نانو مواد و دسته بندی آنها

[ayhan 2309]

سلام .

تو این تایپیک قصد داریم مقالات نانو رو قرار بدیم.

 

اگه مقاله ای رو خوندید اینجا هم بزارید تا ما هم استفاده کنیم.:w00:

 

لطفا فقط مقاله بزارید.:icon_gol:

 

اسپم ممنوع:167:

[ayhan 2309]

قسمت اول

 

 

 

1. مقدمه

 

نانوفناوری، توانمندی تولید و ساخت مواد، ابزار و سیستم های جدید با در دست گرفتن کنترل در مقیاس نانومتری یا همان سطوح اتمی و مولکولی، و استفاده از خواصی است که در این سطوح ظاهر می شوند. یک نانومتر برابر با یک میلیاردم متر (10-9 متر) می باشد. این اندازه 18000 بار کوچکتر از قطر یک تار موی انسان است. به طور میانگین 3 تا 6 اتم در کنار یکدیگر طولی معادل یک نانومتر را می سازند که این خود به نوع اتم بستگی دارد. به طور کلی، فناوری نانو، گسترش، تولید و استفاده از ابزار و موادی است که ابعادشان در حدود 1-100 نانومتر می باشد.

فناوری نانو به سه سطح قابل تقسیم است: مواد، ابزارها و سیستم ها. موادی که در سطح نانو در این فناوری به کار می رود، را نانو مواد می گویند. ماده ی نانو ساختار، به هر ماده ای که حداقل یکی از ابعاد آن در مقیاس نانومتری (زیر 100 نانومتر) باشد اطلاق می شود. این تعریف به وضوح انواع بسیار زیادی از ساختارها، اعم از ساخته دست بشر یا طبیعت را شامل می شود. منظور از یک ماده ی نانو ساختار، جامدی است که در سراسر بدنه آن انتظام اتمی، کریستال های تشکیل دهنده و ترکیب شیمیایی در مقیاس چند نانومتری گسترده شده باشند. در حقیقت این مواد متشکل از کریستال ها یا دانه های نانومتری هستند که هر کدام از آنها ممکن است از لحاظ ساختار اتمی، جهات کریستالوگرافی یا ترکیب شیمیایی با یکدیگر متفاوت باشند. همه مواد از جمله فلزات، نیمه هادی ها، شیشه ها، سرامیک ها و پلیمرها در ابعاد نانو می توانند وجود داشته باشند. همچنین محدوده فناوری نانو می تواند به صورت ذرات بی شکل(آمورف)، کریستالی، آلی، غیرآلی و یا به صورت منفرد، مجتمع، پودر، کلوئیدی، سوسپانسیونی یا امولسیونی باشد.

2. خواص نانو مواد

با گذر از مقیاس میکرو به نانو، با تغییر بر خی از خواص فیزیکی و شیمیایی روبه رو می شویم که دو مورد مهم از آنها عبارتند از: افزایش نسبت مساحت سطحی به حجم و ورود اندازه ذره به قلمرو اثرات کوانتومی.

افزایش نسبت مساحت سطحی به حجم که به تدریج با کاهش اندازه ی ذره رخ می دهد، باعث غلبه یافتن رفتار اتم های واقع در سطح ذره به رفتار اتم های درونی می شود. این پدیده بر خصوصیات ذره در حالت انزوا و بر تعاملات آن با دیگر مواد اثر می گذارد. افزایش سطح، واکنش پذیری نانو مواد را به شدت افزایش می دهد زیرا تعداد مولکولها یا اتمهای موجود در سطح در مقایسه با تعداد اتمها یا مولکولهای موجود در توده ی نمونه بسیار زیاد است، به گونه ای که این ذرات به شدت تمایل به آگلومره(agglomeration) یا کلوخه ای شدن دارند. به عنوان مثال در مورد نانوذرات فلزی، به محض قرار گیری در هوا، به سرعت اکسید می شوند. در بعضی مواقع برای حفظ خواص مطلوب نانومواد، جهت پیشگیری از واکنش بیشتر، یک پایدار کننده را بایستی به آنها اضافه کرد که آنها را قادر می سازد تا در برابر سایش، فرسودگی و خوردگی مقاوم باشند.

