فناوري نانو يا نانوتكنولوژي رشتهاي از دانش كاربردي و فناوري است كه زمينههاي گستردهاي را پوشش ميدهد. موضوع اصلي آن نيز مهار ماده يا دستگاههاي در ابعاد كمتر از يك ميكرومتر، معمولاً حدود 1 تا 100 نانومتر است. در واقع نانو تكنولوژي فهم و به كارگيري خواص جديدي از مواد و سيستمهايي در اين ابعاد است كه اثرات فيزيكي جديدي كه عمدتاً متاثر از غلبه خواص كوانتومي بر خواص كلاسيك است را از خود نشان ميدهند. فناوري نانو موج چهارم انقلاب صنعتي، پديدهاي است كه با سرعت هرچه تمامتر درحال توسعه ميباشد. نانوفناوري يك دانش ميانرشتهاي است و به رشتههايي چون مهندسي مواد، پزشكي، دامپزشكي، زيستشناسي، فيزيك كاربردي، ابزارهاي نيمرسانا، مهندسي مكانيك، مهندسي برق و مهندسي شيمي مربوط ميشود. اندازه ذرات در فنآوري نانو بسيار مهم است، چرا كه در مقياس نانو، ابعاد ماده در خصوصيات آن بسيار تأثيرگذار است و خواص فيزيكي، شيميايي و بيولوژيكي تك تك اتم ها و مولكولها باخواص توده ماده متفاوت است. بسياري از كشورهاي توسعهيافته و در حال توسعه، برنامههايي را در سطح ملي براي پشتيباني از فعاليتهاي تحقيقاتي و صنعتي نانوتكنولوژي تدوين و اجرا مينمايند. زيرا نانوتكنولوژي به عنوان انقلابي در شرف وقوع، آينده اقتصادي كشورها و جايگاه آنها در جهان را تحت تأثير جدي قرار خواهد داد و اين مسأله در اين كشورها توسط صاحبنظران و محققان تبيينشده و براي مديران اجرايي به صورت يك امر شفاف و قطعي درآمده است. در بخشي از اين كشورها، در يكي دو سال اخير تحركات شديدي از طرف دولتها براي سرعت بخشيدن به توسعه نانوتكنولوژي صورت گرفته و فعاليتهايي كه تا قبل از اين به صورت خودجوش توسط محققان انجام ميگرفته است، با تشويق و حمايتهاي مستقيم دولت ادامه يافتهاند. بسياري از صاحبنظران و محققان، نانوتكنولوژي را مساوي آينده دانستهاند. به دليل تأثيرات اين فناوري بر اكثر فناوريهاي موجود، عقيده صاحبنظران اين است كه متخصصان رشتههاي مختلف بدون گرايش به مباحث مقياس نانو در دهههاي آينده فرصتي براي رشد نخواهند داشت و شكوفايي بسياري از فناوريهاي مهم ازجمله فناوري اطلاعات و بيوتكنولوژي به عنوان دو دستاورد بسيار عظيم قرن بيستم بدون بهرهگيري از نانوتكنولوژي دچار اختلال خواهند شد. از اين جهت اين مسئله براي دانشگاهيان، محققان و مسؤولان هر كشور امري حياتي است.
2- كاربردهاي فناوري نانو
نانو ذرات مغناطيسي در دارو رساني هدفمند نانوذرات مغناطيسي يكي از مهمترين و پركاربردترين انواع نانومواد ميباشند كه ويژگيهاي منحصر به فردشان موجب ايجاد كاراييهاي خاص آنها نسبت به ساير نانوساختارها ميشود. اين ذرات در شاخه هاي مختلف قابل كاربردهستند. اما نقش آنها در پزشكي به ويژه در زمينه دارورساني قابل توجه است. دارورساني به كمك نانو حاملها به سبب افزايش مدت زمان حضور دارو در جريان خون، كاهش سميت، افزايش نيمه عمر دارو، كاهش توزيع سيستماتيك دارو، كاهش ميزان مصرف دارو و هدفيابي دقيقتربه عنوان يكي از راهكارهاي خوشآتيه در درمان سرطان و بيماري هاي صعب العلاج مطرح هستند. اين ذرات به سبب خواص ناشي از مغناطيس ذاتيشان، گوي سبقت را از ساير نانو حاملها ربودهاند. به طور كلي ساختار اين ذرات منجر به تسهيل كاربريهاي اين ذرات در علوم و فنون مختلف شده است، علاوه بر دارورساني در تصويربرداري بر پايه تشديد رزونانس مغناطيسي وگرما درماني نيز كاربرد دارد. از بهترين مزاياي اين ذرات، قابليت كنترل حركت آنها از طريق اعمال ميدان مغناطيسي خارجي به ذرات است كه هدف اصلي دارو رساني يعني انتقال هدفمند دارو به بافت مورد نظر را تسهيل كرده و سرعت بخشيده است. استفاده پزشكي از پودرهاي مغناطيسي به دوران يونان باستان و روم برميگردد، ولي به شكل اصولي و تحقيقاتي از سال 1970 در علوم بيولوژي و پزشكي استفاده شد وپيشبيني ميشود اين ذرات در آينده نقش چشمگيري در رفع احتياجات حيطه سلامت بشريت خواهند داشت. نانوذرت مغناطيستي با تكيه بر فناوري نانو محدوده گستردهاي از كاربردهاي تشخيصي و درماني در بيماريهايي از جمله سرطان، بيماريهاي قلبي و عصبي را تسهيل كرده اند.
فناوري نانو در خودرو
برطبق آمارهاي ارائه شده صنعت خودروسازي در سال 2004 بازاري حدود 2.54 بيليون دلار آمريكا را داشته است كه در سال 2015 اين رقم به 4.137 بيليون دلار خواهد رسيد . 6.8 بيليون دلار از اين حجم معاملات با استفاده از فناوري نانو حاصل مي شود كه صنعت لاستيكسازي از استفاده كنندگان اصلي اين فناوري به حساب ميآيد. چنانچه بخواهيم لاستيكها را مورد مطالعه قرار دهيم خواهيم ديد كه انواع و اقسام لاستيكها در كاربردهاي مختلف استفاده ميشود و هر كدام خصوصيات مربوط به خود را دارد. لاستيك دوچرخه، تراكتور، كاميون، خودروهاي سواري، موتورها و … در خصوصيات با هم متفاوتند. اما در يك بررسي كلي ميتوان اجزاي لاستيك را مورد بررسي قرار داد. لاستيك از آج، شيارها، برجستگيهاي مياني، شيارهاي مقابل هم و سوراخهاي كوچك و همچنين نگهدارنده داخلي تشكيل شده است. در سالهاي اخير، افزودن نانو ذرات تركيبات مختلف به منظور بهبود خواص لاستيكها و به طور خاص تايرها، كاربرد فراواني پيدا كرده است. حضور نانو ذرات به دليل پيوندهايي كه در مقياس اتمي بين آنها و تركيبات لاستيك صورت ميگيرد، علاوه بر اين كه خواص فيزيكي آنها بهبود مييابد باعث افزايش مقاومت سايشي، افزايش استحكام (بهبود خاصيت مكانيكي) ، بهبود خواص حرارتي، افزايش حد پارگي و حد شكستگي و زيبايي ظاهري لاستيك ميشوند. همچنين همواري، صافي و ظرافت شكل ظاهري تاير را سبب ميشوند. همه اين عوامل موجب ايجاد محصولي مرغوب، با كيفيت عالي، زيبا و بازارپسند كه توانايي رقابت در بازارهاي جهاني را داشته باشد، ميشود[4 .[كاربرد نانو فناوري در شيشه و آينه خودروها نيز از خواص ضدمه، خودتميزشونده و … شروع و موارد بسيار پيشرفته را مانند شيشههايي كاملاً هوشمند كه بيشتر در مرحله تحقيقاتي ميباشند را در بر ميگيرد.
فناوري نانو در ساختمان و صنعت ساخت و ساز
يكي از جنبه هاي اصلي نانو تكنولوژي ماهيت ميانرشتهاي آن است. تعامل اين علم با علم بتن ميتواند نقطه عطفي در صنعت ساخت و ساز ايجاد كند. هدف نهايي از بررسي بتن در مقياس نانو، يافتن نسلي جديد از مصالح ساختماني با خواصي جديد و متفاوت نسبت به خواص مصالح معمولي است. بتن از پر كاربردترين مصالح ساختماني است. ويژگي اصلي بتن ارزان بودن و در دسترس بودن مواد اوليه آن است. كاربرد بتن را ميتوان در تمامي كارهاي عمراني از قبيل ساختمان، مخازن و نيروگاهها، سازههاي دريايي مثل اسكلهها، جادهها و راهها، مسيرهاي انتقال آب و سدها و … مشاهده كرد. تاكنون مطالعات زيادي در زمينه بهبود كيفيت بتن انجام شده است كه اكثر آنها تغيير در تركيب بتن را بررسي كردهاند، با اين حال استفاده از افزودني ها و همچنين جايگزين كردن مصالح متداول مورد استفاده در بتن با مصالح جديد هميشه مورد توجه بوده است. يك سري از مواد جديد كه توانستهاند خواص مكانيكي و فيزيكي بتن