نانو تکنولوژی و کاربرد فراوان آن در زندگی روزمره
نانوتکنولوژی یکی از جدیدترین علوم در حال توسعه می باشد که ماحصل پژوهش های فراوان در رابطه با جا به جایی ذرات زیراتمی می باشد ، ابعاد ذرات مورد مطالعه در نانو بین 1 تا اندازه 100 نانومتر می باشد (توجه هر نانومتر برابر با 10 به توان منفی 9 متر می باشد) . در واقع نانو تکنولوژی فهم و به کارگیری خواص جدیدی از مواد و سیستمهایی در این ابعاد است که اثرات فیزیکی جدیدی – عمدتاً متاثر از غلبه خواص کوانتومی بر خواص کلاسیک – از خود نشان می دهند. نانوفناوری یک دانش به شدت میان رشته ای است و به رشته هایی چون مهندسی مواد، پزشکی، داروسازی و طراحی دارو، دامپزشکی، زیست شناسی، فیزیک کاربردی، ابزارهای نیم رسانا، شیمی ابرمولکول و حتی مهندسی مکانیک، مهندسی برق و مهندسی شیمی نیز مربوط می شود. تحلیل گران بر این باورند که فناوری نانو ، فناوری زیستی (Biotechnology) و فناوری اطلاعات (IT) سه قلمرو علمی هستند که انقلاب سوم صنعتی را شکل می دهند. نانو تکنولوژی می تواند به عنوان ادامهٔ دانش کنونی به ابعاد نانو یا طرح ریزی دانش کنونی بر پایه هایی جدیدتر و امروزی تر باشد.
کاربردهای نانوتکنولوژی:
علوم و فناوری نانو، عنصری اساسی در درک بهتر طبیعت در دهه های آتی خواهد بود. از جمله موارد مهم در آینده، همکاریهای تحقیقاتی میان رشته ای، آموزش خاص و انتقال ایده ها و افراد به صنعت خواهد بود. بخشی از تأثیرات و کاربردهای نانوتکنولوژی به شرح زیر می باشد:
نانوتکنولوژی، تغییر بنیادی مسیری است که در آینده، موجب ساخت مواد و ابزارها خواهد شد. امکان سنتز بلوک های ساختمانی نانو با اندازه و ترکیب به دقّت کنترل شده و سپس چیدن آنها در ساختارهای بزرگتر، که دارای خواص و کارکرد منحصربه فرد باشند، انقلابی در مواد و فرآیندهای تولید آنها ایجاد می کند. محقّقین قادر به ایجاد ساختارهایی از مواد خواهند شد که در طبیعت نبوده و شیمی مرسوم نیز قادر به ایجادشان نبوده است. برخی از مزایای نانوساختارها عبارتست از: مواد سبک تر، سخت تر و قابل برنامه ریزی؛ کاهش هزینه عمر کاری از طریق کاهش دفعات نقص فنّی؛ ابزارهایی نوین بر پایهٔ اصول و معماری جدید؛ بکارگیری کارخانجات مولکولی یا خوشه ای که مزیّت مونتاژ مواد در سطح نانو را دارند.
پزشکی و بدن انسان:
رفتار مولکولی در مقیاس نانومتر، سیستمهای زنده را اداره می کند. یعنی مقیاسی که شیمی، فیزیک، زیست شناسی و شبیه سازی کامپیوتری، همگی به آن سمت درحال گرایش هستند.
فراتر از سهل شدن استفاده بهینه از دارو، نانوتکنولوژی می تواند فرمولاسیون و مسیرهایی برای رهایش دارو تهیه کند، که به نحو حیرت انگیزی توان درمانی داروها را افزایش می دهد.
مواد زیست سازگار با کارآیی بالا، از توانایی بشر در کنترل نانوساختارها حاصل خواهدشد. نانومواد سنتزی معدنی و آلی را مثل اجزای فعّال، می توان برای اعمال نقش تشخیصی(مثل ذرات کوانتومی که برای مرئی سازی بکار می رود) درون سلو ل ها وارد نمود.
افزایش توان محاسباتی بوسیله نانوتکنولوژی، ترسیم وضعیت شبکه های ماکرومولکولی را در محیط های واقعی ممکن می سازد. اینگونه شبیه سازی ها برای بهبود قطعات کاشته شده زیست سازگار در بدن و جهت فرآیند کشف دارو، الزامی خواهدبود.