البته این خاصیت مزایایی هم در بر دارد. مساحت سطحی زیاد، عاملی کلیدی در کارکرد کاتالیزوها و ساختارهایی همچون الکترودها می باشد. به عنوان مثال با استفاده از این خاصیت می توان کارایی کاتالیزورهای شیمیایی را به نحو مؤثری بهبود بخشید و یا در تولید نانوکامپوزیت ها با استفاده از این مواد، پیوندهای شیمیایی مستحکم تری بین ماده زمینه و ذرات برقرار شده و استحکام آن به شدت افزایش می یابد. علاوه بر این، افزایش سطح ذرات، فشار سطحی را کاهش داده و منجر به تغییر فاصله بین ذرات یا فاصله بین اتم های ذرات می شود. تغییر در فاصله بین اتم های ذرات و نسبت سطح به حجم بالا در نانوذرات، تأثیر متقابلی در خواص ماده دارد. تغییر در انرژی آزاد سطح، پتانسیل شیمیایی را تغییر می دهد. این امر در خواص ترمودینامیکی ماده (مثل نقطه ذوب) تأثیر گذار است.

به محض آنکه ذرات به اندازه کافی کوچک شوند، شروع به رفتار مکانیک کوانتومی می کنند. خواص نقاط کوانتومی مثالی از این دست است. نقاط کوانتومی کریستال هایی در اندازه نانو می باشد که از خود نور ساطع می کنند. انتشار نور توسط این نقاط در تشخیص پزشکی کاربرد های فراوانی دارد. این نقاط گاهی اتم های مصنوعی نامیده می شوند؛ چون الکترونهای آزاد آنها مشابه الکترونهای محبوس در اتمها، حالات گسسته و مجازی از انرژی را اشغال می کنند.

علاوه بر این، کوچک تر بودن ابعاد نانوذرات از طول موج بحرانی نور، آنها را نامرئی و شفاف می نماید. این خاصیت باعث شده است تا نانو مواد برای مصارفی چون بسته بندی، مواد آرایشی و روکش ها مناسب باشند.

مواد در مقیاس نانو، رفتار کاملاً متفاوت، نامنظم و کنترل نشده ای از خود بروز می دهند. با کوچکتر شدن ذرات خواص نیز تغییر خواهد کرد. مثلاً فلزات، سخت تر و سرامیک نرم تر می شود.

 

بر خی از ویژگیهای نانو مواد در جدول 1 به طور خلاصه آمده است:

 

خصوصیات مثال ها

کاتالیستی اثر کاتالیستی بهتر، به دلیل نسبت سطح به حجم بالاتر

الکتریکی افزایش هدایت الکتریکی در سرامیک ها

و نانو کامپوزیت های مغناطیسی،

افزایش مقاومت الکتریکی در فلزات

مغناطیسی افزایش مغناطیسیته با اندازه بحرانی دانه ها،

رفتار سوپر پارامعناطیسیته ذرات

نوری خصوصیات فلوئورسنتی، افزایش اثر کوانتومی

کریستال های نیمه هادی

بیولوژیکی افزایش نفوذ پذیری از بین حصارهای بیولوژیکی

(غشاء و سد مغز خون و غیره)

و بهبود زیست سازگاری

 

3. دسته بندی نانو مواد

 

مواد در مقیاس نانو به دسته های زیر قابل تقسیم می باشد:

1. نانو لایه ها

2. نانو پوشش ها

3. نانو خوشه ها

4. نانو سیم ها

5. نانو لوله ها

6. نانو حفره ها

7. نانو ذرات

 

در قسمت بعدی این مقاله به معرفی هر یک از موارد بالا پرداخته می شود.

 

نویسنده: مریم ملک دار

 

منابع:

1. Brock, J.R, in. nanostructured materials: science. 8 technology, pub. By Kluwer Acad, ISBN, 0-7923-5071-5, 1997.

2. Michael Kohler & Wolfgang Fritzsche, Nanotechnology (An Introduction to Nanostructuring techniques), Wiley-VHC, ISBN: 978-3-527-30750-0, 2004.