را ارتقا دهند، نانو موادها هستند. نانو موادها با توجه به خصوصيات شان در سطوح بسيار ريز ميتوانند دنياي بتن را كاملاً متحول كنند. استفاده از نانو تكنولوژي در صنعت بتن به چند سال اخير بازميگردد و كمبود دانش و درك ضعيف از اثر ذرات فوق ريز و نانو ذرات در تكنولوژي بتن، تحقيقات فراواني را در اين زمينه ميطلبد. نانو مهندسي شامل تكنيكهاي دستكاري ساختار در مقياس نانومتري به منظور ايجاد نسل جديد و مناسب كامپوزيتهاي سيماني با رفتار مكانيكي ايدهال است و حتي ميتوان بتن با خواص جديدي مثل مقاومت الكتريكي پايين، هوشمند بودن، خود تميز كننده، خود ترميم كننده، شكل پذيري بالا به وجود آورد. نانو تكنولوژي مانند تمامي تكنولوژيهاي نو نياز به يك توجيه اقتصادي دارد، در حال حاضر هزينههاي بالاي نانو ذرات مانع از توسعه روزافزون اين محصولات و استفاده آنها در صنعت ميگردد، براي همين بهره برداري از نانو تكنولوژي در صنعت بتن در مقياس تجاري همچنان به چند محصول قابل عرضه در بازار محدود گرديده است. از آن جايي كه محصولات ساخته شده از طريق تكنولوژي نانو داراي مشخصات منحصر به فردي هستند، اين تكنولوژي ميتواند در بسياري از فرآيندهاي ساخت و طراحي به كار برده شود. اين مشخصات منحصر به فرد قادر هستند كه مشكلات كنوني در ساختمانسازي را حل كرده و در فرآيند ساخت تغييراتي را به وجود آورند. پيشرفت علم در حوزه نانو ذرات فلزي و دستاوردهاي بزرگ در اين زمينه باعث بهبود وبژگي هاي فلزات ساختماني از جمله فولاد شده است. اضافه كردن نانو ذراتي مانند مس، موليبدن و واناديم باعث بهبود خواص مكانيكي فولاد و كاهش هزينههاي ساخت شده است. ساخت نانو كابلها، نانو پوششهايي نظير دي اكسيد تيتانيم و استفاده از فناوري نانو در ساخت و توليد پيچ و مهرهها تحول عظيمي را در سازهها ايجاد كرده است. از كاربردهاي نانوتكنولوژي در صنعت ساخت شيشه مي توان به محصولاتي مانند شيشههاي خودتميز شونده، شيشههاي كنترل كننده انرژي و شيشههاي محافظ در برابر آتش اشاره كرد. در ساخت شيشههاي خود تميز شونده از نانو ذرات دي اكسيد تيتانيوم استفاده ميشود. اين شيشهها داراي خاصيت ضدلك و ضدعفوني كنندگي هستند. ساخت شيشه هاي خود تميزشونده كه حتي مشكل تميزكاري پنجرهها بهخصوص در ساختمانهاي بلند را از ميان برميدارد، با كمك فناوري نانو حاصل شده است. ساخت شيشههاي محافظ در برابر آتش از طريق قرار دادن يك لايه شفاف محتوي نانوذرات سيليس در ميان دو صفحه شيشهاي امكان پذير است. شيشه هاي كنترل كننده انرژي سبب كاهش عبور امواج ماوراي بنفش و مادون قرمز، و تنظيم عبور نور مرئي و همچنين جلوگيري از اتلاف انرژي در بخشهاي مختلف و استفاده بهينه انرژي در ساختمان شده است. از طرفي به حفظ و نگهداري ساختمان براي مدت طولاني، و همچنين مقاومسازي آن، حتي در برابر حوادث غيرمترقبه كمك بسياري ميكند.
