معرفی نانوفناوري و کاربردهاي آن

[mim-shimi 25,686]

نانو فناوري به عنوان جديدترين حوزه فناوري در دنيا، مورد توجه اکثر کشورها قرار گرفته است. براي آشنايي بيشتر هنرمندان عزيز با اين فناوري به معرفي و تبيين آن مي پردازيم.

1-1) تعريف نانوفناوري و آشنايي با آن

نانوفناوري در تعريف بسيار ساده، يعني تکنولوژي هايي که در ابعاد نانومتر عمل مي کنند. نانومتر واحد اندازه گيري است و برابر با10-9 يک ميلياردم متر يا متر است. اندازه اتم ها و مولکول ها در اين محدوده قرار دارد. بنابراين با ورود به اين فضاي کوچک، بشر مي تواند در نحوه آرايش و چينش اتم ها و مولکول ها دخالت کند و به ساخت مواد جديد و ساختارهايي متفاوت با آن چه تاکنون وجود داشته است، بپردازد. نانوفناوري که از دو کلمه «نانو» و «فناوري» تشکيل شده است به معناي توسعه، ساخت، طراحي و استفاده از محصولاتي است که اندازه آنها يك تا صد نانومتر قرار دارند. در حقيقت نانوفناوري يک فناوري جديد نيست. بلکه يک مقياس جديد در فناوري ها و رويکردي تازه در تمام رشته‌ها است ؛ که اين توانايي را به بشر مي دهد، که بتواند دخالت خود را در ساختار مواد گسترش دهد و در ابعاد بسيار ريز ، به ساخت و طراحي اقدام كند. اين توانايي مي تواند در تمام فناوري هايي که بشر تاکنون به آن دست يافته است، اثر گذار باشد.

 

1-2) کاربردها و اهميت نانوفناوري

اگر چه هنوز نانوفناري در آغاز حيات خود قرار دارد، ولي در همين چند سال اخير اميدهاي زيادي را در بين دانشمندان براي دستيابي به مواد با قابليت هاي بالا و ساخت محصولات با عمر و کيفيت بالا ايجاد کرده است. توليد نانوتيوب هاي کربني (ساختارهاي لوله اي کربني) ماده اي در اختيار بشر قرار داد که رساناتر از مس، مقاوم تر از فولاد و سبک تر از آلومينيوم است. همچنين با ساتفاده از نانو ذرات، مي توان سطوح خود تميز شونده يا هميشه تميز ساخت و ريايش مغناطيسي را چندين برابر نمود. لاستيک هاي با عمر بالاي ده سال و دارورساني به تک سلول هاي آسيب ديده در بدن، از توانايي هايي ست که بشر به مدد نانوفناوري به آن دست يافته است. دانشمندان اميدوارند با گسترش فعاليت ها در نانوفناوري، علاوه بر صرفه جويي هايي که در اثر ارتقاي کيفيت در محصولات سنتي ايجاد مي کنند، به مواد و محصولات با خواص جديد و چند منظوره دست يابند.

اگر بپذيريم که نانوفناوري، توانمندي توليد مواد، ابزارها و سيستم هاي جديد با در دست گرفتن کنترل در سطوح ملکولي، اتمي و استفاده از خواص آن سطوح است. آن گاه درمي يابيم كاربردهاي اين فناوري، در حوزه هاي مختلف اعم از غذا، دارو، تشخيص پزشکي، فناوري زيستي، الکترونيک، کامپيوتر، ارتباطات، حمل و نقل، انرژي ، محيط زيست ، مواد، هوافضا، امنيت ملي و غيره خواهد بود؛ به گونه اي که به زحمت مي توان عرصه اي را که از آن تأثير نپذيرد معرفي نمود. کاربردهاي وسيع اين عرصه به همراه پيامدهاي اجتماعي، سياسي و حقوقي آن، اين فناوري را به عنوان يک زمينه فرا رشته اي و فرابخشي مطرح نموده است.

هر چند آزمايش ها و تحقيقات پيرامون نانوتکنولوژي از ابتداي دهه هشتاد قرن بيستم به طور جدي پي گيري شد، اما اثرات تحول آفرين، معجزه آسا و باورنکردني نانوفناوري در روند تحقيق و توسعه باعث گرديد، نظر تمامي کشورهاي بزرگ به اين موضوع جلب گردد و فناوري نانو را به عنوان يکي از مهم ترين اولويت هاي تحقيقاتي خويش، طي دهه اول قرن بيست و يکم محسوب نمايند.

استفاده از اين فناوري در کليه علوم پزشکي ، پتروشيمي، علوم مواد، صنايع دفاعي، الکترونيک ، کامپيوترهاي کوانتومي و ... باعث شده است، تحقيقات در زمينه نانو به عنوان يک چالش اصلي علمي و صنعتي پيش روي جهانيان باشد. لذا محققين ، اساتيد و صنعت گران ايراني بايد در يک بسيج همگاني، جايگاه، موقعيت و وضعيت خويش را در خصوص اين موضوع مشخص نمايند و با يک برنامه ريزي علمي دقيق و کارشناس شده به حضوري فعال و حتي رقابتي سالم در اين جايگاه، عرض اندام و ابراز وجود نمايند. براي چنين هدفي ، طراحي يک برنامه منسجم، فراگير و همه جانبه اجتناب ناپذير است.

 

 

1-3) تاريخچه اي از ظهور نانوفناوري

چهل سال پيش ريچارد فايمن، متخصص کوانتوم نظري و دارنده جايزه نوبل، در سخنراني معروف خود در سال هزار و نهصد و پنجاه و نه ميلادي با عنوان «آن پايين، فضاي بسياري هست» ، به بررسي بعد رشد نيافته علم مواد پرداخت. وي در آن زمان اظهاركرد: «اصول فيزيک، تا آن جايي که من توانايي فهميدن آن را دارم، بر خلاف امکان ساختن اتم به اتم چيزها حرفي نمي زنند.» او فرض را بر اين قرار داد که اگر دانشمندان فرا گرفته اند چگونه ترانزيستورها و ديگر سازه ها را با مقياس هاي کوچک بسازند، پس ما خواهيم توانست که آن ها را کوچک و کوچک تر کنيم. در واقع آن ها به مرزهاي حقيقي خود در لبه هاي نامعلوم کوانتوام نزديک خواهند بود. به نحوي که اتم را در مقابل ديگري به گونه اي قرار دهيم که بتوانيم کوچک ترين محصول مصنوعي و ساختگي ممکن را ايجاد کنيم. با استفاده از اين فرم هاي بسيار کوچک چه وسايلي را که نمي توانيم، ايجاد کنيم.

فايمن در ذهن خود يک «دکتر مولکولي» تصور کرد که صدها بار از يک سلول منحصر به فرد کوچک تر است و مي تواند به بدن انسان تزريق شود و درون بدن براي انجام کاري يا مطالعه و تأييد سلامتي سلول ها و يا انجام اعمال ترميمي و به طور کلي براي نگه داري بدن در سلامت کامل به سير بپردازد. مي توان گفت در آن سال ها کلمه «بزرگ» از اهميت ويژه اي برخوردار بود (مثل علوم بزرگ، پروژه هاي مهندسي بزرگ و غيره ؛ حتي کامپيوترها در دهه هزار و نهصد و پنجاه (م) تمام طبقات ساختمان را اشغال مي کردند) . ولي از وقتي فايمن نظرو منطقه خود را بازگو کرد، جهان روندي به سوي کوچک شدن در پيش گرفت.

