کاربرد نانو

   نانو تکنولوژی از دانش‌های کاملا میان‌رشته‌ای است که به رشته‌هایی چون پزشکی، دامپزشکی، زیست‌شناسی، فیزیک کاربردی، مهندسی مواد، ابزارهای نیمه‌رسانا، شیمی ابرمولکول و حتی مهندسی مکانیک، مهندسی برق و مهندسی شیمی نیز مربوط می‌شود.

تا‌کنون نانو تکنولوژی در زمینه‌های زیادی ورود پیدا کرده و پژوهشگرانی که در عرصه نانو تکنولوژی فعالیت می‌کنند توانسته‌اند با استفاده از این فناوری به ساخت الیاف نفوذناپذیر، انواع یونیفورم‌های ضد‌گلوله و مقاوم در برابر مواد شیمیایی و روکش‌های مختلف دست پیدا کنند.

کاربرد نانو

 

حتی محققان موفق شده‌اند از سلیکون، نانو حسگر نیز بسازند. یکی از بخش‌های نانو‌فناوری که کمتر به آن پرداخته شده و دانشمندان توانسته‌اند در این عرصه به موفقیت‌های قابل توجهی برسند، بخش ساخت نانو ‌آنتن است. البته نانو‌آنتن‌ها خود برای کاربردهای متفاوتی ابداع و ساخته شده‌اند. در یکی از آخرین پژوهش‌هایی که در این زمینه انجام گرفته دانشمندان توانسته‌اند با الهام از فرایند فتوسنتز یک نوع نانو آنتن جدید ابداع کنند.

دانشمندان کانادایی نانو آنتن‌هایی را با الهام از فرایند طبیعی فتوسنتز، برای کنترل و هدایت انرژی جذب شده از نور خورشید ابداع کرده‌اند.

 

کاربرد نانو

 

آنتن‌هایی برای هدایت نور خورشید

شانا کلی و تد سارگنت، سرپرستان این تیم تحقیقاتی از دانشگاه تورنتو در این باره می‌گویند:

ما گونه‌های مختلفی از نانو ذرات را توسعه داده‌ایم که دارای برخی از مواد موجود داخل DNA هستند. ساختارهای پیچیده ما(نانوآنتن‌های ابداعی) می‌توانند مانند آنتن‌های واقعی، انرژی را جمع‌آوری و در یک نقطه متمرکز کنند. ساختارهای ما همچنین همانند آنتن‌هایی که نور را در برگ‌های درختان ذخیره می‌کنند می‌توانند طول موج‌های نور خورشید را دریافت کنند.


کاربرد نانو

نانوآنتن‌های امنیتی

چندی قبل یک تیم بین‌المللی از محققان موفق به ابداع نوع جدیدی از نانوآنتن‌ها شده بودند که این امید را به‌وجود آورد که روزی بتوان از این نانوآنتن‌ها در کاربردهای امنیتی برای تشخیص داروها و مواد تشعشع‌زا استفاده شود. چگونگی عملکرد این نانوآنتن‌ها همانند آنتن‌های متداول و معمولی است با این تفاوت که به جای جمع‌آوری امواج رادیویی نور را جمع‌آوری می‌کنند و میلیون‌ها بار کوچک‌تر از آنتن‌های معمولی هستند. این نانوآنتن‌ها به این دلیل ممتاز و بی‌نظیر هستند که از یک الگوی تکرار‌شونده تشکیل شده‌اند که از کنار هم قرار گرفتن این الگوها ساختارهای بزرگ‌تر شکل می‌گیرند.

این روش نوین به این معنی است که نانوآنتن‌های ساخته‌شده با این روش را می‌توان در ابعاد بسیار کوچک یا در ابعاد بزرگ‌تر تا اندازه یک تار موی انسان به کار برد.

 

کاربرد نانو

 

فناوری نانوآنتن لیزری

این فناوری که تحت عنوان آنتن لیزری پلاسمونیک نیز نامیده می‌شود می‌تواند 5ترابایت داده را روی یک دیسک نوری در ابعاد مشابه یک سی‌دی یا دی‌وی‌دی ذخیره کند. در فناوری آنتن‌ نانو یک اشعه لیزر برای ایجاد یک نقطه‌ بسیار کوچک نور، متمرکز می‌شود و همین مسئله سبب می‌شود که هر بیت داده، روی یک دیسک نوری فضای کوچکی را اشغال کند. علاوه بر این می‌توان از این فناوری در ابزارهای دیگری مانند ذره‌بین‌ها و طیــف‌نماهای اسپگتروسکوپی لیزری استفاده کرد. محققان دانشگاه هاروارد اعلام کرده‌اند که این فناوری در ابتدای کار، به‌جای استفاده در حافظه‌های نوری بیشتر در این نوع دستگاه‌ها (ذره‌بین‌ها و طیــف‌نماهای اسپگتروسکوپی لیزری) مورد استفاده قرار بگیرد.