[ayhan 2309]

نانو مواد در پزشکی

امروزه با گسترش عرصة فناوری‌نانو، به ویژه در زمینة نانومواد، کاربردهای زیادی برای این مواد در علوم پزشکی مشاهده شده است، لذا توجه محققان علوم پزشکی را به خود جلب کرده است. با توجه به اهمیت نانومواد در علوم پزشکی در زیر بعضی از خواص و کاربردهای آن به صورت اجمالی بررسی می‌شود.

۱) نانومواد خام و ساختاری

از نانوذرات و نانوبلورها می‌توان به عنوان مواد زیست‌سازگار در پوشش‌دهی، کپسوله‌کردن داروها، جایگزینی استخوان، پروتزها و در کاشتنی‌ها استفاده کرد. مواد نانوساختاری نیز شکل دیگری از نانومواد خام می‌باشند که عملکرد ویژه‌ای دارند. نمونه‌های این مواد نانوساختاری، نقاط کوانتومی و درخت‌سان‌ها می‌باشند که در زیر انواعی از آن‌ها ذکر شده است.

۱,۱ ) نانوپلیمرها

نانوپلیمرها در پزشکی به شکل‌های زیر به کار برده می‌شوند:

- داروی پلیمری: از یک پلیمر فعال زیستی تشکیل شده است.

- پیوند دارو با پلیمر: از یک پلیمر محلول در آب، یک عامل مناسب و یک اتصالگر که عوامل‌، پلیمر و هدف را به هم متصل می‌کند تشکیل شده است.

- پیوند پروتئین با پلیمر: بلوک پلیمری شامل یک بخش آب‌دوست و یک بخش آب‌گریز است که در محلول‌های آبی مایسل‌هایی را به وجود می‌آورد تا در سیستم رهایش دارویی به کار روند.

(w/w) را دارا می‌باشند.

- لیپوزوم‌ها: لیپوزوم‌ها وزیکول‌های دولایه فسفولیپیدی کوچکی می‌باشند که پایه آنها مولکول‌های آمفی‌فیلیک فسفو‌لیپیدی است که لیپوزوم‌ها را در محیط‌های آبی شکل می‌دهند. انتهای آب‌دوست آنها به طرف آب و طرف آب‌گریز آن به سمت مرکز لایه می‌باشد. لیپوزوم‌ها می‌توانند تک‌لایه‌هایی به ‌اندازه ۵۰-۲۰ نانومتر و دو لایه‌هایی با اندازه‌ای بالاتر از۱۰ میکرومتر به وجود آورند.

- نانوذرات لیپیدی جامد: لیپیدهای جامد در داروهای آب‌گریز به‌ کار برده می‌شوند که دارای قطری مابین ۵۰ نانومتر تا ۱ میکرومتر می‌باشند. لیپیدهای فیزیولوژیکی همانند گلیسریدها توانایی زیستی و تخریب‌پذیری مناسب‌تری را دارند.

۲٫۱ ) فولرین‌ها و نانولوله‌ها

این مواد شگفت‌انگیز شکل جدیدی از مولکول‌های کربن هستند و با ایجاد تغییراتی در آنها، به صورت زیست‌سازگار با بدن بوده (به صورت غیرمحلول) و کاربردهای مفیدی در پزشکی دارند. بیشترین کاربرد این مواد در پزشکی در ساخت ماهیچه‌های مصنوعی، سیستم رهایش دارو و همچنین در ساخت عروق (با ویژگی انحراف گلبول‌ها و جلوگیری از رسوب آنها) است. این ترکیبات به وسیله گروه‌های شیمیایی فعال می‌شوند و برای اتصالات آنزیمی گیرنده‌ها، مناسب می‌باشند.