پس از آن، ماروين مينسکي تفکرات بسيار باروري داشت ، که مي توانست به انديشه هاي فايمن قوت ببخشد. ميسنکي پدر علم هوش مصنوعي است و در دهه هزار و نهصد و شصت تا هفتاد (م) جهان را در تفکراتي که مربوط به آينده مي شد، رهبري کرد. در اواسط دهه هفتاد ميلادي، اريک در کسلر که يک دانشجوي فارغ التحصيل بود، ميسنکي را به عنوان استاد راهنما جهت تکميل پايان نامه خود انتخاب کرد. او نيز اين مسؤوليت را بر عهده گرفت. در کسلر سخت به وسايل بسيار کوچک فايمن علاقه مند شده بود و قصد داشت تا در مورد توانايي هاي آنان به کاوش بپردازد. مينسکي نيز با وي موافقت کرد. در کسلر در اوايل دهه هشتاد(م) ، درجه استادي خود را در رشته علوم کامپيوتر دريافت کرد و گروهي از دانشجويان را به صورت انجمني به دور خودجمع نمود. او افکار جوان ترها را با يک سري ايده ها که خود «نانوفناوري» نام گذاري کرد، مشغول است. در کسلر اولين مقاله علمي خود را در مورد نانوفناوري مولکولي (MNT) در سال هزار و نهصد و هشتاد و يك ارايه داد. او کتاب Engin of Creation: The Coming Era of Nanotechnology را در سال هزار و نهصد و هشتاد و شش به چاپ رساند. در کسلر اولين درجه دکتري در نانوفناوري را در سال هزارونهصد و نود و يك از دانشگاه MIT دريافت كرد.

 

1-4) اهميت نانوفناوري براي کشور ما

بسياري از صاحب نظران و محققان، نانوفناوري را مساوي آينده مي دانند. به عنوان نمونه کميته مشاوران رئيس جمهوري آمريکا در علوم و فناوري، در تأييد برنامه ملي نانوتکنولوژي براي سال دو هزار و يك ميلادي، از نانوفناوري به عنوان محور آينده جهان ياد مي کند. به دليل تأثير اين فناوري بر اکثر صنايع و فناوري هاي موجود، عقيده صاحب نظران اين است که متخصصان رشته هاي مختلف بدون گرايش به مباحث نانو در دهه هاي آينده، فرصتي براي رشد نخواهند داشت و شکوفايي بسياري از فناوري هاي مهم از جمله فناوري اطلاعات و بيوتکنولوژي به عنوان دو دستاورد بسيار عظيم قرن بيستم بدون بهره گيري از نانوفناوري دچار اختلاف خواهند شد. از اين جهت اين مسئله براي دانشگاهيان، محققان و مسؤولان هر کشور امري حياتي است.

به عبارت ديگر مي توان گفت، اولويت کشور هر صنعت و فناوري که باشد، بدون تسلط بر ابعاد نانو، در دنياي جديد نمي توان در آن صنعت و فناوري حرفي در دنيا زد. بنابراين مي توان دلايل زير را براي اجتناب ناپذيري ورود کشورهايي چون ايران اقامه نمود.

تآثير اساسي نانوفناوري در رشد و پيشرفت بسياري از صنايع و فناوري ها ماهيت فرا رشته اي علوم و فناوري نانو به عنوان توانمندي توليد مواد، ابزارها و سيستم هاي جديد با دقت اتم و مولکول، موجب تعريف کاربردهاي بسيار زيادي در عرصه هاي مختلف علمي و صنعتي شده است. براي نانوفناوري کاربردهاي بسياري را در حوزه هاي دارو، غذا، بهداشت ، درمان بيماريها، محيط زيست ،انرژي ، الکترونيک ، کامپيوتر، اطلاعات ، مواد ، ساخت ، توليد ، هوا فضا ، بيوتکنولوژي و کشاورزي، امنيت ملي و دفاع برشمرده اند.

لذا مشاهده مي شود که نانوفناوري در صنايع و تمام فناوري ها تأثير گذاشته است . اين تأثير اغلبً ريشه اي و بنيادين است. به عنوان نمونه در بخش پزشکي و بهداشت، يک زمينه کاري بسيار مهم، نانوفناوري، سيستم توزيع دارو در داخل بدن است. مصرف دارو در حال حاضر به صورت حجمي است؛ در حالي که سلول هاي خاصي از بدن نيازمند آن است. در روش جديد، دارو با وسايل تزريق متفاوت با امروزه به صورت مستقيم به سمت سلول هاي مشخص جهت گيري شده و دارو به محل نياز تحويل داده مي شود. اين تحول در صنعت داروسازي بنيادين است.

 

تأثيرات امنيتي نانوفناوري (فرصت و تهديد)

از نظر دفاعي، نانوفناوري براي کشورها، هم فرصت و هم تهديد است، به لحاظ کاربردهاي بسيار زيادي که اين فناوري مي تواند در امور نظامي داشته باشد، گرايش زيادي در بخش دفاعي کشورها به تحقيق و توسعه نانوفناوري صورت گرفته است. اين کاربردها از لباس هاي مانع خطر تا پرنده هاي بسيار کوچک، تجهيزات اطلاعاتي و بسياري موارد ديگر است که هم اکنون با حمايت وزارتخانه هاي دفاع کشورهايي چون: آمريکا، ژاپن و برخي کشورهاي اروپايي به صورت پروژه هاي تحقيقاتي در حال انجام هستند. از اين جهت اين فناوري براي کشورها يک تهديد محسوب مي شود. اما براي کشورهايي که بتوانند با استفاده از روند موجود، جايگاهي را در آينده امنيت جهاني براي خود در نظر بگيرند، يک فرصت خواهد بود. اين کاربردها بسيار متنوع هستند، هر کشوري مي تواند زمينه اي را براي پيشگامي در جهان سهم خود نمايد و در آينده ي رقابت هاي بين المللي نقشي داشته باشد.

 

شکل گيري بازارهاي بسيار بزرگ جديد

شواهد موجود نشان مي دهد که درصد بالايي از بازارهاي جديد محصولات مختلف متکي برنانوفناوري خواهد بود. به همين دليل دولت ها و شرکت هاي بزرگ و کوچک به دنبال کسب جايگاهي براي خود در اين بازارها هستند. ميهيل روکوه، رئيس کميته علوم و فناوري نانو در رياست جمهوري آمريکا طي مقاله اي در ماه «مي» سال دو هزار و يك (م)، پتانسيل نانوفناوري براي تغيير چشمگير در اقتصادي جهاني را يادآوري نموده است. بر مبناي پيش بيني وي و اعتقاد بخش ديگري از صاحب نظران در ده الي پانزده سال آينده، نانوفناوري بازار نيمه هادي را به طور کامل تحت تأثير قرار خواهد داد . خبرهايي نيز که به تازگي از شرکت هاي اصلي سازنده پردازنده هاي کامپيوتر در آمريکا و ژاپن منتشر شده است، از ورود پردازنده هاي حاوي يک ميليارد نانوترانزيستور تا قبل از ده سال آينده حکايت دارد. به عنوان مثال شرکت اينتل اعلام نموده است که در سال دو هزار و هفت پردازنده هاي متکي بر نانوترانزيستور را با قدرت و سرعت بسيار بيشتر و مصرف کمترنسبت به آخرين دستاوردهاي امروزي نيمه هادي ها، وارد بازار خواهد کرد.

