نانو تکنولوژی

مقدمه

امروزه با جرات می توان گفت که نانو تکنولوژی علم فرداست . در این عصر کشور قدرتمند همیشه از لحاظ علمی مقایسه می شود .برای مثال به عقیده ی بسیاری پیروزی آمریکا در جنگ جهانی دوم به علت تحقیقات انیشتن و بمب اتم است . برای همین این تحقیق را تهیّه کردیم تا نگاهی جدید را به نانو تکنولوژی داشته باشید و آن را جدّی بگیرید . امید وارم از مطالب این تحقیق استفاده برده و نواقص آن را ببخشید .

نانو متر

یک نانو متر یک میلیاردیم متر است . برای سنجش طول پیوندهای کربن ، یا فاصله ی میان دو اتم کربن بازه ی 12 تا 15 نانو متر به کار می رود ؛ همچنین طول یک جفت دی ان ای نزدیک به 2 نانو متر است ؛ و از سوی دیگر کوچک ترین باکتری سلول دار 200 نانومتر است . اگر بخواهیم برای دریافتن مفهوم اندازه ی یک نانومتر نسبت به متر سنجشی انجام دهیم می نوانیم اندازه ی آن را مانند اندازه ی یک تیله به کره ی زمین بدانیم . یا شکلی دیگر یک نانو متر اندازه ی رشد ریش انسان در طول زمانی است که برای بلند کردن تیغ از صورتش بگذرد.

تاریخچه ی نانو

انسان از دیرباز به طور غیر مستقیم تا حدودی به خاصیت ذرات ریز پی برده بود.به عنوان مثال،افزودن طلا و نقره به خمیر ظروف چینی یا سفالی و تاثیر آن در ایجاد خاصیت رنگ چند گانه در این ظروف ، از حدود قرن چهارم میلادی برای انسان شناخته شده بوده است.جام مشهور لیکر گوس از جمله این ظروف می باشد که در نور غیر مستقیم برنگ سبز و در نور مستقیم خورشید نقوش برجسته آن بر رنگ قرمز و بدنه ی آن تقریباً شفاف دیده می شود. خاضیت عجیب این جام ، آن را به عنوان نمادی از خدای افسانه رومی "لیگر گوس" تبدیل نموده بود . پس از قرن ها ،امروزه به خوبی می دانیم که وجود نانو ذرٌات طلا و نقره با ابعاد حدود 50 تا 80 نانو متر در خمیر سفال به کار رفته براب ساخت این ظروف، موجب این خاصیت می شود . مثال دیگر در این مورد ، ساخت شیشه های رنگی توسط ایتالیایی ها و به کار گرفتن آن ها در ساخت کلیسای مشهور شهر میلان می باشد.با مخلوط شدن خمیر گداخته شیشه و فلز،نانو ذرٌات فلز حاصله ، نه تنها موجب کدر شدن شیشه نمی شدند، بلکه رنگ زیبایی نیز به شیشه می دادند . این شیشه ها به خاطر زیبایی و به عنوان نمادی از تقدس ، در ساخت پنجره های کلیسای تاریخی شهر میلان به کار گرفته اند.به همین ترتیب در قرن هفدهم میلادی، اطلاعات به دست آمده نشان دهنده خاصیت تغییر پذیری زیاد وحساسیت برخی مواد در برابر نور بود.از این مواد،در ساخت اولین نمونه های فیلم های عکاسی استفاده شد و به تدریج با بهینه سازی آن ها،صنعت عکس برداری توسعه یافت امروزه می دانیم که این مواد دارای ذراتی بسیار ریز و نزدیک به دنیای نانو بوده اند. در سال 1875 ،اولین نمونه از محلول طلا ی کلویـیدی توسط دانشمند مشهور مایکل فارادی ساخته شد.بدون شک این دانشمند در آن زمان نمی دانسته که در داخل این محلول،ذرات طلا دارای ابعاد نانو متری بوده و در آینده از این ذرات برای ساخت سامانه های مختلفی مانند سیستم های تشخیصی و نیز الکترونیکی استفاده خواهد شد.می توان این بخش از اطلاعات و فعالیت ها را با نام "فناوری نانوی کهن یا قدیم" نامید. در فناوری نانو ی کهن ،انسان اگر چه به طور غیر مستقیم از فراورده ها و خواص ناشی از نانو ذرات بهره مند بوده است، ولی هیچگونه آگاهی قبلی نسبت به اصل موضوع نداشته و عملا امکان کنترل ، کند و کاو و در نهایت ساخت نانو ذرات را نداشته است. سال 1959 را می توان تاریخ آغاز "فناوری نانو ی جدید یا نوین " دانست.در این سال دانشمند مشهور دکتر ریچارد فاینمن در کالیفرنیا برگزار شد ، اعلام نمود که "فضا های بیشتری در محدوده های پایین وجود دارد ." در واقع در بسیاری از منابع علمی مرتبط با فناوری نانو، این سخن رانی و ایده هایی که دکتر فاینمن در طی آن ارایه نمود، به عنوان اولین بنای این علم محسوب شده است .

