فناوری نانو به عنوان یکی از پیشرفت‌های برتر دهه‌های اخیر، به سرعت به یکی از مهم‌ترین حوزه‌های تحقیقاتی و کاربردی در دنیای امروز تبدیل شده است. با استفاده از ابزارها و تکنیک‌های نانومتری، ما قادر به تهیه، کنترل و بهینه‌سازی مواد و ساختارها در ابعاد نانومتری هستیم. از نگاه دانش شیمی علم نانو دانش جدیدی نیست. از صدها سال پیش با وارد کردن ذرات نانو در ساختار شیشه، شیشه‌هایی به رنگ نارنجی، قرمز، بنفش یا سبز ساخته شده است. انیشتین در قسمتی از دانشنامه دکترای خود اندازه مولکول قند را یک نانومتر محاسبه کرده بود. بنابراین هم شیشه گران باستان و هم انیشتین دانشمندان علم نانو بودند. چیزی که دانش نوین نانو را از آنها متمایز می‌کند به کارگیری فناوری‌های پیشرفته برای ایجاد تغییرات در حد نانومتر است.
فناوری نانو
فناوری نانو علم و تکنولوژی مربوط به تحقیق، طراحی، ساخت و کاربرد مواد و دستگاه‌ها در سطح نانومتر است. نانومتر به معنای یک میلیاردمتر است. در این مقیاس طولی، مواد و ساختارها خصوصیات خاصی به خاطر حجم و سطح نانویی که دارند، از خواص متفاوتی برخوردار می‌شوند. نانو تکنولوژی شامل مطالعه و کنترل خواص و رفتار مواد در سطح نانومتر است. به عنوان مثال: در سطح نانو، مواد می‌توانند خواص الکترونیکی، نوری، مکانیکی و حرارتی منحصر به فردی داشته باشند که با اندازه‌گیری و تغییر ابعاد نانومتری آنها قابل کنترل هستند.
نانو تکنولوژی در حال حاضر در بسیاری از صنایع و زمینههای کاربردی مورد استفاده قرار می‌گیرد، از جمله: الکترونیک، پزشکی، انرژی، محیط زیست، مواد، کشاورزی و ارتباطات. به عنوان مثال: در الکترونیک نانو، تولید تراشه‌هایی با اندازه‌های نانومتری باعث بهبود عملکرد و کاهش اندازه و وزن دستگاه‌ها می‌شود. همچنین نانو تکنولوژی می‌تواند در حل مسائل پزشکی نیز تاثیرگذار باشد، از جمله تشخیص و درمان بیماری‌ها، تولید داروهای نانو، محیط زیست و سیستم‌های بیولوژیکی.
مزیت و کاربرد فناوری نانو
یکی از مزیت‌های برجسته این فناوری، توانایی اعمال این تغییرات خاص در خواص مواد بر اساس نیازها و کاربردهای مختلف است. به عنوان مثال: با تغییر اندازه و توزیع نانوذرات در یک ماده، میتوان خواص مکانیکی، الکتریکی، حرارتی و نوری آن را بهبود بخشید. همچنین امکان ترکیب نانومواد با مواد دیگر و ایجاد ساختارهای ترکیبی نانومتری با خواص جدید و فوق‌العاده نیز وجود دارد.
تکنولوژی نانو در بسیاری از صنایع و زمینههای کاربردی مختلف از جمله الکترونیک، پزشکی، انرژی، محیط زیست، مواد و پوشش‌ها، الکتروکاتالیز، حسگرها، فوتونیک، اپتیک و بسیاری موارد دیگر کاربرد دارد. همچنین تحقیقات در حوزه نانو تکنولوژی بازتاب‌های بسیاری در علوم پایه مانند: فیزیک، شیمی و بیولوژی دارد و باعث تعامل و همکاری بین رشته‌های مختلف علوم شده است.
اهمیت فناوری نانو
نانو تکنولوژی که به مطالعه و کاربرد مواد در ابعاد نانومتری (یک میلیاردمتر) می‌پردازد، در دهه‌های اخیر به عنوان یکی از مهم‌ترین زمینههای تحقیقاتی و فناورانه شناخته شده است. اهمیت نانو تکنولوژی به دلیل ویژگیهای منحصر به فرد مواد نانومتری و پتانسیل بالای آنها در بهبود عملکرد و کاربردهای مختلف در صنایع و علوم مختلف است.
- افزایش عملکرد و بهبود خواص مواد: با کاهش اندازه مواد به ابعاد نانومتری، خواص آنها می‌تواند به طور چشمگیری تغییر کند. مثلا: مواد نانومتری می‌توانند خواص الکتریکی، مغناطیسی، مکانیکی و حرارتی بهبود یابند. این امر منجر به ایجاد مواد با عملکرد بهتر در صنایع مختلف می‌شود.
