کاربردهای فناور نانو -نانوتکنولوژی- در صنایع مختلف
جهان امروز نیازمند استفاده از ابزارهای جدیدی برای ارتقای سطح زندگی بشر است. روزانه مواد گوناگونی بر اثر کار و کوشش و تحقیقات به دست آمده، در چرخه تولید انبوه قرار گرفته و به بازار تجاری عرضه می شوند. برای مثال افزایش کارایی وسایل الکترونیکی با کاهش اندازه آنها، مانند کامپیوترهای بسیار پیشرفته و یا پیشرفت عظیم صنعت ارتباطات تنها با استفاده وسیع از نانو تکنولوژی میسر شده است. در این مطلب به بررسی کاربرد کنونی فناوری نانو تکنولوژی در میان مدت و بلند مدت پرداخته که مواردی از آن به طور خلاصه نقل می شود.
1) صفحات خورشیدی و کیهانی:
دی اکسید تیتانیم و اکسید روی در اندازه های نانو در صفحات خورشیدی برای جذب و یا انکسار پرتوهای ماورای بنفش که شفافیت لازم را برای عبور نور قابل رویت دارند، کاربرد بسیاری پیدا کرده است.
2) ترکیبات پیچیده:
یکی از موارد مهم کاربرد نانوتکنولوژی ساخت ترکیبات پیچیده از چند ماده مختلف است. برای مثال با استفاده از لوله، سیم و ذرات نانو محصولات چند منظوره ای تولید می شود که هم دارای خواص هر یک از عناصر تشکیل دهنده است و هم ساختار جدیدی با کاربردهای پیشرفته دارد. این مواد در علوم پزشکی، در وسایل بصری، الکترونیک و مغناطیسی به کار می روند. همچنین کربن سیاه که اندازه آن به چند ده نانو می رسد برای تقویت لاستیک وسایط نقلیه مورد استفاده قرار می گیرد. از یک نوع خاک رس در ابعاد نانو نیز برای ساختن سپرهای مقاوم وسایط نقلیه استفاده می شود.
3) پوشش سطوح:
استفاده از پوشش هایی در اندازه نانو و یا چند اتم، امکانات ویژه ای را به وجود آورده است. به تازگی شیشه هایی ساخته شده که با دی اکسید تیتانیم بسیار فعال پوشش داده شده است. این شیشه ها ضد باکتری، دفع کننده آب و از بین برنده مواد شیمیایی بوده و به طور خودکار خود را تمیز می کنند. کاربرد دیگر مواد نانو ساختن پوشش های بسیار مقاوم در مقابل خش، به صورت یک یا چند لایه بر روی لایه اصلی است. گروه بی شماری پارچه های قابل تنفس، ضد آب و لکه با کنترل منافذ و ناهمواری های سطح آن در حد اندازه های نانو از مواد پلیمری و غیرآلی ساخته شده اند.
4) ابزار برشکاری بسیار سخت:
ابزار ساخته شده از کریستال های تنگستن، تانتانیم و تیتانیم در اندازه های نانو، منجر به ساخت ابزار برش بسیار سخت تر در مقایسه با همان ماده در اندازه ذرات بزرگ تر شده است. کاربرد این ابزار در سوراخ کاری، برش فلزات در ماشین تراش، قالب سازی، سنگ بری و نظایر آن بسیار وسیع است.
کاربردهای فناوری نانو در میان مدت شامل موارد زیر می شود:
- رنگ ها و محلول ها:
استفاده از رنگ ها در اندازه نانو می تواند قابلیت ها و توانایی های بسیار خوبی را به رنگ بدهد. برای مثال ساختن رنگ های سبک می تواند وزن هواپیماها را کاهش داده و باعث صرفه جویی در سوخت آنها شود. کاهش حلال ها مورد دیگری است که از آلودگی محیط زیست جلوگیری می کند. محلول های ضد باکتری موارد استفاده بسیاری در تاسیسات تصفیه آب دارد و دیگر نیازی به استفاده از ضد باکتری مانند کلر نخواهد بود. نانو تکنولوژی در مبدل های حرارتی با جذب امواج قرمز باعث صرفه جویی در انرژی شده و با تغییرات دما و یا محیط شیمیایی اطراف آن، موجب تغییر رنگ می شود. عمده ترین هدف از اجرای این پژوهش ها در مورد رنگ ها اهداف زیست محیطی است.
- محیط زیست:
مطالعه و بررسی بر روی تاثیرگذاری مواد نانو بر مواد آلوده کننده خاک و آب های زیرزمینی و خنثی کردن تاثیرات مخرب آنها، نمونه ای از پژوهش های میان مدت است. هم چنین تلاش برای ساخت موادی که سرب و جیوه موجود در محیط زیست را به صورت غیرفعال در آورد، ادامه دارد. اگر این تحقیقات به صورت کامل انجام شود، می توان از آلودگی سرب هوا که از سوخت ماشین های درون سوز به وجود می آید جلوگیری کرد.
- سلول های سوختی:
سطح سلولی سوخت ها از نظر مهندسی تاثیر مستقیمی بر عملکرد درونی آن دارد. استفاده از هیدروژن به عنوان یک سوخت میانی ممکن است با تغییرات بنیادی هیدروکربورها در کاتالیست های یک راکتور به دست آید. استفاده از علوم نانو برای شدت بخشیدن به عملکرد کاتالیزورها می تواند به بازدهی بیشتر و تولید سوخت هایی با ذرات کوچک تر کمک کند. این عامل می تواند در افزایش تولید انرژی برق موثر باشد و در نتیجه برای تولید هیدروژن به جای استفاده از هیدروکربورها از مواد فراوان تر و سازگارتر با محیط زیست استفاده کرد. امروزه هیدروژن به عنوان جانشین سوخت هیدروکربورها در جهان بسیار مورد توجه قرار گرفته است.
- نمایشگرها:
درخواست بسیاری برای تولید نمایشگرهای بزرگ، شفاف و تخت در تلویزیون، کامپیوتر و نظایر آن وجود دارد. نانو کریستال های سلنیوم روی، سولفات روی و سولفور کادمیم با روش ژل به صورت تنها (تبدیل ژل مایع به جامد) از موادی است که برای ساخت نور متصاعد از فسفر مورد استفاده قرار می گیرند. همچنین استفاده از CNTs نیز در ساخت این وسایل با درخشش فوق العاده و مصرف انرژی و تشعشعات زیانبار کمتر و طول عمر بیشتر، نسل آینده نمایشگرهای پیشرفته را بوجود خواهد آورد.
- باطری ها:
توسعه وسایل الکترونیکی قابل حمل مانند تلفن های همراه، دستگاه های ناوبری، کامپیوترهای کوچک و قابل حمل، سنسورهای کنترل از راه دور و نظایر آنها، نیاز به داشتن باطری های سبک تر با انرژی و دوام بیشتر را دو چندان ساخته است. مواد کریستالی نانو با استفاده از روش کاربرد ژل ها در صفحات جداکننده باطری ها می تواند انرژی بیشتری در مقایسه با باطری های متداول امروزی ذخیره کند. باطری های ساخته شده از نانو کریستال های نیکل نیاز به شارژ مجدد را کاهش و ذخیره انرژی در باطری ها را در حد قابل توجهی افزایش داده است.
- مواد افزودنی سوخت ها:
هم اکنون تحقیقات برای افزودن ذرات نانوی اکسید سدیم به سوخت های دیزل در دست اقدام است که باعث بالا رفتن بازدهی، صرفه جویی اقتصادی و کاهش میزان مصرف آنها در بلند مدت خواهد شد.
کاربردهای بلند مدت فناوری نانو شامل موارد زیر می باشد:
- مواد مغناطیسی:
ساخت ابزارهای مغناطیسی از نانوکریستال های یوتریوم، ساماریوم و کبالت خواص بسیار منحصر بفردی را با توجه به کوچک بودن ذرات کریستال ها به وجود می آورد. این مواد در ساخت موتورها، ماشین های تحلیلی مانند MRI و همچنین در علوم پزشکی کاربرد وسیعی دارند. میکروپروسس ها، حافظه های کامپیوتر، دیسک های سخت، با استفاده از فناوری نانو می تواند اطلاعات بسیار زیادی را در خود جای دهند.
- وسایل پزشکی:
به طور معمول اعضا قابل کاشت در بدن، مانند دریچه های قلب، ساخت اندام های مورد نیاز در ترمیم های ارتوپدی ساخته شده از تیتانیوم و فولادهای ضد زنگ با سایر اعضای بدن سازگاری دارند ولی متاسفانه ممکن است در طول عمر بیماران دچار خوردگی شده و کارآیی خود را از دست بدهند. استفاده از نانو کریستال های اکسید زیرکانیوم، به عنوان یک عنصر بسیار سخت، غیرخورنده و مقاوم در مقابل واکنش های بدن و سازگاری با آن جایگزین بسیار خوبی برای روش های متداول است. نانو کریستال های «سیلیکون کربید» به علت وزن کم، مقاومت بسیار عالی و سازگاری با اعضای بدن برای ساخت دریچه های مصنوعی قلب در آینده به کار خواهد رفت. ساخت رباط هایی با کاربردهای بسیار متفاوت در بدن در اندازه های کوچک بخش مهمی از کاربردهای وسیع اینگونه مواد را شامل می شود.
- سرامیک های ماشین آلات:
سرامیک ها بسیار سخت، شکننده و غیرقابل ماشین کاری بوده و کوچک شدن ذرات آنها در حد نانو کریستال ها باعث شکنندگی بیشتر آن می شوند. امروزه نانوکریستال های نیترات و یا «کربید سیلیکون» در ساخت قطعات ماشین آلات مختلف مانند فنرهای بسیار مقاوم، بلبرینگ ها، سوپاپ های موتور، اجزای کوره ها و نظایر آن به علت آنکه به آسانی قابل ساخت بوده و مقاوم در مقابل حرارت و واکنش های شیمیایی مقاوم هستند کاربرد وسیعی دارند. درصورتی که این مواد توسط پرس فشرده شوند، مقاومت حرارتی بسیار زیادی را در مقایسه با سایر سرامیک ها به دست می آورند.
- تصفیه آب:
فناوری نانو باعث صرفه جویی در مصرف انرژی برای تصفیه آب در سیستم های تقطیر می شود. همچنین این فناوری منجر به بالا بردن تکنولوژی مورد استفاده کنونی خواهد شد.
- لباس های جنگی:
به تازگی استفاده از فناوری نانو برای ساخت لباس های ویژه میدان های جنگ توسط گروه تحقیقات دانشگاه MIT انجام شده است. هم اکنون برنامه ای برای ساخت موادی که بتواند در کوتاه مدت جاذب انرژی شوک های امواج انفجاری و موادی که در بلند مدت بتواند در برابر مواد شیمیایی و بیولوژیکی از خود مقاومت نشان دهند به صورتی که در مقابل این مواد حساس بوده و پس از شناسایی مواد روزنه های لباس مسدود شوند درحال بررسی است. گونه ای دیگر از این مواد برای کشف آسیب های وارده به بدن به صورت خودکار عمل خواهد کرد. برای مثال به کمک این مواد شکستگی استخوان ها را به سرعت شناخته و گچ گیری متداول امروزه را انجام می دهند.
