فناوری نانو چیست؟
نانوفناوری (فناوری نانو) یا نانوتکنولوژی رشته‌ای از دانش کاربردی و فناوری است که جستارهای گسترده‌ای را پوشش می‌دهد.
موضوع اصلی آن نیز مهار ماده یا دستگاه‌های در ابعاد کمتر از یک میکرومتر، معمولاً حدود ۱ تا ۱۰۰ نانومتر است. وجه منحصر به فرد فناوری نانو داشتنن عناصری به نام نانومواد و نانوساختار است.
در واقع نانو تکنولوژی فهم و به‌کارگیری خواص جدیدی از مواد و سیستم‌هایی در این ابعاد است که اثرات فیزیکی جدیدی عمدتاً متأثر از غلبه خواص کوانتومی بر خواص کلاسیک از خود نشان می‌دهند.
فناوری نانو موج چهارم انقلاب صنعتی، پدیده‌ای عظیم است که در تمامی گرایش‌های علمی راه یافته و از فناوری‌های نوینی است که با سرعت هرچه تمام تر در حال توسعه می‌باشد.
از ابتدای دهه ۱۹۸۰ میلادی طراحی و ساخت ساختمان‌ها هر روزه شاهد نوآوری‌های جدیدی در زمینه مصالح کارآمد تر و پربازده تر در مقاومت، شکل‌پذیری، دوام و توانایی بیشتری نسبت به مصالح سنتی دارد.
نانوفناوری یک دانش به شدت میان‌رشته‌ای است و به رشته‌هایی چون مهندسی مواد، پزشکی، داروسازی و طراحی دارو، دامپزشکی، زیست‌شناسی، فیزیک کاربردی، ابزارهای نیم رسانا، شیمی ابرمولکول و حتی مهندسی مکانیک، مهندسی برق، مهندسی شیمی و مهندسی کشاورزی نیز مربوط می‌شود. تحلیلگران بر این باورند که فناوری نانو، زیست فناوری (Biotechnology) و فناوری اطلاعات و ارتباطات (ICT) سه قلمرو علمی هستند که انقلاب سوم صنعتی را شکل می‌دهند. نانو تکنولوژی می‌تواند به عنوان ادامهٔ دانش کنونی به ابعاد نانو یا طرح‌ریزی دانش کنونی بر پایه‌هایی جدیدتر و امروزی‌تر باشد و فراگیرتر باشد.
تاریخچه فناوری نانو
در حدود ۴۰۰ سال پیش از میلاد مسیح، دموکریتوس فیلسوف یونانی، برای اولین بار واژه اتم را که در زبان یونانی به معنی تقسیم نشدنی است، برای توصیف ذرات سازنده مواد به کار برد. از این رو شاید بتوان او را پدر فناوری و علوم نانو دانست.
نانو ریشه یونانی نانس به معنی کوتوله می‌باشد. فناوری نانو موج چهارم انقلاب صنعتی، پدیده‌ای عظیم می‌باشد که در تمامی گرایش‌های علمی راه یافته‌است تا جایی که در یک دهه آینده برتری فراینده‌ها، وابسته به این تحول خواهد بود. ماهیت فناوری نانو توانایی کار کردن در تراز اتمی، مولکولی و فراتر از آن در ابعاد بین ۱ تا ۱۰۰ نانومتر، با هدف ساخت و دخل و تصرف در چگونگی آرایش اتم‌ها یا مولکول‌ها با استفاده از مواد، وسایل و سیستم‌هایی با توانایی‌های جدید و با تغییر این ساختارها و رسیدن به بازدهی بیشتر مواد می‌باشد.
فناوری نانو فرایند دستکاری مواد در مقیاس اتمی و تولید مواد و ابزار، به وسیله کنترل آن‌ها در سطح اتم‌ها و مولکولهاست.
در واقع اگر همه مواد و سیستم‌ها ساختار زیربنایی خود را در مقیاس نانو ترتیب دهند، آنگاه تمام واکنش‌ها سریع‌تر و بهینه‌تر صورت می‌گیرد و توسعه پایدار پیش گرفته می‌شود. از جمله دستاوردهای فراوان این فناوری کاربرد آن در تولید، انتقال، مصرف و ذخیره‌سازی انرژی با کارایی بالاست که تحول شگرف را در این زمینه ایجاد می‌کند.
از اینرو دست‌اندرکاران و محققان علوم نانو در تلاش اند تا با استفاده از این فناوری به آسایش و رفاه بیشتر در درون و برون ساختمان با یافتن طبقه جدیدی از مصالح ساختمانی با عملکرد بالا و صرفه‌جویی در هزینه‌ها بخصوص در مصرف منابع انرژی و در نهایت به توسعه پایدار دست یابند. فناوری نانو منجر به تغییرات شگرف در استفاده از منابع طبیعی، انرژی و آب خواهد شد و پساب و آلودگی را کاهش خواهد داد.
معرفی فناوری نانو
نانو یک پیشوند علمی است که به معنی یک میلیاردم (مقیاس کوچک) است و حوزه نانو تکنولوژی در حدود میلیاردم متر است. ابعادی که در آن اتم‌ها با هم ترکیب شده و مولکول‌ها روی هم اثر متقابل دارند.