۳,۱ ) نانوذرات غیرآلی

- نانوذرات فسفات کلسیم

نانوذرات فسفات کلسیم از نمک‌های غیر آلی تهیه شده و قطری ما بین ۴۰۰ تا ۶۰۰ نانومتر دارند. این ساختارها می‌توانند % ۲۰ w/w پروتئین‌ها را پر نمایند. همچنین از این ذرات می‌توان به صورت ویزیکول در واکنش‌ها استفاده کرد. بهترین ویژگی این مواد سایش آنهاست و بر عکس آلومینیوم که در بعضی مواقع سیستم ایمنی بدن را تحریک می‌کند این نانوذرات خطرشان حدود ۱۰۰ برابر کمتر از آلومینیوم است.

- نانوذرات طلا

نانوذرات طلا به علت داشتن خاصیت چسبندگی، کاندیدای مناسبی برای سیستم رهایش دارویی می‌باشند.

کاربرد دیگر این نانومواد کامپوزیت‌هایی است که دارای هسته‌های دی‌الکتریک و پوسته‌های طلا می‌باشند. البته این کامپوزیت‌ها هم برای سیستم رهایش دارویی مناسب می‌باشند. با انتخاب نسبت درستی از اندازه هسته به پوسته، ویژگی‌های متفاوتی حاصل می‌گردد. نانوذرات در بهترین نسبت اندازه، ماکزیمم جذب را در نزدیکی مادون قرمز نشان می‌دهند. با تابش طول موج مناسب به این نانوذرات در بافت‌های عمقی پوست، این نانومواد گرم شده و نوع جدیدی از رهایش دارویی ایجاد می‌شود.

- نانوذرات سیلیکاتی

نانوذرات سیلیکاتی در سیستم رهایش DNA استفاده می‌شوند. کلوئیدهای SiO2 که سطوح آنها با آمینوالکیل‌سیلان‌ها به طور کووالانسی اصلاح شده‌اند، کمپلکس‌های مناسبی با DNA ایجاد می‌نماید، که نسبت به دیگر حامل‌های DNA این نانوذرات سمیت کمتری را از خود نشان داده‌اند.

۴,۱) مواد کامپوزیتی و نانوالیاف‌‌های آلی

نانوالیاف‌های آلی همانند نانوالیاف‌های کربنی (pcu15-c ) چسبندگی سلولی بالایی در استئوبلاست‌ها نشان می‌دهند. نانوالیاف‌های کربنی در کاشتنی‌های دندانی و ارتوپدی هم کاربرد دارند. آنها وزن کمی دارند و همانند بلور‌های Hap گسستگی بالایی از خود نشان می‌دهند.

۲) پوشش‌دهی نانومواد در کاشت‌ بافت‌ها

فناوری‌نانو در تولید مجدد بافت‌های بدن، بافت‌های جایگزین و به عنوان ترمیم کننده، ایده جدیدی ارائه نموده است .

مواد کاشتنی در بدن ممکن است باعث واکنش‌زایی سیستم ایمنی بدن، خوردگی، اتصال نامناسب و کوتاه مدت گردد. این عوارض سبب می‌شوند که مجدداً (به علت شل شدگی) روی کاشتنی‌ها عمل جراحی صورت گیرد. بنابر این برای اتصال، چسبندگی بیشتر و تولید یک منطقه سطحی به حجمی بزرگ‌تر و نیز رفع این عوارض از روش‌هایی مانند پوشش کاشتنی‌ها استفاده ‌می‌شود. این روش در کاشتنی‌های بافت‌های سخت مانند استخوان و دندان کاربرد بیشتری دارد.

۱,۲) پوشش کاشتنی‌ها

رویکرد جدید، برای افزایش طول عمر کاشتنی‌، پوشش دادن نانوساختاری سطوح کاشتنی‌‌ها می‌باشد.

مواد زیست‌سازگار نانوساختار نسبت به نوع ماکروساختار آن عملکرد زیستی بهتری نشان می‌دهند. ِنانومواد استفاده شده در پوشش‌دهی کاشتنی‌ها می‌توانند باعث افزایش زیست‌سازگاری، چسبندگی، ماندگاری و دوام آنها شوند. کاشتنی‌های دندانی و ارتوپدی چندین سالی است که به کار برده می‌شوند. (از ذرات هیدروکسی آپاتیت (HAP ) برای پوشش کاشتنی‌های hip که در سال ۱۹۶۰ میلادی مطرح شده و امروزه کاربرد زیادی در بدن دارد استفاده می‌شود. این ذرات علاوه بر پوشش کاشتنی hip، در پیچ‌های فلزی نیز استفاده می‌شوند).

