گردد.دقيقا قبل از اينکه چرخي قفل کند کاهش سرعت شديدي را تجربه مي کند اگر اين چرخ کنترل نشود بسيار زودتر از زماني که خودرو براي متوقف شدن نياز دارد قفل خواهد کرد.يک خودرو که با سرعت 6?مايل در ساعت حرکت مي کند درشرايط ايده آل حدود 5 ثانيه زمان لازم دارد تا بايستد اما يک چرخ در کمتر از يک ثانيه از چرخيدن مي ايستد و قفل مي کند.
کنترل کننده مي داند که يک چنين کاهش سرعتي در چرخها غيرممکن است.بنابراين در چرخي که کاهش سرعت غير معمول داشته فشار ترمز را کاهش مي دهد تا زماني که حسگر آن چرخ افزايش سرعت را ثبت کند آنگاه کنترل کننده دوباره فشار ترمز را افزايش مي دهد تا اينکه حسگر ها کاهش سرعت را گزارش کنند.کنترل کننده اين کار را بسيار سريع وقبل از آنکه تاير تغيير سرعت زيادي داشته باشد انجام مي دهد نتيجه اين است که حرکت چرخ ها با همان شدتي که از سرعت خودرو کم مي شود کند مي گردد و ترمز ها چرخ ها را نزديکي نقطه ي قفل کردن نگه مي دارند که اين به سيستم بيشترين نيروي ترمز کردن را مي دهد.
وقتي ترمز ضد قفل در حال کار کردن است شما ضربات منظمي در پدال ترمز احساس مي کنيد که به خاطر باز و بسته شدن سريع سوپاپ ها است.بعضي از ترمزهاي ضد قفل تا ?5بار در ثانيه اين کار را انجام مي دهند.
انواع ترمزهاي ضد قفل:
ترمزهاي ضد قفل طراحي هاي مختلفي دارند که به نوع ترمز به کار رفته بستگي دارد.ما به آنها بر اساس تعداد کانال ها(تعداد سوپاپ هايي که به طور جداگانه کنترل مي شوند) و تعداد حسگر هاي سرعت اشاره مي کنيم:
?ترمز ضد قفل با چهار کانال و چهار حسگر سرعت:اين بهترين طراحي است که در آن براي هر چرخ حسگر و سوپاپ جداگانه اي وجود دارد با اين روش کنترل گر هر چرخ را به طور مجزا بررسي مي کند تا به هر چرخ بيشترين نيروي اصطکاک وارد شود.
?سه کانال و سه حسگر:اين روش بيشتر در وانت ها و کاميون ها با چهار چرخ ضد قفل استفاده مي شود و در آن براي هر چرخ جلو يک حسگر و يک سوپاپ وجود دارد اما براي دو چرخ عقب فقط يک حسگر و يک سوپاپ وجود دارد.حسگر سرعت چرخ هاي عقب روي محور عقب قرار دارد.
در اين حالت براي هر چرخ جلو کنترل جداگانه وجود دارد بنابراين چرخ هاي جلو به بيشترين نيروي ترمزي مي رسند. چرخ هاي عقب قبل از فعال شدن سيستم ضد قفل، قفل مي کنند. با اين سيستم ممکن است يکي از چرخهاي عقب هنگام ترمز کردن قفل کند که نسبت به حالت چهار کاناله باعث کاهش کارايي ترمز مي شود.
?يک کانال و يک حسگر:اين سيستم در وانت ها و کاميون ها با محور عقب ضد قفل وجود دارد که يک سوپاپ براي کنترل هر دو چرخ عقب و يک حسگر سرعت واقع در محور عقب دارد
اين سيستم مشابه قسمت عقب سه کاناله عمل مي کند دو چرخ عقب با هم کنترل مي شوند و قبل از فعال شدن سيستم ضد قفل هر دو قفل مي کنند.در اين روش هم ممکن است يکي از چرخ هاي عقب هنگام ترمز کردن قفل کند که باز هم باعث کاهش کارايي ترمز مي شود.
اين سيستم به سادگي قابل تشخيص است.معمولا يک لوله ي ترمز وجود دارد که با يک اتصالT شکل به دو چرخ عقب وصل مي شود.شما مي توانيد حسگر هاي سرعت را با مشاهده ي اتصالات الکتريکي نزديک ديفرانسيل در محورعقب پيدا کنيد.

منبع:www.iran-eng.com

وبلاگ

بنيامين جعفريان — Sat, 16 Aug 2008 11:10:00 GMT

سلام

به اين وبلاگ هم نظري بندازيد

www.daneshjooyanjavan.parsiblog.com

وبلاگ

بنيامين جعفريان — Sat, 16 Aug 2008 11:02:00 GMT

سلام

اين وبلاگ رو هم يه نظر بندازيد

www.daneshjooyanjavan.parsiblog.com

موتورهاي هواي فشرده چگونه کار مي کنند؟

بنيامين جعفريان — Fri, 15 Aug 2008 20:18:00 GMT

آيا شما اين هفته در پمپ بنزين بوده ايد؟با توجه به اينکه ما در جامعه ي متحرکي زندگي مي کنيم ، به احتمال زياد جواب شما به اين سوال بله است و حتماً از روند رشد صعودي قيمت بنزين در سالهاي اخير مطلع شده ايد. مشاهده مي کنيم بنزين که مهمترين منبع سوخت در تاريخچه ي خوروهاست ، گرانتر و دست نيافتي تر شده است(تحت تأثير عوامل محيطي). اين عوامل کارخانه هاي خودرو سازي را به سمت پيشرفت و تغيير نوع سوخت خودروها هدايت مي کند ، که به دنبال آن ما از سال 2000 خودروهاي هيبريدي (Hybrid Cars) را در جاده ها مي بينيم و خودروهاييي که با سلول سوختي (Fuel-Cell-Powered) کار مي کنند نيز سه تا چهار سال آينده وارد جاده ها خواهند شد.

