جستجو در تالارهای گفتگو

به نقل از ستاد نانو یک شرکت سرمایه‌گذار آذربایجانی توافق‌نامه‌ای با شرکت سوث‌وست نانوتکنولوژیز (SWeNT) برای ساخت خط تولید نانولوله کربنی در پارک صنعتی شیمیایی سامگیت (SCIP) امضاء کرده است. قرار است این کارخانه در فاز اول سالانه هزار تن نانولوله تولید کند. شرکت سرمایه‌گذاری آذربایجان(AIC)، شرکت سوث‌وست نانوتکنولوژیز (SWeNT) و پارک صنعتی شیمیایی سامگیت (SCIP)، توافق‌نامه همکاری مشترک برای تولید نانولوله‌های کربنی امضاء کردند. محل این پروژه که قرار است با همکاری AIC و SWeNT اجرا شود در پارک صنعتی شیمیایی سامگیت- در 36 کیلومتری شهر باکو- قرار دارد. براساس توافق انجام شده، در مرحله اول راه‌اندازی قرار است تا شروع سال 2016 سالانه یک هزار تن نانولوله کربنی تولید شود. روشان نجف از مدیران AIC می‌گوید: " ما از شروع این همکاری بسیار خرسند هستیم و نسبت به پیاده‌سازی این پروژه در جمهوری آذربایجانخوش‌بینیم.» دیوید آرتور مدیرعامل شرکت SWeNT می‌گوید: «پیش‌بینی می‌شود که بازار نانولوله‌های کربنی طی دهه آینده رشد قابل ملاحظه‌ای پیدا کند. خط تولید ما در پارک صنعتی شیمیایی سامگیت گسترش خواهد یافت و ظرفیت تولیدی ما برای پاسخ‌گویی به نیاز مشتریان افزایش خواهد یافت.» نظیم تالیبوف از مدیران SCIP می‌گوید: « SWeNT پیشرو در تولید نانولوله‌های کربنی است. ما انتظار داریم که فرصت تازه‌ای برای تولید نانولوله‌های کربنی با کیفیت بالا در این پارک صنعتی ایجاد شود.» SWeNT یک شرکت منشعب شده از دانشگاه اوکلوهاماست و به عنوان یکی از بزرگترین تولیدکنندگان نانولوله کربنی تک‌جداره و چندجداره در جهان شناخته می‌شود. بیش از 1000 مصرف کننده از محصولات این شرکت در بخش‌های مختلف، از ذخیره‌سازی انرژی تا تولید کامپوزیت، استفاده می‌کنند. این شرکت روش پتنت شده‌ای برای تولید نانولوله‌های کربنی با روش CVD دارد که راکتوری برای این منظور طراحی و ساخته شده است. AIC نیز یکی از شرکت‌های سرمایه‌گذاری در آذربایجاناست که در سال 2006 تأسیس شده است. ارزش این شرکت در حال حاضر بالغ بر 1.1 میلیارد دلار است. AIC به دنبال فرصت‌های سرمایه‌گذاری جدید و همکاری با شرکت‌های خارجی است. منبع: ستاد نانو

محققان پژوهشگاه مواد و انرژی موفق به تولید نانولوله‌های کربنی پوشش یافته با ترکیب سرامیکی مولایت شدند. مهندس مریم سیرتی گوهری، دانشجوی کارشناسی ارشد پژوهشگاه مواد و انرژی و مجری این طرح با اعلام این خبر گفت: خواص ویژه و منحصر به فرد نانولوله‌های کربنی نظیر چگالی کم، استحکام بالا و خواص عالی الکتریکی، کاربردهای گسترده‌ای را برای این ساختار ایجاد کرده است؛ اما اکسیداسیون این نانولوله‌ها در دماهای بالا از کاربردهای ویژه آن کاسته است. وی افزود: طی دو دهه اخیر تحقیقات بسیاری بر پوشش دهی نانولوله‌ها و افزایش مقاومت به اکسیداسیون آن‌ها و دست یافتن به ترکیبات چند کاربردی انجام شده و از مواد سرامیکی متفاوتی نظیر آلومینا و سیلیکا جهت پوشش دهی استفاده شده است، ولی محققان پیش از این موفق به ایجاد پوشش مولایتی بر روی نانولوله کربنی نشدند. سیرتی گوهری اضافه کرد: مولایت ترکیب آلومینوسیلیکاتی با خصوصیات فیزیکی و شیمیایی خاص جهت کاربردهای مهندسی و فناورانه استفاده می‌شود. ضریب انبساط حرارتی و هدایت گرمایی کم، استحکام دمای بالا و پایداری شیمیایی مطلوب، این ترکیب سرامیکی را در دسته مواد مهندسی دما بالا قرار داده است. وی خاطرنشان کرد: پوشش دهی یکنواخت و حفظ استوکیومتری مولایت از چالش‌های این پروژه بوده است و ما توانستیم برای نخستین بار با استفاده از روش سل- ژل و کنترل پارامترهای متعدد موفق به ایجاد پوشش یکنواخت مولایتی بر نانولوله کربنی شویم. پوشش ایجاد شده کمتر از 10 نانومتر است که با حفظ خواص CNT محدودیت‌های کاربردی آن را کاهش داده است. سیرتی گوهری با اشاره به کاربردهای این ترکیب گفت: نانولوله‌های کربنی در صنایع نفت، گاز، پتروشیمی، پالایش و تکنولوژی‌های نوین کاربردهای گسترده دارد و ترکیب تولید شده با کاهش محدودیت نانولوله‌های کربنی در دماهای بالا و محیط‌های خورنده بر کاربرد این ترکیب در صنایع یاد شده می‌افزاید، خواص ویژه هیبرید CNT–مولایت، این ترکیب را در دسته مواد چند کاربردی قرار داده است. ترکیب تولید شده در دیواره‌های مقاوم به آتش، کاربردهای دیرگدازی، زیرلایه غشاها، کاتالیست‌ها، نانوجاذب‌ها و نانو سیالات قابلیت کاربرد دارد. آزمایش‌های کاربردی و بررسی‌های بیشتر جهت ثبت اختراع جهانی این طرح در حال انجام است. منبع: مجله بسپار

محققان چینی موفق به تولید نانولوله‌های کربنی به طول نیم متر شدند که این رشته‌های بلند برای تحقق رؤیای ساخت آسانسور فضایی ضروری است. به گزارش سایت خبری پپنا، تولید آسانسورهایی از جنس نانولوله‌های کربنی یکی از ایده‌هایی بود که در دهه 1950 مطرح شد، ایده‌ای که نحوه انجام و پیاده‌سازی آن برای همگان در هاله‌ای از ابهام بود. پیشرفت‌های انجام شده در این موضوع در کنفرانس آسانسور فضایی مورد بحث قرار می‌گیرد. یک شرکت ژاپنی اخیرا اعلام کرده که برنامه‌ای برای ساخت این آسانسور تا سال 2050 دارد. این برنامه بر اساس استفاده از نانولوله‌های کربنی به طول 100 هزار کیلومتر است، در واقع باید ابتدا چنین نانولوله‌ای را تولید کرد سپس به سراغ ساخت آسانسور رفت. تا کنون چنین نانولوله‌ای تولید نشده است. پژوهشگرانی که به دنبال تولید محصولاتی با ویژگی‌های مکانیکی منحصر به فرد نظیر فیبرهای فوق مستحکم هستند، همیشه با این سوال روبرو بودند که چگونه می‌توان نانولوله‌های کربنی با طول‌های ماکرومقیاس تولید کرد، بدون این که دانسیته مساحتی آنها کاهش یابد. یکی از اصلی‌ترین مراحل در رسیدن به این هدف آن است که بتوان ساز و کاری برای تولید انبوه نانولوله‌های کربنی با طول‌های بلند ایجاد کرد. اخیرا مقاله‌ای تحت عنوان «Growth of Half-Meter Long Carbon Nanotubes Based on Schulz–Flory Distribution» در نشریه ACS NANO به چاپ رسیده است که در آن محققان دانشگاه سینگوا اعلام کردند که می‌توان با روش توزیع شوتز فلوری(Schulz-Flory distribution) شرایط بهینه برای رشد نانولوله‌های بلند را پیدا کرد. این روش در علم پلیمر بسیار رایج است. ینگ‌ینگ ژانگ از محققان این پروژه می‌گوید: توزیع شوتز فلوری دلیل این که چرا با بلندتر شدن طول نانولوله‌های کربنی دانسیته مساحتی آنها کاهش می‌یابد را به خوبی توضیح می‌دهد. در این پروژه ما نشان دادیم که چگونه می‌توان نانولوله‌ای به طول نیم متر تولید کرد، این نانولوله بلندترین نانولوله‌ای است که تا کنون در جهان ساخته شده است. دانسیته مساحتی نانولوله‌های کربنی نسبتا پایین است، بنابراین بلندترین نانولوله تولید شده پیش از این 20 سانتیمتر بوده است. این گروه تحقیقاتی به بررسی فاکتورهای موثر بر رشد نانولوله‌های کربنی پرداخته‌اند، نتایج کار آنها نشان می‌دهد که کاتالیست‌ها اصلی‌ترین نقش را در این میان ایفا می‌کنند. آنها برای رشد نانولوله‌های کربنی از کاتالیست مناسبی استفاده کردند. توزیع شوتز فلوری دقیقا رفتار و تاثیر فعالیت کاتالیست‌ها را روی رشد نانولوله‌های کربنی بلند توضیح می‌دهد. با استفاده از این تئوری، محققان شرایط را برای رشد نانولوله‌هایی به طول نیم متر فراهم کرده و در نهایت به مقصود خود رسیدند. منبع: پینا

پژوهشگران دانشگاه کارولینای شمالی روشی ارائه کردند که با استفاده از آن می‌توان نانولوله‌های کربنی را به تولید انبوه رساند. به گزارش ایسنا به نقل از ستاد نانو، این گروه از رنگ‌پاش برای تولید این نانوساختارها با قطر مختلف استفاده کردند. این روش جدید برای تولید انبوه نانولوله‌های کربنی پوشش‌دار نیز مناسب است. «آناتولی ملنکو» می‌گوید: استفاده از رنگ‌پاش یک روش‌ جالب برای تولید انبوه نانوساختارها است. معمولا برای تولید نانوذرات از کاتالیست‌های نیکل استفاده می‌شود، ما در این پروژه از رنگ‌پاش برای اسپری کردن این نانوذرات روی زیرلایه استفاده کردیم؛ با این کار نانوذرات روی سطح زیرلایه پخش می‌شوند و در نهایت نانولوله‌ها روی این نانوذرات رشد می‌کنند. رنگ‌پاش موجب می‌شود تا ذرات کاتالیست به صورت یکنواخت روی سطح وسیعی از زیرلایه قرار بگیرند؛ مزیت دیگر این روش آن است که می‌توان در مدت زمان بسیار کوتاهی در دمای اتاق مساحت بالایی را پوشش‌دهی کرد. بعد از پوشش‌دهی زیرلایه با رنگ‌پاش، این گروه تحقیقاتی یک لایه پودر سیلیکون را روی آن اسپری کرده و در نهایت زیرلایه را در اتمسفری حاوی استیلن و گاز آمونیاک در دمای 600 درجه سانتی‌گراد قرار می‌دهند. با این کار نانوفیبرهای کربنی روی نانوذرات نیکل رشد کرده و محصولی خالص حاوی پوشش سیلیکونی ایجاد می‌شود. این محصول به صورت جنگلی از نانوفیبرهاست که به صورت عمودی روی زیرلایه رشد کرده است. این گروه تحقیقاتی این روش را روی زیرلایه‌های آلومینیوم، مس و تیتانیوم آزمایش کردند. «مهمت ساراک» از محققان این پروژه می‌گوید: رشد نانوفیبرهای کربنی روی زیرلایه منجر به محصولی رسانا می‌شود که از آن می‌توان در حوزه‌های مختلف استفاده کرد. رشد نانولوله‌ها از طریق رسوب شیمیایی از فاز بخار تقویت شده با پلاسما (pecvd) انجام می‌شود که قبل از آن نانوذرات نیکل روی زیرلایه‌هایی از جنس سیلیسیم، آلومینیوم، مس و تیتانیوم قرار داده می‌شود. توزیع و مورفولوژی محصول نهایی را می‌توان با کنترل پارامترهای رنگ‌پاش تعیین کرد، در واقع نحوه توزیع نانوذرات کاتالیستی تاثیر زیادی روی محصول نهایی دارد. در صورت افزودن میکروذرات سیلیس به راکتور، محصول نهایی با سیلیس پوشش‌دهی می‌شود که این کار موجب افزایش استحکام مکانیکی نانوفیبرهای کربنی می‌شود. از این روش می‌توان برای تولید مواد تشکیل دهنده باتری‌های یون لیتیم استفاده کرد. منبع: مجله بسپار

