کارشناسی گروه های آموزش شهرستان خرم دره

باسمه تعالي

نانوتكنولوژی

تهيه كننده:

گروه آموزشي شيمي

 شهرستان خرم دره

پاييز1388

نانو تكنولوژی وكاربردهای آن

هدف نانو تكنولوژی ساختن مولكول به مولكول مواد يا تجهيزات در آينده است.علم نانو به عنوان يك علم حياتی در آينده مطرح خواهد بود،اين علم مربوط به مطالعات ذرات در مقياس اتمی،برای كنترل آنهاست.بنابراين هدف اصلی اكثر تحقيقات نانويی ،شكل دهی تركيبات جديد با ايجاد تغييراتی در مواد موجود است.نانو تكنولوژی در الكترونيك،زيست شناسی،ژنتيك وهوانوردی وحتی در مطالعات انرژی بكار گرفته می شود. تفاوت بين نانو علم ونانو تكنولوژی در اين است كه نانو علم صرفا تحقيقات است ولی نانو تكنولوژی كاربرد تحقيقات برای حل مسائل وساخت موادد جديد است.    

     تقسيم بندی های نانو تكنولوژی

نانو تكنوولوژی را می توان به گونه های مختلفی تقسيم بندی نمود كه در يك نوع از اين تقسيم بندی ها كه شايد بهترين آنها نيز هست،می توان نانو تكنولوژی را به سه دسته تقسيم كرد كه عبارتند از:

1) نانو تكنولوژی مرطوب:

  اين شاخه به مطالعه سيستم های زيست محيطی كه اساسا در محيط های آبی پيرامون ما وجود دارند، می پردازند.برای مثال در اين شاخه در مقياس نانومتری ساختمان مواد ژنتيكی،غشاء وساير تركيبات سلولی را در مقياس نانو متری مورد مطالعه قرار می دهند.موفقيت اين رشته، در اين است كه بر ساختمان های حياتی و نحوه عملكرد آن را در مقياس نانويی نظارت می كند.اين شاخه در بر گيرنده علوم پزشكی،دارويی ،زيست محيطی و كلا علوم زيستی می باشد.

2) نانو تكنولوژی خشك:

   اين بخش از نانو تكنولوژی از علوم شيمی و فيزيك تاثير زيادی می گيردو تمركز روی آن تشكيل ساختمان های كربنی،   siوديگر مواد غير آلی،قابل تامل است.فناوری خشك-مرطوب بخش نيمه هادیها را نيز زير پوشش خود قرار می دهد.الكترون ها آزاد و انتقال دهنده در اين مواد آنها را برای استفاده در محيط مرطوب سودمند می سازد.اما همين الكترون ها خصوصيات فيزيكی فراهم می كنند كه ساختار های خشك از آن ها را در الكترونيك،مغناطيس و ابزار های نوری استفاده

می كنند.اثر ديگری كه باعث پيشرفت ساختنار های خشك می شود اين است كه قسمت های خود تكثير مشابه ساختار های مرطوب را دارا هستند.

3) نانو تكنولوژی تخمينی(محاسبه ای):

   اين قسمت به مطالعه مدل سازی و ساختن ظاهر ساختمان های پيچيده در مقياس نانو متری توجه دارد.توانايی پيش بينی و تجزيه و تحليل محاسبه ای در موفقيت نانو تكنولوژی مهم است.زيرا طبيعت ميليون ها سال وقت لازم دارد كه نانو تكنولوژی مرطوب را به صورت كاربردی در آورد.شناختی كه بوسيله محاسبه بدست می آيد، به ما اجازه می دهد كه زمان پيشرفت نانو تكنولوژی خشك را به چند دهه كاهش دهيم كه اين تاثير مهمی در در نانوی مرطوب نيز دارد.نانو تكنولوژی تخمينی،پلی است بين علوم مهندسی،محاسبه ای،كامپيوتر و فناوری جديد.

حوزه ی فعاليت تحقيقات نانو

بنابر آنچه گفته شد در طی يك دهه گذشته حوزه تحقيقات نانو بسيار وسيع شده و گسترش پيدا كرده است.يكی از مهمترين اين جنبه ها،تهيه مواد نانو متری از جمله نانو لوله ها،ذرات نانومتری و غيره می باشد.

1) نانو لوله های كربنی:

فلورين مولكول تو خالی است كه متشكل از گروه های 6ضلعی و 5ضلعی است كه در كنار هم قرار گرفته اند.كه از 60 عدد اتم كربن تشكيل شده است،يعني .c60

  اين مولكول های توپی شكل پتانسيل بسيار زيادی برای توليد مواد مركب جديد دارند.زيرا تمامی اتم ها در سطحی قرار می گيرند كه می توانند به راحتی با ساير مولكول ها پيوند بر قرار كنند.

از معروفترين ساختارهای نانويی،نانو لوله ها هستندكه كاربردهای زيادی در اين علم دارند.منشا نانو لوله هاي كربنی از فلورين است.اگر فلورين را نصف كنيم و بين دو نيم كره،رشته های از كربنها را قرار دهيم،نانو لوله دو سر بسته ای توليد مي شود كه امروزه استفاده های زيادی داشته و خواص جالبی از خود به نمايش می گذارد.يكی از مسائل مهمی كه وجود دارداتصال نانو لوله ها به يكديگر بوده كه تا سال 2002 اين كار به انجام نرسيده بود.اما در شانزدهم سپتامبر2002نحوه اتصال نانو لوله های كربنی تك جداره ای به همديگر كشف گرديد.اين كشف نقش مهمی در زمينه ساخت مدارهای مولكولی وشبكه های نانو لوله ای خواهد داشت.برای اتصال نانو لوله ها به همديگر از تشعشع و حرارت استفاده می كنند.البته پيش از اين نانو لوله های چند جداره را می توانستند به هم اتصال دهند ولی خواص الكتريكی نانو لوله های تك جداره بسيار برتر از انواع چند جداره ای  آنهاست.