دکتر ریچارد فیلیپس فاینمن ، در تاریخ یازدهم ماه می سال 1918 در آمریکا و در شهر منهتن نیویورک به دنیا آمد . پدر او علاقه مند بود تا پسرش یک معلم فیزیک صاحب نام شود و لذا فاینمن در طول سال های تحصیلش ،در مورد علوم ریاضی و فیزیک بسیار مطالعه می کرد . وی همچنین برای آزمایش در زمینه ی الکتریسیته ، یک آزمایشگاه در خانه اش برپا نمود.فاینمن از نماد های ریاضیاتی خودش برای توابعی مانند سینوس،کسینوس،تانژانت و استفاده می کرد. این دانشمند در دبیرستان فار راک اوی به تحصیل پرداخت و در سال آخر دبیرستان برنده جایزه ی ریاضی دانشگاه نیویورک شد. پس از اتمام دبیرستان تمایل به ادامه تحصیل داشت اما به جز موسسهُ فناوری ماساچوست ،بقیه دانشگاه ها به خاطر نمراتش از پذیرش وی خودداری نمودند. به هر حال فاینمن در سال 1935 وارد موسسهُ فناوری ماساچوست شد و در سال 1939 در رشته ی فیزیک در مقطع لیسانس فارغ التحصیل گردید.در سال 1942،وی پروژه ی تحقیقاتی دوره ی دکتری خود را که روی ساخت بمب اتم (1942-1941) بود ، به اتمام رسانید و دکترای خود را از دانشگاه پرینستون دریافت نمود.او پس از دریافت مدرک دکترا ،به لوس آلاموس رفت تا در سن 25 سالگی به عنوان یکی از محققان ارشد علمی،کار روی ساخت بمب اتم را ادامه دهد . سپس فاینمن به عنوان رییس بخش تیوری این گروه منصوب گردید.در سال 1945،فاینمن به عنوان استاد فیزیک تیوری در دانشگاه کرنل به فعالیت پرداخت در بین سال های 1952 تا 1959 ، به عنوان استاد مدعو برای تدریس فیزیک تیوری در موسسه فناوری کالیفرنیا مشغول به کار شد.بعد از آن سال نیز تا زمان فوت خود در سال 1988،در سمت استاد درس فیزیک تیوری در آن دانشگاه مشغول به کار بود. این دانشمند مشهور،موفق به دریافت جوایز ارزشمندی در رشته ی کاری خود گردید.جایزه ی آلبرت انیشتن از دانشگاه پرینستون به سال1954، جایزه ی آلبرت انیشتن از دانشکده پزشکی و جایزه ی لورنس در سال 1963 جوایزی بودند که ریچارد فاینمن موفق به اخذ آن ها گردید. این محقق در سال 1965 به خاطر مطالعات و دستاورد های ارزشمندش در زمینه ی توسعه الکترودینامیک کوانتوم که تیوری اثر متقابل ذرات و اتم ها را در میدان های تشعشعی تشریح می نماید،به شهرت رسید.وی در بخشی از کار هایش آن دچه را که امروزه به نام "دیاگرام فاینمن"نامیده می شود، ترسیم نمود که با توجه به ارزش خاص آن،موفق شد جایزه ی نوبل آن سال را به اتفاق دو محقق دیگر به نام های جی-شوینگر و اس آی .توموناگا اخذ نمایید.دیاگرام فاینمن ، در واقع منحنی نمودار مکان – زمان اثر متقابل ذرات را نشان می دهد . پروفسور فاینمن علاوه بر انجمن فیزیک آمریکا ، عضو انجمن آمریکایی علوم پیشرفته و آکادمی ملی علوم نیز بود این دانشمند معروف در سال1965 به عنوان عضو خارجی انجمن سلطنتی انگلستان انتخاب شد . دکتر فاینمن در 29 دسامبر سال 1959 ، مقاله ای انقلابی درباره ی قابلیت های فناوری نانو در آینده منتشر ساخت . که بسیاری آن را سنگ بنای اول این فناوری می دانند.فاینمن در آن سال در مهمانی شامی که توسط انجمن فیزیک آمریکا برگزار شده بود، سخنرانی کرد و ایده های جدیدی را درباره ی فناوری نانو برای عموم مردم ارایه داد . عنوان سخنرانی او بسیار جالب بود:((فضای زیادی در سطوح پایین وجود دارد)) با وجود موقعیت هایی که توسط بسیاری از محققین دیگر تا آن زمان کسب شده بود،ولی جامعه ی علمی ، دکتر ریچارد فاینمن را به عنوان پایه گذار علم نانو فناوری می شناسد . سخنرانی او شامل این مطلب بود که می توان تمام مطلب دایرة معارف بریتانیا را روی یک سنجاق نگارش کرد . یعنی ابعاد آن را به اندازه یک اعشاری 25000/1 ابعاد واقعیش کوچک کرد.او همچنین از دو تایی کردن اتم ها برای کاهش ابعاد کامپیوتر ها سخن گفت(در آن زمان ابعاد کامپیوتر ها بسیار بزرگتر از ابعاد کنونی بودند اما او احتمال می داد که ابعاد آن ها را بتوان حتی از ابعاد کامپیوتر های کنونی نیز کوچکتر کرد). او همچنین در آن سخنرانی توسعه بیشتر فناوری نانو را پیش بینی نمود.وی در پایان سخنرانی 1000دلار برای اخترع اولین الکتروموتوری که ابعادش حداکثر 64/1 اینچ مکعب باشد، پیشنهاد داد . او همچنین جایزه ای را برای اولین کسی که بتواند یک صفحه کتاب را در ابعادی بسیار کوچک بنویسد پیشنهاد کرد.ابعاد این صفحه کتاب می بایست به اندازه ای باشد که بتوان آن را به کمک یک میکروسکوپ الکترونی خواند.این ایده ها در سال های 1960 و 1985 تحقق یافتند و جایزه های آن ها نیز پرداخت شد.دکتر ریچارد فاینمن با خانم گونت هوارث ازدواج کرد که ثمره ی این ازدواج تولد پسری به نام کارل ریچارد در 22 آوریل 1961 و نیز دختری به نام میشل کاترین در 13 آگوست سال 1968 بود. متاًسفانه فاینمن در سال 1988 به خاطر سرطان شکم در مرکز پزشکی لوس آنجلس درگذشت. یاد این دانشمند بزرگ همواره به خاطر گشودن دریچه های نوینی در قلمرو علم فیزیک به سوی ما،در ذهن ها باقی می ماند .

|31.59.10.41 ‏۲۸ ژانویه ۲۰۱۲، ساعت ۱۷:۴۰ (UTC)}}== توجّه کشور های پیشرفته به نانو ==

بازیگران اصلی صحنه ی نانو آمریکا و ژاپن هستند . در این میان پیشرفت های خوبی در ایران نیز صورت گرفته . از جمله لباس هایی با فناوری نانو . حال به این مطلب و چرا ناسا به نانو تکنولوژی توجه دارد توجه کنید تا ارزش این علم را دریابید .