1. فناوری‌نانولوله‌های کربنی 1-1. غشاهای نانولوله‌‌ای نانولوله‌های کربنی می‌توانند برای تشکیل غشاهایی با تخلخل نانومتری و دارای قابلیت جداسازی آلودگی‌ها، به طور یکنواخت هم‌راستا شوند. تخلخل‌های نانومتری نانولوله‌ها این *****ها را از دیگر فناوری‌های *****اسیون بسیار انتخاب‌پذیرتر نموده است. همچنین نانولوله‌های کربنی دارای سطح ویژه بسیار بالا، نفوذپذیری زیاد و پایداری حرارتی و مکانیکی خوبی هستند. اگر چه چندین روش برای سنتز نانولوله‌های کربنی استفاده شده است، غشاهای نانولوله‌ای می‌توانند به وسیله پوشش‌دهی یک ویفر سیلیکونی با نانوذرات فلزی به عنوان کاتالیست، که موجب رشد عمودی و فشردگی بسیار زیاد نانولوله‌های کربنی می‌شود، سنتز شوند و پس از آن برای افزایش پایداری، فضای بین‌ نانولوله‌های کربنی را با مواد سرامیکی پر نمود . حذف آلودگی‌ها مطالعات آزمایشگاهی نشان می‌دهد که غشاهای نانولوله‌ای می‌توانند تقریباً همه انواع آلودگی‌های آب را حذف کنند؛ این آلودگی شامل باکتری، ویروس، ترکیبات آلی و تیرگی است. همچنین این غشاها نویدی برای فرایند نمک‌زدایی و گزینه‌ای برای غشاهای اسمز معکوس هستند. مقدار تصفیه آب اگر چه تخلخل نانولوله‌های کربنی به طور قابل توجهی کوچک است، غشاهای نانولوله‌ای نشان داده‌اند که به خاطر سطح داخلی صاف نانولوله‌ها، شدت جریان بیشتر یا یکسانی نسبت به تخلخل‌های بسیار بزرگ‌تر دارند . هزینه با توسعه روش‌های جدید و بسیار مؤثر برای تولید نانولوله‌های کربنی، هزینه تولید غشاهای نانولوله‌‌ای به طور پیوسته کاهش می‌یابد. بر اساس پیش‌بینی‌ برخی منابع، به دلیل کاهش قیمت نانولوله‌های کربنی، غشاهای نانولوله‌ای بسیار ارزان‌تر از سایر غشاهای *****اسیون، غشاهای اسمز معکسوس، سرامیک و غشاهای پلیمری خواهد شد. از آن جا که نانولوله‌های کربنی شدت جریان بالایی را نشان می‌دهند، فشار مورد نیاز برای انتقال آب نسبت به فرایند نمک‌زدایی با اسمز معکوس، کاهش می‌یابد و به دلیل این ذخیره انرژی، نمک‌زدایی با استفاده از *****های نانولوله‌ای بسیار ارزان‌تر از اسمز معکوس خواهد بود. انتظار می‌رود غشاهای نانولوله‌ای بسیار بادوام‌تر از غشاهای متداول باشند و استفاده مجدد از آنها بازدهی *****اسیون را کاهش ندهد . روش مصرف غشاهای نانولوله‌ای می‌توانند در گزینه‌های مشابهی به عنوان غشاهای میکرو*****اسیون و اولترا *****اسیون استفاده شوند. مطالعات نشان می‌دهد که این مواد بادوام و در برابر گرما مقاومند و تمیز کردن و استفاده مجدد از آنها ساده است و با استفاده از فرایند اولتراسونیک و اتوکلاو درC ْ121 در مدت 30 دقیقه تمیز می‌شوند . توضیحات تکمیلی انتظار می‌رود در پنج الی ده سال آینده، شاهد ورود غشاهای نانولوله‌ای نمک‌زا به بازار باشیم. اخیراً محققان برای غلبه بر چالش‌های مرتبط با افزایش مقیاس فناوری، فعالیت‌های تازه‌ای را مدنظر قرار داده‌اند . 1-2. نانوغربال‌ها آزمایشگاه‌های سلدن (Seldon)، چندین طرح مبتنی بر *****های نانوغربال را توسعه داده‌اند. نانوغربال از نانولوله‌های کربنی جفت‌ شده با یکدیگر تشکیل می‌شود که روی یک زیرلایه متخلخل و منعطف قرار گرفته‌اند. و می‌توان برای تشکیل *****های شبه‌کاغذی، آنها را روی یک زیرلایه صاف و یا لوله‌ای قرار داد، با این کار توانایی پیچیده شده شدن به اطراف هر ساختار استوانه‌ای متداول و یا هر ساختار دیگری را به دست می‌آورند، همچنین برای افزایش سطح ***** می‌توان نانوغربال‌های مسطح را تا زد. اخیراً در آزمایشگاه‌های مذکور چندین نمونه ***** قابل حمل مبتنی بر این فناوری، برای خالص‌سازی آب ساخته شده‌اند؛ این *****ها در اندازه قلم بوده و تحت عنوان ابزارهای *****اسیون نی‌مانند به نام water stick معروف هستند . حذف آلودگی‌ها از نانوغربال‌ها می‌توان در حذف گستره وسیعی از ترکیبات آلی و معدنی و یا مواد زیستی استفاده کرد. این ***** می‌تواند از چندین لایه نانولوله‌ کربنی ساخته شود که هر لایه قابلیت حذف نوع متفاوتی از ترکیبات را دارد. نانوغربال‌های مورد استفاده در Water stick توانایی حذف بیش از 99/99 درصد از باکتری‌ها، ویروس‌ها، کیست‌ها، میکروب‌ها، کپک‌ها، انگل‌ها، و همچنین کاهش قابل توجه آرسنیک و سرب را دارند. نانوغربال‌های چند عملکردی نیز مانند ترکیبات معدنی اعم از فلزات سنگین، کودها، فاضلاب‌های صنعتی و دیگر مواد می‌توانند ترکیبات آلی از قبیل Pesticideها و herbicideها را حذف نمایند. همچنین می‌توان ***** را با یک لایه ضدباکتری برای جلوگیری از تشکیل فیلم بیولوژیکی پوشاند. در حال حاضر آزمایشگاه‌های سلدن مشغول ارتقای این فناوری برای استفاده از آن در نمک‌زدایی از آب دریا هستند . مقدار تصفیه آب نانوغربال‌ها در مقایسه با دیگر ابزارهای *****اسیون که دارای همان اندازه تخلخل هستند، به دلیل خواص انتقال جرم سریع نانولوله‌ها، بدون استفاده از فشار، شدت جریان مناسبی را تأمین می‌کنند. در یک ***** نمونه با قطر پنج سانتی‌متر شدت جریان شش لیتر بر ساعت مشاهده شده است. همچنین water stick برای تصفیه یک لیتر آب آلوده در 90 ثانیه طراحی شده است. این *****، در طول عمر مفیدش 200 تا300 لیتر آب تولید می‌کند؛ اگر چه این مقدار می‌تواند با تغییرات پیش از *****اسیون افزایش داده شود . هزینه آزمایشگاه‌ سازنده برای قیمت‌گذاری water stick یک طرح رقابتی را با دیگر فناوری‌های مشابه در نظر دارد، تا این فناوری برای مردم کشورهای در حال توسعه قابل استفاده باشد . روش مصرف Water stick که شبیه نی نوشیدنی طراحی شده آب تمیز آشامیدنی تولید می‌کند. اخیراً نمونه‌ای از Water stick به گونه‌ای طراحی شده است که می‌توان وسیله‌ای با ***** قابل تعویض را طراحی کرد. علاوه بر این هنگامی که عمر مفید این ***** به پایان می‌رسد، به طور اتوماتیک جریان را متوقف می‌‌کند. نانوغربال‌ها توان ترکیب با دیگر ابزارهای *****اسیون را دارند . توضیحات تکمیلی آزمایشگاه‌های سلدن، سیستم تولیدی را برای تولید نانوغربال‌ها توسعه داده‌اند؛ این سیستم دارای صرفه اقتصادی، ظرفیت تولید 276 متر مربع بر ماه است که هر متر مربع برای 396 ***** کافی است. در حال حاضر پزشکان آفریقایی نمونه‌ای از water stick را مورد استفاده قرار داده‌اند . 2. روش‌های دیگر نانو*****اسیون 2-1. ***** آلومینای نانولیفی شرکت Argonide فناوری جاذب‌های نانولیفی را به صورت کارتریج *****های نانوسرام عرضه کرده است. این جاذب‌ها از نانوالیاف آلومینا با بار مثبت روی زیرلایه شیشه‌ای تشکیل شده‌اند. نانوالیاف آلومینا سطح بیشتری نسبت به الیاف متداول داشته و بار مثبت بالایی دارند که باعث جذب سریع‌تر آلودگی‌‌های باردار منفی از قبیل ویروس‌ها، باکتری‌ها و کلوئیدهای آلی و غیرآلی می‌شود. حذف آلودگی‌ها *****های نانوسرام بیش از 99/99 درصد ویروس‌ها، باکتری‌ها، انگل‌ها، ترکیبات آلی طبیعی، DNA و کدری را حذف می‌کند، همچنین دارای قابلیت جذب 9/99 درصد از نمک‌ها، مواد رادیواکتیو و فلزات سنگین از قبیل کروم، آرسنیک و سرب را هستند، حتی اگر ذرات، نانومقیاس و یا حل شده باشند. *****های نانوسرام در PH بین پنج تا 9 بهتر عمل می‌کنند. مقدار تصفیه آب شدت جریان *****های نانوسرام بدون استفاده از فشار حدود یک تا 5/1 لیتر بر ساعت، به ازای هر سانتی‌متر مربع از ***** است. حداکثر فشار چهار bar می‌تواند به ***** اعمال شود که منجر به شدت جریان 9 تا ده لیتر بر ساعت به ازای هر سانتی‌متر مربع از ***** خواهد شد. کارتریج *****های نانوسرام دارای یک طراحی تاخورده است که سطح آنها را افزایش می‌دهد. همچنین طبق گزارش ***** به طور متوسط مقاومت عملکردی بالایی نسبت به غشاهای بسیار متخلخل دارد. هزینه شرکت آرگوناید (Argonide) هزینه تولید *****های نانوسرام را ارزان اعلام کرده است؛ چرا که آنها می‌توانند با استفاده از فناوری کاغذسازی تولید شوند. در حال حاضر هر متر مربع ***** ده دلار هزینه برمی‌دارد، که ممکن است این مقدار به سه دلار برسد. کار تریج *****ها به ازای 20-200 *****، وابسته به قطر آنها در حدود 37 دلار هزینه دارند. صفحات ***** می‌توانند با قرار گرفتن در اطراف لوله‌های فلزی، بین دو ***** متداول و یا در یک نگهدارنده مجزا، هزینه نهایی ***** را کاهش دهند. *****های نانوسرام به جای جمع‌آوری ذرات بسیار ریز بر روی سطح، آنها را جذب می‌کنند؛ بنابراین نسبتاً عمر مفید و طولانی‌تری دارند. روش مصرف مطابق با توصیه‌های شرکت آرگوناید، *****های نانوسرام به تصفیه‌های پیشین و یا پسین، تمیز کردن، شارژ مجدد ***** و یا از بین بردن مواد زاید خطرناک نیاز ندارند. این *****ها به طور همزمان ترکیبات شیمیایی و بیولوژیکی را بدون استفاده از مواد گندزدای شیمیایی و یا مواد منعقدکننده، حتی در آب‌های شور بسیار کدر حذف می‌کنند. توضیحات تکمیلی به گفته شرکت آرگوناید، *****های نانوسرام می‌توانند پودرهای بسیار ریز فلزی حذف شده را برای کاربردهای صنعتی بازیافت کنند. 2-3. نانوالیاف جاذب جریان شرکت KX طرحی از *****های جاذب جریان شامل نانوالیاف را با هدف استفاده در کشورهای در حال توسعه بهره‌برداری کرده است. ***** شامل یک لایه پیش *****اسیون برای حذف چرک‌ها، یک لایه جاذب برای حذف آلودگی‌های شیمیایی و یک لایه نانوالیاف برای حذف آلودگی‌ها و ذرات کلوئیدی است. نانوالیاف از چندین پلیمر آب‌دوست، رزین‌ها، سرامیک‌ها، سلولز، آلومینا و دیگر مواد ساخته می‌شوند. این فناوری در مقیاس‌های خانگی و شهری قابل دسترسی است. حذف آلودگی‌ها طبق گزارش‌ها، *****های سطح فعال بیش از 99 درصد از باکتری‌ها، ‌ویروس‌ها، انگل‌ها، آلودگی‌های آلی و دیگر آلودگی‌های شیمیایی را حذف می‌کنند. مقدار تصفیه آب طبق اعلام شرکت‌ سازنده، مقیاس خانگی *****های سطح فعال می‌تواند به ازای هر *****375 لیتر آب را با سرعت چهار تا شش لیتر بر ساعت تولید کند. در مقیاس روستایی بیش از 7500 لیتر بر روز با سرعت 6/5 لیتر بر دقیقه تولید می‌کند. در مقیاس روستایی هر ***** برای بیش از 95 هزار لیتر آب مؤثر است. هزینه انتظار می‌رود *****های خانگی شش تا11 دلار فروخته شوند و *****های جایگزین برای آنها 8/0تا9/0 دلار هزینه دربر خواهد داشت؛ یعنی 002/0 دلار به ازای هر لیتر آب. همچنین *****های روستایی بین 100 تا 150 دلار هزینه خواهند داشت که تقریباً 0003/0 دلار به ازای هر لیتر است. روش مصرف طراحی *****های سطح فعال به گونه‌ای است که بدون استفاده از تجهیزات وسیع، یا نگهدارنده به‌آسانی قابل استفاده باشند. 3. سرامیک‌های نانو‌حفره‌ای، کِلِی‌ها و دیگر جاذب‌ها 3-1. غشای سرامیکی نانوحفره‌ای شرکت آلمانی AG Nanovation، طرحی از *****های سرامیکی نانوحفره‌ای را تحت عنوان Nano pore و سیستم‌های *****اسیون غشایی را با مقیاس‌های متنوعی عرضه نموده است. *****های غشایی Nano pore از نانوپودرهای سرامیکی روی مواد پایه از قبیل آلومینا تشکیل شده‌اند و در اندازه‌های متفاوت و در دو شکل لوله‌ای و مسطح موجود هستند. این محصولات با استفاده از نانوپودرهای سرامیکی شرکت و تحت فرایندهای پیوسته تولید می‌شوند. حذف آلودگی‌ها طبق ادعای شرکت سازنده، *****های غشایی Nanopore باکتری‌ها، ویروس‌ها و قارچ‌ها به طور مؤثر از آب حذف می‌کنند. علاوه بر این آزمایش‌های کیفی آب، Coliformها، fecal coliformها، Salmonella یا streptococci را در آب تصفیه شده نشان نمی‌دهند. مقدار تصفیه آب مقدار آب تولیدی وابسته به اندازه و شکل ***** و کیفیت آب تصفیه شده است. یک واحد *****اسیون با ابعاد cm 15× 60×120 سطحی معادل با 2 m 11 ایجاد کرده، می‌تواند 8 هزار لیتر آب آلوده را در روز تصفیه کند. هزینه ‌تولید سیستم‌های *****اسیون غشایی بر مبنای pore Nano با فرایندهای پیوسته که همزمان تمامی لایه‌های ***** مونتاژ می‌شوند، ارزان است؛ هنگامی که تمامی هزینه‌های *****اسیون که شامل حفظ، ‌جایگزینی *****ها، تمیز کردن عوامل و هزینه‌های عملیاتی است، با مواردی از قبیل عمر طولانی‌تر *****، پایداری بیشتر و تمیز کردن کمتر همراه شوند، هزینه این *****ها با *****های پلیمری قابل رقابت می‌گردد. روش مصرف *****های غشایی Nano pore با توجه به خواص ضدرسوبی بسیار شدید خود نیاز به تمیزسازی مکرر ندارند. همچنین می‌تواند به جای پاکسازی شیمیایی با بخار استرلیزه شود. غشاهای Nano pore نسبت به آلودگی‌های قارچی و باکتریایی، اصطکاک، اسید و بازهای غلیظ شده، دمای بالا و اکسیداسیون مقاوم هستند. 3-2. تک‌لایه‌های خودآرا روی پایه‌های مزوپروس (SAMMS) آزمایشگاه ملی پاسیفیک نورث وست (PNNL) تک‌لایه‌های خود آرا روی پایه‌های مزوپروس را توسعه داده است. این فناوری از مواد سرامیکی یا شیشه‌ای با تخلخل نانومتری شکل گرفته است؛ به طوری که تک‌لایه‌ای از مولکول‌ها می‌توانند به یکدیگر متصل شوند. تک‌لایه و لایه مزوپروس، قابلیت برنامه‌ریزی شدن برای حذف آلودگی‌های خاصی را دارند. SAMMS نسبت به بسیاری از غشاها و فناوری‌های جاذب دیگر، جذب سریع‌تر، ظرفیت بالاتر و انتخاب‌پذیری بهتری را از خود نشان داده است. SAMMS برای حذف آلودگی‌های فلزی از آب آشامیدنی، آب‌های زیرزمینی و فاضلاب‌های صنعتی طراحی شده است . حذف آلودگی‌ها PNNL مدعی است که SAMMS 9/99 درصد از جیوه، سرب، ‌کروم، آرسنیک، ‌کادمیم، فلزات پرتوزا و دیگر سموم فلزی را جذب می‌کند. همچنین طبق گزارش‌ها، SAMMS می‌تواند برای حذف فلزات خاصی برنامه‌ریزی شود؛ ولی برخی فلزات از قبیل کلسیم، منیزیم و روی را حذف نمی‌کند. SAMMS برای حذف آلودگی‌های زیستی، یا آلی مؤثر نیست. مقدار تصفیه آب از SAMMS می‌توان در گستره وسیعی از کاربردها از تصفیه آب مصرفی گرفته تا تصفیه فاضلاب‌های صنعتی، استفاده کرد. این *****ها سطح ویژه‌ای در حدود 600 تا هزار متر مربع به ازای هر گرم دارند. تولید هر کیلوگرم SAMMS، 150 دلار هزینه دارد که با نمونه‌ای از رزین تعویض یونی با هزینه 42 دلار و کربن فعال با هزینه 78/1 دلار به ازای هر کیلوگرم قابل مقایسه است. همچنین برای حذف یک کیلوگرم جیوه، 13 کیلوگرم SAMMS مورد نیاز است و در مقابل، 154 کیلوگرم رزین تعویض یونی و 40 هزار کیلوگرم کربن فعال مورد نیاز خواهد بود. روش مصرف SAMMS به پودری شکل و اکسترود شده است که می‌تواند برای *****های تعویض یونی مناسب باشد. این *****ها گاهی اوقات به منظور حذف آلودگی‌های جذب شده با یک محلول اسیدی احیا می‌شوند. آلودگی‌های ایجاد شده از احیای SAMMS طبق استانداردهای سازمان حفظ محیط زیست آمریکا غیرسمی بوده، می‌توانند به عنوان یک آلودگی متداول تصفیه شوند. 3-4. Arsenx Arsenx، یک رزین جاذب متشکل از نانوذرات اکسید آهن آب دار روی یک زیرلایه پلیمری است و برای حذف آرسنیک و دیگر آلودگی‌های فلزی به‌کار می‌رود. نانوذرات، سطح ویژه بالا، ظرفیت بیشتر و سینتیک جذب سریع‌تری فراهم می‌نماید. Arsenx می‌تواند برای کاربردهای مصرفی کوچک و یا استفاده‌های صنعتی و شهری بزرگ طراحی شود، همچنین در و نیز در ابزارهای طراحی شده برای رزین‌های تعویض یونی مورد استفاده قرار گیرد. حذف آلودگی‌ها Arsenx موادی از قبیل آرسینک، وانادیم، اورانیوم، کروم، آنتیموان و مولیبدن را حذف و سولفات‌ها، کربنات‌ها، فلوریدها، کلریدها، سدیم، منیزیم و یا آلودگی‌های زیستی را حذف نمی‌کند. مقدار تصفیه آب شدت جریان عبوری آن بسیار وابسته به نوع ابزاری است که Arsenx استفاده می‌کند. بدون در نظر گرفتن طراحی سیستم، برای تماس بین Arsenx و آب 5/2 تا سه دقیقه زمان نیاز است. هر گرم Arsenx حدوداً 38 میلی‌گرم آرسنیک را نگه می‌دارد. هزینه شرکت Solmetex اشاره می‌کند که با توجه به کم شدن ظرفیت Arsenx در طول احیاء، می‌تواند نسبت به جاذب‌های دیگر در طی حیاتش هزینه کمتری داشته باشد. هزینه اولیه سیستم وابسته به طراحی‌های متفاوت آن است، اما به طور متداول از 07/0 تا 2/0دلار به ازای هر هزار لیتر گزارش شده است که شامل هزینه‌های استهلاک و هزینه‌های عملیاتی و حفظ و نگهداری است. روش مصرف Arsenx به گفته شرکت Sometex می‌تواند به عنوان رزین‌های تعویض یونی در زمینه‌های مشابه مورد استفاده قرار گیرد. این ***** نیاز به پیش یا پس تصفیه نداشته و گاهی اوقات با محلول سود سوزآور احیا می‌شود و متناسب با سطح آلودگی، بعد از سه ماه تا یک سال خاصیت خود را از دست خواهد داد. گزارش‌ها حاکی از آن است که زیرلایه پلیمری Arsenx بادوام بوده و می‌تواند در گسترده دمایی یک تا 80 درجه سانتی‌گراد عمل کند. 3-5. پلیمر حفره‌ای سیکلودکسترین سیلکودکسترین یک ترکیب پلیمری است که از ذراتی با حفره‌های استوانه‌ای تشکیل شده است؛ این ذرات می‌توانند آلودگی‌های آلی را جدا کنند. پلیمر سیکلودکسترین را می‌توان به صورت پودر، دانه‌ای و یا لایه نازک برای استفاده در ابزارها و کاربردهای متفاوت تولید کرد. به هر حال پلیمر سیکلودکسترین برای تصفیه آب مصرفی استفاده شده و همچنین می‌تواند برای تصفیه در جای آب‌های زیرزمینی یا پاکسازی فاضلاب‌های شیمیایی آلی و نفتی نیز مورد استفاده قرار گیرد. حذف آلودگی‌ها سیکلودکسترین گستره وسیعی از آلودگی‌های آلی شامل بنزن، هیدروکربن‌های پلی‌آروماتیک، فلورین‌ها، و آلودگی‌های حاوی نیتروژن، استن، کودها، Pesticidها و بسیاری دیگر را حذف می‌کند. آزمایش‌ها نشان می‌دهند که پلیمرسیکلودکسترین این آلودگی‌ها را تا حد ppt کاهش می‌دهد، در حالی که کربن فعال و زئولیت این آلودگی‌ها را تا حد ppm کاهش می‌دهد. همچنین پلیمر صدهزار مرتبه بیشتر از کربن فعال، ترکیبات آلی پیوند می‌دهد و بازدهی حذف یکسانی برای آب با غلظت آلودگی پایین را نشان داده است. پلیمرسیکلودکسترین تحت تأثیر رطوبت هوا قرار نگرفته، می‌تواند در نواحی مرطوب بدون اشباع یا غیرفعال شدن، مورد استفاده قرار گیرد. همچنین آلودگی‌های جذب شده را از خود عبور نمی‌دهد. مقدار تصفیه آب پلیمرسیکلودکسترین ظرفیت بارگذاری 22 میلی‌گرم از آلودگی‌های آلی به ازای هر گرم از پلیمر را دارد، که با 58 میلی‌گرم به ازاری هر گرم کربن فعال قابل مقایسه است. این پلیمر برای تماس با آب آلوده حدوداً به پنج ثانیه زمان نیاز دارد. و در حین احیا ظرفیت خود را از دست نداده، می‌تواند به طور نامحدودی استفاده شود. هزینه تولید پلیمرسیکلودکسترین، ارزان بوده است و می‌توان آن را مستقیماً از نشاسته، با تبدیل 100 درصد تولید شود. انتظار می‌رود که تولید انبوه، هزینه آن را پایین‌تر از قیمت کربن فعال و زئولیت آورد. شرکت پژوهشی محصولات پلیمری اشاره می‌کند که روشی را جهت افزایش مقیاس‌ این فرایند برای تولید مواد توسعه داده است. اخیراً شرکت پژوهشی Manhattan یک فناوری را برای کاربردهای مصرفی توسعه داده و اظهار می‌دارد که تولید انبوه موجب ارزان‌تر شدن پلیمر نسبت به سایر روش‌های حذف آلودگی‌های آلی خواهد شد. روش مصرف پودر سیکلودکسترین می‌تواند در ستون، کارتریج و یا *****های بستری به گونه‌ای متراک شود که آب از آن بگذرد. سیکلودکسترین دانه‌ای می‌تواند مستقیماً در منبع یا لوله‌های آب به‌کار رود و لایه نازک آن می‌تواند روی زیر‌لایه‌ای از شیشه برای تشکیل غشاء قرار گیرد. از همه اشکال متفاوت سیکلودکسترین می‌توان در ابزارهای طراحی شده برای *****ها، غشاها و یا جاذب‌ها استفاده کرد. پلیمرسیلکودکسترین هم آب‌دوست و هم آب‌گریز است؛ لذا می‌تواند بدون استفاده از فشار برای جذب آب از میان تخلخل‌ها مورد استفاده قرار گیرد. پلیمر گاهی اوقات به احیا با استفاده از یک الکل ساده از قبیل اتانول یا متانول نیاز خواهد داشت و ممکن است به خاطر به ظرفیت بارگذاری پائین آن نسبت به کربن فعال و جاذب‌های دیگر به عملیات بیشتری نیاز داشته باشد. توضیحات تکمیلی آلودگی‌هایی که پلیمر سلیکودکسترین جذب می‌کند، می‌تواند بعد از احیا، برای کودها، Pesticideها و محصولات صنعتی دیگر بازیافت شود. 3-6. نانوکامپوزیت‌های پلی‌پیرون- نانولوله‌کربنی آزمایشگاه‌ ملی پاسیفیک نورث وست یک غشای نانوکامپوزیتی شامل لایه نازکی از یک پلیمر جاذب موسوم به پلی‌پیرون را روی ماتریسی از نانولوله‌های کربنی که سطح مخصوص و پایداری غشا را افزایش می‌دهند، توسعه داده است. برخلاف جاذب‌های دیگر که به احیای شیمیایی نیاز دارند این غشاها می‌توانند به طور الکتریکی احیا می‌شوند. حذف آلودگی‌ها غشاهای پلی‌پیرون دارای نانولوله‌ کربنی با بار مثبت است و می‌توان پرکلرات‌ها، سزیم، کروم و دیگر آلودگی‌های باردار منفی را حذف کند. همچنین غشاهای نانوکامپوزیتی می‌توانند برای حذف نمک طراحی شوند. از آنجا که پلی‌پیرون می‌تواند به طور منفی باردار شود، بنابراین این غشاء ذرات باردار مثبت از قبیل کلسیم و منیزیم را حذف می‌کند. مقدار تصفیه آب غشاهای نانوکامپوزیتی پلی‌پیرون- نانولوله‌کربنی قابل استفاهه مجدد هستند آزمایش‌ها نشان می‌دهد که این غشاها بعد از صد دوره استفاده بسیار کم بازدهی خود را از دست می‌دهند. همچنین به خاطر خواص انتقال جرم سریع نانولوله‌های کربنی شدت جریان بالایی دارند. هزینه انتظار می‌رود که غشاهای پلی‌پیرون- نانولوله کربنی در استفاده طولانی مدت، نسبتاً کم هزینه باشند؛ چرا که آنها می‌توانند بدون از دست دادن قابل توجه ظرفیت جذب، احیا شده، استفاده شوند. این غشاها هزینه‌های مرتبط با خرید و ذخیره‌سازی مواد شیمیایی احیاکننده و تعلیم کاربران را ندارند. علاوه بر این، انتظار می‌رود که هزینه نانولوله‌های کربنی در پنج سال آینده بین ده تا صد برابر کاهش یابد. روش مصرف این غشاها آلودگی‌های ثانویه خطرناک تولید نمی‌کنند. با بکارگیری جریان الکتریکی، بار پلیمر خنثی شده و آلودگی‌های جذب شده، از غشا آزاد می‌شوند. با حذف آلودگی‌ها، پلیمر می‌تواند دوباره باردار شده و مجدداً استفاده شود. 4. زئولیت 4-1. زئولیت‌های طبیعی، مصنوعی، زغال‌سنگ و ترکیبی زئولیت‌ها مواد جاذب با ساختار شبکه‌ای جهت تشکیل تخلخل‌ها هستند. آنها می‌توانند از منابع طبیعی به دست آمده و یا سنتز شوند. زئولیت‌های مصنوعی معمولاً از محلول‌های سیلیکون-آلومینیوم یا زغال‌سنگ ساخته شده و به عنوان جاذب یا ابزار تعویض یونی در کارتریج یا *****های ستونی به‌کار می‌روند. شرکت فناوری‌های AgION ترکیبی از زئولیت‌ها و یون‌های نقره طبیعی با خواص ضدباکتری تولید می‌کند. حذف آلودگی‌ها زئولیت‌ها به طور متداول برای حذف آلودگی‌های فلزی به‌کار می‌روند. زئولیت‌های طبیعی مکزیک و مجارستان، آرسنیک را از منابع آب آشامیدنی تا حد مورد پذیرش سازمان بهداشت جهانی کاهش می‌دهند. زئولیت‌های ساخته شده از زغال‌سنگ می‌توانند گستره‌ای از فلزات سنگین شامل سرب، مس، روی، کادمیم، نیکل و نقره را از آب آلوده جذب کنند. همچنین می‌توانند تحت شرایط خاصی کروم، آرسنیک و جیوه را جذب کنند. ظرفیت جذب زئولیت‌ها متأثیر از چند عامل؛ ترکیبشان، PH آب و غلظت انواع آلودگی‌هاست. به عنوان مثال تأثیرات PH آب بر روی سطح باردار شده منفی و یا مثبت زئولیت قابل ذکر است. همچنین با توجه جذب آسان سرب و مس در زغال‌سنگ، غلظت بالای این مواد، مقدار کادمیم و نیکل حذف شده را کاهش می‌دهد. ترکیبات زئولیت- نقره AgIoN، بازدهی را در مقابل میکروارگانیسم‌ها که شامل باکتری‌ها و کپک‌هاست، ارتقا می‌دهند. زئولیت نمی‌تواند آلودگی‌های آلی را به قدر کافی حذف کند، همچنین رطوبت هوا در اشباع زئولیت‌ها دخالت داشته، موجب کاهش بازدهی آنها می‌شود. مقدار تصفیه آب مقدار آبی که زئولیت‌ها می‌توانند تصفیه کنند، وابسته به منبع زئولیت و ابزاری است که آنها استفاده می‌کنند. در مورد زئولیت‌های زغال‌سنگ، محتوای کربن این ماده به طور قابل توجهی سطح مخصوص و در نتیجه ظرفیت جذب زئولیت را تحت تأثیر قرار می‌دهند. هزینه زئولیت‌ها را می‌توان به طور ارزان تولید کرد زیرا منبع آنها به طور طبیعی و فراوان در دسترس است. در امریکا زئولیت‌های دانه‌ای برای کاربردهای صنعتی و کشاورزی بین 30 تا 70 دلار به ازاری هر تن و برای محصولات مصرفی بین 5/0 تا 5/4 دلار به ازای هر کیلوگرم هزینه دارند. روش مصرف چگونگی مصرف زئولیت‌ها بسیار وابسته به نوع ابزاری است که در آن استفاده می‌شوند. این ابزار می‌تواند شامل رزین‌های تعویض یونی، کارتریج و ابزارهای ستونی و غیره باشند. علاوه بر این زئولیت‌ها گاهی اوقات به احیا با یک محلول اسیدی نیاز دارند. مصرف زئولیت‌های زغال‌سنگ ممکن است مشکل‌ساز باشد، چرا که مطالعات نشان می‌دهند مقادیری از آلودگی‌های سرب، کادمیم، کروم، مس، جیوه، روی و دیگر آلودگی‌ها می‌توانند از زغال‌سنگ گذشته و موجب آلودگی خاک، آب‌های زیرزمینی و آب شوند. همچنین مشخص شده است که مقادیر آرسنیک و منیزیم عبور کرده از Fly ash بسیار بیشتر از مقادیر توصیه شده سازمان بهداشت جهانی است. ترکیبات زئولیت نقره AgION نیاز به پاک‌سازی مکرر دارند، زیرا پوشش ضدباکتری نقره از تشکیل آلودگی‌های بیولوژیکی روی ***** جلوگیری می‌کند و در این صورت نیاز به ذخیره‌سازی و مصرف احیاء‌کننده‌های شیمیایی مرتفع می‌شود. 5. فناوری‌های مبتنی بر نانوکاتالیست‌ها 5-1. نانوذرات آهن خنثی نانوذرات آهن خنثی (NZVI) برای تصفیه درجا و غیردرجای آب‌های زیرزمینی استفاده می‌شوند. این ماده همزمان یک جاذب و یک عامل احیاکننده است، همچنین موجب می‌شود که آلودگی‌های آلی به ترکیبات کربنی با درجه سمیت کمتری شکسته شوند و فلزات سنگین کلوخه شده، به سطح خاک بچسبند. NZVI را می‌توان برای تصفیه درحا مستقیماً به منابع آب‌های زیرزمینی تزریق کرد، یا می‌توان از آن در غشاها برای کاربردهای خارجی استفاده کرد. همچنین NZVI دو فلزی که در آن نانوذرات آهن با یک فلز ثانویه از قبیل پالادیم برای افزایش فعالیت آهن پوشیده می‌شوند، موجود است. NZVI بسیار فعال بوده و سطح مخصوص بالایی نسبت به ZVI دانه‌ای دارد. حذف آلودگی‌ها NZVI می‌تواند برای فرآوری گستره وسیعی از آلودگی‌های متداول زیست‌محیطی، مثل متان کلردار، بنزن کلردار، Pesticideها، رنگ‌های آلی، تری‌هالومتان‌ها، PCBها، آرسنیک، نیترات و فلزات سنگین از قبیل جیوه، نیکل و نقره استفاده شود. همچنین ممکن است توانایی کاهش پرتوهای رادیویی را داشته باشد. پالادیم پوشیده‌شده با NZVI نشان داده است که همه ترکیبات کلردار را در مدت هشت ساعت تا زیر مقادیر قابل رؤیت کاهش می‌دهد. این در حالی است که NZVI معمولی برای حذف بیش از 99 درصد از این ترکیبات به 24 ساعت نیاز دارد. نانوذرات نسبت به آلودگی‌ها، برای یک دوره شش الی هشت هفته‌ای، فعال باقی می‌مانند. NZVI نشان داده است که در گستره وسیعی از PHها و دماهای خاک و مقادیر Nutrient مؤثر است. مقدار تصفیه آب مقدار آب زیرزمینی که NZVI می‌تواند فرآوری کند، وابسته به کیفیت آهن، شامل تعداد دفعاتی که استفاده مجدد شده است؛ نوع زیرلایه مورد استفاده، کیفیت آب معدنی برای تولید محلول قابل تزریق، شامل مقدار اکسیژن، مقدار و نوع ذرات ریز در محلول، است. دریک مطالعه موردی، سطحی با مساحت صد مترمربع را 057/6 لیتراز محلول شامل kg 2/11 از NZVI تحت تأثیر قرار می‌دهد. مطالعه دیگری نشان می‌دهد که در یک منطقه، مقدار 136 کیلوگرم NZVI برای فراوردی 6/11میلیون کیلوگرم از خاک کافی است؛ اما در منطقه دیگر همین مقدار از NZVI تنها برای فرآوری 102 میلیون کیلوگرم از خاک به‌کار می‌رود. دلایل ذکر شده برای این مطابقت نداشتن شامل حجم متفاوت آب مصرف شده در تهیه محلول، مقادیر متفاوت کنش‌پذیری آهن به‌دلیل تفاوت در مقدار اکسیژن آب و مقدار متفاوت فشار کاربردی در حین تزریق است. هزینه NZVI حدوداً 40 تا 50 دلار به ازای هر کیلوگرم و پلادیم پوشش‌یافته با NZVI بین 68 تا 146 دلار به ازای هر کیلوگرم هزینه دارد. اگر چه NZVI به طور قابل توجهی نسبت به ZVI دانه‌ای و میکرومقیاس که هر کدام به ترتیب 2/2 و 75/3 دلار به ازای هر کیلوگرم هزینه دارند، گران است، اما از آن جا که مقادیر کمی از NZVI به دلیل سطح ویژه و واکنش‌پذیری بسیار بالای آن مورد نیاز است، از نظر اقتصادی به‌صرفه است. در مقابلِ هر گرم پودر تجاری ZVI که سطحی کمتر از یک متر مربع دارد، NZVI به ازای هر گرم 5/33 مترمربع سطح واکنش‌پذیر داشته و سرعت تصفیه آن ده تا صد مرتبه سریع‌تر است. روش مصرف استفاده درجا و غیردرجای از NZVI نسبتاً آسان است. برای کاربردهای درجا، پودر NZVI را برای تشکیل محلول آهن با آب در یک منبع مخلوط کرده، سپس با یک پمپ و چاه تزریق مستقیماً به خاک‌آلوده تزریق می‌کنیم. از آنجا که تجهیزات مشابه مورد استفاده برای دیگر موارد تزریقی موجود است، تجهیزات چاهی خاص مورد نیاز نیست. NZVI به دلیل داشتن ذرات کوچک‌تر نسبت به ZVI دانه‌ای، راحت‌تر تزریق شده، می‌تواند تا اعماق بیشتری نفوذ کند. همچنین نانوذرات NZVI می‌توانند در یک ماتریس جامد از قبیل کربن فعال، زئولیت، نانولوله‌های کربنی و دیگر مواد برای تولید غشاهایی با کاربرد غیردرجا ایمن شوند. 5-2. فتوکاتالیست‌های نانومقیاس دی‌اکسید تیتانیوم دی‌اکسید تیتانیوم هم به عنوان عامل احیای فتوکاتالیستی و هم به صورت یک جاذب عمل می‌کند و به صورت درجا و غیردرجا در تصفیه آب استفاده می‌شود. دی‌اکسید تیتانیوم در حضور آب، اکسیژن و تابش UV، رادیکال‌های آزاد تولید می‌کند که این رادیکال‌ها آلودگی‌های متفاوت را به ترکیبات کربنی با درجه سمیت کمتری تجزیه می‌کنند. دی‌اکسید تیتانیوم نانومقیاس، سطح بیشتر و فرایند فتوکاتالیستی سریع‌تری را نسبت به ذرات بزرگ‌تر فراهم می‌نماید. دی‌اکسید تیتانیوم یا به صورت نانوپودر، برای استفاده در سوسپانیون‌ها و یا به شکل *****های دانه‌ای موجود است و در چندین شکل دیگر به عنوان پوشش برای غشاهای ثابت، میکروکره‌های نانوکریستالی و غشاهای ترکیبی با سیلیکا به‌کار می‌رود. حذف آلودگی‌ها دی‌اکسید تیتانیوم تقریباً همه آلودگی‌های آلی را تجزیه می‌کند. این ماده بسیار آب‌دوست است؛ و بنابراین توانایی جذب آلودگی‌های زیستی و فلزات سنگین از قبل آرسنیک را دارد. راندمان آن تابع کیفیت دی‌اکسید تیتانیوم، شدت پرتو فرابنفش، PH آب، موجودی اکسیژن و غلظت آلودگی‌ها است. مقدار تصفیه آب سیستم‌های متفاوت دی‌اکسید تیتانیوم، شدت جریان و سرعت‌های حذف متنوعی را فراهم می‌کنند و ازهمه آنها می‌توان محدوده استفاده کرد. نانوپودرهای سوسپانسیون شده دی‌اکسید تیتانیوم فرایند فتوکاتالیستی پُربازدهی را از خود نشان می‌دهند؛ چرا که سطح داخلی آنها در معرض تابش اشعه فرابنفش و آلودگی‌ها قرار می‌گیرد. به دلیل ترکیب سطوح کنش‌پذیر با مواد پایه و در نتیجه، کاهش سطح فعال، بازده نانوذرات دی‌اکسید تیتانیوم که به عنوان پوشش استفاده شده یا روی زیرلایه‌هایی از قبیل شیشه و سرامیک ثابت شده‌اند، پنج برابر درصد بازده فتوکاتالیستی نانوذرات سوسپانسیون شده است. همچنین تخلخل غشا یا زیرلایه، بر شدت جریان و عمر مفید این سیستم‌ها مؤثر است. میکروکره‌های نانوکریستالی دی‌اکسید تیتانیوم، سطحی قابل مقایسه با نانوپودرها دارند، اما فرایندهای فتوکاتالیستی آهسته‌تری انجام می‌دهند. هزینه هزینه نانوپودرهای دی‌اکسید تیتانیوم برحسب کیفیت آن چند صد دلار بر کیلوگرم است. به عنوان مثال اخیراً شرکت Altair یک سیستم تولیدی‌ به ثبت رسانده است، که می‌تواند نانوپودرهای دی‌اکسید تیتانیوم را در مقیاس انبوه و بسیار ارزان تولید کند. همچنین این شرکت فروش محصولات کوچک مبتنی بر این فناوری را طراحی می‌کند. این محصولات در دو اندازه 40 کیلوگرم بر ساعت و یک تا دو کیلوگرم بر ساعت موجود خواهند بود. این واحد، دی‌اکسید تیتانیوم را از تتراکلرید تیتانیوم تولید می‌کند که می‌تواند حدوداً هزاروصد دلار به ازای هر تن یا صد و ده دلار به ازای هر کیلوگرم فروخته شود. روش مصرف به دلیل سختی بازیافت و جداسازی ذرات بعد از تصفیه، استفاده از نانوپودرهای دی‌اکسید تیتانیوم سوسپانسیون شده مشکل است. ذرات سوسپانسیون معمولاً به وسیله اولترا*****اسیون یا میکرو*****اسیون جدا می‌شوند اما در حین این فرایند مقدار قابل توجهی از ذرات از بین می‌روند. استفاده از میکروکره‌های نانوکریستالی آسانتر است. آنها در آب از طریق حباب‌سازی هوا سوسپانسیون شده و به طور طبیعی در ظرف آب برای بازیافت آسان‌تر ته‌نشین می‌شوند. 5-4. اکسیدآهن نانوساختار جاذب شرکت فناوری‌های Adedge آمریکا، اکسیدآهن نانوساختار دانه‌ای و خشکی به نام AD33، برای حذف آرسنیک عرضه نموده است. AD33 با ترکیبی خواص کاتالیستی و جذبی اکسیدآهن با هم، ضمن تبدیل آرسنیک به موادی با سمیت کمتر، به طور همزمان آن را از آب جدا می‌نماید، این شرکت همچنین طرحی از لوازم مصرفی شامل *****های AD33 را ارائه نموده است. حذف آلودگی‌ها AD33 می‌تواند بیش از 99 درصد آرسنیک را حذف کند، همچنین می‌تواند مقادیر سرب، روی‌، کروم، مس و دیگر فلزات سنگین را کاهش دهد و آلودگی‌های جذب شده را از خود عبور نمی‌دهد. مقدار تصفیه آب عمر مفید *****های AD33 معمولاً دو تا چهار سال است. سیستم‌های تصفیه خانگی سری مدالیون شرکت Adedge با سه دبی19، 26 و 38 لیتر بر دقیقه موجود است، همچنین شرکت Adedge کارتریج‌های حاوی AD33 با دبی متوسط دو لیتر بر دقیقه را عرضه نموده است. عمر مفید این کارتریج‌ها بین سه هزار و 800 تا 11 هزار و 400 لیتر است و به طوری که تخمین زده می‌شود چهار تا شش برابر بزرگ‌تر از دیگر جاذب‌های تجاری موجود است. هزینه هزینه کارتریج‌های AD33 برای هر مورد حدوداً 50 دلار است و هزینه هر ***** مجزا وابسته به مقدار خریداری شده است؛ اما به طور نمونه بین هشت تا 13 دلار به ازای هر لیتر تغییر می‌کند. روش مصرف طبق توصیه‌های شرکت Adedge، *****ها و محصولات AD33 نیاز به جایگزینی مکرر داشته و مواد شیمیایی یا احیاءکننده‌ها برای آنها استفاده نمی‌شود. با توجه به خشکی ابزارهای AD33، نسبت به سایر ابزارهای *****اسیون مبتنی بر آهن مرطوب، راحت‌تر استفاده می‌شوند؛ به طوری که در گسترده وسیعی از سیستم‌ها استفاده می‌شوند. علاوه بر این، ابزارهای AD33 مصرف‌شده خطرناک نیست می‌توان آنها را طبق استانداردهای سازمان حفاظت از محیط‌زیست آمریکا در زمین دفع کرد. 6. نانوذرات مغناطیسی 6-1. Magneto ferritin نانوذرات مغناطیسی معمولاً به عنوان جاذب و نانوکاتالیست برای تصفیه آب بررسی شده‌اند. شرکت انگلیسی Nano Magnetics، نانوذرات مغناطیسی را تحت عنوان Magneto ferritin ارائه کرده و مشغول بررسی توانایی آن برای انجام اسمز پیش‌رونده (forward osmosis) به عنوان گزینه‌ای با بازدهی انرژی برای اسمز معکوس است. در چنین سیستمی از نانوذرات مغناطیسی برای تولید فشار اسمزی مورد نیاز برای راندن آب از میان یک غشای *****اسیون استفاده شده‌اند. برخلاف اسمز معکوس که برای تولید فشار اسمزی نیازمند انرژی ورودی است. حذف آلودگی‌ها Magneto ferritin با توانایی اسمز پیش‌رونده، برای نمک‌زدایی در نظر گرفته شده است؛ اگر چه با توجه به به نوع غشای مصرفی قادر به حذف آلودگی‌های دیگر نیز هست. مقدار تصفیه آب شرکت Nano Magnetics اشاره می‌کند که Magneto ferritin را می‌توان از آب، بازیافت و بدون هیچ محدودیت ویژه‌ای دوباره استفاده کرد. هزینه اطلاعات خاصی نسبت به هزینه‌های Magneto ferritin در دسترس نیست؛ اما به گفته شرکت Nano Magnetics عمر طولانی و استفاده مجدد این مواد آنها را نسبت به اسمز معکوس از لحاظ هزینه بسیار مناسب‌تر نموده است. همچنین اسمز پیش‌رونده هزینه‌های مرتبط با انرژی را تا 40 درصد هزینه‌های اسمز معکوس کاهش می‌دهد. روش مصرف هنوز برای Magneto ferritin هیچ سیستم قطعی‌ای طراحی نشده است؛ اما برخی منابع اشاره می‌کنند که نانوذرات مغناطیسی در یک طرف غشاء برای ایجاد غلظت، به صورت غیرتعادلی به منبع آب اضافه شده‌اند. این اختلاف غلظت فشار اسمزی مورد نیار برای راندن آب منبع از میان غشاء را ایجاد خواهد کرد. سپس نانوذرات می‌توانند با استفاده از میدان مغناطیسی از آب خالص‌سازی شده، بازیافت شوند. بررسی روش های خالص سازی آب با به کارگیری فناوری نانو نانو، دلالت بر یک واحد بسیار کوچک در علم اندازه گیری دارد. یک نانومتر معادل 9-10 متر یا به عبارتی یک میلیاردم متر است. اخیراً با ورود فناوری های نوین از قبیل زیست فناوری و نانو فناوری، مواد و راهکارهای جدیدی برای تصفیه آب و نیز آب و فاضلاب های صنعتی و کشاورزی معرفی شده و یا می شوند. کاربردهای فناوری نانو در این خصوص عبارتند از : نانو *****ها، نانو فتوکاتالیست ها، مواد نانو حفره ای، نانو ذرات، نانو سنسورها، توانایی های این فناوری در تصفیه آب و با توجه به انواع آلودگی های نقاط مختلف ایران مورد ارزیابی قرار گرفته است. در گذشته نه چندان دور اهداف تصفیه خانه های آب آشامیدنی کاهش مواد معلق و زدودن عوامل زنده بیماری زا در آب بود که با روشهای متداول *****اسیون و گندزدایی قابل حصول بوده اند. لیکن با افزایش غلظت مواد ریزدانه، ترکیبات ازته، مواد آلی و معدنی و فلزات سنگین به منابع آب روش های متعارف جوابگوی نیازتصفیه خانه ها نبوده و لازم است از فرآیندهای نسبتاً جدید در تصفیه خانه ها استفاده شود. اخیراً نیز با ورود فناوری های نوین از قبیل زیست فناوری و نانو فناوری، مواد و راهکارهای جدیدی برای تصفیه آب و نیز آب و فاضلاب های صنعتی و کشاورزی معرفی شده و یا می شوند. مفهوم نانوفناوری به حدی گسترده است که بخش های مختلف علوم و فناوری را تحت تأثیر خود قرار داده و در عرصه های مختلف از جمله محیط زیست کاربردهای وسیعی یافته است. در این مقاله به بررسی کاربردهای فناوری نانو در صنعت آب می پردازیم. نانو *****ها تاریخچه نانو *****اسیون به دهه هفتاد میلادی زمانی که غشاهای اسمز معکوس با فشارهای نسبتاً پایین همراه با جریان آب تصفیه ای قابل قبول، بسط و توسعه پیدا کردند باز می گردد. استفاده از فشارهای بسیار بالا در فرآیند اسمز معکوس، اگر چه منجر به تهیه آب با کیفیت بسیار عالی می شد، ولیکن به همان نسبت هزینه گزاف انرژی مصرفی عاملی نگران کننده به شماره می آمد. در نتیجه، تهیه آب با استفاده از این روش از نظر اقتصادی مقرون به صرفه نبود. بنابراین استفاده از غشاهایی با میزان درصد حذف پایین تر ترکیبات محلول، اما با قدرت نفوذ آب بیشتر و به طبع آن، افزایش حجم آب تصفیه شده با کیفیتی مطلوب (درحد استانداردهای مورد نظر) در فناوری جداسازی یک پیشرفت قابل ملاحظه، به شمار می آمد. از ین رو غشاهای اسمز معکوس با فشار پایین، بعنوان غشاهای نانو *****اسیونی شناخته شدند. نانو *****اسیون فرآیند غشایی جدیدی است که خواص آن بین فرایندهای اسمز معکوس و اولترا*****اسیون قرار دارد و در اختلاف فشار پایین (10-20 بار) قابل استفاده می باشد. به علت عمل نمودن در فشار پایین و بازیابی بالاتر، هزینه های عملیاتی و نگه داری این فرآیند به مواد شیمیایی نیاز نبوده و پساب تولیدی فشرده و غلیظ می باشد. لذا هزینه حمل و نقل و دفع آن کمتر است. به کمک تجهیزات خاص غشاء ها به طور خودکار تمیز می شود. در مورد فرآیند نانو *****اسیون، هزینه انرژی به مراتب از اسمز معکوس کمتر می باشد. نکته حائز اهمیت در مورد نانو *****ها نسبت به سایر غشاها، قدرت انتخاب گری در حذف یون هاست. غشاهای نانو *****اسیون معمولاً از دو لایه تشکیل می شود. لایه نازک و متراکم عمل جداسازی و لایه محافظ، عمل حفاظت در برابر فشار سیستم را انجام می دهد. غشاهای نانو *****اسیون معمولاً در دو نوع باردار و غیرباردار موجود هستند. مکانیسم اصلی در حذف ملکول های بدون بار، خصوصاً ترکیبات آلی بر پایه غربالسازی استوار می باشد. در حال که حذف ترکیبات یونی به دلیل بر عم کنش های الکتروستاتیک بین سطح غشا و گونه های باردار، حذف می شوند. امروزه غشاهای نانویی تجاری، در اشکال متفاوتی استفاده می گردند. این اشکال شامل، سیستم های مارپیچی، صفحه ای، جعبه ای، لوله ای و فیبری می باشد. شکل هر یک از غشاهای نانویی براساس نوع غشا و نانویی براساس نوع غشا و به منظور بالا بردن بازده و عملکرد آن انتخاب می گردد. نانو *****ها برای حذف محدوده وسیعی از ترکیبات به کار گرفته شده است، از جمله : §حذف آفت کش ها از جمله آترازین، سیمازین، دیورن و ایزوپرتورن §حذف ترکیبات آلی فرار مانند مشتقات کلردار آلی سبک مانند کلروفرم، تری کلرواتیلن و تتراکلرواتیلن §حذف محصولات جانبی حاصل از واکنش گندزدا با ترکیبات آلی آب از جمله هالومتان ها §حذف کاتیون ها و سختی §حذف کروم (VI)، اورانیم، آرسنیک §حذف آنیون ها §حذف پاتوژن ها نانو مواد نانومواد در مقایسه با مواد در ابعاد بزرگ دارای سطوح بسیار وسیع تری هستند. به علاوه این مواد قادر به بر هم کنش با گروه های شیمیایی مختلف به منظور افزایش میل ترکیبی آنها با ترکیبات ویژه می باشند. همچنین نانومواد می توانند به عنوان لیگندهای قابل بازیافت با ظرفیت و عملکرد انتخابی بسیار بالا برای یون های فلزی سمی به هسته های رایواکتیو، حلال های آلی و معدنی به شمار می آیند. جاذب ها به طور وسیعی به عنوان جداساز محیطی در خالص سازی آب و برای حذف آلاینده های آلی از آب آلوده استفاده می شدند. تحقیقات وسیعی در این زمینه صورت گرفته است از جمله می توان به کاربرد نانو تیوپ های کربنی تک دیواره برای حذف یون های سنگین ماننده 2Pb، 2Cu، 2Cd، چیتوزان با گروه های عاملی فسفاته برای حذف 2Pb، ترکیب کربن نانوتیوپ- اکسید سدیم برای حذف As (V) ، نانو بلورهای FeO(OH) - برای جذب AS (V) و Cr (VI) ، زئولیت های تعویض یون NaP1 برای حذف فلزات سنگین از پساب های معدنی اسیدی مانند 3Cr، 2Ni، 2Zn، 2Cu، 2Cd، نانو مواد کربنی برای جذب مواد آلی فرار، رنگ های آلی و ترکیبات آلی و ترکیبات آلی کلره، فولرن برای جذب ترکیبات آروماتیک چند حلقوی مانند نفتالین اشاره نمود. نانو مواد حفره ای مواد نانو حفره ای به عنوان یک زیر مجموعه مواد نانو ساختار با دارا بودن سطح منحصر به فرد، شکل ساختمانی و خواص حجمی در زمینه های مختلف از جمله، فرایندهای تعویض یونی، جداسازی، کاربردهای کاتالیستی، ساخت حسگرها، ایزولاسیون ملکولی های زیستی و خالص سازی کاربرد دارند. به طور کلی مواد نانو حفره ای را می توان براساس دامنه قطر منافذ نانویی به سه دسته میکروپور، مزوپور و کاروپور تقسیم نمود. براساس سیستم آیوپاک، حفره های مواد میکروپور دارای قطری کمتر از 2 نانومتر می باشند. مزوپورها دارای حفره های به قطر بین 2 تا 50 نانومتر و ماکروپورها دارای حفره هایی با قطر بیشتر از 50 نانومتر هستند. مواد نانوحفره ای را می توان براساس جنس، از قبیل آلی یا معدنی، سرامیک یا فلز و یا خواص آنها دسته بندی نمود. در سیستم های پلی مری، سرامیکی و یا کربنی نیز مشابه این چنین حفره هایی دیده می شود که البته شکل حفره ها در آن متفاوت هست. در واقع جنس ماده، شکل حفره ها، اندازه آنها و توزیع و ترکیب حفره ها است که در نهایت مشخص کننده نوع کاربرد ماده نانو حفره ای می باشد. این مواد شامل §کربن های نانوحفره ای ترکیبات دارای کاربردهای متنوعی از جمله، جذب گازهای آلاینده، بسته های کاتالیستی، *****های تصفیه آب، مخزن نگهداری گاز و... باشند. §زئولیت های نانوحفره ای عمده کاربرد زئولیت های در فرایندهای تصفیه ای آب (شامل تصفیه آب شرب و پساب های صنعتی) حذف یون های فلزات سنگین می باشد. §پلیمرهای نانوحفره ای (نانوپروس پلی مرها عمده کاربرد پلی مرهای نانوحفره ای براساس عملکرد آنها به عنوان جاذب تعریف می گردد. از جداسازی ملکول های آلی خاص از سیستم های بیولوژیکی تا کاربرد آن ها را در تصفیه آب به منظور حذف آلودگی های ناشی از ترکیبات آلی نظیر فنل ها شامل می شود. نانو ذرات §حذف آرسنیک با نانو ذرات سریم §حذف آرسنیک با نانو ذرات اکسید آهن §حذف کروم با نانو ذرات آهن §حذف مس، کبالت و نیکل با نانو ذرات آهن §حذف ترکیبات آلی با نانو ذرات آهن §حذف آلاینده ها با نانو ذرات آهن در محل §کاهش نیترات با نانوذرات دوفلزی پالادیم- مس §گندزدایی آب با نانو ذرات نقره نانو سنسورها در تصفیة آب و پساب از آنجائی که بسیاری از خواصی که انتظار می‌رود توسط سنسورها اندازه‌گیری شود در سطح مولکولی یا اتمی هستند از نانوتکنولوژی در کاربردهای حسگری یا شناسایی استفادة زیادی می‌شود. سنسورهایی که در ابعاد نانومتری ساخته شده‌اند از حساسیت فوق‌العاده‌ای برخوردارند، عملکرد انتخابی دارند و پاسخ‌دهنده می‌باشند. بنابراین تأثیر نانو تکنولوژی بر سنسورها فوق‌العاده عمیق و گسترده است. به طور کلی به منظور کنترل بوی ناخوشایند، لازم است تا اندازه‌گیری‌هایی مبنی بر میزان بوی منتشر شده انجام شود. ترکیبات بسیاری در بوهای ناشی از تصفیة پساب شناسایی شده‌اند. به طور نمونه این ترکیبات عبارتند از: ترکیبات کاهش یافتة گوگرد یا نیتروژن، اسیدهای آلی، آلدئیدها یا کتون‌ها. در سال‌های اخیر سنسورهای تجارتی مجموعه‌ای که بینی الکترونیکی نامیده می‌شوند برای شناسایی میکروارگانیسم‌ها و فلزات سنگین در آب آشامیدنی (مانند کادمیوم، سرب و روی) و به منظور شناسایی و تعیین مشخصات بوهای ناشی از مخلوط بخار جمع شده در بالای یک جامد یا مایع موجود در یک محفظة دربسته، تولید شده‌اند. این سنسورها روش سریع‌تر و نسبتاً ساده‌ای را برای پیگیری تغییرات در کیفیت آب و فاضلاب صنعتی فراهم می‌آورند. نانوفتوکاتالیست فتوکاتالیست ماده‌ای است که در اثر تابش نور بتواند منجر به بروز یک واکنش شیمیایی شود، در حالی که خود ماده، دست خوش هیچ تغییری نشود. فتوکاتالیست‌ها مستقیماً در واکنش‌های اکسایش و کاهش دخالت ندارند و فقط شرایط موردنیاز برای انجام واکنش‌ها را فراهم می‌کنند. تیتانیم دی اکسید TIO2 (با گستره اندازه بین خوشه‌ها تا کلوئیدها – پودرها و تک بلوهای بزرگ)، نزدیک به یک فتوکاتالیست ایده‌آل است و تقریباً تمامی این خصوصیات رادارد. تنها استثناء آن این است که نور مرثی را جذب نمی‌کند. نانو ذرات دی اکسید تیتانیم، بر سطح زیرلایهای مناسبی از جمله شیشه و یا ترکیبات سیلیسی، پوشش داده می‌شوند و در حوضچه‌های تحت تابش نور ماوراء بنفش، قرار می‌گیرند. بسیاری از آلاینده‌های موجود در آب‌های صنعتی که TIO2 آن‌ها را با آب و دی‌اکسید کربن تبدیل می‌کند عبارتند از: آلکان‌ها، آلکن‌ها، آلکین‌ها، اترها، آلدئیدها، الکل‌ها، ترکیبات آمینی، ترکیبات سیانیدی، استرها و ترکیبات آمیدی.