  پروفسور آجايان كاشف اتصال نانو لوله ها بيان می كند كه اگر بتوان نانو لوله های كربني را به هم پيوند داد به مواد كامل و تمام عياری دست خواهيم يافت.اما برای ساخت اتصالات كربنی بايد بين لوله ها  پيوند ايجاد كنيم.تشعشع و عمليات حرارتی استفاده شده در يك ميكروسكوپ الكترونی ولتاژبالا در اشتوتگارت آلمان برای توليد تشعشع و حرارت لازم برای اين آزمايشها استفاده كردند.نانو لوله ها استفاده های زيادی دارند.از جمله كاربردها ی آنها، جابجايی سريع و بدون هدر رفتن گازها می باشد.اتمهای نانو لوله های كربنی به نحوی كنار هم قرار گرفته اند كه عملا امكان عبور بدون اصطكام مولكولهای گاز را فراهم می آ ورند.سطح صاف اين مواد باعث می شود كه ميزان عبور گازها از درون آن ها به مراتب بيشتر از غشاهای  ميكرو حفره ای معمولی كه در جداسازی گازها مورد استفاده قرار می گيرند،باشد.دو مورد از كاربرد های احتمالي انتقال گاز با نانو لوله های كربنی شامل انتقال گازهای در اكسيد كربن و هيدروژن می باشد.می دانيم كه دی اكسيد كربن موجب گرم شدن زمين می شود و دولتها در صدد كاهش انتشار آنها  از موتورهای احتراق داخلی و واحد های توليد نيرو بر آمده اند.نانو لوله هايی كه با اندازه مناسب توليد می شوند می توانند با صرف انرژی كمتر و بدون نياز به افزايش فشار،اين گاز را از گازهای حاصل از احتراق بزدايند.

  هيدروژن نيز عنصر كليدی در پيلهای سوختی است و هنگام تركيب با اكسيژن،الكتريسيته توليد می كند.نانو لوله ها می توانند موجب تسريع فرايند توليد هيدروژن خالص از تجزيه حرارتی گاز طبيعی شوند.تيم تحقيقاتی از دانشگاه كارنی ملون شبيه سازی مناسبی از اين خاصيت نانو لوله ها را انجام داده و مرحله بعدی كار آنها عملی ساختن اين مسئله می باشد.يكی از مشكلات موجود اين است كه دو سر نانو لوله ها بسته است واحتملا اين پارامتر را نمی توان در شبيه سازی واردنمود.تحقيقات اندكی نيز در زمينه رشد عمودی نانو لوله ها جهت استفاده به عنوان ماده غشايی انجام گرفته است.

  به نظر می رسد كه در زمينه توليد هيدروژن،نانو لوله های بسته مناسب ترند.بسياری از نانو لوله ها به صورت چند جداره تشكيل می شوند و فضای بين آن ها می تواند به شكل مطلوبتری ايفای نقش كرده و حتی می توان از اين نانو لوله ها به عنوان منابع ذخيره انرژی استفاده نمود.اگر نانو لوله ها بتوانند گازها را به طور انتخابي از خود عبور دهند، می توان از غشا های نانو لوله ای جهت بدست آوردن N2و 2 O از هوا استفاده نمود.از جمله استفاده های ديگر نانو لوله ها می توان به استفاده آنها در تلوزيون های نسل جديد اشاره كرد.با استفاده از نانولوله ها وخواص گسيل الكتروون آنها می توان تصوير متحركی را ايجاد كرد و بر روی صفحه نمايش به تصوير كشيد.

   يعني به عبارت ديگر الكترونها با استفاده از ولتاژ اندك از فيلمهای ضخيم  دارای نانو لوله به سمت صفحه نمايش پرتاب  شده و باعث روشن شدن آن می شوند.دكتر جيمز مدير بخش علوم مواد در شركت Dupontمی گويد اين فناوری با نانو لوله های حاصل از فرايندكوره ليزری،باعث ايجاد تصوير روشن  با ولتاژ كم و مصرف انرژي پايين می شود به طوری كه انرژی مصرفی در اين فرايند كسر كوچكی از انرژی مصرفی در تلوزيونهای معمولی  يا صفحه های نمايش پلاسما است.

2) نانو سراميكها ونانو كامپوزيتها

    همانطور كه قبلا گفتيم نانو مواد دسته ای از مواد هستند كه از طريق كنار هم قرار دادن اتمها و مولكولها يا مجموعه هايی از آنها به طور مصنوعی ساخته می شوند.نانو سراميكها جزو مواد مطرح در اين زمينه می باشند.آنها به علت داشتن خواص ويژه ای در مقايسه با سراميكهای معمولی مورد توجه واقع شده اند.ويژگیهای برجسته ای كه باعث شده تا اين مواد نيز به عنوان يكی از حوزه های تحقيقاتی نانو مورد توجه قرار گيرد را می توان از چندين جنبه ی مختلف مطرح نمود.اولين مسئله خواص مكانيكی آنهاست.اولين مشخصه استحكام مكانيكی بسيار بالاتر نانو سراميكها در مقايسه با سراميكهای معمولی است.براي مثال پوشش دادن سطح اجسام با نانو سراميكها باعث افزايش استحكام و سختی جسم می شود،كه نسبت به سراميك های عادی به مراتب بالاتر است.به علاوه قدرت پوشش نانو سراميك ها نيز بالاتر است.در ساختار نانو،تعداد مكانهای فعال افزايش می يابد .اين افزايش در سطح منجر به كاهش مقدار مواد مصرفي شده و قدرت پوشش را بالا می برد. همچنين در سراميك های معمولی انعطاف پذيری وجود ندارد.ولی در نانو سراميكها به دليل داشتن خاصيت منحصر به فرد در قابليت حركت ريز دانه ها بر روی هم،انعطاف پذيری خوبی وجود دارد.

