فناوری نانو در کشاورزی

تولید ذرت در جهان
تولید ذرت در جهان
آگوست 26, 2018
وجین و سله‌شکنی
وجین و سله‌شکنی
آگوست 26, 2018

نانو ذرات، ذراتی به ابعاد 1 تا 100 نانومتر را گویند. بیشتر عناصر جامد می توانند در ابعاد نانو تولید شوند. به عنوان مثال نانو ذرات نقره یا نانو ذرات آهن. همچنین بیشتر اکسیدهای فلزی نیز می توانند در ابعاد نانو تولید شوند مانند نانوذرات نقره اکسید.در این مقاله قصد داریم در مورد فناوری نانو در کشاورزی صحبت کنیم.

نانوذرات در ابعاد نانو خواص متفاوتی از خود بروز می دهند. در این ابعاد معمولاً خواص قبلی ذره که در ابعاد ماکرو بوده، به صورت شدیدتر خود را نشان می دهند. برخی عناصر یا ترکیبات خواص مغناطیسی دارند مانند آهن یا اکسیدهای آهن. ذرات آهن در ابعاد نانو نیز خاصیت مغناطیسی خود را حفظ می کنند. به این ذرات نانوذرات مغناطیس می گویند.

گاهی خواص مغناطیسی با ترکیب نانوذرات دو عنصر مانند آهن و کبالت تشدید می یابد.

روش های تولید نانو ذرات

به طور کلی روش‌های بسیار گوناگونی برای تولید نانو ذرات و استفاده از فناوری نانو در کشاورزی  وجود دارد. این روش‌ها در اصل به سه گروه عمده تقسیم می‌شوند كه در ذیل شرح مختصری از هر كدام آورده می‌شود:

روش‌های تحت این عنوان بسیار متنوعند و قابلیت‌های بی‌نظیری دارند. معروفترین این روش‌ها عبارتند از: چگالش گاز خنثی، انفجار الكتریكی سیم، پراكنش اتمی، كنده‌كاری توسط لیزر، سنتز شیمیایی بخار، سنتز شیمیایی بخار تولید شده توسط فعالسازی حرارتی، سنتز شیمیایی بخار توسط پلاسما و پلاسما ـ ماكروویو، چگالش شیمیایی بخار در شعله سوزان و آئروسل.

1. فراوری نانوذرات از فاز گاز:

روش‌های تحت این عنوان بسیار متنوعند و قابلیت‌های بی‌نظیری دارند. معروفترین این روش‌ها عبارتند از: چگالش گاز خنثی، انفجار الكتریكی سیم، پراكنش اتمی، كنده‌كاری توسط لیزر، سنتز شیمیایی بخار، سنتز شیمیایی بخار تولید شده توسط فعالسازی حرارتی، سنتز شیمیایی بخار توسط پلاسما و پلاسما ـ ماكروویو، چگالش شیمیایی بخار در شعله سوزان و آئروسل. قابلیت استفاده و محدوده به‌كارگیری فناوری چگالش از بخار گستره وسیعی از كاربردهای جدید، از پوشش‌های عایق حرارتی برای پره‌های توربین گرفته تا قطعات گردان مقاوم به سایش را در بر می‌گیرد. گستردگی روش‌های تهیه پودر مواد نانوكریستال كاربرد این مواد را به‌عنوان پودر تغذیه در پاشش حرارتی آسان كرده است.

از میان این روش‌ها، چگالش از فاز بخار برای تولید تجاری از نانوذرات سرامیكی، فلزی و كامپوزیتی به‌صورت صنعتی كاربرد یافته‌اند. پوشش‌های حاصل از این روش، خواص فیزیكی و مكانیكی منحصر به‌فردی را در مقایسه با پوشش‌های تولید شده توسط روش‌های دیگر رایج از خود نشان می‌دهد.

مدارك موجود نشان از بهبود عملكرد فیزیكی بسیاری از پوشش‌های نانوساختار فلزی و سرامیكی تولید شده توسط پاشش حرارتی دارد. به‌عنوان مثال ریز سختی پوشش‌های نانوساختار نیكل، اینكونل 718 و فولاد زنگ نزن 316 به‌ترتیب 60،20 و 36 درصد بیش از پوشش‌های معمولی یعنی پوشش‌های پاشش شده با پودرهای میكرونی است و قابلیت ضربه‌پذیری آنها هم افزایش یافته است. با به‌كارگیری پوشش‌های نانوكریستال عمر قطعات جوشكاری شده و لوله‌های بخار كشتی‌ها افزایش یافته است.

این روش شامل تبخیر یك فاز جامد و سپس چگالش سریع آن برای تشكیل خوشه‌های نانومتری است كه به صورت پودر ته‌نشین می‌شوند. مهمترین مزیت این روش، آلودگی كم محصول است. با تغییر دما، محیط گاز و سرعت تبخیر می‌توان اندازه ذرات را به دلخواه تغییر داد.

