فناوری نانو ومبحث انرژی(1)

برای آنها كه به منابع انرژی قابل اطمینان دسترسی ندارند، راه حل‌های جدید فناوری نانوكمك شایانی است تا كیفیت زندگی آنان را بهبود بخشد. فناوری‌نانو برای آنها كه از ناكارآمدی ذخیره، تولید و تبدیل انرژی رنج می‌برند منابع انرژی جدیدی فراهم آورده و علاوه بر آن، هزینه تولید هر كیلووات انرژی را هم كاهش داده و یا حداقل به بهبود كیفیت تولید آن كمك خواهد كرد.

فناوری نانو به سبب ارتباط با عناصر پایه ایجاد کننده خواص، با بسیاری از کاربردها درزمینه انرژی در ارتباط است و به تمامی سوالات پیرامون این بحث پاسخ می دهد.

فناوری نانو کمک می کند تا انرژی های مختلف با بازدهی بیشتری برق تأمین کنند یا حتی روش های دیگری برای تأمین انرژی ایجاد شود. در انتقال انرژی تا تحویل آن به واحدهای مصرف کننده فناوری نانو کمک می کند که اتلاف انرژی کاهش یابد. در ذخیره انرژی به طور مشخص ذخیره انرژی در باتری ها و خازن ها به کمک فناوری نانو افزایش یافته است. فناوری نانو در کاهش میزان مصرف برق و بهینه سازی مصرف سوخت و کاهش آلاینده ها نیز موثر است و روش هایی را پیشنهاد می کند که با تغییری اندک، آسیب های وارد به محیط کاهش می یابد.

فناوری نانو وتولید انرژی

روش های زیادی طراحی شده اند که از منابع طبیعی مانند خورشید، آب یا باد انرژی بسازند. در همه موارد فناوری نانو می تواند اثرگذار باشد و تغییرات چشم گیری ایجاد کند. تولید و استفاده از نفت و دیگر سوخت های فسیلی سالانه با یک روند مشخص در حال افزایش است و در آینده ای نزدیک تولیدات نفتی دیگر قادر به پاسخ گویی به نیازهای جمعیت دنیا نخواهند بود. پایان یافتن منابع نفتی تنها مشکل ما نیست، بلکه با استفاده روز افزون سوخت های فسیلی در حال حاضر با تولید روزافزون گازهای گل خانه ای و گرم شدن جهان، محیط زیست در معرض خطر جدی قرار گرفته است. برخی از منابع جدیدی که می توانند جایگزین سوخت های فسیلی شوند شناخته شده اند، اما هنوز از نظر اقتصادی بازدهی لازم را ندارند. پیشرفت های فناوری نانو می تواند این مشکل را بهبود بخشد. با فناوری نانو می توان مواد و روش های جدیدی ایجاد کرد که تحولی اساسی در زمینه  انرژی رقم می زنند. در حال حاضر نوربین های بادی، صفحات سلول های خورشیدی و سوخت های طبیعی به عنوان اهداف اصلی در تأمین انرژی های تجدیدپذیر مطرح هستند. چون منشاء آن ها تمیز، ارزان و همیشگی است.

سوخت های فسیلی ونانو کاتالیزورها

تأثیر كلیدی فناوری ‌نانو در این بخش از انرژی، بهبود كارآمدی واكنش‌ها و كنترل فرآیندها به شیوه نانوساختارسازی می‌باشد. به این ترتیب به ازای یك حجم معین، سطح بیشتری در معرض كاتالیزوری كه روی آن ریخته شده قرار می‌گیرد در نتیجه باعث افزایش سرعت واكنش‌ها می‌گردد. البته این كار به این سادگی هم نیست و لازم است مواد واكنش گر با سرعت مناسب، خود را به سایت‌های کاتالیزوری برسانند. انجام این كار متضمن آن است كه ساختارهای ما دارای تركیبی از مقیاس‌ها باشد. اما ایجاد چنین ساختارهای بزرگ و مجتمعی آن هم به شیوه از پایین به بالا (bottom up) كاری است كه تنها در حوزه‌ فناوری نانو قابل انجام است.

انرژی خورشیدی

خورشید یکی از منابع مهم تجدید پذیر بدون آلودگی است. انرژی خورشید را می توان به وسیله سلول های مولد ولتاژ از نور (سلول های خورشیدی) به برق تبدیل کرد. برخی از ماشین حساب های نوری، فانوس های دریایی، خطوط تلفن در نواحی دور، سفینه های فضایی و نانوبری شناورها در اقیانوس، سلول های خورشیدی دارند.

برای ایجاد یک سلول خورشیدی ایجاد یک اتصال از نیمه رساناهای نوع  Pو N ضروری است. این اتصال موجب حرکت الکترون ها می شود.

برخلاف مولدهای معمول سلول های خورشیدی انرژی شیمیایی را استفاده نمی کنند، سلول های خورشیدی همان طور که از نامشان پیدا است، نور را به برق تبدیل می کنند، کاری که گیاهان طی میلیون ها سال انجام می دهند. بیشتر سلول های خورشیدی، علیرغم محدودیت میزان بازدهی آن از ورود آلاینده ها به محیط زیست جلوگیری کرده و برق نامحدود و فراوان خورشید را ذخیره می کند. محققان در تلاش اند سلول هایی با بازدهی بیش از 50 درصد و وزن و هزینه کم بسازند و بتوانند برق بیشتری نسبت به سلول های گران قیمت و کم بازده کنونی ذخیره کنند. انعطاف و سبکی، نیاز به مراقبت کم و قابلیت تلفیق با لباس، ساختمان، بادبان ها، شیشه، بام و انواع سطوح، مواردی است که نیاز به توجه به فناوری نانو در ساخت سلول های خورشیدی و افزایش بازدهی آن ها را ضروری می سازد. فناوری نانو در سال های اخیر توانسته است به عنوان یک بخش پر ارتباط با کاربردها و  خواص متعدد، بهبودهای مهمی را در سلول های خورشیدی ایجاد نماید، به طوری که هزینه سلول های خورشیدی کنونی با حفظ بازدهی به یک سوم رسیده است.

در فناوری نانو مباحث، متعدد و وسیع است و در حیطه دانش و فن یک رشته قرار نمی گیرد. این تنوع از حیث مواد نانوساختار، خواص، سیستم های نانومتری و حتی روش های ساخت و قابلیت هایی است که در هر کاربرد به آن ها نیاز است. این فناوری می تواند به کاهش هزینه ها و افزایش کارایی سلول های خورشیدی کمک کند. نانوالیاف، نانولوله ها، مواد متخلخل کاتالیستی و مواد جاذب، نقاط کوانتومی و حتی نانوکامپوزیت ها می توانند در سلول های خورشیدی مورد استفاده قرار بگیرند. در توسعه سیستم های انرژی زا، علم مواد اهمیت بسیار زیادی دارد. زیرا مواد بیشترین هزینه ها و تأثیرات را در بازدهی این سیستم ها ایجاد می کنند. برای مثال فرایند تولید و به کاربردن سیلیکون که مهم ترین نیمه رسانایی است که از آن برای استخراج الکترون از نور خورشید استفاده شده است، بخش زیادی از هزینه های ساخت یک واحد سلول خورشیدی را به خود اختصاص می دهد.

كارایی یك سلول خورشیدی به این بستگی دارد كه چه میزان از نور خورشید را جذب می كند و چه مقدار از آن منعكس شده و یا به صورت گرما در مدارهای سلول خورشیدی هدر می‌رود و در نهایت با چه بازدهی انرژی دریافتی را به الكتریسیته تبدیل می‌كند. تاکنون تحقیقات بسیار زیادی در مورد سلول های خورشیدی انجام گرفته و همچنان ادامه دارد. مشكل سلول های خورشیدی فعلی، هزینه بالا، گران بودن مواد و كارایی نسبتاً كم آن‌ها می‌باشد. این به آن معناست كه انرژی خورشیدی چندین برابر گران‌تر از انرژی به دست آمده از مصرف سوخت‌های فسیلی می‌باشد. مهم ترین مشکل سلول های خورشیدی بازده اندک آن ها است. مشکلی که استفاده از نانومواد به حل آن کمک می کند. سلول های خورشیدی جدید کارایی بالاتر از این سلول ها را نسبت به سیلیکون های مصرفی در صفحات خورشیدی امروزی ایجاد کرده اند. فناوری نانو گزینه‌های جدیدی مثل صفحات انعطاف پذیر رانیز ارائه دهد.

  ادامه دارد...

شگفتی‌های نانولوله‌های کربنی(2)

قسمت اول

یک نانولوله، همانطور که از نامش برمی‏آید، یک استوانه‏ی تو خالی با قطری در حد نانومتر است.‏ طول هر نانولوله می‏تواند از چند نانومتر تا چند میکرومتر باشد. اگر یک نانولوله‏ی تک دیواره را در نظر بگیریم، با برش دادن دیواره‏ی آن در راستای طول نانولوله، یک صفحه از اتم‏های کربن به نام گرافن به دست می‏آید. طول زیاد نانولوله نسبت به قطر، آبگریز بودن ساختار کربنی فضای خالی درون نانولوله آن را شبیه به چیزی مثل یک لوله یا کپسول می کند که می تواند برای ذخیره و انتقال داروها یا گازها و مایعات استفاده شود. حتی نانولوله می تواند آنقدر بلند باشد که از آن رشته های محکم رسانای الکتریسیته ساخته شود. خواص ارتجاعی نانولوله را نیز نباید رها کرد از این ساختار ساده یک رادیوی کوچک ساخته اند که در آن نانولوله تمام وظایف رادیو را به تنهایی انجام می دهد.

انواع نانولوله های کربنی

نانولوله‌ها به دو دسته تك جداره (SWNT) و چند جداره (MWNT) تقسیم می‌شوند،‌ نانو لوله های تك جداره نیز بر حسب آرایش اتم‌های كربنی مقطع لوله به سه دسته مهم دسته صندلی (Armchair)یاآرمچیر و كایرال( chiral )یا نامتقارن كه دارای خاصیت فلزی هستند و زیگزاگ (Zigzag) كه خاصیت نیمه‌رسانایی دارد، تقسیم می‌شوند.

در ساختارهای زیگزاگ و دسته صندلی، ردیف های لانه زنبوری موجود در دیواره نانولوله، عمود بر محور نانولوله یا موازی با آن هستند. در ساختار کایرال، این ردیف ها زوایای متفاوتی با محور نانولوله می سازند. این ساختار را ساختار مارپیچ نیز می نامند.

اولین نانولوله های کربنی که ایجیما در سال 1991 مشاهده کرد، نانولوله های کربنی چند دیواره نامیده شد؛ هر کدام از آنها از تعدادی استوانه از اتم های کربنی که به شکل آنتنی در داخل هم قرار گرفته اند تشکیل شده اند. دو سال بعد، ایجیما و دونالد بثن همزمان بدون اطلاع از  کار هم نانولوله های کربنی تک دیواره ای را ساختند که تنها یک لایه از اتم های کربن را در برداشت. هر دو نوع نانولوله ساخته شده به روش مشابهی ساخته شده و خیلی از خصوصیات آن ها مثل هم بود. بارزترین این خصوصیات باریک بودن و طول خیلی بلندشان بود. بیشتر نانولوله های تک دیواره قطری نزدیک به یک نانومتر دارند که طول آن ممکن است هزاران مرتبه بزرگتر از قطر لوله باشد.

نانولوله‌های كربنی تك جداره فقط از كربن و یك ساختارساده (ورقه‌ای از شش ضلعی‌های منظم) تشكیل شده‌اند. برخی پیش‌بینی‌ها حاكی از آن است كه تك جداره ها می‌توانند رسانا یا نیمه‌رسانا باشند. این هدایت الكتریكی بالا بستگی به هندسه دقیق اتم‌های كربن دارد. از آغاز كار روی تك جداره ها از آن ها به عنوان یك پدیده تك بعدی نام برده می‌شد تا این كه این نظریه مرحله به مرحله پیشرفت كرد. علت علاقه به این نانولوله‌های تك جداره و تلاش برای جایگزین كردن آن ها در صنعت، بر اساس محاسبات نظری و تأثیرات آزمایشگاهی، بر خصوصیات عالی مكانیكی و رسانایی الكتریكی آن ها مانند فلزات می‌باشد. البته تولید نانو لوله های تك جداره دارای هزینه بالایی است و تولید به همراه پایدار كردن خصوصیات آن ها در حین فراوری پلیمر- نانولوله مشكل می‌باشد. هر چند نانولوله‌هایی كه با استفاده از تكنیك لانگهوری- بلاجت كه شامل حركاتی افقی و عمودی شبیه نقاشی سنتی ژاپن می‌باشد تولید شده‌اند، علاوه بر این كه ثابت نگه داشته می‌شوند- توسط ژلاتین و تشكیل نانوژل كربنی- از لحاظ نوری نیز یكدست و همگن و از لحاظ ساختاری قابل كنترل می‌باشند.

بر عكس در دسترس بودن و تجاری بودن نانولوله‌های كربنی چند جداره باعث شده كه پیشرفت‌های بیشتری در این زمینه داشته باشیم تا حدی كه محصولاتی در آستانه تجاری‌شدن تولید شده است. به عنوان مثال از نانولوله‌های كربنی چند جداره (جایگزین كربن بلك Carbon-black) در پودرهای رنگ استفاده شده است.

یكی از معایب نانولوله‌های چند جداره نسبت به تك جداره این است كه استحكام‌دهی آن ها كمتر می‌باشد زیرا پیوندهای صفحات داخلی ضعیف می‌باشند. اما از آنجا كه‌ در حال حاضر كاربردهای نانولوله‌ها در تقویت پلیمرها باعث بهبود خواص گرمایی و الكتریكی می‌شود تا بهبود خواص مكانیكی، كاربرد نانولوله‌های كربنی چند جداره بسیار زیاد می‌باشد. ازطرفی تكنیك‌های موجود نیز برای تولید نانولوله‌های تك جداره به اندازه كافی بازدهی ندارد و خلوص لازم را نیز به همراه نمی آورد. تخلیص این مواد بسیار زحمت‌آور است و در نهایت ممكن است به ساختار نانولوله‌ صدمه نیز بزند.

خواص نانولوله‌ها

نانولولھ ھای کربنی دارای خواص منحصر بھ فردی ھستند کھ این خواص، آنھا در زمره بهترین مواد،جهت کاربردهای ویژه قرار می دهد.

خواص مكانیكی

نانولوله‌ها دارای پیوندهای محكمی در بین اتم‌هایشان می باشند وبه همین علت در برابر نیروهای کششی مقاومت واستحکام زیادی از خود نشان می دهند. به عنوان مثال نیروی لازم برای شکستن یک نانولوله ی کربنی چند برابر نیرویی است که برای شکستن یک قطعه فولاد ـ با ضخامتی معادل یک نانو لوله ـ احتیاج داریم.

اما جالب است که بدانیم پیوندهای بین اتمی در نانولوله‌ها علاوه بر ایجاداستحكام بالا، شكل‌پذیری آسان و حتی پیچش را درآنها میسر می سازد! در حالی که فولاد تنها دربرابر نیروهای كششی دارای مقاومت است و برای پیچش انعطاف پذیری

در بررسی كاربرد نانولوله‌ها و به کار گیری خواص آنها ، می توانیم به استفاده از این ترکیبات به عنوان «رشته» در مواد مركب،اشاره كنیم؛ به چنین موادی «كامپوزیت» می‌گویند. ملموس‌ترین مثال كامپوزیت «کاه‌گِل» است. كاه‌گِل مخلوطی از «کاه» و «گِل» است که در آن، كاه به عنوان رشته‌هایی كه استحكام و انعطاف‌پذیری بهتری نسبت به گل دارد، پراكنده شده است تا مانع از ترك‌خوردن آن شود. گل را اصطلاحا «زمینه» می نامیم. نانولوله ها نیز چون استحكام و شكل‌پذیری خوبی دارند، ‌در مواد مركب با زمینه‌های فلزی، پلیمری و سرامیكی استفاده می‌شوند. اما مهم‌ترین فاكتوری که كه باعث برگزیدن نانولوله به عنوان رشته در مواد مركب (كامپوزیت) شده است، وزن كم آن است ، در حالی که استحكام آن بالاست. از مهم‌ترین موارد استفادة چنین مواد مركبی می‌توان به موارد زیر اشاره كرد:

بدنة هواپیما و هلیكوپتر، زه راكت‌های تنیس و ...

خواص فیزیكی

مهم‌ترین خاصیت فیزیكی نانولوله‌ها،«هدایت الكتریكی» آنهاست. هدایت الكتریكی نانولوله‌ها بسته به زاویه و نوع پیوندها، از دسته‌ای به دستة دیگر كاملاً متفاوت است؛ هر اتم در جایگاه خود در حال ارتعاش‌ است، وقتی كه یك الكترون (یا بار الكتریكی) وارد مجموعه ای از اتم ها می‌شود، ارتعاش اتم‌ها بیشتر شده و در اثر برخورد با یکدیگر بار الكتریكی وارد شده را انتقال می‌دهند.

هرچه نظم اتم‌ها بیشتر باشد، هدایت الكتریكی آن دسته از نانولوله‌ها بیشتر خواهد بود. تقسیم بندی ابتدای متن بر اساس نظم اتمهای کربن در نانولوله و در نتیجه رسانایی آنها‌ انجام شده است؛ برای مثال نانولوله نوع صندلی 1000 بار از مس رساناتر است، در حالی که نوع زیگزاگ و نوع نامتقارن نیمه رسانا هستند. خاصیت نیمه رسانایی نانولوله ها بسته به نوع آنها تغییر می کند.

   ادامه دارد...

توپ سیاه نانومتری (2)

انواع فولرین ها

فولرین‌های کربنی

فولرین‌های درون وجهی

فولرین‌های چند‌لایه

فولرین‌های غیرکربنی

فولرین‌های کربنی

فولرین‌های کربنی، آلوتروپی از کربن(نظیر الماس و گرافیت )هستند این ترکیبات از کربن ساخته شده اند و فرمهای کروی، بیضوی به خود می گیرند به شکل کروی باکی‌بال می گویند.

در اوریل 2003 این نوع فولرین‌ها در زمینه دارویی مورد مطالعه قرار گرفتند (در خصوص آنتی بیوتیکهایی که برای مقابله با باکتریهای مقاوم و حتی سلولهای سرطانی مصرف می شود). فولرین‌ها فعالیت شیمیایی زیادی نداشته و در چندین حلال نظیر تولوئن و کربن دی سولفید حل می شوند.

فولرین‌های درون وجهی

فولرین‌های درون وجهی اتم‌های مختلف را داخل خود محصور می‌كنند، نانوساختارهای حاصله برای ردیابی عناصر و فرایندهای بیولوژیکی بکار می‌روند.

فولرین‌های چند‌لایه

فولرین‌های چند‌لایه شامل چندین فولرین هستند که در داخل یکدیگر قرار دارند. به همین دلیل به این ساختار نانوپیاز نیز گفته می‌شود.

فولرین‌های غیرکربنی

در فولرین‌های غیرکربنی، عناصر دیگر ساختاری مشابه فولرین‌هارا بوجود می‌آورند، ساختار شیمیایی این فولرین‌ها اغلب اکسید فلزی می‌باشد، اکسید وانادیوم یک نمونه از‌ آنهاست.

خواص فولرین ها

شکل زیبا و بی سابقهء فولرین ها و خواص شگفت انگیز این مولکول ها توجه بسیاری از دانشمندان را به خود معطوف کرده است. پایدارترین و فراوان ترین فولرین ها انواع C60 و C70هستند. بنابراین بیشتر خواص ذکر شده در مورد فولرین ها نیز روی این دو نوع متمرکز شده است. فولرینها به شدت الکترون خواه هستند و به آسانی با هسته دوستها واکنش میدهند .

از واکنشهای آنهای میتوان:

1) واکنش افزایشی: تشکیل برون وجهی با افزایش هسته دوستها یا رادیکالها ، حلقه زایی ، و ایجاد کمپلکس با فلزات واسطه .

2) واکنشهای انتقال الکترون : کاهش شیمیایی فولرینها به راحتی بوسیله واکنش با فلزهای قلیایی و قلیایی خاکی الکتروپوزیتیو یا مولکولهای آلی اکترون دهنده امکان پذیر است،

3) تشکیل ناجور فولرینها : جانشین کردن اتمهایی مانند نیتروژن یا بور به جای اتم کربن در اسکلت فولرین

4) واکنشهای باز شدن حلقه : تولید یک حفره در اسکلت با شکستن تعداد مشخصی از پیوندها

5) تشکیل درون وجهی ها: وارد کردن و به تله انداختن اتمها در داخل قفس کروی شکل

نیمرسانایی با مقاومت الکتریکی بسیار بالاست ، اما با وارد کردن فلزات قلیایی ، قلیایی خاکی یا گونه های الکترون دهنده دیگر درون ، انتقال بار حاصل ، مقاومت الکتریکی را به شدت کاهش میدهد که در برخی موارد میتواند منجر به رسانایی فلزی شود .به این مواد متافولرینها گفته می شود .

نانو لوله های کربنی به دلیل داشتن قطر بسیار کوچک در حدود 0.7 نانومتر نخستین نمونه از استوانه های توخالی معروف به سیمهای کوانتومی هستند ، اینها هم به صورت فولرینهای تک لایه هم به صورت فولرینهای چند لایه تو در تو قابل تهیه اند .

محققان بر این باور هستند که می‌توان از فولرین ها به عنوان اسفنجی استفاده کرد که می تواند گروه های شیمیایی خطرناک را از بافت های آسیب داده مغز جدا کنند. چنین اسفنجی می تواند جلوی عبور مواد شیمیایی خطرناک را که قادرند. سلول های عصبی را خراب کنند، بگیرد.

به فولرین ها خاصیت روان‌سازی بالا نیز نسبت داده شده است. فولرین‌های پوست پیازی(فولرین های چند لایه) برای سطوحی که خیلی زیر نیستند مناسب‌ترند. این به معنای کار راحت تر خودروها و اتلاف حرارت اصطکاکی کمتر و در نهایت مصرف سوخت کمتر است.

مجموعه خواص زیست‌سازگاری، توانایی حمل مواد (دارو، فلزات مغناطیسی برای عکس‌برداری از بدن) و امکان اتصال عوامل شیمیایی به کربن در فولرین، ساخت انواع داروهای هدفمند ضدسرطان را میسر می کند.

با وارد کردن اتم ها در داخل فولرین مثل پتاسیم  و افزودن انواع گروه های سطحی شیمیایی در بیرون آن دسته وسیعی از کاربردها مانند روان سازها، ابررساناها، سوخت های راکت، لیزرها، باتری ها، لایه های مغناطیسی و داروهای سرطان و ایدز برای فولرین ها امکان پذیر است.

استفاده از فولرین ها به عنوان نانوافزودنی های سوخت و روغن باعث كاهش اصطكاك داخلی موتور، كاهش ساییدگی آن، کاهش مصرف سوخت، افزایش قدرت و بازدهی موتور، تمیزی سیستم سوخت رسانی و كاهش گازهای آلاینده خروجی از موتور خودرو می شود.

پیش از فولرین گرافیت هم در این کاربرد استفاده شده است. ورقه های گرافیتی پیوند ضعیفی با هم دارند و می توانند روی هم بلغزند. بنابراین موادی که شامل چنین صفحات لغزنده ای مانند گرافیت، فولرین یا مشابه آن هستند، روان سازی بیشتری دارند.

خانواده اولین نانو مواد:گرافیت،الماس وفولرین

گاهی مواد معدنی تنها از یک عنصر تشکیل شده‏ اند و گاه چندین عنصر را در بردارند. زمین‏ شناسان در یک دسته بندی، تمام مواد معدنی را به زیرمجموعه های فلزی و غیرفلزی تقسیم می‏ کنند. از بین تمام عناصر 80 درصد آنها فلز هستند چنانچه از بین آنها طلا، نقره و مس را می شناسیم. همانطور که می‏دانیم کربن ماده تشکیل دهنده‏ گرافیت، الماس و فولرین است که عنصری غیرفلزی است. بنابراین سوالی پیش می ‏آید که فرق بین این سه ساختار چیست؟ با وجود اینکه همه این مواد از کربن ساخته شده‏اند ولی الماس اینچنین سخت است و گرافیت آنچنان نرم. بزرگترین تفاوت آن‏ها پیوند کربنی است. در الماس هر اتم کربن به 4 اتم کربن دیگر و در گرافیت هر اتم کربن به 3 اتم دیگر متصل است و در حلقه بنزنی هر 6 اتم یک حلقه را تشکیل دادند زیرا صفحات می‏توانند روی هم سر بخورند. به همین دلیل گرافیت لغزنده است.

فولرین‏ها مانند الماس‏ها و گرافیت‏ هستند، اما کمی بهتر. آنها چند خصوصیت از هر دو ساختار را دارند. از حدود سال 1990 تحقیقات در نحوه شباهت فولرین به سایر اشکال کربنی آغاز شد. فولرین هایی با 70 کربن (کمی بیضی شکل)، 80 فولرین (شبیه سوسیس) و حتی کربن های بیشتر کشف شدند. زمانی که اشکال و شباهت ها بیشتر می شد، دانشمندان دریافتند که انرژی الکترون و جریان الکتریکی در سطح مولکولی با شیوه‏ای متفاوت عمل می‏کنند..

نقشی که گرافیت و الماس به اجبار باید بازی می کردند، نمی توانست فولرین‏ها و بهتر از آنها را تغییر دهد. دستگاههای پیشرفته تر راه را برای خلاقیت های بعدی هموار کرده اند.

ادامه دارد...

همراه با نمایشگاه فناوری نانو

این طرحهای صنعتی عبارتند از: تولید صنعتی فیلترهای نیروگاهی ارتقاء یافته با فناوری نانو الیاف، تولید صنعتی پودر نانو سیلیس با کاربرد در صنایع ساختمان، لاستیک و رنگ، تولید صنعتی نخ های پلی آمید ضد باکتری و پایلوت تولید اشیاء نانو فیلتراسیون برای بکارگیری در تصفیه آب.

همچنین تجهیزات فناوری نانو که در این مراسم رئیس جمهور از این تجهیزات رونمایی کرد عبارتند از: دستگاه اسپکتروسکوپی زمان پرواز، سیستم برش نگاری فلورسنت مولکولی و دستگاه آنالیز حرارتی تفاضلی.

دستاورد تازه فناوران ایرانی درصنعت ساختمان: سطوح ساختمان بافناوری نانو ضد آب می‌شود

آب‌بند‌سازی و محافظت طیف عظیمی از سطوح ساختمانی و صنعتی یکی از دغدغه‌های شركت‌های ساختمانی به شمار می‌رود. محققان یك شركت نانوفناوری ایرانی، با حضور در بخش ساختمان پنجمین جشنواره و نمایشگاه فناوری نانو، محصول مایعی بر پایه آب ارائه داده‌اند که این مشکل را برطرف کرده است.

به گفته محققان، از آنجایی که ویسکوزیته این محصول بسیار شبیه به آب است، به راحتی می‌تواند به منافذ مویینه‌ای که مواد پلیمری یا الاستومری راهی در آن ندارند نفود کند. استفاده از ترکیبات بر پایه فناوری نانو، کارایی و طول عمر بالا و حداقل تغییرات ظاهری را باعث می‌شود. در واقع در حالی که یک لایه بازدارنده در برابر نفوذ آب بر روی سطح ایجاد می‌کند، آب موجود در سطح زیرین به دلیل وجود فشار مویینگی منفی امکان تبخیر پیدا کرده و با این مکانیسم مانع از ایجاد ترک، تورم و یا اعوجاج در سطح می‌شود.