پژوهشگران ژاپنی با ترکیب نانولوله‌کربنی و پلیمر موفق به تولید مدارات الکترونیکی انعطاف‌پذیر شدند. از این محصول می‌توان برای تولید ادوات الکترونیکی انعطاف‌پذیر استفاده کرد. طی‌ سال‌های گذشته تلاش‌های زیادی برای ساخت ادوات الکترونیکی انعطاف‌پذیر انجام شده است. در بیشتر محصولات تولید شده از الکترودهای فلزی و عایق‌های اکسیدی استفاده شده است که به دلیل استحکام ساختاری، انعطاف‌پذیری اندکی دارند. برخی محققان برای حل این مشکل از پلیمرها و ترکیبات یونی استفاده کرده‌اند اما این مواد نیز به دلیل سرعت کم و عملکرد ضعیف در ولتاژهای بالا نتیجه خوبی نداشته‌اند. اخیرا محققان موفق به ساخت مداراتی از جنس کربن شده‌اند که کاملا انعطاف‌پذیر است. این مدارها را می‌توان در قالب‌های مختلف وارد و شکل‌دهی کرد. با این روش می‌توان مدارات الکترونیکی را با مواد پلاستیکی ترکیب و قالب‌گیری کرد. در نهایت از ماده بدست آمده می‌توان برای تولید ادوات مختلف از تجهیزات پزشکی گرفته تا وسایل منزل تولید کرد. یوتاکا اونهو از دانشگاه ناگویا ژاپن می‌گوید مواد پلاستیکی که در حال حاضر در تلفن‌های همراه استفاده می‌شود، تنها برای محافظت از تلفن‌های هوشمند است اما با این فناوری می‌توان از این پلاستیک‌ها به عنوان مدار یا نمایشگر استفاده کرد. این کار موجب بهبود عملکرد و افزایش قابلیت‌های تلفن‌های همراه می‌شود. سان از محققان این پروژه می‌گوید نکته کلیدی در این پروژه آن است که تمام ساختار تولید شده از نانولوله‌کربنی و پلیمر بوده که این موجب انعطاف‌پذیری بیشتر ساختار و همچنین افزایش خاصیت ارتجاعی آن می‌شود. نتایج این پژوهش موجب می‌شود تا ما بتوانیم ارتباطی میان ادوات الکترونیکی و محصولات پلاستیکی ایجاد کنیم، با این کار سیستم‌های الکترونیکی جدید با قابلیت طراحی بهتر و عملکرد بالاتر بوجود می‌آید. این مدار جدید از ترکیبات کربنی مختلفی تشکیل شده است که از آن جمله می‌توان به نانولوله‌های کربنی اشاره کرد. علاوه‌براین از پلی‌متیل‌متاآکریلات (pmma) و پلی‌اتیلن‌نفتالات (pen) به ترتیب به عنوان لایه دی‌الکتریک و زیرلایه استفاده شده است. برخلاف پلیمرها و سیالات یونی که پیش از این به عنوان دی‌الکتریک انعطاف‌پذیر مورد استفاده قرار می‌گرفته،pmma به مدارات کمک می‌کند تا در ولتاژهای پایین‌تر و با سرعت بالاتر کار کنند. دلیل امکان کار در ولتاژ پایین وجود شبکه‌های نانولوله‌کربنی است. محققان این ساختار را با دمیدن به صورت گنبدی شکل در آوردند بدون این که ترکی در ساختار آن ایجاد شود. محققان معتقداند که برای تولید انبوه این سیستم، باید نانولوله‌هایی با ساختار یکسان و یکنواخت رشد داده شود. منبع: پینا

