فناوری نانو علمی است بر پایه ذراتی با ساختار سه بعدی و ابعاد نانومتری. بطور کلی فناوری نانو، دستکاری مواد در سطوح اتمی و مولکولی است که در عرصه های مختلف کشاورزی، پزشکی، فناوری اطلاعات و صنایع کاربرد وسیع داشته. نقطه شروع و توسعه اولیه فناوری نانو به طور دقیق مشخص نیست. در حقيقت تاریخ فناوری نانو به دوران ماقبل تاریخ و زمانی که بشر اوليه از نانومواد طبيعی استفاده میکرد، برمیگردد.کربن نمونه ای از اولین نانوذرات میباشد.
در ادامه با نانو ذرات سرو همراه باشید…
عناصر پایه در فناوری نانو
در فناوری نانو عناصری وجود دارند، که عناصر پایه نام دارند و با به‌کارگیری هر کدام از آنها میتوان در زمینه‌های مختلف کاربردی به تولید مواد جدید یا خدمات سودمند دست یافت.
نانوذره ها
در میان عناصر پایه در نانو فناوری، نخستین عنصر که اصلی‌ترین نیز به شمار می‌رود، نانو ذرات هستند که به طور گسترده‌ای کاربرد دارند. نانوذره به ذره‌ای است با ابعاد حدود 1 تا 100 نانومتر باشد. نانوذرات علاوه بر نوع فلزی، نانوذرات نیمه رسانا، نانوذرات سرامیکی، و غیره میباشند. همچنین نانوکره‌ها، نانومیله‌ها و نانوفنجان‌ها از اشکال دیگر نانو ذرات به شمار می‌روند. نانوذرات در اندازههای پایین را نانوخوشه به حساب می‌آورند. نانوبلورها و ذرات کوانتومی نیمه رسانا نیز زیر مجموعه نانوذرات هستند. از کاربردهای نانوذرات استفاده بیودارویی (داروهای زیستی) به عنوان حامل دارو و عوامل تصویربرداری میباشد.
خواص این ترکیبات با استفاده از روشهای گوناگونی مانند استفاده از میکروسکوپ‌‌های الکترونی، AFM، طیف‌سنجی فوتوالکترون، Xray و FT-IR و نیز روشهای تعیین اندازه و سطح ویژه ذرات سنجیده میشود. نانوذرات در حال حاضر از طیف وسیعی از مواد ساخته میشوند که معمول‌ترین آنها نانو ذرات سرامیکی، فلزی و پلیمری و نانو ذرات نیمه رسانا هستند.
نانوذرات معمولا خواص بهتری از نمونه بالک همان عنصر نشان میدهند،زیرا آنها سطح ویژه ی بالاتری نسبت به ذرات درشت تر دارند. میتوان این طور استدلال کرد که وقتی اندازه ذرات کاهش می یابد، نسبت سطح مؤثر به حجم ذرات افزایش میابد. نانوذرات میتوانند از مواد مختلف تشکیل شده باشند و اشکال آنها نیز متفاوت میباشد.
یکی از انواع آنها نانوذرات براساس اتم های فلزات میباشند مانند نانو ذرات نقره ، طلا ، آهن . به طور کلی روش های شیمیایی، فیزیکی، زیستی و روش سبز را می توان به عنوان روشهای متداول تولید نانوذرات نام برد. در بیشتر تکنیکها از یک عامل كاهنده برای كاهش یون های فلزی و تثبیت كننده به منظور كنترل رشد ذرات استفاده میشود.
نانوكپسول ها
نانو کپسول‌ها پس از نانو ذرات، دوّمین عنصر پایه در فناوری نانو محسوب میشوند. به هر ذره‌ای که دارای یک پوسته و یک فضای خالی برای قرار دادن مواد مورد نظر به درون آن باشد، نانو کپسول گفته میشود. نانو کپسول‌ها دارای قطری نانومتری هستند که برای ساخت آنها روشهای مختلفی وجود دارد. همچنین مولکول‌هایی وجود دارند که به خودی خود نانو کپسول به حساب می‌آیند، زیرا آنها در یک طرف آب گریز و در طرف دیگر آب دوست هستند.
از آنجا که این نوع کپسول‌ها دارای خواص آب گریزی و آب دوستی هستند بنابراین در هنگام استفاده از آنها ممکن است یک اختلال ایجاد شود که در بعضی مواقع با هدف کاربردی مورد نظر سازگاری پیدا نمی‌کنند و به همین دلیل باید روکش شوند. برای روکش کردن این کپسول‌ها از پروتئین‌ها، پلیمرها و مواد مصنوعی و طبیعی دیگری استفاده می‌کنند.