2. فرآوری نانوذرات از فاز مایع:

واكنش‌های شیمیایی برای سنتز مواد می‌تواند در حالت گاز، مایع یا جامد انجام شود. سرعت نفوذ واكنشگرها در فاز گاز یا مایع چندین برابر از فاز جامد بیشتر است. به همین دلیل سنتز مواد نانوساختار در فاز گاز یا مایع در دمای كمتری انجام می‌شود و از رشد دانه‌های كریستالی ممانعت می‌شود. امكان سنتز بسیاری از مواد در محلول‌های آلی و غیرآلی وجود دارد. واكنش‌های اسید ـ باز، رسوبی و اكسایش ـ كاهش از دسته واكنش‌های اصلی در محیط آبی هستند.

روش‌های سنتز شیمیایی از دیرباز در تولید مواد نانوساختار از قبیل كاربیدها و كاتالیست‌ها مورد استفاده قرار گرفته‌اند. توسعه علم نانو نه تنها استفاده از روش‌های قدیمی را تقویت كرده بلكه باعث توسعه روش‌های جدید و اصلاح شده‌ای در سنتز این مواد شده است.

محدوده سنتز مواد نانوساختار توسط روش‌های شیمیایی بسیار گسترده بوده و دربرگیرنده مواد ساختمانی، نوری، الكترونیكی، مغناطیسی، بیولوژیكی وكاتالیزوری است. روش‌های سنتزشیمیایی در فاز مایع عباتند از روش سل ـ ژل، روش‌های سولوترمال (در فاز مایع آبی هیدروترمال)، سونوشیمی، رسوبدهی الكتروشیمیایی، میكرونانوامولوسیون، احیای نمك‌های فلزی، سنتز احتراقی در دمای پایین و… سل ـ ژل را می‌توان متداول‌ترین روش تولید نانوذرات در فاز مایع دانست.

آلومینا توسط بوتوكسید آلومینیوم بروش سل ـ ژل تهیه شده است. فرآیند سل ـ ژل بر پایه هیدرولیز و تراكم الكوكسیدها یا یون‌های فلزی هیدروكسیل شده در محیط آبی استوار است.

مراحل فرآیند به این شرح است:

آماده‌سازی محلول همگن، تبدیل محلول همگن به سل، تبدیل سل به ژل و تبدیل ژل به نانوذرات توسط یكی از روش‌های مرسوم.

3. فرآیندهای حالت جامد:

تغییر شكل مكانیكی تحت شرایط برشی و نرخ كرنشی زیاد منجر به تشكیل ساختارهایی با اندازه دانه‌های كریستالی نانومتری در ذرات پودر فویل‌های نازك بر روی سطح فلزات و آلیاژهای تحت سایش می‌شود. از روش‌های معمول فرآیندهای جامد، می‌توان آسیابكاری و آلیاژسازی مكانیكی را نام برد. خواص نانو ذرات به‌دست آمده از این روش، به نوع آسیاب، زمان خردایش و محیط خردایش بستگی دارد.

قابلیت‌های این روش عبارتند از:

توزیع یكنواخت ذرات سرامیكی در زمینه فلزی، توانایی تولید آلیاژهایی با تركیبات متفاوت از آلیاژهای حاصل از ریخته‌گری و تولید آلیاژ از فلزاتی كه تفاوت نقطه ذوب فراوان دارند. انواع آسیاب‌های گلوله‌ای شامل غلتشی، سایشی، لرزشی سیاره‌ای نوسان‌كننده و غیره برای پودر كردن به‌كار رفته‌اند. نیروهای لازم برای آسیابكاری پرانرژی به‌وسیله فركانس بالا و دامنه ارتعاش كم به‌دست می‌آید.

این نوع آسیاب‌ها بسیار پرانرژی بوده و در مقایسه با دیگر آسیاب‌ها واكنش‌های شیمیایی با سرعت بیشتری در آنها رخ می‌دهد. یكی از اساسی‌ترین مشكلات مطرح شده در تولید مواد نانوكریستال بروش آسیابكاری، آلودگی سطح و فصل مشترك است. در فرآیند آسیابكاری به‌دلیل تماس ذرات پودر با تجهیزات آسیاب و اتمسفر آلودگی‌های ذرات پودر اجتناب‌ناپذیر است. لذا پودر نانوساختار تولیدی به این روش نسبت به پودرهای تولید شده توسط روش‌های دیگر مانند روش‌های شیمیایی یا تبخیر و تراكم در گاز خنثی از خلوص كمتری برخوردار است.

اندازه نانوذرات برای استفاده از فناوری نانو در کشاورزی

در اندازه نانو خواص ذرات تنها به نوع ماده بستگی ندارد و اندازه و شکل ذرات نيز بر خواص آنها تأثير دارد. تعریف های گوناگونی در مورد اندازه نانو مطرح شده است،اما باید به این نظریه اشاره کرد که اندازه نانو محدوده ای از اندازه مولکول ها و مواد است که در این محدوده،مواد خواص بی مانند یا به طور کیفی متفاوتی با ذرات بزرگتر از خود دارند. بیشتر نمونه هایی که این خواص را دارند، دارای اندازه ای در محدوده کوچکتر از۱۰۰ نانومتر هستند. زیرا در این محدوده، اندازه ذرات به اندازه آن ها در شرایط مولکولی پایدار نزدیکتر است.