نانومواد دیگری همانند پلی وینیل الکل (PVA) (به عنوان پوشش‌دهنده و کاشتنی‌ در رگ‌های خونی در قلب مصنوعی، پیوند عروق و کاتترها و به عنوان پخش‌کنندة لخته‌های خونی و جلوگیری از شکل‌گیری آنها)، کیتوسان و دکستران در نانوذرات مغناطیسی (برای جداسازی یا از بین بردن سلول‌های سرطانی و میکروارگانیسم‌ها) امروزه مورد تحقیق و مطالعه زیادی قرار گرفته‌اند

الف) پوشش نانوساختار الماس

آلیاژهای Co-Cr برای اتصالات و پلی‌اتیلن‌ها با وزن مولکولی بالا در حفرات به کار می‌روند، اما مشکل اینجاست که آلیاژهای کبالت زیست‌سازگاری مناسبی با بدن ندارند و پلی‌اتیلن با وزن مولکولی بالا نیز به علت سایش بالا و شل‌شدن برای بدن مناسب نمی‌باشد. تیتانیوم به عنوان یک جایگزین دارای زیست‌سازگاری مناسبی است اما باز هم مشکلات زیستی را به همراه دارد. یکی از راه‌های مناسب برای بالا رفتن کیفیت کاشتنی‌های تیتانیوم، پوشش‌دهی آنها با الماس می‌باشد. این پوشش می‌تواند با روش‌CVD بر روی کاشتنی‌ها رسوب داده شود. لذا با انتخاب مناسب شرایط فرآیند (ترکیب گاز) می‌توان لایه‌های نانو بلوری الماس، با ضخامت حدود ۱۵ نانومتر ایجاد کرد. این لایه‌ها زیست‌سازگاری بالایی داشته و برای اشخاصی که حساسیت دارند مناسب می‌باشند.

ب) هیدروکسی آپاتیت (HAP)

حدود %۷۰ وزن استخوان را HAP تشکیل می‌دهد این ماده به علت کنش فیزیکی قوی، برای کاشتنی‌ها مناسب است.HAP برای پوشش دادن کاشتنی‌های تیتانیومی و کبالت کروم به کار می‌رود تا باعث تسریع استخوان‌سازی شود. این به علت شباهت ساختاری این ذرات به استخوان و چسبندگی سلولی آنها می‌باشد. نانوذرات HAP با ویژگی‌های مشابه به استخوان بدن، یک ماده مناسب برای پوشش می‌باشند. کاشتنی‌های استخوانی ساخته شده با مواد متداول شکننده‌اند، این به علت اندازة بزرگ دانه‌ها و همچنین آلودگی‌های سطوح مولکولی و ناخالصی‌هاست، که در نهایت باعث پس‌زدگی کاشتنی از بدن می‌گردد.

با بهره‌گیری از نانوذرات HAP درصد خلوص مولکولی افزایش و ویژگی‌های مکانیکی نیز بهبود می‌یابد. کاشتنی‌هایی با چنین پوششی، کمترین شکستگی و پس‌زدگی را خواهند داشت. همچنین برای چسبیدن به استخوان و موارد دیگر نیز از نانوذرات HAP برای پوشش استفاده می‌شود.

پ) پوشش‌دهی استنت‌ها (Stents)

بیماران قلبی دچار عارضة بسته شدن عروق کرونر از استنتهای خیلی کوچک فلزی به عنوان داربست استفاده می‌نمایند. این استنت‌ها از نوع فولاد می‌باشند که در عروق جای می‌گیرند تا جریان خون به قلب را برقرار کنند و عروق را باز نگه دارند. حدود ۳۰ تا ۵۰ درصد استنت‌ها به علت رشد بافت همبند در محل زخم، باعث بسته شدن یا به خطر افتادن جان بیمار به دلیل بسته شدن عروق خونی می‌گردند. می‌توان با استفاده از نانوذرات تیتانیوم و دیگر مواد به عنوان ماده زیست‌سازگار و پوشش‌دهنده، احتمال ترمبوز را کم نمود.