از آنجایی که ذرات نانو زنجیره‌های پلیمری تشکیل نمی‌دهند، سطوح اصلاح شده با این محصول، دوام خوبی پیداخواهد کرد به شکلی که حتی پس از 8 سال تا 95 درصد از فعالیت خود را حفظ می‌کنند. سطوح مذکور مقاومت بیشتری در برابر اشعه ماوراء بنفش خورشید دارند و به همین دلیل دچار پدیده زردشدگی نخواهند شد.

از یخچال ضدباکتری تا فرش ضد لک؛ «خانه نانویی» در جشنواره نانو

در خانه نانویی مستقر در پنجمین جشنواره و نمایشگاه فناوری نانو، تأثیرات فناوری نانو بر تمام بخش‌های یک ساختمان از جمله دوام، مقاومت، طراحی نما و طراحی داخلی به نمایش گذاشته شده است و این امر اقبال روزافزون به استفاده از این فناوری در صنعت ساختمان را توجیه می‌کند.

از نمونه‌های فناوری نانو که در این خانه به کار رفته است، می‌توان به رنگ عایق حرارت، رنگ ترک، پرده‌ و مبل ضد لک و آب، پوشش ضد رطوبت، یخچال و ماشین لباس‌شویی ضدباکتری، شیشه‌های دوجداره کم گسیل و دستگاه تصفیه هوا اشاره کرد که مجموع این دستاوردها در چهار بخش اتاق خواب، آشپزخانه، سرویس بهداشتی و سالن نشیمن به نمایش گذاشته شده است.

تجربه آرامش با فناوری نانو

از جمله کاربردهای فناوری نانو که در اتاق خواب خانه نانویی به نمایش گذاشته شده است می‌توان به موارد ذیل اشاره کرد:

**تشک تخت خواب ضد باکتری؛ تشک‌های ضد باکتری با استفاده از پوشش‌های نانوذره‌ای از جمله نانوذرات نقره و کامپوزیت تولید می‌شوند.

** رنگ ترک؛ این رنگ ترکیبی از افزودنی‌های مختلف نانو ذرات و پلیمر بوده که نقش مۆثری در ایجاد ترک در رنگ‌ها دارند.

**  رنگ ضد باکتری؛ با استفاده از نانوذرات نقره و ترکیبات مکمل به دست می‌آید.

** رنگ فوتوکالیستی ضد کثیفی؛ پس از تابش نور آفتاب ذرات چربی و لک روی سطح رنگ تجزیه شده و با شستشوی مختصر، سطح تمیز می‌شود.

آشپزخانه‌ای از جنس نانو

کاربردهای فناوری نانو ارائه شده در آشپزخانه خانه نانویی هر بازدیدکننده‌ای را تشویق به آشپزی در این خانه می‌کند. از جمله این موارد به قرار زیر است:

** یخچال و ماشین لباس‌شویی ضدباکتری؛ حاوی نانوکامپوزیت‌های ضدباکتری پایه پلیمری بوده و باعث از بین بردن باکتری محیطی، کاهش عوامل بیماری‌زا و افزایش ماندگاری محتویات و میوه‌ها می‌شود.

** هود، اجاق گاز، کابینت، سینک‌، ظرفشویی ضد لک و کثیفی؛ با اعمال مشتقات سیلیس، سطح اصلاح شده و خواص ضد لک و آب به مقدار قابل توجهی بهبود یافته و اثر لک و کثیفی را از سطح دفع می‌کند.

** دستگاه تصفیه آب؛ استفاده از نانوغشاهای پلیمری موجب حذف آلاینده‌های موجود در آب می‌شود.

همنشینی با فناوری نانو

در سالن نشیمن این خانه کاربردهای زیر به نمایش گذاشته شده است:

**  شیشه‌های کم گسیل؛ لایه نانومتری روی سطح شیشه باعث بازتاب قابل توجه امواج مادون قرمز و ماوراءبنفش می‌شود.

**  رنگ عایق حرارت؛ این رنگ حاوی نانوساختارهای هواژل بوده و باعث کاهش انتقال حرارت از محیط گرم به سرد شده و از خوردگی و حریق محافظت می‌کند.

** دستگاه تصفیه هوا؛ عملکرد این دستگاه بر پایه خواص فوتوکاتالیستی نانوذرات تیتانا است.

** پرده، مبل و فرش ضد آب و لک؛ با استفاده از نانوذرات و ترکیبات پایه سیلیس خواص لوتوس روی سطح منسوج ایجاد می‌شود.

فناوری نانو در کنار بهداشت و سلامت خانواده

از جمله کاربردهای فناوری نانو به نمایش گذاشته شده در سرویس بهداشتی این خانه می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

** کاشی و آیینه ضدلک و آب؛ با اعمال مشتقات سیلیس، سطح اصلاح‌شده و خواص ضد لک و آب به مقدار قابل توجهی بهبود می‌یابد.

** لوله بی‌صدای فاضلاب؛ لوله‌های بی‌صدای فاضلاب از سه لایه تشکیل شده است که لایه وسط آن از نانوکامپوزیت پلیمری ساخته شده است.

** کفپوش اپوکسی آنتی‌استاتیک؛ با استفاده از نانوذرات سرامیکی و سیلیسی خواص ضداستاتیکی پوشش‌های آپوکسی بهبود یافته و تجمع بار الکتریکی سطح به شدت کاهش می‌یابد.

** چینی بهداشتی؛ استفاده از نانوذرات نقره و ترکیبات مکمل باعث از بین بردن باکتری و بوهای نامطبوع می‌شود.

بازدید از خانه نانویی در ایام جشنواره:

علاقمندان می توانند تا 17 مهرماه همه روزه از ساعت 9 صبح تا 7 بعد از ظهر در محل پنجمین جشنواره و نمایشگاه فناوری نانو واقع در نمایشگاه بین‌المللی تهران، سالن خلیج فارس، طبقه اول از خانه نانویی بازدید كنند.

سم شناسی نانو

بین نیمه دوم قرن بیستم و قرن بیست و یکم، بهره برداری تجاری از آزبست، به ویژه در صنعت ساختمان سازی، منجر به همه گیر شدن بیماری های ریوی در کارگرانی شد که در معرض غبارهای آزبست بودند. این بزرگترین فاجعه ی بهداشت حرفه ای در این قرن بود  که منجر به صدمات جبران ناپذیر گسترده و افول یک صنعت شد، همچنین در بعد بهداشت حرفه ای- عمومی، یک بی اعتمادی عمیق نسبت به هرگونه ذرات فیبری باریک و طویل که می توانند در هوا پخش شده و به اندازه ای هستند که از طریق تنفس وارد سیستم تنفسی شوند ایجاد کرد.

نانوتوکسیکولوژی یا سمشناسی نانو، زیر شاخه ای از سمشناسی ذرات است و به مطالعه ی سمیت نانو-مواد می پردازد. این شاخه از علم سم شناسی بر روی ارزیابی خطرات نانو-ذرات مهندسی شده به طور کلی، و ارزیابی سمیت این ذرات به طور ویژه، می پردازد.

نانوتکنولوژی شاخه ای از علوم و مهندسی است که به طراحی، تولید و کاربرد ساختارها، ابزارها، و سیستم ها با دستکاری اتم ها و مولکول ها در ابعاد نانو اختصاص دارد. عمده خروجی این فعالیت، گسترش مواد جدید در ابعاد نانو شامل نانوذرات است، برای مثال  موادهای دارای ذرات ریز با حداقل یک  بعد کمتر از 100 نانومتر (100 میلیونیوم یک میلیمتر) یا کمتر. یک نانومتر 10-9 متر یا 10-3 میکرومتر است. در مقایسه، قطر یک تار موی انسان حدوداً 70000 نانومتر است و پهنای یک گلبول قرمز خون حدوداً 5000 نانومتر است و یک مولکول آلی ساده اندازه ای حدود 0.5 تا 5 نانومتر دارد. تصویر زیر مفهوم نانومتر را روشن تر می سازد. در بالای دامنه اندازه یک توپ فوتبال و در مقایسه با یک مولکول کربن 60 یا buckyball در پایین دامنه نشان داده شده است.

انتظار می رود که نانوتکنولوژی پایه پیشرفت بسیاری از فناوری های اساسی قرن 21 باشد. تحقیق و توسعه در این زمینه با سرعت در جهان در حال رشد است.

به علت ابعاد منحصر به فرد نانو، ذرات نانو، با بسیاری از خواص فیزیکو شیمیایی منحصر به فرد و غیرمعمول تهیه می شوند که  نگرانی زیادی در مورد ایمنی این مواد ایجاد می کند. ارزیابی خطرات بهداشتی ناشی از در معرض قرار گرفتن مواد شیمیایی یا سایر مواد، نیازمند درک سمیت ذاتی مواد است.

سیکل نانوتوکسیکولوژی

با توجه به اینکه استفاده از نانو مواد رو به رشد است، پرسش این سوال و ارزیابی اثرات آن روی سلامت انسان و محیط زیست  و اینکه آیا خطرات آن قابل کنترل و اجتناب است، به طور فزاینده ای اهمیت می یابد.

Schulte و همکاران، اشاره کرده اند که در تعدادی از کارگران که به طور ممتد در معرض نانوذرات قرار دارند، مدارک و شواهد  رو به رشد اما غیر قطعی از خطرات بهداشتی بالقوه وجود دارد. با این حال  این مدارک، اغلب از مطالعات آزمایشگاهی در حیوانات حاصل شده اند؛  و هنوز مطالعه ی اثرات بهداشتی این مواد در گروه های کارگران در معرض نانوذرات به چاپ نرسیده است.

همچنین اندرو ماینارد، گزارش داده است که برخی نانوذرات ممکن است به سادگی همراه با تنفس به بافت حساس ریه وارد شوند و آسیب هایی را باعث شوند که می تواند منجربه مشکلات مزمن تنفسی گردد.

نانو لوله کربنی که با ویژگی های چون اندازه میکروسکوپی و استحکام کششی غیر قابل باور برجسته شده است، به سبب شکل سوزن مانند فیبری خود، غالباً به آزبست تشبه شده است. در یک مطالعه، اخیراً نانو لوله کربنی را به حفره شکمی موش وارد کرده اند، نتایج این مطالعه نشان داد که نانو لوله کربن باریک و بلند، اثرات مشابه فیبرهای باریک و بلند آزبست را دارند و نگرانی هایی که در معرض قرار گیری با نانو لوله های کربن ممکن است منجر به اختلالات ریوی از قبیل مزوتلیوما (سرطان پوشش داخلی ریه ناشی از تماس با آزبست) گردد، افزایش یافت. با توجه به این خطرات، نظارت دقیق و موثر برای تعیین اینکه تحت چه شرایطی، نانو لوله های کربن تولید می شوند، همچنین حصول اطمینان از حمل و نقل و دفع آنها ضرورت می یابد.

::نانولوله های کربنی::

مرکز نظارت بر تکنولوژی های نوظهور اروپا نتیجه گرفت که یافته ها ی تحقیقات ایمنی و سلامت انسان ناکافی است، و درک محدود از خطرات مرتبط با نانوتکنولوژی وجود دارد. به دنبال آن فراخوان هایی برای نظارت شدیدتر نانوتکنولوژی در کنار بحث های روبه رشد مربوط به سلامت انسان و خطرات ایمنی مرتبط به نانوتکنولوژی بوجود آمدند.

محموله های نانومتری (3)

برای ساخت نانو کپسول ها روش های مختلفی وجود دارد. امولسیون یکی از روش های تولید نانوکپسول ها به شمار می رود. به مخلوط ذرات مایع با ابعاد معین که در مایع امتزاج ناپذیر دیگر معلق هستند و روش تولید آن ها امولسیون می گویند.

همان طور که می دانیم مایعات طبیعت آب دوستی و آب گریزی (چربی) دارند. امولسیون معمولاً تلفیق دو مایع با طبیعت آب دوستی مختلف است. یا ماده آبی در ماده روغنی به نانوذره تبدیل می شود یا برعکس نانوذرات چربی در ماده آبی شکل می گیرند. مواد فعال سطحی محلول در حلال های آلی، تجمع های کروی شکلی را تشکیل می دهند و سرقطبی و سرغیرقطبی گروه های فعال کننده سطحی با یک سر آب دوست و یک سر آب گریز به نام سورفکتانت به دو فاز آبی و روغنی کمک می کنند تا در داخل هم پراکنده و منتشر شوند. با تغییر دور همزن اختلاط فاز آبی و روغنی یا فشار  فرآیند آن کنترل ذرات امولسیون شده از ابعاد معمول 1 تا 10 میکرومتر به چند ده نانومتر امکان پذیر است. از یک امولسیون روغن در آب یا آب در روغن برای خلق نانوکپسول های روغنی یا آبی استفاده می شود.

ساخت نانوکپسول ها کار دشواری نیست و به همین علت از منظر زیست شناسی، جذابیت خاصی برای انتقال مواد حیاتی حساس دارند. زمانی كه اندازه ذرات بیشتر از طول موج نور می شود، تا حد زیادی انعكاس و شكست نور به سمت نور آبی منحرف میگردد. هنگامی كه اندازه ذرات كمتر از 100 نانومتر می شود، قسمت بزرگی از نور بدون هیچ گونه مانعی از داخل امولسیون عبور می كند و به آن ظاهری نیمه شفاف و مات می بخشد. در نهایت وقتی اندازه ذرات فاز پراكنده كمتر از 50 نانومتر می گردد، ذرات آنقدر كوچك هستند كه هیچ گونه تداخلی با طول موج نور مرئی ندارند، در این نقطه امولسیون شفاف می شود.

