up
Search      menu
علم و تکنولوژی :: مقاله نانوتکنولوژي PDF
QR code - نانوتکنولوژي

نانوتکنولوژي

کاربرد هاي نانوتکنولوژي

يکي از پيشوندهاي مقياس اندازه گيري در سيستم SI نانو به معني يک ميلياردم واحد آن مقياس است.براي مثال يک نانومتر معادل يک ميلياردم متر است. با توجه به اينکه يک سلول بدن بيش از صدها نانومتر است مي توان به کوچکي اين مقياس پي برد. از آنجايي که علوم نانو بخش وسيعي برگرفته از مباحث شيمي، فيزيک، بيولوژي، پزشکي، مهندسي و الکترونيک را در بر مي گيرد، گروه بندي آن بسيار پيچيده است.
يکي از پيشوندهاي مقياس اندازه گيري در سيستم SI نانو به معني يک ميلياردم واحد آن مقياس است.براي مثال يک نانومتر معادل يک ميلياردم متر است. با توجه به اينکه يک سلول بدن بيش از صدها نانومتر است مي توان به کوچکي اين مقياس پي برد. از آنجايي که علوم نانو بخش وسيعي برگرفته از مباحث شيمي، فيزيک، بيولوژي، پزشکي، مهندسي و الکترونيک را در بر مي گيرد، گروه بندي آن بسيار پيچيده است.
دانشمندان، علوم نانو را به چهار گروه شامل مواد (گروه اول)، مقياسها (گروه دوم)، تکنولوژي الکترونيک، اپتوالکترونيک، اطلاعات و ارتباطات (گروه سوم) و بيولوژي و پزشکي (گروه چهارم) طبقه بندي کرده اند. اين طبقه بندي باعث سهولت در بررسي اين علوم شده است البته تداخل برخي از بخش ها در يکديگر طبيعي است. برنامه هاي توسعه اين تکنولوژي به سه بخش کوتاه مدت (کمتر از پنج سال)، ميان مدت( بين۱۵-۵ سال) و بلند مدت (بيش از۲۰ سال) تقسيم بندي شده است. مواد نانو (nanomaterials) قابليت کنترل ساختار تشکيل دهنده مواد پيشرفته (از فولادهاي ساخته شده در اوايل قرن۱۹ تا انواع بسيار پيشرفته امروزي) در ابعاد کوچک و کوچکتر، در اندازه هاي ميکرو و نانو بوده است. هر قدر بتوانيم اين مواد را در ابعاد ريزتر و کنترل شده اي توليد کنيم خواهيم توانست مواد جديدي را با قابليت و عملکردهاي بسيار عالي به دست آوريم. تاکنون تعاريف متعددي از مواد نانو ارائه شده است اما در يک تعريف جامع مي توان گفت موادي در اين گروه قرار مي گيرند که يکي از ابعاد اضلاع آنها از۱۰۰ نانومتر کوچکتر باشد.
يکي از اين گروهها »لايه ها« است. لايه ها يک بعدي هستند که در دو بُعد ديگر توسعه مي يابند مانند فيلم هاي نازک و پوششها. برخي از قطعات کامپيوتر جزو اين گروه هستند. گروه بعدي شامل موادي است که داراي دو بعد هستند و در يک بعد ديگر گسترش مي يابند و شامل لوله ها و سيمها مي شوند. گروه مواد سه بعدي در نانو شامل ذرات، نقطه هاي کوانتمي (ذرات کوچک مواد نيمه هاديها) و نظاير آنها مي شوند. دو ويژگي مهم، مواد نانو را از ديگر گروهها متمايز مي سازد که عبارتند از افزايش سطح مواد و تاثيرات کوانتمي. اين عوامل مي توانند باعث ايجاد تغييرات و يا به وجود آمدن خواص ويژه اي مانند تاثير در واکنشها، مقاومت مکانيکي و مشخصه هاي ويژه الکتريکي در مواد نانو شوند. همانگونه که اندازه اين مواد کاهش مي يابد، تعداد بيشتري از اتمها در سطح قرار خواهند گرفت. براي مثال، اتم هاي موادي به اندازه۳۰ نانومتر به ميزان۵ درصد،۱۰ نانومتر به ميزان۲۰ درصد و۳ نانومتر به ميزان۵۰ درصد در سطح قرار دارند.
در نتيجه مواد نانو با ذرات کوچکتر در مقايسه با مواد نانو با ذرات بزرگتر داراي سطح بيشتري در واحد جرم هستند. با توجه به ازدياد سطح در اين مواد، تماس ماده با ساير عناصر بيشتر شده و موجب افزايش واکنش با آنها مي شود. اين عمل منجر به تغييرات عمده در شرايط مکانيکي و الکترونيکي اين مواد خواهد شد. براي مثال سطوح بين ذرات کريستالها در بيشتر فلزات باعث تحمل فشارهاي مکانيکي بر آن مي شود. اگر اين فلزات در مقياس نانو ساخته شوند، با توجه به ازدياد سطح بين کريستالها، مقاومت مکانيکي آن به شدت افزايش مي يابد.
براي مثال فلز نيکل در مقياس نانو مقاومتي بيشتر از فولاد سخت شده دارد. به موازات تاثيرات ازدياد سطح، اثرات کوانتمي با کاهش اندازه مواد (به مقياس نانو) موجب تغيير در خواص اين مواد مي شود (تغيير در خواص بصري، الکتريکي و جاذبه). موادي که تحت تاثير اين تغييرات قرار مي گيرند ذرات کوانتمي، ليزرهاي کوانتمي براي الکترونيک بصري هستند. همانگونه که بيش از اين گفته شد مواد نانو، به سه گروه يک، دو و سه بُعدي طبقه بندي شده اند.
▪ مواد نانوي يک بعدي:
اين مواد شامل فيلم هاي بسيار نازک و سطوح مهندسي است و در ساخت ابزار الکتريکي و شيميايي و مدارهاي الکترونيکي ساده و مرکب کاربرد وسيعي دارند. امروزه کنترل ضخامت لايه ها تا اندازه يک اتم صورت مي پذيرد و ساختار اين لايه ها حتي در مواد پيچيده اي مانند روانکارها شناخته شده است. لايه هاي مونو که قطر آنها به اندازه يک ملکول و يا يک اتم است، در علوم شيمي کاربرد وسيعي دارند. يکي از کاربردهاي اين لايه ها ساخت سطوحي است که خود را بازسازي کنند.