  دومين خاصيت ابررسانايی بهتر آنهاست.نانو سراميك ها به علت داشتن خواص نوری والكتريكی به عنوان ابر رسانا نيز استفاده می شوند. سومين خاصيت،سازگاری با محيط است.اين مواد آلودگی های مواد قبلي را ندارند و بسيار سازگار با محيط هستند.در نهايت سطح ويژه بالای اين مواد نيز يكی ديگر از مشخصه های آنهاست.نانو سراميكها سطح ويژه ی بالايی دارند ودر انجام واكنشهای شيميا يی در كاتاليستها،سنسورهای كاری،جداسازی وجذب مواد بر روی سطح آن و غيره مورد استفاده قرار می گيرند.

 به علت خواص فوق العاده ای كه نانو سراميكها دارند طراحان وسايل و محصولات با استفاده از اين مواد به عنوان مواد اوليه،محصولاتی با استحكام بالا كه در محدوده دمايی بيشتری كار می كنند ،می توانند توليد كنند.نانو سراميكها در حال توسعه وبكارگيری برای كاربردهای گوناگونی هستند كه از خواص مغناطيسی،نوری،الكتريكی،كاتاليستی و ديگر خواص آنها می توان استفاده كرد.از جمله كار برد هاي آنها در قطعات سراميكی با دوام برای موتورهای خودكار، سيمهای ابررسانای انعطاف پذير واجزای متصل كننده فايراستيكی را می توان نام برد.

3) نانو كريستالها

  نانو كريستالها نيز يكی ديگر از مواد مورد استفاده در زمينه ی نانو تكنولوژیِ هستند.آنها قالبهای ساختمانی  اين فناوری می باشند.اين نانو كريستال با تلفيق دو يا چند نوع مختلف از مواد معدنی شكل می گيرند.نانو كريستالها از عناصر مختلف و متنوعی ساخته شده اند. اولين سری نانو كريستالهای تجاری در پوششهايی بسيار مقاوم در برابر گرما و زنگ زدگی ارزه شده كه از AL و  Siتشكيل شده اند.نانو كريستالها از جنسهای مختلفی تهيه می شوند وروشهای متفاوتی در تهيه آنها وجود دارد.مثلا از برخی از آنها می توان به عنوان منابع نوری استفاده كرد.يا از برخی از آنها نور های ليزری گرفت كه در مقياسهای بزرگ چنين طول موجهايی را نداشته اند.از جمله اين مواد می توان Pbs را نام برد.به دليل اهميت ويژه ای كه نانو كريستالها دارند ازجنسهای مختلفی تهيه می شوند وروشهای متفاوتی در تهيه ی آنها وجود داردواين به دليل اهميت ويژه ای است كه نانو كريستالها يا به تعبير ديگر نقطه های كوانتومی در آينده ی فناوری نانو دارا می باشند. 

                  تغييرات و انتظاراتی كه از ورود به علم نانو داريم 

1)روش های جديد طراحی تراشه ها:

2)حوزه بيو مكانيك-توليد موتورهای مولكولی

3)حوزه پزشكی-كنترل راديوییDNA دارو وتشخيص بيماری

4)حوزه فتونيك-ديوارهایی از نمايشگرهای ديجيتال كريستال مايع:

  در آينده نه چندان دور با فشار دادن يك دكمه رنگ ديوارهای خانه ها از يك رنگ به رنگ دلخواه ما تغيير خواهد يافت.يك نمونه از پنجره هايی كه از طريق اين تحقيقات بدست آمده نشان  می دهد.گروههای تحقيقاتی متعددی نيز  در زمينه ی  LCD(نمايشگرهای كريستال مايع)كارهايی را انجام داده اند.كريستال مايع ،مايعی است كه مولكولهای آن بسيار منظم هستند و با عبور جريان برق از آنها ،نظم آنها تغيير می كند و در نتيجه صفحه تغيير رنگ می دهد.در LCDهای فعلی،كريستال مايع بين دو صفحه شيشه ای ضخيم قرار می گيرند. دانشمندان در صدد آن هستند كه اين كريستالها را بر روی شيشه و يا پلاستيك بر پا كرده و نهايتا بر روی پارچه اين كار صورت بگيرد.LCD ها در حال حاظر بسيار گران هستند.ولی اگر از پلاستيك در آن استفاده شود قيمت آن نيز كاهش می يابد. اين محققان تلاش كرده اند كه پايه ای از شيشه يا پلاستيك را با لايه ی نازكی از LCD رنگی،لايه نشانی كرده وروی آنها را با شبكه های 4خانه ريز بپوشانند به طوریكه با تاباندن اشعه ی ماوراء بنفش شبكه هايی از ديواره ها بر روی مايع شكل گيرد . در مرحله ی دوم پوشش بالايی را بر داشته تابش دومی را با طول موجی متفاوت به نحوی كه در كل لايه مايع نفوذ نكند بر روی خانه ها بتابانند و اين گونه است كه LCD های رنگی روی پايه شيشه ای و يا پلاستيكی ايجاد می شود .  

