نانو، دنیای اعجاب‌انگیز مواد
یک جسم جامد را در نظر بگیرید. آن را خرد کنید؛ خیلی خرد، تا حدی که از آن خردتر نشود. حال این دانه‌های ریز را با جسم اولیه مقایسه کنید. این دانه‌ها هنوز هم خواص اولیه را دارند. به نظر شما اگر به خرد کردن ذرات اين ماده‌ تا مقیاس نانو ادامه دهيم، آيا باز هم خواص اولیه خود را حفظ می‌کند؟ برای يافتن پاسخ اين سوال، بهتر است چند مثال را بررسی کنیم.

• تغيير رنگ
  حتما بارها خرده‌های یک شیشه شکسته شده را دیده‌اید. ذرات حاصل از شکستن یک شیشه هر قدر هم کوچک باشند، باز به بی‌رنگی و شفافیت شیشه اولیه هستند. اما این قاعده در مقیاس نانو صادق نیست. یعنی موادی وجود دارند که رنگ ذرات چند نانومتری آنها، با رنگ ذرات بزرگ‌ترشان متفاوت است. طلا و نقره شناخته شده‌ترین نمونه‌های این مواد هستند. به عنوان مثال اگر نانوذرات طلا در اندازه‌های مختلف را مورد بررسی قرار دهیم، متوجه می‌شویم که این ماده در محدوده اندازه 30 تا 500 نانومتر به رنگ آبی ارغوانی، 3 تا 30 نانومتر قرمز رنگ و با اندازه کمتر از 1 نانومتر نارنجی است. ذرات طلا در اندازه‌های کوچک‌تر از یک نانومتر، بی‌رنگ هستند.
• تغيير شفافيت
  شفافیت، یک خاصیت فیزیکی است و میزان توانایی یک ماده را در عبور دادن نور مرئی نشان می‌دهد. یک پرتو نور در برخورد با سطح ماده می‌تواند از آن عبور کند، جذب آن گردد یا بازتاب شود. مواد مختلف بسته به عملکردشان در برابر تابش نور، می‌توانند کاربردهای فراوانی داشته باشند. به عنوان مثال اکسید روی و اکسید تیتانیوم، نور ماورای بنفش را کاملاً جذب می‌کنند و نور مرئی را بازتاب می‌کنند. این مواد که به رنگ سفید دیده می‌شوند، گزینه‌های بسیار مناسبی برای کرم‌های ضد آفتاب هستند. البته افراد بسیاری رنگ سفیدی را که این کرم‌ها بر روی پوست ایجاد می‌کنند، دوست ندارند. خوشبختانه این مشکل را می‌توان با کوچک کردن اندازه ذرات این مواد حل کرد. نانوذرات اکسید روی و اکسید تیتانیوم، با وجود اینکه نور ماورای بنفش را کاملا جذب می‌کنند، اما برخلاف ذرات بزرگ‌تر کاملا شفاف هستند. این امر ناشی از عبور نور مرئی از این ذرات نیست، بلکه به سبب آن است که اندازه نانوذرات اکسید روی و اکسید تیتانیوم کوچک‌تر از طول موج نور مرئی (400-700 نانومتر) هستند و از این ‌رو این ذرات توانایی بازتابش نور مرئی را ندارند. تغيير خواص مغناطیسی کمی براده آهن را در یک لیوان آب حل کنید و آن را خوب به هم بزنید. قبل از اینکه براده‌ها ته‌نشین شوند، یک آهن‌ربا را به لیوان نزدیک کنید. چه اتفاقی می‌افتد؟ آیا مخلوط آب و براده نسبت به میدان مغناطیسی آهن‌ربا عکس‌العملی نشان می‌دهد؟ اگر این آزمایش را خیلی خوب انجام داده باشید، بهترین نتیجه حاصل، جذب ذرات براده توسط آهن‌ربا است. اما اگر همین آزمایش را توسط ذرات نانومتری آهن (یا کبالت) تکرار کنیم، نتیجه متفاوت خواهد بود. سیال مغناطیسی (یا فروفلوید) مایعی است متشکل از نانوذرات فرومغناطیس (مانند آهن و کبالت) که در آب یا یک حلال آلی معلق شده‌اند. این مایع در حضور یک آهن‌ربا (یک میدان مغناطیسی) خاصیت مغنایسی بسیار قوی از خود نشان می‌دهد، به نحوی که با حرکت آهن‌ربا در اطراف این مایع می‌توان آن را به شکل‌های سه‌بعدی زیبایی درآورد.
• تغيير واکنش‌پذيری
  واکنش‌پذیری یا تمایل یک ماده برای واکنش با سایر مواد، از جمله مهم‌ترین خواص شیمیایی است. بیشتر ما صحنه شعله‌ور شدن سدیم، لیتیم یا پتاسیم را در تماس با آب دیده‌ایم همه اینها عناصری هستند که به شدت واکنش‌پذیرند. اما در مقابل با انداختن یک انگشتر طلا در یک لیوان آب اتفاقی نمی‌افتد و یا پنجره‌های آلومینیومی بدون هرگونه مشکلی در مجاورت هوا استفاده می‌شوند. اما همین مواد در مقیاس نانو رفتار متفاوتی از خود نشان می‌دهند. واکنش‌پذیری مواد در مقیاس نانو افزایش چشمگیری پیدا می‌کند. در این مقیاس ذرات طلا نه تنها واکنش‌پذیری بالایی دارند، بلکه برای افزایش سرعت واکنش مواد دیگر (به عنوان کاتالیزگر) نیز استفاده می‌شوند. نانوذرات آلومینیوم در هوا آتش می‌گیرند و می‌توان از آنها به عنوان سوخت موشک استفاده کرد. افزایش واکنش‌پذیری مواد در این مقیاس، امکان ساخت کاتالیزگرهای بسیار قوی‌تری را برای ما فراهم کرده است. تا آنجا که پیش‌بینی می‌شود بتوانیم با استفاده از نانوکاتالیزگرها واکنش‌های بازگشت‌ناپذیر بسیاری را (مانند تشکیل گازهای سمی NO و CO) در دما و فشار محیط برگشت‌پذیر کنیم.

