نانو چیست

قرن بيست‌ويکم، قرن فناوری نانو مهم‌ترين دوران صنعت به شمار می‌رود. قرن نانو، قرن سلامتی، صرفه جويي و آرامش ناميده می‌شود. نانو نه يک ماده است نه يک جسم؛ نانوتکنولوژی، فقط يک مقياس است. کوچک شدن يک مقياس، نانو يک ميلياردم متر است، به اندازه‌ای کوچک که ديده نمی‌شود، اما تاثير بسيار بزرگی، در زندگی انسان دارد. در مقياس نانو خواص فيزيکی، شيميايی و بيولوژيکی تک تک اتم ها، ملکول ها باخواص توده ماده متفاوت است، نانوذرات درچنين مقياس و مشخصه های منحصر به فردی موجب پيدايش دستاوردهای نوينی درعلوم پزشکی و مهندسی و صنعتی می‌شوند. با ما همراه باشید تا در رابطه با فناوری نانو بررسی مختصری داشته باشیم.

نانوتکنولوژی

به طورخلاصه نانوتکنولوژی به معني انجام مهندسی مواد در ابعاد اتمی – ملکولی و ساخت موادي 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، مکعبي 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. در مقاله زیر به فناوری نانو و همچین انواع مواد نانو و کاربرد‌های آن، در صنعت خواهیم پرداخت.

نانوتکنولوژی چگونه به وجود آمد؟

ایده و مفهوم علوم نانو و نانوتکنولوژی با سخن فناوری نانو رانی 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 تنها سال‌ها بعد از این سخنرانی بود که برای اولین بار اصطلاح نانوتکنولوژی مورد استفاده انجمن های علمی قرار گرفت.

فاینمن در سخنرانیش از فرآیندی نام برده بود به 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 نانوتکنولوژی کاربرد خاصی نداشت.

مفاهیم پایه در علم نانو

تصور این‌که نانوتکنولوژی چقدر کوچک است مشکل است. یک نانو متر یک میلیاردم متر است که آن را با 9-10 (10 به توان 9-) نشان می‌دهند. برای درک بهتر و ملموستر فناوری نانو  به این چند مثال دقت کنید:

• 25 میلیون و 400 هزار نانومتر تشکیل یک اینچ را می‌دهد.
• یک ورقه روزنامه حدود 100 نانو متر ضخامت دارد.
• در مقام مقایسه اگر یک سنگ مرمر قطری به اندازه 1 نانومتر داشته باشد یک متر به اندازه ی قطر زمین خواهد بود.

علم نانو مربوط به مشاهده و کنترل اتم ها و مولکول‌های منفرد می‌شود. همه ی موجودات و اشیاء زمین از اتم ها تشکیل شده اند (غذایی که می خوریم، لباسی که می‌پوشیم، ساختمان‌ها و خانه‌هایی که در آن ها زندگی می‌کنیم و خود بدن ما). اما چیزی به کوچکی اتم امکان ندارد با چشم غیر مسلح مشاهده شود. در واقع امکان ندارد با میکروسکوپ‌های معمولی هم که در مدارس مورد استفاده قرار می گیرند بتوان‌اتم ها را مشاهده کرد.

تنها حدود 30 سال است که میکروسکوپی اختراع شده که بتواند اشیایی با مقیاس نانو را ببیند. زمانی که دانشمندان به ابزارهای مناسبی دست یافتند (نظیر میکروسکوپ تونلی رویشی و میکروسکوپ نیروی اتمی) عصر فناوری نانو پا به عرصه‌ی زندگی گذاشت. با وجود اینکه نانوتکنولوژی و علم نانو به صورت مدرن علم هایی جدید هستند مواد با مقیاس نانو قرن هاست که مورد استفاده قرار گرفته اند.

در قرون وسطی ذرات کوچک و بزرگ نقره و طلا برای تولید رنگ در پنجره‌های شیشه‌ای کلیساها استفاده شده اند. نقاشان آن زمان هم با وجود اینکه چیزی از مقیاس نانو نمی‌دانستند از این ذرات ریز طلا و نقره برای خلق آثار هنری بسیار زیبا استفاده برده و باعث تغییر کمپوزیسیون مواد شدند. پنجره‌های شیشه ای قرون وسطا که نشانه‌ای از استفاده از مفهوم نانو تکنولوژی در دوران پیش از دوران معاصر هستند.

امروزه دانشمندان و مهندسان کاربردهای زیادی برای ساخت مواد با مقیاس های نانو یافته اند و با استفاده از این مواد و قابلیت های خاص مواد نانویی نظیر توانایی بالاتر، وزن سبک تر و کنترل بیشتر، قادر شده اند استفاده های خوبی برای آن مواد بیابند. 

معرفی فن‌آوری نانو 

فن‌آوری نانو توانایی ساخت، کنترل و استفاده ماده در ابعاد نانومتری است. اندازه ذرات در نانوتکنولوژِی بسیار مهم است، چرا که در مقیاس نانویی، ابعاد ماده در خصوصیات آن بسیار تأثیرگذار است و خواص فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی تک تک اتم‌ها و مولکول‌ها با خواص توده ماده متفاوت است. این اندازه در مواد مختلف متفاوت است، اما به طور معمول مواد نانو به موادی که حداقل یکی از ابعاد آن‌ها کوچک‌تر از 100 نانو متر باشد گفته می‌شود.

مراحل فن‌آوری نانو 

در مجموع این فناوری شامل سه مرحله می‌باشد: 

1. فناوری نانو در طراحی مهندسی ساختار‌ها در سطح اتم. 
2.  ترکیب این ساختار‌ها و تبدیل آن‌ها به مواد جدید با ساختار نانو با خصوصیات ویژه. 
3.  ترکیب اینگونه مواد و تبدیل آن‌ها به ابزارهای سودمند. 
4. انتظار می‌رود که نانو تکنولوژی نیاز بشر را به مواد کمیاب کمتر کرده و با کاستن آلاینده‌ها، محیط زیستی سالم‌تر را فراهم کند.

محصولات نانو

محصولات نانو مواد را هم می‌توان به صورت‌های زیر بیان کرد: 

•  فیلم‌های نانو لایه برای کاربردهای عمدتاً الکترونیکی. 
• نانوتکنولوژی و پوشش‌های حفاظتی برای افزایش مقاومت در برابر خوردگی و حفاظت در مقابل عوامل مخرب محیطی. 
• فناوری نانو ذرات به عنوان پیش‌سازنده یا اصلاح ساز پدیده‌های شیمیایی و فیزیکی. 
• انواع محصولات نانو ساختمانی، به عنوان شوینده و یا پوشش محافظتی در نمای بیرون و داخل ساختمان.
• انواع محصولات رنگ نانو، باعث ایجاد پوشش محافظتی در لایه‌های رنگ می‌شود که بتواند ماندگاری و کیفیت مطلوب رنگ نما را بالا‌تر ببرد.
• انواع محصولات نانو شیشه، با اضافه کردن مواد نانو به این سطوح باعث تمیزی و لک نشدن شیشه در طولانی مدت می‌شود.
• سایر محصولات شوینده مواد نانو؛ این محصولات انواع مختلفی دارد و جهت حفظ و نگهداری محصولات، عمر و ماندگاری بالایی می‌شود.

به طراحی، تعیین ویژگی‌ها، تولید و کاربرد مواد، ابزار آلات و سیستم‌ها با کنترل شکل و اندازه در مقیاس نانو می‌گویند. به دستکاری کنترل شده، جاگیری دقیق، اندازه‌گیری، مدلسازی و تولید مواد در مقیاس نانو می‌گویند و هدف آن تولید مواد، ابزار و سیستم‌هایی با ویژگی‌های بنیادی و عملکردهای جدید می‌باشد پس علم نانو علمی است برای زندگی.

انواع نانو مواد

دسته بندی های متنوعی در نانومواد وجود دارد که مهم‌ترین آن‌ها دسته بندی بر اساس ابعاد نانویی آن‌هاست. همانطور که آشنایی دارید هر ماده در فضا دارای سه بعد طول، عرض و ارتفاع است. اگر حداقل یکی از این ابعاد تا مقیاس نانو کوچک شده باشد به آن ماده نانوساختار می‌گویند و بعدی که در مقیاس نانو نیست را بعد آزاد می‌گوییم.

بطور کلی این دسته بندی صفربعدی، یک بعدی، دو بعدی و سه بعدی هستند که از لحاظ کاربرد و خواص کاملا با یکدیگر متفاوت اند. در ادامه به جزییات هرکدام خواهیم پرداخت. لازم به ذکر است عمل تبدیل مواد یا تبدیل آن‌ها به نانومواد تک بعدی، دوبعدی و … را سنتز می‌گوییم.هدف از علوم و فناوری نانو تکنولوژی درک خواص و ساخت انواع مواد نانو، ساختارها و افزار‌ها در حد مقياس نانو متری است. اين مواد و ساختارها ممكن است خواصي كاملا متفاوت از توده مواد و ساختار هاي بزرگتر داشته باشند.

نانومواد صفربعدی (Fullerene 0D)

نانو مواد صفربعدی که عمدتاً به نانوذرات (Nano Particle) معروف اند، در همه ابعاد خود(طول، عرض، ارتفاع) به اندازه نانومتر کوچک شده اند و هیچ بعد آزادی ندارند. این نانوذرات که به شکل طبیعی یا مهندسی شده در اشکال کروی، استوانه ای، لوله ای، توخالی یا مکعبی… وجود دارند که عمدتاً به شکل کروی هستند. همچنین این ذرات می‌توانند خالص و تک جزیی و یا تشکیل و ترکیب شده از چند جز باشند.

یکی دیگر از خصوصیات مهم فناوری نانو ذرات، سنتز  نسبت به سایر دسته بندی های نانوذرات است که به همین دلیل به صورت انبوه تولید می‌شوند. یکی از خصوصیات مهم نانوتکنولوژی ذرات به شمار می‌آید.

کاربردهای نانومواد صفربعدی

1. صنعت اتومبیل: ضدخش کردن بدنه، لاستیک های مستحکم، ضد بخار کردن شیشه و…
2. پزشکی:تشخیص علائم بیماری، داروسازی، دارورسانی و…
3. نظامی، ورزشی،الکترونیک و…

نانو ساختار های تک بعدی (Carbon NanoTube (1D:

دو شکل از نانومواد وجود دارند که به آنها ساختار تک بعد می‌گویند. شکل اولیه آن‌ها، موادی که دوبعد آن‌ها اندازه نانومقیاس اند و بعد دیگر، آزاد است. و دسته بعدی به موادی که هر سه بعد در مقیاس نانو باشند اما یکی از بعدها چند مرحله بزرگتر از دو بعد دیگر باشد. به همین دلیل ساختار عمده شکل آن‌ها به شکل استوانه است که به اسامی مختلفی مانند نانولوله، نانو میله، نانوسیم و نانو الیاف است.

مهم‌ترین مصرف این نوع ساختارها در صنایع حسگرهای زیستی و شیمیایی و همچنین رسانایی بالقوه ای در صنعت الکترونیک است که هدایتگر‌های خوبی در راستای سیم هستند. از کاربرد و خواص دیگر آن‌ها می‌توان به خواص نوری و لیزی و انواع حسگرها و همچنین خاصیت پایدرای و انتقال حرارت و… نام برد. اما این مواد به دلیل ساختاری که دارند از عمل سنتز سختی برخورداند و به نسبت نانو ذرات چندان توجیه اقتصادی ندارند اما به دلیل خواص منحصر خود در موارد خاصی استفاده و تولید می‌شوند.

نانو ساختار دوبعدی (Graphene 2D) :

این نوع از نانو ساختار ها دارای دوبعد آزاد و یک بعد در مقیاس نانو هستند. همین خاصیت باعث شده که آن‌ها در اشکالی صفحه مانند و تخت به خود فرم بگیرند. و به عنوان لایه های نازک و پوشش کاربرد داشته باشند. این نوع لایه ها که به دلیل نازک بودن خود آسیبی به ظاهر موارد استفاده کننده وارد نمیکنند در کاربرد های مختلف مانند بسته بندی و یا ایجاد لایه های پوششی مانند ضد آب و غیر، کاربرد فراوانی دارند. این لایه های نازک که در چندین سال اخیر کابردهای گوناگونی در زمینه مختلف مانند الکترونیک شیمی و فیزیک دارند می‌توانند به شکل خالص و یا ترکیبی از چند جز باشند.

نانو مواد سه بعدی (Ghraphite 3D)

این نانومواد در هر سه بعد ازاد هستند. اما شاید سوالی که برای شما پیش بیاید این است پس چطور جز نانومواد حساب میشوند؟

این اسم به نانومواد کامپوزیتی اطلاق می‌شود که با ترکیب چند اجزای مختلف که حداقل یکی از این اجزا ساختار نانویی دارند اطلاق می‌شود. و همانطور که گفته شد در نانوکامپوزیت ها کاربرد های فراوانی دارند.