در این قلمرو، اتم‌ها و ذرات رفتاری غیرمتعارف را از خود به نمایش می‌گذارند و قابلیت‌های این علم فقط توانایی‌کوچک کردن اجسام نیست. دانشمندان با استفاده از این مواد در تلاشند دستگاه‌ها و ابزارهایی بسازند که از قابلیت‌های بسیار شگفت‌انگیز و غیرمتعارفی برخوردار باشند. متخصصان نانو می‌کوشند با کار بر روی چگونگی حرکت اتم‌ها و نوع قرار گرفتن آن‌ها در کنار یکدیگر و نیز با تغییرات خاص به ترکیبات مقاوم تری از مواد دست یابند و کیفیت مواد تولیدی را بهبود بخشیده و درنهایت تولید مواد مختلف را اقتصادی‌تر کنند.
فناوری نانو توانایی ساخت، کنترل و استفاده ماده در ابعاد نانومتری است. اندازه ذرات در فناوری نانو بسیار مهم است، چرا که در مقیاس نانویی، ابعاد ماده در خصوصیات آن بسیار تأثیرگذار است و خواص فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی تک تک اتم‌ها و مولکول‌ها با خواص توده ماده متفاوت است.
این اندازه در مواد مختلف متفاوت است، اما به‌طور معمول مواد نانو به موادی که حداقل یکی از ابعاد آن‌ها کوچکتر از ۱۰۰ نانومتر باشد گفته می‌شود.
بیشتر بخوانید: همه آنچه که راجب رنگ پودری باید بدانید
اصول بنیادی
یک نانومتر (nm) یک میلیاردیم متر است. برای سنجش طول پیوندهای کربن-کربن، یا فاصله میان دو اتم بازه ۱۲. تا ۱۵. نانومتر به کار می‌رود. همچنین قطر یک مولکول دی‌ان‌ای دو رشته‌ای نزدیک به ۲ نانومتراست، و از سوی دیگر کوچک‌ترین باکتری ۲۰۰ نانومتر است. اگر بخواهیم برای دریافتن مفهوم اندازه یک نانومتر نسبت به متر سنجشی انجام دهیم می‌توانیم اندازه آن را مانند اندازه یک تیله به کره زمین بدانیم یا به شکلی دیگر یک نانومتر اندازه رشد ریش یک انسان در طول زمانی است که برای بلند کردن تیغ از صورتش باید بگذرد.
تعریف فناوری نانو سازمان استاندارد ملی ایران
فناوری نانو (Nanotechnology) بر اساس استاندارد ملی INSO-ISO 80004-1 که برگرفته از استاندارد بین‌المللی ایزو ISO/TS 80004-1:2015 است، به استفاده از دانستی‌های علمی در دستکاری و کنترل ماده، غالباً در نانومقیاس (محدوده ۱-۱۰۰نانومتر) برای بهره‌برداری از پدیده‌ها و خواص وابسته به ساختار و اندازه است. این خواص متمایز با خواص اتم‌ها و مولکول‌های منفرد و غیرقابل برونیابی (استنتاج) از شکل توده همان ماده هستند.
سازمان ملی استاندارد ایران (ISIRI) تعداد ۶۶ استاندارد مرتبط با فناوری نانو تا پایان سال ۲۰۱۷ منتشر کرده‌است.
مراحل فناوری نانو
در مجموع این فناوری شامل سه مرحله می‌باشد:
- طراحی مهندسی ساختارها در سطح اتم
- ترکیب این ساختارها و تبدیل آن‌ها به مواد جدید با ساختار نانو با خصوصیات ویژه
- ترکیب این‌گونه مواد و تبدیل آن‌ها به ابزارهای سودمند
انتظار می‌رود که نانو تکنولوژی نیاز بشر را به مواد کمیاب کمتر کرده و با کاستن آلاینده‌ها، محیط زیستی سالم‌تر را فراهم کند.
محصول فناوری نانو
محصول فناوری نانو بر اساس استاندارد ملی INSO-ISO 21145 که برگرفته از استاندارد بین‌المللی ایزو ISO/TS 18110:2015 است، شامل کالای فناوری نانو و خدمات فناوری نانو می‌شود.
کالای فناوری نانو، شامل دو تعریف نانوپدید (Nano-enabled) و یا نانوبهبود (Nano-enhanced) می‌شود. هر کالایی حاوی نانوماده که کارکرد یا خاصیت آن با فناوری نانو بهبودیافته (نانوبهبود) و یا مبتنی بر فناوری نانو (نانوپدید) باشد، کالای فناوری نانو شناخته می‌شود. به‌طور کلی کالای فناوری نانو شامل یکی از موارد زیر می‌شود:
- نانوماده تولیدشده یا نانوماده مهندسی شده
- محصول میانی بهبودیافته با نانو یا پدیدار شده با نانو
- محصول نهایی بهبودیافته با نانو یا پدیدار شده با نانو
خدمات فناوری نانو، خدماتی است که برای ارائه آن از علم نانو و یا فناوری نانو استفاده می‌شود که می‌تواند شامل بخش‌های تحقیق و توسعه نیز باشد.
