مطالعه‌ رفتار رئولوژیکی سوسپانسیون‌های نانوذرات الماس

ايسنا/ محقق ايراني با همکاري پژوهشگران دانشگاه ايالتي کاروليناي شمالي در طرحي تحقيقاتي به مطالعه‌ي رفتار رئولوژيکي سوسپانسيون‌هاي نانوذرات الماس در محيط‌هاي غير قطبي پرداختند. نتايج اين تحقيقات گامي در جهت شناخت بهتر رفتار اين نانوذرات در ساخت نانوکامپوزيت‌هاي پليمري است. نانوذرات الماس، گروهي از نانوذرات کربني هستند که خواص فيزيکي، مکانيکي، حرارتي و زيست سازگاري بسيار خوبي دارند. ويژگي‌هاي برتر نانو ذرات الماس دليلي بر کاربردهاي مختلف آن‌ها به صورت منفرد و يا ترکيبي با مواد ديگر از جمله پليمرها در زمينه‌هاي مختلفي نظير مهندسي پزشکي است. با اين حال در خصوص خواص رئولوژيکي سوسپانسيون آن‌ها اطلاعات کمي در دست است. دکتر اکبر شجاعي با اشاره به هدف اين تحقيقات عنوان کرد: «در اين طرح سعي شده تا با استفاده از آزمون‌هاي رئولوژيکي، نحوه‌ي تشکيل ساختارهاي سه بعدي و ژل گونه‌ي نانوذرات در روغن معدني مورد بررسي قرار گيرد. بر اين اساس نحوه‌ي توزيع و پراکنش نانوذرات الماس و چگونگي برهم‌کنش آن با روغن بررسي و تشکيل سوسپانسيون ژل گونه‌ي اين نانوذرات در چنين محيط‌هايي مشخص شده است.» روغن معدني به عنوان يک مدل از محيط‌هاي غير قطبي در نظر گرفته شده است. لذا نتايج آن را مي‌توان به عنوان مبنايي براي تهيه سيستم‌هاي نانوکامپوزيت پليمري نيز تعميم داد. بر اساس نتايج به دست آمده ، نانوذرات الماس در محيط‌هاي غير قطبي تمايل زيادي به تشکيل فولوک (کلوخه‌هايي متشکل از چند خوشه) از طريق برهم‌کنش‌هاي واندروالسي و هيدروژني بين ذرات دارند. اما اصلاح سطحي اين نانوذرات با ترکيبات سيلاني باعث کاهش يا حذف اين نيروها شده و نهايتاً منجر به توليد يک سوسپانسيون يکنواخت و پايدار مي‌گردد. اين محقق در ادامه افزود: «مهم‌ترين روش توليد اين نانوذرات، روش انفجاري است. اين روش منجر به توليد ذرات خوشه‌اي مرکب از تک ذرات 5 نانومتري مي‌شود. در راستاي بررسي‌هاي مدنظر، ابتدا نانوذرات الماس تحت اصلاح شيميايي به روش اکسيداسيون محيطي و اصلاح با ترکيبات سيلاني قرار گرفت. سپس درصدهاي مختلف نانوذرات اصلاح نشده و نيز ذرات سيلاني شده، با استفاده از همزن‌هاي مکانيکي با روغن معدني مخلوط شد. سپس آزمون‌هاي رئولوژيکي تحت شرايط مختلف براي تعيين مدول الاستيک و مدول اتلافي آن انجام شد.» به گفته‌ شجاعي، سطح نانوذرات الماس با گروه‌هاي شيميايي زيادي مثل گروه‌هاي کربوکسيل، هيدروکسيل، استر، اتر و لاکتون‌ها پوشيده مي شود. اين گروه‌ها به طور طبيعي در مرحله‌ي توليد نانو ذرات الماس ايجاد مي‌گردند. اين سطح فعال شيميايي به عنوان يک مزيت در اصلاح سطحي اين نانو‌ذره به شماره مي‌رود. اما همين موضوع باعث مي‌شود تا تک ذرات نانو الماس تمايل زيادي به تشکيل خوشه‌هاي بزرگتر داشته باشند. براي رفع اين مشکل مي‌توان سطح نانوذرات را با ترکيبات سيلاني اصلاح نمود و به سوسپانسيون‌هاي پايدار دست يافت. اين تحقيقات حاصل همکاري دکتر اکبر شجاعي- عضو هيأت علمي دانشگاه صنعتي شريف - و همکاران از دانشگاه ايالتي کاروليناي شمالي است که نتايج آن در مجله‌ Journal of Rheology (جلد 58، شماره 5، سال 2014، صفحات 1599 تا 1614) منتشر شده است.