استفاده از نانولوله‌های کربنی برای کاهش مصرف سوخت

جمعی از محققان پژوهشگاه صنعت نفت، با افزودن نانولوله‌های کربنی به مواد پلیمری مورد استفاده در صنایع خودروسازی، خواص مکانیکی و فیزیکی این مواد را بهبود داده و موجب کاهش مصرف سوخت شدند.

دکتر علیمراد رشیدی، از محققان این طرح، گفت: «پلی‌پروپیلن، یکی از پرمصرف‌ترین پلیمرهای تولیدی است که کاربرد گسترده‌ای در صنایع خودروسازی و هوافضا دارد که در صنایع خودرو سازی، برای کاهش مصرف سوخت، باید از وزن این ماده پلیمری کاسته شود، به‌طوری‌که مقاومت آن تغییری نکند. بنابراین، مطالعه بر خواص بلورینگی و ساختار بلورها و تعیین نقاط ذوب این ماده، بسیار حائز اهمیت است».

دکتر رشیدی، در گفتگو با بخش خبری سایت ستاد ویژه توسعه فناوری نانو گفت: «یکی از کاربردهای نانولوله‌های کربنی، بهبود خواص مکانیکی و فیزیکی مواد پلیمری است. در بسیاری از طرح‌های تحقیقاتی، با استفاده از سازگارکننده، سطح مشترک بین نانوذرات و پلیمر را تقویت می‌کنند. به‌عنوان نمونه، برای پلی‌پروپیلن، از پلی‌پروپیلن مالئیکه و یا نانولوله‌های عامل‌دار (آمینی، مالئیکه، آمیدی و …) استفاده می‌کنند. اما در این پژوهش، بدون استفاده از این افزودنی‌ها و با افزودن نانولوله‌های کربنی چند دیواره بدون عامل (MWNT)، به نتایج فوق رسیده‌ایم».

وی، با بیان این مطلب که روش اختلاط مذاب (Melt Mixing)) صنعتی‌ترین و تجاری‌ترین روشی است که به دلیل پتانسیل بالایی که برای اجرا در مقیاس صنعتی دارد بسیار مورد توجه قرار گرفته است، افزود: «در این پژوهش، ابتدا گرانول‌های پلی‌پروپیلن را در یک مخلوط‌کننده داخلی (Internal mixer) ریخته‌شده و بعد از ذوب‌شدن گرانول‌ها و ثابت شدن نمودار گشتاور-زمان آن، فاز تقویت‌کننده (نانولوله‌های کربنی چند دیواره) به آن اضافه شده و بعد از چند دقیقه مخلوط به‌دست‌آمده تخلیه گردید. سپس به‌وسیله پرس هیدرولیکی، صفحاتی به ضخامت ۳-۲میلیمتر تولید و با برش صفحات تولیدی، به مطالعه خواص مکانیکی و فیزیکی نانوکامپوزیت‌های تهیه‌شده پرداخته شد».

از نتایج این پژوهش می‌توان، به توزیع تقریباً یکنواخت نانولوله‌های کربنی چند دیواره در ماده زمینه، کاهش اندازه بلورها، رشد سریع‌تر بلورها و به‌وجود آوردن مقادیر زیادی از گویچه‌های کوچک‌تر در فرایند هسته‌سازی ناهمگن، توزیع یکنواخت‌تر اندازه‌ی بلورها نسبت به پلی‌پروپیلن خالص، افزایش مقادیر نانولوله‌های کربنی چند دیواره در ماده زمینه، افزایش مدول الاستیسیته، افزایش مدول خمشی و افزایش مقاومت به ضربه، اشاره کرد.

دستگاه تست کشش و ضربه، گرماسنجی روبشی تفاضلی (DSC)، طیف‌سنج پراش اشعه‌ی ایکس (XRD) و دستگاه SEM، از جمله دستگاه‌هایی است که دکتر رشیدی در این پژوهش از آنها استفاده نموده‌است.

این پروژه تحقیقاتی که در راستای تجاری‌سازی تولید نانوکامپوزیت‌های پلیمری گرمانرم و با سرپرستی دکتر علیمراد رشیدی و همکاری امیربهرام کاگنج و روح الله آراسته انجام شد، با افتتاح پایلوت تولید نانوذرات فلزی در پژوهشگاه صنعت نفت، به مرحلۀ صنعتی رسید.

جزئیات این پژوهش، در مجله Journal of Experimental Nanoscience (جلد ۴ ؛ صفحات ۳۴-۲۱؛ سال ۲۰۰۹) منتشر شده‌است.