انتظار مي رود که موتور هواي فشرده ي e.Volution اين
خودرو را به خودرويي ايده آل براي شهرهاي آلوده تبديل کند.

با آن که قيمت بنزين در ايالات متحده هنوز به بالاترين مقدار خود نرسيده است(هر گالن 2.66 دلار در سال 1980) اما قيمت اين محصول در دو سال اخير افزايش چشم گيري داشته است به طوري که 30 درصد در سال 1999 و 20 درصد از دسامبر 1999 تا اکتبر 2000 افزايش قيمت داشته است(بر طبق گزارش دفتر آمار کار ايالات متحده).در اروپا هم قيمت بالا است ؛ بيشتر از 4 دلار در کشورهايي مثل انگليس و هلند.
اما قيمت تنها مشکل استفاده ي بنزين به عنوان منبع عمده سوخت ما نيست.بنزين به محيط زيست ما صدمه مي زند و از آنجايي که منبع تجديد پذيري ندارد ، سرانجام به پايان خواهد رسيد.
يک انتخاب ممکن خودروهايي است که با هوا نيرو مي گيرند (Air-Powered Cars) . حداقل دو پروژه ي در حال پيشرفت وجود دارد که آنها اين توانايي را به مدلهاي جديد خودروها مي دهند که با هواي فشرده حرکت کنند.در اين مقاله شما در مورد اين دو پروژه خواهيد خواند و اينکه چگونه سوخت گيري ما در آخر اين دهه تغير خواهد کرد.
موتورهاي هواي فشرده ي دو سيلندر:
در ظرف مدت دو سال آينده شما مي توانيد اولين خودر با موتور Air-Powered را در ميان شهرتان ببينيد. به احتمال زياد آن خوردرو e.Volutionخواهد بود که در بريگنولز فرانسه توسط شرکت Zero Pollution Motors در حال ساخت است .علاقه به اين خودروها در سالهاي اخير افزايش پيدا کرده است به طوري که دولت مکزيک اخيراً قرارداد خريد 40000 دستگاه e.Volution را براي جايگزيني با تاکسيهاي بنزيني و ديزلي شهر آلوده ي مکزيکو سيتي ، به امضا رسانده است.

e.Volution قادر است که 200 کيلومتر را بدون سوخت گيري مجدد بپيمايد

سازندگان e.Volution اين خودرو را به عنوان خودرويي بدون آلودگي يا با آلودگي کم به فروش مي رسانند اگرچه هنوز بحثهايي راجع به اينکه اثرات محيطي اين خودرو چه خواهد بود وجود دارد.سازندگان مدعي هستند که چون ابن خودرو با هواي فشرده کار مي کند بنابراين دوست محيط زيست تلقي مي شود.منتقدان اين ايده معتقدند که اين خودروها تنها آلودگي را از اگزوز خودروها به جاي ديگري منتقل مي کند، مثل موتورهاي الکتريکي . اين خودروها براي فشرده کردن هوا در مخزن ، نيازمند نيروي الکتريکي هستند و نيروي الکتريکي نيز نيازمند سوختهاي فسيلي است.
e.volution با يک موتور دو سيلندر هوا ي فشرده کار مي کند که داراي ايده اي منحصر به فرد است.اين موتور مي تواند هم با هواي فشرده کار کند ويا به عنوان يک موتور درون سوزعمل کند.هواي فشرده در مخزني که از فيبر کربن يا شيشه ساخته شده ، تحت فشار (psi) 4351ذخيره شده است. اين هواي فشرده توسط انژکتورهاي هوا به درون موتور تزريق شده و به اتاقکي که محل انبساط هوا است جاري مي شود.هوا پيستونها را به پايين مي راند و پيستونها نيز ميلّنگ را به حرکت در مي آورند که در نتيجه نيرو به وسيله ي نقليه منتقل مي شود.

