خلاصه

منظور از استاندارد، يکاها و مقياس هاي اندازه گيري است. اين مفهوم مي‌تواند به معناي يکاهاي اندازه‌گيري مانند متر، کيلوگرم، ثانيه و نظاير آن باشد و يا مقياس‌هاي فيزيکي از قبيل ميلة يك‌متري، وزنة يک کيلوگرمي و امثال آن را در برگيرد. در مفهوم دوم، استاندارد کتابچه يا مجموعة مکتوبي است شامل مقررات و اصولي براي تنظيم امور فني، صنعتي، علمي و تجاري. بخشي از سهم استانداردسازي فناوري‌نانو به استانداردسازي نانومواد که نانولوله‌هاي کربني بخشي از اين گسترة وسيع ‏هستند مربوط مي‌شود. ‏در حال حاضر در دنيا فعاليت بسيار گسترده‌اي روي استانداردسازي فناوري‌نانو در حال انجام است. اين متن به گوشه‌اي از فعاليت ‏هاي کميته‌هاي استانداردسازي و راهبردهاي پيشنهادي و برنامه‌هاي مختلف بين‌المللي براي استانداردسازي فناوري‌نانو ‏ اشاره ميكند

مقدمه به طور کلي واژه استاندارد در دو مفهوم عمده به‌کار برده مي شود در مفهوم اول منظور از استاندارد يکاها و مقياس هاي اندازه گيري است. اين مفهوم مي‌تواند به معناي يکاهاي اندازه‌گيري مانند متر کيلوگرم ثانيه و نظاير آن باشد و يا مقياس‌هاي فيزيکي از قبيل ميله يك‌متري وزنه يک کيلوگرمي و امثال آن را در برگيرد. در مفهوم دوم استاندارد کتابچه يا مجموعه مکتوبي است شامل مقررات و اصولي براي تنظيم امور فني صنعتي علمي و تجاري. با توجه به برنامه 13 سند راهبرد آينده مبني بر استانداردسازي فناوري‌نانو براي رسيدن به سهم مناسبي از تجارت جهاني اهداف شناخته شده در استانداردسازي فناوري‌نانو عبارت است از: بررسي اثرات نبود استاندارد بر رشد بازار نانو و شناسايي نيازهاي استانداردسازي براي توسعه بازار اين توليدات. بخشي از سهم استانداردسازي فناوري‌نانو به استانداردسازي نانومواد که نانولوله‌هاي کربني بخشي از اين گستره وسيع هستند مربوط مي‌شود. در حال حاضر در دنيا فعاليت بسيار گسترده‌اي روي استانداردسازي فناوري‌نانو در حال انجام است. گوشه‌اي از فعاليت هاي کميته‌هاي استانداردسازي و راهبردهاي پيشنهادي و برنامه‌هاي مختلف بين‌المللي براي استانداردسازي فناوري‌نانو عبارتند از: فرهنگ اصطلاحات و عبارات نانوذرات ( که در ماه مي‌ سال 2005 در انگلستان به وسيله BSI تهيه شده است (UK PAS Vocabulary)) تأسيس کميته فناوري‌نانو ايزو (ISO/TC229) تهيه مستندات استاندارد P1650 توسط مؤسسه IEEE. به نقل از رئيس اين گروه کاري دکتر دان گاموتا (Dan Gamota) از شرکت موتورل نسخه پيش‌نويس اين استاندارد به منظور ارائه در رأي‌گيري ماه ژوئن سال 2005 آماده شد. اين استاندارد شامل رويه‌اي براي تعيين ويژگي‌هاي الکتريکي يک نانولوله کربني دوجهته است. كشور چين هفت استاندارد ملي در زمينه فناوري‌نانو تهيه کرده است. در کشورهاي انگلستان ژاپن و آمريکا نيز کميته‌هاي ملي استانداردسازي فناوري‌نانو تأسيس شده است. در کشور کره يك گروه کاري در زمينه نانولوله‌هاي کربن تشکيل شده است که در زمينه استانداردسازي اندازه‌گيري خلوص و پايداري نانولوله‌ها در محلول‌ها مطالعه مي‌کند.  اين گروه همچنين در حال برنامه‌ريزي به منظور استانداردسازي اندازه‌گيري ميزان انتشار نانولوله‌هاي کربني است. کميسيون اروپ راهبرد استانداردسازي فناوري‌هاي نانو را تا سال 2007 تهيه خواهد کرد .