♠ نانوفناوری

--------------------------------------------------------------------

نانوفناوری و پدیده های فیزیکی

حتماً تاکنون پیش آمده است که سنگی را به درون دریاچه ای مملو از آب پرتاب کرده یا انداخته باشید.
بیایید امتحان کنیم. لیوانی را پر از آب کنید و روی میز قرار دهید. حال تیله ای را به آرامی درون آب بیندازید. ملاحظه می کنید که تیله در هنگام برخورد با سطح آب سبب پاشیده شدن آب به اطراف می شود. به عبارتی، تیله با ایجاد صدای پولوپ آب را می شکافد و وارد آن می شود. دوباره این کار را با جسمی دیگر امتحان کنید. خواهید دید که شکل پاشیده شدن آب به اطراف متفاوت خواهد بود؛ و حتی اگر با دوربینی حرفه ای از این صحنه ها فیلمبرداری کنید، متوجه خواهید شد که حتی دو شیء یکسان و هم وزن و همجنس را نمی توانید پیدا کنید که به طور یکسان آب را به اطراف پراکنده سازند.
دانشمندان دانشگاه کلودبرنارد لئون در فرانسه در خصوص این پدیده پیچیده مطالعاتی انجام داده اند. آنها در پی یافتن پاسخ این سؤال اند که چرا حتی در حالتی که دو گوی هم اندازه و همشکل و همجنس باشند، باز هم شکل پاشیده شده آب متفاوت است. آنها دریافتند که رفتار ملکولی سطح گویها اینکه آنها آب را جذب یا دفع می کنند - متفاوت است.
این گروه تحقیقاتی آزمایش را با گویهایی از جنس آلومینیوم و فولاد و شیشه تکرار کردند تا گویی را پیدا کنند که بیشترین خاصیت آبدوستی را داشته باشد. پس از انتخاب گوی مناسب (گوی شیشه ای)، گوی را با پراکسید ئیدروژن و اسید سولفوریک و الکل تمیز کردند و آزمایش را انجام دادند. در این حالت، گلوله به آرامی درون آب افتاد و سپس گوی یکسان دیگری را با کمک نانو لایه ای از ماده آبگریز به نام سیلان که تنها به اندازه یک ملکول ضخامت داشت پوشش دادند و آزمایش را تکرار کردند. در این حالت، گوی در هنگام برخورد بشدت آب را به اطراف پاشید. آنها علت این اختلاف را این گونه شرح می دهند: ملکولهای آبگریز سبب می شوند تا هنگام باز شدن ملکولهای آب از یکدیگر حباب هوا ایجاد شود که سبب پاشیده شدن آب به اطراف می شود؛ در حالی که ملکولهای آبدوست شیشه سبب می شوند تا حباب هوا بین سطح ملکولهای شیشه و ملکولهای آب ایجاد نشود. بنابر این، گوی به آرامی و بدون پاشیدن آب به اطراف وارد آب می شود. بنابر این، نانولایه از ایجاد حباب هوا جلوگیری می کند.
یافته های این گروه آزمایشی ثابت می کند که در کاستن از شدت پاشش آب به اطراف عامل سرعت نیز ممکن است مؤثر باشد؛ به گونه ای که هر چه سرعت ورود جسم به آب بیشتر باشد فرصت کمتری برای ایجاد حباب هوا و در نتیجه پاشیده شدن آب به اطراف وجود خواهد داشت.
خوب حالا که دلیل آن را متوجه شدیم، بیایید این کار را با اجسام مختلف امتحان کنیم. فراموش نکنیم که هر چه ملکولهای جسم آبگریزتر باشد آب بیشتری به اطراف پخش می شود.
مواظب باشید خیس نشوید.
============================
به نقل از پيسي سيتي

شاید 50 سال پیش که ریچارد فاینمن در سخنرانی معروف خود، داستان تخیلی و جذاب‌اش با عنوان "آن پایین فضای بسیار هست 1" را با آب و تاب تعریف می‌کرد و در آن اتم‌ها را مثال اسبا‌ب‌بازی‌هایی به دست آدم‌های قصه‌اش می‌سپرد تا با آن هرچه می‌خواهند بسازند و هرجور می‌خواهند زندگی کنند، گمان نمی‌کرد روزی در همین نزدیکی‌ها، این داستان به واقعیت بدل شود، و امروزه روز همان آدم‌ها از قصه بیرون بیایند و به دنیاهای وسیع و روشن آن پایین سفر کنند.

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

اکنون، و بعد از گذشت نیم قرن، آدم‌های قصه با سفر به دنیای نانو، «زبان ِ اتم‌»‌ها را فراگرفته‌اند و می‌دانند چگونه ساخت مواد را اتم به اتم آغاز کنند و با دست‌کاری و بهبودشان، به چیزی که می‌خواهند دست یابند.
زبان اتم‌ها به ما می‌گوید که نحوه‌ی چیدمان و کنارهم قرارگرفتن‌شان، تا چه اندازه بر خواص و ویژگی‌ها و رفتار مولکول، و در نهایت مواد تشکیل شده از آن‌ها، اثرگذار خواهد بود. فناوری نانو و ابزارهای‌اش امکان رسیدن به مواد،‌ ابزار و سیستم‌هایی با خواص دل‌خواه و کارآمدی لازم را برای‌مان فراهم می‌نماید. تا آن‌جا که امروزه در پیرامون ما به هر طرف که روی بگردانیم از غذایی که می‌خوریم و لباسی که می‌پوشیم تا دارو و ماشین و کرم‌های پوستی که استفاده می‌کنیم، نانوذرات، نانوکامپوزیت و نانوموادی را می‌بینیم که از آزمایشگاه‌ها و مراکز تحقیقاتی بیرون آمده و با ما در زندگی روزانه‌مان زیست می‌کنند.
البته به هیچ‌وجه نباید تصور کرد که فناوری نانو اختراع قرن حاضر است. بل‌که نانو و قوانین حاکم بر آن، همواره جزیی از طبیعت‌ بوده است و حالا ما با الهام از همین طبیعت، به کشفی عظیم برای ساخت و پرداخت دنیا‌ی‌مان دست ‌یافته‌ایم. به طور مثال: سطح برگ لوتوس2(یک نوع نیلوفر آبی) از پرز‌های بسیار ریزی در مقیاس نانومتر پوشیده شده است. این پرزها که آب‌گریز نیز می‌باشند، سبب تجمع ذرات آب به شکل دانه‌های تسبیح می‌شوند. وقتی دانه‌ها به قدر کافی بزرگ و تبدیل به قطره شد، شروع به غلتیدن و لیزخوردن از سطح برگ می‌نماید (شکل 1). گفتنی ا‌ست که آلودگی‌ها و گرد و غبار نیز درون این قطره‌ها معلق شده و همراه آب به پایین می‌غلتند. بنابراین، سطح برگ همواره تمیز خواهد ماند. با تقلید از این پدیده، شیشه‌ها و پارچه‌هایی ساخته شد که «خودتمیزشونده3 » نام گرفت. بر روی سطح این محصولات، همانند برگ نیلوفر آبی، یک لایه نازک نانومتری از دی‌اکسیدتیتانیوم و یا دی‌اکسیدسیلیسیم کشیده شده که مانع از جذب آب و آلودگی‌ها می‌گردد.

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]
شکل 1. سطح برگ لوتوس
----------------------------------------------------

حال، اجازه بدهید برای آشنایی ملموس با دنیای نانو و حضور آن در زندگی روزانه‌مان به ذکر چند نمونه بپردازم:

نانو و غذایی که می‌خورید

نگه‌داری، بسته‌بندی و جلوگیری از فساد و تخریب مواد غذایی در مقابل انواع باکتری‌ها و قارچ‌ها، و محافظت از آن‌ها در برابر نور و رطوبت، از جمله معضلات اصلی و همیشگی مواد غذایی بوده که موجب خسارت فراوان در این زمینه شده است. امروزه ظروفی که با استفاده از فناوری نانو ساخته می‌شوند، خواص ضدمیکروبی بالایی در مقابل انواع باکتری‌ها و قارچ‌ها دارند. این خواص به دلیل حضور نانوذرات آنتی‌باکتریال در مواد تشکیل دهنده‌ی ظروف می‌باشد.
نگه‌داری مواد غذایی در ظروفی که با نانوذرات نقره ساخته می‌شود، از رشد باکتری‌ها جلوگیری کرده و غذا را به مدت طولانی‌تری در مقایسه با ظروف معمولی نگه‌داری می‌نماید. این ظروف قادر هستند میوه‌ها، سبزیجات، داروها، نان،‌ پنیر، سس و گوشت را در مدت طولانی‌تری، بدون تغییر رنگ و مزه و خواص غذایی‌شان نگه‌داری کنند.
افزودن ترکیباتی مانند نانوذرات دی‌اکسید سیلیس به پوشش‌های پلاستیکی بسته‌بندی و ظروف نگه‌داری مواد غذایی، سبب مقاوم شدن آن‌ها در مقابل پارگی شده و نفوذپذیری آن‌ها را در برابر بخار آب، اکسیژن و پرتو فرابنفش کاهش می‌دهد. از این رو، این بسته‌های پلاستیکی می‌تواند غذا را سالم‌تر و تازه‌تر محافظت نماید.
از طرفی، تولید بسته‌بندی‌های هوشمند می‌تواند ما را از فساد مواد غذایی آگاه سازد. این نوع بسته‌بندی شامل نانوحسگرهایی‌ست که نسبت به گازهای متصاعد شده از مواد غذایی فاسد، به شدت حساس بوده و تغییر رنگ می‌دهند. این تغییر رنگ، نشانه‌ای از فساد مواد غذایی محسوب می‌شود.

--------------------------------------------------------

نانو و لباسی که می‌پوشید


پارچه‌های ضدلک، ضدآب، ضدچروک، ضدحریق و... همه‌ی این‌ رویاها با فناوری نانو محقق شده است. این پارچه‌ها که با تقلید از طبیعت (برگ لوتوس، پوست سوسک و بال حشرات) بافته می‌شود، در روی سطح خود ناهمواری‌های بسیار کوچکی در مقیاس نانو دارد که مانع از چسبیدن گرد و غبار و دیگر آلاینده‌ها به روی پارچه می‌شوند.

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

عرضه‌ی جوراب‌هایی که حاوی نانوذرات نقره می‌باشد، با جلوگیری از رشد انواع باکتری‌ها و قارچ‌ها، بوی بد پا را از بین می‌برد. هم‌چنین، این جوراب، از خارش، سرمازدگی و ترک پاشنه پا، که سبب عفونت در بیماران دیابتی می‌شود، نیز جلوگیری می‌کند.
توزیع نانوذرات سیلیکا در پارچه‌ها سبب ضدحریق شدن آن می‌شود؛ که مصارفی هم‌چون پرده،‌ سرویس‌های اتاق خواب و ... را می‌توان برای آن متصور شد.
=========================
نویسنده: مریم ملک دار

نانوفناوری؛ پزشکی و خودروسازی


در قسمت قبل درباره کاربردهای روزمره فناوری نانو صحبت کردیم که در این قسمت به ادامه آن می پردازیم:
نانوپزشکی


لابد شما هم مثل من فیلم‌های تخیلی بسیاری را دیده‌اید که در آن انسانی به درون بافت‌های انسان دیگر سفر می‌کرد و از کنار گلبول‌ها و پلاکت‌ها و دیگر اجزای خون عبور می‌نمود. اما امروزه این رویا نیز، در کنار دیگر رویاهای ِ دور انسان، به واقعیت تبدیل شده است. با نانوسیستم‌ها و نانوروبات‌ها خیلی راحت می‌توان به درون بدن رفت، و بافت یا سلول موردنظر را ترمیم کرد.
نانو حتی بر روش‌های درمان بیماری‌ها و دارورسانی نیز اثرات مطلوبی گذارده است. در درمان و دارورسانی دو موضوع مورد توجه قرار می‌گیرد:
1) محافظت دارو تا رسیدن به اندام هدف: در مسیری که دارو تا رسیدن به اندام هدف طی می‌کند، ممکن است به عنوان یک جسم خارجی شناخته شده، و توسط سیستم ایمنی بدن از گردش خون حذف شود و بنابراین، به طور کامل به اندام هدف نرسد.

