نانو مواد چیست؟

نانو مواد را می‌توان به‌عنوان موادی تعریف کرد که دارای حداقل یک بعد خارجی با اندازه یک تا صد نانومتر هستند. تعریف ارائه شده توسط کمیسیون اروپا بیان می‌کند که حداقل اندازه نیمی از ذرات توزیع شده در نمونه باید حدود صد نانومتر یا کمتر باشد. مواد نانو می‌توانند طی فرایندهای طبیعی و به‌عنوان محصولات جانبی حاصل از واکنش‌های احتراق و یا به طور هدفمند از طریق علم مهندسی برای انجام یک عملکرد تخصصی تولید شوند. این مواد می‌توانند خواص فیزیکی و شیمیایی متفاوتی نسبت به دیگر مواد داشته باشند. در ادامه علاوه بر معرفی این مواد، به بررسی خواص، کاربردها و سایر نکات مرتبط با آنها خواهیم پرداخت.

معرفی نانو مواد

دانش نانو مواد علمی است که به ذرات می‌پردازد و علاوه بر اندازه، خواص مواد نیز بسیار اهمیت دارند. این علم در زیر مجموعه دانش‌های تجربی همچون فیزیک و شیمی قرار می‌گیرد. فناوری نانو در حقیقت‌دانش دست‌کاری‌کردن ساختار مواد در مقیاس مولکولی و بهبود خواص آنها است. وقتی مواد دارای اندازه نانو هستند، خواص متفاوتی از خود نشان می‌دهند به طور مثال، فلز مس را در نظر بگیرید که در حد نانو دارای خصوصیات کاملاً متفاوت است و ظاهری شفاف دارد. عملکرد نانومواد با مواد معمولی کاملاً متفاوت است. فعال‌شدن مواد بی‌اثر و خنثی و کاهش چشمگیر دمای ذوب مواد نانو از جمله تفاوت‌های بارز این مواد با دیگر مواد است.

خواص نانو مواد

آن چیزی که منجر به پیشرفت روزافزون دانش نانو مواد و واردشدن آن به عرصه‌های صنعتی مختلف می‌شود، از خواص مهم آن ناشی می‌شوند. برای مواد نانو خواص مهم زیادی می‌توان برشمرد که در ادامه به مهم‌ترین آنها می‌پردازیم.

خواص آنتی‌باکتریال: اینکه میکروب‌ها روی مواد نانو نمی‌توانند رشد کنند، به‌عنوان خاصیت آنتی‌باکتریال برای آنها شناخته می‌شود برخی از مواد نانو مانند طلا و نقره این خصوصیت را کاملاً دارا هستند. ازاین‌رو از نانوتکنولوژی در صنایع مهم آرایشی، بهداشتی، نساجی و غیره استفاده می‌شود.

خواص مغناطیسی نانومواد: برخی از نانومواد علی‌رغم ذراتی که دارای اندازه‌های معمولی و فاقد خواص مغناطیسی هستند، می‌توانند خواص مغناطیسی داشته باشند. این امر نوعی مزیت برای آنها به‌حساب می‌آید و باعث می‌شود تا از آنها در حیطه پزشکی و درمان استفاده گردد.

علاوه بر موارد فوق، باید بدانید که مواد در مقیاس نانو خواص متفاوت دیگری هم پیدا می‌کنند از جمله اینکه واکنش‌پذیری آنها افزایش پیدا می‌کند؛ ازاین‌رو به‌عنوان کاتالیزور و یا در سوخت موشکی کارایی دارند. همچنین، خواص فیزیکی مهم مواد مانند خاصیت الکتریکی، حرارتی، نقطه ذوب و غیره در آنها تغییر می‌کند. تغییر هر کدام از این خواص خود می‌تواند دلیلی علمی جهت استفاده از نانومواد در عرصه‌های مختلف باشد.

کاربردهای نانو مواد در شیمی

نانو مواد در حوزه مراقبت‌های بهداشتی با اهداف تولید دارو کارایی دارند. تحویل دارو یا دارورسانی از جمله اقدامات مهم پزشکی است که با کمک مواد نانو به‌درستی صورت می‌پذیرد. به‌عنوان‌مثال، برای انتقال مستقیم داروهای شیمی‌درمانی به سمت غده‌های سرطانی و رساندن دارو به مناطقی از شریان‌ها باهدف مبارزه با بیماری‌های قلبی و عروقی از نانو مواد استفاده می‌شود. در هوافضا می‌توان از نانولوله‌های کربنی در شکل‌دهی به بال‌های هواپیما استفاده کرد. نانولوله‌ها به‌صورت مرکب برای خم‌شدن در پاسخ به اعمال ولتاژ الکتریکی استفاده می‌شوند.