در اينجا خروخي موتور e.Volution ديده مي شود که هيچ آلودگي نخواهد داشت

Zero Pollution Motors همچنين بر روي موتورهاي هيبريدي خود که مي توانند با سوختهاي سنتي در ترکيب با هوا عمل کنند ، کار مي کند.تغيير نوع انرژي توسط يک دستگاه الکترونيکي انجام مي شود.زماني که خودرو در سرعتي زير Km/h 60 حرکت مي کند اين موتور با هوا کار مي کند.در سرعتهاي بالاتر موتور با سوخت هايي از قبيل بنزين ، گازوئيل يا گاز طبيعي کار مي کند.
تانکرهاي سوخت در قسمت زيرين خودرو قرار گرفته اند که مي توانند حدود 79 گالن (300 ليتر) هوا را نگهداري کنند که اين هواي فشرده مي تواند e.Volution را براي طي مسافت 124 مايل (200 کيلومتر) با حد اکثر سرعتي معادل 60 مايل در ساعت (Km/h 96.5 ) تغذيه کند.وقتي که مخزن شما در حال خالي شدن است ، کافيست که شما در نزديکترين جايگاه پمپ هوا کنار بزنيد . استفاده از منبع الکتريکي خانگي براي دوباره پر کردن مخزن هاي هوا در حدود 4 ساعت وقت مي گيرد ، اگرچه با استفاده از پمپهاي فشار بالا مي توان اين زمان را به 3 دقيقه کاهش داد.
موتور اين خودرو تنها نيازمند 0.8 ليتر روغن بوده که راننده بايد در هر 31000 مايل (50000 کيلومتر) ان را تعويض کند.اين خودرو به يک جعبه دنده ي اتوماتيک مجهز خواهد شد، با محرک عقب (rwd) و سيستم فرمان دنده شانه اي (Rock and Pinion) .فاصله ي بين محور جلو و عقب 2.89 متر ، وزن حدود 700 کيلو گرم (1.543 پوند) ، طول حدود 3.81 متر ، ارتفاع 1.74 متر و عرض 1.71 متر خواهد بود.
نخستين نمايش عمومي e.Volution در نمايشگاه اتومبيل افريقاي جنوبي (Auto Africa Expo 2000) در سال 2000 بود. Zero Pollution وعده داد که اين خودرو در سال 2002 در افريقاي جنوبي به فروش برسد اما درباره ي زمان در دسترس بودن اين خودرو در بقيه نقاط دنيا چيزي اعلام نکرد.

موتور گرمايي برودتي (Cryogenic Heat Engine):
نوع ديگري از خودروهايي که از هوا نيرو مي گيرند توسط پژوهشگران دانشگاه واشينگتن در حال پيشرفت است که از ايده ي موتور بخار استفاده مي کند با اين تفاوت که احتراقي وجود ندارد. پژوهشگران دانشگاه واشينگتن از نيتروژن مايع به عنوان سوخت نمونه ي اوليه ي LN2000 استفاده مي کنند.آنها از نيتروژن بدليل فراواني آن در اتمسفر- نيتروژن بيشتر از 78 درصد از اتمسفر را تشکيل مي دهد- و قابل دسترسي بودن نيتروژن مايع استفاده مي کنند .موتور LN2000 از پنج قسمت زير تشکيل مي شود :
· مخزن 24 گالني استيل
· پمپ که نيتروژن مايع را به پيش گرمکن منتقل مي کند
· پيشگرمکن که نيتروژن مايع را به وسيله ي هواي گرم اگزوز ، گرم مي کند
· مبدل حرارتي که نيتروژن مايع را به جوش آورده و گاز فشار بالا را مي سازد
· منبع انبساط که انرژي نيتروژن را به يک نيروي قابل استفاده تبديل مي کند
نيتروژن مايع که در دماي 196- درجه ي سانتيگراد (320- درجه ي فارنهايت) نگهداري مي شود ، توسط مبدل حرارتي تبخير شده ؛ مبدل حرارتي قلب موتور برودتي LN2000 به حساب مي آيد .هوايي که در اطراف خودرو جريان دارد براي گرم کردن ودر نهايت به جوش آمدن هيدروژن مايع استفاده مي شود در نتيجه نيتروژن مايع به گاز تبديل مي گردد ، شبيه تبديل شدن آب به بخار در موتور بخار.
گاز نيتروژني که در درون منبع انبساط مبدل حرارتي شکل مي گيرد ، حدود 700 بار حجيمتر از حالت مايع خود است.اين فشار بالاي تنظيم شده ي گاز، به درون منبع انبساط تزريق مي شود ، جايي که نيروي گاز نيتروژن با راندن پيستون به نيروي مکانيکي تبديل مي شود. تنها خروجي موتور نيتروژن است و از آنجايي که بخش عظيمي از اتمسفر را اين گاز تشکيل داده است در نتيجه موتور ، آلودگي بسيار کمي خواهد داشت.اگر چه اين خودرو آلودگي را تا آنجا که شما تصور مي کنيد کم نخواهد کرد. با اينکه خودرو هيچ آلودگي اي خارج نمي کند ، آلودگي ممکن است به جاي ديگري منتقل شده باشد. LN2000 نيز مانند e.Volution براي فشرده کردن هوا به الکتريسيته احتياج دارد ، که استفاده از الکتريسيته يعني ايجاد آلودگي در جايي ديگر.
مقداري از گرماي باز مانده ي خروجي موتور ، به درون پيشگرمکن موتور باز گردانده مي شود تا نيتروژن را قبل از ورود به مبدل حرارتي ، مقداري گرم کند و باعث افزايش راندمان شود . دو فن هم که در قسمت عقب خودرو قرار دارند ، هوا را از ميان مبدل گرمايي مي کشند تا باعث سهولت تبادل گرمايي نيتروژن مايع شوند.
پژوهشگران دانشگاه واشينگتن طرح اوليه و خام خودرو خود را با استفاده از ايده ي خودرو Grumman-Olson Kubvan (1984) پيشرفت داده اند.اين خودرو از يک موتور 5 سيلندر شعاعي که 15 اسب بخار نيرو توليد و با نيتروژن مايع کار مي کند ، تشکيل شده . گيربکس آن نيز از نوع 5 دنده ي دستي مي باشد . در حال حاضر اين خودرو قادر است مسافت 2 مايل (3.2 کيلومتر) را با يک مخزن پر از نيتروژن مايع بپيمايد و حداکثر سرعت آن نيز mph 22 (kmph 35.4) مي باشد.از آنجايي که نيتروژن مايع باعث سبکتر شدن خودرو مي شود ، پژوهشگران LN2000 معتقدند که يک مخزن 60 گالني (227 ليتر) ، پتانسيل پيمايش 200 مايل (321.8 کيلومتر) را به اين خودرو مي دهد.
با سير صعودي قيمت سوخت هاي فسيلي ، مانند دو سال گذشته ، شايد زمان زيادي باقي نمانده باشد که رانندگان به خودروهايي تمايل پيدا کنند که با سوختهاي ديگري کار بکند. اگرچه خودروهايي که با هوا کار مي کنند هنوز وابسته به شريک بنزيني خود هستند اما وقتي که کارايي اين خودروها به قدرت رسيد ، کمي قيمت آنها و دوستي آنها با محيط زيست ، آنها را جذاب آينده ي حمل و نقل جاده ها مي سازد.