نانو کپسول ها انواع متنوعی دارند، از جمله نانو کپسول‌های پلیمری که در ساختار آنها از پلیمرها استفاده میشود. به دنبال فرآیندی که (پلیمریزاسیون امولسیونی) نام دارد، نانو کپسول‌های پلیمری شده در اندازه‌ها و شکل‌های گوناگون تولید میشود. از مهمترین کاربرد نانو کپسول‌ها میتوان به استفاده از آنها در صنعت داروسازی اشاره کرد.
نانو امولسیون‌ها نوع دیگری از نانو کپسول‌ها هستند که از بعضی مولکول‌های (سورفکتانت) مانند فسفولیپیدها تشکیل شده اند. یکی از ویژگی‌های مهم این نوع مولکول‌ها این است که از یک طرف آب گریز و از سوی دیگر آب دوست هستند و به همین دلیل هنگامی که در یک محیط آبی قرار می‌گیرند، خود به خود نانو کپسول را تشکیل میدهند. در این حالت، مولکول در طرفی که آب گریز است قرار می‌گیرد و از تماس با آب حفظ میشود. لیپوزوم‌ها هم که از جنس چربی هستند، در این گروه از نانو کپسول‌ها جای می‌گیرند. از این نوع نانو کپسول‌ها در تهیة مواد شوینده از جمله خوش بو کننده‌های لباس، پودرهای رختشویی و نیز همانند کپسول‌های پلیمری در صنعت داروسازی استفاده میشود.
نانو سیم‌ها
نانوسیم‌ها نیز یکی دیگر از عناصر پایه‌ای نانو ساختارهای مورد استفاده در فناوری نانو به شمار می‌روند که دارای ساختاری دو بعدی هستند و به این علت که ساختارهای دو بعدی از نظر کوانتومی دارای اهمیت فراوان هستند، به آنها نانوسیم‌های کوانتومی هم می‌گویند. از نانو سیم‌ها برای ساخت مدارهای الکتریکی و الکترونیکی در اندازههای بسیار کوچک یا در حد نانومتر استفاده می‌کنند. نانو سیم‌ها را به اشکال مختلفی تهیه می‌کنند که یک مورد آن، استفاده از روش لیتوگرافی یا چاپ روی یک سطح است.
نانوسیم‌ها را به روشهای گوناگونی می‌سازند که روش خودآرایی یکی از روشهای ساخت نانو سیم به‌شمار می‌رود که برای رشد مستقیم یک نانو سیم روی یک سطح موازی یا مسطح به کار می‌رود. این فرآیند باعث شکل دهی مستقیم نانو سیم‌ها روی سطحی میشوند که فقط چند نانو متر قطر داشته و به اندازة 10 نانومتر یا کمتر از هم فاصله دارند.
در روش دیگر برای ساخت نانوسیم‌ها از نانوذرات استفاده میشود. در این روش از نانو ذرات در فرآیند رشد شیمیایی نانوسیم‌ها در یک محیط گازی یا مایع به منظور کاتالیست استفاده می‌کنند. این روش به فرآیند رشد شیمیایی نانوسیم‌ها سرعت فوق‌العاده‌ای می‌بخشد.
از نانوسیم‌ها به دلیل خواص الکتریکی که دارند به عنوان حسگرها استفاده می‌کنند. همچنین در ساخت غشاهای جداسازی گازها، سیستم‌های میکروآنالیز، تجهیزات آشکارسازی امواج رادیویی و تولید سیستم‌های میکرو الکترو مکانیکی سرامیکی بکار می‌روند. نانوسیم‌ها به اشکال گوناگونی از جمله نانو سیم‌های فلزی، آلی و نیمه‌هادی تهیه میشوند.
فولرین ها
از دیگر عناصر پایه‌ای در نانو فناوری میتوان به (فولرین ها) اشاره کرد که در گذشته اغلب از ساختارهای کروی از جنس کربن تشکیل شده‌اند. امّا امروزه علاوه بر کربن از عناصر دیگری از جمله نیتروژن نیز در ساختار آنها استفاده می‌کنند. از فولرین‌ها، در ساخت روان کننده‌ها، روغن‌های موتور، ارسال هدفمند داروها، درمان سرطان و ایدز، ساخت لاستیک‌های بسیار سبک و تولید دیودهای نورافشان با عمری بالا استفاده می‌کنند.