در صنعت آرایشی و بهداشتی، نانوذرات معدنی مانند اکسید تیتانیوم در تولید ضد آفتاب‌ها کارایی دارند. چرا که نانوذرات اکسید تیتانیوم درست مانند مواد حجیم می‌توانند محافظت بهتری در برابر اشعه ماورای‌بنفش داشته باشند. در صنعت ورزش از نانوموادی مانند نانولوله‌های کربنی برای ساخت لوازم ورزشی مرغوب‌تر مانند چوب بیسبال، و غیره استفاده می‌گردد. از مواد نانو به‌عنوان لایه محافظت‌کننده از لوازم مختلف زندگی همچون میز و صندلی استفاده می‌شود. برای کنترل آلودگی و جلوگیری از رشد باکتری در تولید انواع لباس نیز از فناوری نانو استفاده می‌گردد.

مزایای مواد نانو

خواص نانومواد، به‌ویژه اندازه آنها، مزایای مختلفی را در مقایسه با شکل توده‌ای مواد ارائه می‌دهد و تطبیق‌پذیری و مفیدبودن آنها از نظر توانایی مناسب‌سازی آنها برای نیازهای خاص را برجسته می‌کند. در بخش انرژی، استفاده از نانو مواد ازاین‌جهت سودمند است که می‌تواند روش‌های تولید انرژی مانند پنل‌های خورشیدی را کارآمدتر و مقرون‌به‌صرفه‌تر کند. همچنین، راه‌های جدیدی را برای استفاده و ذخیره انرژی باز می‌کند.

کاربرد نانومواد در حیطه صنعت الکترونیک و محاسبات نیز با مزایایی همراه است. استفاده از آنها باعث افزایش دقت در ساخت مدارهای الکترونیکی در سطح اتمی می‌شود و به توسعه محصولات الکترونیکی متعدد کمک می‌کند. نسبت بسیار زیاد سطح به حجم نانو مواد که امکان پیوند سلول‌ها و مواد فعال را فراهم می‌کند، به‌ویژه در استفاده از آنها در زمینه پزشکی مفید است. این امر منجر به مزیت آشکار افزایش احتمال موفقیت در مبارزه با بیماری‌های مختلف می‌شود.

روشهای ساخت نانو مواد

از جمله متداول‌ترین روش‌های تولید نانو مواد دو روش زیر را می‌توان ذکر کرد:

بالابه‌پایین: در این روش از مواد توده‌ای برای تولید نانو مواد از طریق عملیاتهایی مانند جداکردن، شکستن و برش‌دادن استفاده می‌گردد؛ بنابراین در این روش به انرژی‌های زیادی از نوع حرارتی شیمیایی و مکانیکی نیاز است.

پایین‌به‌بالا: در این روش اتم‌های مواد نانو به‌صورت تکی تشکیل می‌شوند و از تجمع آنها نانو مواد به‌صورت بلور حاصل می‌شوند. اغلب این شیوه‌ها از روش‌های مکانیزم هسته‌زایی تبعیت می‌کنند.

مهندسی نانو مواد

دانش مطالعه، تغییر اندازه و شکل مواد نانو در مقیاس یک تا صد نانومتر و بررسی خواص آنها به‌منظور پی‌بردن به کاربردهای مواد در شاخه‌ای از علوم مهندسی، به‌عنوان رشته نانوفناوری شناخته می‌شود. این رشته یک زمینه بین‌رشته‌ای موضوعات گسترده‌ای را شامل می‌شود و بیشترین ارتباط را با گرایش‌های مختلف رشته‌های شیمی و فیزیک دارد. دانستنی‌ها در رشته نانوفناوری بسیار گسترده است و یکی از سریع‌ترین فناوری‌های پیشرفته است.

سوالات متداول نانو مواد چیست؟

 ۱- مهم‌ترین معایب مواد نانو کدام‌اند؟

تولید برخی آلاینده‌ها و اثرات زیست‌محیطی منفی مهم‌ترین عیب برای نانو مواد به شمار می‌آید.

 ۲- مهم‌ترین کاربرد مواد نانو چیست؟

در بسیاری از صنایع استفاده از مواد نانو منجر به بهبود سطح کیفی محصولات می‌گردد. درحالی‌که در پزشکی به‌عنوان یک ماده حیات‌بخش شناخته می‌شود، بنابراین مهم‌ترین کاربرد آن در صنعت پزشکی است.

 ۳- نانومواد را از نظر شکلی در حالت کلی به چند دسته می‌توان تقسیم کرد؟

این محصولات در کل به چهار دسته نانوذرات، لایه‌های نازک، لایه‌های نانو مواد حجیم و نانوسیم‌ها دسته‌بندی می‌شوند.

 ۴- ایران از نظر پیشرفت در نانوتکنولوژی در چه سطحی قرار دارد؟

کشور ایران پیشرفت خیره‌کننده‌ای در زمینه نانو داشته و هم اکنون در رده سوم جهانی قرار دارد.

 ۵- تاریخچه و سابقه شکل‌گیری نانوتکنولوژی در ایران چند ساله است؟

برای اولین‌بار مبحث شروع به کار در زمینه فناوری نانو در کشور در سال ۱۳۷۹ مطرح شد. فعالیت‌های عملی نیز در سال ۱۳۸۰ به شکلی جدی آغاز شدند.