نانوتكنولوژي، فناوري جديد است كه تمام دنيا را فرا گرفته است و به تعبير دقيق تر "نانوتكنولوژي بخشي از آينده نيست بلکه همه آينده است" . در اين نوشتار بعد از تعريف نانوتكنولوژي و بيان كاربردهاي آن دلايل و ضرورتهاي توجه به اين فناوري آورده شده است:
تعريف نانوتكنولوژي و آشنايي با آن:
نانوتكنولوژي، توانمندي توليد مواد، ابزارها و سيستمهاي جديد با در دست گرفتن كنترل در سطوح مولكولي و اتمي و استفاده از خواص است كه در آن سطوح ظاهر ميشود. از همين تعريف ساده برمي آيد كه نانوتكنولوژي يك رشته جديد نيست، بلكه رويكردي جديد در تمام رشته هاست. براي نانوتكنولوژي كاربردهايي را در حوزه هاي مختلف از غذا، دارو، تشخيص پزشكي و بيوتكنولوژي تا الكترونيك، كامپيوتر، ارتباطات، حمل ونقل، انرژي، محيط زيست، مواد، هوافضا و امنيت ملي برشمرده اند. كاربردهاي وسيع اين عرصه به همراه پيامدهاي اجتماعي، سياسي و حقوقي آن، اين فناوری را به عنوان يك زمينه فرا رشته اي و فرابخش مطرح نموده است.
هر چند آزمايش ها و تحقيقات پيرامون نانوتكنولوژي از ابتداي دهه 80 قرن بيستم بطور جدي پيگيري شد، اما اثرات تحول آفرين، معجزه آسا و باورنكردني نانوتكنولوژي در روند تحقيق و توسعه باعث گرديد كه نظر تمامي كشورهاي بزرگ به اين موضوع جلب گردد و فناوري نانو را به عنوان يكي از مهمترين اولويتهاي تحقيقاتي خويش طي دهه اول قرن بيست و يكم محسوب نمايند. استفاده از اين فناوری در كليه علوم پزشكي، پتروشيمي، علوم مواد، صنايع دفاعي، الكترونيك، كامپوترهاي كوانتومي و غيره باعث شده كه تحقيقات در زمينه نانو به عنوان يك چالش اصلي علمي و صنعتي پيش روي جهانيان باشد. لذا محققين، اساتيد و صنعتگران ايراني نيز بايد در يك بسيج همگاني، جايگاه، موقعيت و وضعيت خويش را در خصوص اين موضوع مشخص نمايند و با يك برنامه ريزي علمي دقيق و كارشناسانه به حضوري فعال و حتي رقابتي سالم در اين جايگاه، عرض اندام و ابراز وجود نمايند و براي چنين كاري طراحي يك برنامه منسجم، فراگير و همه جانبه اجتناب ناپذير است.
نانوتكنولوژي و كاربردهاي آن
علوم و فناوري نانو، عنصر ي اساسي در درك بهتر طبيعت در دهههاي آتي خواهد بود. از جمله موارد مهم در آ ينده، همكاريهاي تحقيقاتي ميانرشتهاي، آموزش خاص و انتقال ايدهها و افراد به صنعت خواهد بود. بخشي از تأثيرات و كاربردهاي نانوتكنولوژي به شرح زير ميباشد:
1)توليد مواد و محصولات صنعتي :
نانوتكنولوژي تغيير بنياني مسيري است كه در آينده، موجب ساخت مواد و ابزارها خواهد شد. امكان سنتز بلوكهاي ساختماني نانو با اندازه و تركيب به دقّت كنترلشده و سپس چيدن آنها در ساختارهاي بزرگتر، كه داراي خواص و كاركرد منحصربهفرد باشند، انقلابي در مواد و فرآيندهاي توليد آنها، ايجاد ميكند. محقّقين قادر به ايجاد ساختارهايي از مواد خواهند شد كه در طبيعت نبوده و شيمي مرسوم نيز قادر به ايجادشان نبودهاست. برخي از مزاياي نانوساختارها عبارتست از: مواد سبكتر، قويتر و قابل برنامهريزي ؛ كاهش هزينة عمر كاري از طريق كاهش دفعات نقص فنّی، ابزارهايي نوين بر پاية اصول و معماري جديد، بكارگيري كارخانجات مولكولي يا خوشهاي كه مزيّت مونتاژ مواد در سطح نانو را دارند.