پژوهشگران دانشگاه امیرکبیر موفق به اصلاح یک نوع غشای تجاری در پیل‌های سوختی با استفاده از نانولوله‌ها شدند. در این پژوهش به منظور اصلاح معایب غشای تجاری نفیون در پیل‌های سوختی شامل عبورپذیری سوخت بالا، رسانایی کم ‏پروتون و دمای عملکردی پائین، از نانولوله اصلاح شده با هیستیدین استفاده شده و همچنین خواص این غشای نانوکامپوزیتی ‏جدید به عنوان الکترولیت در پیل‌های سوختی متانولی مورد بررسی قرار گرفته است.‏ مهسا سادات عسگری، فارغ‌التحصیل کارشناسی ارشد رشته مهندسی شیمی از دانشگاه صنعتی امیرکبیر در این باره گفت: ‏‏در این پژوهش برای ساخت این غشا در ابتدا سطح نانولوله به وسیله هیستیدین عامل‌گذاری شد. در این حالت بر روی سطح ‏نانولوله گروه‌های آزول قرار می‌گیرد. در ادامه محلول نفیون با نانولوله اصلاح شده مخلوط شده در پتری دیش‌های شیشه‌ای ‏ریخته شد و بعد از خشک شدن در آون، غشای نانوکامپوزیت به دست آمد. سپس هدایت پروتونی، نفوذپذیری متانولی، ظرفیت ‏تبادل یونی و عملکرد الکتروشیمیایی این غشا را بررسی و با غشای تجاری نفیون مقایسه کردیم. وی تاکید کرد: نوآوری این پروژه استفاده از هیستیدین برای عامل‌گذاری و اصلاح ساختار نانولوله چند‌دیواره است. هیستیدین آمینواسیدی ‏است که دارای گروه‌های کربوکسیلیک اسید، آمین و آزول است. استفاده از نانولوله اصلاح شده با هیستیدین علاوه‌بر اینکه باعث ‏ایجاد برهمکنش مناسب بین گروه آزول اسید آمینه و یون‌های پروتون و بهبود عملکرد پیل‌های سوختی به خصوص در دماهای ‏بالا می‌شود، ماهیت زیست سازگار هیستیدین پتانسیل بالایی برای این نوع غشا در محیط‌های بیولوژیکی فراهم می‌کند.‏ وی افزود: نکته قابل تامل این غشا افزایش چگالی توان تولیدی از مولد الکتروشیمیایی در غلظت‌های بالای متانول و عبور پذیری بالای پروتون نسبت به غشای تجاری نفیون بویژه در دماهای بالاست که دستاورد بسیار مهمی در حوزه عملکرد ‏پیل‌های سوختی محسوب می‌شود. از آنجا که در غشاهای تجاری با تبخیر آب در دماهای بالا سازوکار انتقال پروتون دچار اختلال می‌شود و ‏بازده و عملکرد این پیل‌های سوختی کاهش می‌یابد، استفاده از سازوکار گراتوس در غشای طراحی شده در این پروژه به کمک ‏گروه‌های عاملی آزول سبب بهبود بازده پیل بویژه در دماهای بالا شده است. همچنین از دیگر مزایای غشای طراحی شده ‏می‌توان به عبورپذیری پایین متانول و توان تولیدی بالای آن نسبت به دیگر غشاهای تجاری مورد استفاده در بازار اشاره کرد. عسگری با ابراز امیدواری از امکان تجاری‌سازی این نانوغشای تولیدی، ادامه کار تحقیقاتی خود را معطوف به مدل‌سازی ‏عملکرد غشای طراحی دانست.‏ وی تصریح کرد: غشای نانوکامپوزیتی ساخته شده در این پروژه به عنوان الکترولیت پیل سوختی متانولی مورد بررسی قرار گرفته است. پیل ‏سوختی متانولی به دلیل چگالی قدرت بالا، دما و فشار عملکرد پایین جایگزین مناسبی برای باتری‌ها هستند و در تلفن‌های همراه، ‏رایانه‌های کیفی و همین طور به عنوان مولدهای برق در وسایل اندازه‌گیری، وسایل سنجش‌گر و انواع حسگرها در دستگاه‌های ‏کنترل ترافیک و تعیین وضع آب و هوا قابل استفاده است.‏ نتایج این کار تحقیقاتی که توسط مهسا سادات عسگری و همکاران وی صورت گرفته، در مجله ‏«International Journal of Hydrogen Energy‏» منتشر شده ‏است. ‏ منبع:مجله بسپار