--31.59.10.41 ‏۲۸ ژانویه ۲۰۱۲، ساعت ۱۷:۴۰ (UTC)

نانو تکنولوژی چرا در ناسا مورد توجه قرار دارد ؟

ناسا که بزرگ ترین و مجهز ترین مرکز تحقیقاتی هوا فضا و پژوهشی در جهان است که در کشور آمریکا قرار دارد به دلایل زیر تمامی پروژه های خود را معطوف به نانوتکنولوژی نموده است . زیر ساخت های پیشرفته کلید اعتماد جهت علوم جدید و ماموریت های اکتشافی می باشد . سنسور ها ، منبع تغذیه ها ، مخابرات ، راه داری و سیستم های رو به جلو با ابعاد مادون کوچک با جرم بسیار پایین و مصرف پایین در ناسا مورد نیاز است . انقلاب هایی که در الکترونیک و کامپیوتر انجام می گیرد اجازه می دهد که پیکر بندی مجدد ، استقلال ، تفکر را در فضا پیماهای جدید ایجاد نماییم . نانو تکنولوژی است که طیف گستردهای از ساخت قطعات و سیستم هایی را می تواند ادامه دهد که بتوانیم معماری جدید را در فضاپیماهای خود ارائه دهیم و کهکشان های جدید و فضا را در تسخیر در آوریم با تکنیک های زیر : پروب های بسیار کوچک بر روی سطح سیارات . وسایلی که می توانند جهش ، پرواز و کانال بزنند . کلکسیونی از میکرو فضاپیماها که می توانند اندازه گیری های متفاوتی را ارائه دهند .

گوشه ای از استفاده های نانو

استفاده های نانو تکنولوژی در حمل و نقل : نیروی بالا ، وزن سبک جهت راندمآن بالا مصرف سوخت . سنسور های دمای بسیار بالا جهت استفاده در زیر کاپوت ماشین . گسترش صفحات نمایش دهنده . تکنولوژی باطری . لاستیک هایی با مقاومت بسیار بالا . اتوبان های اتوماتیک . بدنه ی ضدّ حرارت با روکش های بسیار مقاوم . امنیت دفاعی (سیستم های دفاعی) : با حساسیت های بسیار بالا سنسور های با توان پایین جهت شناسایی حمله های شیمیایی ، بیو و هسته ای . طرح های نظامی با وزن های بسیار سبک ، دارای سیستم های ایمنی و حفاظت سربازان ، با کاهش سوخت وسایل لجستیکی . افزایش عملیات در واحد وزن .