کره نيز يك کميته تخصصي در ارتباط با نانولوله‌هاي کربني تشکيل داده است اين كميته در حال حاضر در حال بررسي خواص است. کميته E56 سازمان ASTM به وسيله 12 کشور تأسيس شده و داراي گروه‌هاي کاري زير است: o اصطلاحات o تعيين ويژگي‌ها o ايمني و بهداشت محيط زيست و محيط کار o قوانين حقوق معنوي o همکاري‌هاي بين‌المللي o استانداردهاي توليد. چالش‌هاي استانداردسازي نانولوله‌هاي کربني با توجه به تاريخچه نانوالياف و نانولوله‌هاي کربني و عوامل تأثيرگذار بر کاربرد آن مباحث مربوط به نانولوله‌ها و نانوالياف به چهار گروه زير تقسيم‌بندي مي‌شود: 1. مباحث اقتصادي و قانوني 2. مباحث ايمني و بهداشت 3. مباحث نقل و انتقال و بسته‌بندي 4. اطلاعات فنّي. از لحاظ تاريخچه بررسي نانوالياف و نانولوله‌هاي کربني مي‌توان به اين جمع بندي رسيد که استانداردسازي نانولوله‌هاي کربني بايد در چارچوب حوزه‌هاي فوق بررسي شود و به صورت عملياتي مي‌توان فهميد که موانع زير از جمله موارد تجاري‌سازي نانوالياف و نانولوله‌هاي کربني هستند: 1. خطر‌ه سلامتي و ايمني 2. قراردادهاي نقل و انتقال و فرايند مواد جديد 3. پايداري در کيفيت توليدات (درجه خلوص ناخالصي کنترل پايداري و غيره) 4. آشنا نبودن با طراحي و توليد 5. عدم وجود ابزار و قوانين طراحي 6. عدم دسترسي به مواد در حجم انبوه و قيمت مناسب 7. ابزار و قوانين تحليلي براي شناسايي ترکيب نانومواد موجود در مواد کامپوزيت 8. قوانين حقوق معنوي. همچنين مشکلات شناسايي‌شده در مورد کيفيت نيز به شرح زير طبقه‌بندي شده است: 1. نبود استاندارد مشخص براي نانولوله‌هاي کربني 2. وجود تفاوت‌هاي زياد در انواع نانولوله‌هاي کربني توليدي 3. نبودن امکان تجاري‌سازي به علت وجود همين تفاوت‌ها. تدوين يک برنامه کنترل کيفيت نيز ضروري است که مزاياي زير را در پي دارد: 1. ايجاد ثبات و اطمينان در فرايندهاي جديد 2. ايجاد ثبات و اطمينان در توليدات جديد 3. بهبود قابليت اطمينان توليدات 4. افزايش کنترل بر روي فرايندها و محصولات. در کل مي‌توان نتيجه گرفت که مشکل عدم استفاده انبوه از نانولوله‌هاي کربني در صنعت نداشتن توانايي در ارائه کيفيت يکسان است نه ظرفيت پايين توليد آنها و اين اصلي‌ترين چالش صنعت است. از سوي ديگر تدوين قوانين جديد و حساسيت‌هاي ايجاد شده در مورد تأثير اين مواد بر سلامت انسان و محيط زيست محدوديت‌هايي جدّي براي توليد‌کنندگان و عرضه‌کنندگان اين مواد به وجود مي‌آورد (به ويژه در مورد نانوذرات آزاد يعني ذراتي که به وسيله شبکه‌هاي مولکولي به دام نيفتاده باشند) . در تدوين چنين قوانيني جهت تسهيل ارتباط ميان عرضه‌كنندگان و مشتريان محصولات فناوري‌نانو ضرورت وجود يک مجموعه اصطلاحات عرضه کنندگان و مشتريان محصولات فناوري‌نانو نيز مورد توجه قرار مي‌گيرد. نظريه‌اي مبني بر لزوم قرارگيري کليه نانومواد کربني در خانواده بزرگ نانوالياف (CNF's) وجود دارد لذا در اين مورد تعريف کلّي به صورت «الياف گرافيت‌ها و مواد کربني با ابعاد متوسط کمتر از500 نانومتر» ارائه مي‌شود. هرچند نکته فوق داراي اهميت و پشتوانه علمي است ولي با توجه به مقبوليت عبارت نانولوله کربني نمي‌توان از جوامع علمي و صنعتي انتظار داشت تنها از اصطلاح نانوالياف استفاده نمايند. تعريف رايج ابعاد نانو بين يك تا صد نانومتر است اين با ابعاد معرفي شده در تعريف فوق همخواني ندارد. به همين دلايل تعريف فوق از حيظ انتفاع ساقط مي‌گردد. استانداردسازي کليد تجاري‌سازي فناوري‌نانو فاکتورهاي کليدي و موانعي که توليدکنندگان و عرضه‌کنندگان نانولوله‌هاي کربني بايد به منظور موفقيت در تجاري‌سازي و کاربرد محصولاتشان مدنظر قرار دهند به‌طور خلاصه عبارتند از:  تنوع زياد توليدات و نبود تعاريف شفاف  توليد فرايندهاي توليدي و دسترسي به مواد در حجم بال  قيمت هزينه‌هاي توليد بالا و در نتيجه قيمت بال  نياز به سرمايه‌گذاري‌هاي مشترک يا همکارهاي صنعتي  حقوق مالکيت فکري  کيفيت و قابليت توليد يکسان نمونه‌ه  روش‌هاي کاليبراسيون و تعيين ويژگي‌ه استانداردسازي  قرار داشتن در مراحل اوليه رشد فناوري به نحوي كه بسياري از كاربردها هنوز در فاز R&D هستند  نيازمندي مباحث ايمني و بهداشتي به اطلاعات و قوانين بيشتر.