ت) نانوذرات به عنوان سطوح آنتی باکتری

نانوذراتی همانند TiO2 به دلیل ویژگی‌ فوتوکاتالیستی اثر ضد باکتری دارند. همچنین به دلیل اندازة کوچک‌شان شفافند. کاربرد ضد میکروبی نانوذرات تیتانیوم بر روی سطح می‌تواند برای تجزیه مواد مضر محیطی استفاده گردد.

۳) داربست‌های تولید مجدد بافت

مواد نانوساختاری باعث بهبود ویژگی‌های داربست بافتی می‌شوند. همچنین باعث بهبود عملکرد در زمینه‌هایی همانند تاثیرگذاری در ساختار داربست (مانند درصد تخلخل، اندازه سوراخ ها و استحکام‌دهی مکانیکی داربست) می‌شوند.

۴)نانومواد در مواد کاشتنی‌‌ ساختاری

استخوان یک ماده با استحکام بالاست. استخوان بیشتر از سایر ساختارهای بدن دارای اتصالات درونی با سوراخ‌های مرتبط می‌باشد که اجازه عبور مواد مغذی و سیالات بدن را از خود می‌دهد. در مواردی همانند شکست استخوان، عیوب استخوانی و غیره، استخوان‌ها نیازمند جبران یا جایگزینی می‌باشند.

مواد نانوساختاری همانند نانوسرامیک‌های با استحکام بالا ( هیدروکسی آپاتیتHAP و آپاتیت فسفات کلسیم CPA) به عنوان پرکننده و شکل‌دهندة عیوب استخوانی، در ترمیم و جبران بافت استخوانی به کار برده می‌شوند. لازم به ذکر است که استخوان به طور طبیعی دارای ۷۰ % وزنی HAP می‌باشد. نانوسرامیک‌ها علاوه بر جایگزینی با استخوان‌های سبک و استحکام کم، برای استخوان‌های وزین و مستحکم نیز به کار می‌روند. از نانوسرامیک‌های CPA، با اندازه ذراتی در حدود ۵۰ نانومتر نیز با اتصال به همدیگر به عنوان رابط بافت استخوانی استفاده می‌شود.

۵) نانومواد قابل جذب در بدن

پلیمرهای قابل جذب در بدن در کاربردهای پزشکی مانند تولید نخ‌های بخیه کاربرد وسیعی دارند. کاشتنی‌های نانوساختاری قابل جذب در بدن به گونه‌ای سنتز می‌شوند تا با سرعتی مناسب تجزیه گردند و به سمت التیام بافت هدایت شوند. البته این نانوذرات در سیستم رهایش دارویی هم کاربرد فراوانی دارند.

۶) مواد هوشمند (Intelligent materials)

این مواد با تغییرات محیطی همانند دما, فشار, و … تغییر می‌یابند. این تغییر بر اثر فرایندهای فیزیکی و شیمیایی حاصل از مکانیزم‌های تاثیرگذار بدن می‌باشد. به عنوان نمونه، ماهیچه‌های مصنوعی با استفاده از پلیمرهای هوشمند در برابر ویژگی‌های مکانیکی خم و راست می‌گردند و انعطاف پذیر می‌باشند. نمونه دیگری از این مواد، هیدروژل‌ها هستند که در سیستم رهایش دارویی بکار می‌روند و در محیط شیمیایی بدن قابل حل می‌باشند

[ayhan 2309]

نانومواد و دسته بندی آنها

 

قسمت دوم

 

در قسمت قبلی به معرفی نانومواد خواص آنها و دسته بندیشان پرداختیم در این قسمت می خواهیم هریک از دسته بندی های نام برده را توصضیح دهیم.