دانشمندان موسسه فن آوری ماساچوست (MIT) سعی نموده اندتا با استفاده از نانولوله های کربنی، سبب استحکام بیشتر الیاف کربن شوند. امروزه موضوعی که در مهندسی هوافضا از اهمیت خاصی برخوردار است، سبک بودن وزن سازه است؛ متخصصان هوافضا تلاش میکنند که یک فروند هواپیما را با بالها، بدنه و چرخ های سبکتری بسازند تا با کاهش وزن هواپیما هزینه های سوخت را کاهش دهند. الیاف کربن پیشرفته در سالهای اخیر برای سبک نمودن وزن هواپیماها استفاده شده است. این مواد میتوانند با آلومینیوم و تیتانیوم ترکیب شده و باعث استحکام و کاهش وزن سازه شوند و همینطور میتوانند در هواپیماهایی چون بوئینگ (Boeing) و ایرباس (Airbus A380) استفاده شوند و تا 20 درصد وزن جت را بکاهند. برای نسل بعدی جت ها، محققان به دنبال مواد قوی تر و سبک تری مانند کامپوزیتهای ساخته شده با پوشش الیاف کربنی هستند که با نانو لوله ها (لوله های کوچک شفاف کربن) توسعه یافته اند. نانولوله ها در مقایسه با فولاد ، مستحکم تر هستندو کامپوزیتهای ساخته شده با این مواد با جذابیت بیشتری در سازه هواپیما ها، تجهیزات هوافضا ، ماهواراه ها، اتومبیل ها وقطارها به کار میروند. دانشمندانی که در توسعه و تقویت الیاف کربن تلاش کردند که در این عرصع از نانولوله های کربنی استفاده شود هم اکنونمتوجه شده اند که استحکام ذاتی الیاف کربن با کاهش لایه های بنیانی به طور قابل توجهی کاهش می یابد. اکنون گروهی از محققان موسسه ماساچوست (MIT) دلیل اصلی کاهش لایه های بنیانی این الیاف را شناسایی نموده اند و روشهایی را برای حفظ استحکام این الیاف ایجاد کرده اند. تحقیقات و کشفیات این دانشمندان این است که الیاف کربنی که با نانو لوله ها پوشیده شده است استحکام بیشتری را ایجاد مینماید. کامپوزیتهایی که با این نوع الیاف کربن ساخته میشوند نه تنها دارای استحکام بیشتری هستند بلکه رسانای الکتریکی خوبی هم دارا خواهند بود. ضمناً محققان میگویند که این روشها میتوانند براحتی در فرآیندهای رایج تولید الیاف ادغام شوند. منبع: انجمن کامپوزیت

یک تیم تحقیقاتی موفق شده است با استفاده از کربن ساختار جدیدی ایجاد کند. در این پژوهش نانوسیم‌هایی با پیکربندی الماسی درون نانولوله کربنی ایجاد شده است. نانومواد کربنی دارای ویژگی‌های منحصر به‌فردی هستند که موجب می‌شود از آنها برای حوزه‌های مختلف استفاده کرد برای مثال می‌توان از این مواد در تولید قطعات الکترونیکی، مولد‌های انرژی و مصالح ساختمانی سبک استفاده کرد. اخیرا مقاله‌ای تحت عنوان "Evidence of Diamond Nanowires Formed inside Carbon Nanotubes from Diamantane Dicarboxylic Acid" در نشریه Angewandte Chemie به چاپ رسیده است که در آن محققان یک تیم تحقیقات بین‌المللی موفق شدند فرآیند جدیدی ارائه کنند که می‌توان با استفاده از آن نانوسیم‌های کربنی ویژه‌ای را تولید کرد این نانوساختارها دارای پیکربندی الماس‌مانند هستند. در این فرآیند، مولکول‌ها با ساختاری الماس مانند درون نانولوله کربنی به یکدیگر متصل می‌شوند. تصاویر HR-TEM، طیف‌های رامان و نتایج انتقال ساختاری نشان می‌دهد که تحت تابش پرتو الکترونی می‌توان نانوسیم کربنی تولید کرد. این نانوسیم‌ها دارای ساختاری با پیکربندی الماسی sp3 هستند. این مشاهدات با نتایج بدست آمده از شبیه‌سازی سازگاری دارد. کربن به‌صورت پیکربندی‌های مختلف در طبیعت وجود دارد که الماس و گرافیت از آن جمله هستند. گرافیت دارای ساختار دو بعدی بوده که اتم‌های کربن ساختاری لانه زنبوری دارند اما الماس ساختاری سه بعدی و قفسه مانند دارد. در سال‌های اخیر پیکربندی‌های دیگری نظیر فولرین، نانولوله کربنی، گرافن، نانو الماس و دیاموندویز نیز کشف شده‌اند. دیاموندویز دارای مولکول‌های سیکلو‌آلکانی با پیکربندی قفسی شکل است. به این ترکیب الماس کوچک شده نیز گفته می‌شود که در آن اتم‌های هیدروژن به سطح خارجی یکدیگر چسبیده‌اند. نانوسیم‌ها کاربردهای متعددی دارند، دانشمندان نانوسیم‌ها را با قطرهای مختلف از 50 تا 100 نانومتر تولید می‌کنند، همچنین نانوسیم‌هایی از جنس کربن با پیکربندی الماسی تولید شده است. یک تیم تحقیقاتی قصد دارد تا نانوسیم‌هایی با قطرهای بسیار کم تولید کند با کاهش ابعاد نانوسیم‌ها می‌توان از آنها در میکروسکوپ تونل‌زنی روبشی استفاده کرد. محققان دانشگاه نوگویا از ژاپن برای رسیدن به این هدف ایده اتصال دیاموندویز را مطرح کردند با اتصال این ساختارها می‌توان سیم‌های طویل و بسیار نازک تولید کرد. برای این کار محققان ساختار دیادامانتان را باز کردند. دیادامانتان یک نوع دیاموندویز است که از دو قفسه الماس مانند تشکیل شده است. آنها یک گروه اسید کربونیک را به انتهای هریک از این مولکول‌ها متصل کردند. این مولکول‌ها به فاز گاز منتقل شدند تا فرآیند سنتز آغاز شود. این گاز به‌درون نانولوله‌های کربنی وارد شد، نانولوله‌هایی با قطر 1.3 نانومتر برای این کار ایده‌آل است. درون نانولوله، این مواد به یکدیگر متصل می‌شوند و رشته‌ای را ایجاد می‌کنند. با افزایش دما به 600 درجه فرآیند جوش خوردن اتفاق می‌افتد و رشته سیمی با قطر 0.78 نانومتر ایجاد می‌شود. منبع : مجله بسپار

محققان آمریکایی با انجام شبیه‌سازی کامپیوتری به بررسی تاثیر افزودن مواد مختلف به سطح نانولوله‌های کربنی پرداختند. محققان در این شبیه‌سازی مولکول‌های پلیمری را روی سطح نانولوله قرار داده و در نهایت خواص مکانیکی نانولوله کربنی را مورد بررسی قرار دادند. نتیجه کار نشان داد که با افزودن پلیمر به نانولوله کربنی خواص مکانیکی و هدایت گرمایی سیستم افزایش یافته است . نانولوله‌های کربنی می‌توانند به‌ عنوان افزودنی به مواد مختلف اضافه شوند. در این فرایند که با افزوده شدن نانو لوله کربنی به ماده انجام می‌شود، خواص جدیدی به ماده مورد نظر افزوده می‌شود. برای مثال با اصلاح سطح مواد، خواصی مانند ضد آب بودن در شیشه خودروها ایجاد می‌شود. به همین دلیل محققان حوزه‌های مختلف مانند هوافضا، حسگری، تصفیه آب و... به تحقیق پیرامون این ماده علاقه نشان می‌دهند. نانولوله‌های کربنی از جنس الماس هستند، اما ساختار متفاوتی دارند. به ‌همین دلیل خواص الکتریکی، مکانیکی و گرمایی آنها نیز متفاوت خواهد بود. نانولوله‌های کربنی به ‌طور طبیعی به ‌صورت طنابی شکل چیده می‌شوند که دلیل این موضوع جاذبه واندروالسی میان آنها است. «سادهان جان» استاد پلیمر دانشگاه «آکرون»، روی این خواص جالب نانولوله‌های کربنی مطالعه کرده است. برای این کار او از شبیه سازی ساختار مولکولی استفاده کرده که در مرکز ابر کامپیوترهای «اوهایو» موجود است. «جان» می‌گوید: بزرگترین مانع بر سر استفاده از نانولوله‌های کربنی، تجمع آنها در اثر جاذبه واندروالسی و همچنین برهمکنش الکترواستاتیکی میان نانولوله‌های کربنی منفرد است. دو راهبرد اصلی عامل‌دار کردن «کووالانسی» و «غیرکووالانسی» برای افزودن ترکیبات مختلف به نانولوله‌ها وجود دارد. در عامل‌دار کردن کووالانسی، پیوند شیمیایی با اتم‌های کربن سطح ایجاد می‌شود که موجب تغییر خواص گرافیتی نانولوله کربنی می‌شود که شامل خواص مکانیکی، هدایت الکتریکی و استحکام است. در راهبرد عامل‌دار کردن غیرکووالانسی، از ارتباط دادن مولکول‌ها استفاده می‌شود که در آن زنجیره پلیمری به نانولوله کربنی به ‌هم متصل شده و در نهایت مقاومت به ترک خوردن بهبود می‌یابد. «جی فنگ» از محققان این پروژه می‌گوید: شبیه سازی نانوکامپوزیت‌های پلیمری در محلول به شکلی است که فشار زیادی روی پردازشگر کامپیوتر وارد می‌کند. در راهبردی که ما پیش گرفتیم، قدرت تفکیک شبیه‌سازی برای بخش‌هایی نظیر پدیده‌هایی که در نزدیکی سطح نانولوله کربنی اتفاق می‌افتد، افزایش یافت. برای بخش‌های دیگر سیستم نظیر حرکت مولکول‌های حلال از قدرت تفکیک پایین استفاده شد. این گروه تحقیقاتی در شبیه سازی خود مولکول‌های نانولوله کربنی را روی سطح ماده به ‌صورت غیرکووالانسی قرار دادند که نتیجه کار نشان داد خواص مکانیکی و هدایت گرمایی سیستم افزایش یافته است. در این تحقیق روی درک بیشتر مکانیسم جذب مولکول‌های پلیمری از فاز محلول روی سطح نانولوله کربنی تک جداره تمرکز شده است. از نانولوله‌های کربنی تک جداره که روی دیواره‌های آن ترکیبات پلیمری نشانده شده، می‌توان در تولید حسگرها استفاده کرد.

کاربردهای مکانیکی نانولوله‌های کربنی با توجه به گسترش روز افزون فناوری نانو و ایجاد تحولات بزرگ در صنایع مختلف توسط این فناوری لازم است که هر کسی بسته به تخصص خود اطلاعی هر چند کلی از کاربردها و قابلیت‌های فناوری نانو داشته باشد. در این مقاله ابتدا توضیحی کلی راجع به فناوری نانو داده شده است و با توجه به اهمیت و نقش گسترده نانولوله‌کربنی در فناوری نانو این ماده معرفی و خواص آن ذکر شده‌است، در ادامه به توضیح برخی از کاربردهای نانولوله‌ها در صنایع مرتبط با مهندسی مکانیک چون کامپوزیت‌ها، محرک‌ها و فیلترها پرداخته شده است. مقدمه یک نانومتر يک ميليونيوم يک متر است بنابراین علم نانو آن بخش از است که ماده را در مقياسی بسيار کوچک بررسی می‌کند؛ و فناوری نانو به تولید و ساخت در مقیاس مولکولی و اتمی می‌پردازد، یا به عیارت دیگر با اجسام و ساختارها و سیستم‌هایی سر و کار دارد که حداقل در یک بعد اندازه‌ای کمتر از100 نانومتر دارند. با پیشرفت و گسترشی که علم و فناوری نانو طی چند سال اخیر داشته است انتظار می‌رود که به زودی تمامی زمینه‌های علم و فناوری را تحت تاثیر خود قرار دهد. نانوفناوری صنایع مرتبط به مهندسی مکانیک را نیز بی بهره نگذاشته است و تحولات زیادی را از تولید کامپوزیت‌ها با استفاده از نانومواد تا تولید شتاب‌سنج هایی در اندازه نانو، ایجاد نموده است. در صنایع خودروسازی در قسمت‌های مختلف ماشین کاربردهای نانوفناوری را می‌بینیم، از شیشه‌های خود تمیز شو و بدنه‌های ضدخش گرفته تا باتری‌هایی با طول عمر بیشتر و وزن کمتر. در این میان نانولوله‌هاي کربني[1] یکی از مواد اولیه‌ای هستند که به علت ویژگی ساختمانی‌، دارای کاربردهای مکانیکی مختلف و ویژه‌ای هستند. نانولوله‌های کربنی نانولوله‌هاي کربني يکي ازمهم ترين ساختارها در مقياس نانو هستند.این مواد اولین بار در سال 1991 توسط دانشمندي ژاپني به نام ايجما[2] در درون دوده‌هاي حاصل از تخليه الکتريکي کربن در يک محيط حاوي گاز نئون کشف شد.[] اين ترکيبات شيميايي ، با ساختار اتمي شبيه صفحات گرافیت، از استوانه‌هايي با قطر چند نانومتر و طولي تا صدها ميکرومتر تشکيل شده‌اند. نانولوله‌ها داراي مدول يانگي تقريباً 6 برابر فولاد ( 1TPa) و چگالي برابر 1.4 g/cm3 هستند. [[ii]] اين مواد در جهت محوري مقاومت کششي بسيار زيادي دارند و اين مزيت بسيار خوبي براي ساخت سازه‌هايي با مقاومت بالا در جهت خاص است. دليل اين مقاومت بالا از يک طرف استحکام پيوند كربن-كربن در ساختار نانولوله‌کربنی و از طرف ديگر شکل شش ضلعی اين ساختار است که به خوبي بار را در میان پیوندها توزيع مي‌کند. از طرف دیگر پایداری حرارتی نانولوله‌ها نیز بسیار بالا است. این خواص منحصربه فرد مکانیکی در نانولوله‌‌ها امکان استفاده از آن‌ها را در کاربردهای مختلف فراهم می‌کند. از جمله این کاربردها می توان از الکترونیک در مقیاس نانو، استفاده در کامپوزیت‌ها و نیز به عنوان وسایل ذخیره کننده گازها نام برد. مقاومت نانولوله‌ها رفتار مکانیکی نانولوله‌های کربنی به عنوان یکی از بهترین فیبرهای کربنی‌ای که تا کنون ساخته شده اند، بسیار شگفت انگیز است. فیبرهای کربنی معمول دارای مقاومتی تا 50 برابر مقاومت مخصوص (نسبت مقاومت به چگالی) فولاد هستند و از طرف دیگر تقویت کننده‌های خوبی در برابر بار در کامپوزیت‌ها هستند. بنابراین نانولوله‌ها یکی از گزینه‌های ایده‌آل در کاربرد ساختمانی[3] هستند. در نانولوله‌های کربنی چندلایه مقاومت حقیقی در حالات واقعی بیشتر تحت تاثیر لغزیدن استوانه‌های گرافیتی نسبت به هم قرار دارد. در واقع آزمایشاتی که به تازگی با استفاده از میکروسکوپ الکترونی[4] جهت اندازه گیری تنش‌های نانویی صورت گرفته است مقاومت کششی نانولوله‌های کربنی چندلایه مجزا را اندازه گیری کرده اند.[[iii]] نانولوله‌ها بر اثر شکست sword-in-sheath می‌شکنند. این نوع شکست مربوط به لغزش لایه‌ها در استوانه‌های هم محور نانولوله چندلایه ونیز شکست استوانه‌ها به طور مجزا است. مقاومت کششی دیده شده در نانولوله‌های چندلایه حدود اندازه‌گیری مقاومت یک نانولوله تک‌لایه مجزا مشکلات زیادی دارد. به تازگی روشی جهت این اندازه‌گیری پیشنهاد شده است: در این روش از یک میکروسکوپ نیروی اتمی استفاده می کنند تا خمشی را در نانولوله ایجاد کنند سپس با اندازه‌گیری مقدار جابجایی می توان ویژگی‌های مکانیکی آن را با مقادیر عددی بیان کرد.[[iv]] اکثریت آزمایشاتی که تاکنون صورت گرفته مقدار تئوری پیش‌بینی شده برای مدول یانگ نانولوله(1TPa) را تایید می‌کنند؛ ولی در حالی که پیش‌بینی مقاومت کششی در تئوری حدود 300GPa بوده است، بهترین مقادیر تجربی نزدیک به 50GPa می باشد. که اگرچه با تئوری فاصله‌ دارد اما هنوز هم تا ده برابر بیشتر از فیبرهای کربنی است. شبیه سازی‌ها در نانولوله های تک لایه نشان می‌دهد که رفتار شکست و تغییر شکلی بسیار جالبی در آن‌ها وجود دارد. نانولوله‌ها در تغییر شکل‌های بسیار بالا با آزاد کردن ناگهانی انرژی به ساختار دیگری تبدیل می شوند. نانولوله‌ها تحت بار دچار کمانش و پیچش می شوند و به شکل مسطح تبدیل می‌گردند. آن‌ها بدون نشانی از کوچکترین شکست و خرابی دچار کرنش‌های خیلی بزرگی (تا 40%) می شوند. بازگشت پذیریِ تغییر شکل‌ها، مثلا کمانش، مستقیما در نانولوله های چندلایه با استفاده از میکروسکوپ عبور الکترون[5] ثبت شده است.[[v]] به تازگی نظریه جالبی برای رفتار پلاستیکی نانوتیوب‌ها ارائه شده است.[[vi]] طبق این نظر بسته‌های 5و7 تایی کربن( پنتاگون-هپتاگون) تحت کرنش زیاد دچار عیب در شبکه مولکولی می شوند و این ساختار ناقص در طول جسم حرکت می‌کند و این حرکت باعث کاهش قطر مقطعی خواهد شد. جدایش این نقصان‌ها گلویی شدن در نانولوله را به همراه خواهد داشت. علاوه بر گلویی شدن مقطعی، در آن مقطع آرایش شبکه کربنی نیز تغییر خواهد کرد. این تغییرات در آرایش باعث می شود که میزان رسانش نانولوله کربنی تغییر یابد، این ویژگی می‌تواند منجر به کاربردی منحصر به فرد از نانولوله شود: نوع جدیدی از پروب، که با تغییرات در ویژگی‌های الکتریکی اش به تنش‌های مکانیکی پاسخ می‌دهد.[[vii]] نانولوله‌های کربنی و کامپوزیت‌های پلیمری مهم‌ترین کاربرد نانولوله‌های کربنی، که بر اساس ویژگی‌های مکانیکی آن‌ها باشد، استفاده از آن‌ها به عنوان تقویت کننده در مواد کامپوزیتی است. اگرچه استفاده از کامپوزیت‌های پلیمری پرشده با نانولوله یک محدوده کاربردی مشخص از این مواد است، اما آزمایشات موفقیت آمیز زیادی در تایید مفیدتر بودن نانولوله‌های کربنی نسبت به فیبرهای معمول کربنی، وجود ندارد؛ مشکل اصلی برقرار نمودن یک ارتباط خوب بین نانولوله و شبکه پلیمری و رسیدن به انتقال بار مناسب از شبکه به نانولوله‌ها در حین بارگذاری است. دلایل آن دو جنبه اساسی دارد: اول نانولوله‌ها صاف بوده و نسبت طولی‌ای[6] (طول به قطر) برابر با رشته‌های پلیمری دارند. دوما نانولوله‌ها تقریبا همیشه به صورت توده‌های به هم پیوسته تشکیل می‌شوند که رفتار آن‌ها در مقابل بار، نسبت به نانولوله‌های مجزا، کاملا متفاوت است. گزارشات متناقضی از مقاومت اتصال در کامپوزیت‌های پلیمر-نانولوله وجود دارد.[[viii],[ix]] نسبت به پلیمر استفاده شده و شرایط عملکرد، مقاومت اندازه‌گیری شده متفاوت است. گاه گسست در لوله‌ها دیده شده است که نشانه‌ای از پیوند قوی در اتصال نانولوله-پلیمر است، و گاه لغزش لایه‌های نانولوله‌های چند لایه و جدایش آسان آن‌ها دیده شده که دلیلی بر پیوند اتصال ضعیف است. در نانولوله‌های تک لایه سر خوردن لوله‌ها بر روی یکدیگر را عامل کاهش مقاومت ماده می‌دانند. برای ماکزیمم کردن اثر تقویت کنندگی نانولوله‌ها در کامپوزیت‌های با مقاومت بالا، بایستی که توده های نانولوله در هم شکسته شده و پخش شوند و یا اینکه به صورت شبکه مربعی[7] درآیند تا از سرخوردن جلوگیری کنیم. علاوه برآن بایستی سطح نانولوله‌‌ها تغییر داده شود، ضابطه‌مند[8] گردند، تا اتصال محکمی بین آن‌ها و رشته‌های پلیمری اطرافشان ایجاد شود. استفاده از نانولوله‌های کربنی در کامپوزیت‌هایی با ساختار پلیمری فواید مشخص و روشنی دارد. تقویت کنندگی با نانولوله به خاطر جذب بالای انرژی طی رفتار انعطاف‌پذیر الاستیک آن‌ها میزان سفتی[9] کامپوزیت را افزایش می دهد؛ این ویژگی مخصوصا در شبکه‌های سرامیکی کامپوزیتی برپایه نانو اهمیت می‌یابد. چگالی کم نانولوله‌ها ، در مقایسه با استفاده از فیبرهای کوچک کربنی، یک ویژگی بسیار خوب دیگری در این کامپوزیت‌ها می‌باشد.نانولوله‌ها در مقایسه با فیبرهای کربنی معمول، تحت نیروهای فشاری کارایی بهتری ازخود نشان می‌دهند، که به خاطر انعطاف‌پذیری و عدم تمایل به شکست آن‌ها تحت نیروی فشاری است.تحقیقات تازه نشان داده اند که استفاده از کامپوزیت نانولوله‌کربنی چندلایه و پلیمر کاهنده زیستی[10] (مانند PLA[11]) در رشد سلول‌های استخوانی[12]، بخصوص در تحریک الکتریکی کامپوزیت، بسیار کارآمدتر ازفیبرهای کربنی هستند.

یکی از کاربردهای بسیار زیاد مواد ترموالکتریک انعطافپذیر، ساخت ساعت مچی است که از اختلاف دمای بین بدن انسان و محیط پیرامون توان بگیرد. برای عملیتر کردن چنین کاربردهایی، محققان دانشگاه ویک فارست ماده ترموالکتریک پلیمر – نانولوله کربنی چندلایه انعطافپذیر جدیدی ساختهاند که در مقایسه با نمونههای مشابه قبلی توان خروجی بسیار بهتری دارد. این ماده جدید که این محققان آن را “نمد توان” نامیدهاند، میتواند بسیار ارزانتر از دیگر مواد ترموالکتریک باشد. ین پارچه ترموالکتریک پلیمر – نانولوله کربنی انعطافپذیر و سبک حاوی صدها لایه متناوب از مواد رسانا عایق است. یکی از نکتههای کلیدی طراحی یک پارچه ترموالکتریک با عملکرد بالا، ایجاد اختلاف دمای بزرگ روی دو سطح مقابل آن است. از آنجایی که مواد ترموالکتریک پلیمر – نانولوله بسیار نازک هستند، اختلاف دمای عمود بر سطح این فیلم محدود است. برای حل این مشکل، این محققان یک فیلم پلیمر – نانولوله چندلایه ساختند که امکان آرایش گرادیان دمای موازی با سطح فیلم را فراهم میکند. این فیلم حاوی بیش از صدها لایه متناوب از ماده رسانا (یک پلیمر حاوی نانولوله) و یک ماده عایق (پلیمر خالص) متصل بهم است. هر لایه ضخامتی بین ۲۵ تا ۴۰ میکرومتر دارد. همانطور که این محققان توضیح میدهند، مقدار ولتاژ تولید شده (توان خروجی کل) معادل مجموع مقادیر از هر لایه است. بنابراین افزودن لایه به این پارچه معادل افزودن منابع ولتاژ بصورت سری است، و تعداد لایهها فقط بوسیله توانایی منبع گرمایی برای ایجاد تغییر مناسب دما در سرتاسر همه لایهها، محدود میشود. در اینجا منبع گرما به دمای ۳۹۰ درجه کلوین (۱۱۷ درجه سلسیوس) محدود میشود؛ دمایی که در آن این پلیمر تغییرشکل میدهد. [TABLE=class: ncode_imageresizer_warning, width: 500] [TR] [TD=class: td1, width: 20][/TD] [TD=class: td2]برای دیدن تصویر در اندازه اصلی بر روی این نوار کلیک کنید ! 979x388px[/TD] [/TR] [/TABLE] هنگامی که این پارچه در معرض اختلاف دما قرار میگیرد، الکترونها و حفرهها بواسطه اثر سیبک از طرف گرم به طرف سرد حرکت میکنند و اختلاف دما به ولتاژ تبدیل میشود آزمایشها روی یک پارچه ۷۲ لایهای حداکثر توان تولیدی ۱۳۷ نانوواتی را در اختلاف دمای ۵۰ درجه کلوینی نشان دادند. اما این محققان پیشبینی میکنند که توان خروجی میتواند افزایش یابد؛ برای مثال، آنها محاسبه میکنند که یک پارچه ۳۰۰ لایهای هنگامی که در معرض اختلاف دمای ۱۰۰ درجه کلوینی قرار گیرد، توان خروجی تئوری بیش از ۵ میکرووات دارد. این محققان جزئیات نتایج کار تحقیقاتی خود را در مجلهیمنتشر کردهاند.

