فناوری نانو
فناوری نانو، نانو فناوری یا نانو تکنولوژی رشته‌ای از دانش کاربردی و فناوری است که جستارهای گسترده‌ای را پوشش می‌دهد. موضوع اصلی آن نیز مهار ماده یا دستگاه‌های در ابعاد کمتر از یک میکرومتر، معمولاً حدود ۱ تا ۱۰۰ نانومتر است. در واقع نانو تکنولوژی فهم و به کارگیری خواص جدیدی از مواد و سیستم‌هایی در این ابعاد است که اثرات فیزیکی جدیدی، عمدتاً متأثر از غلبه خواص کوانتومی بر خواص کلاسیک از خود نشان می‌دهند.
فناوری نانو، امکان استفاده از انرژی حرارتی خورشید را برای تجهیزات الکتریکی و دستگاه‌های ذخیره انرژی افزایش می‌دهد. همچنین، تجهیزات پیشرفته و ارزان برای تحقیقات پزشکی و مراقبت از سلامتی را فراهم می‌کند.
نانو مواد
موادی که حداقل یکی از ابعاد آنها در مقیاس ۱ الی ۱۰۰ نانومتر باشد، مواد نانویی یا نانومواد خوانده می‌شوند. یک نانومتر برابر با یک میلیاردم متر است. کوچک شدن اندازه ذرات در حد نانومتر، سبب تغییراتی در خواص فیزیکی و شیمیایی آنها میشود. مهمترین آنها شامل موارد زیر هستند.
- افزایش نسبت سطح به حجم
- ورود اندازه ذره به قلمرو مکانیک کوانتومی به جای مکانیک نیوتونی
- افزایش نسبت سطح به حجم که به تدریج با کاهش اندازه ذره رخ می‌دهد. بر خصوصیات ذره در حالت مجزا و بر واکنش آن با دیگر مواد اثر می‌گذارد.
- افزایش سطح، واکنش پذیری نانو مواد را به شدت افزایش می‌دهد. زیرا تعداد مولکو‌ل‌ها یا اتم‌های موجود درسطح در مقایسه با تعداد اتم‌ها یا مولکول‌های موجود در توده نمونه بسیار زیاد است.
دسته بندی نانو مواد
مواد در مقیاس نانو به دسته‌های زیر قابل تقسیم است.
- نانو لایه‌ها
- نانو پوششها
- نانو خوشه‌ها
- نانو سیم‌ها
- نانو لوله‌ها
- نانو حفره‌ها
- نانو ذرات
نانو لایه‌ها
در دنیای کنونی تغییرات سطحی به یک فرایند مهم و اساسی تبدیل شده است. در این مورد، روش‌هایی شامل ایجاد لایه‌های نازک یا پوششها بر روی سطوح، افزایش کارایی و محافظت سطوح را به دنبال دارد. رسوب یک لایه نازک (نانو لایه) برای پوشش‌دهی در اکثر صنایع جایگاه مهمی یافته است. فیلم‌های نانویی لایه نازک، که بر روی سطح یک زیر پایه نشانده می‌شوند، کاربردهای عمدتاً الکترونیکی دارند. همانند زیر لایه‌ها، خازن‌ها، قطعات حافظه، آشکارسازهای مادون قرمز و راهنماهای موجی سطوح را افزایش داد.
نانو پوششها
پوششها دارای کاربردهای متنوعی از صنایع اتومبیل گرفته تا صنایع لوازم خانگی هستند. این پوششها سطوحی را که در معرض آسیب‌های محیطی مانند باران، برف، نمک‌ها، رسو‌ب‌های اسیدی، اشعه ماوراء بنفش، نور آفتاب و رطوبت هستند، را محافظت می‌کنند. فناوری نانو ایجاد نانو پوششها را پیشنهاد می‌کند.
نانو پوشش‌های حفاظتی برای افزایش مقاومت در مقابل خوردگی، افزایش سختی سطوح و حفاظت در مقابل عوامل مخرب محیطی هستند. علاوه بر آن، فناوری نانو از خش برداشتن، تکه تکه شدن و خرده شدن روکش‌ها جلوگیری می‌کند. از موارد استفاده نانو پوششها می‌توان به روکشهای ضد انعکاس در مصارف خودر‌و سازی و ساز‌ه‌ای، روکشهای محافظ (ضد خش، غیرقابل رنگ آمیزی، و قابل شستشو‌ی آسان) و روکشهای تزئینی اشاره کرد.
نانو لوله‌ها
در سال ۱۹۹۱، نانو لوله‌های کربنی کشف شدند. آلوتروپ‌های متداول کربن، گرافیت و الماس هستند. نانو لوله‌های کربنی یکی از مواد نانو ساختار، متشکل از اتم‌های کربن به شکل استوانه توخالی است. این نانو لوله‌ها ۵۰۰۰۰ بار ناز‌کتر از موی انسان است. نانو لوله‌های کربنی دارای استحکام کششی و مدول الاست کی بسیار زیادی است. در مقایسه با فولاد که دارای استحکام کششی، ۴۰۰ مگاپاسکال است،استحکام کششی نانولوله‌های کربنی ۱۵۰۰۰۰ مگاپاس کال است. نانو لوله‌ها باخواص مکانیکی، الکتر‌کیی و اپتیکی برجسته، در مصارف الکترونیکی، نوری، پلیمری، هوافضا و پزشکی با بیشترین توجه روبه رو شده‌اند.
نانو پلیمرها
از جمله پلیمرهایی که در بحث نانو مواد جایگاه ویژ‌ه‌ای دارند، پلیمرهای رسانا هستند. پلیمرهای رسانا که در طول سه دهه اخیر توجه زیادی را به خود معطوف داشته‌اند، به سبب تغییر در خواص نوری و الکتریکی شان در ابعاد نانومتر، محتمل‌ترین سیستم‌ها برای کاربردهای نانوالکترونیکی هستند. خانواده پلی آنیلین نمونه‌ای از این پلیمرهاست.
یکی دیگر از کاربردهای نانو پلیمر در صنعت لاستیک‌سازی است. با اضافه کردن نانو مواد به ترکیبات لاستیکی، به دلیل پیوندهایی که در مقیاس اتمی بین این مواد و ترکیبات لاستیکی صورت می‌گیرد، خواص فیز‌کی آنها بهبود می‌یابد. می‌توان به افزایش مقاومت سایش، افزایش استحکام، بهبود خاصیت مکانیکی، افزایش حد شکستگی اشاره کرد. در زیبایی ظاهری لاستیک نیز تأثیر گذاشته و باعث لطافت همواری، صافی و ظرافت شکل ظاهر یلاستیکی میشود. همه این‌ها به نوبه خود باعث میشود که محصولات نهایی، مرغوب‌تر، با کیفیت بالا، زیباتر و در نهایت بازار پسند باشند.
نانو سرامیک‌ها
با پیدایش نانو فناوری، نانو سرامیک‌ها هر چه بیشتر اهمیت خود را نشان دادند. زمان تولید نانو سرامیک‌ها را می‌توان دهه ۹۰ میلادی دانست. در این زمان، نانو پودرهای سرامیکی تولید شدند. با استفاده از نانو پودرها، دمای ذوب کاهش می‌یابد و تکنیک‌های ساخت مواد ساد‌ه‌تر میشود. در نتیجه هزینه تولید نیز کاهش خواهد یافت. محصولات نانو سرامیک می‌تواند دارای خواص مکانیکی بهتر، استحکام بالاتر و انعطاف پذیری بیشتر باشند. همچنین خواص الکتریکی و مغناطیسی و نوری مطلوب‌تری خواهند داشت که ویژگی منحصر به فردی برای سرامیک‌ها است.
یکی از مشکلات سرامیک‌ها شکنندگی آ‌نهاست که با تولید سرامیک‌هایی در مقیاس نانو، قابلیت شکل پذیری آنها بهبود می‌یابد. سرامیک‌ها در کاربردهای هوافضا در حفاظت حرارتی و شیمیایی مورد استفاده قرار می‌گیرد. کاربردهای سرامیک‌های ساخته شده با فناوری نانو در حسگرها، الکترونیکی نوری و سازه‌های فضایی در حال گسترش است.