منبع:iran-eng.com

__________________

نانو(3)

بنيامين جعفريان — Sun, 13 Apr 2008 18:33:00 GMT

در علوم نانو و فناوري نانو، مدلسازي نقش محوري را بر عهده دارد، بويژه وقتي که بخواهيم عملکرد ماکروسکوپي مواد را از طريق طراحي در مقياس اتمي و مولکولي کنترل کنيم، آن هم در شرايطي که درجات آزادي زياد باشد. مدلسازي رياضي يک ضرورت در اين فضاي مه آلود است. تفسير داده‌هاي آزمايشگاهي يک ضروت حتمي است. همچنين براي هدايت، تفسير، بهينه سازي، توجيه رفتارهاي آزمايشگاهي، مدلسازي رياضي ضرورت مي‌يابد.

يک مدل مؤثر، راه رسيدن به توليدات جديد، درک جديد رفتارشناسي، را کوتاه مي‌کند و تصحيح گر هوشمندي است که از نتايج گذشته درس مي‌گيرد.
مدلسازي نه تنها ويژگي منحصر به فرد رياضيات است بلکه پلي بسوي فرهنگهاي مختلف علمي است.

تئوري در هر مرحله از توسعه علم، نقش محوري دارد، ارزيابي حساسيت مدل به شرايط پروسه‌هاي فيزيکي ، و حصول اطمينان از اينکه معادلات و الگوريتمهاي محاسباتي با شرايط کنترل آزمايشگاهي سازگارند، از چالشهاي مهم است. تئوري نهايتاً بسوي تعريف نتايج و درک فيزيکي سيستم، ميل خواهد کرد و اغلب اوقات رياضيات جديدي لازم نيست تا به منظور رسيدن به درک رفتار، ساخته شود.

عبور از تئوريهاي موجود ارزشمند است و اغلب نيز اتفاق مي‌افتد. زماني مدلها، مشابه سيستم‌هاي شناخته شده هستند که دقت رياضي بالايي را داشته باشند اما در جهان شگفت ‌انگيز نانو، مدلهاي مختلف و جديد، چالشهاي جدي را در دانش رياضيات پديد مي‌آورند. تئوريهاي جديد در مقياسهاي زماني غير قابل پيش‌گوئي اتفاق مي‌افتند و تئوريهاي قدرتمند در قالبهاي عميق شکل مي‌گيرند. ميان‌برهاي اساسي لازم است تا شبيه‌سازي صورت گيرد:

طراحي در مقياس اتمي و مولکولي، کنترل و بهينه سازي عملکرد مواد و ابزار آلات، و کارآيي شبيه‌سازي رفتار طبيعي، از مهمترين چالشها است. اين چالش‌ها نويد دهنده برهم کنشهاي کامل ميان حوزه‌هاي مختلف رياضي خواهد بود.
آثار اجتماعي اين چالش‌ها زياد و متنوع خواهد بود.
منافع حاصل از مشغوليت رياضيدانان فعال، توازن با چالشهاي اصلي در زمينه رشد زيرساختهاي رياضيات، تغييرات در ساختار آموزش رياضيات، از جمله آثار ورود رياضيات به دنياي شگفت انگيز نانو خواهد بود.
جامعه رياضي مي‌بايستي اصلاح شود: تئوريهاي بنيادين، رياضيات ميان رشته‌اي و رياضيات محاسباتي و آموزش رياضيات.
رياضيات چه حوزه‌هايي را در بر خواهد گرفت؟ الگوريتمهاي اصلي در حوزه‌هاي رياضيات کاربردي و محاسباتي، علوم کامپيوتر، فيزيک آماري، نقش مرکزي و ميان بر ساز را در حوزه نانو بر عهده خواهند داشت.