2 ) پزشكي و بدن انسان:
رفتار مولكولي در مقياس نانومتر، سيستمهاي زنده را اداره ميكند. يعني مقياسي كه شيمي، فيزيك، زيستشناسي و شبيهسازي كامپيوتري، همگي به آن سمت درحال گرايش هستند. فراتر از سهلشدن استفادة بهينه از دارو، نانوتكنولوژي ميتواند فرمولاسيون و مسيرهايي براي رهايش دارو ( Drug Delivery) تهيه كند، كه بهنحو حيرتانگيزي توان درماني داروها را افزايش ميدهد. مواد زيستسازگار با كارآيي بالا، از توانايي بشر در كنترل نانوساختارها حاصل خواهدشد. نانومواد سنتزي معدني و آلي را مثل اجزاي فعّال، ميتوان براي اعمال نقش تشخيصي (مثل ذرات كوانتومي كه براي مرئيسازي بكار ميرود) درون سلولها وارد نمود. افزايش توان محاسباتي بوسيلة نانوتكنولوژي، ترسيم وضعيت شبكههاي ماكرومولكولي را در محيطهاي واقعي ممكن ميسازد. اينگونه شبيهسازيها براي بهبود قطعات كاشتهشدة زيستسازگار در بدن و جهت فرآيند كشف دارو، الزامي خواهد بود.
3 ) دوامپذيري منابع كشاورزي، آب، انرژي، مواد و محيط زيست پاك:
نانوتكنولوژي چنانچه ذكر شد، منجر به تغييراتي شگرف در استفاده از منابع طبيعي، انرژي و آب خواهد شد پس آب و آلودگي را كاهش خواهد داد. همچنين فنّاوريهاي جديد، امكان بازيافت و استفادة مجدد از مواد، انرژي و آب را فراهم خواهند كرد. در زمینه محيط زيست، علوم و مهندسي نانو، ميتواند تأثير قابل ملاحظهای، در درك مولكولي فرآيندهاي مقياس نانو كه در طبيعت رخ می دهد، در ايجاد و درمان مسائل زيستمحيطي از طريق كنترل انتشار آلايندهها، در توسعة فنّاوريهاي "سبز" جديد كه محصولات جانبي ناخواستة كمتري دارند و در جريانات و مناطق حاوي فاضلاب، داشتهباشد. لازم به ذكراست، نانوتكنولوژي توان حذف آلودگيهاي كوچك از منابع آبي (كمتر از 200 نانومتر) و هوا (زير 20 نانومتر) و اندازهگيري و تخفيف مداوم آلودگي در مناطق بزرگتر را دارد.در زمينه انرژي ، نانوتكنولوژي ميتواند بهطور قابل ملاحظهاي كارآيي، ذخيرهسازي و توليد انرژي را تحت تأثير قرار داده مصرف انرژي را پايين بياورد. به عنوان مثال شركتهاي مواد شيميايي، مواد پليمري تقويتشده با نانوذرات را ساختهاند كه ميتواند جايگزين اجزاي فلزي بدنة اتومبيلها شود. استفاده گسترده از اين نانوكامپوزيتها ميتواند ساليانه 5/1 ميليارد ليتر صرفهجويي مصرف بنزين به همراه داشتهباشد.يا انتظار ميرود تغييرات عمدهاي در فنّاوري روشنايي در 10 سال آينده رخ دهد. ميتوان نيمههاديهاي مورد استفاده در ديودهاي نوراني (LED ها)را به مقدار زياد در ابعاد نانو توليد كرد. در امريكا ، تقريبا" 20% كل برق توليدي، صرف روشنايي (چه لامپهاي التهابي معمولي و چه فلوئورسنت) ميشود. مطابق پيشبينيها در 10 تا 15 سال آينده ، پيشرفتهايي از اين دست ميتواند مصرف جهاني را بيش از 10% كاهش دهد كه 100 ميليارد دلار در سال صرفهجويي و 200 ميليون تن كاهش انتشار كربن را بههمراه خواهدداشت.
4 ) هوا و فضا :
محدوديتهاي شديد سوخت براي حمل بار به مدار زمين و ماوراي آن، و علاقه به فرستادن فضاپيما براي مأموريتهاي طولاني به مناطق دور از خورشيد ، كاهش مداوم اندازه، وزن و توان مصرفي را اجتنابناپذير ميسازد. مواد و ابزارآلات نانوساختاري، اميد حل اين مشكل را بوجود آوردهاست. اکتشافی سیاره ای یا خورشیدی، تعیین کننده است. همچنین استفاده روز افزون از سیستمهای کوچک شده تمام خودکار، منجر به پيشرفتهاي شگرفي در فنّاوري ساخت و توليد خواهدشد. اين مسأله با توجه به اينكه محيط فضا، نيروي جاذبة كم و خلأ بالا دارد، موجب توسعة نانوساختارها و سيستمهاي نانو كه ساخت آنها در زمين ممكن نيست در فضا خواهدشد.
5 ) امنيت ملّي:
برخي كاربردهاي دفاعي نانوتكنولوژي عبارتند از: تسلط اطّلاعاتي از طريق نانوالكترونيك پيشرفته بعنوان يك قابليت مهم نظامي ، امكان آموزش مؤثّرتر نيرو، به كمك سيستمهاي واقعيت مجازي پيچيدهتر حاصله از الكترونيك نانوساختاري ، استفادة بيشتر از اتوماسيون و رباتيك پيشرفته براي جبران كاهش نيروي انساني نظامي، كاهش خطر براي سربازان و بهبود كارآيي خودروهاي نظامي ، دستيابي به كارآيي بالاتر (وزن كمتر و قدرت بيشتر) موردنياز در صحنههاي نظامي و در عينحال تعداد دفعات نقص فنّي كمتر و هز ينة كمتر در عمر كاري تجهيزات نظامي ، پيشرفت در امر شناسايي و در نتيجه مراقبت عوامل شيميايي، زيستي و هستهاي، بهبود طرّاحي در سيستمهاي مورد استفاده در كنترل و مديريت عدم تكثير سلاحهاي هستهاي ، تلفيق ابزارهاي نانو و ميكرومكانيكي جهت كنترل سيستمهاي دفاع هستهاي. در بسياري موارد، فرصتهاي اقتصادي و نظامي مكمّل هم هستند. كاربردهاي درازمدت نانوتكنولوژي در زمينههاي ديگر، پشتيباني كننده امنيت ملّي است و بالعكس.
6 ) كاربرد نانوتكنولوژي در صنعت الكترونيك
ذخيرهسازي اطلاعات در مقياس فوق العاده كوچك، با استفاده از اين فناوري ميتوان ظرفيت ذخيره سازي اطلاعات را در حد 1000 برابر يا بيشتر افزايش دهد و نهايتاً به ساخت ابزارهاي ابرمحاسباتي به كوچكي يك ساعت مچي منتهي شود. ظرفیت نهایی ذخیره اطلاعاتبه حدود يك ترابيت در هر اينچ ربع برسد، و اين امر موجب ميشود كه ذخيره سازي 50 عدد DVD يا بيشتر در يك هارد ديسك با ابعاد يك كارت اعتباري شود. ساخت تراشه ها در اندازه های فوق العاده کوچک به عنوان مثال در اندازه هاي 32 تا 90 نانو متر، توليد ديسكهاي نوری 100گیگابایتی در اندازه هاي كوچك نيز مي باشد. برخي شركتها از هم اكنون بهره برداري از برخي يافته هاي نانوتكنولوژي را آغاز كرده اند. به عنوان نمونه شركت آرايشي اورال از مواد نانو در محصولات آرايشي خود استفاده مي كند تا بر ميزان تاثير آنها بيفزايد. ساخت ديودهاي نوري با استفاده از مواد نانو موجب مي شود تا 80 درصد در هزينه برق صرفه جويي شود.توپهاي تنيسي كه با كربن 60 ساخته شده و روانه بازار گرديده سبكتر و مستحكمتر از توپهاي عادي است. شركتهاي ديگر با استفاده از مواد نانو پارچه هايي توليد كرده اند كه با يك بار تكاندن آنها مي توان حالت اتوي اوليه را به آنها بازگرداند و همه چين و چروكهايشان را زايل كرد. با همين يك بار تكان همه گردوخاكي كه به اين پارچه ها جذب شده اند نيز پاك مي شوند. نوارهاي زخم بندي هوشمندي با اين مواد درست شده كه به محض مشاهده نخستين علائم عفونت در مقياس مولكولي، پزشكان را مطلع مي سازند.از همين نوع مواد همچنين ليوانهايي توليد شده كه قابليت خود تميزكردن دارند. لنزها و عدسيهاي عينك ساخته شده از جنس مواد نانو ضد خش هستند و يك گروه از محققان تا آنجا پيش رفته اند كه درصددند با مواد نانو پوششهاي مناسبي توليد كنند كه سلولهاي حاوي ويروسهاي خطرناك نظير ويروس ايدز را در خود مي پوشاند و مانع خروج آنها مي شود. مهمترين نكته درباره موقعيت كنوني فناوري نانو آن است كه اكنون دانشمندان اين توانايي را پيدا كرده اند كه در تراز تك اتمها به بهره گيري از آنها بپردازند و اين توانايي بالقوه مي تواند زمينه ساز بسياري از تحولات بعدي شود. ایران در سال 2005 میلادی مقام 35 تولید علم در حوزه فناوری نانو را به خود اختصاص داده بود. این رتبه در فاصله سال های 2006 تا 2010 به ترتیب به 31، 23، 20، 16 و 10 ارتقاء پیدا کرده است. مشاهده می شود که سرعت عمل دانشمندان ایران در این حوزه موثر بوده و هر سال نسبت به سال قبل رتبه و جایگاه ایران را در بین کشورهایی که در فناوری نانو فعالیت می کنند ارتقاء بخشیده اند. در سال های 2011 و 2012 میلادی رتبه ایران با یک پله صعود به رتبه 9 ارتقاء می یابد و در سال 2013 میلادی نیز با دو پله صعود، ایران در جایگاه 7 تولید علم فناوری نانو قرار دارد. عایق های نانو پلیمر ترکیبی نیز یکی از مشتقات و نوآوریهای تکنولوژی نانو می باشد که چند سالی است در کشور های اروپایی و پیشرفته و نیز در حال توسعه موردا قرار می گیرند. و افتخار ما سهیم بودن در معرفی این محصول و در دسترس قرار دادن آن برای بهره مندی شما از این فناوری است.
نانو ذرات چگونه تولید می شوند؟
نانو ذرات به روش های مختلفی تولید می شوند. یکی از روش های دستیابی به ذرات در ابعاد نانومتر (9-10) استفاده از نیروی گریز از مرکز از طریق دستگاه های سانتریفیوژ (Centrifuge) می باشد. در ادامه ویدئو مربوط به مکانیزم عملکرد یکی از انواع این دستگاه های تولید نانو ذرات ارائه می گردد. این دستگاه ساخت کمپانی FRITSCH شرکت آلمان می باشد. از این دستگاه می توان برای آسیاب کردن ذرات ریز و درشت خشک ومرطوب از جنس های مختلف تا ابعاد نانومتر استفاده کرد. با توجه به ویدئو ارسالی، در این دستگاه گوی هایی با سختی متناسب با سختی مصالح مورد نظر به عنوان کوبنده هایی مورد استفاده قرار می گیرند. بر اثر چرخش دستگاه و نیروی گریز از مرکز ناشی از آن، نیروهای تماسی، برشی و اصطکاکی از جانب گوی ها و دیواره محفظه دستگاه به ذرات درون محفظه وارد شده و باعث خرد شدن ذرات می گردند. این دستگاه در ابعاد مختلف و با توان تولیدی متفاوت تولید گشته و در حال استفاده می باشد.
فناوری نوین نانو و کاربرد آن در صنعت ساختمان
دستیابی به فناوری نوین نانو و پیدایش نانو مواد متعدد با کاربری های مختلف در پروژه های عمرانی از جمله پیشرفت های اخیر در صنعت ساخت و ساز به شمار می آید. شرکت بازرگانی جهان نوآوران سپانو با توجه به نیاز روز افزون بازار ساختمان و تاسیسات، محصولات متنوع نانو را با توجه به شرایط آب و هوایی مختلف و همچنین نیاز و درخواست مصرف کنندگان و مشتریان به بازار عرضه می نماید. مواد نانو به عنوان موادي كه حداقل يكي از ابعاد آن (طول، عرض، ضخامت) زیر 100 نانومتر باشد تعريف شده اند. يك نانومتر يك هزارم ميكرون يا حدود 100000 برابر كوچكتر از موي انسان است.شرکت جهان نوآوران سپانو در راستای تحقق اهداف مجموعه، ارائه دهنده چندین محصول ضد آب سازی و عایق کاری به دست آمده از این فناوری مدرن با نام های نانوپلیمرترکیبی، درزگیر نانوپلیمر و گچ رنگی (Water Proof ) نانو پلیمر ترکیبی،عایق شفاف(جایگزین سیلر کیلر)،خشک کن سیمان و بتن و ... می باشد. این محصولات با واکنش در مقیاس مولکولی با سطوح، علاوه بر ایجاد خاصیت آب گریزی، بسیاری مزایای دیگر را نیز به ارمغان می آورند.
نانو عایق چیست؟
عایق حرارتی و رطوبتی نانو ماده جدیدی از فناوری نانو است که محافظ و عایق حرارتی مناسبی در مقابل هر سه نوع انتقال گرما شامل تشعشع، جابه جایی و همرفتی است. با این خصوصیت که می توان از آن به راحتی در ساختمان های در دست بهره برداری نیز استفاده کرد و هیچ گونه تغییر ظاهری در ترکیب ساختمان ایجاد نمی کند. نانو عایق به عنوان جدیدترین محصول عایق حرارتی تولید شده در جهان بوده که با استفاده از تکنولوژی نانو تولید می شود و دارای کمترین میزان انتقال حرارت در میان تمام عایق های موجود بوده و خصوصیت ویژه این محصول مایع بودن آن است که امکان استفاده از آن را توسط هر نوع وسیله رنگ آمیزی فراهم می کند. انواع تولیدات این تکنولوژی با خاصیت چسبندگی بالا امکان پوشش تمام سطوح را فراهم کرده و باعث جلوگیری از خوردگی زیر عایق که مهم ترین مشکل لوله های عایق شده است را فراهم می کند. نانو عایق تنها عایقی است که به راحتی همانند رنگ بر روی سطوح فلزی و غیرفلزی توسط پیستوله، برس و رول های نقاشی می توان استفاده کرد، بنابراین با صرف هزینه نسبتا کمی و بدون هیچ گونه تغییری در فضای ساختمان می توان از هدر رفتن انرژی جلوگیری کرد. این عایق انواع مختلفی دارد که نوع GP آن برای سطوح غیرفلزی و نوع PT آن برای سطوح فلزی کاربرد فراوان دارد. این محصول در عایقکاری فضاهای مسکونی، تجاری، مخازن، لوله های انتقال نفت و گاز و صنعت کشتی سازی کاربرد دارد. عایق های رطوبتی و حرارتی نانو جایگزینی مناسب و باداوم به جای ایزوگام و قیرمی باشند. این شرکت به عنوان نماینده ای مطمئن اقدام به فروش این عایق ها با ویژگی های فوق العاده دارد. استفاده از این نوع عایق ها که به صورت گسترده ای در حال استفاده در دنیاست، علاوه بر طولانی کردن عمر مصالح ساختمانی، عایق رطوبت، صوت، حرارت و الکتریسیته است.