 

 

دسته بندی نانو مواد

 

 

همانطور که در قسمت قبل ذکر شد مواد در مقیاس نانو به دسته های زیر قابل تقسیم می باشد:

1. نانو لایه ها (nanolayers)

2. نانو پوشش ها (nanocoating)

3. نانو خوشه ها (nanocluster)

4. نانو سیم ها (nanowire)

5. نانو لوله ها (nanotube)

6. نانو حفره ها (nanohole)

7. نانو ذرات (nanoparticle)

 

اکنون به معرفی موارد بالا می پردازیم:

 

 

1. نانولایه ها:

در دنیای کنونی تغییرات سطحی به یک فرایند مهم و اساسی تبدیل شده است. در این مورد روش هایی شامل ایجاد لایه های نازک یا پوشش ها بر روی سطوح، افزایش کارآیی و محافظت سطوح را به دنبال دارد. رسوب یک لایه نازک (نانولایه) برای پوشش دهی در اکثر صنایع جایگاه مهمی یافته است. نانولایه ها دارای یک ساختار نانو ذره ای می باشند که این ساختار یا از توزیع نانوذرات در لایه ایجاد می شود و یا به وسیله یک فرایند کنترل شده، یک نانو ساختار در حین رسوب ایجاد می شود. فیلم های نانویی لایه نازک، که بر روی سطح یک زیر پایه نشانده می شوند کاربردهای عمدتاً الکترونیکی دارند. همانند زیرلایه ها، خازن ها، قطعات حافظه، آشکارسازهای مادون قرمز و راهنماهای موجی.

2. نانو پوشش ها:

پوشش ها دارای کاربردهای متنوعی از صنایع اتومبیل گرفته تا صنایع لوزام خانگی هستند. این پوشش ها سطوحی را که در معرض آسیب های محیطی مانند باران، برف، نمک ها، رسوب های اسیدی، اشعه ماوراء بنفش، نور آفتاب و رطوبت می باشند را محافظت می نماید. ضمناً پوشش ها قابلیت خش برداشتن، تکه تکه شدن و یا آسیب دیدگی در زمان استفاده، ساخت و حمل و نقل را دارند. با یافتن راه هایی می توان از آسیب دیدن روکش ها جلوگیری کرد. فناوری نانو ایجاد نانو پوشش ها را پیشنهاد می کند.

نانو پوشش های حفاظتی برای افزایش مقاومت در مقابل خوردگی، افزایش سختی سطوح و حفاظت در مقابل عوامل مخرب محیطی می باشند. علاوه بر آن، فناوری نانو از خش برداشتن، تکه تکه شدن و خورده شدن روکش ها جلوگیری می کند. از موارد استفاده نانو پوشش ها می توان به روکش های ضد انعکاس در مصارف خودرو سازی و سازه ای، روکش های محافظ ( ضد خش، غیر قابل رنگ آمیزی، و قابل شستشوی آسان ) و روکش های تزئینی اشاره کرد.

3. نانو خوشه ها:

در اوایل دهه 80 میلادی، دانشمندان فیزیک کشف کردند که اتم های گازی فلزی به شکل حباب هایی پایدار و با تعداد اتم های مشخصی، مجتمع می شوند. در دهه 90، آنها اثر مشابهی را در کار بر روی سطوح مشاهده کرده اند که اتم های گازی می توانند به شکل خوشه هایی با اندازه های ویژه روی سطح بچسبند. با توجه به تحقیقات و محاسبات، محققین به این نتیجه رسیدند که اتم ها، سطح را برای پیدا کردن مکانی که به کمترین مقدار انرژی برسند جست و جو می کنند. آرایش های 1 تا 2 نانومتری از این خوشه ها برای وسایل پیشرفته ی نوری و الکترونیکی مناسب هستند؛ چون الکترون های محبوس شده در این فضاها مجبورند که فوتون هایی با طول موج سفید ایجاد کنند. اگر خوشه ها، دارای خاصیت مغناطیسی شوند، می توانند برای وسایل ذخیره اطلاعات که بسیار فشرده هستند و کاتالیست ها برای واکنش های شیمیایی، استفاده شوند. تصویر شماتیکی از یک نانو خوشه در شکل 1 مشاهده می شود.