کاربرد نانو

فناوری نانو

فناوری نانو یا نانوتکنولوژی رشته‌ای از دانش کاربردی و فناوری است که جستارهای گسترده‌ای را پوشش می‌دهد. موضوع اصلی آن نیز مهار ماده یا دستگاه‌های در ابعاد کمتر از یک میکرومتر، معمولاً حدود یک تا ۱۰۰ نانو متر است. در واقع نانو تکنولوژی فهم و به‌کارگیری خواص جدیدی از مواد و سیستم‌هایی در این ابعاد است که اثرات فیزیکی جدیدی عمدتا متأثر از غلبه خواص کوانتومی بر خواص کلاسیک از خود نشان می‌دهند. نانو تکنولوژی می‌تواند به‌عنوان ادامه دانش کنونی به ابعاد نانو یا طرح‌ریزی دانش کنونی بر پایه‌هایی جدیدتر و امروزی‌تر باشد.

 

کاربرد نانو

مواد نانو

مواد نانو قابلیت کنترل ساختار تشکیل‌دهنده مواد پیشرفته (از فولادهای ساخته شده در اوایل قرن۱۹ تا انواع بسیار پیشرفته امروزی) در ابعاد کوچک و کوچک‌تر، در اندازه‌های میکرو و نانو را دارند. هر قدر بتوانیم این مواد را در ابعاد ریزتر و کنترل شده‌ای تولید کنیم خواهیم توانست مواد جدیدی را با قابلیت و عملکردهای بسیار عالی به دست آوریم. تاکنون تعاریف متعددی از مواد نانو ارائه شده است اما در یک تعریف جامع می‌توان گفت که موادی در این گروه قرار می‌گیرند که یکی از ابعاد اضلاع آنها از۱۰۰ نانومتر کوچک‌تر باشد. یکی از این گروه‌ها، لایه‌هاست. لایه‌ها یک بعدی هستند که در 2 بعد دیگر توسعه می‌یابند؛ مانند فیلم‌های نازک و پوشش‌ها. برخی از قطعات کامپیوتر جزو این گروه هستند.

 

کاربرد نانو

 

گروه بعدی شامل موادی است که دارای 2بعد هستند و در یک بعد دیگر گسترش می‌یابند و شامل لوله‌ها و سیم‌ها می‌شوند. گروه مواد سه‌بعدی در نانو، شامل ذرات، نقطه‌های کوانتومی (ذرات کوچک) و نظایر آنها می‌شوند.

2 ویژگی مهم، مواد نانو را از دیگر گروه‌ها متمایز می‌سازد که عبارت است از افزایش سطح مواد و تأثیرات کوانتومی. این عوامل می‌توانند باعث ایجاد تغییرات یا به‌وجود آمدن خواص ویژه‌ای مانند تأثیر در واکنش‌ها، مقاومت مکانیکی و مشخصه‌های ویژه الکتریکی در مواد نانو شوند. همانگونه که اندازه این مواد کاهش می‌یابد، تعداد بیشتری از اتم‌ها در سطح قرار خواهند گرفت.

در نتیجه مواد نانو با ذرات کوچک‌تر در مقایسه با مواد نانو با ذرات بزرگ‌تر دارای سطح بیشتری در واحد جرم هستند. با توجه به ازدیاد سطح در این مواد، تماس ماده با سایر عناصر بیشتر شده و موجب افزایش واکنش با آنها می‌شود. این عمل منجر به تغییرات عمده در شرایط مکانیکی و الکترونیکی این مواد خواهد شد.

 

کاربرد نانو

 

برای مثال سطوح بین ذرات کریستال‌ها در بیشتر فلزات باعث تحمل فشارهای مکانیکی بر آن می‌شود. اگر این فلزات در مقیاس نانو ساخته شوند، با توجه به ازدیاد سطح بین کریستال‌ها، مقاومت مکانیکی آن به‌شدت افزایش می‌یابد. برای مثال فلز نیکل در مقیاس نانو، مقاومتی بیشتر از فولاد سخت شده دارد. به موازات تأثیرات ازدیاد سطح، اثرات کوانتومی با کاهش اندازه مواد (به مقیاس نانو) موجب تغییر در خواص این مواد می‌شود؛ تغییر در خواص بصری، الکتریکی و جاذبه. همان‌گونه که بیش از این گفته شد مواد نانو، به سه گروه، یک، دو و سه‌بعدی طبقه‌بندی شده‌اند.

