انواع مواد نانو در صنعت

در رابطه با انواع مواد نانو مواد در صنعت می‌توان ساعت‌ها صحبت کرد، اما بهتر است بدانید، علوم و فناوری نانو درکی از خواص ساخت مواد نانو، در ساختارها و افزار‌ها، در حد مقياس نانو متری است. اين مواد و ساختارها ممكن است خواصی كاملا متفاوت از توده مواد و ساختار های بزرگتر را داشته باشند. نانو مواد به طور طبیعی در طبیعت به صورت، دود حاصل از آتش سوزی در جنگل، خاکستر آتشفشانی و غیره می تواند اتفاق بیفتد. همچنین می‌توان آن‌ها را به طور غیرمستقیم به عنوان محصولات تولیدی مختلف واکنش های شیمیایی احتراق، مانند: موتورهای دیزلی تولید کرد.

معرفی نانوتکنولوژی

به طورخلاصه نانوتکنولوژی به معنی انجام مهندسی مواد در ابعاد اتمی – ملکولی و ساخت موادی با خواص کاملا متفاوت در ابعاد نانو است. تعريف ديگر نانو تکنولوژی با آرايش دادن ودستکاری اتم ها ساخت مواد مورد نظراست. نانومتر، (يک ميلياردم متر) به اندازه چيدن 5 الی10 اتم درکنار يگديگر است، مکعبی باابعاد 2.5 نانومتر تقريبا 1000 اتم راشامل می‌شود.

خواص فيزيکی، شيميايی و بيولوژيکی ماده تبديل شده به ابعاد نانو نسبت به خواص آن در ابعاد ماکرويی کاملا” متفاوت است. نانو در ملکول‌های ماده انرژی بالايی را ايجاد می‌کند به همين دليل معجزه آسا ناميده می‌شود. 

نانوتکنولوژی چگونه به وجود آمد؟

ایده و مفهوم علوم نانو و نانوتکنولوژی با سخنرانی فیزیکدانی به اسم ریچارد فاینمن، در هم اندیشی انجمن فیزیک آمریکا در موسسه فناوری کالیفرنیا در 29 دسامبر 1959 پا گرفت. او طی سخنرانیش با عنوان: “هنوز حیطه های زیادی در فیزیک باید کشف شوند” به مفهوم نانو پرداخت، اما سال‌ها بعد از این سخنرانی بود که برای اولین بار اصطلاح نانوتکنولوژی مورد استفاده انجمن های علمی قرار گرفت.

ریچارد فاینمن در سخنرانیش از فرآیندی نام برده بود، که به آن وسیله دانشمندان می توانستند اتم ها و مولکول های منفرد را دستکاری کرده و کنترل کنند. حدود 10 سال بعد پروفسور نوریو تونیگوچی در حین بررسی هایی که روی ماشین های فوق العاده دقیق انجام می داد اصطلاح نانوتکنولوژی را رواج داد. البته تا سال 1981 که میکروسکوپ های تونلی روبشی به بازار آمدند و امکان مشاهده اتم های منفرد فراهم شد.

بررسی انواع نانو مواد

استفاده از نانو تکنولوژی هر روز با کاربردهای گسترده در زمینه الکترونیک، منسوجات، لوازم آرایشی، حفاظت از محیط‌زیست، فناوری اطلاعات، مراقبت‌های بهداشتی و غیره رو به افزایش است. از انواع نانو مواد، سه نوع متفاوت از هم‌دیگر وجود دارد:

1. نوعی که بطور عمدی توسط انسان‌ها ساخته می‌شوند و ویژگی‌های مورد نیاز خاصی برای انجام یک تابع خاص دارند.
2. نوع تصادفی که به طور اتفاقی به عنوان یک محصول فرعی یا برخی از فرآیندهای مکانیکی تولید می‌شوند.
3. نوع طبیعی که تقریباً هنوز طبیعی هستند و در طبیعت یافت می‌شوند.