تست روش مشخصه‌يابي اثر استخراج PAH استاندارد اصلاح شده ASTM- Dl618-99 چسبندگي/تخلخل مقاومت الکتريکي ASTM D257-99 هدايت الکتريکي دانسيته بالک استاندارد اصلاح شده ASTM D IS09-99 توزيع/ هدايت الکتريکي درصد رطوبت ASTM E 394-00/DINS 3586 چسبندگي/ تخلخل درصد کاتاليست   خلوص/ شيمي

روش‌ها و ابزار اندازه‌گيري براي مشخصه‌يابي نانولوله‌هاي کربني بسياري از روش‌هايي که امروزه به‌کار مي‌روند بين توليدکنندگان مختلف مشترک بوده و استانداردهاي آنها موجود است. صنايع مختلف براي استفاده از روش‌ها و استانداردهاي مشترک بايد به اجماع برسند. استاندارد ساير روش‌ها (از قبيل پارگي الياف ابعاد و طول) هنوز تهيه نشده است. روش‌هاي فعلي تعيين ويژگي‌ه زمان‌بر گران و نيازمند ابزار اندازه‌گيري جديد است. نکات مهم در مقوله مشخصه‌يابي به شرح زير است: روش‌‌هاي اندازه‌گيري و مشخصه‌يابي که در حال حاضر براي ارزيابي نانولوله‌هاي کربني استفاده مي‌شوند:

تست روش مشخصه‌يابي خلوص آناليز SEM  (کربن B) DIN VS3242-1 مکان‌ها و ساختارهاي مرجع سطحي آناليز TEM TEM ويسکوزيته بررسي سطح ويژه DIN 66731/ISO 4652-1 (کربن B) ترشوندگي اندازه‌گيري انرژي سطحي کروماتوگرافي گازي معکوس چسبندگي/ ترشوندگي شيمي سطح طيف‌سنجي نوري اشعه X

از روش‌هاي مختلف موجود بايد براي تست همه محصولات استفاده كرد. استانداردها و روش‌هاي موجود نظير درصد نانولوله‌هاي کربني طول و قطرها هنوز توسط نيافته‌اند. روش‌هاي شناسايي با استفاده از ميکروسکوپ الکتروني موجود بسيار کند و گران قيمت است و براي نمونه‌هاي بالک قابل استفاده نيست. برگه اطلاعات فني مواد در تهيه استاندارد براي نانولوله‌هاي کربني بايد مدل واحدي براي برگه‌هاي اطلاعات فني ارائه گردد تا مشتريان قادر باشند به راحتي خواص مواد توليدکنندگان مختلف را بررسي و مقايسه نمايند. نکاتي که در مباحث اندازه‌گيري خواص بايد مورد توجه قرار گيرد عبارتند از:

پارامترهاي مورد نياز براي کنترل کيفيت محصولات حاوي نانولوله‌هاي کربني بررسي‌هاي ساختاري بررسي سطحي بررسي سطحي دانسيته بالک سطح ويژه سطح ويژه دانسيته ظاهري انرژي سطحي انرژي سطحي هدايت الکتريکي PH PH هدايت گرمايي محتوي درصد اتمي C,N,S,O محتوي درصد اتمي C,N,S,O قطر محتوي PAH محتوي PAH طول محتوي آب محتوي آب مدول يانگ نوع تخلخل (ميکرو / مزو) نوع تخلخل (ميکرو / مزو)

1. بررسي امکان انطباق روش‌هاي آزموني که در حال حاضر در صنعت کربن سياه مورد استفاده قرار مي‌گيرند کاربردهاي جديد مورد نياز روش‌هاي استاندارد به دست‌آمده و آزمون‌هاي غير استاندارد موجود تست‌هاي استاندارد ASTM که براي ارزيابي صنعت کربن سياه ارائه مي‌شوند به قرار زير است:  هيدروکربن‌هاي پلي‌آروماتيک  مقاومت الکتريکي بالک و توده محصول  دانسيته بالک محصول  درصد رطوبت محصول  درصد کاتاليست در محصول 2. نياز به دستورالعمل‌هاي آزمون استاندارد شده 3. بررسي آزمون‌هاي غير استاندارد شامل تحليل SEM  تحليل TEM سطح ويژه نمونه انرژي سطح شيمي سطح. براي انجام تست‌هاي استاندارد و جستجوي روش‌هاي استاندارد بايد امکان وجود چنين استانداردهايي مورد بررسي قرار گيرد:  محتواي کاتاليست فلزي (با استفاده از روش شيمي‌تر)  دانسيته بالک (ASTM)  مقاومت الکتريکي ويژه بالک (ASTM)  ميزان کربن موجود (با استفاده از TGA)  پايداري حرارتي (با استفاده از TGA)  محتواي ترکيبات آلي  محتواي ترکيبات اکسيد فلزي  محتواي رطوبت بالک (ASTM)  سطح ويژه محصولات  ضريب حساسيت مغناطيسي (روش آماده‌سازي نمونه)  پاسخ زيست‌شناسي. علاوه بر اين مقوله‌هايي همچون طول قطر جهت‌گيري ويژه نانولوله‌هاي کربني در راستاي قطر (Chirality) دانسيته نقايص تابع کار و ديگر خواص نيز بايد مورد بررسي قرار گيرد. نکات مهم در بررسي طول و قطر (براي نمونه‌هاي بالک)  استاندارد‌هاي CENTS  لزوم بهبود روش‌ها (SEM و TEM)  تعريف اندازه نمونه  نمونه‌گيري خوب و با سطوح اطمينان کافي  آيا تجهيزات حاضر عملکرد مشابهي دارند يا خير  اندازه‌گيري اتوماسيون. موانع استانداردسازي در اين حوزه:  جهت‌گيري و خميدگي نانولوله‌‌هاي کربني  جداسازي توده‌هاي نانولوله‌هاي کربني از يکديگر  روش. نکات مهم در بررسي درصد خلوص (براي نمونه‌هاي بالک)  درصد وزني و اتمي آن  بررسي کارهاي انجام شده در آمريکا و ژاپن (روش‌‌هاي صحيح) و استانداردهاي حاضر در اين زمينه  تعريف اندازه نمونه  نمونه‌برداري صحيح با تست‌هاي استانداردي نظير T  لزوم توسعه روش‌‌ها (SEM و TEM) يا روش‌‌هاي ترکيبي از آنه  استفاده از تجهيزات يکسان براي انجام تست‌ها. موانع استانداردسازي در اين حوزه:  روش‌  قدرت تفکيک دستگاه‌ها.  امنيت و خطرات زيست‌محيطي در حوزه استانداردسازي نانولوله‌هاي کربني  ملاحظات مربوط به توليد و استفاده ايمن از نانولوله‌هاي کربني مشتريان بايد در مورد چگونگي کاربرد مواد آگاه شوند لذا تهيهبرگه‌هاي اطلاعات ايمني مواد ضروري است. توليدکنندگان نانوکامپوزيت‌ها بايد آزمون‌هاي آزاد شدن نانولوله‌ها (به عنوان مثال بر اثر سوختن) از ماده اصلي را انجام دهند زيرا نتايج اين آزمون‌ها به نوع مواد و کاربرد آنها بسيار وابسته است. مطالعات ميزان سمي بودن راه‌هاي انتشار و حدود ايمني انتشار در هوا بايد از سوي مرجعي بي‌طرف انجام شود. در اين زمينه فعاليت‌هايي در حال انجام است از قبيل پروژه Nanosafe در اروپا و دو پروژه ديگر که تحت حمايت مالي اتحاديه اروپا آغاز شده‌اند. تا زماني که اطلاعات ميزان سمي بودن و ايمني مواد تهيه نشده‌اند بخش صنعت مسئول توليد ايمن نانولوله‌هاي کربني بوده بايد اقدامات لازم براي به حداقل رساندن خطرات محيط‌هاي کاري را انجام دهد. همچنين نياز به