نانو چیست؟

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 نانوتکنولوژیبه 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 ۵ الی۱۰ اتم درکنار يگديگر است، مکعبی باابعاد ۲.۵ نانومتر تقريبا ۱۰۰۰ 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 ۲۹ دسامبر ۱۹۵۹ 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 ۱۰ 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 ۱۹۸۱ که میکروسکوپ های تونلی روبشی به بازار آمدند و امکان مشاهده اتم های منفرد فراهم شد.علم نانو درمفاهیم پایهتصور این‌که نانوتکنولوژی چقدر کوچک است مشکل است. یک نانو متر یک میلیاردم متر است که آن را با ۹-۱۰ (۱۰ به توان ۹-) نشان می‌دهند. برای درک بهتر و ملموس‌تر فناوری نانو به این چند مثال دقت کنید:۲۵ میلیون و ۴۰۰ هزار نانومتر تشکیل یک اینچ را می‌دهد.یک ورقه روزنامه حدود ۱۰۰ نانو متر ضخامت دارد.در مقام مقایسه اگر یک سنگ مرمر قطری به اندازه ۱ 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 ۳۰ 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 نانودسته 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.ساختارنانوفن‌آوری 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 ۱۰۰ 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 دارندنانومواد 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 صفربعدیصنعت 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 نانوتقریبا 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 هدفمندفناوری نانو در صنعت خودروفناوری نانو تکنولوژی در ساختمان و صنعت ساخت و سازفناوری نانو درصنعت نفت و گازفناوری نانو در صنعت رنگ نماجمع بندیاصولا از آنجایی که پدیده فناوری نانو در صنایع مختلف یک چیز جدید است باید اطلاعات کافی را جب این فناوری به صورت علمی را داشت. تا بهتر بتوانید محصولات نانو را درک کنید و تفاوت محصولات تقلبی که به اسم نانو منتشر می‌شود را، تشخیص دهید. پس ما سعی کردیم یه توضیح مختصری راجب علم وسیع نانو بدهیم جهت اطلاعات بیش‌تر از اینجا اقدام نمایید.