زمینه كاربرد كپسول ها به نوع امولسیون مورد استفاده بستگی دارد؛ مثلاً تزریق وریدی مستلزم استفاده از نانوكپسول های آبی است، بنابراین برای ساخت كپسولهای مذكور بایستی از امولسیون آب در روغن استفاده شود. با این حال، طبیعت مواد كپسوله شده- یعنی آب دوست یا آب گریز بودن آنها- نیز نوع نانوكپسول مورد نیاز را دیكته می كند. كه ممكن است با كاربرد مورد نظر تطابق نداشته باشد. روكش دهی كپسول ها با لایه های دیگر ممكن است این مغایرت را رفع نماید. برای روكش دهی می توان از پروتئین ها، پلیمرها و دیگر مواد طبیعی و مصنوعی سود جست و آنها را بر حسب خواص گوناگونی به غیر از آب دوستی یا آب گریزی، نظیر چسبندگی، مقاومت در برابر محیط های مختلف و غیره انتخاب كرد. علاوه بر این، می توان از كپسولهای موقتی (یا الگوها) به عنوان شالوده لایه های دیگر استفاده كرده و سپس آنها را از بین ببرد.

همچنین مولکول‌هایی وجود دارند که به خودی خود نانو کپسول به حساب می‌آیند، زیرا آنها در یک طرف آب گریز و در طرف دیگر آب دوست هستند. در این حالت بخش‌های آب گریز مولکول درون آن جای می‌گیرند و آن را از تماس با آب حفظ می‌کند. برای ساخت این نوع کپسول‌ها از امولسیون آب و روغن استفاده می‌شود.

از آنجا که این نوع کپسول‌ها دارای خواص آب گریزی و آب دوستی هستند بنابراین در هنگام استفاده از آنها ممکن است یک اختلال ایجاد شود که در بعضی مواقع با هدف کاربردی مورد نظر سازگاری پیدا نمی‌کنند و به همین دلیل باید روکش شوند. برای روکش کردن این کپسول‌ها همان طور که گفتیم از پروتئین‌ها، پلیمرها و مواد مصنوعی و طبیعی دیگری استفاده می‌کنند.

دانشمندان در استرالیا نانوکپسولی ساخته اند که هدف آن رساندن داروهای ضد سرطان به تومورها می باشد، و عوارض جانبی بافت سالم را کاهش داده است. این نانو کپسول با آنتی بادی پوشش داده شده ، از جریان خون به سمت تومورهدایت می شود. در تومور با تاباندن نورنزدیک به مادون قرمز لیزر بی ضرر پوست ، باعث بازشدن نانو کپسول و تخلیه محتویات آنها می شود. در این نانو کپسول از ذرات طلا استفاده کرده اند.این ذرات طلا که حساس به نور لیزر است و اجازه می دهد نانوکپسول محموله دارویی خود را در زمان مورد نظر تخلیه نماید.در خارجی ترین لایه ازاین نانوکپسول که متشکل از چربی است انواع مختلفی از آنتی بادی برای کمک به هدف رسانی نانو کپسول برای تومورهای خاص متصل است.

نانوکپسول های تغییر فازدهنده

هر ماده ای در مجاورت حرارت گرما جذب می کند و دمای آن به طور ثابتی زیاد می شود. بالعکس در مجاورت سرما، گرما از جسم آزاد شده و به محیط باز می گردد. در فرآیند سرد شدن دمای ماده بطور مداوم کم می شود. یک لباس معمولی حدود یک ژول بر گرم گرما جذب می کند تا دمای آن یک درجه سلسیوس افزایش یابد. این افزایش دما در زمانی که جسم به دمای ذوب می رسد متوقف می شود. گرمای جذب شده صرف ذوب کردن ماده و شکستن پیوندهای داخلی آن می شود، لذا دما، حین ذوب ثابت می ماند. مواد مختلف رفتار متفاوتی را در برابر حرارت از خود نشان می دهند. جذب گرما در فرآیند ذوب شدن یک ماده تغییر فاز دهنده این تفاوت را با سایر مواد دارد که در مذاب شدن این ماده مقدار گرمای بسیار بیشتری مصرف می شود. یک ماده تغییر فاز دهنده پارافینی تحت فرآیند ذوب شدن 200 ژول بر گرم جذب می کند. برعکس گرمای جذب شده بسیار بالا توسط پارافین در فرآیند ذوب در هنگام سرد شدن و انجماد به محیط باز می گردد. استفاده از مواد تغییر فازدهنده پارافینی در منسوجات می تواند باعث ارتقای ظرفیت حرارتی منسوجات شود. در فرآیند کامل ذوب شدن دمای ماده تغییر فاز دهنده مانند محیط پیرامونش ثابت می ماند و گرمای نامطلوب ایجاد نمی شود. این فرآیند در هنگام سرد شدن هم تکرار می شود. به این ترتیب می توان لباسی را ساخت که در تابستان خنک و در زمستان گرم نگه دارد. پارافین هم حالت جامد و هم حالت مایع دارد.

برای جلوگیری از پخش شدن پارافین مذاب، پارافین در داخل کپسول قرار می گیرد. کره های محتوی ماده تغییر فاز دهنده میکروکپسول نامیده می شوند. این میکروکپسول ها در داخل ماتریس پلیمری لباس اساس قفل می شوند و در سطح یک ساختار منسوج می مانند.

در حال حاضر نانوکپسول های تغییر فاز دهنده از پارافین، روغن های آلیفاتیک، روغن های آلی و معدنی در داخل و از موادی مانند ملامین به عنوان پوسته و از موادی مانند نقره در لایه بیرونی استفاده می کنند. یکی دیگر از کاربردهایی که برای نانوکپسول ها مطرح است. مصالح خود ترمیم شونده است. در این مواد با ایجاد خرابی به نانوکپسول ها آسیب رسیده و نانوکپسول ها مصالح عمل اصلاح را انجام می دهند.

مهندسی جوراب‌بافی!

بسیاری از شركت‌های سرآمد برای كسب درآمد بیشتر و تولید جوراب‌های باكیفیت، صنعت جوراب‌بافی را با فناوری‌های نوین پیوند داده‌اند، اما در این بین تولید غیرحرفه‌ای جوراب نیازی به درد سر ندارد و یك كارگر ساده هم بعد از چند روز آموزش می‌تواند با یك ماشین جوراب‌بافی ساده و قدیمی كه به اندازه یك بخاری گازی است، روزانه چند صد جوراب ببافد و روانه بازار كند، اما براستی در دنیای كنونی كه پیشرفت علم و دانش روزافزون باعث شده است بسیاری از كارخانه‌های جوراب‌سازی جهان به سمت ساخت و تولید جوراب‌های هوشمند و نانو بروند، سهم ایران در به كارگیری از این تكنولوژی‌ها به چه میزان است؟

برای پاسخ یافتن به این سوال گفت‌و‌گویی با دكتر علی‌اكبر مراتی دكتری مهندسی مكانیك، كارشناس ارشد نساجی، عضو هیات علمی دانشگاه صنعتی امیركبیر و رئیس پژوهشكده مواد و فناوری پیشرفته در نساجی دانشگاه صنعتی امیركبیر ترتیب دادیم كه در ادامه می‌آید.

یك جوراب خوب باید چه خصوصیت‌هایی داشته باشد؟

**جوراب مناسب، جورابی است كه پا را تحت فشار قرار ندهد تا گردش خون مختل نشود. گاهی اوقات افراد در خرید یا پوشیدن جوراب چندان دقت نمی‌كنند، در صورتی كه كوچك یا بزرگ‌بودن جوراب بسیار اهمیت دارد.

اصولا جوراب‌ به چه منظوری طراحی می‌شود؟

**اصولا جوراب‌ به منظور ایجاد احساس راحتی در پوشیدن كفش، محافظت در برابر خراشیدگی و ساییدگی، گرم و تمیز نگهداشتن پاها، پیشگیری از ابتلای به بیماری‌ها، زیبایی و مد طراحی و دوخته می‌شود. مطابق این طرح‌ها جنس الیاف طبیعی (پنبه، پشم و...) یا مصنوعی (نایلونی، پلی‌استر و...) جوراب‌ها تعیین می‌شود. در حال حاضر حدود 90 درصد جوراب‌های زنانه بازار از جنس نایلون است. امروزه برای این‌كه از بوی بد جوراب‌های نایلونی یا سایر الیاف مصنوعی جلوگیری كنند و مانع تجمع باكتری‌ها روی پاها باشند، از تكنولوژی نانو استفاده و جوراب‌های ضدباكتری یا نانو وارد بازار كرده‌اند. این جوراب‌ها بوی نامطبوع پا را كاهش می‌دهد. این به این معنی نیست كه اگر پای فردی بو می‌دهد با پوشیدن این جوراب‌ها بوی پا از بین برود، بلكه به این معناست كه این جوراب‌ها زمینه‌ای ایجاد می‌كند تا مانع رشد باكتری‌ها و بوی بد پا شود.

از كی سر و كله این محصولات پیدا شد؟

**هر چند این فناوری بتازگی مورد توجه زیادی قرار گرفته و محققان نانوتكنولوژی با نانو ذراتی آشنا شده‌اند كه ممكن است نقش زیادی در آینده علوم مختلف ایفا كند، اما این ذرات در گذشته نیز در علم پزشكی مورد استفاده قرار می‌گرفت و امروزه در راستای تحولات اخیر زندگی انسان، علم نانو تكنولوژی توسعه یافته و تقریبا می‌توان در همه رشته‌های علمی، نشانه‌هایی از آن یافت. به عنوان مثال این فناوری صنعت پارچه را بهبود بخشیده و باعث بادوام‌شدن پارچه و افزایش مقاومت در برابر آب، آلودگی‌ها و سایر مواد شیمیایی شده است، چراكه ذرات نانو نقره به ما امكان می‌دهد با كمترین غلظت خاصیت ضدمیكروبی بسیار قوی را از فلز نقره شاهد باشیم. ضرورت به كارگیری از این فناوری باعث شده كشورهای زیادی به این امر توجه ویژه‌ای داشته باشند، اما كشورهای آلمان، آمریكا و ژاپن بیش از سایر كشورها در این زمینه پیشرو بوده و از سال 2004 تجاری سازی محصولات خود را در صنایع نساجی و پوشاك آغاز كرده‌اند.

در كشور ما چطور؟ آیا از این فناوری استفاده می‌شود؟

**بله، حفظ خاصیت ضدباكتری پارچه‌های نایلونی پس از چند بار شست و شو هم از طرح‌های ملی كشور ماست كه با همكاری وزارت صنایع و این دانشگاه در حال اجراست. تولید جوراب‌های نایلونی نانو هم بخشی از این طرح است كه تا حال اجرا شدن است.

نحوه بافت یا نوع الیاف این جوراب‌ها با جوراب‌های معمولی چه فرقی می‌كند؟

**نحوه بافت این نوع جوراب‌ها با جوراب‌های معمولی تفاوتی ندارد و الیاف به‌كارگیری شده نیز همان است. خاصیت مواد نانو سیلور است كه این نوع جوراب‌ها را از هم متمایز كرده است. اصولا جوراب‌های معمولی بعد از بافته‌شدن، اتو زده و بسته‌بندی شده و وارد بازار می‌شود، اما این جوراب‌ها در فرآیندهای تكمیلی‌تری با به‌كارگیری مواد نانو سیلور به جوراب‌های نانو تبدیل می‌شود. چند روش برای به‌كارگیری این خاصیت وجود دارد. ممكن است خاصیت نانو پس از بافته‌شدن جوراب یا پس از ریسیده شدن نخ ایجاد شود، حتی می‌توان براحتی دیگر لباس‌ها را نیز با افزودن مقدار اندكی نانو سیلور در لباسشویی، ضدباكتری كرد. زیرا به محض تماس ماده با آب، نقره فعال‌شده و خاصیت آنتی‌باكتریال (ضد قارچ) پیدا می‌كند، اما خواص آنتی‌باكتریالی یك خاصیت موقتی است و احتمال دارد پس ازیك‌بار شستن یا تعریق بدن، خاصیت خود را از دست بدهد و استفاده از آن مقرون به صرفه نباشد.

گاهی اوقات برخی افراد اظهار می‌كنند با پوشیدن این نوع جوراب‌ها دچار حساسیت می‌شوند. آیا واقعا این جوراب‌ها حساسیت‌زا هستند؟

**شاید یكی از دلایل‌های ایجاد حساسیت این جوراب‌ها، ذرات ریزنانو باشد. نانو یك میلیاردم متر و ذرات آن بسیار ریز است. ذرات نانویی جوراب كه در آن از خاصیت آنتی‌باكتریال (ضد قارچ) استفاده می‌شود، حدود 10 تا 20 نانومتر است. بنابر نوع روش آنتی‌باكتری‌كردن این جوراب‌ها این احتمال وجود دارد كه ذرات به كاربرده شده (نانو سیلور یا نانو نقره) از روی پارچه آزاد شده و در تماس با بدن گریز پیدا كنند و به درون پوست نفوذ یابند و باعث ایجاد حساسیت فرد شوند. در بعضی روش‌ها امكان دارد لباس یا جوراب نانویی پس از یكی دوبار شست‌وشو یا تعرق بدن خاصیت خود را از دست بدهد، اما ممكن است در برخی لباس‌ها حتی پس از 50 بار شستن آن خاصیت از بین نرود.

هنوز به طور رسمی در هیچ كجای دنیا اثبات نشده است نوع ذراتی كه استفاده می‌شود به بدن ضرر می‌رساند. این ذرات در علم پزشكی بسیار كاربرد دارد و اگر ضرری متوجه افراد می‌شد از این ذرات استفاده نمی‌كردند. به همین دلیل تا وقتی از نظر بهداشتی تائید نشود این ذرات حساسیت‌زا هستند یا نه، استفاده‌كردن آنها ممنوع است. در مجموع شاید بتوانیم بگوییم در حال حاضر تنها ایراد پارچه‌های نانو، گرانی آنها در مقایسه با پارچه‌های مشابه است كه احتمالا در آینده با مصرف زیاد، قیمت آن كاهش خواهد یافت.

صحبت از تكنولوژی‌های نوین شد. آیا كشور ایران به جایگاهی رسیده است كه بتواند مانند سایر كشورهای پیشرفته با به‌كارگیری از این تكنولوژی‌ها، جوراب‌های خاص یا هوشمندی طراحی كند؟

**در حال حاضر یكی از مباحثی كه در پژوهشگاه نساجی ایران برای تولید منسوجات صنعتی یا هوشمند به آن توجه شده، بحث تولید برق یا الكتریسیته از جوراب یا یك پوشش است، چراكه از لحاظ علمی بر اثر راه رفتن یا تغییر شكل پوششی از اعضای بدن امكان تولید برق وجود دارد. به عنوان مثال با كش‌آمدن یك پارچه و بازگشتن به حالت اولیه‌اش می‌توان برق تولید كرد. این طرح هم‌اكنون در مرحله آزمایشگاهی بوده و هنوز به مرحله تجاری و تولید انبوه نرسیده است. همچنین این طرح در حال بررسی است كه اگر برق تولید شد برای چه مصارفی به كار برده شود.

پس چرا با وجود دستیابی به این تكنولوژی‌های نوین، تولید جوراب‌های نانویی و معمولی، همچنان واردات جوراب در كشورمان صورت می‌گیرد؟ به نظر می‌رسد ما حتی در ساخت كوچك‌ترین صنعت هم با مشكل مواجه هستیم. شما علت اصلی را در چه می‌دانید؟

**در حال حاضر یكی از بزرگ‌ترین چالش‌های این صنعت، قاچاق محصولات نساجی یا بافتنی است. متاسفانه امروزه محصولات بافتنی چینی و تركیه‌ای به طور غیرقانونی وارد كشور شده و سطح بازار ایران را اشباع كرده‌اند. درست است تكنولوژی این صنعت در كشور بومی نیست، اما به اندازه كافی سخت‌افزار این صنعت اعم از ماشین‌آلات مكانیكی و الكترونیكی در كشور وجود دارد، اما این كارخانه‌ها با 30 تا 50 درصد بازده ‌كار می‌كنند، چراكه بازار كشش بیش از حد محصولات تولید داخلی را ندارد. در این میان جوراب‌هایی با بافت ساده كه در هر كارگاه زیرزمینی یا زیرپله‌ای هم قابل بافت است، بیش از جوراب‌های طرحدار یا ساق‌بلند در معرض آسیب‌پذیری هستند، چون امروزه جوراب‌های طرحدار با ماشین‌های الكترونیكی بافته می‌شوند یعنی طرحی به ماشین الكترونیكی یا كامپیوتری داده و طبق آن، طرحی روی جوراب انداخته می‌شود.

در مقابل جوراب‌هایی كه توسط دستگاه مكانیكی ساخته می‌شوند از بازده كمتری برخوردار هستند، چون این دستگاه‌ها قدیمی‌تر بوده و سرعت بافتنشان نیز كمتر از ماشین‌های الكترونیكی است. هرچند هزینه نگهداری و تعمیر این دستگاه‌ها به دلیل كمتر بودن تعداد قطعاتش كمتر است، اما در مقابل دستگاه‌های جدید‌تر مقرون به صرفه نیست. همچنین با وجود این‌كه اغلب دستگاه‌های ایرانی مكانیكی هستند و بازده كمتری دارند، اما به نظر می‌رسد اگر همه چند هزار كیلومتر مرزهای ایران را ببندند ما در زمینه تولید جوراب خودكفا شویم.

استفاده از نانوحسگرها دربناها

فناوری نانو و صنعت ساختمان (4)

فناوری نانو نوید ساختمان هایی بادوام، ایمن، ارزان، فراوان، انعطاف پذیر، محیطی قابل تحمل، آرامشی ثابت، پیشرفتی سالم، بهبودی مواد قبل از تبدیل شدن به مواد زائد، سلامتی، ثروت و دانش را می دهند و به این ترتیب با فراهم شدن هم امکان سبک سازی، مقاوم سازی و خود تعمیری سازه های ساخته شده که مزایای لرزه ای را در خود جمع دارند. همچنین با نصب نانو حسگر ها در سازه با کمترین هزینه وضعیت ساختمان بصورت همزمان قابل شناسایی و بهسازی می گردد.

استفاده از نانوحسگرها در بناها

حسگرهای مبتنی بر فناوری نانو نیز می توانند به نوبه خود كاربردهای زیادی در سازه های بتنی داشته باشند؛ برای كنترل كیفیت و دوام بتن، این حسگرها می توانند برای هدف های مختلفی نظیر اندازه گیری چگالی، میزان افت بتن، پارامترهای موثر در دوام بتن مانند: دما، رطوبت، غلظت كلردی اكسیدكربن، تنش، خوردگی میلگردها و ارتعاش طراحی شوند.

درواقع حسگرها یکی از زمینه های وسیعی است که در کنترل سازه ها نیاز می باشد، این قطعات الکترونیکی نه تنها در روش های فعال، بلکه در روش های غیر فعال و برای تصویر کردن وضعیت سازه ها به کار می روند، که می توان با استفاده از فناوری نانو قابلیت های آنها را افزایش داد.

سیستم های حس گر ساختمان، کارشان بیشتر تشخیص تکان های ساختاری بر روی ساختمان، فرسایش و خرابی و آگاه کردن افراد از ضعف یا تغییراتی که ممکن است در ساختمان رخ دهد است. حسگرهای مورد استفاده در ساختمان ها می توانند شرایط محیطی را نمایش داده یا حتی کنترل دما را فراهم کنند. به کمک آن می توان با سیستم های تهویه حرارتی جهت انتخاب وضعیت بهینه براساس داده های جمع آوری شده در ارتباط بود. همه حسگرها و داده های گزارش شده به یک نقطه مرکزی که اطلاعات را تحلیل می کند انتقال داده شده و براساس آن تصمیم گیری می شود. پیچیدگی الکترونیکی این سیستم ها، کمتر ولی به همان اندازه توانمند خواهد بود. آنها بازدهی انرژی بیشتری خواهند داشت و حتی می توانند از سلول های کوچک خورشیدی برای تامین انرژی خود استفاده کنند. در نتیجه این ظرفیت وجود دارد که ساختمان ها بی نیاز از نگه داری باشند و طول عمر بیشتری داشته باشند.

تولید نانوفام جهت استفاده در بیمارستان ها و مراکز بهداشتی

نانو فام مایعی است که به منظور آب بند سازی و محافظت طیف عظیمی از سطوح ساختمانی و صنعتی، ایجاد مقاومت بالای پوشش دربرابر مواد شیمیایی و ایجاد خاصیت خودتمیزشوندگی با بهره گیری از خاصیت فوتوکاتالیستی تیتان، محافظت از سطوح در برابر رطوبت و عوامل آلاینده شیمیایی، طراحی شده است. جلوگیری از رشد کپک، محافظت از سطوح ساختمانی به همراه ویژگی خودتمیزشوندگی، جلوگیری از رشد میکروب و باکتری های مضر بر روی سطوح ساختمانی، محافظت از نمای بیرونی ساختمان ها در برابر آلودگی های محیطی و جلوگیری از بخار گرفتگی ازجمله ویژگی های نانوفام بیان شده است.

معضلاتی پذیرندگان اولیه کاربردهای فناوری نانو درصنعت ساختمان

با استفاده از نانومواد و فناوری نانو در ساختمان‌سازی همه استفاده‌كنندگان این فناوری نوظهور با مشكلاتی مواجه خواهند شد. سۆالی كه در این جا مطرح است این است اگر حادثه بدی رخ دهد آیا ریسك‌های فناوری نانو مورد توجه قرار می‌گیرد؟

ریسك‌های مربوط به سلامتی و محیط زیست

بدون شك ساختمان‌ها یكی از حوزه‌های اصلی تماس انسانها با نانوذرات از طریق تنفس یا جذب از طریق پوست می‌باشد. هم‌اكنون در سیستم‌های تصفیه هوای ساختمان از كاتالیست‌های فلزی نانومقیاس و دیگر كاربردهای فناوری نانو برای از بین بردن آلوده‌كننده‌های هوا، استفاده می‌شود. نانو‌ذرات موجود در این فیلترها می‌توانند از طریق هوا در ساختمان منتشر شده و وارد بدن انسان شوند. بایستی درباره اثرات سلامتی نانوذرات كه از طریق تنفس به بدن نفوذ می‌كنند تحقیقات دقیقی انجام گیرد. ممكن است نانو ذرات از طریق محصولات تمیز كننده و روكش‌ها نیز منتشر شوند.

تولیدكنندگان نانوفیلترها، محصولات تمیز كننده و روكش‌ها اظهار می‌كنند فناوری نانو این محصولات را از نظر محیطی نسبت به سایر محصولات بی‌خطر‌تر می‌كند. ما هم اكنون نانوذرات را از طریق دامنه گسترده‌ای از محصولات، از صفحات خورشیدی تا وسایل آرایش، بدون داشتن اثرات مضر آشكار جذب می نماییم.

اگر آب مورد استفاده در ساختمان‌ها از طریق نانوفیلترهای موجود در بازار تصفیه شوند ممكن است نانوذرات وارد بدن شوند. انتشار نانوذرات در محیط ممكن است اثرات مخربی بر محیط زیست داشته باشد. ممكن است كه پاك كننده‌ها نیز از طریق سیستم‌های دفع فاضلاب ساختمان‌ها وارد محیط ‌زیست شوند. در حالی كه نانوفیلترها پاك بودن آب و هوای خروجی از ساختمان‌ها را تضمین می‌كنند، اثرات زیست‌محیطی نانوذرات بایستی به وسیله معماران و محققان مورد بررسی قرار گیرد.

ریسك‌های اجتماعی

در صورتی كه حسگرها بسیار رایج شوند نوع كاملاً متفاوتی از ریسك ممكن است به وجود آید. ممكن است با استفاده گسترده از عناصر هوشمند در ساختمان‌سازی،‌ حریم خصوصی افراد در معرض خطر قرار گیرد. هم‌اكنون فناوری‌های بدون سیم مانند تلفن‌های همراه برای استفاده‌كنندگان در حال گسترش می‌باشد. در اسپانیا، مكزیك و آمریكا ساكنان ساختمان‌ها از طریق تراشه‌‌های كار گذاشته شده در ساختمان‌ها كنترل می‌شوند. با گسترش فناوری‌های كنترل كننده پاسخ استفاده كنندگان چه خواهد بود؟

درباره حریم خصوصی افراد، سئوالی كه مطرح می‌شود این است كه چه كسی محیط ساختمان‌ها را كنترل می‌كند و این عمل را چطور انجام می‌دهد؟ اگرچه عناصر ساختمان‌ها مناسب با سلایق استفاده كنندگان و شرایط محیطی می‌گردد ولی مسائل مربوط به كنترل ساختمان ها می‌تواند به عنوان یكی از مشكلات اساسی مطرح باشد. برای مثال فناوری نانو این امكان را به وجود آورده است تا میزان شفافیت شیشه‌های پنجره‌های ساختمان ها مطابق با سلایق استفاده‌كنندگان تغییر كند، ولی سۆالی كه مطرح است این است كه چه كسی میزان شفافیت شیشه‌ها را كنترل می‌كند؟

با وجود معضلات مطرح شده در بالا می توان گفت توسعه‌دهندگان فناوری نانو در ابتدا از مزایای این فناوری بسیار صحبت نمودند. اما آنچه كه بدیهی به نظر می‌رسد این است كه تا به امروز به همه جنبه‌های نانومواد و فناوری‌نانو توجه نشده است. لذا بایستی ترسی از توسعه نانومواد و فناوری‌نانو نداشته باشیم زیرا كه فناوری‌نانو دربرگیرنده فرصت‌های ارزشمندی برای بهبود عملكرد ساختمان‌ها، سلامت استفاده‌كنندگان و كیفیت محیط‌ زیست می‌باشد.

استفاده از نانوحسگرها دربناها

فناوری نانو و صنعت ساختمان (4)

فناوری نانو نوید ساختمان هایی بادوام، ایمن، ارزان، فراوان، انعطاف پذیر، محیطی قابل تحمل، آرامشی ثابت، پیشرفتی سالم، بهبودی مواد قبل از تبدیل شدن به مواد زائد، سلامتی، ثروت و دانش را می دهند و به این ترتیب با فراهم شدن هم امکان سبک سازی، مقاوم سازی و خود تعمیری سازه های ساخته شده که مزایای لرزه ای را در خود جمع دارند. همچنین با نصب نانو حسگر ها در سازه با کمترین هزینه وضعیت ساختمان بصورت همزمان قابل شناسایی و بهسازی می گردد.

استفاده از نانوحسگرها در بناها

حسگرهای مبتنی بر فناوری نانو نیز می توانند به نوبه خود كاربردهای زیادی در سازه های بتنی داشته باشند؛ برای كنترل كیفیت و دوام بتن، این حسگرها می توانند برای هدف های مختلفی نظیر اندازه گیری چگالی، میزان افت بتن، پارامترهای موثر در دوام بتن مانند: دما، رطوبت، غلظت كلردی اكسیدكربن، تنش، خوردگی میلگردها و ارتعاش طراحی شوند.

درواقع حسگرها یکی از زمینه های وسیعی است که در کنترل سازه ها نیاز می باشد، این قطعات الکترونیکی نه تنها در روش های فعال، بلکه در روش های غیر فعال و برای تصویر کردن وضعیت سازه ها به کار می روند، که می توان با استفاده از فناوری نانو قابلیت های آنها را افزایش داد.

سیستم های حس گر ساختمان، کارشان بیشتر تشخیص تکان های ساختاری بر روی ساختمان، فرسایش و خرابی و آگاه کردن افراد از ضعف یا تغییراتی که ممکن است در ساختمان رخ دهد است. حسگرهای مورد استفاده در ساختمان ها می توانند شرایط محیطی را نمایش داده یا حتی کنترل دما را فراهم کنند. به کمک آن می توان با سیستم های تهویه حرارتی جهت انتخاب وضعیت بهینه براساس داده های جمع آوری شده در ارتباط بود. همه حسگرها و داده های گزارش شده به یک نقطه مرکزی که اطلاعات را تحلیل می کند انتقال داده شده و براساس آن تصمیم گیری می شود. پیچیدگی الکترونیکی این سیستم ها، کمتر ولی به همان اندازه توانمند خواهد بود. آنها بازدهی انرژی بیشتری خواهند داشت و حتی می توانند از سلول های کوچک خورشیدی برای تامین انرژی خود استفاده کنند. در نتیجه این ظرفیت وجود دارد که ساختمان ها بی نیاز از نگه داری باشند و طول عمر بیشتری داشته باشند.