موانع توسعه ی فناوری نانو

مسائل زیست محیطی نوآوری های بزرگ ، معمولا با خطرات زیست محیطی زیادی همراه اند . فناوری نانو نیز این چنین است . نانو ذرّات پخش شده ، ممکن است وارد سلول های انسان شده و اثرات غیر قابل پیش بینی برای بدن ایجاد کنند . ممکن است نانو روبات ها ی خود آرا ، از کنترل انسان خارج شده و جهان ما را به یک بلغم خاکستری تبدیل کنند . به خاطر همین دلایل است که برخی گروه های تندرو حامی محیط زیست ، با تحقیقات در زمینه ی فناوری نانو و فناوری های زیستی مخالف اند . با این حال ، فناوری نانو به دلیل وجود خطرات بالقوه و احتمالی ، متوقف نشده و نخواهد شد . از یک سو منافع حاصل از این فناوری زیاد است به حدی که اقتصاد و جامعه توان مقاومت در برابر آن را ندارند . در عصر رقابت جهانی ، تأخیر در انجام تحقیقات ، هزینه های سنگینی را برای اقتصاد یک کشور به همراه خواهد داشت . از دیگر سو ، تاریخ به ما نشان داده است که تحت راهنمایی های مناسب دولت ، فناوری های پیشرفت زیست محیطی برای کنترل و جلوگیری از خطرات ایجاد شده اوسط فناوری های نو ، به دست می آید . چاره این مشکل این نیست که همانند خواسته ی مخالفان تندرو ، مسیر تکاملی فناوری را متوقف سازیم بلکه باید مکانیسمی متعادل برای تشویق و کنترل این تکامل ایجاد کنیم . درست است که در حال حاضر ، با خطرات مواد زاید نانو مقیاس تهدید می شویم ، اما نباید فراموش کنیم که ابزار حمایتی و درمانی قدرتمند نانو مقیاس را نیز در اختیار داریم . ما باید اثرات فناوری های جدید بر محیط زیست را به طور کامل درک کرده و تصمیمات مناسبی برای مواجهه با این خطرات اتّخاذ کنیم . با این حال ، تحت مدیریت خوب ، از زندگی متعادل در سطحی بالاتر لذّت می بریم . مسائل امنیتی با وجود نانو کارخانه های شخصی که می توانند تقریبا هر خواسته ی انسان را با قیمت بسیار پایین و به هر تعداد لازم ، تولید کند ممکن است زندگی روزمره ی اجتماعی با خطراتی بزرگتر از ویروس های رایانه ای و یا هکر های اینترنتی مواجه شود . یک همسایه بد ، می تواند زندگی هر کسی را خراب کند . گروه های تروریستی یا کشور های کوچک ، می توانند سلاح های بسیار پیشرفته ای تولید کنند تا دنیا را در اختیار بگیرند . این امکان ، می تواند منجربه مسابقه ای تسلیحاتی شود که بسیار ناپایدار تر از مسابقه ی تسلیحاتی هسته ای است ، زیرا توسعه ی این سلاح ها ، ارزان تر و سریع تر بوده و پنهان کردن آنها نیز آسان تر است . جنایتکاران می توانند ابزار بسیار کوچک و هوشمندی برای جاسوسی فرستاده و زندگی شما را تیره سازند ، مگر اینکه برای حفاظت از خود پولی به آنها بپردازید . با این حال ، فناوری نانو در عین حال مسائل سیاسی را بهبود می بخشد . نانو حسگر هایی که می توانند حتی مولکول ها را نیز تشخیص دهند . همه جا نصب می شوند . سیستم های بیومتری پیشرفته می توانند یک تروریست مظنون را بلافاصله شناسایی کنند . نانو فیلتر ها ، تمام ذرّات مضر آب را تصفیه می کنند . بدنه ی خودرو ها که از نانو مواد ساخته خواهند شد ، محکم تر بوده و در برابر آسیب های شیمیایی و حرارتی بسیار مقاومتر خواهند بود . مسائل اشتغال شکی نیست که با توسعه ی فناوری نانو ، مسائل مربوط به اشتغال به میزان زیادی تغییر خواهد کرد . نانو کارخانه های بسیار یکپارچه که ظرفیت تولیدی برابر با یک کارخانه ی دارای پانصد نیروی کار دارند ، برای کنترل خود تنها به یک نفر نیاز خواهد داشت . صنعت موادّ اولیه با حمله ای کشنده مواجه خواهد شد .فناوری نانو تولید کنندگان خودرو را قادر ساخت تا تقریبا هر مادّه ای را که نیاز دارند ، خودشان طراحی و تولید کنند . صنعت انرژی نیز به طور کامل تغییر خواهد کرد . مثلا ، انرژی احیا کننده که وابسته به مواد و فناوری است ، بالاخره جایگزین صنعت نفت خواهد شد . از سوی دیگر ، موقعیت های شغلی در زمینه ی فناوری و خدمات افزایش خواهند یافت ، زیرا سیستم های کاملا یکپارچه و شبکه ای ، نیاز بیشتری به نگهداری و نوآوری خواهند داشت . با این حال میزان افزایش کارکنانی که از مغز خود بهره می گیرند ، به اندازه ی کاهش نیروی کار معمول نخواهد بود . تخمین زده می شود تا سال دو هزار و بیست نرخ بیکاری در کشور های صنعتی به چهل درصد برسد .

ضرورت بکارگیری فناوری نانو در علوم کشاورزی و صنایع غذایی

طبق آخرین گزارش سازمان ملل متحد ، حدود 800 میلیون نفر از جمعیت جهان دچار فقر غذایی هستند ، شمار افراد قرار گرفته در زیر خط فقر (از نظر تامین انرژی مورد نیاز روزانه ی بدن) روز به روز در حال افزایش است . جدید ترین پیش بینی ها حاکی از آن است که این آمار تا سال 2020 میلادی به رقمی بالغ بر یک میلیارد نفر خواهد رسید و این بدان معنا ست که حفظ نوع بشر در بلند مدت و نجات خیل عظیم انسان ها از خطر گرسنگی ، نیازمند توجه ویژه ی متخصصان و سیاست مداران امروز جهان به توسعه ی پایدار و همه جانبه ی صنعت کشاورزی است . همان طور که می دانید ورود نسل اول فناوری ها به عرصه ی کشاورزی ، در چند دهه ی گذشته منجر به وقوع انقلاب سبز و گذر از کشاورزی سنتی به کشاورزی صنعتی گردید ، در این دوره افزایش چشمگیری در کیفیت و کمیت محصولات کشاورزی صورت گرفت که البته در کنار آن استفاده ی بی رویه از منابع مشکلاتی را نیز در پی داشت . اکنون با گذشت سالها از وقوع انقلاب سبز و کاهش مجدد نسبت رشد تولیدات کشاورزی به جمعیت جهان ، لزوم به کارگیری فناوری های جدید در صنعت کشاورزی پیش از هر زمان دیگری آشکار است . در این بین فناوری نانو به عنوان یک فناوری بین رشته ای و پیشتاز رفع مشکلات و کمبود ها در بسیاری از عرصه های علمی و صنعتی ، به خوبی جایگاه خود را در علوم کشاورزی و صنایع وابسته آن به اثبات رسانیده است. فناوری نانو کاربرد های وسیعی در همه مراحل تولید ، فراوری ، نگهداری ، بسته بندی و انتقال تولیدات کشاورزی دارد . ورود فناوری نانو به صنعت کشاورزی و صنایع غذایی متضمن افزایش میزان تولیدات و کیفیت آن ها ، در کنار حفظ محیط زیست و منابع کره ی زمین می باشد . در ادامه نگاهی دقیق تر به کاربرد های گسترده ی فناوری نانو در هریک از زیر شاخه های صنعت کشاورزی داریم .