از خصوصیاتی که در اندازه های زیر ۱۰۰ نانومتر تغییر می کند سطح ویژه است. از نظر کیفی فاکتورهای دیگری نیز وجود دارند که درتعیین این خصوصیات دخالت دارند مانند نسبت اتم های سطحی به اتم های توده و قسمتی از حجم ذره که شامل ضخامت محدوده لایه سطحی است(حجم سطحی) افزایش نسبت مساحت سطحی به حجم که به تدریج با کاهش اندازه ذره رخ می دهد، باعث غلبه یافتن رفتار اتم های واقع در سطح ذره به رفتار اتم های درونی می شود.

این پدیده بر خصوصیات ذره در حالت جداگانه و بر تعاملات آن با دیگر مواد اثر می گذارد. افزایش سطح، واکنش پذیری نانوذرات را به شدت افزایش می دهد زیرا تعداد مولکولها یا اتمهای موجود در سطح در مقایسه با تعداد اتمها یا مولکولهای موجود در توده نمونه بسیار زیاد است، به گونه ای که این ذرات به شدت تمایل به آگلومره یا کلوخه ای شدن دارند. به عنوان مثال در مورد نانوذرات فلزی، به محض قرار گیری در هوا، به سرعت اکسید می شوند.

در بعضی مواقع برای حفظ خواص مطلوب نانوذرات، جهت پیشگیری از واکنش بیشتر،بایستی یک پایدار کننده به آنها اضافه کرد تا در برابر سایش، فرسودگی وخوردگی مقاوم باشند.

افزایش مقاومت نانوذرات

در بعضی مواقع برای حفظ خواص مطلوب نانوذرات، جهت پیشگیری از واکنش بیشتر،بایستی یک پایدار کننده به آنها اضافه کرد تا در برابر سایش، فرسودگی وخوردگی مقاوم باشند.

البته این خاصیت مزایایی هم در بر دارد. مساحت سطح زیاد، عاملی کلیدی در عملكرد کاتالیزوها و ساختارهایی همچون الکترودها می باشد. به عنوان مثال با استفاده از این خاصیت می توان کارایی کاتالیزورهای شیمیایی را به نحو مؤثری بهبود بخشید و یا در تولید نانوکامپوزیت ها با استفاده از این ذرات، پیوندهای شیمیایی مستحکم تری بین ماده زمینه و ذرات برقرار شده و استحکام آن به شدت افزایش می یابد.

علاوه بر این، افزایش سطح ذرات، فشار سطحی را کاهش داده و منجر به تغییر فاصله بین ذرات یا فاصله بین اتم های ذرات می شود. تغییر در فاصله بین اتم های ذرات و نسبت سطح به حجم بالا در نانوذرات، تأثیر متقابلی در خواص ماده دارد. تغییر در انرژی آزاد سطح، پتانسیل شیمیایی را تغییر می دهد. این امر در خواص ترمودینامیکی ماده (مثل نقطه ذوب) تأثیر گذار است.

فناوری نانو در ماشین های کشاورزی

با توجه به موضوع مقاله که فناوری نانو در کشاورزی است، می خواهیم به کاربردهای فناوری نانو در کشاورزی بپردازیم. از کاربردهای فناوری نانو در کشاورزی میتوان به طور مختصر به موارد زیر اشاره نمود:

کاربرد در پوششهای بدنه ادوات و ماشینها و ابزارهای کشاورزی و حتی شیشه ها برای افزایش مقاومت در برابر خوردگی و ساییدگی و انعکاس امواج ماوراء بنفش

تولید قطعات مکانیکی مستحکمتر با استفاده از نانو روکشها و استفاده از حسگرهای زیستی در ماشین آلات هوشمند جهت مبارزه مکانیکی و شیمیایی با علفهای هرز

بهینه سازی میزان و شکل سموم مصرفی و وسایل سمپاشی

تولید روکشهای نانویی یاتاقانها برای کاهش اصطکاک

تولید قطعات مختلف موتور ماشینهای کشاورزی جهت افزایش مقاومت به سایش، خوردگی، حرارت و نیز کاهش اصطکاک

استفاده از فناوری نانو در تولید سوختهای جایگزین و آلودگی کمتر محیط زیست.

در این مقاله در مورد فناوری نانو در کشاورزی مطالبی را ارائه دادیم که امیدواریم مورد توجه شما همراهان عزیز قرار بگیرد.

آرادو بهترین در زمینه کشاورزی مدرن !!!

انواع گل نسترن

خشخاش چیست؟

بهترین قیمتهای محصولات کشاورزی را در آرادو مشاهده کنید.

برای مشاهده و استفاده از خدمات آرادو وارد بخش خدمات شوید.