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

2) کاهش عوارض جانبی دارو بر اندام‌های دیگر: اغلب داروها سمی بوده و ممکن است به اندام‌های دیگر آسیب برسانند.
در روش‌های نوین و با کمک فناوری نانو، سعی بر این شده است که دارو مستقیماً و منحصراً به اندام هدف رفته و موجب تخریب بافت‌های دیگر بدن نگردد. در این روش‌ها، که بسیار متنوع نیز هست، دارو را توسط نانوذراتی کپسوله می‌کنند تا از آن، حین عبور از بدن محافظت کنند. و برای این‌که دارو تنها قابل شناسایی برای سلول یا اندام هدف باشد، و به دیگر اندام‌ها آسیبی نرساند، آن را به گیرنده‌هایی مجهز می‌سازند که تنها توسط اندام هدف قابل‌جذب باشد.
این روش‌ها، می‌تواند در درمان بیماری‌هایی هم‌چون سرطان بسیار مفید باشد. با استفاده از نانوذرات مغناطیسی و ایجاد یک میدان مغناطیسی می‌توان دارو را به صورت هوشمند به بافت مورد نظر رسانده و سبب بهبود بافت، بدون صدمه به بافت‌های دیگر شد.

در یک مثال موردی، محققان اسید فولیک را بر روی نانوذرات مغناطیسی قرار داده‌ و به درون سلول‌های سرطانی فرستاده‌ند. سپس با ایجاد یک میدان مغناطیسی قوی، موجب نوسان شدید این نانوذرات شدند. حرارت حاصل از این نوسانات، سبب داغ شدن و بالا رفتن دمای سلول تا بیش از 43 درجه سانتی‌گراد، و در نهایت، مرگ سلول خواهد شد.

------------------------------------------------------
نانو در خودرویی که سوار می‌شویم


همانند کشور ما در دیگر نقاط جهان نیز، بحث کاهش مصرف سوخت و بهینه‌سازی مصرف انرژی مطرح است. از جمله راه‌کارهای موثر دراین زمینه، کاهش وزن بدنه و تجهیزات خودرو به وسیله نانوکامپوزیت‌هایی‌ست که وزن کمتر و استحکام بیشتری دارند. کاهش وزن خودروها، سوخت مصرفی آن را نیز کاهش خواهد داد.
به هنگام ریزش باران و برف، آثار آلودگی بر شیشه‌ها و آینه‌ها، دید راننده را دچار مشکل می‌کند و همان‌طور که می‌دانید بیش‌ترین آمار تصادفات نیز مربوط به روزهای بارانی و برفی است. با به‌کارگیری سطوح خودتمیزشونده در شیشه‌ها و اینه‌های خودرو می‌توان این مشکل را به آسانی قابل‌حل نمود.

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]
---------------------------------------------------------------

ساخت لاستیک‌هایی حاوی نانوذرات کربنی که موجب افزایش طول عمر و مقاومت لاستیک در مقابل سایش خواهد شد، جلوگیری از تابش فرابنفش به وسیله ساخت شیشه‌های حاوی نانوذرات جاذب نور فرابنفش، که موجب محافظت پوست سرنشینان خودرو در مقابل این اشعه خواهدشد، نیز از دیگر کاربردهای فناوری نانو در این حوزه می‌باشد.


مثال‌های بالا تنها موارد کوچکی از حضور نانو در زندگی‌ روزانه‌مان بود. در ساختمان سازی: (ساخت سازه‌های مقاوم‌ و سبک‌تر در برابر زلزله، شیشه‌های خودتمیزشونده، پنجره‌های بدون نیاز به پرده، عایق‌های حراراتی و کاهش اتلاف انرژی)، در لوازم آرایشی و بهداشتی: (کرم‌های ضد آفتاب حاوی نانوذرات که محافظی مطمئن در برابر آفتاب‌سوختگی و پیری پوست هستند، خمیردندان‌هایی با محافظ‌های مخصوص برای مینای دندان) در فناوری اطلاعات (ساخت حافظه‌های کوچک‌تر با قابلیت ذخیره بیش‌تر، پردازنده‌هایی با سرعت بسیار بالا) و در هر جای دیگری که انسان حضور دارد، نانو نیز در کنار آن زندگی می‌کند.
==================================
نویسنده: مریم ملک دار
به نقل از پيسي سيتي