                    وسايل و ابزارهای ساخته شده در مقياس نانو متری كار می كنند

 با آمدن علم  نانو،تصاوير بسيار زيبايی از آينده ترسيم شده است.از جمله اين تصاوير مه ای است كه در هوا وجود دارد ولی اين مه به جای اينكه حاوی قطره های آب باشد حاوی تريليونها روبات موسوم به فوگتر است كه هر كدام از آنها به اندازه يك ميكروب هستند و اين روباتهای همه منظوره كه قوه ادراك هر كدامشان به اندازه يك پردازشگر مركزی است،به طور دسته جمعی آرزوهای دلخواهمان را برآورده می سازد.البته هيچكس انتظار ندارد همين فردا اين روباتها مورد استفاده قرار گيرند.ابتدا بايد ماشينهايی را ساخت،كه اين روباتها را بتوانند بسازند.اين ماشينها سرهمكن نام دارند.عملكرد اين سرهمكن ها بايد به گونه ای باشد كه بتوانند روی فوگترها را توليد نمايند.

  شايد دستگاههای سرهمكن فعاليتهای خود را با استفاده از شيمی وفيزيك انجام دهد كه اساسا به معنی فشار آوردن به اتمها است.امكان ديگر در دستگاههای سر همكن استفاده از پتانسيل الكترو شيميايی است كه به معنای فائق آمدن بر محدوديتهای واكنش با استفاده از شارژ الكتريكی دقيق است ويا به عبارت ديگر وارد كردن اتمها به حركت وكمك يك محرك الكتريكی كوچك،اما نكته مهم اينجا تهيه ادوات وتجهيزات است كه بتوان به كمك آنها برای جابجايی اتمها و ساخت فوگترها استفاده كرد.روز به روز روشهای بهتری برای جابجايی اتمها يافت می شود.در حال حاضر3نوع ميكروسكوپ،ابزارهای اصلی اين كار هستند.

1.ميكروسكوپ اسكنر نقب زنيSTM

2.ميكروسكوپ اسكنر سوزنی SPM

3.ميكروسكوپ  موسوم به نيروی اتمیAFM

 پرسپكتيو آينده

 -لباس هايی كه به شرايط آب و هوايی حساسند وحرارت عادی مورد نياز بدن راتنظيم می كنند علائم حياتی را كنترل می كنندوقادر به ترشح مواد دارويی هستند وجراحات خود را به طور خودكار باز سازی و ترميم می كنند.

-ساختمانهايی كه خود را با شرايط آب و هوايی سازگار می كنند

- پلها و جاده هايی كه ترك را احساس كرده و خود را مرمت و بازسازی می كنند.

- آشپزخانه هایی كه با دستورات بی سيم آشپزی می كنند.

- تلفنها و مراكز تفريحی كه از تكنيكهای واقعيت مجازی استفاده می كنند:امروزه دانشمندان در صدد تغييرات ژنتيكی در مواد غذايی و گياهان مصرفی مردم هستنددر صورتيكه اين مسئله به خوبی اجرا شود مواد غذايی بهبود خواهد يافت،غلات دچار آفت نخواهند شد،از آفت كشها استفاده نخواهد شد،بنابر اين باعث تغييرات در اكوسيستمها و كاهش آسيب  به طبيعت خواهد شد.

مثالهايی از تحولات پديد آمده

 1) الكترونيكی واپتو الكترو نيك:

در تحقيقات جديدی كه در شركت  Motorola بر روی گيت های شناور كه اساس كار حافظه های نوری هستند انجام شده،آنها به حافظه 4 مگابايتی دست يافته اند كه اساس آن بر پايه نانو كريستالهای  Si واقع شده است،در اين وسيله هم از نظر سايز كاهش داشتيم و هم از لحاظ انرژی واز لحاظ اقتصادی نيز به صرفه تر می باشد.حافظه نوری در موارد زيادی در كاربرد دارد كه از جمله كاربردهای آن عبارتند از:ذخيره اطلاعات در سلولهای خورشيدی،دوربينهای ديجيتالی،وسايل الكترونيكی خودكار و بسياری موارد ديگر.

2) نانو تكنولوژی وانرژی

3) نانو تكنولوژی وعلم شيمی: 

در علم شيمی پديده ها وعملياتی انجام می شود كه زمان زيادی می برد و در حقيقت برای ساخت مواد جديد بايستی زمان زيادی را صرف آن عمليات نمود.امروزه برای بهينه سازی واكنشها از نانو عملگرها وبازوهای مكانيكی كوچك استفاده می شود با استفاده از چنين  ساختارهايی می توان ميليونها عمل را در يك ثانيه انجام داد.مثلا اگر روباتی را در نظر گيريم كه سرعت ان  1m/sباشد،مدت زمان صرف شده برای انتقال 10nmيك تركيب به منظور واكنش دادن با تركيب ديگر فقط  10nm می باشد.پس می بينيم كه در مدت بسيار كوتاهی يك واكنش انجام می شود.