در بخش دارو نيز پيش بيني شده است تا ده الي پانزده سال آينده نيمي از اين صنعت متکي بر نانوفناوري خواهد بود که خود نياز به وسايل تزريق جديد و آموزش هاي پزشکي روزآمد خواهد داشت. همچنين در صنايع شيميايي، فقط ذکر بازار صد ميليارد دلاري کاتاليست ها که تا 10 سال آينده به طور کامل متکي بر کاتاليست هاي نانوساختاري خواهد بود؛ براي نشان دادن اهميت بحث کافي است.

همچنين از هم اکنون بازار بزرگي براي بکارگيري مواد جديد در محصولات فعلي در حال شکل گيري است. موادي که مي تواننند خواص جديد و فوق العاده اي به محصولات موجود بخشيده و موجب کاهش قيمت آن ها شوند. به عنوان نمونه نانولوله هاي کربني (Carbon Nanotubes) با وزن بسيار کمتر و استحکام بسيار بيشتر نسبت به موادي چون فولاد، بخش زيادي از صنايع را در آينده تحت تأثير قرار خواهد داد.

4-5) تقسيم بندي هاي فني و صنعتي نانوفناوري

نانوفناوري را هم از نظر شاخه هاي علمي و فني آن و هم از نظر کاربردهاي صنعتي مي توان دسته بندي نمود. برخي از شاخه هاي علمي و فني آن عبارتند از : الف – نانوپودر

ب – نانوسراميک

ج – نانوالکتريک

د– نانوپزشکي

ه- نانوزيست فناوري

نمونه اي از تقسيم بندي کاربردهاي آن نيز در زير آمده است.

الف) کاربرد در ساخت مواد

نانوفناوري تغيير بنيادي مسيري است که در آينده، موجب ساخت مواد جديد خواهد شد و انقلابي در مواد و فرآيندهاي توليد آن ها ايجاد خواهد کرد. محققين قادر به ايجاد ساختارهايي از مواد خواهند شد، که در طبيعت نبوده و شيمي مرسوم نيز قادر به ايجاد آن نيست. برخي از مزاياي مواد نانوساختار عبارتست از : مواد سبک تر، قوي تر و قابل برنامه ريزي، کاهش هزينه عمر کاري از طريق کاهش دفعه هاي نقص فني؛ ابزارهايي نوين بر پايه اصول و معماري جديد؛ بکارگيري کارخانه هاي مولکولي يا خوشه اي که مزيت مونتاژ مواد در سطح نانو را دارند. اين مواد مي توانند، کاربرهاي مختلفي را در صنايعي همچون: صنعت هواپيمايي، صنعت خودرو، لوازم خانگي و غيره ايجاد نمايد.

 

ب) کاربرد در پزشکي و بدن انسان:

سيستم هاي زنده را رفتارهاي مولکولي در مقياس نانومتر اداره مي کنند. مقياسي که شيمي، فيزيک، زيست شناسي و شبيه سازي کامپيوتري، همگي به آن سمت در حال گرايش هستند.

اكنون نگرش هايي به سمت استفاده از ابزارها و سيستم هاي نانوساختاري، بوجود آمده است که فرآيند آزمايشگاهي کنوني توالي ژني (genome sequencing) را به نحو شگرفي با استفاده از سطوح و ابزارهاي نانو ساخته (nanofabricated) دگرگون کرده است. افزايش قدرت انسان براي ترسيم سرشت ژنتيکي يک فرد، روش هاي شناسايي و درمان را دگرگون مي کند.

فراتر از سهل شدن استفاده بهينه از دارو، نانوتکنولوژي مي تواند فرمولاسيون و مسيرهايي براي رهايش دارو (Drug Delivery) تهيه کند، که به نحو حيرت انگيزي توان درماني داروها را افزايش مي دهد.

همچنين افزايش قابليت هاي نانوتکنولوژيکي، به طور خاص مطالعات بنيادي زيست شناسي و پاتولوژي سلولي را تقويت خواهد کرد. در نتيجه پيشرفت ابزراهاي تحليل گر جديد که قادر به شناسايي جهان نانومتر باشند، اين امر بسيار محتمل خواهد بود؛ که بتوان خواص شيميايي و مکانيکي سلول ها (از جمله: فرآيندهايي هم چون تقسيم سلولي و غيره) را اندازه گيري و تغيير داد. اين قابليت ها تکميل کننده ( و به شدت پشتيباني کننده) تکنيک هاي مرسوم در علوم حيات هستند.

مواد زيست سازگار با کارآيي بالا، از توانايي بشر در کنترل نانوساختارها حاصل خواهد شد. نانو مواد سنتزي معدني و آلي را مثل، اجزاي فعال، مي توان براي اعمال نقش تشخيصي (مثل ذرات کوانتومي که براي مرئي سازي به کار مي رود) درون سلول ها وارد نمود.

افزايش توان محاسباتي بوسيله نانوفناوري، ترسيم وضعيت شبکه هاي ماکرومولکولي را در محيط هاي واقعي ممکن مي سازد. اين گونه شبيه سازي ها براي بهبود قطعات کاشته شده زيست سازگار در بدن و جهت فرآيند کشف دارو، الزامي خواهد بود.

شناسايي و ترميم زخم ها و آسيب هاي بافتي همانند، ساختارهاي طبيعي ( مانند گلبول هاي سفيد و مولکول هاي ترميم کننده زخم) در اندازه هاي نانو است. نيز با استفاده از اين فناوري امکان تشخيص سريع بيماري هاي صعب العلاج و سرطاني امکان پذير است. با استفاده از اين فناوري جديد در دراز مدت مي توان تومورهاي مغزي را به درستي تشخيص داد و بدون آسيب زدن به بافت هاي سالم و با استفاده از پرتودرماني اين بيماري را بهبود بخشيد ، که براي بيماران سرطاني بسيار مايه اميد است.

نانو کپسول هاي توليدي با استفاده از فناوري نانو، داراي موادي مانند: ويتامين A، رتينول و بياکاروتن خواهند بود، که بايد به لايه هاي عمقي پوست منتقل شوند تا بيشترين خواص ضد پيري و ساير خواص دارويي خود را بروز دهند.

با کارگذاري نانو ذرات فعال نوري در داخل گلبول هاي سفيد خون، موفق به شناسايي سلول هاي آسيب ديده خواهيم شد.