- کاربردهای پزشکی و بهداشتی: فناوری نانو در زمینه پزشکی و بهداشتی اهمیت بسزایی دارد. برای مثال: نانوذرات می‌توانند در طراحی داروهای هدفمند و کنترل آنها در بدن مفید باشند. همچنین استفاده از سیستم‌های نانوساختار برای تشخیص بیماری‌ها و ساماندهی تراشه‌های جدیدی مانند تراشه‌های DNA نیز در حال تحقق است.
- صنایع الکترونیک و ارتباطات: استفاده از نانو تکنولوژی در صنعت الکترونیک و ارتباطات بهبود عملکرد دستگاه‌ها و کاهش اندازه و وزن آنها را امکان پذیر می‌کند. مثلا استفاده از ترانزیستورهای نانومتری در ایجاد تراشه‌های با سرعت بالا و مصرف کمتر انرژی، اهمیت بسیاری دارد.
- صنعت انرژی: فناوری نانو در صنعت انرژی نیز کاربردهای فراوانی دارد. برای مثال استفاده از سلول‌های خورشیدی نانومتری برای تبدیل انرژی خورشید به برق با کارایی بالا و هزینه کم، توسعه سیستم‌های باتری با ظرفیت بالا و زمان شارژ کمتر، و استفاده از کاتالیزورهای نانومتری در تولید و فرآوری سوخت‌ها.
- حفاظت محیط زیست: نانو تکنولوژی می‌تواند در بهبود و کاهش آلودگی محیط زیست نیز نقش مهمی ایفا کند. به عنوان مثال، استفاده از نانومواد در تصفیه آب، افزایش بازدهی سلول‌های خورشیدی، تولید کاتالیزورهای قابل استفاده در فرآیندهای حذف آلاینده‌ها، و بهبود کارایی سیستم‌های ذخیره انرژی.
اهمیت نانو تکنولوژی در زمینههای مختلف به دلیل کاربردهای فراوان و پتانسیل بالای آن در بهبود و نوآوری صنایع و علوم مختلف، قابل توجه است. با توسعه این فناوری امکانات جدیدی برای پژوهشگران، متخصصان و صنعت‌ها فراهم می‌شود.
نحوه کار مواد نانو
مواد نانو تشکیل شده از نانوذرات کوچکی هستند که در ابعاد نانومتر یا کمتر قرار می‌گیرند. این ذرات نانو می‌توانند به صورت خودمختار یا به عنوان یک بخش از یک سیستم بزرگتر و قابل مشاهده تهیه شوند. روشهای مختلفی برای تهیه مواد نانو وجود دارد و به وسیلهی این روشها میتوان ویژگیهای خاصی مانند: حجم، شکل، ساختار و خواص مکانیکی و الکترونیکی ذرات نانو را کنترل کرد. برخی از روشهای رایج برای تهیه مواد نانو عبارتند از:
- روش فیزیکی: این روش شامل فرآیندهایی مانند: تبخیر، رسوب‌گذاری، آسیاب کردن مکانیکی، لیتوگرافی و اشعه زنی است. در این روشها، مواد اولیه به صورت گاز، مایع یا جامد استفاده می‌شوند و با تغییر شرایط فیزیکی مانند: دما، فشار و غلظت، ذرات نانو تشکیل می‌شوند.
- روش شیمیایی: این روش شامل فرآیندهایی مانند: راکتورهای شیمیایی، تهیه سل-ژل و رسوب‌گذاری شیمیایی است. در این روش، مواد اولیه در حضور مواد شیمیایی و با تغییر پارامترهای شیمیایی مانند: دما، pH و غلظت، به ذرات نانو تبدیل می‌شوند.
- روش بیولوژیکی: این روش شامل استفاده از سازوکارهای بیولوژیکی مانند: روشهای زیست‌مهندسی ژنتیک، سنتز زیستی و ساختاردهی مولکولی بیولوژیکی است. در این روش، مواد زیستی مانند پروتئین‌ها، آنزیم‌ها و سلول‌ها به منظور تهیه ذرات نانو استفاده می‌شوند.
مواد نانو با توجه به خواص و کاربردهای خود در زمینههای مختلف مانند: الکترونیک، پزشکی، انرژی، محیط زیست و مواد پیشرفته بسیار مورد توجه قرار گرفته‌اند. با ادامه‌ی پژوهش‌ها و توسعه‌ی فناوری‌های مربوط به مواد نانو، امیدواریم که بتوانیم از این مواد در زمینههای مختلف بهره‌برداری بهتری داشته باشیم.
نتیجه گیری
نانوتکنولوژی پتانسیل‌های زیادی در جوانب مختلف دارد. این شامل بهبود عملکرد تجهیزات الکترونیکی مانند: تراشه‌ها، افزایش کارایی سلول‌های خورشیدی، تولید مواد سبک و بادوام، کاهش مصرف انرژی در صنایع، تشخیص و درمان بیماری‌ها و تولید داروها، تصفیه آب و بهبود تجهیزات نظامی می‌باشد. در کل فناوری نانو امکانات بسیار زیادی برای ما در دست‌ها قرار می‌دهد و احتمالا در آینده اثرات و کاربردهای بیشتری خواهد داشت.