موارد بالا تنها مثال‌های محدودی از تغییر ویژگی‌های یک ماده در مقیاس نانو را نشان می‌دهند. نقطه ذوب، خواص حرارتی، الکتریکی، مکانیکی و ده‌ها خاصیت فیزیکی و شیمیایی شناخته شده دیگر نیز در این مقیاس تغییر می‌کنند. گویا دیگر نمی‌توانیم بدون در نظر گرفتن اندازه ذرات یک ماده، آن را از روی خواصش شناسایی کنیم. برای حل این مشکل پیشنهاد داده‌اند که یک بُعد دیگر به جدول تناولی مندلیف اضافه شود. بدین معنی که برای مشخص کردن خواص یک عنصر، علاوه بر اینکه باید نام عنصر و جایگاه آن در جدول مندلیف مشخص شود، لازم است که معلوم گردد خواص عنصر در چه ابعادی مدنظرمان است.

مقياس نانو متفاوت است
نانوذرات به‌طور گسترده‌ای در بسياری از محصولات مبتنی بر فناوری‌نانو استفاده می‌شوند و بسياری از محصولاتی که در حال حاضر به بازار آمده‌اند، با کمک نانوذرات خواص ويژه‌ای يافته‌اند. آيا می‌دانيد دليل تاثيرگذاری بسيار زياد اين ذرات نانومتری چيست؟ کاهش اندازه ذرات و گذر از مقیاس میکرو به نانو، تغییر برخی از خواص فیزیکی و شیمیایی را در بر دارد. یکی از عوامل مهمی که بر تغییر خواص نانومواد تأثیرگذار است، افزایش نسبت سطح مواد به حجم آنها است. برای درک این موضوع یک مکعب کاغذی را در نظر بگیرید که طول ضلع آن 1/25 سانتی متر است. اگر 6 وجه این مکعب از هم جدا و بر روی یک موزائیک کنار هم چیده شود، تنها 9/375 سانتی متر مربع از سطح موزائيک با وجه‌های این مکعب پوشیده می‌شود. حال اگر به اندازه حجم این مکعب، 8 مکعب جدید با طول ضلعی برابر نصف مکعب اول (یعنی 0/625 سانتی متر) تهیه گردد، می‌بينيد که مساحت بدست آمده توسط این مکعب‌ها، 18/75 سانتی متر مربع از سطح موزائیک را می‌پوشاند. اگر کار تقسیم اضلاع 24 بار تکرار شود، با مساحت مکعب‌هایی كه بدست می‌آید می‌توان سطح یک زمین فوتبال را پوشاند!! در این مرحله طول مکعب‌ها 1 نانومتر است. با کاهش اندازه ذره، سطح افزايش می‌یابد و این امر باعث می‌شود که اتم‌های بیشتری بر روی سطح قرار گيرند. به‌عنوان مثال در یک ذره با اندازه 30 نانومتر، 5% از اتم‌ها بر روی سطح قرار دارند، در حالیکه در یک ذره 3 نانومتری، 50% از اتم‌های تشکیل‌دهنده، اتم‌های سطحی هستند. افزایش تعداد اتم‌های سطحی ذرات تشکیل دهنده یک ماده، باعث افزایش خاصیت واکنش‌پذیری آن می‌شود و استفاده از این مواد را برای تهیه کاتالیزورها مناسب می‌سازد. از سوی ديگر افزايش سطح سبب می‌شود که ميزان نيروهای بين مولکولی افزايش يابد و به اين ترتيب می‌توان نانوکامپوزیت‌های مقاومی با قابلیت هدایت حرارتی و الکتریکی بالا تولید کرد. در پايان بايد به اين نکته اشاره کنيم که علاوه بر افزايش سطح، عوامل ديگری مانند بروز پديده‌های کوانتومی هم سبب تغيير رفتار نانومواد می‌شود. این رفتارها بیشتر بر خواص نوری و مغناطیسی نانوذرات تأثیرگذار است.