ج) کاربردهاي نانو در کشاورزي، آب، انرژي و ميحط زيست

نانوفناوري ، منجر به تغييراتي شگرف در استفاده از منابع طبيعي، انرژي و آب خواهد شد و پساب و آلودگي را کاهش خواهد داد. همچنين فناوري هاي جديد، امکان بازيافت و استفاده مجدد از مواد، انرژي و آب را فراهم خواهند کرد. در زمينه محيط زيست ، علوم و مهندسي، نانو مي تواند تأثير قابل ملاحظه اي در درک مولکولي فرآيندهاي مقياس نانو که در طبيعت رخ مي دهد، در ايجاد و درمان مسائل زيست محيطي از طريق کنترل انتشار آلاينده ها، در توسعه فناوري هاي «سبز» جديد که محصولات جانبي ناخواسته کمتري دارند و يا د رجريانات و مناطق حاوي فاضلاب، داشته باشند. لازم به ذکر است ، نانوفناوري توان حذف آلودگي هاي کوچک از منابع آبي ( کمتر از دويست نانومتر) و هوا (زير بيست نانومتر) و اندازه گيري و تخفيف مداوم آلودگي در مناطق وسيع تر را دارد.

در زمينه انرژي، نانوفناوري مي تواند به طور قابل ملاحظه اي کارآيي، ذخيره سازي و توليد انرژي را تحت تأثير قرار داده، مصرف انرژي را پايين بياورد. به عنوان مثال، شرکت هاي مواد شيميايي، مواد پليمري تقويت شده يا نانوذرات را ساخته اند، که مي تواند جايگزين اجزاي فلزي بدنه اتومبيل ها شود. استفاده گسترده از اين نانو کامپوزيت ها مي تواند ساليانه يك و نيم ميليارد ليتر صرفه جويي مصرف بنزين به همراه داشته باشد.

نيز انتظار مي رود تغييرات عمده اي در فناوري روشنايي در ده سال آينده رخ دهد. مي توان نيمه هادي هاي مورد استفاده در ديودهاي نوراني (LEDها) را به مقدار زياد در ابعاد نانو توليد کرد. در آمريکا، حدود بيست درصد کل برق توليدي، صرف روشنايي (چه لامپ هاي التهابي معمولي و چه فلوئورسنت) مي شود. مطابق پيش بيني ها در ده تا پانزده سال آينده، پيشرفت هايي از اين دست مي تواند مصرف جهاني را بيش از ده درصد کاهش دهد که يك صد ميليارد دلار در سال صرفه جويي و دويست ميليون تن کاهش انتشار کربن به همراه خواهد داشت.

در زمينه آب، بايد گفت جمعيت جهان د رحال افزايش و منابع آب آشاميدني در حال کاهش است. سازمان ملل پيش بيني مي کند که در سال دو هزار و بيست و پنج ، حدود چهل و هشت کشور (معادل سي و دو درصد جمعيت جهان) دچار کمبود آب آشاميدني باشند. تخليص و نمک زدايي آب از زمينه هاي مورد توجه در دفاع پيش گيرانه و امنيت زيست محيطي است. چرا که در سطح جهان ممکن است در آينده با مشکل کمبود آب مواجه شويم. استفاده از آب شرب با دو برابر سرعت افزايش جمعيت و کمبود حاصل از آن که بر اثر آلودگي نيز تشديد مي شود، افزايش مي يابد. دستگاه هايي به کمک نانوفناوري ساخته شده اند، که آب دريا را با انرژي ده برابر کمتر از دستگاه اسمز معکوس و لااقل صد برابر کمتر از تقطير، نمک زدايي مي کنند. اين فرآيند کاراز نظر مصرف انرژي کاملاً عملي است، چون الکترودهاي با مساحت سطحي بسيار بالا ساخته شده اند، که از طريق کنار هم قراردادن نانولوله هاي کربني و ديگر ابتکارات طراحي، رساناي الکتريسته شده اند. همچنين نانوفناوري به طور مستقيم در پيشرفت کشاورزي سهيم خواهد بود. از جمله : مواد شيميايي سازگار با زيست که براي تغذيه گياه يا حفظ آن در برابر حشرات به شکل مولکولي طراحي شده اند، ارتقاي ژنتيکي گياهان و حيوانات، انتقال ژنها و داروها به حيوانات؛ انتقال ژن ها و دارو به حيوانات، امکان سازگاري گياهان با خشکسالي و شوري و ...

 

د) کاربردهاي نانوفناوري در هوافضا و امنيت ملي

محدوديت هاي شديد سوخت براي حمل بار به مدار زمين و ماوراي آن و علاقه به فرستادن فضاپيما براي مأموريت هاي طولاني به مناطق دور از خورشيد، کاهش مداوم اندازه، وزن و توان مصرفي را اجتناب ناپذير مي سازد. مواد و ابزار آلات نانوساختاري ، اميد حل اين مشکل را بوجود آورده است.

«نانو ساختن» (Nanofabrication) همچنين در طراحي و ساخت مواد سبک وزن، پرقدرت و مقاوم در برابر حرارت، مورد نياز براي هواپيماها ، راکت ها، ايستگاه هاي فضايي و سکوهاي اکتشافي سياره اي يا خورشيدي، تعيين کننده است. همچنين استفاده روزافزون از سيستم هاي کوچک شده تمام خودکار، منجر به پيشرفت هاي شگرفي در فناوري ساخت و توليد خواهد شد. اين مسأله باتوجه به اين که محيط فضا، نيروي جاذبه کم و خلاء بالا دارد، موجب توسعه نانوساختارها و سيستم هاي نانو که ساخت آن ها در زمين ممکن نيست ؛ در فضا خواهد شد.

برخي کاربردهاي دفاعي نانوفناوري نيز عبارتند از : تسلط اطلاعاتي از طريق نانوالکتريک پيشرفته به عنوان يک قابليت مهم نظامي، امکان آموزش مؤثرتر نيرو به کمک سيستم هاي واقعيت مجازي پيچيده تر حاصله از الکترونيک نانوساختاري، استفاده از اتوماسيون و رباتيک پيشرفته براي جبران کاهش نيروي انساني نظامي، کاهش خطر براي سربازان و بهبود کارآيي خودروهاي نظامي، دستيابي به کارايي بالاتر (وزن کمتر و قدرت بيشتر) مورد نياز در صحنه هاي نظامي و در عين حال تعداد دفعات نقص فني کمتر، هزينه کمتر در عمر کاري تجهيزات نظامي، پيشرفت در امر شناسايي و در نتيجه مراقبت عوامل شيميايي، زيستي و هسته اي، بهبود طراحي در سيستم هاي مورد استفاده در کنترل و مديريت تکثير نشدن هسته اي، و تلفيق ابزارهاي نانو و ميکرومکانيکي جهت کنترل سيستم هاي دفاع هسته اي ، در بسياري موارد، فرصت هاي اقتصادي و نظامي مکمل هم هستند. کاربردهاي درازمدت نانوفناوري در زمينه هاي ديگر، پشتيباني کننده امنيتملي است و بالعکس.