براي روشن شدن موضوع برخي از اثرات رياضيات را در فرهنگ نانو بررسي مي‌کنيم:

روشهاي انتگرال گيري سريع و چند قطبي سريع: اساسي و الزامي به منظور طراحي کدهاي مدار (White, Aluru, Senturia) و انتگرال گيري به روش Ewala در کد نويسي در حوزه‌هاي شيمي کوانتوم و شيمي مولکولي (Darden 1999)
روشهاي« تجزيه حوزه»، مورد استفاده در شبيه‌سازي گسترش فيلم تا رسيدن به وضوح نانوئي لايه‌هاي پيشرو مولکولي با مکانيک سيالات پيوسته در مقياسهاي ماکروسکوپيک (Hadjiconstantinou)
تسريع روشهاي شبيه سازي ديناميک مولکولي (Voter 1997)
روشهاي بهبود مش‌بندي تطبيق پذير: کليد روشهاي شبيه پيوسته که ترکيب کننده مقياسهاي ماکروئي، مزوئي، اتمي ومدلهاي مکانيک کوانتوم از طريق يک ابزار محاسباتي است (Tadmor, Philips, Ortiz)
روشهاي پيگردي فصل مشترک: نظير روش نشاندن مرحله‌اي Sethian, Osher که در کدهاي قلم زني و رسوب‌گيري جهت طراحي شبه رساناها مؤثرند (Adalsteinsson, Sethian) و نيز در کدگذاري به منظور رشد هم بافت ها (Caflisch)
روشهاي حداقل کردن انرژي هم بسته با روشهاي بهينه سازي غير خطي (الماني کليدي براي کد کردن پروتيئن‌ها) (Pierce& Giles)
روشهاي کنترل (مؤثر در مدلسازي رشد لايه نازک‌ها (Caflisch))
روشهاي چند شبکه‌بندي که امروزه در محاسبات ساختار الکتروني و سيالات ماکرومولکولي چند مقياسي بکار گرفته شده است.
روشهاي ساختار الکتروني پيشرفته ، به منظور هدايت پژوهشها به سمت ابر مولکولها (Lee & Head – Gordon)

نانو چيست (2)؟

بنيامين جعفريان — Sat, 12 Apr 2008 20:23:00 GMT

آشنايي اجمالي با فناوري نانو :

تعاريف مختلف :

فناوري نانو عبارت است از هنر دستكاري مواد در مقياس اتمي يا مولكولي و به خصوص ساخت قطعات و لوازم ميكروسكوپي (مانند روبات‌هاي ميکروسکوپي)
فناوري نانو، توانمندي توليد مواد، ابزار و سيستم هاي جديد با درست گرفتن کنترل در سطوح مولکولي و اتمي واستفاده از خواص آنها است که در آن سطوح ظاهر مي شود . فناوري نانو يک رشته جديد نيست، بلکه رويکردي جديد در تمام رشتـه هاست .
فناري نانو فناوري است كه بر پايه دستكاري تك‌تك اتم‌ها و مولكول‌ها استوار است بدين منظور كه بتوان ساختاري پيچيده را با خصوصيات اتمي توليد كرد.

برخي اهداف فناوري نانو :

1- توسعه فناوري و تحقيقات در سطوح اتمي ، مولکولي و يا ماکرو مولکولي در مقياس اندازه هاي 1 تا 100 نانومتر.

2- خلق و استفاده از ساختارها ، ابزار و سيستمهايي که به خاطر اندازه کوچک آنها ، خواص و عملکرد جديدي دارند.

3- توانايي کنترل يا دستکاري درسطوح اتمي .

اهميت نانو ابعاد:

دلايل زيادي براي اهميت نانو ابعاد وجود دارد ، که بعضي از آنها به شرح زير است :

1- خصوصيات مواد در اندازه هاي نانو متري دچار تغييراتي مي شود و با طراحي مواد نانو متري تغيير در خصوصيات ماکروسکوپيک و ميکروسکوپيک ماده مانند رنگ ، خواص مغناطيسي، دماي ذوب و ... بدون تغيير ترکيبات شيميايي آن ممکن مي شود .

2- از جمله خصوصيت مواد بيولوژيکي و زنده، سازماندهي منظم آنها در ابعاد نانومتري است و توسعه در زمينه نانو فناوري به ما اجازه خواهد داد که چيزهاي نانو ابعادي ساخت بشر را در داخل سلولهاي زنده قرار دهيم . همچنين اين کار باعث خواهد شد که با استفاده از خود چيني طبيعت بتوانيم مواد جديدي بسازيم . مطمئناً اين کار باعث ايجاد ترکيبات بيولوژي با علم مواد خواهد شد .

3- ترکيبات نانو متري داراي نسبت سطح به حجم بسيار زيادي هستند ( حجم کمي دارند اما سطح زيادي را پوشش مي دهند ) و لذا استفاده از آنها در مواد کامپوزيتي دارو رساني در بدن و ذخيره انرژي به شکل شيميايي ( مانند گاز طبيعي و هيدروژن ) بسيار ايده آل خواهد بود .

4- سيستم هاي ماکروسکوپيک ساخته شده ازنانو ساختارها مي توانند چگالي بسيار بيشتري نسبت به مواد ساخته شده از ميکروساختارها داشته باشند و همچنين هدايت الکتريکي بهتري دارند . با استفاده ازبرهمکنش نانو ساختارها مفاهيم جديدي در ابزارهاي الکترونيکي، مانند مدارهاي کوچکتر و سريعتر، کارايي بسيار پيشرفته تر و مصرف برق بسيار کمتر پديد مي آيد .

تفاوت فناوري نانو با فناوري ديگر

در فناوري نانو تنها کوچک بودن اندازه مد نظر نيست بلکه زماني که اندازه مواد در اين مقياس قرار مي گيرد، خصوصيات ذاتي آنها از جمله رنگ ، استحکام، مقاومت در برابر خوردگي و ... تغيير مي يابد .

در واقع اگر بخواهيم تفاوت اين فناوري را با فناوري هاي ديگر بيان نماييم ، مي توانيم وجود " عناصر پايه " را به عنوان يک معيار ذکر کنيم .