نگاهی کلی به نانولوله‌های کربنی بعضی اوقات تجارت به جهان داروینی شبیه می‌شود؛ جهانی که شرکتها برای تسلط بر یکدیگر، در آن با هم به رقابت می‌پردازند. در این فرآیند، شرکتهای ضعیف‌تر مجبور به ترک صحنة سرمایه‌گذاری تجاری می‌شوند. به نظر می‌رسد این ماجرا در مورد یکی از شاخه‌های اصلی نانوتکنولوژی یعنی نانولوله‌های کربنی نیز صادق باشد. شرکتهایی از سراسر جهان، از جزیره کوچک قبرس گرفته تا جمهوری بزرگ خلق چین، ادعای ریسک و سرمایه‌گذاری بر روی نانولوله‌های کربنی را دارند؛ محصولاتی که از فولاد سخت‌تر، از آلومینیوم سبک‌تر و از مس ضریب هدایت بیشتری داشته و نیمه‌هادی خوبی نیز هستند. تولید کنندگان در حال سرمایه‌گذاری جهت پیشبرد این بخش و کاهش قیمتهای این فرآورده هستند. اما در واقع بقای این شرکتها وابسته به نوع لوله‌هایی است که ارائه می‌دهند، چه از لحاظ کیفی و چه از لحاظ ثبت اختراعات در این زمینه. آقای دِرسِلهوس، استاد فیزیک و مهندسی برق در M.I.Tکه نوشته ها و مقالات فراوانی در زمینه نانولوله‌های کربنی دارد، چنین ابراز داشت که نانولوله‌های کربنی خواص فیزیکی منحصر به‌فردی دارند که هر کسی را متقاعد به استفاده از آنها در بسیاری از کارها می‌کند. نانولوله‌های توخالی در راستای طولی مانند فنر خاصیت ارتجاعی داشته و مرتباً در حال نوسان می‌باشند. آخرین تحقیقات نشان می‌دهد که نانولوله‌ها در واقع متشکل از مجموعه‌ای از لوله‌های چند جداره و تک جداره با عرض نانومتری می‌باشند که بسته به نحوة قرارگیری اتم‌های کربنشان می‌توانند دارای خاصیت فلزی و یا خاصیت نیمه هادی باشند. تاکنون چندین شرکت, موارد استفاده نانولوله‌های کربنی را تشریح کرده‌اند: o شرکت بزرگ کره‌ای سامسونگ، نمونه‌ای از نمایشگرهای گسیل میدانی (fieled emissions display) را با استفاده از نانولوله‌های چند دیواره‌ای ارائه داد. این شرکت مدعی است که ولتاژ لازم برای نمایشگر گسیل میدانی از طریق صفحه نمایش صاف متکی بر نانولوله‌‌، نسبت به آنچه به صورت سنتی در روش اشعه کاتدی استفاده می‌شده کمتر می‌باشد و این لوله‌ها با ولتاژ کمتر، نور بیشتری را تولید می‌کنند. o شرکت بزرگ IBM در ایالات متحده، ترانزیستوری را با استفاده از نانولوله‌های کربنی تک دیواره‌ای ساخته است که می‌تواند در ساخت وسایلی با اندازه‌های مولکولی به کار آید. این‌گونه وسایل با اندازه‌های مولکولی نوید تولید ساختارهای سریعتر و بهتر نسبت به تکنولوژیهای کنونی را می‌دهند. محققان قبلاً نانولوله‌هایی را با استفاده از روشهایی چون تخلیه الکتریکی در مقیاس اندک تولید کرده بودند ولی تولید انبوه توسط چنین روشهایی عملی نیست. این امر شرکتها را وادار کرده است که تولیدات جدید و اختراعات خود را در جهت قیمت مناسب و بازدهی بالا و به عبارتی تجاری سازی نانولوله‌ها سوق دهند. o شرکت بین‌المللی کاتالیستی Hyperion چهار سال قبل از ایجیما (کاشف نانولوله‌های کربنی) روشی را جهت تولید نانولوله‌ها ابداع کرد و با استفاده از اتیلن وبرخی مواد دیگر، شکل‌هایی از نانولوله‌های کربنی را تولید می‌کرد. این شرکت لوله‌هایی را به نام فیبریل تولید می‌کند که شبیه به صفحات کربنی لوله شده هستند. فیبریل ها قابلیت مخلوط شدن با رزین را داشته و در قطعات پلاستیکی اتومبیل به کار می‌روند. این مواد همچنین در ساخت مواد با هادی الکتریسیته نیز کاربرد دارند. این پلاستیکها می‌توانند با استفاده از فرآیندهای الکترواستاتیک، رنگ شده و از میزان آلودگی و ضایعات ناشی از رنگ کردن بکاهند. پاتریک کولین, مدیر بازاریابی نانولوله‌ها این شرکت عقیده داردکه هر کسی می‌تواند به آزمایشگاه رفته و نانولوله‌های کربنی بسازد، اما به عقیده وی ساخت یک گرم از این ماده با ساخت یک کیلوگرم یا یک تن از آن بسیار متفاوت است. در سال 1982، شرکت Hyperion یک واحد آزمایشی را راه‌اندازی کرد تا قابلیت تولید این محصولات را در مقیاس‌های بزرگ مطابق با نیاز برآورد کند. طبق ادعای کولین، شرکتش می‌تواند میلیونها تن تولید داشته باشد. وی می‌گوید: "ما کاربردهایی را درنظر داریم که می‌تواند در قسمت‌های پلاستیکی اتومبیل، نقش بزرگی را داشته باشد." روز به روز بر تعداد رقبای شرکت Hyperion افزوده می‌شود. این کارگاه‌ها نه تنها به تولید معمولی نانولوله‌ها بلکه به تولید انواع سفارشی آنها نیز اقدام می‌کنند. چرا که همه انواع تولیدی، برای تمام کاربردها مناسب نیستند. فیبریل ها و لوله‌های چند دیواره‌ای شرکت Hyperion دارای قطر بزرگی بوده و از این رو ویژگیهای قابل پیش‌بینی آنها نسبت به نانولوله‌های کربنی تک دیواره‌ای، کمتر است. لذا این شرکت طرحهایی را برای تولید لوله‌های تک دیواره‌ای مدنظر دارد. البته تولید آنها محدودیت‌های مربوط به خود را دارد چرا که ضخامت اندک دیواره اتمی موجب ظرافت فوق‌العاده این مواد می‌شود. o شرکت Plastics GE با اضافه کردن افزودنیهایی به فیبریل از آن جهت استفاده در آینه‌های بیرونی اتومبیل استفاده می‌کند. استفاده از این مواد در سال 1997، در مدلهای Ford Taurus و Mercury Sable انجام گرفته است. تولید کننده‌های اتومبیل تصمیم دارند از فیبریل ها در ضربه‌گیر و سپر اتومبیل و نیز خط سوخت آن استفاده کنند. صنعت الکترونیک نیز با استفاده از این مواد در ساخت هارد دیسک، پتانسیل‌ها و قابلیت‌های جدیدی را در زمینه تجارت این مواد به وجود آورده است. o شرکت کربن‌نانوتکنولوژی (CNI) واحدی را در هوستون، جهت تولید نانولوله‌های تک دیواره‌‌ای‌ با استفاده از اختراع خود موسوم به فرآیند منواکسید کربن فشار بالا Hipco)) راه‌اندازی کرده است. این طرح که بوسیله گروه تحقیقاتی ریچارد اسمالی ارائه شده است، فرآیندی است که موجب تولید پیوستة نانولوله‌های با قطر کم می شود. این شرکت، کمتر از دو سال قبل یک محوطه 6000 فوت مربعی را برای این طرح آزمایشی پیش‌بینی کرده بود. طبق اظهارات باب گُوِر، رئیس هیئت اجرایی شرکت، CNI سه راکتور اتمی خود را به منظور آزمایش میزان تولیدات بکار خواهد گرفت و برای افزایش قابلیت و کاهش قیمت تلاش خواهد کرد. هدف این شرکت برآورده شدن اهداف تجاری تا سال 2005 می‌باشد. وی مدعی شد که: "حتی اگر ما در کار خود هیچ پیشرفتی نداشته باشیم، می‌توانیم نانولوله‌ها را به قیمت 2000 دلار برای هر پوند بفروشیم. این بدترین حالت ممکن است؛ اما درصورت پیشرفت می‌توانیم آنها را با قیمت 200 دلار عرضه کنیم ما عقیده داریم که حتی می توان قیمت آن را به زیر 100 دلار هم رساند." o از دیگـــر تولیــدکننـــده‌های برجستـــة جهـــان می‌توان آزمایشگاه نانو و هیئت تحقیقات مواد و الکتــروشیمی در ایالات متحده، میتسوبیشی و Showa Denko در ژاپن و Sun Nanotech Co. Ltd و.Shaanxi Nanfeng Chemical Industry Group Sharehoding Co. Ltd در چین را نام برد. o در نوامبر 2001، گروه صنایع شیمیایی اعلام کرد که این گروه و محققانش در دانشگاه تسینگهوا یک روش کاتالیستی رسوب دهی شیمیایی فاز بخار CVD)) را جهت تولید ناپیوسته نانولوله‌ها ابداع کرده است. این شرکت مدعی است که می‌تواند 15 کیلوگرم نانولوله را در هر ساعت تولید کند. o شرکت Rosseter Holding Ltd. بر این ادعاست که توانایی تولید مقادیر زیادی از نانولوله‌های تک دیواره‌‌ای و چند دیواره‌ای را با استفاده از مایعات هیدروکرین به همان کیفیتی که با روش تخلیه الکتریکی تولید می‌شوند دارد. روش مایع نیاز به انرژی کمتری داشته و قیمت این محصولات را کاهش می‌دهد. طبق ادعای این شرکت، یک ژنراتور توانایی تولید 3 کیلوگرم نانولوله را در هفته دارد. اما این شرکت برای افزایش این مقدار باید تعداد ژنراتورهایش را به مراتب افزاش دهد. کریستین چایلو، مسؤول فروش Rosseter چنین بیان می‌دارد که ما امکان افزایش تولید و کاهش قیمت را داریم. این شرکت که از سال 1998 شکل گرفته است، هم‌اکنون نمونه‌هایی را برای مشتریان که معمولاً آسیایی هستند تهیه می‌کند. به هر حال همه روشهای تولید ناخالصی‌هایی را در کنار نانولوله‌ها تولید می‌کنند. کاربرد این مواد، مشخص ‌کنندة نوع ودرجة خلوص لوله‌های مورد نیاز است. کیفیت مهمترین شاخص تولید است.

در این جدول تناوبی، با توجه به بردار کایرالیتی نانولوله کربنی(m و N ، دیگر خواص آن مانند هادی یا نیمه‌هادی بودن، قطر لوله، زاویه کایرال، انرژی باندگپ، تعداد اتم‌ها در سل واحد یک بعدی و … ارائه شده است. این جدول تناوبی توسط شرکت atomistix ارائه شده است. برای مشاهده جدول بر روی تصویر زیر کلیک کنید.

مطالعات جدید بر روی مقاومت نانولوله‌های كربنی، نشان می‌دهد كه نانولوله‌ی كربنی به ازای هر واحد اونس، 117 بار مقاوم‌تر از فولاد و 30 بار مقاوم‌تر از kevlar (ماده‌ای كه در جلیقه‌های ضد گلوله و سایر محصولات مشابه به آن استفاده می‌شود) است. به گزارش مجله‌ی science daily در 16 سپتامبر 2010، نانولوله‌های كربنی (ذرات بسیار ریزی كه موجب انقلابی در صنایع الكترونیك، داروسازی و سایر زمینه‌ها می‌شوند)، بسیار مقاوم‌تر از حد تصور است. این یافته‌ها كه می‌تواند كاربردهای تجاری و صنعتی نانولوله را گسترش دهد، در مجله‌ی ماهانه «ACS nano» به چاپ رسیده‌است. استفان كرونین و همكارانش اظهار كردند كه نانولوله‌ها -كه یك پنجاه‌هزارم ضخامت موی انسان هستند- به‌دلیل مقاومت منحصربه‌فرد و رسانایی الكتریكی بالا و دیگر ویژگی‌هایشان بسیار تحسین‌برانگیزند. نانولوله‌ها می‌توانند به‌صورت قابل توجهی و شبیه به شكلات‌های تافی، قبل از پاره شدن، كش بیایند. این ویژگی، آنها را به مواد ایده‌آلی برای كاربردهای جدیدی تبدیل می‌كند؛ به‌طوری‌كه شاید تخیل‌های علمی نیز به واقعیت بپیوندند، مثلاً ساخت كابل‌های آسانسور فضایی كه اشیا را از سطح زمین به فضا می‌برند. دانشمندان، برای برطرف كردن تردیدها در مورد مقاومت حقیقی نانولوله‌ها، نانولوله‌های كربنی تك‌جداره را با طول‌ها و ضخامت‌های متفاوت، تحت كشش بسیار شدید قرار دادند. آنها دریافتند كه نانولوله‌ها می‌توانند تا بیش از 14% طول اولیه‌شان كش بیایند یا به عبارتی طول آنها می‌تواند به اندازه‌ای بیش از دو برابر آن میزانی افزایش یابد كه قبلاً به‌وسیله‌ی دیگران گزارش شده بود. نتایج این پژوهش، حد پایین جدیدی برای استحكام نهایی نانولوله‌های كربنی نشان می‌دهد. جزئیات این پژوهش در مجله‌ی ACS nanoمنتشر شده‌است. منبع: ستاد نانو

باتوجه به رشد سریع تحقیقات علمی و عملی علوم و فنون نانودر کلیه علوم وصنایع توجه بسیار کمی به کاربردهای این پدیده در صنعت ساختمان و بطور عامدر ساخت و ساز شده است ولی اخیراً با توجه به تقویت کننده ها و استحکامدهنده های نانویی در مصالح ساخت و ساز موج جدیدی با شتاب فزاینده ای صنعتساخت و ساز را در بر گرفته است. سيليسيم دي اكسيد يا سيليكا فراوان‌ترين ماده سازنده پوسته زمين است. اينتركيب با فرمول شيميايي SiO2 ساختاري شبيه الماس دارد، ماده‌اي بلوري وسفيد رنگ است دماي ذوب و جوش آن نسبتاً زياد است و در طبيعت به دو شكلبلوري و آمورف (بي شكل)‌يافت مي‌شود. کاربرد مهم سيليس در توليد انواع بتن است كه كيفيت و خواص محصول توليد شدهآن بستگي زيادي به نوع و اندازه ذرات سيليكا دارد. و نانو لوله های کربنیدارای دانسیته بسیار کم نسبت به فولاد و آلومینیوم می باشد. بطوریکهدانسیته آن تقریباً یک پنجم دانسیته فولاد و یک سوم دانسیته آلومینیوم میباشد. از کاربردهای مهم نانو لوله ها در ساخت سازه های سبک و مقاوم درمقابل کشش مطرح است که با کاهش وزن سازه مقاومت آن در مقابل زلزله بدلیلکاهش نیروهای وارده به سازه افزایش می یابد.در اينجا به بررسي اهميت واثرات استثنايي سيليسيم در بتن تأكيد مي‌شود. کاربرد مواد نانو در ساختمان سازی مواد نانو به عنوان موادي كه حداقل يكي از ابعاد آن ( طول و عرض و ضخامت ) زير 100 nm نانو متر باشد تعريف شده اند. يك نانو متر يك هزارم ميكرون ياحدود 100000 برابر كوچكتر از ضخامت موي انسان است. خواص فيزيكي و شيمياييمواد نانو ( در شكل و فرم هاي متعددي كه وجود دارند از جمله ذرات ، الياف، گلوله و غيره ) در مقايسه با مواد ميكروسكوپي نوع ديگر تفاوت اساسيدارند.تغييرات اصولي كه وجود دارد نه تنها از نظر كوچكي اندازه بلكه ازنظر خواص جديد آنها در سطح مقياس نانو مي باشد. يكي از چالش هايي كه در رشته مصالح ساختماني به وجود آمده است بتن باعملكرد بالا (HPC) مي باشد مثلاً بتن مقاوم و با دوام يك مصالح كامپوزيت وچند فازي مركب و پيچيده مي باشد. خواص ، رفتار و عملكرد بتن بستگي به نانو ساختار ماده زمينه اي بتن وسيماني داردكه چسبندگي، پيوستگي و يكپارچگي را بوجود مي آورد. بنابراينمطالعات ساختار بتن و خمير سيمان در مقياس نانو براي توسعه مصالح ساختمانيجديد و كاربرد آنها بسيار حائز اهميت مي باشد. به هر حال روش معمولي براي توسعه بتن با عملكرد بالا اغلب شامل پارامترهاي مختلفي از جمله طرح اختلاط بتن معمولي و بتن مسلح با انواع مختلفالياف مي باشد. تا اندازه بسيار زيادي، اين روش كار اغلب توسط روابط داخليصنعت ساختمان مي باشد كه دليل كندي پيشرفت در صنعت ساختمان عدم درك عميقاز مفهوم مصالح ساختماني مي باشد. در گسترده جديد علم و تكنولوژي نانوديگر اين قبيل فعاليت ها بي معني بوده و نياز به شناخت و مطالعه دقيق ازمصالح ساختماني دارد و اين فعاليت بايد به روش علمي جهت يافتن مصالح نسلجديد و با عملكرد بالا ونيز اقتصادي كردن آنها دنبال گردد. در مثال هايعملي و به طور مشخص در بتن ، اين تحقيقات تنها زماني مي تواند به جامعهعمل بپيوندد كه درك مناسب از مفهوم ريز ساختار سيمان در مقياس نانو و ديگرساختار ها وجود داشته باشد . هدف اصلي و نهايي ، يافتن طبقه جديدي از مصالح ساختماني با عملكرد بالا ميباشد كه آنرا مي توان به مصالح با عملكرد بالاي چند منظوره اطلاق نمود. منظور از عملكرد چند منظوره، ظهور خواصي جديد و متفاوت نسبت به خواص موادمعمولي مي باشد به گونه اي كه مصالح بتوانند كاربرد هاي گوناگوني را ارائهنمايند. در خصوص بتن به طور خاص ، علاوه بر عملكرد با دوام بهتر و خواص مكانيكيبهتر بتن با عملكرد بالاي چند منظوره خواص اضافه ديگري را دارا مي باشد. ازجمله اين خواص به عنوان مثال مي توان خاصيت الكترومغناطيسي بكارگيري درحرارت هاي بالا و محافظت هاي اتمي و افزايش مؤثر بودن آن در حفظ انرژيساختمان و غيره را نام برد. علاوه بر اين به كار گيري مصالح نانو مي تواند به ساختار هاي جديدبيانجامد، به طوري كه ديگر به منابع طبيعي در ساخت و ساز وابسته نباشد وبتوان در حفظ اين منابع كوشيد. اين مي تواند با اصلاح ساختار ها در مقيلسنانو انجام شود يا با به كارگيري ساختارهاي مختلف و ارتقاء واكنش هاياتفاق افتاده به طوري كه خواص سطوح مخصوص زياد آنها يا خواص بنيادين آنها ( از جمله ) نفوذپذيري ، خواص مغناطيسي ، الكتريكي هادي حرارت بهبود مييابد.نانو تکنولوژی یک نیاز و رقابتی جهت حفظ محیط زیست و رشد نوآوری درصنعت ساخت و ساز می باشد. درحقیقت یک نوع زندگی و راه جدید برای آینده بشرمی باشد. فکر کردن در اشل نانو راه جدید برای زندگی جدید می باشد. نانو سيليس آمورف : چنانکه دیده می شود ، یکی از ترکیبات موجود در بتن سیلیکاتهای مختلفی استکه در ضمن واکنش تولید می شود به همین دلیل می توان گفت سیلیس یکی ازمهمترین بخش بتن است و اهمیت زیادی در چسبندگی ،مقاومت و کارایی بتن دارد . اکسید سیلیس با انجام واکنش های شیمیایی با هیدراکسید کلسیم آزاد شدهموجود در بتن را مصرف می کنند و از خاصیت قلیایی آن می کاهند و در کنار آببصورت شوره از بتن خارج می شوند. و از خوردگی آرماتورهای فولادی قرارگرفته در بتن جلوگیری می کند . محلول نانويي سيليس ( Nanosilica ) دي اكسيد سيليس ( Sio2 ) است كه اندازهذرات آن در ابعاد نانو متر مي باشد. محلول نانو سيليس متشكل از ذراتيهستند كه گلوله شكل با قطر كمتر از 100 nm يا به صورت ذرات خشك پودر يا بهصورت معلق در مايع محلول قابل انتشار مي باشند ، كه مايع آن معمول تريننوع محلول نانو سيليس معلق كاربرد هاي چند منظوره مانند خاصيت ضد سايش ،ضد حريق، ضد انعكاس سطوح از خود نشان مید هد. اين آزمايشات نشان داده اند كه واكنش محلول نانو سيليس ( Ccolloidal silica ) با هيدرواكسيد كلسيم در مقايسه با ميكرو سيليكا بسيار سريع ترانجام گرفته و مقدار بسيار كم اين مواد همان تأثير پوزولاني مقدار بسياربالاي ميكروسيليكا را در سنين اوليه دارا مي باشد. اين خاصيت ماده ، بدليلريز بودن ذرات محلول نانو سيليس معلق مي باشد. هيچ جاي تعجب نيست كه ذراتميكروسيليكا نوعاً داراي سطح مخصوص N2 شامل m2g 25-15 مي باشد، در صورتيكه ذرات محلول نانو سيليس 180-m2g مي باشند. تحقيقات كاربردي انجام شدهشامل كاربرد نتايج نانو سيليس ( nano silica ) به شكل محلول آن در گروت ميباشد. آزمايشات خواص ريولوژي فرمول گروت در مقايسه با گروت ميكروسيليكا،هيچ جدا شدگي و آب اندازي از خود نشان نداده و نيز مقاومت فشاري 28 روزهبيش از mpa 155 را بدست مي دهد. اضافه کردن نانوذرات سیلیکا (nano sio2) به ملات سیمان باعث بهبود مقاومتفشاری و خمشی ملات نسبت به ملات معمولی گردیده است. در این طرح خصوصیاتنانوذرات سیلیکا با مشخصات مندرج در جدول زیر در سیمان استفاده شده اند. ودر ضمن به ملات سیمان ماده پراکننده ذرات نانو (UNF) و حباب زدا برای کاهشحبابهای هوا در داخل بتن اضافه می شود. گزارش آزمایش: شش نمونه از هر كدام گروهبندي براي هر نوع مخلوط انجام شده و سپس در درجهحرارت 21 ( QOC ) زير آب براي 14 و 28 روز نگهداري شدند. سيمان مصرفي درتمام نمونه ها ثابت نگهداشته شده 100 gr و نسبت آب به سيمان 36/0 و w/c=0.33 و براي مخلوط هاي نانو سيليكا و نانو تيوب انتخاب شده اند. مصرفسيليس مايع به صورت سوسپانسيون مخلوط مستقيم به آب مخلوط اضافه شده و سپسپودر سيليس به سيمان افزوده شده بود .در صورتي كه نانو تيوب در آب مخلوطبتن انتشار يافته و هم زده تا 10 دقيقه وسپس براي حدود 30 دقيقهالكتراسونيك شده در حوضچه 400 w و سپس با سيمان مخلوط مي گردند. هيچ فوق روان كننده اي براي مخلوط نانو سيليكا افزوده نشده بود ، به خاطراينكه قصد مطالعه نقش نانو سيليكاي خالص بر خمير سيمان را داشتيم. درصورتي كه در مصرف نانو تيوب هيچ نوع سرفكتنت استفاده نشده به همين خاطر سرفكتنت پيشنهادي براي انتشار نانو تيوب ها با سيمان همخون نيستند. نتايج : می توان نتیجه گرفت که مقاومت خمشی و فشاری ملات سیمان با افزودن نانوذرات سیلیکا (Nano-Sio2)بیشتر از مقاومت ملات سیمان معمولی است. در صورتیکه با افزایشنسبت نانوذرات سیلیکا مقاومت فشاری 28 روزه افزایش می یابد. و اینکهنانوذرات بعنوان یک ماده پرکننده حفره های سیمان را پر می کنند و به مانندفوم سیلیکا مقاومت بتن را افزایش می دهند .