ذ – کاربرد نانوفناوري در صنايع بهداشتي و آرايشي

استفاده از مواد غيرآلي به عنوان جاذب اشعه خورشيد جهت کاربرد در ضد آفتاب ها، انقلاب بزرگي در صنايع بهداشتي و دارويي به وجود آورده است. استفاده از نانو ذرات اکسيد روي براي کرم هاي ضد آفتاب و نيز به عنوان ضد التهاب و نانو ذرات اکسيد تيتانيوم براي کاهش صدمات ناشي از آسيب روز افزون اشعه ماوراي بنفش بر روي پوست، گسترش پيدا کرده است. استفاده از نانو ذرات اکسيد تيتانيوم و سيليکون بر روي صورت سبب مي شود پوست صورت، ظاهري صاف و بدون چروک به خود بگيرد و نيز از اين نانو ذرات به عنوان درمان خشکي پوست هم استفاده مي شود. همچنين از نانو ذرات اکسيد تيتانيوم در شامپوهاي محافظ پوست، کرم صورت و پمادهاي بهداشتي ديگراستفاده مي شود. ساخت نانو ماشين هايي که قادرهستند، فرم موي افراد را به نحو دلخواه آنان تغير دهند، چين و چروک پوست را صاف کرده و چربي اضافي را جمع آوري کنند.

جوراب هاي حاوي نانو ذرات نقره ، باعث مهار رشد باکتري و قارچ ها مي شود و از بروز بوي بد پاها، مسائل مربوط به پاي ورزشکاران ، عفونت ناخن پا و عفونت کف پا که بيشتر در افراد ديابتي بروز مي کند، جلوگيري مي کند.

 

و) کاربرد فناوري در صنعت الکترونيک

با استفاده از اين فناوري مي توان ظرفيت ذخيره سازي اطلاعات را در حد هزار برابر يا بيشتر افزايش داد و در نهايت به ساخت ابزارهاي ابر محاسباتي به کوچکي يک ساعت مچي منتهي شد.

اگر ظرفيت نهايي ذخيره اطلاعات، به حدود يک ترابيت در هر اينچ مربع برسد، ذخيره سازي پنجاه عدد DVD بيشتر در يک هاردديسک با ابعاد يک کارت اعتباري ميسر خواهد شد. ساخت تراشه ها در اندازه هاي فوق العاده کوچک به عنوان مثال در اندازه هاي سي و دو تا نود نانومتر و توليد ديسک هاي نوري 100 گيگا بايتي در اندازه بايتي در انازه هاي کوچک نيز از ديگر کاربردهاست.

 

ز) کاربرد نانوفناوري در صنعت خودرو

يکي از اصلي ترين موضوعات مطرح در نانو فناوري، ساخت مواد با خواص جديد است. اين مواد ارزش افزوده بسيار بالا و کارايي بيشتري در تمام صنايع خواهند داشت؛ که صنعت خودرو نيز از آن مستثني نيست. ساخت بدنه سبک تر و مقاوم تر براي خودرو، ساخت لاستيک هايي با مقاومت سايشي بهتر، ساخت قطعات موتور با عمر چند برابر، کاهش مصرف سوخت خودرو، ساخت باتري هايي با انرژي بالا و دوام بيشتر، ساخت حس گرهاي چند منظوره براي كنترل فرآيندهاي مختلف در خودرو، ساخت کاتاليزورهاي اگزوز خودرو جهت کاهش آلودگي هوا، لايه هاي خيلي محکم با خصوصيات ويژه اي مثل الکتروکروميک (رنگ پذيري الکتريکي) يا خود پاک کنندگي براي استفاده در شيشه ها و آينه هاي خودرو و سازگار کردن خودرو با محيط زيست و بسياري از موارد ديگر از جمله کاربردهايي هستند که نانوفناوري در صنعت خودرو خواهد داشت.

همچنين جايگزيني کربن سياه تايرها با ذرات رس و پليمرهاي نانومتري، فناوري جديدي است که تايرهاي سازگار با محيط زيست و مقاوم در برابر ساييدگي را به ارمغان مي آورد.

صنعت خودرو از طرفي در معرض فشارهاي ناشي از قيمت سوخت و مسايل ايمني است و از طرف ديگر به شدت تحت تأثير سلايق و تنوع در خواسته هاي مشتريان براي مدل هاي جديد خودرو است که با رجوع به فناوري نانو مي توان بر مشکلات فوق فايق آمد.

 

ح) کاربردهاي ديگر

پژوهشگران سراسر دنيا جهت يافتن کاربردهايي براي نانو لوله ها در زمينه هاي مختلفي مانند: رنگ، باتري و وسايل الکترونيکي کوچک، در حال رقابت هستند. يکي از اين موارد، دستگاه اشعه ايکس ست که در آينده مي تواند کوچک تر، ارزان تر و دقيق تر باشد و عملکرد بهتري در مراکز راديولوژي و مراکز بازرسي فرودگاه ها داشته باشد، از نانولوله جهت ذخيره انرژي بهتر در باتري ها نيز استفاده مي شود. کاتاليزورها به سطح ويژه وابسته هستند و با استفاده از فناوري نانو مي توان اين سطح ويژه را به مقدار فوق العاده اي افزايش داد که سبب افزايش سرعت و کارايي در واکنش هاي شيميايي مي شود.

با بهره گيري از فناوري نانو مي توان گيريسي توليد نمود که در درجه حرارت هاي بسيار بالا مورد استفاده قرار گيرد.

 

1-6) ده محصول جاري شده با استفاده از فناوري نانو

در زير، ده محصول برتر نانو فناوري در سال دو هزار و سه ميلادي طبقه بندي شده است. اين خبر، نشان مي دهد کساني که هنوز معتقدند نانوفناوري فقط در آزمايشگاه است، اشتباه فکر مي کنند.

 

1 – پارچه هاي ضدچروک و ضد لکه

شرکت آمريکايي نانوتکس با اضافه نمودن ساختارهاي مولکولي به الياف کتان، اليافي ساخته است که مايعات و لکه ها بر روي آن ها حرکت نموده و جذب نمي شوند. بنابراين چنانچه قهوه بر روي شلوار سفيد رنگي ريخته شود به طرز شگفت انگيزي بر روي آن حرکت کرده و جذب نمي شود ( مثل حرکت قطرات آب بر روي پرهاي غاز). شرکت سوئيسي نانواسفربه تازگي در رقابت با شرکت فوق محصولاتي توليد کرده است که نه تنها در صنايع پوشاک سازي بلکه در بخش هاي پزشکي و لوازم خانگي مثل مبلمان کاربرد دارند. محصولات اين شرکت ضد چربي است.

 

2 – واکس اسکي با کيفيت برتر

تيم ملي اسکي کانادا از اين واکس استفاده نموده است و به زودي هر اسکي بازي مي تواند از آن استفاده کند. نانوواکس سراکس يکي از اولين محصولات جهاني است که با استفاده از نانوفناوري شيميايي، پوشش هوشمندي با خواص چند عملکردي ايجاد مي نمايد. اين واکس به وسيله شرکت آلماني نانوگيت توليد شده و سطحي بسيار ليز و سخت ايجاد مي نمايد. اين پوشش بسيار نازک، نسبت به پوشش هاي قبلي که به سرعت خاصيت خود را از دست مي دادند، بسيار بادوام تر است.

اين پوشش هوشمند با کاهش دما بسيار سفت مي شود و با کريستال هاي برف و پوست سازگاري بسيار خوبي دارد. محصولات نانوواکس با فرمول هاي مختلفي براي انواع ورزش هاي زمستاني که در شرايط مختلف انجام مي شوند توليد شده اند.