تولید نانوفام جهت استفاده در بیمارستان ها و مراکز بهداشتی

نانو فام مایعی است که به منظور آب بند سازی و محافظت طیف عظیمی از سطوح ساختمانی و صنعتی، ایجاد مقاومت بالای پوشش دربرابر مواد شیمیایی و ایجاد خاصیت خودتمیزشوندگی با بهره گیری از خاصیت فوتوکاتالیستی تیتان، محافظت از سطوح در برابر رطوبت و عوامل آلاینده شیمیایی، طراحی شده است. جلوگیری از رشد کپک، محافظت از سطوح ساختمانی به همراه ویژگی خودتمیزشوندگی، جلوگیری از رشد میکروب و باکتری های مضر بر روی سطوح ساختمانی، محافظت از نمای بیرونی ساختمان ها در برابر آلودگی های محیطی و جلوگیری از بخار گرفتگی ازجمله ویژگی های نانوفام بیان شده است.

معضلاتی پذیرندگان اولیه کاربردهای فناوری نانو درصنعت ساختمان

با استفاده از نانومواد و فناوری نانو در ساختمان‌سازی همه استفاده‌كنندگان این فناوری نوظهور با مشكلاتی مواجه خواهند شد. سۆالی كه در این جا مطرح است این است اگر حادثه بدی رخ دهد آیا ریسك‌های فناوری نانو مورد توجه قرار می‌گیرد؟

ریسك‌های مربوط به سلامتی و محیط زیست

بدون شك ساختمان‌ها یكی از حوزه‌های اصلی تماس انسانها با نانوذرات از طریق تنفس یا جذب از طریق پوست می‌باشد. هم‌اكنون در سیستم‌های تصفیه هوای ساختمان از كاتالیست‌های فلزی نانومقیاس و دیگر كاربردهای فناوری نانو برای از بین بردن آلوده‌كننده‌های هوا، استفاده می‌شود. نانو‌ذرات موجود در این فیلترها می‌توانند از طریق هوا در ساختمان منتشر شده و وارد بدن انسان شوند. بایستی درباره اثرات سلامتی نانوذرات كه از طریق تنفس به بدن نفوذ می‌كنند تحقیقات دقیقی انجام گیرد. ممكن است نانو ذرات از طریق محصولات تمیز كننده و روكش‌ها نیز منتشر شوند.

تولیدكنندگان نانوفیلترها، محصولات تمیز كننده و روكش‌ها اظهار می‌كنند فناوری نانو این محصولات را از نظر محیطی نسبت به سایر محصولات بی‌خطر‌تر می‌كند. ما هم اكنون نانوذرات را از طریق دامنه گسترده‌ای از محصولات، از صفحات خورشیدی تا وسایل آرایش، بدون داشتن اثرات مضر آشكار جذب می نماییم.

اگر آب مورد استفاده در ساختمان‌ها از طریق نانوفیلترهای موجود در بازار تصفیه شوند ممكن است نانوذرات وارد بدن شوند. انتشار نانوذرات در محیط ممكن است اثرات مخربی بر محیط زیست داشته باشد. ممكن است كه پاك كننده‌ها نیز از طریق سیستم‌های دفع فاضلاب ساختمان‌ها وارد محیط ‌زیست شوند. در حالی كه نانوفیلترها پاك بودن آب و هوای خروجی از ساختمان‌ها را تضمین می‌كنند، اثرات زیست‌محیطی نانوذرات بایستی به وسیله معماران و محققان مورد بررسی قرار گیرد.

ریسك‌های اجتماعی

در صورتی كه حسگرها بسیار رایج شوند نوع كاملاً متفاوتی از ریسك ممكن است به وجود آید. ممكن است با استفاده گسترده از عناصر هوشمند در ساختمان‌سازی،‌ حریم خصوصی افراد در معرض خطر قرار گیرد. هم‌اكنون فناوری‌های بدون سیم مانند تلفن‌های همراه برای استفاده‌كنندگان در حال گسترش می‌باشد. در اسپانیا، مكزیك و آمریكا ساكنان ساختمان‌ها از طریق تراشه‌‌های كار گذاشته شده در ساختمان‌ها كنترل می‌شوند. با گسترش فناوری‌های كنترل كننده پاسخ استفاده كنندگان چه خواهد بود؟

درباره حریم خصوصی افراد، سئوالی كه مطرح می‌شود این است كه چه كسی محیط ساختمان‌ها را كنترل می‌كند و این عمل را چطور انجام می‌دهد؟ اگرچه عناصر ساختمان‌ها مناسب با سلایق استفاده كنندگان و شرایط محیطی می‌گردد ولی مسائل مربوط به كنترل ساختمان ها می‌تواند به عنوان یكی از مشكلات اساسی مطرح باشد. برای مثال فناوری نانو این امكان را به وجود آورده است تا میزان شفافیت شیشه‌های پنجره‌های ساختمان ها مطابق با سلایق استفاده‌كنندگان تغییر كند، ولی سۆالی كه مطرح است این است كه چه كسی میزان شفافیت شیشه‌ها را كنترل می‌كند؟

با وجود معضلات مطرح شده در بالا می توان گفت توسعه‌دهندگان فناوری نانو در ابتدا از مزایای این فناوری بسیار صحبت نمودند. اما آنچه كه بدیهی به نظر می‌رسد این است كه تا به امروز به همه جنبه‌های نانومواد و فناوری‌نانو توجه نشده است. لذا بایستی ترسی از توسعه نانومواد و فناوری‌نانو نداشته باشیم زیرا كه فناوری‌نانو دربرگیرنده فرصت‌های ارزشمندی برای بهبود عملكرد ساختمان‌ها، سلامت استفاده‌كنندگان و كیفیت محیط‌ زیست می‌باشد.

مهمترین آسیب‌های لباس‌های نانویی

ریکارد آرویدسون می گوید: اگر هر کس سالانه یک جفت جوراب نانونقره دار بخرد، غلظت نقره در لجن نیروگاه های تصفیه آب و فاضلاب دو برابر می شود.

وی افزود: اگر این لجن به عنوان کود استفاده شود، این نقره موجب آسیب دیدگی طولانی مدت زمین های کشاروزی خواهد شد.

زمانی که لباس ها شسته می شوند نانوذرات آزاد شده و از طریق فاضلاب وارد نیروگاه های تصفیه آب می شوند. این ذرات، یونهای نقره را آزاد می کنند که در این نیروگاه ها و یا در طبیعت تجزیه نمی شوند و البته همین یونهای نقره برای بسیاری از ریزموجودات سمی هستند.

وی در پایان نامه دکتری خود شیوه نوینی برای ارزیابی خطر نانومواد ارائه کرده و همچنین این شیوه را بر روی نانوذرات خاصی مانند نانوذرات نقره آزموده است.

نانوذرات نقره، تاثیرات ضد باکتریایی دارند و در محصولات مصرفی گستره ای مانند استفاده در لباس کار برای از بین بردن بوی عرق مصرف می شوند.

آرویدسون تاکید کرد: پوشاک در حال حاضر یک منبع بزرگ انتشار نانونقره محسوب می شود و اگر استفاده فزاینده از نانونقره در پوشاک همچنان ادامه یابد عواقب آن برای محیط زیست می تواند بسیار وخیم و شدید باشد.

به گفته وی به عنوان مثال، اگر از لجن نیروگاه های تصفیه آب و فاضلاب به عنوان کود استفاده شود، این نقره می تواند خاک را آلوده کند و درنتیجه آسیب های بلندمدتی را به اکوسیستم خاک وارد می آورد.

بر اساس اظهارات این پژوهشگرا اصولا از لجن به عنوان کود خاکی برای احیای فسفر در زمین های کشاورزی استفاده می شود و با توجه به کمبود فسفر اگر این کودهای آلوده به نقره در خاک استفاده شود میزان فسفر خاک همچنان بسیار اندک باقی می ماند.

فناوری نانو و درمان سرطان

فناوری نانو وپزشکی (4)

امروزه ابتلای به سرطان یکی از موارد شایع مرگ و میر به شمار می آید. یکی از مهمترین موانع در سر راه درمان سرطان، تشخیص دیرهنگام آن است که متاسفانه سبب می شود تا فرصت کافی برای مقابله با سلولهای سرطانی در اختیار کادر پزشکی قرار نگیرد و فرد مبتلا در مدت اندکی پس از تشخیص فوت کند.

امروزه فناوری نانو به کمک تشخیص و درمان این بیماری آمده است به گونه ای که سبب شده تا سلولهای سرطانی در حد نانومتر تشخیص داده شوند و با کمک فناوری نانو از بین برده شوند.

تشخیص سرطان در مراحل اولیه، در بهبود روش‌های درمانی آن بسیار حائز اهمیت است، در حال حاضر تشخیص و شناسایی سرطان معمولا بر اساس تغییرات سلول‌ها و بافت‌ها صورت می‌گیرد كه این كار با آزمایش‌های بالینی پزشكی و یا روش‌های مرسوم عكسبرداری قابل انجام است.

در این میان برای تشخیص سرطان در همان مراحل اولیه، باید دانشمندان قادر به شناسایی تغییرات مولكولی (حتی اگر در درصد كمی‌از سلول‌ها بروز كند) باشند. این به معنای حساسیت بسیار بالای روش مورد استفاده است. در این میان قابلیت نانو ساختارها برای ورود به سلول‌ها و آنالیز آنها، نوید بخش انجام این كار است‌.

درواقع كاربرد فناوری نانو در پزشكی در ارتباط با شناسا ئی به موقع ومبارزه ریشه ای با بیماری سرطان ، محور فعالیتهای پژوهشی در سطح جهان را تشكیل می دهد. نانوفناوری می تواند به پیدایش تغییرات بنیادی در نحوه برخورد باپدیده سرطان ورویكردهای مراقبت از آن كمك كند .

برخی از علل این فرضیه عبارتند از:

**غالب روند های زیستی، نظیر روندهایی كه به سرطانی شدن سلولها منجر می شوند، در مقیاس نانو شكل میگیرند. برای پژوهشگران بیماری سرطان، توانائی دستیابی ادوات در مقیاس نانو به درون سلولهای زنده، امكان كسب دانشهای بی مانندی را هم برای حوزه كلینیكی و هم برای حوزه دانشهای بنیادی فراهم می آورد.

ادوات مقیاس نانو می توانند فناوری تعیین كننده ای باشند كه امكان درمانهای شخصی سرطان را فراهم كنند،یعنی بیمار سرطانی آن داروهائی ر ا دریافت كند كه دقیقا درارتباط با ویژگیهای ژنتیكی و ملكولی نوع مشخص سرطان وی ساخته شده اند.

فناوری نانو همچنین می تواند امكاناتی را برای جلوگیری ازپیشرفت بیشتر سرطان موجود ارائه دهد . بعنوان مثال، ازدستگاههای در مقیاس نانو، می توان جهت جلوگیری ازپیشرفت سرطانهای سینه استفاده نمود.

** توانائی تعامل همزمان، در مقیاسهای ملكولی، با تعدادی از پروتئینها و اسیدهای نو كلئیك ، شناخت بهتری را ازطرحهای پیچیده نظم دهی و علامت دهی ناظر بر رفتارسلولها در حالتهای عادی و غیرعادی فراهم می كند.

** فناوری نانو طرحی را ارائه می دهد كه بتوان پژوهش برروی ساختار و عملكرد پروتئینها و شیوه فعالیت و تعامل آنها در داخل سلولها را با سایر بررسیهای دیگر علمی تلفیق نمود و از این مجرا به علل بروز سرطان در سطح ملكولی پی برد.

** نانوادوات شناسائی و امكان تصویربرداری از تومورهای سرطانی بسیار كوچك (در برگیرنده صدهزار سلول سرطانی شده ) را فراهم می آ ورند . اداوات فعلی از این قدرت تشخیص ی برخوردار نبوده و تومورهای سرطانی كه با این ادوات قابل شناسائی هستند ، عموما باید حامل چندین میلیارد سلول سرطانی بوده و در مراحل بحرانی قرار داشته باشند.

با توجه به موارد فوق پیش بینی شده است كه طی  سال های آتی ،فناوری نانوپیشرفتهای چشمگیری در زمینه آشكارسازی زود رس، تصویربرداری ملكولی، ارزیابی از موثربودن درمان ، درمان هدفمند و چندمنظوره و جلوگیری وكنترل سرطان خواهد داشت.

استفاده از نانوذرات دردرمان سلول های سرطانی

نانوذرات و نانوابزارها نقشی بی‌نظیر و حیاتی را در تبدیل دانش به پیشرفت‌های مفید بالینی در زمینه تشخیص و درمان سلول‌های سرطانی ایفا می‌‌کنند، كاری که با انجام آن روند تشخیص و درمان و نهایتاَ پیشگیری از سرطان کاملاَ متحول خواهد شد.

استفاده از این نانو‌ذرات به عنوان دارو و برای درمان سلول‌های بدخیم سرطانی هیچ‌گونه تأثیر سوئی بر سلول‌ها و بافت‌های سالم بدن بر جای نمی‌گذارند.

پس از رسیدن این نانوذرات به تومورها، داروهای درون آنها به وسیله نوارهای باریک نور لیزر فعال می‌شوند. این نانوذرات همچنین قادر به مشخص نمودن میزان تأثیر درمان بر سلول‌های بدخیم می‌باشند. این ایده بزرگ که تنها با تزریق یک عامل بتوان تشخیص، درمان و گزارش در مورد میزان اثر بخشی درمان را انجام داد، امری است که فقط با کمک فناوری‌نانو میسر می‌شود.