نانو مواد کاربردهای زیادی دارند که از جمله آن‌ها می‌توان به؛ کاربرد نانو در صنعت ساختمان، کاربرد فناوری نانو در صنعت نساجی، نانو در صنعت خودرو، کاربرد نانو در صنعت شیشه، کاربرد فناوری نانو در صنعت رنگ و کاربرد نانو در صنعت چوپ اشاره کرد. انواع نانو مواد بر اساس ابعاد خارج از محدوده کمتر از ۱۰۰ نانومتر وجود دارد. از جمله:

نانومواد نزولی:  این نوع در محدوده ابعاد نانو مقیاس ۱۰۰ نانومتر قرار دارند. هیچ یک از این نوع ابعادی بزرگتر از ۱۰۰ نانومتر ندارد. اکثر نانوذرات در این محدوده قرار دارند.

نانومواد یک بعدی: نوعی است که یکی از ابعاد آن در خارج از مقیاس نانو قرار دارد. به عنوان مثال، نانوذرات، نانولوله‌ها و نانوسیم‌ها.

 نانومواد دو بعدی: نوعی از انواع مواد نانو است که، دو بعد آن در بیرون از مقیاس نانو مواد قرار دارد و شکل‌های پلاستیکی را نشان می‌دهد. به عنوان مثال، نانوفیلم‌ها، نانوکوئید، نانو لوله‌ها و…

نانومواد سه بعدی: نوعی است که هیچ ابعادی بر روی نانو مواد ندارند و شامل پودرهای جامد، بسته‌های نانوسیم، چند نانو لوله، پراکندگی نانوذرات و نانولوله‌ها و… هستند.

طبیعی ترین نانو مواد، از آنجا که از لحاظ شیمیایی ناهمگن در طبیعت وجود دارند و از لحاظ ساختاری نیز متفاوت هستند، به عنوان ذرات پرتوی نیز شناخته می شوند. با این وجود انواع نانو مواد که مهندسی شده و عمدا ایجاد شده اند، به گونه ای طراحی می شوند که دارای خواص شیمیایی و فیزیکی خاصی باشند که می توانند برای یک عملکرد یا هدف خاص مورد استفاده قرار گیرند.

ساختار انواع مواد نانو

در حقیقت ساختار انواع مواد نانو، متشکل از کریستال‌ها یا دانه های نانومتری هستند که هر کدام از آن‌ها ممکن است از لحاظ ساختار اتمی، جهات کریستالوگرافی یا ترکیب شیمیایی با یکدیگر متفاوت باشند. همه مواد از جمله فلزات، نیمه هادی‌ها، شیشه‌ها، سرامیک ها و پلیمرها در ابعاد نانو می‌توانند وجود داشته باشند. همچنین محدوده فناوری نانو می‌تواند به صورت ذرات بی شکل(آمورف)، کریستالی، آلی، غیرآلی و یا به صورت منفرد، مجتمع، پودر، کلوئیدی، سوسپانسیونی یا امولسیون باشد.

• نانو مواد را باید به دو دسته تقسیم کرد: یک دسته نانو شی‌ها و دیگری مواد نانو ساختار. دسته اول به موادی اطلاق می‌شود که حداقل یکی از ابعاد آن ماده در مقیاس نانو باشد. که شامل نانو شی سه بعدی، که هر سه بعد آن درمقیاس نانو است، که مهم‌ترین آن‌ها نانو ذارت و نقاط کوانتومی و نانو پودرها هستند.
• نانو شی دو بعدی: که دو بعد آن در مقیاس نانو است مثل نانو لوله کربنی، نانوسیم ها و نانو الیاف‌ها.
• نانو شی یک بعدی: که تنها یک بعد آن در مقیاس نانو است و دو بعد دیگر آن ماده می‌تواند بزرگ‌تر از ابعاد نانو باشد. مثل تک لایه های خود آرا کاربرد نانومواد، کوچک شدن اندازه ذرات در حد نانومتر سبب تغییراتی در خواص فیزیکی و شیمیایی آن‌ها می‌شود.
• مهم‌ترین آن‌ها عبارتند از: افزایش نسبت سطح به حجم (surface area) و ورود اندازه ذره به قلمرو آثار کوانتمی.

چند تا از پر کاربردترین آن‌ها: نانو ذرات نانوذرات در واقع ذراتی با قطر بین 1 تا 100 نانومتر هستند که مهم‌ترین آن‌ها شامل نانو ذرات نیمه رسانا، نانو ذرات سرامیکی، نانو ذرات فلزات و غیره است. این ذرات در شکل های کروی-سوزنی، ورقه ای–شاخه‌ای، میله ای و صفحه‌ای یافت می‌شوند. نانو الیاف نانو الیاف که دارای قطری در مقیاس نانو است. امروزه از این الیاف در صنعت نساجی استفاده می‌شود. که به علت نسبت سطح به حجم بالا و مقاوت زیاد برای تولید لباس‌های محافظ استفاده می‌شود. به مهم‌ترین آن ها می‌توان به نانو الیاف کربنی، نانو الیاف پلیمری و نانو الیاف معدنی اشاره کرد.

• نانو کپسول‌ها: نانو کپسول‌ها به نانو ذره‌ای گفته می‌شود که دارای یک پوسته و یک فضای خالی جهت قرار دادن مواد مورد نظر در داخل آن باشد. نانو کپسول‌های پلیمری و نانو امولسیون‌ها از این جمله هستند. که در صنعت داروسازی برای دارو رسانی هدفمند کاربرد دارد.
• نانو لوله‌ها:  نانو لوله‌ها به موادی گفته می‌شود که قطر آن ها تا حدود 100 نانومتر است. از نانو لوله‌ها بیشتر برای نانو لوله‌های کربنی استفاده می‌شود.
• نانو سیم‌ها: نانو سیم یک ساختار دو بعدی است و به دلیل این که در این ابعاد آثار کوانتومی مهم هستند، سیم های کوانتومی نیز نامیده می‌شوند و انواع آن: نانو سیم‌های فلزی، نانوسیم‌های آلی، نانوسیم های پلیمری و نیمه هادی را در برمی‌گیرند.
• نانو روکش‌ها: نانو روکش‌ها، لایه هایی هستند که روی ماده‌ای دیگر نشانده می‌شوند و ضخامتی کمتر از ماده دوم دارند. روکش ها کاربردهای متنوعی در صنایع مختلف از خودروسازی گرفته تا صنایع لوازم خانگی دارند. دلیل استفاده از این روکش محافظت یا تزئین محصولاتی چون شیشه‌ها، فلزات، پلاستیک‌ها، عینک‌های آفتابی، لوازم ورزشی، مبلمان، وسایل آشپزی، وسایل پزشکی، الکترونیک، خودروها و. . . است. انواع نانو روکش‌ها در واقع لایه‌های نانومتری و روکش های نانوساختار هستند. فناوری نانو از خش برداشتن، تکه تکه شدن و خورده شدن روکش‌ها جلوگیری می‌کند.

کاربرد های نانو مواد در صنایع مختلف

خصوصیات مواد نانو ، به ویژه اندازه آن‌ها، مزایای مختلفی را در مقایسه با مواد دیگر ارائه می دهد همچنین انعطاف پذیری آن‌ها از نظر توانایی متناسب سازی آن‌ها برای نیازهای خاص، مفید بودن آن‌ها را برجسته می کند. یک مزیت اضافی تخلخل زیاد آن‌هاست که باز هم تقاضا برای استفاده در بسیاری از صنایع را افزایش می‌دهد.

در بخش انرژی، استفاده از نانومواد از این جهت سودمند است که می‌تواند روش‌های موجود برای تولید انرژی – مانند صفحات خورشیدی – را کارآمدتر و مقرون به صرفه کند و همچنین راه‌های جدیدی را برای استفاده و ذخیره انرژی ایجاد می‌کند. همچنین قرار است از نانومواد در صنعت الکترونیک و محاسبات استفاده شود، استفاده از آن‌ها باعث افزایش دقت در ساخت مدارهای الکترونیکی در سطح اتمی می‌شود و به توسعه بسیاری از محصولات الکترونیکی کمک می کند. برخی از انواع نانو مواد در صنایع مختلف

• • فناوری نانو در صنعت ساختمان
  • فناوری نانو در صنعت رنگ
  • فناوری نانو در صنعت بتن
  • فناوری نانو در صنعت مکانیکی
  • فناوری نانو در صنعت رنگ
  • فناوری نانو در صنعت خودرو
  • فناوری نانو در صنعت شیشه
  • فناوری نانو در صنعت چوب
  • فناوری نانو در صنعت نساجی
  • فناوری نانو در صنعت تکنولوژی
  • فناوری نانو در صنعت پزشکی

مزایای انواع نانو مواد در صنعت ساختمان

یکی از کار برد های مهم نانو؛ کاربرد فناوری نانو در صنعت ساختمان است. تقریبا در تمام بخش‌های ساختمان از جمله اسکلت، نما، سیستم‌های ساختمانی و طراحی داخلی کاربرد دارد. استفاده از فناوری نانو در صنعت ساختمان موجب تولید مصالح ساختمانی چندمنظوره با کارایی بالا شده و ضمن ایجاد ارزش افزوده باعث افزایش دوام و کیفیت مصالح ساختی شده است. با توجه به نو بودن این فن آوری، هر سال کاربردهای جدیدی از آن در صنایع مختلف معرفی می‌شود. در مورد کاربرد‌های نانوتکنولوژی در صنعت ساختمان به طور خلاصه می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

1. بهبود خواص سیمان و بتن
2. بهبود خواص مکانیکی
3. افزایش کیفیت سیمان و بتن
4. جلوگیری از نفوذ عوامل مخرب خارجی به داخل بتن
5. ایجاد پوشش محافظتی، عایق کردن و جلوگیری از نفوذ آب در تمام مصالح ساختمانی
6. بهبود کیفیت و آب گریز کردن انواع رنگ مخصوص نما

مزایای انواع نانو مواد در صنعت رنگ هوشمند

استفاده از نانو در صنعت رنگ باعث ایجاد ویژگی های بسیار جالبی در رنگ هوشمند نانو شده که در ادامه به برخی از آن ها اشاره می‌کنیم:

• مقاومت خوب در برابر آلاینده های هوا
• مقاومت در مقابل رشد انواع باکتری و قارچ و خزه و کپک
• داشتن قیمت مناسب در مقایسه با خواص منحصربفرد
• استفاده راحت این رنگ با انواع ابزارها و روش ها
• به دلیل خاصیت ضد زنگ آن ها، برای رنگ کردن سطوح فلزی نیز مناسب هستند.
• قابل استفاده برای فضاها و نماهای داخلی و بیرونی ساختمان

 جمع بندی

 تا اینجا مقاله با بررسی انواع مواد نانو در صنعت به خوبی آشنا شدیم. تکنولوژی دنیا کم کم، در رابطه با همه‌چیز، بر پایه فناوری نانو دارد، پیش می‌رود.باید آروم آروم با انواع نانو و علم و مفاهیم پایه‌ای انواع نانو مواد و اساس آن آشنا بشیم. شرکت نانو پارس با افتخار یکی از بزرگ‌ترین و معتبر‌ترین ارائه دهنده انواع مواد نانو در زمینه محلول‌های شوینده و پوشش محافظتی در انواع نمای ساختمانی و رنگ نما است، همچنین ارائه دهنده انواع پوشش نانو در صنعت چوب، نساجی و شیشه در ایران است.