 

3 – محافظ پوست با قابليت نفوذ عميق

صنايع آرايشي و بهداشتي نقش مهمي در پيشبرد صنعت ذرات دارند. يکي از اهداف اين صنايع، پيدا نمودن سيستم رسانش مواد فعال متنوع با قابليت نفوذ عميق است. ال اورال يکي از بزرگ ترين شرکت هاي توليد کننده مواد آرايشي در جهان، اولين محصول نانوفناوري خود را در سال هزار و نهصد و نود و هشت (م) معرفي نمود. اين محصول کرم ضدچروک با نام Plenitude Revitalift است. در توليد اين کرم از يک فرآيند انحصاري نانوفناوري ( تا دويست نانومتر) به منظور داخل نمودن ويتامين A به درون يک کپسول پليمري استفاده شده است.

کپسول مانند اسفنج، کرم را درون خود جذب و نگه داري مي نمايد تا اين که پوسته بيروني آن در زير پوست حل شود. بر طبق بررسي هاي شرکت L’Oreal هشتاد درصد خانم هايي که اين کرم را مصرف کرده اند خاصيت ضد چروک بودن آن را تأييد نموده اند. همچنين هفتاد و پنج درصد آنان مي گويند اين کرم در سفت شدن پوست مؤثر است. بنابراين نانوفناوري مي تواند مسيري به سمت جواني طولاني باشد.

 

4 – دوربين ديجيتال OLED

اغلب دوربين هاي ديجيتال با استفاده از ديود گسيل نور آلي (OLED) ساخته مي شوند. OLED ها نه تنها روشن تر از LCD ها است .بلکه انرژي کمتري نسبت به آن ها مصرف مي نمايد. همچنين آن ها داراي زاويه ديد وسيع تري هستند. اولين دوربين ديجيتالي که در آن از نمايش دهنده هاي OLED استفاده شده است دوربين سه ويك دهم مگاپيکسل است که توسط شرکت کداک توليد شده است.

 

5- عينک هاي آفتابي با کيفيت بالا

شرکت نانو فيلم با استفاده از نانوفناوري، پوشش هاي پليمري بسيار نازک ضد انعکاس و حفاظتي براي عينک ها ساخته است به گونه اي كه شيشه آن ها در مقابل خراشيدگي مقاومت داشته و ضد انعکاس مي باشد.

اين شرکت ابتدا لايه هايي به ترتيب با ضخامت صدو پنجاه نانومتر و بيست ميکرون را بر روي سطح لنزها نشاند و سپس از فرايند خودساماني شيميايي براي نشاندن پوشش پليمري بر روي سطح خارجي عدسي ها استفاده نمود. ضخامت پوشش فوق، سه تا ده نانومتر بود که عدسي ها را ضد انعکاس مي کرد.

پوشش فوق علاوه بر ايجاد خاصيت ضدانعکاسي براي عدسي ها، چربي و لکه ها را از روي آن برطرف و عدسي ها را حساس تر نيز مي نمايد.

 

6 – کلاه ايمني هوشمند

يکي از بزرگ ترين مشکلات موتورسواران، تغيير شرايط نور است. به عنوان مثال، ورود به تونل مي تواند يک کار خيلي خطرناک باشد. هر ساله هزاران موتور سوار در تصادف هاي ناشي از اين موضوع کشته مي شوند.

شرکت سوئدي کروموژينکس مشکل فوق را با توليد نوع جديد از کلاه ايمني با نام «آفتابگردان» حل کرده است. شفافيت اين کلاه به سرعت تحت تأثير شرايط نوري موجود با استفاده از يک فيلم نازک يا ورقه الکتروکروميک (EC) تغيير مي کند. اين فيلم شامل لايه هاي نازک اکسيد است که بين دو ورقه پليمري انعطاف پذير روي هم قرار گرفته اند.

7- نانو جوراب

نه تنها ورزشکارها بلکه اکثر مردم از عرق پا رنج مي برند و نمي توانند آن را تحمل نمايند. بطور طبيعي هر پا داراي دويست و پنجاه هزار غده عرقي است ، که قادرند حدود پانصد ميلي ليتر عرق در روز توليد نمايند. عرق پاي ورزشکاران ناشي از قارچ هايي است که بين پنجه پا و چين و چروک پوست جمع مي شوند. به تازگي جوراب هايي از جنس کتان که به وسيله نانو ذرات نقره بهبود يافته اند، توسط شرکت سول فرش وارد بازار شده است.

نانو ذرات نقره از رشد باکتري ها و قارچ ها جلوگيري نموده و بدين وسيله از چرب شدن و بد بو شدن پا جلوگيري مي کند.

8 – کرم هاي ضد آفتاب

مصرف کرم هاي ضد آفتاب معمولي پوست را به قدري سفيد مي کند که حالت نامناسبي پيدا مي کرد. اين سفيدي ناشي از اکسيد روي است. دليل استفاده از اکسيد روي آن است که فاکتورهاي قبلي حفاظت در برابر آفتاب SPF معمولي فقط در برابر اشعه ماوراي بنفش نوع B(UVB) از پوست حفاظت مي نمودند اما اکسيد روي از پوست در برابر هر دو نوع اشعه ماوراي بنفش A و B (UVA و UVA) محافظت مي کند.

جهت حل اين مشکل، شرکت BASF ماده اي به نام Z- COTE با کمک نانوفناوري ساخته است. اين ماده جزء اصلي کرم جديد ضدآفتاب با نام تجاري NuCell SunSense SPF30 است. بر طبق گفته هاي مسئولان شرکت BASF، نانو ذرات پراکنده شده اکسيد روي، جزء اصلي Z-COTE است . کاربرد نانوفناوري در Z-COTE سبب توليد نانو کريستال هاي اکسيد روي با خلوص بالا شده، که اين امر منجر به افزايش مرغوبيت کرم هاي ضدآفتاب مي شود. از ديگر مزاياي کرم هاي ضدآفتاب جديد، اين است که Z-COTE به وسيله پوست جذب نشده و ايجاد حساسيت (آلرژي) نمي کند.

 

9 و 10 – توپ ها و راکت هاي تنيس با کيفيت بالا

توسعه پايدار مواد، به تازگي کارخانجات ساخت راکت تنيس را بر آن داشته است که از نانو فناوري استفاده نمايند. در سال دو هزار و دو (م) کارخانه فرانسوي بابولات راکت هاي مدل VS را که با استفاده نانو لوله هاي کربني ساخته شده بودند به بازار عرضه نمود. نانولوله هاي کربني صد برابر محکم تر از فولاد و شش برابر سبک تر از آن است. اين مواد سبب افزايش سفتي و استحکام پايدار کننده هاي موجود در دو طرف راکت تنيس مي شوند.

به گفته مسئولين کارخانه Babolat، راکت هاي نوع VS Nanotube پنج برابر مستحکم تر از راکت هاي کربني موجود است و نيروي بيشتري را به توپ وارد مي کنند. شرکت InMart نيز توپ هاي تنيسي با نام Wilson double core ساخته است که درون آن ها نانو کامپوزيت وارد شده است.

