1. آشنایی با نانوالیاف
الیاف یا فیبرها، رشته‌های بسیار باریکی هستند که طول بلندی نسبت به قطرشان دارند. بسیاری از ساختارهای بنیادی اطرافمان از DNA تا رشته‌های بلندی که تنه درختان و ماهیچه‌های حیوانات بزرگ را تشکیل می‌دهد از الیاف ساخته شده‌اند.
به طور کلی الیاف را به دو دسته طبیعی و مصنوعی تقسیم می‌کنند: الیاف طبیعی الیافی هستند که منشاء طبیعی دارند و از مواد شیمیایی در تولید آنها استفاده نشده است و الیاف مصنوعی به گروهی از الیاف گفته میشود که توسط روشهای خاص و بصورت مصنوعی تولید میشوند و بطور معمول در طبیعت وجود ندارند ولی ممکن است ریشه طبیعی داشته یاشند. تا به امروز بیشتر الیاف ساخته شده توسط بشر برای تهیه البسه استفاده می‌شده اما با شناخته شدن خواص جدید الیاف با قطرهای کمتر از میکرومتر در سالهای اخیر تولید انواع گوناگونی از آنها آغاز شده است. به عنوان مثال امروزه الیاف متنوعی در مقیاس نانومتری برای ساخت اندامهای مصنوعی، فیلترهای هوا و پوشاک رسانا تولید می‌شوند. چنین الیافی که اصطلاحاً "نانوالیاف" نامیده می‌شوند قطری کمتر از 500 نانومتر دارند و در دسته نانومواد دوبعدی قرار می‌گيرند. نانوالیاف دارای نسبت سطح به حجم بالایی هستند. هر 100 گرم از نانوالیاف با قطر 100 نانومتر مساحتی در حدود 100 مترمربع دارد.
نانوالیاف، از جنس کربن، پلیمر، مواد معدنی و به شکل مرکب(کامپوزیت) هستند. متداول‌ترین نوع نانوالیاف که بررسی‌های بسیاری بر روی آنها صورت گرفته از جنس پلیمر است. روشهای مختلفی برای تولید این الیاف وجود دارد که متداولترین آنها روش ریسندگی الکتریکی (الکتروریسی) است. این روش به جهت سادگی و همچنین تولید در مقیاس نانو مورد توجه قرار گرفته است.
1-1. روش ریسندگی الکتریکی (الکتروریسی)