شاخه‌های اصلی نانو
می‌توان موردهای زیر را شاخه‌های بنیادین دانش نانوفناوری دانست:
نانو روکش‌ها
- نانو مواد
- نانو شی
- نانو ذره
نانو لوله‌ها (نانو تیوب‌ها)
- نانوصفحات
- نانو کامپوزیت‌ها
- نانو ساختار
مهندسی مولکولی
- موتورهای مولکولی (نانو ماشین‌ها)
- نانو الکترونیک
- نانو سیم‌ها
- نانو حسگرها
- نانو ترانزیستورها
نانو مواد نرم
- لیپید نانوفناوری
- نانو مکانیک
- نانو سیالات
- نانو لیتوگرافی
نانومواد
موادی که حداقل یکی از ابعاد آن‌ها در مقیاس ۱ الی ۱۰۰ نانومتر باشد، مواد نانویی یا نانومواد خوانده می‌شوند. این مبحث در قالب موضوعات مربوط به نانوفناوری جای می‌گیرد.
نانوفناوری، توانمندی تولید و ساخت مواد، ابزار و سیستم‌های جدید با در دست گرفتن کنترل در مقیاس نانومتری یا همان سطوح اتمی و مولکولی، و استفاده از خواصی است که در این سطوح ظاهر می‌شوند. یک نانومتر برابر با یک میلیاردم متر می‌باشد. این اندازه ۱۸۰۰۰ بار کوچکتر از قطر یک تار موی انسان است. به‌طور میانگین ۳ تا ۶ اتم در کنار یکدیگر طولی معادل یک نانومتر را می‌سازند که این خود به نوع اتم بستگی دارد.
به‌طور کلی، فناوری نانو، گسترش، تولید و استفاده از ابزار و موادی است که ابعادشان در حدود ۱–۱۰۰ نانومتر می‌باشد. فناوری نانو به سه سطح قابل تقسیم است: مواد، ابزارها و سیستم‌ها. موادی که در سطح نانو در این فناوری به کار می‌رود، را نانو مواد می‌گویند. ماده نانو ساختار، به هر ماده‌ای که حداقل یکی از ابعاد آن در مقیاس نانومتری (زیر ۱۰۰ نانومتر) باشد اطلاق می‌شود.
این تعریف به وضوح انواع بسیار زیادی از ساختارها، اعم از ساخته دست بشر یا طبیعت را شامل می‌شود. منظور از یک مادهٔ نانو ساختار، جامدی است که در سراسر بدنه آن انتظام اتمی، کریستال‌های تشکیل دهنده و ترکیب شیمیایی در مقیاس چند نانومتری گسترده شده باشند.
در حقیقت این مواد متشکل از کریستال‌ها یا دانه‌های نانومتری هستند که هر کدام از آن‌ها ممکن است از لحاظ ساختار اتمی، جهات کریستالوگرافی یا ترکیب شیمیایی با یکدیگر متفاوت باشند.
همه مواد از جمله فلزات، نیمه هادی‌ها، شیشه‌ها، سرامیک‌ها و پلیمرها در ابعاد نانو می‌توانند وجود داشته باشند. همچنین محدوده فناوری نانو می‌تواند به صورت ذرات بی‌شکل(آمورف)، کریستالی، آلی، غیرآلی یا به صورت منفرد، مجتمع، پودر، کلوئیدی، سوسپانسیونی یا امولسیون باشد.
بیشتر بخوانید: رزین اپوکسی چیست؟
طبقه‌بندی نانو موادها بر اساس ابعاد آن‌ها
به‌طور کلی مواد دارای سه بعد طول، عرض و ارتفاع هستند. اگر حداقل یکی از این ابعاد در مقیاس فناوری نانو (100-1 نانومتر) باشد، به آن ماده نانوساختار گفته می‌شود. مواد نانوساختار بر حسب اینکه چند بعد در مقیاس فناوری نانو داشته باشند، تقسیم‌بندی‌های مختلفی می‌شوند. یکی از این تقسیم‌بندی‌ها بر حسب تعداد ابعاد آزاد است. منظور از بعد آزاد، بعدی است که در مقیاس نانو نباشد و هر مقداری بتواند داشته باشد. بر این اساس مواد به چهار دسته نانوذرات (Nano Particles)، نانوسیم‌ها (Nano Wiers)، لایه‌های نازک (Thin Films) و نانومواد حجیم (Bulk Nanomaterials) تقسیم می‌شوند.
شرکت دانش بنیان نانوفناوری رنگین نانو ساختار دارای 10 گواهی ثبت اختراع در حوزه‌ی رنگ پودری و نانو فناوری در کشور و 3 پتنت جهانی و همچنین تاییدیه از ستاد ویژه توسعه نانو فناوری و معاونت علمی فناوری ریاست جمهوری، تاییدیه آزمایشگاه‌های استاندارد ایران، چین و کانادا است.
منبع: wikipedia