نانولوله‌های کربنی، با آسانسور به فضا برویم ، فناوری نانو چیست؟، بازگرداندن بینایی موش کور با استفاده از فناوری نانو، پای مارمولک و نوارچسب‌های قوی و ... نانولوله‌های کربنی آیا تاکنون این نام را شنیده‌اید؟ می‌دانید نانولوله‌های کربنی چه موادی هستند؟ چه خواصی دارند؟ به چه روش‌هایی تولید می‌شوند؟ چه کاربردهایی دارند؟ با مطالعه آنچه دوستانتان «ثمره شجاعی» و «وحیده رحیمی» از تهران درباره نانولوله‌های کربنی نوشته‌اند، می‌توانيد پاسخ اين سوال‌ها را بيابيد. كشف نانولوله‌های کربنی یكی از اتفاقات مهم حوزه فناوری‌نانو است. نانولوله‌های کربنی اولین بار توسط «سومیو ایجیما» در سال 1991 و به‌صورت کاملاً اتفاقی کشف شدند. ایجیما در حال مطالعه سطوح الکترودهای کربنی با استفاده از روش تخلیه قوس الکتریکی بود که با نانولوله‌های کربنی مواجه شد. در یک نانولوله کربنی، اتم‌های کربن در ساختاری استوانه‌ای‌ شکل، آرایش یافته‌اند؛ یعنی اين ماده یک لوله توخالی است که جنس دیواره‌اش از اتم‌های کربن است. آرایش اتم‌های کربن در دیواره این ساختار استوانه‌ای، دقیقاً مشابه آرایش کربن در صفحات گرافن است. در گرافن، شش‌ضلعی‌های منظم کربنی در کنار یکدیگر قرار می‌گيرند و يک صفحه را تشکيل می‌دهند. انبوهی از این صفحه‌های کربنی از طریق پیوندهای ضعیف واندروالس به هم پیوند می‌خورند و گرافیت را تشکیل به‌وجود می‌آورند. در نانولوله‌های کربنی صفحات گرافن لوله می‌شوند و استوانه‌هایی با قطر چند نانومتر تولید می‌کنند. نانولوله‌های کربنی دو نوع هستند: نانولوله‌های تك‌دیواره‌ و چنددیواره‌. نانولوله تك‌دیواره از یک دیواره‌ استوانه‌ای گرافنی به قطر 1 تا 2 نانومتر تشکیل شده است. حالا اگر اين نانولوله‌های تک ديواره را با فاصله 3-4 نانومتر، درون هم قرار دهيم و قطر استوانه‌های خارجی را بزرگتر کنيم، يک نانولوله چنددیواره تشکيل می‌شود. قطر خارجی نانولوله‌های چنددیواره 2 تا 25 نانومتر و قطر داخلی آن در حدود 1 تا 8 نانومتر است. طول متوسط نانولوله‌ها می‌تواند تا چندین میكرون باشد. روش‌های تولید نانولوله‌های کربنی دانشمندان برای تولید نانولوله‌های کربنی از روش‌های مختلفی چون قوس الكتریكی، رسوب‌گذاری بخار شیمیایی و تبخیر لیزری استفاده ‌می‌کنند. با استفاده از این روش‌‌ها، امروزه تولید این مواد در برخی از کشورها به حد نيمه‌صنعتی رسیده‌است. پژوهشگاه صنعت نفت ايران می‌تواند با روش رسوب‌گذاری بخار شیمیایی، روزانه چند کیلوگرم نانولوله‌ کربنی توليد کند. مشخصات نانولوله‌های کربنی ساختار توخالی نانولوله‌های کربنی، باعث شده که اين مواد بسيار سبک باشند؛ به طوریکه چگالی نانولوله‌های چنددیواره‌ 8/1 و نانولوله‌های تك‌دیواره‌ 8/0 گرم بر سانتی‌متر مکعب است. نانولوله‌های کربنی بسيار مستحکم هستند، سطح ویژه بالايی دارند و خصوصیات الكتریكی و الكترونیكی آنها منحصربه‌فرد است. نانولوله‌ها 100 برابر از فولاد محكم‌ترند، در حالی كه وزنشان یك‌ششم وزن فولاد است. اين مواد مقاومت خوبی در برابر مواد شیمیایی دارند و از پایداری گرمایی بالایی برخوردارند. از آنجايی که الکترون‌ها می‌توانند در در راستای محور نانولوله‌های کربنی (محور استوانه) متقل شوند، اين مواد در راستای محور خود رسانا هستند؛ هم رسانای الکتريسيته و هم رسانای گرما. نانولوله‌های کربنی از لحاظ شيميايی فعال هستند، بنابراين می‌توانند كاتالیزورهای خوبی باشند. آنها خاصیت مویینگی بالایی دارند و می‌توانند گازها و مایعات را در خود جای دهند. داشتن خواص متنوع و منحصربه‌فرد سبب شده نانولوله‌های کربنی كاربردهای بی‌شماری داشته باشند. با آسانسور به فضا برویم آیا غیر از سفینه‌های فضاپیما، راه دیگری برای رفتن به فضا وجود دارد؟ آسانسور چطور است!؟ دانشمندان مدت‌هاست كه به ساخت آسانسورهایی می‌اندیشند که از یک طرف به ماه و از طرف دیگر به زمین منتهی شوند. با استفاده از این آسانسورها می‌توان تنها با فشار دادن یک دکمه، به ماه سفر کرد و یا هر وسيله و شيئی را به آنجا فرستاد! دانشمندان می‌گويند این آسانسورها وزن زیادی خواهند داشت و برای جابه‌جایی آنها نیازمند یک کابل بسیار بسیار قوی هستیم؛ کابلی که بتواند این دستگاه را تا هزاران کيلومتر بالاتر از سطح زمين حمل کند. دانشمندان برای حل این مشکل در فكر استفاده از نانولوله‌های کربنی هستند؛ نسبت طول به عرض بالا (بيش از 1000 برابر) و استحکام فراوان (100 بار محکم‌تر از فولاد) باعث شده که اين مواد گزینه‌ی مناسبی برای این منظور باشند. بنابراین، يکی از گام‌های مهم در ساخت آسانسورهای فضایی، تولید کابل‌هایی از جنس نانولوله‌های کربنی است که طول زیادی داشته باشد و بتواند در فاصله میان ماه و کره زمین قرار گیرد. فكر می‌كنید چنین چیزی ممكن است؟ اگر ساخت آسانسورهای فضایی به واقعیت بپیوندد، روزی خواهد رسید که سفرهای فضایی، تبدیل به سفری معمولی می‌شود و شايد هر کس ‌بتواند به فضا سفر کند. فناوری نانو چیست؟ «جهان مادی ما از اتم ساخته شده است» این ادعایی بود که دموکراتوس- فیلسوف یونانی- 2400 سال پیش آن را بر زبان آورد. 200 سال بعد لوکریتوس رومی، فرضیه او را بدین گونه بیان کرد:« جهان از فضاهای بی نهایت و تعداد نامتناهی از ذرات ریز تجزیه‌ناپذیر یعنی همان اتم‌ها ساخته شده است. تنوع اتم‌ها تنها در شکل و اندازه و جرم آنهاست.» علی‌رغم ارزشی که این اطلاعات داشت، ولی در آن زمان چیزی جز فرضیه محض نبودند. با گسترش دانش بشر، ایده درخشان دموکراتوس بسیار تغییر کرد. او اطلاعات بسيار زيادی در مورد اتم‌ها و مولکول‌ها کسب کرد اما تا پيش از دهه 1980 هيچ‌گاه نتوانست آنها را مشاهده کند. در اين دهه بشر میکروسکوپ جدیدی ساخت که به کمک آن توانست وارد دنيای اتم‌ها و مولکول‌ها شود؛ این توانمندی او را مصمم‌تر نمود تا دانش خود را در ارتباط با اتم‌ها و مولکول‌‌ها- واحدهای تشکیل‌دهنده مواد- افزایش دهد و به بررسی ساختار و چیدمان اتمی مواد بپردازد و این داستان مقدمه‌ای شد برای شکل‌گيری و توسعه فناوری نانو. در چند دهه اخیر، مطالعات بسیاری پیرامون پدیده‌ها و تغییر خواص مواد در مقیاس نانو صورت گرفته است. نتيجه اين مطالعات در محدوده دانش نانو (يا علوم نانو) قرار می‌گيرد. آنچه که "دانسته‌های" ما از پديده‌های نانومقياس را تبديل به "محصول" می‌کند و به زندگی روزمره ما وارد می‌کند، فناوری‌نانو است. به عنوان مثال دانش نانو به ما می‌گويد که نانوذرات طلا در اندازه‌های مختلف به رنگ‌های مختلف دیده شوند و چرايی اين موضوع را برای ما شرح می‌دهد. او برای ما توضيح می‌دهد که چگونه وجود یک لایه نانومتری بر سطح برگ نیلوفر آبی این امکان را فراهم می‌آورد که آب به سرعت و سهولت از سطح آن لیز بخورد. دانش‌نانو می‌داند چرا ذرات آلومینیوم در مقیاس نانو دارای خاصیت انفجاری زیادی هستند و ... ؛ فناوری‌نانو از رنگارنگی نانوذرات طلا برای تشخيص سرطان استفاده می‌کند، با استفاده از لایه‌های نانومتری لباس‌‌های خودتمییزشونده می‌سازد و از نانوذرات آلومینیوم برای سوخت راکت موشک استفاده می‌کند. تبدیل دانسته‌های علمی به محصولات جدید و پیشرفته، مهم‌ترین هدف فناوری‌نانو است. بازگرداندن بینایی موش کور با استفاده از فناوری نانو آیا تا به حال به زخم‌های روی بدن خود توجه کرده‌اید؟ وقتی قسمتی از بدن زخم می‌شود، رشته‌های عصبی موجود در بدن، از هم فاصله گرفته و در محل زخم حالت دَلَمه ایجاد می‌کنند. دلمه روى زخم یکى از عواملى است که مانع از اتصال دوباره دو رشته‌هاى عصبى قطع‌شده مى‌شود. محققان هنگ‌‌کنگى و آمریکایى به‌منظور برطرف نمودن این مشکل، به فکر استفاده از امکاناتى افتادند که فناورى‌نانو در علوم زیستى و مقیاس مولکولى ارائه مى‌دهد. این گروه، با قطع اعصاب بینایى یک همستر (نوعى موش صحرایى) ابتدا موش را کور کردند و سپس با تزریق محلولى حاوى نانوذرات به رشته‌هاى قطع‌شده اعصاب بینایى، امکان رشد دوباره اين اعصاب را فراهم کردند. آنها موفق شدند که با اين روش بینایى جانور را بازگردانند. محلول تزریقی، حاوى پپتیدهاى مصنوعى بود و اندازه هر یک از آنها به گونه‌اى تنظیم شده بود که از پنج نانومتر تجاوز نکند. پپتیدها با رسیدن به بخش‌هاى جراحت‌دیده، به‌صورت خودجوش یک ساختار داربست‌مانند و ضربدرى از رشته‌هاى نانومترى ایجاد مى‌کنند تا از این طریق، بین بخش‌هاى قطع‌شده پلى بوجود آورند. دانشمندان مشاهده کردند که رشته‌هاى قطع‌شده اعصاب بینایى، با استفاده از این داربست نانومتری، دوباره شروع به بازسازى و اتصال مجدد می‌کند و از بروز حالت دلمه بر روى زخم جلوگیرى می‌نمايد. دانشمندان این کار را بر روی موش‌های پیر و جوان انجام دادند و به اين نتيجه رسيدند که پس از تزریق دارو رشته‌هاى عصبى هم در مغز همسترهاى جوان (که به‌صورت عادى در حال رشد و تولید رشته‌هاى جدید هستند) و هم در مغز همسترهاى بزرگ‌سال (که رشد آنها متوقف شده) فعال می‌شوند و شروع به تولید رشته‌هاى جدید می‌کنند. نتيجه حیرت‌آور اين پژوهش نشان می‌دهد که نانومواد مى‌توانند مستقیماً خود رشته‌هاى عصبى را فعال کنند و آنها را وادار به رشد کنند. علاوه بر این در این آزمایش مشاهده شده که پپتیدهای موجود در بدن، به‌وسیله اجزاى بدن همستر به مواد بى‌خطرى تجزیه شده و سه تا چهار هفته پس از تزریق از طریق ادرار جانور از بدن او خارج مى‌شوند. محققان امیدوارند در مرحله بعدى بتوانند این شیوه را بر روى انسان نیز آزمايش کنند. هدف نهایى این روش آن است که بتوان از آن براى اتصال رشته‌هاى عصبى قطع‌شده بر اثر سکته مغزى یا جراحت‌هاى وارده به سر استفاده شود.   پای مارمولک و نوارچسب‌های قوی حتماً بارها حرکت وارونه مارمولک بر روی سقف را دیده‌اید. به نظر شما اندام‌های حرکتی این جانور چگونه طراحی شده‌اند که به‌راحتی می‌توانند به سطوح مختلف بچسبند؟ دست و پاهای مارمولک از هزاران موی نازک نانومتری پوشیده شده‌اند که به‌طور نامنظمی بر روی سطح آن قرار گرفته‌اند. فاصله اندک این موها با سطح، سبب می‌گردد که نیروی جاذبه قوی‌ای میان آنها برقرار گردد. میزان این نیرو به حدی است که حیوان می‌تواند به‌آسانی روی سقف حرکت کند. دانشمندان با الهام از پای مارمولک، چسب‌های بسیار قدرتمندی ساخته‌اند که این چسب‌ها تحمل وزنی برابر 100کیلوگرم را دارند. این چسب‌ها از لحاظ ظاهری مشابه نوارچسب‌های معمولی هستند. همان‌طور که ما برای چسباندن عکس‌های کاغذی بر روی دیوار می‌توانیم از چسب‌های نواری استفاده کنیم، با استفاده از این چسب‌های جديد می‌توان چسب‌هايی توليد کرد که می‌توانند LCDهای بزرگ به دیوار متصل ‌كنند، بدون آنكه هیچ‌ اثری بر روی دیوار باقی بگذارند. برای ساخت این نوارچسب‌ها، دانشمندان از صفحات حاوی نانولوله‌های کربنی استفاده کرده‌اند که با اتصال رشته‌های مجعد کربن به سطح آنها، سطوح چسبنده‌ای ایجاد می‌شود. عملکرد این سطح کاملاً شبیه عملکرد پرزهای ظریفی است که بر روی پای مارمولک وجود دارد. وقتی این رشته‌های مجعد را به سطحی بچسبانیم، نانولوله‌ها با سطح هم‌ردیف شده و اتصال بسیار محکمی را ایجاد می‌کنند. نیرویی که حتی 10 بار قوی‌تر از نیروی جاذبه پای مارمولک است. شاید بعدها بتوانیم با استفاده از این چسب‌ها در اتصالات الکتریکی بی‌نیاز از جوشکاری شویم. منبع: کام پلی نیک