به طورکلی برای تولید نانوالیاف پلیمری کافیست تا ماده اولیه پلیمری را در حالت نیمهمایع تا ابعاد نانومتری نازک کنیم و در چند لحظه آن را خشک و جامد نماییم. البته نازک کردن یک ماده تا ابعاد نانومتری نیاز به اعمال نیرو و دقت بالایی دارد تا ماده در حین نازک شدن مقاومت و استحکام کششی خود را نیز حفظ کند. در روش ریسندگی الکتریکی از برق با ولتاژ بالا برای اعمال کشش به الیاف استفاده میشود. در این روش، میدان الکتریکی بسیار بالایی بین روزنه خروج پلیمر از مخزن و صفحه جمعآوری الیاف اعمال میشود و از این طریق مولکولهای ماده پلیمری در یک جهت کنار هم آرایش می‌یابند و ساختار بهم چسبیده‌ای را بشکل الیاف ایجاد می‌کنند. معمولا در این روش ماده پلیمری داخل یک نازل در بالای یک صفحه جمع‌کننده قرار می‌گیرد و علاوه بر نیروی الکتریکی نیروی جاذبه زمین نیز به کشش الیاف کمک می‌کند. نانوالیاف تولید شده بر روی صفحه به شکل نامنظم بر روی هم قرار می‌گیرند و یک لایه با سوراخ‌های نانومتری شبیه به کاغذ یا تار عنکبوت ایجاد می‌کنند (این عمل بسیار شبیه به شکل گیری زولبیا در ظرف روغن است).
1-2. کاربردهای نانوالیاف
نانوالیاف به عنوان یکی از مهمترین محصولات فناوری نانو، در بسیاری از حوزه‌ها کاربرد دارند؛ این مواد به ویژه در حوزه‌های پزشکی، (مهندسی بافت، ماسکها و فیلترهای بهداشتی، پوششهای زخم، سامانه‌های رهایش کنترل شده و غیره)، صنعتی شامل صنایع دفاعی، فیلتراسیون، شیمیایی، نساجی، نفتی، خودروسازی، ساختمان، غذایی، انرژی (پیلهای خورشیدی، پیلهای سوختی، باطری‌های پلیمری و غیره) و تولید انواع حسگرهای زیستی و شیمیایی کاربردهای زیادی پیدا نموده‌اند.
1-3. کاربرد نانوالیاف در بافتهای مصنوعی
گزارشها نشان داده‌اند که تعداد زیادی از مجروحان بیمارستانی را بیماران سوانح سوختگی تشکیل میدهند و متاسفانه بسیاری از آنها در اثر سوختگی بخشهایی از اندامهای بدن خود را از دست میدهند. محققان نانو در تلاشند تا با بهره گیری از فناوری نانو به این بیماران کمک کنند.
آنها با جاسازی نانوالیاف در محل آسیب دیده داربستی برای تولید بافت مصنوعی ایجاد میکنند. نانوالیاف بکار رفته در این بافتها سلولها را احاطه کرده و امکان رشد مجدد سلولهای سوخته شده یا آسیب دیده را فراهم میکند. این بافت یک ساختار متخلخل حمایت کننده سلولهاست که سلولها به آن متصل میشوند و قادر است مواد غذایی را به داخل سلول سیر دهد و به مواد زاید اجازه عبور ندهد. در نهایت با رشد سلولهای جدید داخل این داربست و به کمک نانوالیاف، عضو ترمیمی شکل میگیرد.
 