▪ مواد نانوي دوبعدي:
به تازگي کاربرد مواد نانوي دو بعدي در توليد سيم و لوله ها افزايش يافته و توجه دانشمندان را به دليل وجود خواص ويژه مکانيکي و الکترونيکي به خود جلب کرده است. در زير به چند نمونه ساخته شده در اين گروه اشاره مي شود.
۱) نانو لوله هاي کربني، CNTs :
از رول کردن ورقهاي گرافيتي يک يا چند لايه ساخته شده و قطر آنها چند نانو و طولشان چند ميکرومتر است.ساختار مکانيکي اين مواد مانند الماس بسيار سخت است اما در محورهاي خود نرم و تاشو هستند.همچنين اين مواد هادي الکتريکي بسيار عالي هستند. نوع غير عالي نانو لوله هاي کربني مانند موليبيد يوم دي سولفايد پس از CNTs ساخته شده است. اين مواد داراي ويژگي هاي منحصر به فردي همچون روانکاري، مقاومت در برابر ضربات امواج شوکها، واکنشهاي کاتاليزي و ظرفيت بالا در ذخيره هيدروژن و ليتيم هستند.
لوله هاي مواد پايه اکسيدي مانند اکسيد تيتانيم، براي کاربردهاي کاتاليزي، کاتاليزرهاي نوري و ذخيره انرژي به صورت تجاري به بازار عرضه شده اند.
۲) نانو سيمها:
اين سيمها از قرار گرفتن ذرات بسيار ريز از مواد مختلف به صورت خطي ساخته مي شوند. نانوسيمهاي نيمه هادي از سيليکون، نيترات گاليم و فسفات اينديوم ساخته شده و داراي قابليتهاي بسيار خوب نوري، الکتريکي و مغناطيسي است و نوع سيليکوني اين سيمها مي تواند بخوبي در يک شعاع بسيار کوچک بدون آسيب رساني به ساختار سيم خم شود. اين سيمها براي ثبت مغناطيسي اطلاعات در حافظه کامپيوترها، وسايل نانوالکترونيکي و نوري و اتصال مکانيکي ذرات کوانتمي به کار مي روند.
۳) بيوپليمرها:
انواع گوناگون بيوپليمرها، مانند ملکولهاي DNA ، در خودسازي نانوسيمها در توليد مواد بسيار پيچيده به کار مي روند. همچنين اين مواد داراي قابليت اتصال نانو و بيوتکنولوژي براي ساخت سنسور و موتورهاي کوچک هستند.
▪ مواد نانوي سه بعدي:
اين مواد به آن گروه تعلق دارد که قطري کمتر از۱۰۰ نانومتر داشته باشند. مواد نانوي سه بعدي در اندازه هاي بزرگتر ساختار متفاوتي داشته و طيف وسيعي از مواد را در جهان تشکيل مي دهند و صدها سال است که به صورت طبيعي در زمين يافت مي شوند. مواد توليد شده از عوامل فتوشيميايي، فعاليت هاي آتش فشانها، مواد محترق از پختن غذا، مواد متصاعد از احتراق سوخت ماشين ها و مواد آلاينده توليد شده در صنايع جزو اين گروه از مواد هستند. اين مواد به علت رفتار متفاوت در واکنش هاي شيميايي و بصري بسيار مورد توجه قرار دارند. براي مثال اکسيد تيتانيوم و روي که بصورت شفاف و فرانما، جاذب و منعکس کننده نور ماوراي بنفش در صفحات خورشيدي به کار مي روند در ابعاد نانو هستند. اين مواد کاربردهاي بسيار ويژه اي در ساخت رنگها و داروها (به ويژه داروهايي که تجويز آنها فقط براي يک عضو مشخص بدن و بدون تاثير بر ساير اعضاست) دارند. مواد نانوي سه بُعدي شامل مواد بسياري مي شود که به چند نمونه از آنها اشاره مي کنيم.
۱) کربن۶۰ (فوله رنس Fullerenes) :
در اوايل سال۱۹۸۰ گروه جديدي از ترکيبات کربني بنام کربن۶۰، ساخته شد. کربن۶۰ ، کروي شکل، به قطر۱ نانومتر و شامل۶۰ اتم کربن است که به علت شباهت ساختار مولکولي آن با گنبدهاي کروي ساخته شده توسط مهندس معماري بنام بوخ مينستر فولر بنام »فوله رنس« نامگذاري شد. در سال۱۹۹۰ ، روش هاي ساخت کوانتم هاي کربن۶۰ با مقاومت حرارتي ميله هاي گرافيتي در محيط هليم بدست آمد. اين ماده در ساخت بلبرينگ هاي مينياتوري و مدارهاي الکترونيکي کاربرد وسيعي دارند.
۲) دِن دريمرز (Dendrimers) :
دن دريمرز از يک ملکول پليمر کروي تشکيل شده و با يک روش سلسله مراتبي خود سازي توليد مي شوند. انواع گوناگوني از اين مواد به اندازه هاي چند نانومتر وجود دارند. دن دريمرز در ساخت پوششها، جوهر و حمل دارو به بدن کاربرد فراواني دارند. همچنين در تصفيه خانه ها به منظور بدام انداختن يونهاي فلزات که مي توان به وسيله فيلترهاي مخصوص از آب جدا شوند از اين مواد استفاده مي شود.
۳) ذرات کوانتمي:
مطالعات در مورد ذرات کوانتمي در سال۱۹۷۰ شروع شد و در سال۱۹۸۰ اين گروه از مواد نانوي نيمه هادي ساخته شدند. اگر ذرات اين نيمه هادي ها به اندازه کافي کوچک شوند، تاثيرات کوانتمي ظاهر شده و مي توانند ميزان انرژي الکترونها و حفره ها را کاهش دهند. از آنجايي که انرژي با طول موج ارتباط مستقيم دارد در نتيجه خواص نوري مواد بصورت بسيار حساس قابل تنظيم خواهد شد و مي توان با کنترل ذرات، جذب يا دفع طول موج خاص در يک ماده را امکان پذير ساخت. به تازگي با ردگيري مولکولهاي بيولوژي با کنترل سطح انرژي اين ماده، کاربردهاي جديدي از آن کشف شده است. در حال حاضر استفاده از مواد نانو رو به افزايش است و به علت خواص بسيار ويژه آنها، تحقيقات در يافتن مواد جديد همچون گذشته ادامه دارد.

نانوتکنولوژي يا کاربرد فناوري در مقياس يک ميليونيم متر ، جهان حيرت انگيزي را پيش روي دانشمندان قرار داده است که در تاريخ بشريت نظيري براي آن نمي توان ...

نانوتكنولوژي به عنوان يك فناوري قدرتمند، توانايي ايجاد تحول در سيستم كشاورزي و صنايع غذايي آمريكا و سر تاسر دنيا را دارد. نمونه هايي از كاربردها و پتا ...

فناوري نانو ميتواند اثرات قابل توجهي در صنعت نفت داشته باشد، در مطلب زير بعد از اشاره به برخي از اين تأثيرات، تعدادي از کاربردهاي فناوري نانو در صنعت ...

يکي از پيشوندهاي مقياس اندازه گيري در سيستم SI نانو به معني يک ميلياردم واحد آن مقياس است.براي مثال يک نانومتر معادل يک ميلياردم متر است. با توجه به ا ...

زمان ظهور نانوسراميک ها را مي توان دهه ۹۰ ميلادي دانست. در اين زمان بود که با توجه به خواص بسيار مطلوب پودرهاي نانوسراميکي، توجهاتي به سمت آنها جلب شد ...

فناوري نانو عبارت است از هنر دستکاري مواد در مقياس اتمي يا مولکولي و به خصوص ساخت قطعات و لوازم ميکروسکوپي (مانند روبات هاي ميکروسکپي) ۱) پزشکي و بدن ...

با پيشرفت علم و تکنولوژي در جهان، مرتباً بر تعداد واژه هاي تخصصي افزوده مي شود. در اين ميان، گسترش علوم و تکنولوژي نانو و تعامل آن با بيو تکنولوژي، من ...

نانوتکنولوژي بعنوان يک فنا وري کاربردي در دهه هاي اخير مورد توجه قرار گرفته است. کاربرد اين فناوري در حوزه هاي مختلف، متفاوت است. اين فناوري با توليد ...

دانلود نسخه PDF - نانوتکنولوژي