یکی از امید‌بخش‌ترین کاربردهای نانو ذرات، می تواندبه کارگیری آنها به منظور انجام هم‌زمان دو عمل تشخیص تومور و رساندن دارو به تومور‌باشد.

ساخت نانوذرات مغناطیسی و نانوپوسته های پوشش یافته (حساس شده ) كه بتوانند به تصویربرداری و نابودی سلولهای سرطانی كمك نمایند و سلولهای سرطانی رابطور انتخابی از بین ببرند و از اثرات جانبی كه ناشی ازتخریب سلولهای سالم است، اجتناب كنند،ازاهداف فناوری نانو است.

نانوذراتی كه در درمان سرطان به كار می‌روند، به گروه های زیر تقسیم می‌شوند:

**نانو حفره‌ها حفرات كوچكی هستند كه امكان عبور تنها یك رشته DNA را فراهم می‌كنند و در بررسی تغییرات DNA در سرطان كاربرد دارند.

**نقاط كوانتومی‌ هم در افزایش حساسیت روش‌های آزمایشگاهی تشخیص سرطان كاربرد دارند. همچنین درخت‌سان‌ها سبب تسهیل در دارورسانی می‌شوند.

این مولكول‌ها قابلیت بالایی در شناسایی و درمان به طور همزمان دارند و در ضمن دارای سطح وسیعی هستند كه به‌وسیله آنها امكان اتصال عوامل درمانی و یا سایر مولكول‌های فعال زیستی فراهم می‌شود.

**نانو پوسته‌ها ساختاری با یك هسته مركزی است كه غشای نازكی از یك فلز مانند طلا روی آن روكش شده است و با استفاده از یك لیزر بیرونی و رساندن انرژی به نانو پوسته‌ها در یك تومور امكان تخریب گرمایی یا عكسبرداری از آن مقدور است و یا برای ترمیم زخم كاربرد دارد. این روش توسط محققان دانشگاه Rice در مدل‌های حیوانی انجام شده است.

** گروه نانو ذرات مغناطیسی است كه اكسید آهن جزو اصلی نانو ذرات مغناطیسی آنهاست. مهم‌ترین مزیت استفاده از این ذرات اندازه كوچك‌تر از 100 نانومتر آنهاست.

در واقع ذرات اكسید آهن 304 Fe(مگنتیت) به دلیل سازگاری با سیستم‌های بیولوژیك از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است.

با كمك میدان مغناطیسی می‌توان این ذرات را به منطقه خاصی هدایت كرد كه این امر باعث تسهیل در امر تصویربرداری برای تشخیص و همچنین درمان سرطان می‌شود. به دلیل این ویژگی‌ها نانو ذرات مغناطیسی كاربردهای پزشكی فراوانی را دارند.

به عنوان مثال نشاندار كردن سلول‌ها كه به منظور مشاهده و ردیابی، جداسازی و یا عكسبرداری از سلول‌ها صورت می‌گیرد. از جمله برای مشاهده و ردیابی سلول‌های بنیادین از طریق MRI ، سلول‌ها را می‌توان با ذرات مغناطیسی نشاندار كرد.

از دیگر كاربردهای نانو ذرات مغناطیسی، استفاده از آن برای انتقال DNA به داخل سلول، تصویربرداری MRI، درمان توده‌های سرطانی به كمك حرارت درمانی، hyper thermia، جداسازی مغناطیسی مواد و استفاده در مهندسی بافت است.

با تجمع ذرات مغناطیسی در بافت سرطانی، تشخیص تومور با استفاده از MRI تا حد زیادی تسهیل شده و علاوه بر این می‌توان از این ذرات به عنوان حامل داروهای ضد سرطان استفاده كرد.

در واقع برای هدف قرار دادن تومورهای سرطانی نیاز به اتصال مولكول‌های شناساگر به نانو ذرات مغناطیسی است تا به صورت اختصاصی سلول‌های سرطانی را شناسایی و در محل تجمع كنند.

در آینده ای نزدیك، فناوری نانومی تواند امكان آشكارسازی زودرس سرطان و تحویل عوامل ضدسرطانی به تومورهای كشف شده را بطور همزمان فراهم آورد . درحقیقت،این فناوری نقشی تعیین كننده در درمان سرطان بازی می کند ومی تواند امكاناتی را برای جلوگیری ازپیشرفت بیشتر سرطان ارائه می دهد.

کاهش مصرف آب و برق با نانو رنگها

توسط محققان کشور

علیرضا علیپور – مجری طرح، با بیان اینکه رنگهای تولید شده به مرحله تجاری سازی رسیده است، افزود: در این تحقیقات موفق به تولید نانورنگهای پلیمری مرئی و نامرئی شدیم.

وی با بیان اینکه نانورنگهای تولید شده به عنوان عایق به کار می رود، اظهار داشت: از مهمترین مزایای پوششهای تولید شده می توان به ضد UV (اشعه ماورا بنفش)، آنتی باکتریال، مقاوم در برای یخ زدگی و انعطاف پذیری تا دمای 180 درجه سانتیگراد اشاره کرد.

علیپور با بیان اینکه این رنگها قابل اعمال در محیط داخلی کولر است، یادآور شد: استفاده از این پوششها موجب خنک تر شدن محیط کولر به میزان 20 درجه سانتیگراد ضمن آنکه محیط داخلی خانه را نیز به میزان 7 درجه سانتیگراد خنک تر می شود از این رو موجب کاهش میزان مصرف انرژی می شود. علاوه بر این موجب کاهش مصرف آب در کولرها می شود.

مجری طرح، با بیان اینکه در این پوششها از نانوذرات تیتانیوم استفاده شده است، خاطر نشان کرد: نتایج تستهای کنترل کیفیت بر روی نانو رنگهای تولید شده نشان داد که رنگهای تولید شده مشابه نانو رنگهای خارجی است ضمن آنکه یک دهم درجه اختلاف دما بیشتر از نمونه های خارجی است.

وی در این باره توضیح داد: رنگهای تولید شده در کشور به عنوان عایق به کار می رود و در مقایسه با نمونه های خارجی قادر است سرما و گرما را در محیط نگهدارد.

علیپور با بیان اینکه این پوششها در دو نوع مرئی و نامرئی تولید شده است، یادآورشد: نانو پوششهای نامرئی فاقد رنگدانه هستند ولی نانو رنگهای مرئی در انواع رنگها قابل تولید هستند.

وی از دریافت تاییدیه برای این پوشش خبر داد و اضافه کرد: این طرح موفق شده است که تاییدیه هایی از پژوهشگاه صنعت رنگ، دانشگاه صنعتی امیرکبیر و شرکت آب و فاضلاب استان یزد دریافت کند.

نانوربات‌ها در دندان‌پزشکی

فناوری نانو و دندان پزشکی(3)

قسمت اول و  قسمت دوم

نانوربات‌ها در دندان‌پزشکی

دانشمندان معتقدند با پیشرفت در زمینه مهندسی، فناوری نانو و دندانپزشکی و دستیابی به درک عمیق‌تری از ساختمان دندان، می‌توان ماشین‌های میکرویی و روبات‌های نانومتری نیرومند و متخصص را طراحی کرد و به وسیله آنها در ابعاد نانومتری به تعمیر و ترمیم بافت‌ها و دندان‌ها پرداخت. این روبات‌ها علاوه بر قابلیت انجام تعمیرات در سطح دندان، می‌توانند در موارد زیر نیز به دندانپزشک کمک نمایند.می توان گفت نانوربات ها بزرگترین آینده دندانپزشکی درفناوری نانو است.

امروزه ساخت ربات ها در ابعاد میكرو و نانو یكى از اهداف گروه هاى تحقیقاتى پزشكى و دندان پزشكى به حساب مى آید؛ به گونه اى كه جراحان آینده، شامل روبات هاى ریزى هستند كه وارد بدن ما مى شوند و كار خودرا بدون اینكه نیاز به باز كردن بدن

بیمار داشته باشند، از درون انجام مى دهند. در دندانپزشکی ربات هایى با قابلیت تعمیرا ت در سطح دندان است.

بیهوشی موضعی دهانی

در دوره نانودندان‌پزشکی یک سوسپانسیون کلوئیدی شامل میلیون‌ها ربات دندانی فعال و ضددرد در مقیاس میکرونی به لثه بیمار به طور آرام تزریق خواهد شد. پس از تماس با سطح تاج دندان یا مخاط، نانوربات‌های به حرکت در آمده از روش‌های مختلف خود را به پالپ یا عصب دندانی می‌رسانند.

پس از قرار گرفتن در پالپ، روبات‌های دندانی ضددرد می‌توانند به دستور دندانپزشک سبب از بین رفتن هرگونه حسی در دنـدان مشخصی که نیاز به درمان دارد، گردنـد. بعد از اینکه مراحل درمانی کامل شد، دندانپزشک به نانوربات‌ها فرمان می‌دهد تا تمام حس‌ها را بازگردانند و از همان راهی که وارد شده‌اند، از دندان خارج گردند.

دهان شویه های نانو رباتی

دهان شو یه هاى نانورباتى می توانند از دهان شو یها و یا از خمیردندان ها، وارددهان شده و قادر خواهند بود، تمامى سطوح بالا و پائین لثه ا ى را از خوردگى محافظت نموده و مواد آلى متابولیسمى به دام افتاده را تبدیل به گازى بى ضرر و بد بو گردانند و لایه هاى جرم را ازبین برند.

این نانو ربا تهاى دندانى كوچك و نامرئى به ابعاد 1 تا 10میكرون خواهند بود كه با سرعت 1 تا 10 میكرون بر ثانیه بر روى

سطح دندان به حركت در مى آیند و از خصوصیاتشان می توان ارزان بودن و ایمنى را نام برد؛ زیرا آ نها می توانند خود را به راحتى درصورت خورده شدن، غیر فعال نمایند.

نانوپودر هیدروكسى آپاتیت

هیدروكسى آپاتیت، كاربردهاى فراوانى درپزشكى و دندانپزشكى از جمله جایگزی نسازى بافت استخوانى و پوشش دهى كاشتنی  هاى بدن دارد. پژوهشها نشان داده اند كه هیدروكسى آپاتیت نانو ساختار،خواص مکانیکی بالاتروزیست سازگاری مطلوب تری نسبت به نمونه های میکرومتری درمحیط بدن ازخودنشان مى دهد. این خواص، هنگامى در حالت بهینه قرار مى گیرند كه ذرات نانومترى هیدروكسى آپاتیت از اندازه و شكل یكنواخت برخوردار باشند. رسوب دهى زیستى از جمله رو شهاى تولید هیدروكسى آپاتیت نانوساختاراست.

هنوز از زمانى كه استفاده از بیوسرامیك هیدروكسى آپاتیت به عنوان ماد ه اى مناسب جهت ساخت و پوشش دهى

كاشتنی هاى مورد استفاده در پزشكى و دندانپزشكى آغاز شد، سا لهاى زیادى نمى گذرد. در طى این سال ها، پژوهشهاى فراوانى پیرامون استفاده از این ماده صورت گرفته و بسیارى از قابلیتهاى پنهان آن جهت استفاده در مصارف زیستى شناخته شده است.

هیدروكسى آپاتیت ساختار و تركیب شیمیایى مشابه با بخش معدنى استخوان و دندان دارد. این بیوسرامیك می تواند برهم كنش مناسبى با بافتهاى استخوانى داشته باشد و سبب اتصال و رشد سلو لهاى استخوانى شود. بدن انسان نیز هیدروكسى آپاتیت را به عنوان یك ماده بیگانه نمی شناسد و سبب دفع آن به وسیله ى سامانه ایمنى بدن نمى شود. تمام این خواص سبب ساز استفاده از هیدروكسى آپاتیت براى ساخت كاشتنی هاى پزشكى و یا پوشش دهى كاشتنی ها شده است. پوشش دهى كاشتنی ها با هیدروكسى آپاتیت سبب رشد استخوان درون پوشش شده و از این طریق تثبیت زیست كاشتنى در بدن صورت می گیرد.

گسترش فناورى نانو دریچه هاى جدیدى به استفاده از هیدروكسى آپاتیت در پزشكى و دندانپزشكى گشوده است. پژوهشها نشان داده اند كه هیدروكسى آپاتیت نانوبلورین، خواص مكانیكى بالاتر و زیست سازگارى مطلوب ترى نسبت به نمونه هاى میكرومترى در محیط بدن نشان مى دهد. پودرهاى هیدروكسى آپاتیت نانوساختار قابلیت تف جوشى مناسب تر و چگالى نسبى بالاترى را نسبت به پودرهاى با اندازه دانه میكرونى نشان مى دهد كه موجب بهبود چقرمگى شكست و دیگر خواص مكانیكى آن مى شود. هیدروكسى آپاتیت نانوساختار چسبندگى و افتراق سلو لهاى استخوان ساز، همبندى با استخوان و رسو ب گذارى مواد معدنى روى سطح كاشتنى را افزایش مى دهد و همچنین زیست فعالى بهترى در مقایسه با هیدروكسى آپاتیت درشت دانه ارائه مى دهد.

کاهش عصب‌کشی با استفاده از نانوفیلم‌ها

محققان توانسته‌اند به یکی از بزرگ‌ترین تحولات درمانی در حوزه دندانپزشکی دست یابند. آنها توانسته‌اند با درمان کانال ریشه دندان، به‌جای آنکه عمل عصب‌‌کشی را انجام داده و یک دندان مرده درون دهان باقی بگذارند، دندان بیمار را درمان کرده و آن را به زندگی بازگردانند. این پژوهشگران می‌گویند فرایندهایی که روی ریشه دندان صورت می‌گیرند، هر ساله مانع از دست دادن دندان توسط میلیون‌ها نفر می‌شوند. یک دندانپزشک در طول فرایند عصب‌کشی، بافت نرم درون دندان آسیب دیده را که حاوی اعصاب و رگ‌های خونی است، از بین می‌برد. «جایگزینی احیاکننده حفره میانی» (“Regenerative endodontics”‌) که به‌معنی تولید بافت دندانی نرم جدید و جایگزینی بافت آسیب‌دیده با این بافت جدید است، این قابلیت را دارد که جایگزین عصب‌کشی شود.