4)نانو تكنولوژی علم مواد:

 امروزه پلاستيكها جايگزين فلزات سنگين می شوند البته انواع مرغوب پلاستيكها زياد مورد توجه قرار نگرفته اند.نانو كامپوزيتها مواد جديدی هستند كه از پليمرهای قديمی به اضافه قطعاتی كه در ابعاد نانومتر در سرتاسر پليمر پراكنده شده اند،تشكيل شده است.اين نانو كامپوزيتها راحت تر میتوانند تغيير شكل دهند و به فرم نهايی مورد نظر تبديل شوند.اين محصولات محكمتر و استوارتراز فلزات هستند،حال آنكه وزنشان از فلزات كمتر است ومقاومت بيشتری در برابر عوامل ايجاد خرابی در آنها از خود نشان می دهند.نانو كامپوزيتها در صنايع خودروسازی كاربردهای زيادی دارند.با كم شدن وزن قطعات از جنس نانو كامپوزيت نسبت به همان قطعه از يك فلز،مصرف سوخت و انرژی نيز كاهش خواهد يافت.ساخت اتم به اتم مواد اجازه مواد جديد را با خصوصيات مورد نياز فيزيكی والكتريكی به ما خواهد داد.يك مثال از اين گونه مواد آلياژ به شكل  Vitreloyاست اين آلياژ از،Se،Ni،Zr، Cuو  Tiتشكيل شده است اين ماده جديد نسبت به فولاد دو برابر قويتر كشسانتر ومحكمتر می باشد.اتمها در Vitreloyيك حجم متراكم با چيدمان تصادمی هستند.مواد بوسيله سرد كردن حالت مذاب آن آلياژ شكل داده شده اند.به علت اندازه های متفاوت اتمها ونيز چيدمان تصادفی آنها ،ذرات تشكيل دهنده به راحتی نمی توانند روی هم حركت كنند و به همين دليل اين مواد خاصيت چكش خواری ونيز جلا پذيری ندارند.اين ماده در سال 1993 در انيستيتو كاليفرنيا توسط  Wl.Johansonساخته شده. از جمله كاربردهای اين مواد استفاده از آنها در ساختارهای زيرزمينی ونيز ابزارهای مختلف دفاعی می باشد.

5) نانو بيوتكنولوژی:

امروزه  مواد بيولوژيكی جهت ساخت دستگاههای اكترونيكی بكار می روند.اولين بار با ساخت دستگاه عكس برداری و ميكروفيلم از مواد بيولوژيكی كه فيلم بيوكره ناميده شدند،انقلابی در صنعت الكترونيك ايجاد شد.ماده كليدی برای اين كار باكتری و روداپسين بود.با استفاده از چنين موادی می توان به طور مثال كامپيوترهایی ساخت كه بازده و توان بسيار بالايی داشته باشند، هدف محققين ساخت حافظه ای شبيه  مغز انسان است.يعنی مانيازمند ساخت مواد هوشمند می باشيم كه روی سطوح Si يا مواد ديگر قرارگيرند.اين مواد هم از طريق سنتز شيميايی مولكولها ،ماكرومولكولها يا مراكز شناسايی فعال بيولوژيكی بدست می آيند و هم به طور طبيعی از واحدهای فعال بيومولكولی با وزن زياد تهيه می شوند.

      جديد ترين محصولات ساخته شده با فناوری نانو

هم اكنون محصولات واقعی بسياری با اين دانش جديد توليد می شوند به طوریكه گزارش ساليانه Nanotech Product Guide پراز كالاهای مصرفی مفيد وجالب می باشد ومی توان آن را شوكه كننده تلقی نمود.همانند هميشه، فهرست محصولاتی كه ارتباط بسيار كمی با فناوری نانووفقط درحد بازار گرمی دارند گنجانده نشده اند.سعی شده است به محصولاتی توجه شود كه فناوری نانو  به طورعمده ای در آن بكار رفته است وبهبود قابل فرايند وتوليد ويا كالای توليد شده را به دنبال داشته باشد،10محصول برترمعرفی شده سال(2005)نشان از پيشرفت قابل توجه در صنايع ورزشی ،آرايشی وپوشاك دارد.اين پيشرفتها نانو كپسولسازی و صنايع غذايی را نيزشامل می شود وهمانگونه كه ملاحظه می كنيد ،اين فناوری در شكلات های طعم دار ،آدامسها و نيز تعداد قابل توجهی از محصولات بدون چربی به طور گسترده بكاررفته است.فناوری نانو هم اكنون در عرصه های مختلف از لبلاسهای عادی گرفته تا زره های نظامی به ثمر رسيده وبه عنوان يك علم تجاری بادوام مطرح گرديده است.اثر فناوری نانو همچنان رو به رشد است و شركتهای بيوتكنولوژی در بخش توسعه داروها ی مولكول كوچك از آن استفاده می كنند.

 1) دستگاه ضبط و پخشipod Nano باظرفيت 4GB به اندازه يك مداد

محصولی جديدازشركت كامپيوتری اپل؛اين محصول با ورود به بازار موجب جلب توجه فوق العاده ای خواهد شد.اما آيا واقعا اين دستگاه نماينده فناوری نانو است ويا جنجالی تبليغاتی برای بازاريابی بيشتر؟در پاسخ بايد گفت:هر دو؛در ipod Nano تراشه های حافظه توليد شركت های سامسونگ و توشيبا قرار دارد و سامسونگ هم در حال حاضربزرگترين توليد كننده تراشه های حافظه فلشDRAM وNAND در جهان می باشدوبه اين منظورازروشهای توليد نيمه رسانا استفاده كرده وقتی زير 100 نانومتر دارد ودر واقع همين دقت است كه امكان ساخت حافظه فلش 4گيگابايتی NAND از نوع ipod Nanoرا فراهم كرده است.

 2 ) روغن فعال كنلا داروی ضد چاقی جديد با فناوری نانو

محصول شركت Indutries Shemene نوع سالمتری ازروغن كنلا توسط شركت Nutralese توليد شده و برای اينكار از كپسولهای 30نانومتری استفاده شده كه به دليل كوچكی زياد قادرند از طريق پوست به داخل بافتها نفوذ كرده وبه اين ترتيب غذارسانی بهتری صورت پذيرد.روغن فعال كنلا در واقع نوعی روغن خوراكی است كه با فيتوسترول گياهی تركيب شده و باعث جذب كلسترول خون و در نتيجه كاهش خطر ابتلا به بيماریهای قلبی می شود.ساختارهای نانومقياسNutralease مايعی تشكيل می دهند كه باعث بهبود جذبPhytochemicals وكاهش تا 14 درصد كلسترولLDL می شود.

3) آدامسهای شكلاتی؛محصول شركت صنايع غذايی OLala.

 تاكنون كاكائو نتوانسته جای پليمرهای مورد استفاده در آدامس كه باعث خاصيت كشسانی آن می شود را بگيرد.در واقع اين چربیها باعث از هم گسيختگی آدامس و كش نيامدن آن می شود.اينبار شركت  Olala شيكاگو راه حلی برای رفع اين مشكل ارائه كرده وآن استفاده از بلورهای نانومقياس است كه باعث اصلاح شكل سطح آدامس شده و آدامس را به صورت يك بافت كرمی با طعم شكلات درمی آورد.هم اكنون آدامسهای شكلاتی كه به اين روش توليد شده اند در بازارعرضه می شود.

 4)كرم صورت فوارينی؛محصولی از شركتZelens

5)چوب بيسبال ساخته شده بر اساس نانولوله كربنی(CNT Bat)

6)لباسهای عرق گير ضد رطوبت،محصولی از شركت نانو تكس(Nano Tex)

7)افزودنی هایNanoguard وشيشه های خود تميز شونده: 

افزودنيهای Nanoguard كه محصول اتحاديه Beher Kitchen Bath حاصل كار شركت Beher واقع درSanta Ana می باشد و هم اكنون در همه جا قابل دسترسي است.اين شركت با اضافه كردن افزودنیهايی در ابعاد نانو ،چگالی بيشتری برای حاملهای آبی پلاستيك آكريليك فراهم آورد.با خشك شدن اين حاملها،اين افزودنیهای NanoGuard موجب ايجاد لايه نازكی می شود كه سخت تر ،مقاومتر وضد آب وكپك ولك و چربی(گريس)می باشد.پوشاندن شيشه های جديد(Sic)Activ توليدی Pilkington،با مقدار كمی از فيلم نانومتری حساس به نور (photoactive) موجب می شود تا سطح آن به نحو موثری تميز شود،به اين ترتيب كه تابش نور خورشيد به آن باعث واكنش شيميايی اين فيام با كثيفیهای آلی نشسته بر سطح شيشه می شود.ودر صورت بارش باران يا گرفتن شلنگ آب بر آن، قطرات آب به طور يكنواخت وهموار روی شيشه پخش می شود.

 8)هوای تميز با تصفيه كننده هایNano Breeze

آينده زير سايه نانو

آينده زير سايه نانو

نانو فناورى در تعريفى بسيار ساده ، يعنى تكنولوژى هايى كه در ابعاد نانومترى عمل مى كنند. نانومتر واحد اندازه گيرى است و برابر يك ميلياردم متر يا ۱۰به توان ۹- متر است . اندازه اتم ها و مولكول ها در اين محدوده قرار دارد، بنابراين با ورود به اين فضاى كوچك بشر مى تواند در نحوه چينش و آرايش اتم ها و مولكول ها دخالت كند و به ساخت مواد جديد و ساختارهايى متفاوت با آنچه تاكنون وجود داشته است بپردازد.

توليد نانو تيوب هاى كربنى (ساختارهاى لوله اى كربنى) ماده اى در اختيار بشر قرار داد كه رساناتر از مس، مقاوم تر از فولاد و سبك تر از آلومينيوم است. همچنين با استفاده از نانو ذرات مى توان سطوح خود تيزشونده يا هميشه تميز ساخت و ربايش مغناطيسى را چندين برابر كرد. لاستيك هاى با عمر بالاى ۱۰ سال و دارورسانى به تك سلول هاى آسيب ديده در بدن از توانايى هايى است كه بشر به مدد نانوفناورى به آن دست يافته است. اگر بپذيريم كه نانو فناورى توانمندى توليد مواد، ابزارها و سيستم هاى جديد، با در دست گرفتن كنترل در سطوح اتمى و مولكولى و استفاده از خواص آن سطوح است آنگاه درخواهيم يافت كه كاربردهاى اين فناورى در حوزه هاى مختلف اعم از غذا، دارو، تشخيص پزشكى، فناورى زيستى ، الكترونيك، كامپيوتر، ارتباطات، حمل و نقل، انرژى ، محيط زيست و امنيت ملى خواهد بود به گونه اى كه به زحمت مى توان عرصه اى را كه از آن تأثير نپذيرد معرفى كرد.

