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 كنونی تغییرات سطحی به یک فرایند مهم و اساسی تبدیل شده است. در این مورد، روش‌هایی شامل ایجاد لایه‌های نازك یا پوششها بر روی سطوح، افزایش كارایی و محافظت سطوح را به دنبال دارد. رسوب یک لایه نازك (نانو لایه) برای پوشش‌دهی در اكثر صنایع جایگاه مهمی یافته است. فیلم‌های نانویی لایه نازك، كه بر روی سطح یک زیر پایه نشانده می‌شوند، كاربردهای عمدتاً الكترونیکی دارند. همانند زیر لایه‌ها، خازن‌ها، قطعات حافظه، آشكارسازهای مادون قرمز و راهنماهای موجی سطوح را افزایش داد.
نانو پوششها
پوششها دارای كاربردهای متنوعی از صنایع اتومبیل گرفته تا صنایع لوازم خانگی هستند. این پوششها سطوحی را كه در معرض آسیب‌های محیطی مانند باران، برف، نمك‌ها، 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، تكه تكه شدن و خرده شدن روكش‌ها جلوگیری می‌کند. از موارد استفاده نانو پوششها می‌توان به روكشهای ضد انعكاس در مصارف خودر‌و سازی و سازهای، روكشهای محافظ (ضد خش، غیرقابل رنگ آمیزی، و قابل شستشو‌ی آسان) و روكشهای تزئینی اشاره كرد.
نانو لوله‌ها
در سال ۱۹۹۱، نانو لوله‌های كربنی كشف شدند. آلوتروپ‌های متداول كربن، گرافیت و الماس هستند. نانو لوله‌های كربنی یکی از مواد نانو ساختار، متشكل از اتم‌های كربن به شكل استوانه توخالی است. این نانو لوله‌ها ۵۰۰۰۰ بار ناز‌كتر از موی انسان است. نانو لوله‌های كربنی دارای استحكام كششی و مدول الاست كی بسیار زیادی است. در مقایسه با فولاد كه دارای استحكام كششی، ۴۰۰ مگاپاسكال است،استحكام كششی نانولوله‌های كربنی ۱۵۰۰۰۰ مگاپاس كال است. نانو لوله‌ها باخواص مكانیکی، الكتر‌كیی و اپتیکی برجسته، در مصارف الكترونیکی، نوری، پلیمری، هوافضا و پزشكی با بیشترین توجه روبه رو شده‌اند.
نانو پلیمرها
از جمله پلیمرهایی كه در بحث نانو مواد جایگاه ویژ‌ه‌ای دارند، پلیمرهای رسانا هستند. پلیمرهای رسانا كه در طول سه دهه اخیر توجه زیادی را به خود معطوف داشته‌اند، به سبب تغییر در خواص نوری و الكتریکی شان در ابعاد نانومتر، محتمل‌ترین سیستم‌ها برای كاربردهای نانوالكترونیکی هستند. خانواده پلی آنیلین نمونه‌ای از این پلیمرهاست.
یکی دیگر از كاربردهای نانو پلیمر در صنعت لاستیك‌سازی است. با اضافه كردن نانو مواد به ترکیبات لاستیکی، به دلیل پیوندهایی كه در مقیاس اتمی بین این مواد و ترکیبات لاستیکی صورت می‌گیرد، خواص فیز‌كی آنها بهبود می‌یابد. می‌توان به افزایش مقاومت سایش، افزایش استحكام، بهبود خاصیت مكانیکی، افزایش حد شكستگی اشاره كرد. در زیبایی ظاهری لاستیک نیز تأثیر گذاشته و باعث لطافت همواری، صافی و ظرافت شكل ظاهر یلاستیکی میشود. همه این‌ها به نوبه خود باعث میشود كه 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 كاهش می‌یابد و تكنیک‌های ساخت مواد ساد‌ه‌تر میشود. در نتیجه هزینه تولید نیز كاهش خواهد یافت. محصولات نانو سرامیک می‌تواند دارای خواص مكانیکی بهتر، استحكام بالاتر و انعطاف پذیری بیشتر باشند. همچنین خواص الكتریکی و مغناطیسی و نوری مطلوب‌تری خواهند داشت كه ویژگی منحصر به فردی برای سرامیک‌ها است.
یکی از مشكلات سرامیک‌ها شكنندگی آ‌نهاست كه با تولید سرامیک‌هایی در مقیاس نانو، قابلیت شكل پذیری آنها بهبود می‌یابد. سرامیک‌ها در كاربردهای هوافضا در حفاظت حرارتی و شیمیایی مورد استفاده قرار می‌گیرد. كاربردهای سرامیک‌های ساخته شده با فناوری نانو در حسگرها، الكترونیكی نوری و سازه‌های فضایی در حال گسترش است.