این دانشمندان توانسته‌اند یک فیلم نانومقیاس چندلایه به ضخامت تنها یک پنجاه هزارم موی انسان تولید نمایند که حاوی ماده‌ای است که می‌تواند به تولید مجدد بافت نرم دندان کمک کند. مطالعات قبلی نشان داده‌اند که این ماده که هورمون تحریک‌کننده آلفا ملانوسیت یا آلفا MSH نامیده می‌شود، ویژگی ضدالتهابی دارد.

این پژوهشگران در بررسی‌های آزمایشگاهی خود نشان داده‌اند که ترکیب آلفا MSH با یک پلیمر پراستفاده، ماده‌ای تولید می‌کند که مانع از التهاب فیبروبلاست‌های بافت نرم دندان می‌شود. فیبروبلاست‌ها اصلی‌ترین نوع سلولی هستند که در بافت نرم دندان یافت می‌شوند. همچنین حضور نانوفیلم‌های حاوی آلفا MSH موجب افزایش تعداد این سلول‌ها می‌شود. بنابر گفته دانشمندان این امر می‌تواند به احیای دندان‌های آسیب‌دیده کمک کرده و نیاز به عصب‌کشی‌های دندانی را کاهش دهد.

بادوام کردن دندان های حساس با نانو ذرات طلا

براساس تحقیقات دانشمندان تایوانی، قراردادن نانو ذرات طلا بر روی سطح یك دندان حساس و سپس تثبیت آنها با استفاده از یك لیزر، می‌تواند دوام دندان حساس را برای مدت طولانی افزایش دهد.

این روش كه محققان "دانشگاه ملی چونگ - چنگ" و "بیمارستان عمومی بودهیست دالین تزوچی" آن را ابداع كرده‌اند آماده است تا بر روی دندان‌های اصلی در یك دوره كوتاه  12تا 24 ماهه آزمایش شود.

در این گزارش آمده است، ظاهرا دندان‌های حساس شامل تعداد زیادی لوله‌های رابط داخلی كوچك هستند كه به سیال اجازه می‌دهند از بین دندان ها عبور كند .عبور سیال باعث سایش مكانیكی انتهای عصب‌ها در فصل مشترك میان عاج دندان و گوشت می‌شود.

این گروه تحقیقاتی برای درمان این شرایط به سادگی این سوراخ‌های ریز را با نانو ذرات طلایی كه قطر آنها ”ھ 30نانو متر بود، پر كردند. برش‌های عمودی از یك سطح آزمایش تهیه شده از یك دندان انسان، نشان دادند كه نانوذرات طلای این گروه تحقیقاتی تا عمق حدود دو میكرومتر نفوذ كرده‌اند.

ساختمان‌ها را خودتمیزشونده بسازیم

این مسئله، به ویژه در مورد سطوح در معرض دید، مانند نمای ساختمان اهمیت ویژه ای پیدا می کند. هزینه و نیروی انسانی که به این منظور صرف می شود، در ساختمان ویژه مانند آسمان خراش ها و ساختمان های بزرگ مثل ورزشگاه ها) ارقام قابل توجهی را نشان می دهد.

به منظور کاستن از هزینه های نگهداری و تمیز کردن سطوح ساختمان و همچنین  کاهش تکرار این فرایند، متخصصان عرصه ی فناوری، از این فناوری نوین به منظور ایجاد اماکنی برای سطوح، با هدف خود تمیز شوندگی و آسان تمیز شوندگی استفاده کرده اند که با استقبال چشمگیری از سوی طراحان، سازندگان و مالکان ابنیه مواجه شده است.

مبانی خود تمیزشوندگی

در عمل، تمیز کردن سطوح مصالح ساختمانی مانند شیشه، کاشی و سطوح نماسازی، با مشکلات متعددی توام است. مسایلی از قبیل مصرف مقادیر زیاد انرژی و مواد شوینده ی شیمیایی و به تبع آن هزینه های زیاد. به منظور درک فرایند خود تمیزشوندگی مصالح، تعقیب دو مسیر را پیش رو داریم: یکی هیدروفوبیک (آب گریزی) و دیگری ویژگی هیدروفیلیک(آبدوستی).

میزان ترشدگی یک جسم جامد با آب (در صورتی که محیط فراگیر، هوا باشد)، بستگی به ارتباط بین نیروهای کشش بین سطحی (آب، هوا و جسم جامد و هوا و جسم جامد) دارد. نسبت بین این نیروهای کششی است که زاویه تماس قطرات آب با سطح را تعیین می کند. زاویه ی تماس صفر درجه، به معنای ترشدگی کامل و زاویه ی تماس 180 درجه، به معنای خشک ماندن کامل است.

سطوح آب گریز، دارای قابلیت ترشدگی اندک و زاویه ی تماسی حدود 100 درجه هستند که از مدت های مدید شناخته شده اند. هرچه زاویه ی تماس بالاتر برود، قابلیت دگرچسبی سطوح، کمتر خواهد شد و سطح به سمت سطوح آب گریز متمایل می شود و برعکس، با کاهش زاویه ی تماس، بر قابلیت دگر چسبی افزوده شده و سطح مورد نظر، آب دوست لقب می گیرد. اصولا زاویه ی تماس برای سطوح آب گریز بیش از 90 درجه و برای سطوح آب دوست کمتر از 30 درجه است.

روش های تمیز کردن که بر اساس کاهش زاویه ی تماس عمل می کنند، از زمان کشف صابون به دنیا معرفی شده است. به طور کلی، مواد شوینده از اثر کشش سطحی آب کاسته و زاویه ی تماس آب با سطح را کمتر می کنند.

برخی از حوزه های کاربردی که بشر می تواند از سطوحی با چنین ویژگی هایی استفاده کند، عبارتند از: شیشه های ساختمانی، مصالح نماسازی، درب و بدنه ی حمام، استخر، سونا، پانل های خورشیدی تولید انرژی و گلخانه.

باز هم پای خورشید در میان است

بخار آب به دست آمده از این روش را بخار خورشیدی نامیده‌اند. آزمایشگاه دانشگاه رایس با معرفی این تكنولوژی جدید مدعی شده می‌تواند از آب سرد و یخ‌زده، بخار تولید كند. مخترعان انتظار دارند این روش بتواند در وهله نخست برای تصفیه آب و فاضلاب آن هم در كشورهای در حال توسعه به‌كار گرفته شود. برآوردها حاكی از آن است كه در مجموع كارایی این روش چیزی حدود 24 درصد است. در مقام مقایسه یادآوری می‌شود صفحات خورشیدی فتوولتائیك معمولا چیزی حدود 15 درصد كارایی دارند.

محققان می‌گویند به هیچ‌وجه انتظار ندارند از این روش برای تولید انرژی الكتریكی استفاده شود، بلكه بیشتر امیدوارند روش ابداعی آنها بتواند برای تصفیه آب و فاضلاب مورد استفاده قرار گیرد. پروفسور نائومی هالاس، مدیر این پروژه می‌گوید بحث بر سر تكنولوژی منحصربه‌فردی است كه بجز تولید الكتریسیته حرف‌های زیادی برای گفتن دارد. با استفاده از این روش، نحوه تفكر انسان‌ها نسبت به بهره‌برداری از انرژی خورشیدی كاملا دگرگون خواهد شد.

نحوه عملكرد

عملكرد منحصربه‌فرد روش بخار خورشیدی به واسطه ذرات نانویی ویژه‌ای است كه تیم تحقیقاتی موفق به تولید آنها شده است. این ذرات می‌تواند بخش قابل‌توجهی از انرژی نور خورشید را به خود جذب كند. این ذرات نانو قابلیت دارد نور خورشید را مستقیم به حرارت تبدیل كند. وقتی ذرات نانو در آب غوطه‌ور می‌شوند و در معرض نور خورشید قرار می‌گیرد، درجه حرارت آنها به طرز شگفت‌آوری افزایش پیدا می‌كند. افزایش آنی درجه حرارت این ذرات سبب می‌شود آب یا یخ بسرعت به بخار تبدیل شود.

پروفسور هالاس می‌گوید كارایی فوق‌العاده این انرژی می‌تواند بشدت در تصفیه موثر واقع شود. او می‌افزاید: ما در حال انجام كاری متمایز هستیم. در واقع قصد داریم از دوران گرم كردن آب در مقیاس ماكرو به عصر جدید جوشاندن آب سرد در مقیاس نانو برسیم. ذراتی كه ما از آنها صحبت می‌كنیم، خیلی كوچك هستند حتی كوچك‌تر از طول موج‌های نوری و این یعنی سطح ذرات برای پراكندن و بازتاباندن نور هم فوق‌العاده كوچك است.

افزایش شدید درجه حرارت این امكان را برای محققان به‌وجود آورده كه بتوانند در محل، بخار تولید كنند. اما این موضوع را هم در نظر داشته باشید كه بخار روی سطح ذرات نانو تشكیل می‌شود. ایده تولید بخار در محل به نظر غیرممكن است، اما این ایده در حال حاضر به منصه ظهور رسیده است.

اورا نیومن، یكی از دانشجویان فارغ‌التحصیل دانشگاه رایس است. وی برای اثبات عملی بودن این ایده یك لوله آب آزمایشگاهی را كه حاوی ذرات نانو فعال بود در یك حوضچه آب یخ غوطه‌ور می‌سازد. خانم نیومن از یك لنز مخصوص استفاده كرد تا از این طریق بتواند نور خورشید را بر مخلوط لوله آزمایش كه درجه حرارت آن نزدیك به نقطه انجماد است، متمركز كند. فیلم‌ها و تصاویر برداشت شده توسط او نشان می‌دهد وی توانسته یخ را بسرعت به بخار تبدیل كند.

كاربردها

بخار یكی از پركاربردترین سیالات صنعتی است. حدود 90 درصد برق جهان از بخار تولید می‌شود. از بخار برای استریل زباله‌های پزشكی و ابزارهای جراحی استفاده می‌شود. استفاده از بخار برای آماده كردن غذا و تصفیه آب نیز جایگاه خاص خود را دارد. بخش اعظم بخار صنعتی در بویلرهای بزرگی تولید می‌شود كه برای تولید حرارت از زغال سنگ یا نفت استفاده می‌كنند. پروفسور هالاس می‌گوید كاربری گسترده بخار خورشیدی این امكان را فراهم می‌سازد كه تولید بخار از نظر اقتصادی مقرون به صرفه‌تر باشد. مهم‌تر از آن تولید بخار در مقیاس‌های خیلی كوچك است. مهندسان دانشگاه رایس پیشتر اتوكلاوهایی از این دست را برای استریل وسایل پزشكی و ابزارهای دندانپزشكی كلینیك‌هایی كه با كمبود برق مواجه هستند، طراحی كردند.

پروفسور هالاس بتازگی موفق شده جایزه مركز بیل و ملیندا گیتز را به دلیل طراحی و ساخت یك سیستم اولترا در مقیاس فوق‌العاده كوچك به‌دست بیاورد. این سیستم قابلیت دارد فاضلاب انسانی را در مناطقی كه با كمبود برق روبه‌روست یا در مناطقی كه به هیچ‌وجه سیستم‌های تصفیه فاضلاب ندارد، تصفیه كند. خانم نیومن معتقد است بخار خورشیدی به دلیل كارایی‌اش بسیار مورد توجه بازار قرار خواهد گرفت. این تكنولوژی مستلزم استفاده گسترده از پانل‌های خورشیدی نیست. در واقع تجهیزات لازم برای بهره‌برداری از این تكنولوژی بسیار كوچك است، به عنوان مثال شاید حتی چند سانتی‌مترمربع هم برای پیاده‌سازی تجهیزات آن كفایت كند.

یكی دیگر از پتانسیل‌های استفاده از این تكنولوژی در سیستم‌های تهویه مطبوع و گرمایشی است كه مصرف برق قابل‌توجهی دارد. تجربه‌های گوناگون پروفسور هالاس و همكارانش در زمینه تقطیر نیز نشان می‌دهد كارایی بخار خورشیدی حدود 5/2 مرتبه بیشتر از ستون‌های تقطیری است كه در حال حاضر از آنها استفاده می‌شود.

پروفسور هالاس استاد مهندسی كامپیوتر و برق، استاد رشته فیزیك ـ شیمی و استاد طب بیولوژیكی نیز است. وی به عنوان یكی از مشهورترین استادان رشته شیمی به‌منظور اجرایی شدن این پروژه گام‌های زیادی برداشته است. آزمایشگاه وی هم‌اكنون به صورت تخصصی روی ذرات فعال نوری مطالعه می‌كند. یكی از مشهورترین ابداعات وی تولید حفاظ‌های نانو از طلاست. این نوآوری وی به طور گسترده‌ای در مراكزی كه در زمینه سرطان تحقیق می‌كنند، مورد توجه قرار گرفت.

هالاس و همكارانش در تحقیقات مربوط به درمان سرطان ذراتی را انتخاب كردند كه تنها در چند طول موج نوری مشخص می‌توانند فعل و انفعال انجام دهند، در حالی كه در پروژه بخار خورشیدی عملا ذراتی طراحی كردند كه در طیف نوری وسیع‌تری می‌توانند فعل و انفعال انجام دهند. این ذرات نانو هم توسط نور مرئی خورشید و هم توسط طول موج‌های كوتاه‌تر كه برای انسان قابل رویت نیست، فعال می‌شود.

تیم تحقیقاتی پروفسور هالاس عملا هیچ قانون ترمودینامیكی را تغییر نداده، بلكه آنها با استفاده از همان قوانین آب را فقط با یك روش كاملا متفاوت به جوش آورده‌اند.