Blog

Elektron Yaklaşımı 
Elektron Yaklaşımı  Bu yöntem bugün neredeyse her son teknoloji ürünü DFT koduna dahil edilmiştir. Mevcut simülasyon yöntemlerinin, özellikle deneyler ve teori arasındaki niceliksel karşılaştırmalara ilişkin olarak genişlemesine rağmen, STM teorisinin ana yapısı olmaya devam ediyor. Bu yöntemde, tünelleme akımı, STM ucunun konumundaki durumların yerel yoğunluğuyla orantılıdır. Burada I tünelleme akımı, En kristal elektronların öz durumları, EF Fermi seviyesi, Vbias ön gerilim ve n elektron yoğunluğudur. Birçok standart durumda, örneğin moleküler adsorpsiyon veya yüzey rekonstrüksiyon araştırmalarında, model, genellikle gözlemlenen dalgalanma değerlerini yeniden üretmese de, yüzey topografyasının güvenilir bir nitel resmini sağlar. Kolay modelleme: Tersoff-Hamann modelini uygulama Deneysel görüntülerin ince özelliklerini bile aydınlatmak için kullanılan, Bardeen yöntemiyle ilk ilkelerden tünelleme akımlarını hesaplamaya yönelik sayısal yöntemler zaten oldukça ilerlemiştir (aşağıdaki bölümlere bakın). Bununla birlikte, pratik bir bakış açısıyla, oldukça zahmetli ve dolayısıyla çok zaman alan model hesaplamaları olmaksızın deneylerin anlaşılması sıklıkla istenir. Prensip olarak, yalnızca analiz edilen yüzeyin elektronik yapısını temel alan TH modeli, işte bu kadar kolay bir yöntem sağlar. Özellikle, DFT'deki gelişmiş kodlar genellikle sabit yoğunluklu konturları hesaplamak için bir arayüzle birlikte geldiğinden, simüle edilmiş görüntüler basit bir şekilde hesaplanabilir. Bu bağlamda, yöntemin güvenilir olduğu sınırlar belirlenmeye ve belirli bir tünel açma akımına kabaca karşılık gelen yoğunluk konturu değeri tahmin edilmeye çalışılır. Akımları hesaplamak için Bardeen yöntemi, birazdan göstereceğimiz uygun yaklaşımlarla basitleştirilirse, bu hedeflerin her ikisine de ulaşılabilir. TH modelinin güvenilirliği ile ilgili olarak aşağıdaki kriterler yeterli görünmektedir: • Yüzey ve uç arasında önemli kimyasal etkileşimler yoktur. Uç-numune ayrımının deneysel ölçüsü, uygulanan öngerilim gerilimi ve tünelleme akımı R = Vbias/I oranı tarafından verilen tünel açma direnci R, farklı sistemler ve deneysel koşullar için büyük ölçüde farklılık gösterdiğinden, bu koşulu ölçmek önemsiz değildir. . Metal yüzeylerde mesafe 5–6 ̊A'den büyük olmalıdır. Bu, ortam ortamı ve çok düşük öngerilim voltajları (80 meV'den az) için 10–100 MΩ'luk bir tünelleme direnci R'ye karşılık gelir. Bu tahmine sıcaklık girer, çünkü geçiş yapan elektronların termal ortamı, elastik tünelleme koşulu altında bile önemli ölçüde daha yüksek sayıda nihai duruma ulaşmalarına izin verir: ortam koşulları altında, başlangıç ve son durumlar arasındaki enerji farkı yaklaşık 80 meV kadar farklılık gösterebilir. Bu nedenle, deneysel tünel açma direnci (örneğin, -1 mV ön gerilim ve 1 nA akım için) ve dolayısıyla mesafe tahmini oldukça yanıltıcı olabilir. Tüm olası geçişlerin açık hesaplamalarından elde edilen gerçek değerlerle karşılaştırıldığında, bu koşullar altındaki tahmin, bir veya iki büyüklük sırası kadar çok düşüktür. Kısacası termal uyarımlar, artan öngerilim voltajlarına benzer bir etkiye sahiptir. Yarı iletkenlerde ilgili problem, değerlik bandının üst bant kenarına göre Fermi seviyesinin tam konumudur. Bu durumda, aynı koşul (100 MΩ tünel direnci), seçilen öngerilim voltajı yarı iletken yüzeyin yalnızca çok az durumunu içeriyorsa çok küçük mesafelere yol açabilir. Bununla birlikte, öngerilim voltajı yeterince yüksekse (örneğin 2 V'un üzerinde), o zaman bu koşul genellikle yeterlidir. • STM ucunun elektron durumlarının tipik uzunluk ölçeğinin oldukça üzerinde olan yüzey yapılarının bir özellik boyutu. Bir uç durumunun tipik uzunluk ölçeği, uç metalinin atomlar arası mesafesinin yaklaşık yarısı kadar olduğundan, bu durumu ölçmek çok daha kolaydır; bu nedenle bir ile iki ̊A arasındadır. Serbest elektron Nedir elektron - mi Proton nötron elektron Elektron kütlesi Elektron neyden oluşur Proton ve elektron kütlesi Elektron yükü Elektron özellikleri Bu değerin çok üzerindeki özellik boyutları için uç durumlarının kesin geometrisi, geçerli konturun şekline belirleyici bir şekilde girmeyecektir. Yüksek çözünürlüklü taramalarda, yani atomik çözünürlüklü taramalarda bu koşulun genel olarak sağlanmadığı açıktır. Diğer tüm durumlarda, bir simülasyonda STM ipucunun açık yapısını göz ardı etmek oldukça güvenlidir. Bu koşullar altında, sabit akım konturu, yüzeyin yük yoğunluğu konturu ile benzersiz bir şekilde ilişkilendirilebilir. Bu, aşağıdaki şekilde yapılabilir. Çoğu DFT kodu, belirli bir enerji aralığındaki yük yoğunluğunu özetleyen bir özellik içerir. −Vbias'lık bir bias voltajı için, EF − Vbias'tan EF'e kadar olan aralığın yoğunluğunun hesaplanmasıyla başlanır. Belirli bir akım değeri için uygun kontur, aşağıdaki yaklaşımlarla tahmin edilebilir: 1. Tünel açma akımının büyük kısmı, yaklaşık 2 ̊A yarıçaplı küçük bir enine kesitten geçer. 2. Yüzey durumlarının (ve uç durumlarının) bozunum uzunluğu, Φ ≈ 4 eV çalışma fonksiyonuna sahip bir metal yüzeyin Fermi seviyesindeki bir elektron durumunun bozunma uzunluğuna eşittir. Durumun dalga fonksiyonu bu nedenle (atomik birimlerde) 3. Bardeen integralindeki yüzey ve uç durumlarının evrişimi, ψörnek ≈ χtip ayarlanarak ve integraldeki ilk terimin farkla aynı büyüklükte olduğu varsayılarak basitleştirilir. Burada C bir sabiti, ∆S dalga fonksiyonu örtüşme alanını ve n elektron yoğunluğunu gösterir. Tüm sabitler bilindiğinden, tahmin basittir ve verim sağlar. 1 nA'lik bir akım değeri için, örneğin metal bir yüzey üzerinde, uygun yük yoğunluğu konturu 2 · 10−4 ̊A−3 olacaktır. Bir transfer Hamilton yaklaşımında, numune ve uçtan oluşan iki alt sistem ayrı varlıklar olarak ele alınır. Bu yaklaşım aynı zamanda Bardeen yaklaşımı olarak da bilinir. Tünel açma akımı daha sonra denklem ile tanımlanır. Burada χν, STM ucunun Eν enerjisine sahip özdurumlarıdır, ψμ, Eμ enerjisine sahip yüzeyin özdurumlarıdır. İntegral, numune ve uç arasındaki ayırma yüzeyi S boyunca uzanır, toplam, Fermi seviyesinden belirli bir aralık içindeki tüm özdurumları içerir. Bu aralık, örneğin STM içindeki sıcaklık gibi deneysel koşullar tarafından belirlenir. Bu ifadeden, yüzeyin üzerindeki vakum aralığındaki dalga fonksiyonlarının kalitesinin, deneyler ve simülasyonlar arasında iyi bir uyum için belirleyici olduğu açıktır. Aslında en uygun açılım yanal yönde 2 boyutlu Fourier açılımıdır. Bu bağlamda, atomik orbitallerin (LCAO) lineer kombinasyonlarının dezavantajı, çok hızlı bir şekilde boşluğa bozunmalarıdır, bu da belirli bir mesafedeki akımları ve dalgalanmaları güvenilmez hale getirir.

Mühendislikte Nanomalzeme – Nanomalzeme Mühendisliği Ödevleri – Nanomalzeme Ödev Hazırlatma – Nanomalzeme Alanında Tez Yazdırma – Nanomalzeme Mühendisliği Ödev Yaptırma Fiyatları 

Mühendislikte Nanomalzeme

Son birkaç on yılda, nanoteknolojinin hızlı gelişimi, çeşitli endüstriyel uygulamalarda büyük bir devrim yarattı. Nanomalzemelerin üstün mekanik, kimyasal, optik, termal ve elektriksel özellikler gibi yeni ortaya çıkan özellikleri, onları multidisipliner alanlardaki araştırmacılar arasında büyük ilgi gördü.

Günümüzde, kozmetik, gıda, tarım, elektronik ve otomobil gibi tüketici ürünlerinde yaygın ticari uygulamalarla nanomalzemelerin kullanımı artmaktadır. Ayrıca nanoteknolojinin teknik uygulamaları biyoteknoloji, inşaat, yenilenebilir enerji ve biyomedikal gibi çeşitli alanlardaki tekniklere de yayılmıştır.

Ayrıca nanoteknoloji, özellikle atık su arıtımı ve hava kirliliği arıtımı alanlarında çevresel zorluklara çözümler de sağlar. Nanomalzemelerin çeşitli endüstri sektörlerindeki uygulamalarını gösterdi.

Nanomalzemeler, terapi, biyosensör, teşhis, tedavi için yeni yaklaşımlar ve önleme gibi biyomedikal alanlardaki çeşitli uygulamalar üzerinde gözle görülür bir etkiye sahiptir. Ayrıca nanomalzemeler, ince film kaplama, takviyeli veya dolgu malzemeleri veya bağlantı malzemeleri gibi çeşitli formlarda kullanılabilir.

Geleneksel malzemelerle karşılaştırıldığında, nanomalzemeler daha hafif, daha güçlü, bakterilere dayanıklı ve korozyona dayanıklı malzemeler üretebilir. Günlük uygulamalarda kullanılan nanomalzemelere örnek olarak spor malzemeleri, kozmetikler ve otomobiller verilebilir.

Ayrıca nanomalzemeler, daha düşük güç tüketimi ile daha büyük bir depolama kapasitesi sağlayabildiği için elektrik ve elektronik uygulamalarında önemli bir rol oynamaktadır. Son yıllarda özellikle atık su arıtma alanlarında çevresel iyileştirme uygulamalarında nanoteknoloji kullanılmaktadır.

Ayrıca gıda endüstrisinde, gıdaların raf ömrünü ve tazeliğini uzatmak için antimikrobiyal ve antioksidan ajanlar için nanomalzemeler kullanılmaktadır. Ayrıca nanoteknoloji, yenilenebilir enerji, özellikle enerji dönüşümü ve depolaması üzerinde de önemli bir etki yapmıştır. Nanomalzeme uygulamalarından birkaçı bir sonraki bölümde kısaca açıklanırken, nanomalzemelerin çeşitli alanlara dayalı uygulamaları listelenmiştir.

Kozmetik ve Kişisel Ürünler

Nanomalzemelerin kozmetikte birincil kullanımı, kozmetik bileşenlerin cilde dağılımını iyileştirmektir. Küçük boyutlu lipid vezikülleri, bu malzemelerin cilde daha hızlı daldırılmasına izin verebilir. Bu ifadeleri doğrulamak için yapılan bilimsel araştırmalar farklı sonuçlar vermiştir.

Bunlar, örneğin, benzer laboratuvarda bile sabit sonuçlar elde etmeyi zorlaştıran nanoparçacıkların boyutu ve gücü gibi çalışma ortamı nedeniyle olabilir. Veziküllerin değişen fiziko-kimyasal özellikleri de cilt ile etkileşimde değişikliklere neden olabilir.

Cilde sızamayan az sayıda kesecik, bileşenlerini cildin katmanlarına alımını ve nüfuzunu kolaylaştıracak şekilde cildin yüzeyine rahatça bırakabilir. Ayrıca, oksidasyon ve diğer çeşitli nedenlerle ayrışabilen bileşenlere sahip formülasyonlara stabilite kazandırmak için nanomalzemeler kullanılabilir. Bununla birlikte, taşıyıcı nanopartiküllerin cilde uygulanması üzerine güç endişeleri olabilir.

Nano malzeme üretimi
Biyouyumlu nanomalzemeler
Nanomalzeme üretim yöntemleri
Nanomalzemeler
Nano malzeme örnekleri
Nanomalzemelerin sınıflandırılması
Doğal nanomalzemeler
Nanomaterials

Çinko oksit (ZnO) ve titanyum oksit (TiO2) nanoparçacıkları, güneşten koruyucu ilaç ürünlerinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Bununla birlikte, kozmetik ürünlerde de kullanılabilirler (sonraki ürün kozmetik veya ilaç olabilir). Bu nano malzemeler ultraviyole (UV) ışınlarını etkili bir şekilde bloke eder, ancak aynı zamanda müşteri için çekici olan yarı saydam bir formülasyonla sonuçlanır.

Gümüş nanopartiküller, müşteri ürünlerinde koruyucu/anti-bakteriyel ajanlar olarak kullanılmıştır. Amerika Birleşik Devletleri’ndeki kozmetik ürünler, bu iddia fizyolojik işlevle bağlantılı olduğundan, anti-bakteriyel iddialarda bulunamaz; bu nedenle ilaçlarda kullanımı sınırlıdır. Ayrıca nano-gümüş, kozmetik ürünlerde izin verilen onaylı koruyucuların listesi olan Avrupa Birliği Kozmetik Direktifi’nde de yer almamaktadır.

Otomobiller ve Ulaşım

Birleşmiş Milletler’e göre, küresel araç filosunun bugün 750 × 108 milyondan 2030 yılına kadar yaklaşık 1.5 × 109’a iki katına çıkacağı tahmin ediliyor. Kıt kaynakları korumak için katma değer zincirinin sonunda yeterli geri dönüşüm daha önemli hale geliyor.

Bu kaygılarla ilgili olarak, nanoteknoloji, farklı bir sektörde, özellikle otomobil endüstrisinde, ileri süreçlerin ve malzemelerin temel olarak geliştirilmesi ve üretilmesine önemli ölçüde katkıda bulunur.

Örneğin, yeni çağ lastikleri, nano ölçekli kurum parçacıkları ve silika yoluyla yüksek dayanıklılık, kilometre performansı ve tutuş elde etti.

Nano ölçekli katmana ve partiküllere sahip malzemelerin iç ve dış yüzeylerde, gövde/motor ve tahrik üzerinde değerli etkileri vardır. Nanomalzemeler farklı gövde parçalarında, lastiklerde, motorlarda, iç mekanlarda, emisyonlarda, elektronik cihazlarda ve şaside kullanılmaktadır. Otomobillerle bağlantılı nanomalzemeler aşağıda kısaca açıklanmıştır:

Hafif Gövde Parçaları

Otomobillerle ilgili en bilinen konulardan biri de ağırlık azaltmadır. Hafif otomobiller yakıt verimliliğini artıracak, üretim maliyetini düşürecek ve karbondioksit (CO2) emisyonlarını azaltacaktır. Otomobil ağırlığının %10 azaltılması ile %7 yakıt ekonomisi olacağı tahmin edilmektedir.

Ayrıca stabilite, yumuşak sürüş ve çarpma direnci gibi sorunlar da araç ağırlığının azaltılmasıyla iyileştirilebilir. Bu yolda önemli sayıda geliştirme yapılmış, ancak verimlilik ve güvenlik sağlanamamıştır.

Ek olarak, motor parçalarına yakın malzemeler önemli bir termal dirence sahip olmalıdır, ancak dış ve yapısal parçalar mükemmel mekanik stabiliteye sahip malzemelerden yapılmalıdır. Bununla birlikte, termoplastikler gibi kullanılan malzemeler düşük mekanik ve termal direnç göstermiştir ve bu nedenle ancak takviyeler yoluyla modifiye edildikten sonra değerlendirilebilir.

Karbon nanotüpler hafiftir ve çelikten yaklaşık 150 kat daha güçlüdür. Sonuç olarak, CNT’ler otomobil parçalarında uygun bir çeliğe alternatiftir. Nano-ölçekli kilin polimer matrisine dahil edilmesi, yüksek termal stabilite nedeniyle motorlara yakın otomobil parçaları üretmek için kullanılabilecek bir nanokompozit üretebilir.

Ayrıca poliamid, polikarbonatlar ve polipropilen ile güçlendirilmiş kil nanokompozitleri de bilinen kullanılan polimer nanokompozitlerdir. Bu nanomalzemeler polimerlerle birleştirildiğinde, termal dirençlerinin yanı sıra alev geciktiriciliği de artacaktır.

Hibrit çözelti ve nanokompozit kullanımıyla, tipik olarak 900 kg çelik ağırlığındaki bir araç 300 kg’a düşürülebilir. Nanokompozit plastik, yüksek oranda doldurulmuş plastiklere göre ortalama %25 ve çeliğe göre %80 ağırlık tasarrufu sağlar. Volkswagen, metallere kıyasla daha iyi tasarım esnekliği, yüksek mukavemet/ağırlık ve darbe direnci ve korozyon azalması sağlayan uzun elyaf takviyeli termoplastik (LFRT) kullanır.

Boya Kaplama

Konvansiyonel boyalarla ilgili temel endişeler, verimsiz alev geciktirici, boya transfer verimliliği, sınırlı yapışkan ve su ve toz partiküllerine karşı yüzey bitirmedir. Bu sorunların çoğu, bu boyalara farklı nanoparçacıkların dahil edilmesiyle çözülebilir.

Boehmit (AlOOH), silikon dioksit (SiO2) ve zirkonyum dioksit (ZrO2) gibi nanopartiküller, gelişmiş aşınma direnci sunan UV ile kürlenebilir verniklere yerleştirilmiştir. TiO2 ve ZnO nanoparçacıkları, UV direnci özelliklerini geliştirmeyi ve aynı zamanda bu zararlı ışınları yansıtmayı destekleyecektir.

Ek olarak, nanoparçacıkların floro-metil grubuyla bir kombinasyonu, yüzey pürüzlülüğünü destekleyen gözenek hacmini ve yüzey alanını genişletir.

Etiketler: , , , , , , ,

Bir yanıt yazın