فناوری‌نانو، يك هنر باستانی
فناوری‌نانو یک فناوری جدید نيست. آنچه جدید است درک ما از چگونگی کنار هم قرار دادن اتم‌ها و مولکول‌ها با هدف ایجاد موادی با خصوصیات جدید در مقیاس نانومتر است. در گذشته مردم با وجود آنکه اطلاعی از رفتارهای اتمی و تاثیر آن بر خصوصیات مواد نداشتند، محصولاتی را تولید می‌کردند که در ساخت آنها از ویژگی‌های نانومواد استفاده ‌شده ‌است. شیشه‌های رنگی یکی از این دستاوردهای هنری است. بیش از هزار سال پیش، هنرمندان کشف کرده بودند که می‌توانند شیشه‌های رنگی مختلفی را از مخلوط کردن مقدار کمی از ذرات طلا یا نقره با شیشه‌های مذاب بوجود آورند. هم اکنون نیز در برخی کشورهای دنيا، پنجره‌هایی به يادگار مانده که شیشه‌های رنگی آنها با اين روش ساخته شده‌ است. کلیسای جامع کارتریس در فرانسه، دارای 176 پنجره با شیشه‌های رنگی درخشان است که در اکثر آنها از عنصر طلا استفاده شده است. این پنجره‌ها از قرن سیزدهم بجا مانده‌اند. دانشمندان ساختار این شیشه‌های باستانی را با میکروسکوپ‌های قوی الکترونی بررسی کرده‌اند و دريافته‌اند که ذرات ریز نانومتری طلا و نقره، عامل رنگی بودن این شیشه‌ها هستند. در این شیشه‌ها ذرات ریز طلا با اندازه 25 نانومتر، رنگ قرمز و ذرات ریز نقره با اندازه 100 نانومتر، رنگ زرد را ايجاد کرده‌اند. هنرمندان شیشه‌گر قرن سیزدهم علت اصلی این واقعیت را نمی‌دانستند، اما این نانوذرات فلزی را با روش‌های مختلف ایجاد می‌کردند و با انجام فرآیندهای حرارتی، سیلیکا را با این ذرات مخلوط می‌نمودند. پس از سرد شدن، رنگ‌های مورد نظر بر روی شيشه ظاهر می‌شدند.

