سنتز پودر مس با ساختار نانو بلوری به روش مکانیکی در دانشگاه تهران

از جمله روش‌های تولید مواد نانوساختار، روش آلیاژ سازی مکانیکی است. این روش نسبت به سایر روش‌ها دارای مزایای بسیاری است که از آن جمله می‌توان به ارتقاء سطح خواص مکانیکی محصول (همچون سختی)، تولید محصول در دمای محیط، عدم نیاز به فرآیند ذوب و ریخته گری، استفاده از تجهیزات ساده و ارزان و حجم بالای ماده تولیدی در حالت جامد اشاره کرد.
مهندس سعید شیبانی دانش‌آموخته دانشکده مهندسی متالورژی و مواد دانشگاه تهران، طی یک پروژه کارشناسی ارشد موفق به سنتز پودر مس با ساختار نانو بلوری به روش مکانیکی (آسیا کاری) شده است.
مهندس شیبانی در مصاحبه با بخش اخبار ستاد ویژه توسعه فناوری نانو در خصوص این طرح می‌گوید: “در این تحقیق، نانوذرات مس در دو فاز مختلف تولید شده‌اند. در فاز اول اکسید مس با کربن گرافیت در یک آسیای پر انرژی سیاره‌ای تحت عملیات احیای مکانیکی- شیمیایی قرار گرفتند. فراورده‌های تولیدی از این فرآیند عبارتند از مس، مونوکسید کربن و دی اکسید کربن که بعد از باز کردن در محفظه آسیا، گازها خارج شده و مس تولیدی به حالت نانو پودر در محفظه باقی ‌ماند. در این فاز به منظور بهینه‌سازی فرآیند، تاثیر پارامترهای موثر همچون نوع آسیا، نسبت وزنی گلوله به پودر، زمان آسیا کاری و استفاده از اسید استئاریک به عنوان عامل کنترل کننده فرآیند در تغییرات فازی و ساختاری محصول مورد مطالعه قرار گرفته‌اند. برای تولید قطعه از نانوپودر تولیدی، نانوذرات مس در قالب‌های مشخص پرس شده و در کوره تحت خلاء در دمای مناسب قرار داده شدند. در این فرآیند تک مرحله‌ای، اندازه متوسط کریستال‌های مس تهیه شده پس از ۳۰ ساعت آسیا کاری به حدود ۲۷ نانومتر می‌رسد.
در فاز بعدی، مقداری اسید استئاریک نیز به مخلوط اکسید مس و کربن گرافیت اضافه شد که نتایج حاصله در این مرحله گویای این مطلب بود که اسید استئاریک با چرب کردن سطح نانو پودرها، علی‌رغم طولانی شدن فرآیند، باعث کاهش اندازه کریستال‌ها و ایجاد محصولی یکنواخت و ریزتر می‌شود. علاوه بر اینکه استحکام و سختی نانوپودر تولیدی با استفاده از اسید استئاریک نسبت به نمونه‌های آزمایشی دیگر بالاتر است”.
نانوپودر مس پتانسیل کاربری بسیاری دارد که از آن جمله می‌توان به چسب‌های هادی الکتریکی، جوهرهای مدار چاپی و بهبود هدایت حرارتی سیال‌های هادی گرما (مانند آب و اتیل گلیکول) و صنایع میکرو الکترونیک (تولید انواع خازن، الکترود و ترمینال‌ها) اشاره نمود. مهندس شیبانی معتقد است علاوه بر کاربردهای خاص یاد شده، آنچه که نانو پودر مس را از سایر نانو پودرها متمایز ساخته، فرآوری آسان و خواص منحصر به فرد آن می‌باشد. شایان ذکر است که روش حاضر در داخل کشور ثبت اختراع شده است.
ایشان چاپ مقاله در مجله‌های بین‌المللی را گام مهمی در رشد علمی کشور دانستند، اما گام مهم‌تر را کاربردی نمودن و استفاده علمی از این پژوهش‌ها در کشور و رفع موانع موجود در زمینه‌های مختلف عنوان کرده و افزودند: “ابتدا بایستی چالش‌های قابل رفع بوسیله نانوفناوری مشخص گردد و سپس انتخاب موضوع پژوهش، بویژه در مراکز دانشگاهی، در آن حیطه صورت پذیرد. انجام پژوهش‌های کاربردی به سبب هزینه‌های بالاتر آنها، مستلزم حمایت اقتصادی صنایع و سازمان‌های از مراکز دانشگاهی است”. وی عدم دسترسی به دستگاه آنالیز حرارتی DTA یا DSC تحت خلاء و ابزار پرس کاری گرم (hot pressing) را از جمله مشکل‌های این طرح بیان کرد.
مهندس شیبانی ضمن تشکر از حمایت‌ها و تشویق‌های ستاد خواستار برقراری ارتباط میان صنایع و مراکز دانشگاهی بوسیله ستاد شدند. ایشان از پیامدهای این طرح به هدفمند شدن موضوع‌های پژوهشی و هدایت پژوهش‌ها به سوی مباحث اولویت‌دار و کاربردی اشاره کردند.
وی در پایان از همکاری آقایان دکتر ابوالقاسم عطایی، دکتر سعید حشمت‌منش و مهندس غلامرضا خیاطی تشکر و قدردانی نمودند. نتایج این پژوهش که از حمایتهای تشویقی ستاد بهره‌مند شده در مجله material letters (شماره ۶۱ ، صفحه ۳۲۰۴,۳۲۰۷ ، سال ۲۰۰۷) منتشر شده است.