فناوري نانو درصنعت نفت و گاز
طبق بررسيهاي محققان در پنجاه سال آينده ميزان تقاضاي جهاني انرژي دو برابر خواهد شد. بنابراين نياز به استفاده از تكنولوژيهاي جديد و نوعي بازنگري در نوع توليد و مصرف منابع انرژي به شدت احساس مي- شود. در اين ميان علم نانوفناوري با نگرشي جديد كه در ساختار و چينش مواد بهوجود آورده، روشهاي بسيار مناسبي را در جهت استفاده از فرآيندهاي مختلف در حوزه انرژي ايجاد كرده است. يكي از كاربردهاي فناوري نانو در صنايع بالا دستي نفت و گاز، استفاده از آن در لرزهنگاي است. عمليات لرزهنگاري با ايجاد انفجار در نقاط مختلف روي زمين و سپس ثبت شدت و دامنه لرزههاي ايجاد شده توسط دستگاههايي خاص ايجاد ميشود. از اطلاعات لرزه نگاري ميتوان ساختار كلي لايههاي زمين، محدوده مخزن و نوع سيال (اعم از گاز، نفت يا آب) را به دست آورد. دريافت اطلاعات در عمليات لرزه نگاري توسط حسگرهاي خاصي صورت مي گيرد. به نظر ميرسد با ساخت نانوحسگرها مي توان ثبت لرزهها را به صورت دقيق تر انجام داد، زيرا امكان وارد كردن اين حسگرها در لايههاي مختلف زمين و ثبت لرزهها در موقعيتهاي گوناگون وجود دارد. به دليل افزايش فعاليتهاي جهاني در حيطه صنايع بالادستي نفت و گاز، توليد انرژي در آينده همراه با افزايش ضايعات خواهد بود. در اين زمينه ايدهآلترين حالتي كه محققان براي رسيدن به آن تلاش ميكنند، كاهش ضايعات و پسماندها به ميزان صفر است. در اين ميان عمليات حفاري يكي از مهمترين بخشهاي عمليات استخراج و توليد است كه سبب ايحاد ضايعات فراوان ميگردد. براي مثال قطعات داخل چاه كه به سطح زمين حمل ميشوند، به خصوص زمانيكه آلوده به نفت باشند، براي محيط زيست بسيار خطرناك ميباشند. در اولين دورههاي حيات صنعت نفت، اهميت كمي به مقوله مديريت ضايعات حفاري داده ميشد ولي با افزايش تقاضاي جهاني انرژي و روند رو به رشد حفاريهاي پيشرفته، مسئله حفاظت از محيط زيست بيشتر مورد توجه قرار گرفت. بنابراين امروزه دانستن چگونگي توليد ضايعات حفاري و مديريت آنها به بهترين روش كه كمترين اثرات سوء زيست محيطي را به همرا داشته باشد بسيار حائز اهميت است. براي مثال يكي از مهمترين مواردي كه در حفاريهاي دريايي و عمليات توليد و استخراج بايد مد نظر قرار گيرد، حفظ اكوسيستم و تنوع زيستي موجود درخاك و نيز آبها و اقيانوسهاست كه همواره در حين عمليات توليد و برداشت در معرض خطر قرار ميگيرد. زيرا مسلما تخليه و يا نشت ضايعات ناشي از عمليات حفاري و بهره برداري در آبهاي آزاد و درياها اثرات سوء زيست محيطي را در بر خواهد داشت كه بايد به حداقل برسند در اين راستا محصولات نانوفناوري زيست محيطي را ميتوان به گونه وسيعي در فرآيندهاي بازسازي و حفظ محيط زيست استفاده نمود برای مثال از آن جايي كه نانوفناوري علمي است كه به كاهش مصرف مواد (كاهش ضايعات) و همچنين اصلاح ساختار و بهبود فرآيندها كمك شاياني مينمايد، محققان به اين نتيجه رسيدهاند كه استفاده از نانومواد در ساختار سيالات حفاري ميتواند آنها را تبديل به موادي با مضرات بسيار پايين زيست محيطي گرداند. هيدروژن سولفيد گازي بسيار خطرناك، سمي و خورنده است كه ميتواند در حين عمليات حفاري از درون سازند به داخل سيال حفاري نفوذ كرده و باعث آلودگي محيط زيست گردد. به منظور حفاظت از محيط زيست، ايمني كاركنان و نيز جلوگيري از خوردگي خط لوله و تجهيزات نياز است تا اين ماده از سيال حفاري جدا گردد. در گذشته جاذبهاي متنوعي جهت زدودن اين گاز از سيال حفاري استفاده شده است كه متداولترين آنها تركيبات فلز روي مانند اكسيد روي و كربنات روي مي باشند. اكسيد روي مورد استفاده در اين عمليات نيز به- عنوان پسماند جامد، بيخطر ميباشد. در اين راستا گروهي از محققان به بررسي پاكسازي سيال حفاري از هيدروژن سولفيد با استفاده از نانوذرات اكسيد روي پرداختهاند. از آنجايي كه نانوذرات سطح ويژه بالائي دارند، بسيار واكنشپذير ميباشند. آنها توانستند نشان دهند كه استفاده از نانوذرات اكسيد روي در جداسازي هيدروژن سولفيد از سيال حفاري پايه آبي مي- تواند بسيار موثر باشد. همچنين كارآئي اين نانوذرات با ذرات بالك اكسيد روي نيز مقايسه گرديد و نتايج حاصل بيانگر آن است كه در شرايط عملياتي كسان، نانوذرات اكسيد روي بهكار برده شده قابليت جداسازي كامل هيدروژن سولفيد را در مدت 15 دقيقه از سيال حفاري پايه آبي دارا هستند، در حاليكه ذرات بالك در مدت 90 دقيقه تنها قادر به جداسازي 5.2 %از آلودگي هيدروژن سولفيد هستند.
بدون دیدگاه