کاربردهای نانو در زراعت: کشاورزی دقیق - بطور کلی کشاورزی‌ دقیق یک نوع نگرش جدید در مدیریت مزرعه است. امروزه با استفاده از نانو سنسورها مشخص می شود که هر قسمت کوچک از مزرعه به چه میزان عناصر غذائی و سم نیاز دارد و بدین وسیله از آلودگی‌ محیط زیست جلوگیری‌کرده ، سلامت محصولات و افزایش بازده اقتصادی‌ راممکن می سازد . نانو سنسور ها می توانند با کنترل دقیق وگزارش دهی به موقع نیاز های گیاهان به مرکز پردازش اطلاعات سیستم را در نگهداری محصولات یاری نماید . - ایجاد گلخانه‌های کم‌هزینه‌تر با هدف صرفه‌جویی در مصرف انرژی و دوام بیشتر در برابر رطوبت ساختارهای نانویی می توانند گلخانه هایی در حجم کم اما انبوه پدید آورند که تقریباً با اندازه ای برابر 10 درصد کل مزارع زیر کشت در حال حاضر ، می توانند جمعیت کنونی جهان را تغذیه نمایند. در این صورت میلیونها هکتار از زمین های کشاورزی به محیط های طبیعی برای سکونت حیوانات در سراسر جهان باز گردانده می شوند .

کاربردهای نانو در اصلاح نباتات : - انتقال ژن های مورد نظر به سلول های گیاهی با استفاده از نانومواد در این روش از سامانه ی رسانش نانوذرات طلای پوشیده با DNA یا RNA بداخل سلول استفاده می شود . - ساخت ابزارهای جدید برای بیولوژی سلولی و مولکولی این ابزار ها جهت تعیین مولکول‌های خاص ، شناسایی و جداسازی آن ها استفاده می شوند و کاربری بسیاری دارند که از این بین می توان به موارد زیر اشاره کرد ؛ تکنولوژی و علم تولید مثل ، اصلاح نژاد حیوانات و گیاهان ، تبدیل ضایعات به انرژی و محصولات جانبی مفید و علم و تکنولوژی کودسازی

اصلاح بذر به شیوه اتمی 

کاربردهای نانو در تولید سموم و کود های موثر و کم خطر : ذرات سموم کشاورزی به وسیله عواملی از قبیل باد ، وارد هوا شده و با ورود به سیستم تنفسی انسان ، آن را در معرض انواع بیماری های استنشاقی قرار می دهد ، تحولات نانوفناوری ، با افزایش میزان سوددهی و کاهش عوارض سموم کشاورزی ، معضلات ناشی از این سموم را رفع می کند و آنها را به محصولاتی کاملاً مفید تبدیل می کند . - تولید سموم و کودهای شیمیایی با استفاده از نانوذرات و نانوکپسول ها این نسل از سموم و کود ها قابلیت رهایش کنترل شده یا تاخیری ، جذب و تاثیرگذاری بیشتر و سازگاری با محیط زیست را دارا هستند . - تولید کریستالهای نانویی جهت افزایش کارایی استفاده از آفت‌کش‌ها استفاده از کریستالهای نانویی امکان کاربرد آفت‌کش‌ها با دُز های کمتر را فراهم می آورد و این یعنی به حداقل رساندن ورود این ترکیبات خطرناک به طبیعت. -تولید نانوکودها (Nanofertilizers) این ترکیبات نانویی به سرعت و به صورت کامل جذب گیاه شده و به خوبی نیازها و کمبود های غذایی آن را مرتفع می سازد. کاربردهای نانو در گیاه پزشکی : - کنترل فعالیت های اجزای سلولی گیاهان بدون آسیب رسانی به آنها شیوه های کنونی برای بررسی سلول ها بسیار ابتدایی است و دانشمندان برای شناخت آنچه که در سلول اتفاق می افتد ناگریزند سلول ها را از هم بشکافند و در این حال بسیاری از اطلاعات مهم مربوط به سیالهای درون سلول یا ارگانهای موجود در آن از بین می رود. پیشرفت های نانوفناوری بطور خاص مطالعات بنیادی زیست شناسی را تقویت خواهد کرد . محققان امیدوارند در آینده ای نه چندان دور با استفاده از نانوفناوری موفق شوند فعالیت اجزای هر سلول را تحت کنترل خود در آورند . هم اکنون گام های بلندی در این زمینه برداشته شده ، به عنوان نمونه دانشمندان میتوانند فعالیت را در درون سلول کنترل کنند . پروتئین ها و مولکول D.N.A