کاربرد نانو

مواد نانوی یک بعدی:

این مواد شامل فیلم‌های بسیار نازک و سطوح مهندسی هستند و در ساخت ابزار الکتریکی و شیمیایی و مدارهای الکترونیکی ساده و مرکب کاربرد وسیعی دارند. امروزه کنترل ضخامت لایه‌ها تا اندازه یک اتم صورت می‌پذیرد و ساختار این لایه‌ها حتی در مواد پیچیده‌ای مانند روانکارها شناخته شده است. لایه‌های نانو که قطر آنها به اندازه یک مولکول یا یک اتم است، در علوم شیمی کاربرد وسیعی دارند. یکی از کاربردهای این لایه‌ها ساخت سطوحی است که خود را بازسازی کنند.

مواد نانوی دوبعدی:

به‌تازگی کاربرد مواد نانوی دو‌بعدی در تولید سیم و لوله‌ها افزایش یافته و توجه دانشمندان را به‌دلیل وجود خواص ویژه مکانیکی و الکترونیکی به‌خود جلب کرده است.

 

کاربرد نانو

 

محققان دانشگاه Würzburg، پیشرفت‌های قابل توجهی را در زمینه‌ی ایجاد فتوسنتز مصنوعی انجام دادند. آنها هزاران مولکول شبیه به هم را درون یک ماده به شکل کپسول قرار دادند و ساختار پیچیده‌ای را ایجاد نمودند. این کپسول 20 تا 50 نانومتری می‌تواند در ایجاد فتوسنتز مصنوعی مورد استفاده قرار گیرد.

در پدیده‌ی فتوسنتز، نور خورشید به‌وسیله‌ی مولکول‌هایی جذب و از طریق مولکول‌های واسطه در گیاه منتقل می‌گردد و در نهایت به شکل شیمیایی ذخیره می‌شود. این ذخیره‌سازی به شکل هیدرات کربن است و بعدها به مصرف جانداران دیگر می‌رسد. مشابه این پدیده می‌تواند در نانوکپسول ساخته‌شده در دانشگاه Würzburg اتفاق رخ دهد، یعنی مولکول‌های مورد نیاز درون نانوکپسول قرار گرفته، پدیده‌ی فتوسنتز مصنوعی انجام شود. البته می‌توان بازده فرایند را بیشتر از فتوسنتز طبیعی کرد و به این شکل غشاء سطحی به شکلی طراحی شود که در محدوده‌های وسیع‌تری از طول موج، نور را جذب کند.

 کاربرد نانو

 

جنس این نانوکپسول از ترکیبات آمفی‌فیلیک (ترکیباتی که دارای گروه‌های عاملی حل‌شونده در آب و هم غیر حل‌شونده در آب هستند) بیسمید پریلن است. اگر این ترکیب در آب قرار گیرد به شکل کپسول درمی‌آید؛ اما پایدار نیست. تنها در صورتی که با تابش نور فتوپلیمریزه گردد در محیط آبی پایدار می‌شود (صرف نظر از این که pH محیط چقدر باشد). درون این کپسول با ترکیبات بیسپیرن پر می‌شود؛ بیسپیرن‌ها قادرند شکل خود را متناسب با محیط تغییر دهند، به‌طوری که در محیط‌های اسیدی آنها حالت کشیده به خود می‌گیرند و اگر در این محیط به آنها پرتو فرابنفش تابیده شود، نور فلورسانس آبی از خود منتشر می‌کنند. با افزایش pH محیط مولکول شروع به خمیده شدن و انتشار نور فلورسانس سبز می‌کند. در این حالت بیسپیرن پوسته‌ی کپسول را تحریک و پوسته‌ی نور قرمز را منتشر می‌کند.

 

کاربرد نانو

 

بنابراین می‌توان از این کپسول‌ها به‌عنوان حسگرهای زیستی در تشخیص اسیدیته محیط استفاده کرد. در واقع علاوه بر فتوسنتز مصنوعی، می‌توان دستگاه اندازه‌گیری pH با حساسیت بسیار بالا در حد نانومقیاس را با این نانوکپسول‌ها ساخت، همچنین از این نانوکپسول‌ها می‌توان در تشخیص پزشکی نیز استفاده کرد؛ به این شکل که سطح کپسول را به ساختارهای ویژه‌ای پوشش داده به طوری که بتوانند به سطح تومور بچسبند، سپس با استفاده از خاصیت نشر فلورسانس آنها محل تومور را شناسایی کرد.

اطلاعات تکمیلی برگ مصنوعی و تولید برق