عناصر پايه در حقيقت همان عناصر نانو مقياسي هستند که خواص آنها در حالت نانو مقياس با خواص شان در مقياس بزرگتر فرق مي کند .

عناصر پايه:

1- نانو ذرات

اولين و مهمترين عنصر پايه، نانو ذره است . منظور از نانو ذره، ذراتي با ابعادي درحدود 1 تا 100 نانو متر و در هر سه بعد مي باشد . نانو ذرات مي توانند از مواد مختلفي تشکيل شوند، مانند نانو ذرات فلزي، سراميکي و ...

2- نانو لوله هاي کربني

اين عنصر پايه در سال 1991 توسط دانشمندان ژاپني کشف شد و در حقيقت لوله هايي از جنس گرافيت مي باشند . اين نانو لوله ها داراي اشکال و اندازه هاي مختلفي هستند ومي توانند تک ديواره يا چند ديواره باشند . اين لوله خواص بسيار جالبي دارند که منجر با ايجاد کاربردهاي قابل توجهي از آنها مي شوند .

3- نانو کپسولها

1- سومين عنصر پايه، نانوکپسول است . همان طوري که از اسم آن مشخص است ،کپسول هايي هستند که قطر نانومتري دارند و مي توان مواد مورد نظر را درون آنها قرار داد و کپسوله کرد .

شاخه هاي فناوري نانو :

فناوري نانو منحصر به يک رشته خاص نيست، بلکه رشته اي ميان رشته اي است يعني به علوم مختلف وابسته است و با استفاده از پيشرفتهاي علوم مختلف مي توان به پيشرفتهاي فناوري نانو دست يافت. بنابراين کاربردهاي متفاوتـي را مي توان براي اين فناوري متصور شد. مانند کاربردهاي الکترونيکي پزشکي، زيستي و ... که از نظر رشته اي ارتباط خاصي با يکديگر ندارند . لذا ممکن است فناوري نانو رشته اي کاملاً گسسته به نظر آيد که موضوعات آن هيچ ارتباطي با هم ندارند.

برخي محققين فناوري نانو، اين حوزه را به سه رشته تقسيم بندي مي کنند که عبارتند از :

· نانو فناوري مرطوب

· نانو فناوري خشک

· نانو فناوري محاسباتي

نانو فناوري مرطوب :

اين شاخه به مطالعه سيستم هاي زنده اي مي پردازد که اساساً در محيط هاي آبي وجود دارند . دراين شاخه ساختمان مواد ژنتيکي، غشاء ها و ساير ترکيبات سلولي در مقياس نانو متر مورد مطالعه قرار مي گيرند . پژوهشـگران موفـق شده اند ساختارهاي زيستي فراواني توليد کنند که بتوان نحوه عملکرد آنها را در مقياس نانويي کنترل کرد . اين شاخه در برگيرنده علوم پزشکي، دارويي و به طور کلي علوم و روشهاي مرتبط با زيست فناوري است .

نانو فناوري خشک:

اين شاخه ، از علوم پايه مانند شيمي و فيزيک مشتق مي شود و به مطالعه ساختارهاي مواد از قبيل کربن ، سيليکون و مواد غير آلي و فلزي مي پردازد . نکته قابل توجه اين است که الکترونهاي آزاد که در فناوري مرطوب موجب انتقال مواد و انجام واکنشها مي شوند ،در فناوري خشک خصوصيات فيزيکي ماده را پديد مي آورند . در نانو فناوري خشک کاربرد مواد نانويي در الکترونيک، مغناطيس و ابزارهاي نوري مورد مطالعه قرار مي گيرد. براي مثال طراحي و ساختن ميکروسکوپ هايي که بتوان با استفاده از آنها مواد را در ابعاد نانو متر مورد مطالعه قرار داد .

نانوفناوري محاسباتي:

در بسياري ازمواقع ابزار آزمايشگاهي موجود براي انجام برخي از آزمايشهاي نانومتريک مناسب نيستند و لذا در مواردي چنين، از رايانه ها براي شبيه سازي فرآيندها و واکنش هاي اتم ها و مولکول ها استفاده مي شود . شناختي که به وسيله محاسبه به دست مي آيد، باعث مي شود که زمان لازم براي پيشرفت نانو فناوري خشک بطور محسوسي کاهش يابد والبته تاثير مهمي در نانو فناوري مرطوب نيز خواهد داشت .

روش هاي ساخت در فناوري نانو:

اصولا در فناوري نانو دو روش براي ساخت محصولات نانويي وجود دارد :

الف : روش پايين به بالا:

منظور از پايين به بالا ،چينش اتم به اتم، مولکول به مولکول از يک ماده کنار هم بطور دلخواه جهت ايجاد و ساخت مواد جديد نانومتري است . در اين روش که خود شامل شيوه هاي مختلف توليد است، مواد جديد با چينش اتمي خاص و منحصر بفرد مي توانند ساخته شوند .

ب : روش بالا به پايين:

در اين روش براي رسيدن به نانو مواد، بايد ذرات وترکيبات بزرگتر ماده را با استفاده از روش هاي متداول مانند خرد کردن در چند مرحله به مواد در مقياس نانومتري تبديل کنيم .

دانشمندان براي ساخت انبوه محصولات نانويي به دنبال يافتن روش هايي هستند که بتوانند بصورت خود به خودي يا خود تکثيري، خود چيني و غيره مواد نانو متري را توليد کند .

خود چيني:

خود چيني عبارتست ازجذب اتم ها و مولکولهاي مواد بطور هوشمندانه توسط خود آنها و بصورت خود به خودي به منظور ايجاد ساختار به هم پيوسته و منظم .

فناوري نانو چيست؟

بنيامين جعفريان — Wed, 09 Apr 2008 14:46:00 GMT

فناوري نانو چيست؟

از اهداف مهم فناوري نانو ــ و شايد مهم‌ترين آنها ــ به وجود آوردن ساختارهايي از مواد است كه در آنها آرايش مولكول‌ها از پيش طراحي شده باشد. روش‌هاي مرسوم توليد، مثل روش ذوب فلزات و سرد كردن آنها در قالب، چنين امكاني را فراهم نمي‌كنند. پس چگونه مي‌توان چنين ساختارهايي را به وجود آورد؟ اين مقاله مي‌خواهد به همين سؤال پاسخ بگويد.

فرض كنيد تعدادي آجر خانه‌سازي داريد و مي‌خواهيد با آن چيزي ــ بهتر است بگوييم «ساختاري» ــ مانند شكل 1 بسازيد.

شكل 1

چگونه اين كار را انجام مي‌دهيد؟ احتمالاً روش شما هم با ما يكي است: چهار آجر دو در دو را كنار هم مي‌گذاريد و بعد چهار آجر دو در دوي ديگر را به صورت عمودي به آنها متصل مي‌كنيدتا ساختار مورد نظر شكل بگيرد.

بسيار خوب، حالا فرض كنيد كه وقتي آجرهاي خانه‌سازي را از فروشگاه مي‌خريد، آنها به شكل يك مكعب بزرگِ پيش‌ساخته مثل شكل دو باشند.

شكل 2

حالا اگر بخواهيم به شكل يك برسيم چه كنيم؟ اجازه دهيد جواب را ما به روش خودمان بدهيم: آجرهاي اضافيِ مكعب بزرگ را حذف كنيد تا شكل يك كم‌كم خودش را نشان بدهد. (مثل شكل 3)

شكل 3

در روش اول با استفاده از قطعات كوچك يك قطعة بزرگتر ساختيم. به اين روش، «ساختن از پايين به بالا» مي‌گوييم. در روش دوم قطعات زائدِ يك قطعة بزرگ را حذف كرديم تا به ساختار مورد نظر برسيم. به اين روش، «ساختن از بالا به پايين» مي‌گوييم.

حالا فرض كنيد يك ساختار جديد براي ساختن پيشنهاد شود، مثل شكل 4.

شكل 4

سؤال: از كدام روش براي ساختن اين ساختار استفاده كنيم؟ نظر شما چيست؟

اوضاع كمي پيچيده شد، اما غم به خود راه ندهيد! اين مقاله براي ساده كردن همين پيچدگي نوشته شده است. يكي از عوامل تعيين‌كنندة جواب، اين است كه ماده‌ي اوليه‌ي ما به چه شكل است؟ اگر مادة دمِ دست ما تعدادي قطعه‌ي كوچك و ريز باشد، از روش پايين به بالا استفاده مي‌كنيم؛ اگر مادة اوليه يك قطعه‌ي بزرگ باشد، از روش بالا به پايين استفاده مي‌كنيم. در عين حال، ممكن است هر دو روش هم به كار رود. مثلاً اگر ماده‌ي اوليه براي ساختن شكل پنج به صورت مكعب بزرگي با آجرهاي دو در چهار، يعني همان شكل دو باشد، نمي‌توان با حذف بعضي آجرها مستقيماً به ساختار نهايي رسيد. در اين حالت، مي‌توانيم آجرهاي بالا و پايين ساختار شكل چهار را برداريم (ساختن از بالا به پايين) و بعد دو آجر دودردوي مورد نياز را به جاي آنها متصل كنيم. ( ساختن از پايين به بالا)

شكل 5

در صنعت هم از هر دو روش با هم استفاده مي‌شود. به مثال‌هاي زير توجه كنيد:

o يك نجار مي‌خواهد مجسمه‌اي چوبي بسازد. او يك قطعه‌ي بزرگ چوب را برمي‌دارد و با رنده و سوهان آن را مي‌تراشد و پرداخت مي‌كند تا مجسمه ساخته شود. اين كدام روش است؟

o نجار مي‌خواهد يك صندلي بسازد. او پايه‌هاي ميز و قطعات مربوط به تكيه‌گاه صندلي را جداگانه مي‌سازد و بعد آنها را به هم متصل مي‌كند. اين كدام روش است؟

حالا به نانوفناوري فكر كنيد: به نظر شما كدام روش ساختن در نانوفناوري كاربرد دارد؟

تا چند سال پيش، راه دست‌كاري و جابه‌جا كردن تك‌مولكول‌ها و ساختارهاي نانويي يك‌طرفه بود. يعني براي ساختن چيزها در مقياس كوچك، مي‌بايست يك قطعه‌ي بزرگ‌تر را با تراشيدن و خرد كردن يا حل كردن بخش‌هاي اضافي با اسيد و… آن‌قدر كوچك مي‌كرديم تا به قطعه‌ي نهايي برسيم. به عيارت ديگر، روش‌ توليد ساختارهاي كوچك، از نوع بالا به پايين بود.