- حسگرهای هوشمند و سیستم‌های حمل هوشمند به منظور ردیابی و مبارزه ی سریع و مفید با ویروس‌ها و سایر عوامل بیماریزا گیاهی به کار می روند. - تیمار مولکولی بیماریها، ردیابی سریع بیماریها، افزایش توانمندی گیاهان برای جذب مواد مورد نیاز کاربردهای نانو در تصفیه ی آب و ادوات آبیاری : - نمک زدایی و تصفیه ی اقتصادی تر آبها جهت شرب و کشاورزی سازمان ملل پیش بینی کرده که در سال 2025 میلادی ، 48 کشور جهان (معادل 32% جمعیت جهان) دچار کمبود آب آشامیدنی و کشاورزی می شوند، تخلیص و نمک زدایی آب به کمک نانوفنhttp://fa.wikibooks.org/skins-1.5/common/images/fa/button_headline.pngاوری از زمینه های مورد توجه در دفاع پیشگیرانه و امنیت زیست محیطی است . سامانه های نانویی طراحی شده می توانند آب دریا را با صرف انرژی 10 برابر کمتر از دستگاه اسمز معکوس، و 100 برابر کمتر از دستگاه تقطیر،نمک زدایی کنند . استقاده از نانو ذرات و نانوفیلترها امکان تصفیه و بهسازی آب را با سرعت و دقت بیشتر فراهم می کند همچنین استفاده از نانو فیلترها در حذف آلودگیهای میکروبی آب (Bioremediation) کاربری گسترده ای دارد . - بی خطر ساختن مواد آلاینده آب و خاک و قابلیت بازیافت آنها - ساخت سوپر جاذبهای آب از پلیمرها و مواد کامپوزیت این مواد به منظور ذخیره و حفظ رطوبت بیشتر در خاک طراحی گردیده اند و استفاده از آنها به ویژه در مناطق خشک و کم آب در افزایش میزان عملکرد بسیار مفید خواهد بود . - ساخت مواد پوششی جدید و کارا برای پوشش درون لوله های فلزی این مواد پوششی به منظور جلوگیری از خوردگی ناشی از سیالات و کاهش زبری جداره لوله ها به کار می روند . - بکار گیری پلیمرهاو مواد کامپوزیت برای تولید انواع قطره چکان قطره چکان های ساخته شده با این مواد قابلیت تنظیم دقیق فشار آب را دارند همچنین به واسطه ی نوع مواد اولیه ی مورد استفاده این قطره چکان ها نسبت به نفوذ ریشه گیاه مقاوم هستند .

دست یافته های نانو تکنولوژی در آینده :

در یک دوره ی کوتاه مدّت حداکثر تا 5 سال آینده : خرده نانو شامل صنعت خودرو سازی (بدنه ، قالب گیری ، کمربندهای زمان دار ، موتورها ، روکش ها و ... ) صنایع بسته بندی . صنایع خانگی . صفحه نمایش های کاملا صاف . روکش ها ( رنگ آمیزی) . ابزار ها . دست یافته های نانو تکنولوژی در آینده : حداکثر 5 تا 10 سال آینده : قطعات حافظه . سلول های سوختی ، باتری ها . بایو سنسورها قطعات بیومدیکالی ( شیمی پزشکی ) گسترش در ردیف کردن ژن . گسترش درکاهش دادن ژن . دست یافت های نانو تکنولوژی در آینده : حداکثر تا 15 سال آینده : نانو الکترونیک . الکترونیک مولکولی . استفاده ی متداول در ترکیبات جدید در صنایع هوا فضا ، خودرو سازی ( که این مورد صنایع امروزه را که توانایی گسترش و استفاده از این علوم را نداشته باشند کاملا نابود می سازد . ) خیلی از چیز های دیگر که دیگر به فکر ما خطور نمی کند .

نانو در صنعت لاستیک

  تاکنون در دنیا در صنایع پلیمری تحقیقات بسیار زیادی انجام شده است. از جمله آنها تحقیقات در زمینه فناوری نانو در صنعت لاستیک است. موارد استفاده از فناوری نانو اعم از نانوفیلرها و نانوکامپوزیت است که به لاستیکها خواص ویژه ای می دهد.

بازار نانوکامپوزیت در 2005 به میزان 200 بیلیون یورو و در سال 2015 بر اساس آمارBSF به میزان 1200 بیلیون یورو پیش بینی شده است. در سال 2002 کشوری مثل ژاپن 1500 میلیون یورو در تحقیقات در زمینه فناوری نانو صرف کرده است. تحقیقات در زمینه فناوری نانو را بدون شک نمی توانیم رها کنیم. اکثر کشورهای دنیا تحقیقات و فعالیت در زمینه نانو را شروع کرده است، به عنوان مثال کشور هند تولید نانوکامپوزیت SBR را شروع کرده است. همچنین صنایع خودرو در دنیا به سمت استفاده از نانو) PP نانوپلی پروپیلن( سوق پیدا کرده است و علت اصلی آن خواص مناسب از جمله سبکی، مقاومت حرارتی و مقاومت ضربه اینگونه مواد است. بنابراین رسیدن به خواص مطلوب ضرورت توجه به آن را بیش از هرچیز دیگر برای ما نمایان می سازد.

2- مقدمه (کاربردهای فناوری نانو در صنعت لاستیک): با توجه به تحقیقات به عمل آمده چهار ماده نانومتری هستند که کاربرد فراوانی در صنعت لاستیک سازی پیدا کرده اند. چهار ماده موردنظر عبارتنداز : اکسیدروی نانومتری(NanoZnO)، نانوکربنات کلسیم، الماس نانومتری، ذرات نانومتری خاک رس. با اضافه کردن این مواد به ترکیبات لاستیک، به دلیل پیوندهایی که در مقیاس اتمی بین این مواد و ترکیبات لاستیک صورت می گیرد، علاوه بر این که خواص فیزیکی آنها بهبود می یابد، می توان به افزایش مقاومت سایش، افزایش استحکام، بهبود خاصیت مکانیکی، افزایش حد پارگی و حد شکستگی اشاره کرد.در زیبایی ظاهری لاستیک نیز تاثیر گذاشته و باعث لطافت، همواری، صافی و ظرافت شکل ظاهری لاستیک می گردد. همه اینها به نوبه خود باعث می شود که محصولات نهایی، مرغوبتر، با کیفیت بالا، زیبایی و در نهایت بازارپسند باشند و توانایی رقابت در بازارهای داخلی و جهانی را داشته باشند.

