کاربردهای نانوفناوری چیست ؟

نانو فناوری جدید است که در ابعاد یک میلیاردم متر کار می‌کند و درواقع توانمندی تولید مواد، ابزار‌ها و سیستم‌های جدید، با در دست گرفتن کنترل در سطوح ملکولی، اتمی است. نانو فناوری رشته جدیدی نیست، بلکه رویکرد نوینی به تمام رشته‌هاست؛ به عبارت دیگر این توانمندی را به ما می‌دهد تا ساختار مواد را به هم بزنیم و آنچه خودمان می‌خواهیم به طبیعت دیکته کنیم و نگذاریم طبیعت ساختار مواد را به ما تحمیل کند.
دستاورد‌های بسیار و عظیمی تاکنون در زمینه فناوری نانو به دست آمده، اما بسیاری کارشناسان این فناوری را یک فناوری آینده‌گرا می‌دانند؛ به این معنا که پیشرفت و توسعه در آن حد و مرزی ندارد و در آینده‌های دورتر نیز شاهد دستاورد‌های بزرگ‌تر و بزرگ‌تری در ابعاد کوچک‌تر و کوچک‌تر خواهیم بود. بااین‌حال، هم‌اکنون نیز این فناوری در زندگی ما وجود دارد و ما در حال استفاده از محصولاتی هستیم که با کمک این فناوری درست شده‌اند.
می‌خواهیم به هفت محصولی که هم‌اکنون در زندگی روزمره از آن استفاده می‌کنیم و حتی خودمان هم نمی‌دانیم که با فناوری نانو ساخته شده‌اند، بپردازیم:

هفت محصول تولید شده با استفاده از نانو فناوری

کرم ضدآفتاب
سال‌هاست که کرم‌های ضدآفتاب با نانوذراتی ساخته می‌شوند تا موثرتر روی پوست عمل کنند. دو نوع خاص از نانوذرات به کرم‌های ضدآفتاب اضافه می‌شوند که دی‌اکسید تیتانیوم و اکسید روی هستند. این ذرات نه تنها جلوی نفوذ اشعه ماورای بنفش به پوست را می‌گیرد، بلکه روی پوست سبک‌تر هستند. به همین دلیل کرم‌های ضدآفتاب امروزی به ضخامت و چسبندگی کرم‌های ضدآفتاب ۳۰ سال پیش نیستند.

پوشاک
در صنعت نساجی از نانوذرات سیلیس استفاده می‌کنند تا پارچه‌هایی را تولید کنند که آب و مایعات دیگر به آن‌ها نفوذ نمی‌کنند. سیلیس را می‌توان به هر بافت پارچه‌ای اضافه کرد یا حتی آن را به سطح پارچه اسپری کرد تا روکشی از ضدآب روی آن تشکیل شود. بنابراین، اگر توجه کرده باشید بعضی از لباس‌ها از پارچه‌ای درست شده‌اند که آب درون‌شان نفوذ نمی‌کند و درواقع هیچوقت لک نمی‌شوند. شرکت‌های زیادی در حال استفاده از نانوافزودنی‌هایی هستند تا پارچه و درنهایت البسه‌هایی را تولید کنند که چروک نمی‌شوند، دوام رنگی بالایی دارند، ضداشتعال هستند و عملکرد حرارتی بهتری در مقابل گرما یا سرمای هوا دارند.

مبلمان
به همان روشی که می‌توان از طریق فناوری نانو لباس ضدآب و ضدعفونی شده درست کرد، می‌توان مبلمان و لوازم داخلی خانه را نیز تهیه کرد. حتی می‌توان با کمک نانوفیبر‌های کربن مبلمان یا لوازم داخلی خانه را به گونه‌ای ساخت که تا ۳۵ درصد میزان اشتعال‌پذیری آن کاهش می‌یابد.

چسب
از فناوری نانو همچنین برای بهینه‌سازی چسب استفاده می‌شود. جالب است بدانید که بیشتر چسب‌ها در درجه حرارت بالا چسبندگی خود را تا حد زیادی از دست می‌دهند. اما چسبی که با فناوری نانو ساخته می‌شود، نه تنها در درجه حرارت بالا مقاومت می‌کند، بلکه میزان چسبندگی‌اش بیشتر هم می‌شود.
پوشش رنگ خودرو
همه می‌دانیم که فضولات پرندگان زمانی که مدتی روی خودرو بمانند، رنگ آن را از بین می‌برد. در همین راستا شرکتی به نام نانورپل (Nanorepel) پوشش نانویی با کارآیی بالایی تولید کرده است که می‌تواند از رنگ خودرو در مقابل مدفوع پرندگان محافظت کند. این شرکت همچنین پوشش‌های نانویی تولید می‌کند که از صندلی و لوازم داخل خودرو در مقابل لکه‌ها و آلودگی‌ها محافظت می‌کند.
توپ تنیس
فناوری نانو تحولی نیز در دنیای تجهیزات ورزشی ایجاد کرده است که یکی از نمونه‌های بسیار خوب آن در تجهیزات ورزش تنیس است. توپ‌هایی که با کمک فناوری نانو ساخته می‌شوند دوام و عمر بسیار بالایی دارند. با کمک فناوری نانو همچنین راکت‌های تنیسی ساخته می‌شود که بسیار قوی‌تر هستند و مدت بیشتری عمر می‌کنند.
کامپیوتر
بی‌شک بدون فناوری نانو بسیاری از ابزار‌های الکترونیکی که در زندگی روزمره استفاده می‌کنیم، نخواهیم داشت. اینتل، پیشگام بلامنازع پردازنده‌های کوچک کامپیوتری است و با کمک فناوری نانو بهترین و سریع‌ترین پردازنده‌های دنیا را می‌سازد. آخرین نسل فناوری پردازنده این شرکت یک تراشه ۱۰ نانومتری است. وقتی فکر می‌کنید که یک نانومتر یک میلیاردم متر است، این موضوع شگفت‌انگیزتر به نظر خواهد رسید.

کاربرد علوم نانو در صنعت سوخت و انرژی

فناوری نانو رو می‌توان در حوزه‌های مختلف انرژی از جمله سلول خورشیدی، باتری‌ها، پیل سوختی، توربین بادی به کار برد.  از جمله دیگر کاربردهای فناوری نانو در این حوزه افزایش خواص مکانیکی و عمر توربین‌های گازی و آبی با پوشش‌های نانو، ساخت ابرخازن ها، ساخت دیودهای نشر نور، ساخت پره‌های سبک و مستحکم توربین های بادی با نانو کامپوزیت‌ها، ساخت راکتورهای جوش هسته‌ای با نانو کامپوزیت‌ها، کاربرد به‌عنوان ایرسانا در موتورهای الکتریکی، استفاده از نانو کاتالیست ها در تبدیل سوخت‌ها است. در این گزارشی به برخی از مهم‌ترین این کاربردها می‌پردازیم.

پیل سوختی
پیل سوختی انرژی شیمیایی را به انرژی الکتریکی تبدیل می‌کند و سوخت ایده آل آن هیدروژن است. ذخیره‌سازی و نگهداری از هیدروژن به علت کوچک بودن مولکول‌های آن دشوار و خطرناک است و به‌عنوان یکی از چالش‌های پیل‌های سوختی مطرح می‌شود.
حال فناوری نانو با استفاده از ساختارهای نانو مثل نانو لوله‌های کربنی و زئولیت ها امکان ذخیره‌سازی مطلوب هیدروژن را به وجود آورده است. همچنین کاربرد دیگر فناوری نانو مربوط به کاتالیست مورد استفاده در این پیل‌ها است.

کاتالیست کاربردی در پیل‌های سوختی، پلاتین است که قیمت بالایی دارد. در این مورد نیز با قرار دادن نانوذرات پلاتین روی بستر رسانا می‌توان همان کاربرد را با قیمت تمام‌شده بسیار کمتر حاصل کرد. همچنین می‌توان از نانولوله‌های کربنی به‌عنوان کاتالیست استفاده کرد.