دوام پذیری منابع
کشاورزی، آب، انرژی، مواد و محیط زیست پاک نانوتکنولوژی منجر به تغییراتی شگرف در استفاده از منابع طبیعی، انرژی و آب خواهد شد و پساب و آلودگی را کاهش خواهدداد. همچنین فنّاوری های جدید، امکان بازیافت و استفاده مجدد از مواد، انرژی و آب را فراهم خواهند کرد. در زمینه محیط زیست، علوم و مهندسی نانو، می تواند تأثیر قابل ملاحظه ای در درک مولکولی فرآیندهای مقیاس نانو که در طبیعت رخ می دهد؛ در ایجاد و درمان مسائل زیست محیطی از طریق کنترل انتشار آلاینده ها؛ در توسعه فنّاوری های “سبز” جدید که محصولات جانبی ناخواسته کمتری دارند و یا در جریانات و مناطق حاوی فاضلاب، داشته باشد. لازم به ذکراست، نانوتکنولوژی توان حذف آلودگی های کوچک از منابع آبی (کمتر از ۲۰۰ نانومتر) و هوا (زیر ۲۰ نانومتر) و اندازه گیری و تخفیف مداوم آلودگی در مناطق بزرگتر را دارد.
در زمینه انرژی، نانوتکنولوژی می تواند به طور قابل ملاحظه ای کارآیی، ذخیره سازی و تولید انرژی را تحت تأثیر قرار داده مصرف انرژی را پایین بیاورد. به عنوان مثال، شرکت های مواد شیمیایی، مواد پلیمری تقویت شده با نانوذرات را ساخته اند که می تواند جایگزین اجزای فلزی بدنه اتومبیل ها شود. استفاده گسترده از این نانوکامپوزیت ها می تواند سالیانه 5.1میلیارد لیتر صرفه جویی مصرف بنزین به همراه داشته باشد. همچنین انتظار می رود تغییرات عمده ای در فنّاوری روشنایی در ۱۰ سال آینده رخ دهد. می توان نیمه هادی های مورد استفاده در دیودهای نورانی) را به مقدار زیاد در ابعاد نانو تولید کرد. در آمریکا، تقریباً 20% کل برق تولیدی، صرف روشنایی می شود. مطابق پیش بینی ها در 10 تا 10 سال آینده، پیشرفت هایی از این دست می تواند مصرف جهانی را بیش از 10% کاهش دهد که 100 میلیارد دلار در سال صرفه جویی و 200 میلیون تن کاهش انتشار کربن را به همراه خواهدداشت.
هوا و فضا
محدودیت های شدید سوخت برای حمل بار به مدار زمین و ماورای آن، و علاقه به فرستادن فضاپیما برای مأموریت های طولانی به مناطق دور از خورشید، کاهش مداوم اندازه، وزن و توان مصرفی را اجتناب ناپذیر می سازد. مواد و ابزارآلات نانوساختاری، امید حل این مشکل را بوجود آورده است.
همچنین در طرّاحی و ساخت مواد سبک وزن، پرقدرت و مقاوم در برابر حرارت، موردنیاز برای هواپیماها، راکت ها، ایستگاههای فضایی و سکّوهای اکتشافی سیّاره ای یا خورشیدی، تعیین کننده است. همچنین استفاده روزافزون از سیستم های کوچک شده تمام خودکار، منجر به پیشرفت های شگرفی در فنّاوری ساخت و تولید خواهدشد. این مسأله با توجه به اینکه محیط فضا، نیروی جاذبه کم و خلأ بالا دارد، موجب توسعه نانوساختارها و سیستم های نانو که ساخت آنها در زمین ممکن نیست، در فضا خواهدشد.
امنیت ملّی
برخی کاربردهای دفاعی نانوتکنولوژی عبارتند از: تسلط اطّلاعاتی از طریق نانوالکترونیک پیشرفته بعنوان یک قابلیت مهم نظامی، امکان آموزش مؤثّرتر نیرو، به کمک سیستم های واقعیت مجازی پیچیده تر حاصله از الکترونیک نانوساختاری، استفاده بیشتر از اتوماسیون و رباتیک پیشرفته برای جبران کاهش نیروی انسانی نظامی، کاهش خطر برای سربازان و بهبود کارآیی خودروهای نظامی، دستیابی به کارآیی بالاتر(وزن کمتر و قدرت بیشتر) موردنیاز در صحنه های نظامی و در عین حال تعداد دفعات نقص فنّی کمتر و هزینه کمتر در عمر کاری تجهیزات نظامی، پیشرفت در امر شناسایی و در نتیجه مراقبت عوامل شیمیایی، زیستی و هسته ای، بهبود طرّاحی در سیستم های مورد استفاده در کنترل و مدیریت عدم تکثیر سلاح های هسته ای، تلفیق ابزارهای نانو و میکرومکانیکی جهت کنترل سیستم های دفاع هسته ای. در بسیاری موارد، فرصت های اقتصادی و نظامی مکمّل هم هستند. کاربردهای دراز مدت نانوتکنولوژی در زمینه های دیگر، پشتیبانی کننده امنیت ملّی است و بالعکس.
