نانوفناوری و علم مواد

تحقیق و گرداوری :  پیشینه فناوری نانو

برای بررسی ارتباط نانو فناوری و علم مواد (Nano Tchnology & Material Science) باید ابتدا به تاریخچه فناوری نانو پرداخت.

پیشینه فناوری نانو به پیش از قرون وسطی باز می گردد. جام لیکرگوس که در قرن چهارم پس از میلاد ساخته شده، نمونه ای از استفاده از نانو فناوری است.

این جام در نور روز، رنگ سبز و در هنگام تابش نور مستقیم، رنگ قرمز و صورتی دارد.

در قرون وسطی نیز برای تهیه شیشه های رنگی کلیسا، از ذرات نانومتری طلا استفاده می شده است.

 ریچارد فاینمن و انقلابی در علم و فناوری

در سال 1960 ریچارد فاینمن که فیزیکدانی برجسته و برنده جایزه نوبل بود، سخرانی را در جامعه فیزیک آمریکا ارائه داد که انقلابی در علم و فناوری ایجاد نمود. او در سخرانی خود به این نکته اشاره کرد که می توان دایرةالمعارف بریتانیکا را روی یک سنجاق، ارائه کرد و ابعاد آن را به میزان 25000 برابر کوچک نمود. پیشنهاد فاینمن این بود که می توان اتم های مجزا را دستکاری کرده و ساختار های جدید ایجاد کرد که خواص متفاوتی دارند. اما واژه فناوری نانو نخستین بار توسط نوریوتاینوچی مطرح شد. اگرچه در دهه های 50 و 60 میلادی تحقیقات گسترده ای روی ذرات فلزی کوچک و سیال مغناطیسی در حال انجام بود، ولی این پژوهش ها در حیطه فناوری نانو قرار نمی گرفت. علم نانو، به مطالعه و بررسی مولکول ها و ساختارهایی با ابعاد 1 تا 100 نانومتر می پردازد. واژه نانو در مقیاس های علمی برابر یک میلیاردیم است. شکل زیر با مقایسه مقیاس ها، تصور واضح تری از مقیاس نانو، ارائه می دهد.

 تولید مواد

نانو فناوری توانایی تولید مواد، ابزار ها و سیستم های جدید با کنترل مولکول ها و اتم ها و استفاده از خواص آن ها در مقیاس نانو است. در واقع فناوری نانو، یک رشته مجزا نیست، بلکه یک رویکرد جدید در تمامی رشته هاست. نانو فناوری در زمینه های مختلف مانند صنایع غذایی، داروسازی، پزشکی، الکترونیک، کامپیوتر، انرژی، محیط زیست، هوا- فضا و سایر رشته ها کاربرد دارد.

 مطالعه نانو مواد

مطالعه نانومواد حاکی از این مطلب است که هنگامی که اندازه ذرات به کمتر از 100 نانومتر می رسد، خواص فیزیکی و شیمیایی آن ها تغییر می کند. به عنوان مثال نقطه ذوب و خواص نوری تحت تاثیر اندازه و شکل مواد تغییر می کنند.

منبع :  ویکی پیج

در ادامه میخوانید :  روشهای تولید و ساخت  نانو مواد

اندازه یک نانو ذره

یک نانوذره، ذره‌ای است که ابعاد آن در حدود ۱ تا ۱۰۰ نانومتر باشد.

نانوذرات علاوه‌بر نوع فلزی، عایقها و نیمه هادی‌ها، نانوذرات ترکیبی نظیر ساختارهای هسته‌لایه را نیز در بر می‌گیرند. همچنین نانوکره‌ها، نانومیله‌ها، و نانوفنجان‌ها تنها اشکالی از نانو ذرات در نظر گرفته می‌شوند. نانوذرات در اندازه‌های پایین نانوخوشه به حساب می‌آیند.

نانو بلورها و نقاط‌ کوانتومی نیمه‌ هادی نیز زیر مجموعه نانوذرات هستند.

چهار گروه اصلی نانو ذرات

در ۴ گروه کلی نانو ذرات فلزی ،نانو ذرات سرامیکی ، نانو ذرات پلیمری و نانو ذرات نیمه رسانا طبقه بندی می شوند.

چنین نانوذراتی در کاربردهای بیودارویی به عنوان حامل دارو و عوامل تصویربرداری استفاده می‌شوند.  