2. نانو و اصلاح الگوي مصرف
با توجه به اهميت حفظ منابع تجديد ناپذير براي نسلهاي بعد و افزايش توجه به نحوه مصرف انرژي، بر آن شديم تا راهكارهايي را كه فناوري نانو در خدمت كاهش مصرف انرژي قرار ميدهد را جمع‌آوري كرده و پس از تجزيه و تحليل به همگان معرفي كنيم تا كمكي به كاهش و اصلاح الگوي مصرف انرژی شود. كارشناسان و متخصصان نانوزیست فناوری معتقدند با استفاده از فناوري نانو مي‌توان اصلاح الگوي مصرف را به صورت علمي در جامعه نهادينه كرد. مزيتهايي که ميتوانيم براي فناوري نانو در اصلاح الگوي مصرف نام ببريم و بگوييم کم نيست که در اين مقاله به اين موضوع پرداخته‌ايم.
2-1. کاهش مصرف سوخت
از جمله راهکارهاي کاهش مصرف سوخت به کمک فناوري نانو، استفاده از پيلهاي سوختي و کاتاليزورهاي سوختي مي‌باشد. پيل سوختي ابزاري است که در آن طي يک واکنش الکتروشيميايي بين هيدروژن و اکسيژن، انرژي شيميايي مستقيماً به انرژي الکتريکي تبديل مي‌شود. اين کار در واقع عکس فرآيند الکتروليز است که در آن با استفاده از انرژي الکتريکي، آب را به هيدروژن و اکسيژن تجزيه ميکند. پيلهاي سوختي بسيار پر بازده‌تر از فناوريهاي احتراقي هستند و هم اکنون دانشمندان به منظور تامين برق خودروها در حال توسعه آنها می‌باشند. به طوري که شرکت هوندا يک سيستم پاک و قابل اجرا ساخته است که در صورت تامين همزمان هيدروژن و اکسيژن ميتواند به طور پيوسته انرژي الکتريکي و آب توليد کند، بدون اينکه هيچگونه دي اکسيد کربن يا آلاينده مضر ديگري همراه آن منتشر شود. سوختهاي الکتروليزي نيز سوختهايي هستند که از افزودن نانوموادي از قبيل سريم اکسيد به آنها حاصل مي‌شود. وجود کاتاليزور در اين سوختها باعث بيشتر شدن بازدهي احتراق آنان در موتور و در نتيجه صرفه‌جويي در مصرف سوخت و کاهش آلايندگي مي‌شود. بخش تحقيقات مکانيک يک شرکت نيوزلندي موفق به ارائه محصولي به نام Nano fuel Saver شده است که در آن از آخرين پيشرفتهاي صورت گرفته در فناوري نانو و امواج مادون قرمز(FIR) براي کاهش مصرف سوخت و افزايش کارايي و راندمان موتور ماشينهاي ديزلي و بنزيني استفاده شده است. اين محصول يک لوله لاستيکي است که با نانوذرات سنگهاي معدني باردار (تلقيح نانوذرات به داخل لوله لاستيکي) پر شده است. پس از نصب اين محصول جديد در موتور ماشينهاي ديزلي و بنزيني، لوله لاستيکي انرژي حرارتي را از موتور ماشين جذب کرده و امواج مادون قرمز را از خود ساطع مي‌کند. ساطع شدن امواج مادون قرمز باعث کوچکتر شدن مولکولهاي سوخت، تصفيه و پالايش آلودگي‌ها و ناخالصي‌هاي موجود در سوخت، شتاب سريعتر ماشين، ايجاد شرايط بهينه براي موتور و افزايش عمر آن ميشود. نصب اين محصول در موتور ماشينها راحت بوده و احتياجي به هيچگونه افزودني‌هاي شيميايي ندارد.
2-2. نانوعايق حرارتي
مصرف انرژي در بخش خانگي و تجاري با رشد متوسط 5/7 درصد در دهه گذشته و سهم 39 درصد از کل مصرف انرژي کشور، به عنوان بيشترين مصرف کننده انرژي مطرح بوده است. بنابراين، کاربرد عايقهاي حرارتي در پوسته ساختمان از جمله مسائل بسيار مهم است. از جمله عايقهاي مدرن، ميتوان به نانوعايقها با خاصيت عايق کاري 39 برابر پشم شيشه و با نام تجاري NANSULATE، اشاره کرد. اين ماده در برابر زنگ زدگي مقاومت بالايي دارد و به راحتي با برس غلطک و اسپري روي ديوار پاشيده مي‌شود. عايق حرارتي نانو يا NANSULATE ماده جديدي از فناوري نانو است که محافظ و عايق حرارتي مناسبي در مقابل هر سه نوع انتقال گرما (تشعشع، جابجايي و همرفتي) به شمار مي‌رود. با چنين خصوصيتي بدون هيچگونه تغيير ظاهري در فضـــای ساختمان مي‌تــوان از ايــن عايــق در ساختمان‌هـاي در حال بهره‌بــرداري، استفاده نمود.
2-3. شيشه‌هاي کنترل کننده انرژي
شيشه‌هاي کنترل کننده انرژي ضمن دارا بودن تنوع در رنگ و ساير خصوصيات، قادرند با کاهش شديد عبور امواج ماوراء بنفش و مادون قرمز در کنترل ميزان عبور نور مرئي، در زمستان از 80 تا 85 درصد از هدر رفتن انرژي داخل ساختمان جلوگيري کنند و بدين ترتيب، در صرفه جويي مصرف انرژي نقش بسزايي داشته باشد. شيشه‌هاي کنترل کننده انرژي از پوشش دهي چندين نانولايه فلزي و اکسيد يا نيتريد فلزي با ضخامتهاي کنترل شده روي سطح شيشه ايجاد ميشود. عليرغم ظاهر بيرنگ و شفاف اين شيشه‌ها که مشابه شيشه‌هاي شفاف است، داراي خواص اعجاب انگيزي از نظر کنترل انرژي و نور خورشيد هستند. در واقع اين شيشه‌ها نور مرئي خورشيد (طول موج780 -380 نانومتر) را به خوبي بدون تغيير رنگ از خود عبور مي‌دهند و در نتيجه باعث کاهش مصرف لامپ‌هاي روشنايي مي‌گردند که نوعي صرفه جويي در مصرف انرژي محسوب مي‌شود. همچنين درصد زيادي از اشعه مادون قرمز(طول موج3000-780 نانومتر) را منعکس کرده و تقريباً کل نور مادون قرمز با طول موج بيشتر از 3000 نانومتر را حذف مي‌کنند. به اين ترتيب از هدر رفتن نور، حرارت و گرما از طريق پنجره جلوگيري مي‌کند که اين عمل در تابستان‌ها و مناطق گرمسيري باعث جلوگيري از عبور گرماي نور خورشيد و فضاي خارج به داخل اتاق شده و نياز به وسايل خنک کننده را کاهش مي‌دهد. همينطور در زمستانها يا مناطق سردسير به صورت عايق حرارتي عمل کرده و گرماي داخل اتاق که بصورت گرماي تابشي به شيشه برخورد مي‌نمايد را به داخل اتاق منعکس کرده و از انتقال گرماي اتاق به خارج جلوگيري مي‌نمايد. بدين ترتيب به وسايل گرمايشي کمتري جهت گرم کردن ساختمان نياز است که در ذخيره‌سازي و صرفه جويي در مصرف انرژي کمک بزرگي به شمار می‌آید.

3. دستگاه تولید نانوساختار تک بعدی (به روش الکتروریسی)
از جمله ساختارهای مورد اهمیت در دنیای نانوساختارهای تک بعدی نانوالیاف، نانوسیم و نانوذرات جهتدار است که از کاربردهای آن میتوان به ساخت لباسهای ضدگلوله، استفاده جهت ترمیم زخمها، پانسمان‌سازی و همچنین در ساخت ادوات الکتریکی، نوری و پزشکی نام برد.
روشهای مختلفی برای تولید این نانوساختارها وجود دارد که یکی از بهترین روشها روش الکتروریسی یا الکترواسپینیگ است که در آن پیش ماده پلیمری تحت میدان الکتریکی غیریکنواخت به تارهایی مانند تار عنکبوت تبدیل می‌شود که پس از طی فرآیندی به تولید نانوالیاف می‌انجامد.
در قالب یک پروژه دانش آموزی در بهبهان، دستگاه تولید نانوساختار تک بعدی به همین روش طراحی و ساخته شده است که قادر به تولید نانوالیاف، نانوسیم و ... میباشد. این دستگاه قادر به رفع مشکل تجمع نانوذرات تولیدی است و با استفاده از آن می‌توان نانوذرات جهتدار را نیز تولید نمود.
از مزایای مهم این دستگاه تولید انواع مختلف نانوساختارهای تک بعدی، نانوذرات جهتدار، نانوساختارهای سرامیکی، کامپوزیتی و چند لایه، امکان تولید نانوالیاف به صورت تقریبا انبوه، مجهز بودن به سیستم خلا و سیستم خشک‌کن نانوفیبرهای تولیدی، حذف دخالت دست، استفاده از انواع کالکتورها، امکان پشتیبانی 4 سرنگ همزمان بصورت نوبتی، کنترل از راه دور و ضبط همزمان تمام رویدادها است.
شایان ذکر است که این دستگاه در بخش فناوری نانوی سیزدهمین جشنواره جوان خوارزمی پذیرفته و موفق به کسب رتبه سوم آن گردیده است.

4. نانو در طبیعت

پدیده‌هایی از فناوری نانو که در طبیعت اطرافمان وجود دارد.مانند نانو و نيلوفر آبي، نانو و مارمولک، نانو و چشم بيد، نانو و پروانه و نانو و ساختار شيارهاي فلس کوسه ماه .

نظرات شما عزیزان:

نام :

آدرس ایمیل:

وب سایت/بلاگ :

متن پیام:

نظر خصوصی

 کد را وارد نمایید:

 

 

 

عکس شما

آپلود عکس دلخواه: