فهرست محتوا
نانو چیست؟ قبل از این که به این سوال بپردازیم لازم به ذکر است که قرن بيست‌ويکم، قرن فناوری نانو، مهم‌ترين دوران صنعت به شمار می‌رود. قرن نانو، قرن سلامتی، صرفه جويی و آرامش ناميده می‌شود. نانو نه يک ماده است نه يک جسم؛ نانوتکنولوژی، فقط يک مقياس است، درواقع کوچک شدن يک مقياس، نانو يک ميلياردم متر است، به اندازه‌ای کوچک است که ديده نمی‌شود، اما تاثير بسيار بزرگی، در زندگی انسان دارد.
در مقياس نانو خواص فيزيکی، شيميايی و بيولوژيکی تک تک اتم‌ها، ملکول‌ها باخواص توده ماده متفاوت است، نانوذرات درچنين مقياس و مشخصه‌های منحصر به فردی موجب پيدايش دستاوردهای نوينی در علوم پزشکی و مهندسی و صنعتی میشوند. با ما همراه باشید تا در رابطه با نانو تکنولوژی بررسی مختصری داشته باشیم.
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.
علم نانو درمفاهیم پایه
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 اتم‌ها تشکیل شده اند (غذایی که می خوریم، لباسی که می‌پوشیم، ساختمان‌ها و خانه‌هایی که در آن ها زندگی می‌کنیم و خود بدن‌ما). 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.
امروزه دانشمندان و مهندسان کاربردهای زیادی برای ساخت مواد، با مقیاس‌های نانو یافته اند و با استفاده از این مواد و قابلیت‌های خاص مواد نانویی نظیر توانایی بالاتر، وزن سبک تر و کنترل بیشتر، قادر شده اند استفاده های خوبی برای آن مواد بیابند.
به وجود آمدن انواع مواد نانو
دسته بندی های متنوعی در مواد نانو 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، نانو ساختار 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.
ساختارنانو
فن‌آوری نانو توانایی ساخت و کنترل 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. حال آشنا شویم با انواع ساختار نانو:
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
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، استوانه‌ای، لوله‌ای، 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 جزع 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
- صنعت اتومبیل: ضدخش کردن بدنه، لاستیک های مستحکم، ضد بخار کردن شیشه و…
- پزشکی:تشخیص علائم بیماری، داروسازی، دارورسانی و…
- نظامی، ورزشی،الکترونیک و…
كاربرد فناوری نانو
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 بهتره کاربرد نانو مواد در صنعت با توجه به نو بودن این فن آوری، هر سال کاربردهای جدیدی از آن در صنایع مختلف معرفی می‌شود. مهم‌ترین صنایع‌ای که نانو در آنها نقش بسیار مهمی را دارد:
- نانو ذرات مغناطيسی در دارو رسانی هدفمند
- فناوری نانو در صنعت خودرو
- فناوری نانو تکنولوژی در ساختمان و صنعت ساخت و ساز
- فناوری نانو درصنعت نفت و گاز
کاربرد نانوتکنولوژی 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:
- بهبود خواص سیمان و بتن
- بهبود خواص مکانیکی
- افزایش کیفیت سیمان و بتن
- جلوگیری از نفوذ عوامل مخرب خارجی به داخل بتن
- ایجاد پوشش محافظتی، عایق کردن و جلوگیری از نفوذ آب در تمام مصالح ساختمانی
- بهبود کیفیت و آب گریز کردن انواع رنگ مخصوص نما
کاربرد نانوتکنولوژی 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
_________________________________________________________________________________________________________
نانو و محصولات آن
محصولاتی که توسط فناوری نانو به وجود آمده است را، می‌توان به صورت 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 ضد آب نانو، باعث ایجاد پوشش محافظتی در لایه‌ها 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 مواد نانو؛ این محصولات انواع مختلفی دارد و جهت حفظ و نگهداری محصولات، عمر و ماندگاری بالایی می‌شود.
_________________________________________________________________________________________________________
جمع بندی
فناوری نانو تکنولوژی 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.