شکل1

 

4. نانو سیم ها

شاید هنوز ساخت تراشه های کامپیوتری که برای ایجاد سرعت محاسباتی بالا به جای جریان الکتریسیته از نور استفاده می کنند، تشخیص انواع سرطان و سایر بیماریهای پیچیده فقط با گرفتن یک قطره خون، بهبود و اصلاح کارت های هوشمند و نمایشگرهای LCD؛ تنها یک رؤیا برایمان باشد و این مسائل را غیر واقعی جلوه دهد اما محققین آینده قادر خواهند بود تمام این رؤیاها را به واقعیت تبدیل کنند و دنیایی جدید از ارتباطات و فناوری را بواسطه معجزه نانوسیم ها به ارمغان آورند.

عموماً سیم به ساختاری گفته می شود که در یک جهت (جهت طولی) گسترش داده شده باشد و در دو جهت دیگر بسیار محدود شده باشد. یک خصوصیت اساسی از این ساختارها که دارای دو خروجی می باشند رسانایی الکتریکی می باشد. با اعمال اختلاف پتانسیل الکتریکی در دو انتهای این ساختارها و در امتداد طولی شان انتقال بار الکتریکی اتفاق می افتد.

ساخت سیمهایی در ابعاد نانومتری، هم از جهت تکنولوژیکی و هم از جهت علمی بسیار مورد علاقه می باشد، زیرا در ابعاد نانومتری خواص غیر معمولی از خود بروز می دهند. نسبت طول به قطر نانوسیم ها بسیار بالا می باشد. ( L>>D )

مثال هایی از کاربرد نانوسیم ها عبارتند از: وسایل مغناطیسی، سنسورهای شیمیایی و بیولوژیکی، نشانگرهای بیولوژیکی و اتصالات داخلی در نانوالکترونیک مانند اتصال دو قطعه ابر رسانای آلومینیومی که توسط نانوسیم نقره صورت می گیرد.

4. نانولوله ها

لفظ نانو لوله در حالت عادی در مورد نانولوله های کربنی به کار می رود، هر چند که اشکال دیگری از نانولوله همچون انواع ساخته شده از نیترید بور یا حتی نانولوله های خودآرای آلی نیز وجود دارد. نانولوله ها با خواص مکانیکی، الکتریکی و اپتیکی برجسته، در مصارف الکترونیکی با بیشترین توجه روبه رو شده اند. همچنین نانولوله ها برای نگهداری هیدروژن و هیدروکربن ها جهت استفاده در پیل های سوختی نیز مورد مطالعه قرار گرفته اند. در شکل 2 انواع نانولوله های کربنی تک دیواره و چند دیواره را مشاهده می کنید.

 

 

5. نانو حفره ها:

مواد با اندازه های حفره ای در محدوده نانومتری، کاربردهای صنعتی جالبی را نشان می دهند. به علت ویژگی برجسته آنها با توجه به عایق حرارتی بودن، رهایش مواد کنترل شده و کاربردشان، آنها به عنوان پرکننده هایی برای کاتالیزورها در علم شیمی، مورد توجه زیادی می باشد. یک مثال از مواد نانو متخلخل، آثروسل ها می باشند که از روش شیمیایی سل – ژل تولید می شوند.

این گروه از مواد، پتانسیل بالایی در کاتالیست ها، عایق های حرارتی، مواد الکترودی، *****های محیطی و غشاها، به عنوان محل های رهایش داروی کنترل شده دارا می باشند.

6. نانو ذرات:

نانوذرات از ده ها یا صدها اتم یا مولکول و با اندازه ها و مورفولوژی های مختلف (آمورف، کریستالی، کروی شکل، سوزنی شکل و غیره) ساخته شده است. اغلب نانوذرات که به طور تجاری مورد استفاده قرار می گیرند، به شکل پودر خشک و یا به صورت بخش مایع می باشند. البته نانوذرات ترکیب شده (آمیخته شده) در یک محلول آلی یا آبی که به شکل سوسپانسیون یا خمیری شکل است نیز مورد توجه می باشد. این ذرات در شکل ها و مورفولوژی های گوناگونی یافت می شوند، ساختارهایی از کروی گرفته تا فلسی، ورقه ای، شاخه ای، لوله ای و میله ای.

 

 

نویسنده: مریم ملک دار