ژاکت فلزی، ارمغان دیگری از فناوری نانو
ژاکت کتانی فلزی و لباس زنانه طلایی يکی از محصولات جديدی هستند که وارد بازار شده‌اند و با با کمک فناوری نانو تولید می‌شوند. این ژاکت‌ها می‌توانند شما را در برابر نفوذ سرما، ويروس آنفولانزا و انواع باکتری‌ها حفظ کنند و نیازی به شست‌وشو هم ندارند. این لباس‌ها با تجزیه آلودگی‌های محیطی می‌توانند از شخص در برابر دود و آلاینده‌های هوا محافظت نمایند. این ژاکت و لباس زنانه در ظاهر معمولی به نظر می‌رسند؛ اما اگر الیاف سازنده آنها را زير یک میکروسکوپ نگاه کنيد، متوجه می‌شويد که یک دسته از نانوذرات ساکن در اطراف الیاف وجود دارند که علاوه بر قابلیت‌های گفته شده، برای الياف رنگ هم ايجاد می‌کنند. برای تولید چنين لباسی، پارچه‌ آن‌را در محلولی از نانوذرات فلزی غوطه‌ور می‌کنند تا پوششی از نانوذرات بر روی الیاف پارچه ايجاد شود. قسمت بالایی لباس که با نانوذرات نقره پوشیده شده است، از غوطه‌ور کردن الیاف کتانی با بار مثبت داخل محلول نانوذرات نقره با بار منفی بدست می‌آید. آنچه در فرآیند تولید بایستی در نظر گرفته شود، این است که قطر نانوذرات باید بین 10 تا 20 نانومتر باشد و از کلوخه شدن آنها نیز جلوگیری شود. خاصیت ذاتی میکروب کشی نقره که در مقیاس نانو تقویت می‌شود، امکان از بین بردن بسیاری از باکتری‌ها و ویروس‌های مضر بدن را در لباس فراهم می‌کند؛ در نتیجه نیاز به شستن آن را نیز کاهش خواهد داد. در ژاکت کتانی، آستین‌ها، جیب‌ها و کلاه دارای الیاف کتانی است که با نانوذرات پالادیوم (بین پنج تا ده نانومتر) روکش داده شده است. برای ایجاد این مواد، نانوبلورهای پالادیوم با بار منفی را روی الیاف کتانی با بار مثبت قرار می‌دهند. با استفاده از الیاف کتانی بدست آمده، ژاکتی تولید شده است که توانایی اکسید کردن دوده را دارند. این خاصیت باعث می‌شود که شخص در برابر تركیبات شیمیایی و گازهای مضر هوا محافظت شود. شخصی كه این ژاکت را به تن دارد، اگر دست‌هایش را به آستین‌ها یا جیب‌هايش بمالد حس سرما می‌کند که اين امر در اثر وجود نانوذرات پالادیوم است.
نحوه استفاده از پوشش‌های نانومتری در صنايع مختلف با دیگری متفاوت است و یكی از سخت‌ترین شیوه‌های استفاده از آنها در صنعت نساجی است.

کِرِِِم‌های محافظ پوست با قدرت نفوذ بالا
با نگاهی به محصولات برتر فناوری نانو در سال‌های 2003 تا 2005 می‌بینیم که این فناوری در ميان شرکت‌های آرایشی_بهداشتی نيز بازار خوبی يافته است. به عنوان مثال شرکت ال. اورال که یکی از بزرگ‌ترین شرکت‌های تولید کننده مواد آرایشی در جهان است، به کمک فناوری نانو کِرِم‌های ضدچروکی را تولید کرده‌است که به‌راحتی در پوست نفوذ می‌کنند. وجود ساختارهای نانومتری در این کرم ها، اثربخشی آن را بر روی پوست افزایش داده است. حتماً تا به حال از کپسول‌های دارویی، مانند کپسول‌های آنتی‌بیوتیک‌ها را استفاده کرده‌اید. روش کار این کرم‌ها بسیار شبیه به کپسول‌های آنتی‌بیوتیک است. با اين تفاوت که در این کرم‌ها، ویتامین A را داخل کپسول‌های پلیمری در ابعاد 200 نانومتر قرار می‌دهند. این کپسول‌ها در حقیقت مثل اسفنج عمل می‌کنند و کرم را در خود نگه می‌دارند. هنگاميکه کرم بر روی پوست مالیده می‌شود، این کپسول‌ها در داخل منافذ پوست حل می‌شوند و ویتامین A را در آنجا آزاد می‌کنند. بر اساس آمار گرفته‌شده 80 درصد کسانی که از این کرم‌های ضدچروک استفاده کرده‌اند، اثر آن را بسیار عالی دانسته‌اند و همچنین 75 درصد آنها می‌گویند كه این كرم خاصیت ویژه‌ای در مقاوم نمودن پوست دارد. 

 

نظرات شما عزیزان:

نام :

آدرس ایمیل:

وب سایت/بلاگ :

متن پیام:

نظر خصوصی

 کد را وارد نمایید:

 

 

 

عکس شما

آپلود عکس دلخواه: