صفحه نخست » بخش تخصصی » مقالات تخصصی » جذاب

1- مقدمه
الماس از کربن خالص تشکیل شده و سیستم تبلور آن مکعبی ساده (Cubic) است. وزن مخصوص الماس 5 g/cm ضریب شکست آن 2/42 و سختی آن در مقیاس موس ، مساوی 10 است .
الماس دارای مصارف صنعتی و زینتی است. گرچه الماس بیشتر به عنوان بخش زینت شناخته می شود، ولی بیش از 80 درصد آن به مصارف صنعتی می‌رسد. مصارف عمده الماس در صنعت جهت برش مواد بسیار سخت نظیر فولادهای آلیاژی و کاربید تنگستن ، ساییدن ، اره کردن سنگ و بتون و حفاریها و بخش عمده ای هم بعنوان افزودنی به روغن های روان کننده و روان کاوها بکار می‌رود.


2- تقسیم بندی الماسها بر اساس مصارف صنعتی
• الماسها بر اساس مصارف صنعتی آنها به چهار گونه تقسیم می‌شوند.
• الماس صنعتی که به علت شکل و رنگ آن ، مصرف زینتی ندارد.
• الماس بورت که قطعه‌های کوچک و شکل نامناسب دارد.
• الماس کاربونادو که مخلوطی از الماس ، گرافیت و کربن بی‌شکل (آمورف) است.
• الماس بالاس
12/5 درصد الماس تولیدی جهان به مصرف ساخت مته‌های حفاری و چاله زنی می‌رسد.2/5 درصد دیگر هم از الماس تولیدی در ساختن ماشینهای برش و پولیش و 75 درصد دیگر به صورت پودر و یا مواد ساینده به مصرف می‌رسد. مصارف صنعتی الماس به اختصار شامل ، مته‌های الماسی ، مواد ساینده‌ها ، اره‌های الماسی ، لوازم دندانپزشکی و جراحی و دستگاههای برشی و پولیش می‌گردد.
پر مصرف‌ترین و معروف‌ترین روغن های روانکار، روغن‌های موتور هستند که علاوه بر کاهش اصطکاک بین قطعات و جلوگیری از سائیدگی قطعات موتور، وظایف دیگری چون خنک کردن موتور، گرفتن ضربه، انتقال ذرات ریز فلزات و گرد و خاک از داخل موتور به ***** روغن و جلوگیری از رسوب دوده در رینگ‌ها، ، سوپاپ‌ها و غیره و تمیز نگاه داشتن قطعات موتور را نیز به عهده دارند. به منظور حصول به روانکار با خصوصیات مطلوب و مناسب برای هر کاربرد مشخص، امروزه انواع افزودنی‌ها با عملکردهای مختلف، به روغن پایه افزوده می‌شوند.این افزودنی‌ها می‌توانند هر یک از وظایف بهبود روانکاری، خواص ضد خوردگی و ضد اکسیداسیون، گرانروی، پاک کنندگی و غیره را در ترکیب، به عهده داشته باشند.
با توجه به ورود نانوتکنولوژی در سال‌های اخیر، گروهی از انواع نانوافزودنی‌های روغن نیز پا به عرصه ظهور گذاشته و در این میان نانوالماس نیز به عنوان یکی از جدیدترین و موثرترین این مواد مطرح بوده است. ویژگی‌های منحصر به فرد ذرات نانوالماس، موجب شده انواع و گریدهای مختلف این ماده، کاربردهای متنوعی را در بخش‌های مختلف صنعت به خود اختصاص دهند.
امروزه کلیه روانکارها با پایه معدنی و یا با پایه سنتزی، برای داشتن کارآیی مناسب و مطلوب، نیازمند مواد شیمیایی دیگر یا در واقع افزودنی‌هایی هستند که بتواند خواص مورد‌نظر را در آنها ایجاد نماید. این مواد شیمیایی سنتزی، ضمن این که خواص جدیدی به روانکار می‌دهند می‌توانند برخی ویژگی‌های موجود در روانکار را تقویت و از بروز برخی پدیده‌های نامطلوب در سیستم روانکاری جلوگیری کنند.
نانو تکنولوژی یا آرایش اتم‌ها در مقیاس نانومتری، همان کنار هم قرار گرفتن صدها اتم در ابعاد چند نانومتر است که خصوصیات جدید و ممتازی را نتیجه می‌دهد. این تکنولوژی در زمینه‌های مختلف علم وارد شده و در صنایع مختلف نیز، محصولاتی بر این پایه ایجاد شده است. در این میان، افزودنی‌های روغن موتور و سوخت نیز تحت تاثیر نانوتکنولوژی قرار گرفته و محصولات مربوطه وارد بازار شده است. نانوافزودنی‌های روغن به طور اساسی بر صرفه‌جویی سوخت و بازدهی موتور تاثیر دارند. به طور کلی، خواصی که برای این افزودنی‌ها ذکر شده است عبارتند از: کاهش ضریب اصطکاک، کاهش ساییدگی، ترمیم سطوح درگیر و بهبود خواص سطحی، افزایش بازده موتور در اثر افزایش عمر موتور، کاهش هزینه تعمیر و نگهداری، کاهش صدای موتور و گازهای آلاینده، جلوگیری از اکسیداسیون روغن، تمیز کردن سیستم سوخت‌رسانی و غیره.
برخی از نانوافزودنی‌های روغن موتور موجود در بازار به شرح زیر می باشند:
• افزودنی حاوی نانوالماس
• افزودنی حاوی نانو فلوئور
• افزودنی حاوی نانو ذرات طلا
پودر نانومتری الماس نوع جدیدی از پودرهای سنتزی نانومتری بسیار سخت(SuperHard) محسوب می‌شود. از بررسی‌های میکروسکوپی انجام شده بر روی پودر نانومتری الماس مشخص شده است که ذرات پودر نانومتری الماس به صورت یک مجموعه (Cluster) بوده و شکل ذرات نانو الماس کروی است (شکل 1). در واقع، یک ذره الماس از یک هسته فشرده بلورین از جنس الماس و یک لایه‌ سست خارجی حاوی انواع پیوندهای کربن - کربن و Heterobonds تشکیل شده است.

30 درصد نانو اتم‌های الماس روی سطح آن قرار گرفته‌اند و همین مسئله خواص ویژه‌ای به آن داده است. حداکثر اندازه تک دانه‌های نانو‌الماس 10 نانومتر و متوسط اندازه ذرات بین 4 تا 6 نانومتر است. همچنین بررسی‌های انجام شده با استفاده از اشعه‌ X (XRD) بر روی پودر نانومتری الماس نشان می‌دهد که ذرات موجود در این پودر از جنس الماس با ساختار مکعبی می‌باشند. مطالعات مربوط به شناسایی کیفیت سطح پودر نشان می‌دهند که سطح ذرات با گروه‌های عامل پوشیده شده است که نوع و مقدار این گروه‌ها در محصولات مختلف متفاوتند. این گروه‌ها اغلب از نوع گروه‌های اکسیژن‌داری هستند که بر روی سطوح ذرات، بار منفی ایجاد می‌کنند.
پودر نانومتری الماس در هوا تا دمای 500ºC و در خلاء یا محیط الکلی تا دمای 1000ºC الی 1100ºC مقاوم است. دمای1100ºC دمای شروع تبدیل‌شدن الماس به گرافیت است.ین پودر نانومتری الماس از نظر شیمیایی در برابر محیط‌های اسیدی، قلیایی، مواد اکسیدکننده و حلال‌های آلی در شرایط محیطی و دمای بالا مقاوم است. نتایج بررسی وضعیت ناخالصی‌های احتمالی موجود در پودر نانومتری الماس نشان می‌دهد که میزان ناخالصی موجود در هر پودر نانومتری الماس به نوع آن پودر بستگی دارد و بر اساس شرایط فنی تولید بین 1 الی 3 درصد وزنی متغیر است. ناخالصی‌های غیرکربنی که معمولاً شامل آهن، مس، کلسیم، سیلیکون، کروم، تیتانیم و همچنین مقادیر جزئی از سایر فلزاتی است که به نحوی در فرآیند تولید و تخلیص نانوالماس حضور دارند، معمولاً بر اساس خاکستر باقی‌مانده پس از سوزاندن تعیین می‌شوند. مواد کربنی غیر از الماس، ناخالصی محسوب نشده و ترکیبات مفیدی برای کاربردهای نانوالماس محسوب می‌شوند. در جدول1، برخی از خصوصیات پودر نانومتری الماس ارائه شده است.

3-نحوه عملکرد نانو افزودنی الماس در کاربرد بهبود روانکاری
نحوه‌ مصرف و عملکرد نانوالماس( شکل 2 )در این کاربرد به این صورت است که پودر نانو الماس، به روغن موتور افزوده می‌شود و سوسپانسیون پایداری ایجاد می‌کند. نانوالماس موجود در روغن بر روی سطوح در تماس با روغن، لایه‌ای تشکیل می‌دهد و دانه‌های فوق‌العاده ریز آن در خلل و فرج سطح جای می‌گیرند و سطح کاملاً صافی را تشکیل می‌دهند.

نتیجه گیری
در این مقاله، خواص منحصر به فرد نانو الماس و اثرات استفاده از افزودنی‌ حاوی نانو الماس بر بهبود عملکرد روانکار ها اجمالا مورد بررسی قرار گرفت. با توجه به تاثیر چشمگیر مصرف این افزودنی در بهبود عملکرد روانکار، کاهش اصطکاک، خوردگی و غیره، اهمیت این محصول در رابطه با مقوله های بحث برانگیزی چون کاهش مصرف سوخت و انرژی، بهبود راندمان و کاهش هزینه های تولید و همچنین مباحث کاهش آلودگی های زیست محیطی، امری کاملا مشخص و انکار ناپذیر می باشد. بررسی های انجام شده نشان می دهد با مصرف افزودنی حاوی نانو الماس در روغن موتور می توان علیرغم صرف هزینه بسیار کم اولیه، در هزینه های جاری مربوط به سوخت و روغن، تعمیرات و نگهداری و تعویض قطعات موتور خودرو صرفه جویی نمود.

- منابع :
1- Mansoori, G.A., 2005, “Principles of Nanotechnology”, World Scientific Pub Co, New York, NY
2-Mansoori G.A.; “Diamondoids: Their Role in Petroleum and Natural Gas Production Fouling and the Emerging Fields of Biotechnology and Nanotechnology”,
3- Dahl J.E., Carlson R.M., Shenggao L., 2003, “Isolation and Structure of Higher Diamondoids, Nanometer-sized Diamond Molecules”, Science Journal, Vol.299, 23-25.
6-Rawls R., 2002, “Diamond-like hydrocarbons”, Material science, Vol.80, 13.
7-Priyanto S., Mansoori G.A., Aryadi S., 2001, “Measurement of Property Relationship of Nano-Structure Micelles and Coacervates of Asphaltene in a Pure Solvent", Chemical Engineering Science, Vol.56, 33–39.
12- سایت ستادتوسعه فناوری نانو: www.nano.ir
13-Franco lodato. 2000. Bionics : Lessons from Nature to Improve our future.
14-V. Yu Dolmatov, Detonation Synthesis Ultradispersed Diamonds: Properties and Applications, Russian Chemical Reviews 70 ,7,p 607-626-2001
15-G.Cholakov, Stability of Ultradisperse Diamond Powders in Oil Suspension, J. University of Chemical Technology and Metallurgy, 40,7,p299-306,2005
16- مجموعه مقالات شناخت و کاربرد روغن‌های روانساز صنعتی، شرکت نفت بهران، چاپ دوم، 1373
17- گزارش "کاربرد نانو افزودنی‌های روغن و سوخت موتور و نقش آن در صرفه‌جویی انرژی"، مرکز مطالعات تکنولوژی دانشگاه صنعتی شریف، سال 1384
18- www.Nanodiamond.com