هرچند آزمايش ها و تحقيقات پيرامون نانو تكنولوژى از ابتداى دهه ۸۰ قرن بيستم به طور جدى پيگيرى شد، اما اثرات تحول آفرين و باورنكردنى نانوفناورى در روند تحقيق و توسعه باعث گرديد كه نظر همگى كشورهاى بزرگ به اين موضوع جلب گردد و فناورى نانو را به عنوان يكى از مهم ترين اولويت هاى تحقيقاتى خويش طى دهه اول قرن بيست و يكم محسوب كنند. لذا محققان ، اساتيد و صنعتگران ايرانى نيز بايد در بسيجى همگانى، جايگاه و وضعيت خويش را درباره اين موضوع مشخص كنند و با يك برنامه ريزى علمى و كارشناسانه به حضورى فعال و حتى رقابتى دراين جايگاه ابراز وجود كنند. زيرا بسيارى از صاحب نظران و محققان، نانوفناورى را مساوى آينده دانسته اند به عبارت ديگر مى توان گفت، اولويت كشور، هر صنعت و فناورى كه باشد بدون تسلط بر ابعادنانو، در دنياى جديد نمى توان در آن صنعت و فناورى حرفى در دنيا زد. ماهيت فرارشته اى علوم و فناورى نانو به عنوان توانمندى توليدمواد، ابزارها و سيستم هاى جديد با دقت اتم و مولكول، موجب كاربردهاى بسيار زيادى در عرصه هاى مختلف علمى و صنعتى شده است.

براى مثال در بخش پزشكى و بهداشت از زمينه هاى كارى بسيار مهم نانوفناورى، سيستم توزيع دارو درداخل بدن است . مصرف دارو در حال حاضر به صورت حجمى است در حالى كه سلول هاى خاصى از بدن نيازمند آن هستند ، در روش جديد دارو با وسايل تزريق متفاوت با امروزه، به صورت مستقيم به سمت سلول هاى مشخص جهت گيرى شد و دارو به محل نياز تحويل داده مى شود. از نظر دفاعى نيز اين فناورى براى كشورها هم فرصت و هم تهديد است. به لحاظ كاربردهاى زياد اين فناورى گرايش زيادى در بخش دفاعى كشورها به تحقيق و توسعه صورت گرفته است. اين كاربردها از لباس هاى مانع خطر تا پرنده هاى بسيار كوچك تجهيزات اطلاعاتى و بسيارى موارد ديگر است كه هم اكنون با حمايت وزارتخانه هاى دفاع كشورهايى چون آمريكا ، ژاپن و برخى كشورهاى اروپايى به صورت طرح هاى تحقيقاتى در حال انجام هستند. نانوفناورى، تغيير بنيانى مسيرى است كه در آينده موجب ساخت مواد جديدخواهد شد و انقلابى در مواد ايجادخواهد كرد كه محققان قادر به ساخت موادى خواهند شد كه در طبيعت نبوده و شيمى مرسوم نيز قادر به ايجادشان نيست.

برخى از مزاياى مواد نانوساختار، عبارت است از مواد سبك تر، قوى تر، قابل برنامه ريزى، كاهش هزينه عمر كارى از طريق كاهش دفعات نقص فنى ابزارهايى نوين برپايه اصول و معمارى جديد، صنعت خودرو و لوازم خانگى بااستفاده از اين فناورى جديد در درازمدت مى توان تومورهاى مغزى را به درستى تشخيص داد و نيز بدون آسيب زدن به بافت هاى سالم و با استفاده از پرتو درمانى اين بيمارى را بهبود بخشيد، نانو كپسول هاى توليدى با استفاده از فناورى نانو، داراى موادى مانند ويتامين A، رتينول و بتاكاروتن خواهد بود كه بايد به لايه هاى عمقى پوست منتقل شوند تا بيشترين خواص ضدپيرى و ساير خواص دارويى خود را بروز دهند. با كارگذارى نانو ذرات فعال نورى در داخل گلبول هاى سفيد خون موفق به شناسايى سلول هاى آسيب ديده خواهيم شد. در زمينه انرژى مى تواند به طور قابل ملاحظه اى كارآيى ، ذخيره سازى و توليد انرژى را تحت تأثير قرار داده و مصرف انرژى را پايين بياورد.

به عنوان مثال شركت هاى موادشيميايى، موادپليمرى تقويت شده را ساخته اند كه مى تواند جايگزين اجزاى فلزى بدنه اتومبيل ها شود. استفاده گسترده از اين نانوكامپوزيت ها مى تواند ساليانه ۱‎/۵ ميلياردليتر صرفه جويى مصرف بنزين به همراه داشته باشد.
چندمحصول تجارى شده با استفاده از فناورى نانو

در زير چند محصول برتر نانو فناورى در سال ۲۰۰۳ طبقه بندى شده است. اين خبر نشان مى دهد كسانى كه هنوز معتقدند نانو فناورى فقط در آزمايشگاه است، اشتباه مى كنند.
پارچه هاى ضدچروك و ضدلكه

شركتى با اضافه كردن ساختارهاى مولكولى به الياف كتان، اليافى ساخته است كه مايعات و لكه ها برروى آنها حركت كرده و جذب نمى شوند. بنابراين چنانچه قهوه برروى شلوار سفيدرنگى ريخته شود به طرز شگفت آورى روى آن حركت كرده و جذب نمى شود.

محافظت پوست، با قابليت نفوذ عميق

يكى از بزرگ ترين شركت هاى توليدكننده موادآرايشى در جهان نخستين محصول نانوفناورى خود را در سال ،۱۹۹۸ معرفى كرد. اين محصول كرم ضدچروك Plenitude Revitalift است كه در توليد اين كرم از يك فرآيند انحصارى نانو فناورى به منظور داخل كردن ويتامين A به درون يك كپسول پليمرى استفاده شده است. كپسول مانند اسفنج ،كرم را درون خود جذب و نگهدارى مى كند تا اين كه پوسته بيرونى آن در زيرپوست حل شود.
عينك هاى آفتابى با كيفيت بالا

شركتى ديگر با استفاده از نانو فناورى، پوشش هاى پليمرى بسيارنازك، ضدانعكاس و حفاظتى براى عينك ها ساخته است بطورى كه شيشه آنها در مقابل خراشيدگى مقاومت داشته و ضدانعكاس نيست اين پوشش چربى ها و لكه ها را از روى عدسى ها برطرف و عدسى ها را حساس تر مى كند.