به طور خاص از نانو ذرات در قرن نهم توسط صنعتگران منطقه ی بین النهرین برای جلا دادن ظروف سفالی استفاده می شده است.  

امروزه برای لایه نشانی نانو ذرات از لایه نشان چرخشی و لایه نشان غوطه وری استفاده می‌شود.

معمولاً برای لایه نشانی نانو ذرات از فرایند سل ژل استفاده می‌شود.

کاربردها:

گوناگونی مواد نانوذره‌ای به اندازه تنوع کاربردهای آنها است، زمینه‌هایی که نانوذرات کاربرد دارند، عبارتند از:

مواد کامپوزیت

کامپوزیت‌های ساختاری

کاتالیزور

بسته‌بندی

روکش‌ها

افزودنی‌های سوخت و مواد منفجره

ساینده‌ها

کاربرد نانوذرات در باتری‌ها وپیل‌های سوختی

روان‌کننده‌ها

پزشکی و داروسازی

دارو رسانی

محافظت‌کننده‌ها

آنالیز زیستی و تشخیص پزشکی

لوازم آرایشی

روش‌های ساخت

برای تولید نانوذرات روش‌های بسیار متنوعی وجود دارد.

این روش‌ها اساساً به سه گروه تقسیم می‌شوند که در ذیل به شرح هر یک می‌پردازیم:

چگالش از یک بخار: روش چگالش از یک بخار شامل تبخیر یک فلز جامد و سپس چگالش سریع آن برای تشکیل خوشه‌های نانومتری است که به صورت پودر ته‌نشین می‌شوند. مهمترین مزیت این روش میزان کم آلودگی است. در نهایت اندازه ذره با تغییر پارامترهایی نظیر دما و محیط گاز و سرعت تبخیر کنترل می‌شود. روش تبخیر در خلاء بر روی مایعات روان (VERL) و روش سیم انفجاری جزء روش‌های چگالش از یک بخار محسوب می‌شود.

سنتز شیمیایی:

استفاده از روش سنتز شیمیایی شامل رشد نانوذرات در یک محیط مایع حاوی انواع واکنشگرها است. روش سل ژل نمونه چنین روشی است، در روش‌های شیمیایی اندازه نهایی ذره را می‌توان با توقف فرایند هنگامی که اندازه مطلوب به دست آمد یا با انتخاب مواد شیمیایی تشکیل دهنده ذرات پایدار و توقف رشد در یک اندازه خاص کنترل نمود.

این روش‌ها معمولاً کم هزینه و پر حجم هستند، اما آلودگی حاصل از مواد شیمیایی می‌تواند یک مشکل باشد.

فرایندهای حالت جامد:

از روش فرایندهای جامد (آسیاب یا پودر کردن) می‌توان برای ایجاد نانوذرات استفاده نمود. خواص نانوذرات حاصل تحت تأثیر نوع ماده آسیاب‌کننده، زمان آسیاب و محیط اتمسفری آن قرار می‌گیرد. از این روش می‌توان برای تولید نانوذرات از موادی استفاده نمود که در دو روش قبلی به آسانی تولید نمی‌شوند

لیپوزم ها ، درخت سان ها ، نانو ذرات پلیمری ،نانو ذرات پوشش داده شده با پلیمر ها ، نانو ذرات کیتوزان و لستین و نانو ذرات دارویی نمونه هایی از نانو ذراتی می باشند که از مسیر فناوری های نوین به دست آمده اند.

تعیین مشخصات

تعیین مشخصات نانوذرات برای کنترل سنتز و کاربرد آنها ضروری است. خواص این ترکیبات با استفاده از روش‌های گوناگونی نظیر: میکروسکوپ‌های الکترونی، AFM، طیف‌سنجی فوتوالکترون، Xray و FT-IR و همچنین روش‌های تعیین اندازه و سطح ویژه ذرات سنجیده می‌شود. نانوذرات در حال حاضر از طیف وسیعی از مواد ساخته می‌شوند، معمول‌ترین آنها نانو ذرات سرامیکی، فلزی وپلیمری و نانو ذرات نیمه رسانا هستند.

نانو ذرات قابلیت سوسپانسیون شدن رادارند.

امروزه برای لایه نشانی نانو ذرات از لایه نشان چرخشی   اسپین کوتر و لایه نشان غوطه وری استفاده می‌شود .

لینک منبع : ویکی پدیا