استانداردهاي زير وجود دارد. 1) ممانعت از انتشار ذرات در محيط‌هاي کاري 2) حفاظت از کارکنان 3) اندازه گيري و کنترل ذرات در محيط کار. اما با اين حال براي كنترل فرايندهاي توليدي هيچ استاندارد مشخص و متداولي وجود ندارد و به جاي آن از استانداردهاي کارخانه‌اي استفاده مي‌شود. مباحث مشابهي نيز در مورد مصرف‌کنندگان مطرح است. وجود يک شاخص جهت تعيين تراکم مجاز مواد در هوا در محيط‌هاي صنعتي و اتاق‌هاي تميز ضروري به نظر مي‌رسد. سياست‌هاي جلوگيري از خطر و پيشنهادهايي براي کاربرد ايمن نانومواد  با توجه به اينکه نتايج مطالعات مربوط به خطرات نانوذرات هنوز تکميل نشده‌اند بايد رويه‌هايي براي به حداقل رساندن اين مخاطرات ارائه شود.  مقابله با خطرهاي توليد نانولوله کربني بايد مشابه هر ماده بالقوه خطرناک ديگر باشد. براي اين کار بايد فرايند را در سيستمي بسته محدود کرد تا انتشار مواد در محيط به حداقل برسد.  ابزار حفاظتي مورد استفاده در صنعت کربن سياه را به عنوان مرجع در توليد نانولوله‌هاي کربن نيز به كاربرد.  ميزان کارامدي اين ابزار حفاظتي (مثل ماسک‌ها و فيلترها) بايد در مورد نانولوله‌ها مورد بررسي قرار گيرد. شرکت انگليسي Thomas Swan يکسري آزمايش‌ها و اندازه‌گيري‌ها در زمينه تجمع ذرات در محيط‌هاي کاري انجام داده است. نتايج اين بررسي به زودي منتشر مي شود و انتظار مي‌رود به عنوان مرجعي براي ساير شرکت‌ها مورد استفاده قرار گيرد.  علاوه بر اين مانند ساير بخش‌هاي صنعت توليدکنندگان بايد آزمايش‌هاي پزشکي ساليانه‌اي را روي کارکنان خود به منظور اطمينان از حفظ سلامت آنها انجام دهند.  پيشنهاد توليدکنندگان است که در حين فرايندهاي به‌کارگيري محصولات آنه بايد توجهات خاصي از سوي مشتريان يا ساير توليدکنندگان صورت گيرد زيرا فرايندها بسته نبوده و در نتيجه خطر انتشار آنها در محيط بالاست.  با هدف تضمين کيفيت توليدکنندگان بايد قالب واحدي براي برگه‌هاي داده ايمني مواد تهيه نمايند که در آنها اطلاعاتي کافي در مورد راه‌هاي بالقوه انتشار اين مواد و روش صحيح حمل و نقل آنها به مشتريان داده شود.  طول قطر و نقطه پارگي الياف به عنوان سه نياز اصلي در روش‌هاي اندازه‌گيري پروژه‌هاي استانداردي جديد معرفي شوند. بخش صنعت بايد اطلاعات مرجعي در مورد تراکم رطوبت و مقاومت ويژه کلوخه‌هاي مواد ترکيبات شيميايي و اندازه‌گيري سطح ويژه با استفاده از روش‌هاي آزمون استاندارد تهيه نمايد. اين کار شامل تعيين روش استاندارد تهيه نمونه نيز مي‌گردد (تهيه اطلاعات مرجع و تعيين روش استاندارد آماده‌سازي نمونه مي‌تواند در قالب يک استاندارد صنعتي ارائه گردد). هرچند توانايي اندازه‌گيري خواص الياف و لوله‌ه از قبيل هدايت الکتريکي حرارتي و الکتريکي در هر دو جهت (طول و عرض) مدول يانگ مقاومت کششي و برشي مورد نياز بوده و در مواردي خاص ضروري نيز هست بهتر است که توسعه چنين توانايي‌هايي به دانشگاه‌ها سپرده شود.

منابع :

www. nanoeurope. Org

www. impart-nanotox. Org

www. semi. Org

www. msel. nist. gov/Nanotube2/2nd_Joint_Workshop. Htm

www. compositesworld. com/ct/issues/2005/April/802

www. dke. de/DKE/Aktuelles/Veranstaltungen/ShowEvent. htm?EventGuid=33b2fd1 0114-467c-8239-c3dc1cbd2eaf