3- کاربرد اکسیدروی نانومتری (NanoZnO) درلاستیک: اکسیدروی نانومتری مادهای غیرآلی و فعال است که کاربرد گسترده ای در صنعت لاستیک سازی دارد.کوچکی کریستالها و خاصیت غیرچسبندگی آنها باعث شده که اکسیدروی نانومتری به صورت پودرهای زردرنگ کروی و متخلخل باشد. از خصوصیات استفاده از این تکنولوژی در صنعت لاستیک، می توان به پایین آمدن هزینه ها، بازدهی بالا، ولکانیزاسیون(Volcanization) خیلی سریع و هوشمند و دامنه دمایی گسترده اشاره کرد. اثرات سطحی و فعالیت بالای اکسیدروی نانومتری ناشی از اندازة بسیار کوچک، سطح موثر خیلی زیاد وکشسانی خوب آن است. استفاده از اکسید روی نانومتری در لاستیک باعث بهبود خواص آن میشود از جمله میتوان به زیبایی و ظرافت بخشیدن به آن، صافی و همواری شکل ظاهری، افزایش استحکام مکانیکی لاستیک، افزایش مقاومت سایشی (خاصیت ضد اصطکاکی و سایش)، پایداری دمایی بالا، طول عمر زیاد و همچنین افزایش حد پارگی ترکیبات لاستیک اشاره کرد که همگی اینها بصورت تجربی ثابت شده است. براساس نتایج بدست آمده میتوان نتیجه گرفت بهبود یافتن خواص فیزیکی لاستیک در اثر اضافه شدن ZnO ناشی از پیوند ساختار نانومتری اکسید روی با مولکولهای لاستیک است که در مقیاس اتمی صورت می گیرد. اکسید روی نانومتری در مقایسه با اکسید روی معمولی دارای اندازة بسیار کوچک ولی در عوض دارای سطح موثر بسیار زیادی می باشد. از لحاظ شیمیایی بسیار فعال و همچنین به دلیل اینکه پیوندهای بین اکسیدروی نانومتری و لاستیک در مقیاس مولکولی انجام می گیرد، استفاده از اکسیدروی نانومتری خواص فیزیکی و خواص مکانیکی از قبیل حد پارگی، مقاومت سایشی و ... ترکیبات لاستیک را بهبود می بخشد.

4- کاربرد نانوکربنات کلسیم در لاستیک: نانوکربنات کلسیم به طور گسترده ای در صنایع لاسیتک به کار می رود، زیرا اثرات خیلی خوبی نسبت به کربنات معمولی بر روی خواص و کیفیت لاستیک دارد. استفاده از نانوکربنات کلسیم در صنایع لاستیک باعث بهبود کیفیت و خواص ترکیبات لاستیک می شود. از جمله مزایای استفاده از نانوکربنات کلسیم می توان به توانایی تولید در مقیاس زیاد، افزایش استحکام لاستیک، بهبود بخشیدن خواص مکانیکی )افزایش استحکام مکانیکی) و انعطاف پذیر شدن ترکیبات لاستیک اشاره کرد. همچنین علاوه بر بهبود خواص فیزیکی، ترکیبات لاستیک در شکل ظاهری آنها نیز تاثیر می گذارد و به آنها زیبایی و ظرافت می بخشد که این خود در مرغوبیت کالا و بازارپسند بودن آن تاثیر بسزایی دارد. نانوکربنات کلسیم سبک بیشتر در پلاستیک و پوشش دهی لاستیک به کار میرود. برای به دست آوردن مزایای ذکر شده، نانوکربنات کلسیم به لاستیکهای طبیعی و مصنوعی از قبیلNP، EPDM ،SBS ،BR ،SBR اضافه می گردد. نتایج به دست آمده نشان می دهد که استحکام لاستیک بسیار بالا می رود. استحکام بخشی نانوکربنات کلسیم برخواسته از پیچیدگی فیزیکی ناشی از پیوستگی در پلیمرهای آن و واکنشهای شیمیایی ناشی از سطح تعمیم یافته آن است. نانوکربنات کلسیم سختی لاستیک و حد گسیختگی پلیمرهای لاستیک را افزایش داده و حداکثر توانی که لاستیک می تواند تحمل کند تا پاره شود را بهبود می بخشد. همچنین مقاومت لاستیک را در برابر سایش افزایش می دهد. به کار بردن نانوکربنات کلسیم هزینه ها را پایین می آورد و سود زیادی را به همراه دارد و همچنین باعث به روز شدن تکنولوژی و توانائی رقابت در عرصه جهانی می گردد. به طور کلی نانوکربنات کلسیم در موارد زیادی به طور کلی یا جرئی به ترکیبات لاستیک جهت افزایش استحکام آنها افزوده می شود.

5- کاربرد ساختارهای نانومتری الماس در لاستیک: الماس نانومتری به طور گسترده ای در کامپوزیت ها و از جمله لاستیک در مواد ضد اصطکاک، مواد لیزکننده به کار می رود. این ساختارهای نانومتری الماس از روش احتراق تولید می شوند که دارای خواص برجسته ای هستند از جمله می توان به موارد زیر اشاره کرد: 1) ساختار کریستالی( بلوری) 2) سطح شیمیایی کاملا ناپایدار 3) شکل کاملا کروی 4) ساختمان شیمیایی بسیار محکم 5) فعالیت جذب سطحی بسیار بالا در روسیه، الماس نانومتری با درصدهای مختلف به لاستیک طبیعی ، Poly Soprene Rubber و FluorineRubber برای ساخت لاستیک هایی که در صنعت کاربرد دارند از قبیل کاربرد در تایر اتومبیل، لوله های انتقال آب و ... مورد استفاده قرار می گیرد. نتایج به دست آمده نشان می دهد که با اضافه کردن ساختارهای نانومتری الماس به لاستیک ها خواص آنها به شکل قابل توجهی بهبود می یابد از جمله می توان به : 1) 4 الی 5 برابر شدن خاصیت انعطاف پذیری لاستیک 2) افزیش 2 الی 5/2 برابری درجه استحکام 3) افزایش حد شکستگی تا حدود 2 Kg/cm700-620 4) 3 برابر شدن قدرت بریده شدن آنها و همچنین به اندازة خیلی زیادی خاصیت ضدپارگی آنها در دمای بالا و پایین بهبود می یابد.