InMart براي آئروديناميک تر شدن اين توپ ها، هسته داخلي آن ها را با ورقه هايي از نانو کامپوزيت هاي پليمر خاک رس به ضخامت بيست ميکرومتر لايه نشاني مي کند(ضخامت هر کدام از اين ورقه ها يك نانومتر است) در اثر اين فرآيند هيچ تغييري در وزن و الاستيسيته آن ها بوجود نمي آيد.

قيمت اين توپ ها يك و نيم دلار از قيمت توپ هاي معمولي بيشتر و طول عمر آن ها دو برابر توپ هاي معمولي است. اين توپ ها هم اکنون در جام Davis مورد استفاده قرار مي گيرند.

 

منبع:وبلاگ کهکشانی از علم شیمی

[mim-shimi 25,686]

تاریخچه فناوری نانو

در طول تاریخ بشر از زمان یونان باستان، مردم و به‌خصوص دانشمندان آن دوره بر این باور بودند كه مواد را می‌توان آنقدر به اجزاء كوچك تقسیم كرد تا به ذراتی رسید كه خردناشدنی هستند و این ذرات بنیان مواد را تشكیل می‌دهند، شاید بتوان دموكریتوس فیلسوف یونانی را پدر فناوری و علوم نانو دانست چرا که در حدود 400 سال قبل از میلاد مسیح او اولین كسی بود كه واژة اتم را كه به معنی تقسیم‌نشدنی در زبان یونانی است برای توصیف ذرات سازنده موادبه كاربرد.

با تحقیقات و آزمایش‌های بسیار، دانشمندان تاکنون 108 نوع اتم و تعداد زیادی ایزوتوپ كشف كرده‌اند. آنها همچنین پی برده اند كه اتم‌ها از ذرات كوچكتری مانند كوارك‌ها و لپتون‌ها تشكیل شده‌اند. با این حال این كشف‌ها در تاریخ پیدایش این فناوری پیچیده زیاد مهم نیست.

نقطه شروع و توسعه اولیه فناوری نانو به طور دقیق مشخص نیست. شاید بتوان گفت كه اولین نانوتكنولوژیست‌ها شیشه‌گران قرون وسطایی بوده‌اند كه از قالب‌های قدیمی(Medieal forges) برای شكل‌دادن شیشه‌هایشان استفاده می‌كرده‌اند. البته این شیشه‌گران نمی‌دانستند كه چرا با اضافه‌كردن طلا به شیشه رنگ آن تغییر می‌كند. در آن زمان برای ساخت شیشه‌های كلیساهای قرون وسطایی از ذرات نانومتری طلا استفاده می‌‌شده است و با این كار شیشه‌های رنگی بسیار جذابی بدست می‌آمده است. این قبیل شیشه‌ها هم‌اكنون در بین شیشه‌های بسیار قدیمی یافت می‌شوند. رنگ به‌وجودآمده در این شیشه‌ها برپایه این حقیقت استوار است كه مواد با ابعاد نانو دارای همان خواص مواد با ابعاد میكرو نمی‌باشند.

در واقع یافتن مثالهایی برای استفاده از نانو ذرات فلزی چندان سخت نیست.رنگدانه‌های تزیینی جام مشهور لیکرگوس در روم باستان ( قرن چهارم بعد از میلاد) نمونه‌ای از آنهاست. این جام هنوز در موزه بریتانیا قرار دارد و بسته به جهت نور تابیده به آن رنگهای متفاوتی دارد. نور انعکاس یافته از آن سبز است ولی اگر نوری از درون آن بتابد، به رنگ قرمز دیده می‌شود. آنالیز این شیشه حکایت از وجود مقادیر بسیار اندکی از بلورهای فلزی ریز700 (nm) دارد ، که حاوی نقره و طلا با نسبت مولی تقریبا 14 به 1 است حضور این نانوبلورها باعث رنگ ویژه جام لیکرگوس گذشته است.

در سال1959 ریچارد فاینمن مقاله‌ای را دربارة قابلیت‌های فناوری نانو در آینده منتشر ساخت. باوجود موقعیت‌هایی كه توسط بسیاری تا آن زمان كسب‌شده بود، ریچارد. پی. فاینمن را به عنوان پایه گذار این علم می‌شناسند. فاینمن كه بعدها جایزه نوبل را در فیزیك دریافت كرد درآن سال در یک مهمانی شام كه توسط انجمن فیزیک آمریكا برگزار شده بود، سخنرانی كرد و ایده فناوری نانو را برای عموم مردم آشكار ساخت.

عنوان سخنرانی وی « فضای زیادی در سطوح پایین وجود دارد » بود.

سخنرانی او شامل این مطلب بود كه می‌توان تمام دایره‌المعارف بریتانیكا را بر روی یك سنجاق نگارش كرد.یعنی ابعاد آن به اندازه25000/1ابعاد واقعیش كوچك می شود. او همچنین از دوتایی‌كردن اتم‌ها برای كاهش ابعاد كامپیوترها سخن گفت (در آن زمان ابعاد كامپیوترها بسیار بزرگتر از ابعاد كنونی بودند اما او احتمال می‌داد كه ابعاد آنها را بتوان حتی از ابعاد كامپیوترهای كنونی نیز كوچكتر كرد. او همچنین در آن سخنرانی توسعه بیشتر فناوری نانوراپیش‌بینی نمود.

برخی از رویدادهای مهم تاریخی در شکل گیری فناوری و علوم نانو

1857

مایکل فارادی محلول کلوئیدی طلا را کشف کرد

1905

تشریح رفتار محلول‌های کلوئیدی توسط آلبرت انیشتین

1932

ایجاد لایه‌های اتمی به ضخامت یک مولکول توسط لنگمویر (Langmuir)

1959

فاینمن ایده " فضای زیاد در سطوح پایین " را برای کار با مواد در مقیاس نانو مطرح کرد

1974

برای اولین بار واژه فناوری نانو توسط نوریو تانیگوچی بر زبانها جاری شد

1981

IBM دستگاهی اختراع کرد که به کمک آن می‌توان اتم‌ها را تک تک جا‌به‌جا کرد.

1985

کشف ساختار جدیدی از کربن C60

1990

شرکت IBM توانایی کنترل نحوه قرارگیری اتم‌ها را نمایش گذاشت

1991

کشف نانو لوله‌های کربنی

1993

تولید اولین نقاط کوانتومی با کیفیت بالا

1997

ساخت اولین نانو ترانزیستور

2000

ساخت اولین موتور DNA

2001

ساخت یک مدل آزمایشگاهی سلول سوخت با استفاده از نانو لوله

2002

 

شلوارهای ضدلك به بازار آمد

2003

تولید نمونه‌های آزمایشگاهی نانوسلول‌های خورشیدی

2004

تحقیق و توسعه برای پیشرفت در عرصه فناوری‌نانو ادامه دارد

برای مشاهده این محتوا لطفاً ثبت نام کنید یا وارد شوید.

• ورود
• یا
• ثبت نام

[mim-shimi 25,686]

فناوری نانو که از آن به عنوان انقلاب علمی و فناورانه عصر حاضر یاد می شود موفق به تاثیر گذاری روی بسیاری از علوم مهندسی شده است. پیوند علم مواد شیمی و علوم مهندسی نانو تکنولوژی نامیده می شود.