سلول خورشیدی
استفاده از فناوری نانو در سلول‌های خورشیدی به‌منظور تأمین بخش قابل‌توجهی از انرژی موردنیاز آینده با قیمت بهینه، یکی از امیدهای بشر است. در حال حاضر سلول‌های خورشیدی سیلیکونی با بازده بالا تولید می‌شوند که از مهم‌ترین مشکلات آنها قیمت تمام شده بالای آنها است.
استفاده از فناوری نانو در نسل‌های مختلف سلول‌های خورشیدی در حال پیشرفت است. از انواع آنها می‌توان سلول‌های خورشیدی رنگدانه ای، سلول‌های خورشیدی لایه‌نازک، پروسکایتی و HIT را نام برد. یکی از دلایل پتانسیل بالای نانومواد برای این کاربرد، وجود ترازهای انرژی به جای نوار انرژی به علت ابعاد بسیار کوچک آنها و در نتیجه خاصیت فوتوولتائیکی در آنها است.
پدیده‌ای که در اثر آن و بدون استفاده از مکانیسم‌های مکانیکی، انرژی تابشی به انرژی الکتریکی تبدیل شود، پدیده فوتوولتائیک نامیده می‌شود. در واقع این پدیده از فرضیه ذره‌ای بودن انرژی تابشی بنا نهاده شده است. هر سیستمی که از این خاصیت استفاده کند را سیستم فتوولتائیک می‌گویند.

توربین بادی
یکی از معضلات توربین‌های بادی، شکسته شدن پره‌های آنها به دلایل گوناگون است. از جمله آنها یخ بستن بر روی پره و افزایش وزن آن است. با توجه به طول بند این پره‌ها، گشتاور بالایی به تکیه‌گاه آنها وارد می‌شود. حال اگر در شرایطی رویانی پره‌های بخش تشکیل شود، گشتاور وارده به تکیه‌گاه بیش‌ازحد تحمل آن شده و پره می‌شکند.
فناوری نانو با فوق آب‌گریز کردن سطح پره‌ها از این اتفاق جلوگیری می‌کند. در واقع با فوق آب‌گریز بودن سطح پره‌ها، قطره آبی روی سطح باقی نمی‌ماند که فرصت تبدیل به یخ داشته باشد و باعث بروز مشکلی شود. عموماً این کار با اسپری کردن محلول‌هایی از جنس سیلیکا صورت می‌گیرد.

باتری‌ها
بهبود عملکرد باتری‌های لیتیوم-یون: این بهبود عملکرد با ادغام دو فناوری صورت گرفته است. نخست استفاده از نانولوله کربنی در آند. البته این کار در گذشته انجام شده بود. طی تحقیقات پیشین مشاهدات نشان می‌دادند که یون لیتیون در هنگام شارژ وارد آند می‌شود ولی در هنگام شارژ کامل خارج نمی‌شود. در نتیجه ظرفیت باتری به مرور کاهش پیدا می‌کند.
حالان مشکل با باز کردن چندلایه از این نانولوله‌ها رفع شده است. دومین فناوری در این عرصه نیز افزودن گروه‌های گوگردی به لایه‌های آند است. در نتیجه این دو اقدام باتری‌های حاصله عمر طولانی‌تر و دانسیته جریان بالاتری دارند.
بهبود عملکرد باتری‌های سولفور لیتیوم: یکی از مشکلات باتری‌های سولفور لیتیوم افت ظرفیت آنها به مرور زمان است. این باتری‌ها از باتری‌های لیتیون-یون که در حال حاضر در اکثر موارد کاربرد دارند، دانسیته جریان بالاتر و هزینه کم‌تری دارند  ولی مشکلات مختلف که یکی از مهم‌ترین آنها افت ظرفیت است راه پیشرفت آنها را سد کرده است. در تحقیقات اخیر با استفاده از نانوذرات فروالکتریک با ممانعت از حرکت پلی سولفیدها از افت ظرفیت جلوگیری شده است.