6- کاربرد ذرات نانومتری خاک رس در لاستیک: یکی از مواد نانومتری که کاربردهای تجاری گسترده ای در صنعت لاستیک پیدا کرده است و اکنون شرکت های بزرگ لاستیک سازی بطور گسترده ای از آن در محصولات خود استفاده می کنند، ذرات نانومتری خاک رس است که با افزودن آن به لاستیک خواص آن بطور قابل ملاحظه ای بهبود پیدا می کند که از جمله می توان به موارد زیر اشاره کرد : 1) افزایش مقاومت لاستیک در برابر سایش 2) افزایش استحکام مکانیکی 3) افزایش مقاومت گرمایی 4) کاهش قابلیت اشتعال 5) بهبود بخشیدن اعوجاج گرمایی

7- ایده های مطرح شده: 1-7) افزایش دمای اشتعال لاستیک : تهیه نانوکامپوزیت الاستومرها از جملهSBR مقاوم، به عنوان مواد پایه در لاستیک سبب بهبود برخی خواص از جمله افزایش دمای اشتعال و استحکام مکانیکی بالامی شود و دلیل اصلی آن حذف مقدار زیادی از دوده است. 2-7) کاهش وزن لاستیک : تهیه و بهینه سازی نانوکامپوزیت الاستومرها با وزن کم از طریق جایگزین کردن این مواد با دوده در لاستیک، امکان حذف درصد قابل توجهی دوده توسط درصد بسیار کم از نانوفیلر وجود دارد. بطوریکه افزودن حدود 3 تا 5 درصد نانوفیلر می تواند استحکام مکانیکی معادل 40 تا 45 درصد دوده را ایجاد کند. بنابراین با افزودن 3 تا 5 درصد نانوفیلر به لاستیک، وزن آن به مقدار قابل توجهی کاهش می یابد. 3-7) افزایش مقاومت در مقابل نفوذپذیری گاز : نانوکامپوزیت الاستومرها بویژه EPDM بدلیل دارا بودن ضریب عبوردهی کم نسبت به گازها بویژه هوا می توانند در پوشش داخلی تایر و تیوب ها مورد استفاده قرار می گیرد. زیرا یکی از ویژگیهای نانوکامپوزیت EPDM مقاومت بسیار بالای آن در برابر نفوذ و عبور گازها می باشد. بنابراین این نانوکامپوزیت ها می تواند جایگزین مواد امروزی گردد. همچنین این نانوکامپوزیت ها از جمله الاستومرهایی است که می تواند در آلیاژهای مختلف با ترموپلاستیکها کاربردهای وسیعی را در صنعت خوردو داشته باشد. 4-7) قطعات لاستیکی خودرو : نانوکامپوزیت ترموپلاست الاستومرها می تواند به عنوان یک ماده پرمصرف در صنایع ساخت و تولید قطعات خوردو بکار رود. از ویژگی های این مواد، بالا بودن مدول بالا ، مقاومت حرارتی، پایداری ابعاد، وزن کم، مقاومت شعله می باشد. لذا نانوکامپوزیت ترموپلاستیک الاستومرهای پایهEPDM و PP می توانند تحول چشمگیری را در ساخت قطعات خوردو ایجاد نماید. 5-7) افزایش مقاومت سایشی لاستیک : استفاده از نانوسیلیکا و نانواکسیدروی در ترکیبات تایر سبب تحول عظیمی در صنعت لاستیک می شود. بطوریکه با افزودن این مواد به لاستیک علاوه بر خواصی ویژه ای که این مواد به لاستیک می دهند، امکان افزایش مقاومت سایشی این لاستیکها وجود دارد. 6-7) نسبت وزن تایر به عمر آن : با افزودن میزان مصرف یکی از نانوفیلرها می توان مصرف دوده را پایین آورد. به عبارت دیگر اگر وزن تایر کم شود، عمر لاستیک افزایش می یابد. بنابراین جهت بالا بردن عمرلاستیک کافی است با افزودن یک سری مواد نانومتری به لاستیک عمر آن را افزایش داد.

- شرکتهایی که در زمینه مواد نانومتری و صنعت لاستیک کار می کنند:

شرکت Shanxi Four Nano Technology Co.ltd فعالیت در زمینه تولید اکسید روی نانومتری جهت کاربرد در صنعت لاستیک سازی بخصوص لاستیک کامیون فعالیت می کند. کشور چین آدرس اینترنتی http://www.fhnm.com/english/jhs.htm

شرکت Good year فعالیت این شرکت یکی از بزرگترین شرکت های تولیدکنندة لاستیک در آلمان می باشد که از ذرات نانومتری دوده (Carbon black) در لاستیک استفاده می کند. کشور آلمان آدرس اینترنتی www.goodyear.com

شرکت FCCINC فعالیت این شرکت یک خط ذرات نانومتری خاک رس جهت تزریق به پلیمرهای لاستیک ایجاد کرده است. کشور چین آدرس اینترنتی http://www.nanoclay.com

نانو تیوپهای (نانو تیوب) کربنی :

یکی از

منابع :

1-مجله ی صنعت خودرو 2-مجله ی دانشمند 3-مبانی نانو تکنولوژی/اریک درکسرر/مهندس بهروز احمدی/کتاب آیلار/تهران/1384