نانو تکنولوژی تولید مولکولی یا به زبان ساده تر ساخت اشیا اتم به اتم مولکول به مولکول (توسط بازو های روباتهای برنامه ریزی شده در مقیاس نانو متریک است) نانو تکنولوژی ساخت ابزارهای نوین مولکولی منحصر به فرد با به کار گیری خواص شیمیایی کاملا شناخته شده اتم ها و مولکول ها) نحوه پیوند آنها با یکدیگر) را ارائه می دهد. مهارت مطرح شده دستکاری اتم ها به طور جداگانه و جای دادن دقیق آنها در مکانی است که برای رسیدن به ساختار دلخواه و ایده ال مورد نیاز است.

 

نانو کامپوزیت ها اغلب سرویس دهی در شرایط بحرانی مانند هوافضا را میسر می کنند.

نانوکامپوزیت های زمینه پلیمری تقویت شده با الیاف پلیمری فلزی و سرامیکی با استحکام بالا هستند. الیاف کربن در مواردی به کار میرود که عمدتا مدول الاستیکی بالا مورد نیاز است . عیب الیاف پلیمری این است که همانند تمام زمینه پلیمری استحکام خود را در دما های نسبتن پایین از دست میدهند.

از کاربردهای منحصر بفرد کامپوزیت های تقویت شده با الیاف ارامید، زره پوش های نظامی هستند . کامپوزیت های کولار با داشتن وزن سبک و انعطاف پذیری خوب برای پوشاک ضد گلوله به کار می رود.

 

کامپوزیت های زمینه فلزی

کامپوزیت های زمینه فلزی تقویت شده با الیاف فلزی یا سرامیکی می توانند مقاومت خوبی در دماهای بالا داشته باشند. الومینیم تقویت شده با الیاف بر پوشش داده شده با سیلیسیم کربید به طور گستردهای برای کاربردهای هوا فضا به کار می رود. الیاف و ویسکر ها سیلیسیم کربید در صنایع هوافضا به کار می رود. الیاف پلیمری در کامپوزیت های زمینه فلزی به دلیل نقطه ذوب پایین کاربرد ندارند.کامپوزیت های زمینه فلزی کاربردهای مهمی در ساخت موتورهای راکت و هواپیما دارند.

سوپر الیاژهای تقویت شدهبا الیاف فلزی مانن تنگستن یا الیاف سرامیکی مانند سیلیسیم کاربید استحکام خود را در دماهای بالا نیز حفظ می کند .به طوری که کارایی موتورهای جت را افزایش می دهند.

 

کامپوزیت های زمینهسرامیکی

نانو کامپوزیت های زمینه سرامیکی با الیاف سرامیکی تقویت می شوند .کامپوزیت های کربن-کربن با داشتن مقاومت فوق العاده زیاد در دماهای بالا (تا حدود 3000 درجه سانتیگراد) در ساخت قطعاتی در صنایع هوا فضا استفاده میشود. قطعات کامپوزیتی کربن ـ کربن را بعد از تولید برای جلوگیری از اکسیداسیون پوششی از از سیلیسیم کاربید می دهند. کامپوزیت های کربن-کربندارای استحکام و مدول الاستیکی بالایی هستند به طوری که از این کامپوزیت هادر ساخت قطعاتی از هواپیما جت استفاده میشوند.

استفاده از مواد کامپوزیتی تقویت شده با نانو لوله ها در ساخت پوسته ها و سطوح کنترلی هواپیما میتواند سبب کاهش وزن شود. کاهش وزن به معنای سرعت و برد بیشتر قدرت مانور بیشتر مصرف سوخت کمتر و کاهش هزینه است.

کاربرد منسوجات مقاوم

منسوجات مقاوم در برابر مواد شیمیایی محققان دانشگاه ایالتی کارولینای شمالی، پیشرفت‌های چشمگیری در توسعه روش‌های مبتنی بر فناوری نانو برای لایه‌های منسوجات هوشمند داشته‌اند، که نه تنها خواص و کارآیی‌های اولیه و ایمنی نظامی بدون از دست رفتن سهولت استفاده را دارا می‌باشند، بلکه می تواند طیف وسیعی از کاربردهای دیگر را نیز داشته باشند.

دکتر "هاینستروزا" استادیار دانشکده مهندسی نساجی، شیمی و علوم این دانشگاه، در زمینه توسعه منسوجات مقاوم شیمیایی با اتصال نانولایه‌ها به الیاف طبیعی، پیش قدم بوده است

برای مشاهده این محتوا لطفاً ثبت نام کنید یا وارد شوید.

• ورود
• یا
• ثبت نام

وی در این باره می گوید: این لایه‌ها که فقط 20 نانومتر، ضخامت دارند و از پلیمرهای گوناگونی ساخته شده‌ان

برای مشاهده این محتوا لطفاً ثبت نام کنید یا وارد شوید.

• ورود
• یا
• ثبت نام

، قادرند اشیائی را که از لایه‌ها می‌گذرند کنترل کنند. این فرآیند، انتقال انتخابی نامیده می‌شود.

وی افزود:‌"این لایه‌ها برای اهداف شیمیایی مختلفی ساخته‌ شده‌اند. ما می‌توانیم به طور خاص مواد شیمیایی جنگی نظیر گاز اعصاب یا خردل یا مواد شیمیایی صنعتی را در این لایه‌ها مسدود یا گرفتار کنیم در حالیکه هنوز هم هوا و رطوبت می‌توانند از این پارچه عبور کنند و تنفس را امکان‌پذیر نمایند."

مواد شیمیایی زمانی‌که با پلیمرهای الیاف پیوند می‌خورند (می‌چسبند)، مسدود و گرفتار خواهند شد و این مواد پلیمری در حقیقت از مواد جاذب افزودنی‌های شیمیایی ساخته شده‌اند.

این پارچه را می‌توان در پوشاک و البسه‌ای که سطح محافظت بالایی دارند، به کار برد. می‌توان صدها نانولایه را به یک لیف بدون تأثیرگذاری بر کاربرد آسانش متصل کرد. این ایده در صنایع نیمه هادی نیز آزمایش شده است، اما تاکنون به ساخته‌های انعطاف پذیر متصل نشده‌‌اند.

نانو لایه‌ها بوسیله نیروی الکترواستاتیکی، شبیه آنچه که آهن‌ربا بسته به میزان شارژ الکترومغناطیسی جذب می‌کند، به الیاف طبیعی می‌چسبند.

موارد گوناگونی جهت کاربرد این فناوری در تولید منسوجات هوشمند وجود دارد: مانند دستکش‌هایی با پوششی از داروهای ورم مفاصل، یونیفرم‌های نظامی پوشیده شده با لایه‌های ضد باکتری جهت ممانعت از سرایت بیماریهای ناشی از جراحت، صفحات ضد باکتری برای تخت‌خوابهای موجود در زیر دریایی‌ها جهت ممانعت از گسترش بیماری و لباس‌های محافظ مناسب در مقابل چندین ماده شیمیایی و میکروبی جنگی.

دیگر کاربردهای این فناوری شامل پارچه‌های پوشیده شده با پلی الکترولیت‌های ضد خارش و نیز دستمال‌های پوشیده شده با داروهای ضد حساسیت می‌باشد. (مقاله ترجمه شده است)

 

منبع: انجمن های مهندسی مواد