نانو جوراب

نه فقط ورزشكارها بلكه اكثر مردم از عرق پا رنج مى برند و نمى توانند آن را تحمل كنند بطور طبيعى هر پا داراى ۲۵۰هزار غدد عرقى است كه قادرند حدود ۵۰۰ ميلى ليتر عرق در روز توليد كنند.
به تازگى جوراب هايى از جنس كتان كه به وسيله نانو ذرات نقره، بهبود يافته اند به وسيله شركت سول، وارد بازار شده است كه اين ذرات نقره از رشد باكترى ها و قارچ ها جلوگيرى كرده و بدين وسيله از چرب شدن و بدبوشدن پا جلوگيرى مى كنند.

كرم هاى ضدآفتاب

مصرف كرم هاى ضدآفتاب معمولى پوست را به قدرى سفيد مى كند كه حالت نامناسبى پيدامى كند. اين سفيدى ناشى از اكسيد روى است كه از پوست دربرابر هردونوع اشعه ماوراى بنفش  Aو  Bخورشيد محافظت مى كند. جهت حل اين مشكل شركت BASF ماده اى با كمك فناورى نانو، ساخته است كه سبب توليد نانو كريستال هاى اكسيدروى با خلوص بالا تهيه شده و اين امر منجر به افزايش مرغوبيت كرم هاى ضد آفتاب مى شود از ديگر مزاياى اين كرم ها اين است كه به وسيله پوست جذب نشده و ايجاد آلرژى نمى كند.
استفاده از نانوكامپوزيت ها براي ساخت استخوان مصنوعي

پژوهشگران سنگاپوري راهي جديد براي ساخت استخوان مصنوعي ابداع کرده اند. سوزان ليائو و همکاران او در دانشگاه ملي سنگاپور، غلظت هاي متفاوتي از دو ماده کلاژن و کربنات را با هم ترکيب نمودند و توانستند پايه ساختماني غير آلي در اندازه نانو به دست آورند که با آن چه در استخوان طبيعي وجود دارد مشابه است .
هم چنين اين روش ساخت اين امکان را به ما ميدهد که بتوانيم استخوان و عاج دندان مصنوعي را در اندازه هاي مختلف بسازيم.

نانو کريستال هاي هيدروکسي آپاتيت و فيبر هاي کلاژن دو جزء اساسي تشکيل دهنده ساختمان استخوان ميباشند که اولي 65% و دومي 25% از آن را تشکيل مي دهد که اين نسبت در عاج دندان متفاوت بوده و براي اولي به 70% و براي دومي به 20% مي رسد.

دانشمندان پيش از اين روش هاي بسياري را براي ساخت استخوان مصنوعي در اندازه ي نانو آزمايش کرده اند و به تازگي توجهشان در اين راستا به کلاژن معدني شده ( که به فرم يک نانو کامپوزيت آپاتيت / کلاژن مي باشد ) جلب شده است.

اين ماده به ميزان زيادي با بافت زنده سازگار بوده و ساختمان استخوان مصنوعي را در مقياس نانو فراهم مي آورد. پيوند استخوان و طراحي بافت استخواني دو نمونه از کاربردهاي اين ماده مي تواند باشد. خانم ليائو و همکارانش براي اين که دريابند تغييرات ميزان کلاژن و کربنات بر روي ساختمان نهائي نانو کامپوزيت هيدروکسي آپاتيت چه اثري خواهد گذاشت، اقدام به ساختن اين ماده کردند.
آنان اين کار را با افزودن يون هاي کلسيم، فسفات و کربنات به محلولي از کلاژن شروع کردند و پس از آن pH  لازم براي تشکيل نانو کامپوزيت را فراهم نمودند. سپس غلظت هاي کربنات و کلاژن را در محلول تغيير دادند و اثر اين تغيير در نانو ساخمان ايجاد شده را به وسيله پراش پرتو X مشاهده نمودند.
ليائو و همکارانش دريافتند که با به کار بردن مقادير بيشتري از کلاژن، نانوکامپوزيت به فرم کريستال هاي کوچکتري تشکيل  

 مي شود .  در مقابل با به کار بردن مقادير بيشتري از کربنات، کريستال هاي مسطح تشکيل دهنده کامپوزيت ها به تدريج به کريستال هاي سوزني تبديل مي شوند که آنها نيز به آهستگي کوتاهتر گشته و در نهايت ايجاد ذرات کروي مي نمايند. مشابه همين فرآيند در جريان تشکيل استخوان طبيعي نيز رخ مي دهد.
به گفته ي خانم ليائو کار آنان نخستين پژوهشي است که نشان مي دهد ميزان کربنات مي تواند بر تغييرات مورفولوژيک نانو هيدروکسي آپاتيت همراه با کلاژن اثرگذار باشد.

اين يافته علمي مي تواند دانشمندان را در کشف دليل متفاوت بودن مقادير کربنات در بخش هاي مختلف بدن مانند دندانها ياري رساند.

اين گروه در پي آن است که اين ماده را با همان ساختمان فضايي نانوفيبري که در استخوان طبيعي يافت مي شود در آينده بسازد.

منابع:

نانو تکنولوژی وکاربردهای آن   نويسنده: مهندس سيد محسن کالوندی

http://www.ayandehnegar.org/page1.php?news_id=3124