كاربردهای فناوری نانو

• نانو ذرات مغناطيسی در دارو رسانی هدفمند
• فناوری نانو در خودر
• فناوری نانو تکنولوژی در ساختمان و صنعت ساخت و ساز
• فناوری نانو درصنعت نفت و گاز

کاربرد نانوتکنولوژی در صنعت

تقریبا در بیشتر موارد استفاده از نانو مواد باعث بهبود خواص و ایجاد ویژگی‌های جدیدی در محصول نهایی می‌شود. که این موضوع از اهمیت بالایی برخورد دار است، از این رو جهت درک بهتر کاربرد نانو مواد در صنعت  بسیار گسترده هستند. 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

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:

• كاربردهای فناوری نانو
• نانو ذرات مغناطيسی در دارو رسانی هدفمند
• فناوری نانوتکنولوژی در خودرو
• فناوری نانو در ساختمان و صنعت ساخت و ساز
• فناوری نانو درصنعت نفت و گاز

کاربرد نانو در ساختمان

یکی از کار برد های مهم نانو؛ کاربرد فناوری نانو در صنعت ساختمان است. تقریبا در تمام بخش‌های ساختمان از جمله اسکلت، نما، سیستم های 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.

رنگ هوشمند نانو

استفاده از فناوری نانو در صنعت رنگ هوشمند نانو خواص بسیار جالبی را به این رنگ ها داده است. به طوری که این رنگ‌ها به دلیل داشتن بیوکسیدهای ضد قارچی، ضد باکتری و ضد میکروبی می توانند از رشد این موجودات بر روی سطوح رنگ شده جلوگیری کنند. ابزارها و روش‌های گوناگونی مانند قلم مو، پیستوله، برس های رنگ امیزی و غلتک ها برای به کارگیری رنگ هوشمند نانو وجود دارد که می‌توان به راحتی این رنگ را بر روی نماهای داخلی و خارجی ساختمان استفاده کرد.

پوشش های نانو

1. ایجاد پوشش عایق مناسب توسط مواد نانوتکنولوژی
2. عدم نفوذ عوامل خوردگی
3. افزایش مقاومت در برابر انتقال حرارت
4. افزایش مقاومت در برابر خوردگی، سایش و پوسیدگی
5. خاصیت خود تمیز شوندگی سطوح
6. رنگ‌های تصفیه کننده هوا

نانو ضد آب کننده‌ها

1. نانو شیشه‌ها
2. شیشه‌های خود تمیز شونده
3. شیشه‌های محافظ در برابر آتش
4. شیشه‌های کنترل کننده انرژی

نانو آسفالت‌ها

1. نانوکامپوزیت‌ها
2. تصفیه کننده‌های آب و فاضلاب

شاخه‌های اصلی در نانو

می‌توان موردهای زیر را شاخه‌های بنیادین دانش نانوفناوری دانست:

1. نانو روکش‌ها
2. نانو مواد
3. نانو پودر‌ها
4. نانو لوله‌ها (نانو تیوب‌ها)
5. نانو کامپوزیت‌ها
6. مهندسی مولکولی
7. موتورهای مولکولی (نانو ماشین‌ها)
8. نانو الکترونیک
9. نانو سیم‌ها
10. نانو حسگر‌ها
11. نانو ترانزیستور‌ها
12. نانو مواد نرم
13. لیپید نانوفناوری
14. نانو مکانیک
15. نانو سیالات
16. نانو لیتوگرافی

جمع بندی

فناوری نانوتکنولوژی یک پدیده منحصر به فرد در دنیای امروزی است، در آینده‌ای نه چندان دور تکنولوژی نانو یک امر طبیعی و لازم در تمام نیاز‌های روزانه ما می‌شود. شرکت نانو پارس، با بیش از 15 سال سابقه در زمینه ارائه محصولات مواد نانو در خصوص نمای ساختمان و ایجاد لایه‌محافظتی در بعضی از محصولات، شما را دعوت می‌کند، جهت سفارش محصولات شوینده و محافظتی نانو، در رابطه با رنگ نما، نمای ساختمان، چوب و پارچه از قسمت فروشگاه سایت ما دیدن کنید.