آشنایی با مفهوم نانوذرات

نانوذرات موادی هستند که اندازه آنها بین 1 تا 100 نانومتر است. آنها را می توان بر اساس ویژگی ها، شکل و اندازه هایشان به گروه های مختلفی طبقه بندی کرد. نانوذرات به دلیل مساحت سطحی زیاد دارای خواص فیزیکی و شیمیایی منحصر به فردی هستند.

همچنین دارای خواص نوری متفاوتی هستند که به اندازه آنها بستگی دارد و به دلیل جذب در ناحیه مرئی، رنگ های متفاوتی را ایجاد می کنند. واکنش پذیری و سایر خواص آنها نیز به اندازه، شکل و ساختار آنها بستگی دارد. نانوذرات از سه لایه تشکیل میشوند. یک لایه سطحی، که ممکن است با انواع مولکول های کوچک، یون های فلزی، سورفکتانت ها و پلیمرها عامل دار شده باشد. بخش پوسته و هسته که بخش مرکزی نانوذره میباشد.

انواع دسته بندی نانـو ذرات

نانوذرات بسته به مورفولوژی، اندازه و خواص شیمیایی به طور کلی به گروه‌های مختلف شامل نانوذرات کربنی، نانوذرات فلزی، نانوذرات سرامیکی و نانوذرات نیمه رسانا و نانوذرات پلیمری، تقسیم بندی میشوند.

نانو ذرات کربنی

فولرین‌ ها و نانولوله‌های کربنی دو دسته اصلی از نانـوذرات کربنی میباشند.
فولرین ها موادی هستند که مانند اشکال آلوتروپیک کربن میباشند. آنها به دلیل رسانایی الکتریکی، استحکام بالا، ساختار و تطبیق پذیری، مورد توجه هستند. این مواد دارای واحدهای کربن پنج ضلعی و شش ضلعی مرتب  میباشند.

نانو لوله های کربنی دارای ساختار لوله ای با قطر 1-2 نانو متر میباشند. این مواد به دلیل ویژگی های فیزیکی، شیمیایی و مکانیکی منحصر به فرد خود، در نانوکامپوزیت ها برای بسیاری از کاربردهای تجاری مانند پرکننده ها، جاذب های گاز برای محیط زیست و غیره مورد استفاده قرار میگیرند. در هوافضا می توان از نانولوله های کربنی در شکل گیری بال های هواپیما استفاده کرد. نانولوله ها به صورت مرکب برای خم شدن در پاسخ به اعمال ولتاژ الکتریکی استفاده می شوند.

نانوذرات فلزی

نانوذرات فلزی از پیش سازهای فلزات ساخته شده اند. با توجه به رزونانس پلاسمون سطح موضعی این نانوذرات فلزی دارای خواص نوری منحصر به فرد هستند. نانو ذرات فلزی همچون نانوذرات مس، نقره و طلا دارای نوار جذب گسترده ای در ناحیه مرئی طیف الکترومغناطیسی خورشیدی هستند. سنتز کنترل‌شده وجه، اندازه و شکل نانوذرات فلزی در مواد پیشرفته امروزی مهم است به دلیل خواص نوری پیشرفته، نانو ذرات فلزی در بسیاری از زمینه های تحقیقاتی کاربرد پیدا می کنند.

نانوذرات سرامیکی

نانو ذرات سرامیک جامداتی غیر فلزی غیر آلی هستند که از طریق گرما و خنک شدن متوالی سنتز می شوند. آنها را می توان در اشکال آمورف، چند کریستالی، متراکم، متخلخل یا توخالی یافت بنابراین، این نانوذرات به دلیل استفاده از آنها در کاربردهایی مانند کاتالیز، فوتوکاتالیز، تجزیه نوری رنگ‌ها و کاربردهای تصویربرداری مورد توجه محققان قرار گرفته اند.

نانوذرات نیمه رسانا

مواد نیمه رسانا دارای خواصی بین فلزات و نافلزات هستند. و به دلیل این خاصیت آنها مواد بسیار مهمی در فوتوکاتالیز، اپتیک و دستگاه های الکترونیکی هستند. به عنوان مثال، انواع نانـوذرات نیمه هادی در کاربردهای تقسیم آب، به دلیل موقعیت های باند و باند مناسب، بسیار کارآمد هستند.

نانوذرات پلیمری

نانـوذرات پلیمری، نانوذرات آلی هستند که معمولا به شکل نانوکره یا نانو کپسول هستند. از کاربردهای این نانـو ذرات میتوان به رهایش هدفمند دارو، واکسن‌ها، مهندسی بافت، روش‌های مختلف تصویربرداری اشاره کرد.

با توجه به این ویژگی ها، آنها کاندیدای مناسبی برای کاربردهای مختلف تجاری و خانگی هستند که شامل کاتالیزور، تصویربرداری، کاربردهای پزشکی، تحقیقات مبتنی بر انرژی و کاربردهای زیست محیطی می شود. نانوذرات فلزات سنگین سرب، جیوه و قلع به قدری پایدار هستند که تجزیه آنها به راحتی امکانپذیر نیست و می توانند منجر به سمیت های زیست محیطی  شوند.

به دلیل تغییر در نسبت ابعاد، ضخامت نانو پوسته و درصد غلظت طلا تغییر می کند. تغییر هر یک از عوامل مورد بحث در بالا بر خواص جذب نانـوذرات تأثیر می گذارد و از این رو رنگ های جذب متفاوتی مشاهده می شود.

کاربرد نانـوذرات

با توجه به خصوصیات متنوع و ویژه، استفاده از نانومواد طیف گسترده ای از صنایع، از مراقبت های بهداشتی و آرایشی گرفته تا حفظ محیط زیست و تصفیه هوا را در بر می گیرد.

به عنوان مثال، حوزه مراقبت های بهداشتی از نانومواد به روش های مختلفی استفاده می کند که یکی از کاربردهای اصلی آن، تحویل دارو است. نانوذرات برای کمک به انتقال داروهای شیمی‌درمانی مستقیماً به غده‌های سرطانی و همچنین رساندن دارو به مناطقی از شریان‌هایی که برای مبارزه با بیماری‌های قلبی عروقی آسیب دیده‌اند، ساخته می‌شوند.

در فرآیندهای حفظ محیط زیست از نانو مواد نیز استفاده می کنند. به طور مثال از نانوسیم‌های اکسید روی در سلول‌های خورشیدی انعطاف‌پذیر و همچنین برای ایفای نقش در تصفیه آب‌های آلوده میتوان استفاده کرد.

در صنعت آرایشی و بهداشتی، نانوذرات معدنی مانند اکسید تیتانیوم و روی در کرم‌های ضد آفتاب استفاده می‌شوند. زیرا نانوذرات اکسید تیتانیوم  و روی می‌توانند محافظت خوبی در برابر اشعه ماوراء بنفش داشته باشد.

می توان از فناوری نانو در ضد میکروبی کردن مواردی مانند حوله و لباس و لوازم خانگی نیز استفاده کرد.