در چند سال اخير فنوني ابداع شده‌اند كه اجازه مي‌دهند مولكول‌ها يا ذرات نانويي را جابه‌جا و آنها را به هم متصل كنيم. مثل جابه‌جا كردن ذرات نانويي با ميكروسكوپ نيروي اتمي (AFM) يا فنون ساختن نانولوله‌هاي كربني. اين فوت و فن‌ها در مجموع روش ساختن از پايين به بالا هستند.

فنون گفته‌شده در بالا، براي ساختن محصولاتي كه بسيار كوچك‌اند مناسب به نظر مي‌رسند، اما اگر بخواهيم يك ديوار چندسانتي‌متريِ يكدست را به اين روش بسازيم، چند ده سال طول مي‌كشد تا مولكول‌ها را تك‌تك كنار هم بچينيم و ديوار مورد نظر را بسازيم. در عين حال، اگر بخواهيم ديوار را با استفاده از مواد موجود، مانند فلزات و سنگ‌هاي ساختماني، بسازييم، ديوار يكدست و منظم نخواهد بود. (مقاله‌ي نانوفناوري چيست؟، ساختار مواد و عيوب كريستالي را ببينيد.) پس چه كار كنيم؟

پيدا كردن فنون توليد مناسب در نانوفناوري موضوعي است كه در چند سال اخير به‌شدت مورد توجه محققان و دانشمندان بوده است. در واقع، در نانوفناوري هم از روش‌ ساختن از بالا به پايين استفاده مي‌شود (به كمك فنوني مانند ليتوگرافي و آسياب كردن ذرات) و هم از روش ساختن از پايين به بالا (به كمك فنوني مانند خودآرايي يا رسوب‌دهي بخار). منتظر مقاله‌هاي بعدي باشگاه نانو در اين موضوع باشيد.

منبع : www.nanoclub.ir

ابداع يک سيستم دارورساني جديد در ابعاد ميکرومتر

بنيامين جعفريان — Sat, 05 Apr 2008 11:20:00 GMT

يک گروه تحقيقاتي در موسسه فناوري ماساچوست (MIT) به سرپرستي پروفسور پولا هاموند، استاد مهندسي شيمي، پوشش نازکي را طراحي کرده اند که مي تواند در صورت کاشته شدن در داخل بدن انسان (implant) دوزهاي معيني از دارو را به محل اثر آن برساند و همانند يک ميکرودارو عمل نمايد. ويژگي جديد اين سيستم آن است که مي توان اين پوشش را با امواج حاصل از فعاليت يک ميدان الکتريکي باز نمود و دارو را آزاد کرد.

اين پوشش معمولا در حدود nm 150 ضخامت دارد و مي تواند در مناطق ويژه اي از بدن کاشته شود. اين پوشش ها از لايه هايي تکرار شونده از جنس دو ماده ساخته شده اند: يک رنگدانه با بار منفي و يک مولکول دارويي با بار مثبت و يا يک مولکول دارويي خنثي که در پوششي از يک مولکول با بار مثبت قرار گرفته است.

مولکول رنگدانه مورد استفاده که در اين مورد Prussian Blue مي باشد (مولکولي مشتق از فريک فروسيانيد با رنگ آبي تيره که مورد تاييد FDA است)، مولکول دارويي را در بر مي گيرد و دارو را در محل اثرش به موقع آزاد مي کند. اين فرآيند زماني رخ مي دهد که يک پتانسيل الکتريکي با اين پوشش نازک برخورد مي کند و موجب مي شود که مولکول رنگدانه ي Prussian Blue بار منفي خود را از دست بدهد و پوشش نازک باز گردد و در نتيجه دارو آزاد شود. پس بنا بر اين ميزان داروي فرستاده شده و زمان رسيدن آن به محل اثر در اين روش به وسيله برقراري ولتاژ الکتريکي و يا قطع آن دقيقاً قابل کنترل مي باشد.

اين پوشش ها مي توانند بسته هاي مجزايي از داروها را با خود حمل نمايند و به صورت جداگانه آزاد کنند که اين ويژگي مي تواند در شيمي درماني بيماران سرطاني سودمند باشد و به همين جهت اکنون مورد مطالعه اين گروه تحقيقاتي قرار گرفته است.

از آن جايي که اين پوشش ها لايه لايه ساخته مي شوند، مي توان به آساني ساختار آنها را مشخص کرد . هم چنين اين پوشش ها مي توانند بر روي هر سطحي با هر اندازه و شکلي قرار بگيرند و انعطاف پذيري بيشتري را نسبت به سيستم هاي قبلي که تاکنون با اين اندازه طراحي شده اند، نشان مي دهند. يک مزيت ديگر اين پوشش ها آن است که به راحتي مي توان آنها را با استفاده از انواع تکنيک ها در مقياس انبوه (صنعتي) توليد نمود.

اين پوشش هاي نازک احتمالاً مي توانند براي انتقال داروها در بيماري هاي سرطان، ديابت، صرع و غيره به کار گرفته شوند و نيز امکان دارد بتوان به کمک اين پوشش هاي نازک، سيستم هايي را طراحي کرد که دارو را به صورت خودکار در مکان و زمان مورد نياز آزاد نمايد. نتايج کار اين گروه تحقيقاتي در قالب مقاله اي، در شماره ي 11 فوريه نشريه پيشرفت هاي علمي آکادمي ملي علوم، به چاپ رسيده است.

منبع:http://nano.ir/news-home.php