کاربردهای نانو مواد

کاربردهای نانومواد

اگر به اخبار علمی علاقه مند باشید، می بینید که لحظه به لحظه کاربردی جدید برای نانومواد در عرصه های مختلف یافته می شود. تا جایی که این کاربردها دیگر محدود به مهندسی مواد، شیمی یا فیزیک نمی شوند. بلکه علوم هوافضا یا الکترونیک و دیگر علوم مختلف را نیز در بر می گیرند. در ادامه به طور خلاصه به برخی کاربردهای مهم نانو مواد اشاره خواهیم کرد.

محیط زیست

با افزایش آلاینده های صنعتی، کاربرد نانومواد برای از بین بردن این آلودگی ها رو به افزایش است. در سال های اخیر مقالات بی شماری در رابطه با حذف آلودگی هایی نظیر سرب، جیوه و مواد آلی سمی به وسیله نانومواد منتشر شده است.

جالب است بدانید که ساختارهای فوتوکاتالیست در این زمینه حرف اول را می زنند! مطالعه و بررسی بر روی تأثیرگذاری مواد نانو بر آلاینده های خاک و آب های زیرزمینی و خنثی کردن تأثیرات مخرب آن ها، از بحث های داغ سال های اخیر در حوزه محیط زیست است.

پزشکی

نانوذرات مغناطیسی، نانوساختارهای هسته-پوسته و ترکیبات نانوامولسیون، در دارو رسانی ساده تر از طریق وریدی و خوراکی و همچنین برای رهایش کنترل شده و تاخیری داروها کاربرد زیادی دارند. علاوه بر این، اعضای قابل کاشت در بدن، مانند دریچه های قلب، اندام های مورد نیاز در ترمیم های اورتوپدی ساخته شده از تیتانیوم و فولادهای ضد زنگ با سایر اعضای بدن سازگاری دارند و قابل کاربرد هستند.

همچنین استفاده از نانو کریستال های اکسید زیرکونیوم، به عنوان یک عنصر بسیار سخت، غیرخورنده و مقاوم در مقابل واکنش های بدن و سازگاری با آن گزینه بسیار خوبی برای روش های متداول است. نانو کریستال های سیلیکون کاربید نیز به علت وزن کم، مقاومت بسیار عالی و سازگاری با اعضای بدن برای ساخت دریچه های مصنوعی قلب به کار می روند. ساخت ربات هایی با کاربرد های بسیار متفاوت در بدن در اندازه های کوچک بخش مهمی از کاربردهای وسیع نانومواد در حوزه پزشکی را شامل می شود.

داروسازی

داروهایی که از نانو مواد بهره می گیرند، از قدرت عمل کنندگی مشخصی برخوردارند. این داروها قابلیت حس محیط آسیب دیده در بافت و تصمیم گیری در مورد چگونگی انتقال خود و مقدار مورد نیاز (دُز) و اجتناب از اثرگذاری جانبی و حساسیت آفرینی را با خود حمل می کنند.

این نوع داروها قبل از پیاده سازی خود در بافت، قادر به تشخیص مقدار مورد نیاز بوده و در صورتی که شرایط لازم برای پیاده سازی خود را مشاهده نکنند، خود را فعال نمی سازند. امروزه تراشه های «میکروشکاری» با اندازه چند ده نانومتر ساخته شده اند که در درمان سرطان بسیار کاربردی اند.

تولید کامپوزیت های خارق العاده

در فناوری نانو می توان با استفاده از نانو لوله، نانو سیم و به طور کلی ذرات نانومقیاس، کامپوزیت هایی چند منظوره تولید کرد. این کامپوزیت ها مجموعه ای از خواص عناصر تشکیل دهنده را دارند و در مجموع ساختار جدیدی با کاربردهای پیشرفته به وجود می آورند.

این کامپوزیت ها در پزشکی، ابزارهای بصری، الکترونیک و مغناطیس به کار می روند. همچنین کربن سیاه که اندازه آن به چند ده نانو می رسد، برای تقویت لاستیک وسایل نقلیه مورد استفاده قرار می گیرد. از یک نوع خاک رس (Nano Clay) که در ابعاد نانو باشد نیز برای ساخت سپر های مقاوم اتوموبیل ها استفاده می شود.

پوشش ها

استفاده از نانو مواد در پوشش هایی در اندازه نانو و یا چند اتم، امکانات ویژه ای را به وجود می آورد. برای مثال به تازگی شیشه هایی با پوشش دی اکسید تیتانیم ساخته شده که خواص ضد باکتری، دفع کننده آب و از بین برندگی مواد شیمیایی را دارند و به طور خودکار خود را تمیز می کنند!

کاربرد اصلی نانوپوشش ها در صنایع متالورژی است. چرا که می توان با ساخت پوشش های بسیار مقاوم در مقابل خش، به صورت یک یا چند لایه، از سایش و دیگر آسیب های مکانیکی جلوگیری کرد. طبق تحقیقات اخیر، با اعمال پوشش های نانومقیاس روی سطوح، رخ دادن ترک خستگی در فلزات به حداقل می رسد.

مواد اپتیکی

همان طور که گفتیم، نانو مواد به دلیل گسستگی در ترازهای انرژی شان خواص نوری جدیدی را از خود نشان می دهند. همین موضوع سبب شده که این مواد در کاربردهای اپتیکی مورد توجه قرار گیرند.تغییرات خواص پلاسمونیک در نانو مواد، باعث شده تا این مواد برای استفاده در سلول های خورشیدی، شیشه های تزئینی رنگی، صفحات کیهانی و… بسیار ایده آل باشند. برای مثال نانوذرات اکسید روی در ساخت شیشه های ضد آفتاب کاربرد زیادی دارند. یا خرده ذرات نانویی طلا و نقره به پیگمنت های رنگی در شیشه های رنگی افزوده می شوند.

مواد شیمیایی

در ساخت انواع محلول های شیمیایی و رنگ ها، از نانو مواد استفاده می شود. برای مثال از نانوذرات دوده برای سیاه رنگ جلوه دادن ماشین ها استفاده می شود یا زئولیت های نانو متخلخل، به منظور رها سازی آرام و رسانش موثر کودهای شیمیایی، عناصر غذایی و داروها به کار می روند. ساخت رنگ هایی با وزن کم نیز در حوزه کاربردهای شیمیایی نانو مواد می گنجد.

محلول های ضد باکتری استفاده بسیاری در تأسیسات تصفیه آب دارند و با وجود آن ها نیازی به استفاده از ضد باکتری مانند کلر نخواهد بود. نکته مهمی که در استفاده از نانو مواد در محلول ها مطرح است، مهار آن هاست. قبل از استفاده از ذراتی با ابعاد نانو در محلول ها، حتما باید چاره ای برای خارج کردن آن ها پس از به کارگیری اندیشید.

سوخت های نوین

امروزه استفاده از هیدروژن به عنوان یک سوخت میانی بسیار شدت گرفت است. ذخیره سازی هیدروژن می تواند با استفاده از نانولوله های کربنی در سلول های فوتووُلتائیک، گسیل کننده های آلی نور (ذرات کوانتومی)، نانولایه های کامپوزیتی پوشاننده سلول های خورشیدی و … انجام گیرد.تولید هیدروژن توسط نانو مواد فوتوکاتالیستی نظیر تیتانیوم دی اکساید یا اکسید روی، در این زمینه اهمیت زیادی دارد. امروزه هیدروژن به عنوان جانشین سوخت هیدروکربورها در جهان بسیار مورد توجه قرار گرفته است.

باتری ها

امروزه با گسترش لوازم الکترونیکی و همچنین اتوموبیل های برقی، لازم است باتری ها ویژگی های خاصی داشته باشند. ظرفیت ذخیره سازی انرژی بالا، نیمه عمر طولانی و پایدار، قابلیت شارژ سریع و ایمنی بالا، از ویژگی هایی هستند که استفاده از نانو مواد به باتری ها اضافه می کند. برای مثال باتری های لیتیومی فسفات آهن، با ترکیب کردن مواد کاتد با نانو الیاف رسانا و کاهش بسیار بهبود پیدا کرده اند.