ذخیره سازی اطلاعات در مقیاس فوق العاده کوچک
با استفاده از این فناوری می توان ظرفیت ذخیره سازی اطلاعات را در حد 1000 برابر یا بیشتر افزایش داد و نهایتاً به ساخت ابزارهای ابرمحاسباتی به کوچکی یک ساعت مچی منتهی شود. ظرفیت نهایی ذخیره اطلاعات به حدود یک ترابیت در هر اینچ مربع برسد، و این امر موجب ذخیره سازی 50 عدد” دی وی دی “یا بیشتر در یک هارد دیسک با ابعاد یک کارت اعتباری می شود. ساخت تراشه ها در اندازههای فوقالعاده کوچک به عنوان مثال در اندازههای 32 تا 90 نانومتر، تولید دیسک های نوری 100 گیگابایتی در اندازه های کوچک نیز می باشد.
سازندگان تجهیزات الکترونیکی ، علاقه بسیاری به کوچک کردن ابعاد و بالا بردن قدرت محاسبات این تجهیزات دارند. ولی این امر با استفاده از فناوریهای معمولی تقریبا به مرز نهایی خود نزدیک شده است. اما فناوری نانو ، راه دیگری را پیش پا گذاشته و می توان گفت دنیای الکترونیک را دگرگون ساخته است. با استفاده از این فناوری ، نسل جدیدی از رایانه ها به نام رایانه کوانتومی به بازار خواهد آمد، که تقریبا 1000 برابر رایانه های امروزی قدرت خواهد داشت! با استفاده از این رایانه ها ، سرعت دستیابی به اطلاعات صدها برابر شده و طبعا برتری اطلاعاتی با دارندگان این تجهیزات خواهد بود.
فناوری نانو و شیمی
با استفاده از فناوری نانو می توان کاتالیزورهایی با نسبت سطح به حجم بسیار بالا تولید کرده و راندمان را در واحدهای شیمیایی به میزان بسیار زیادی افزایش داد. سلولهای خورشیدی کوانتومی با استفاده از هیدروژن به عنوان سوخت تمیز ، نسل جدید باتری ها ، پوشش های بسیار مقاوم ، رنگهای بی نیاز از شستشو و تحولات خارق العاده دیگر در دنیای شیمی و تولید از دیگر کاربردهای فناوری نانو، می باشند که قابلیت ایجاد تحول در نحوه زندگی انسان خواهد داشت. به همین ترتیب ، می توان کاربردهای بسیاری را در سایر شاخه های علوم و فناوری برای فناوری نانو نام برد.
فناوری نانو و پزشکی
همانگونه که می دانید روش معمولی درمان دارویی ، بدین صورت است که ماده موثر را وارد بدن می کنند و این ماده علاوه بر سلولهای مریض به سلولها و بافتهای سالم بدن نیز سرایت می کند. این امر ، باعث مصرف بسیار بالای دارو شده و مهم تر اینکه موجب آسیب رساندن به بافتهای سالم بدن نیز می گردد. محققان با استفاده از فناوری نانو ، در حال ساخت کپسول هایی با ابعاد نانومتری هستند که علاوه بر اندازه غیر قابل تصورشان قدرت تشخیص بافت های مریض را داشته، دقیقا روی این بافت ها قرار گرفته و مقدار داروی لازم را به آنها می رسانند.
این پدیده را دارو رسانی گویند. فناوری نانو همچنین راه را برای ساخت اندامک های سازگار با بدن بسیار هموارتر ساخته و بسیاری از امراض غیر قابل علاج را درمان پذیر خواهد کرد. در مورد درمان سرطان نیز محققان در حال ساخت نانو ذراتی هستند که به محض ورود به بدن بافت های سرطانی را حتی اگر به اندازه چند سلول باشند، شناسایی کرده و از بین می برند. این امر موجب خواهد شد که بافتهای سرطانی در همان روزهای ابتدای شکل گیری، شناسایی شده و از بین بروند. بطور کلی در سال های آینده پیشگیری ، تشخیص و درمان بیماری ها نسبت به آنچه امروزه به عنوان پزشکی خوانده می شود، بسیار متفاوت خواهد شد.
فناوری نانو و حمل و نقل
مواد جدیدی که از نانو ذرات ساخته شده اند، به میزان چشم گیری موجب کاهش وزن وسایل نقلیه خواهند شد. در خودروهای نسل آینده ، بجای فولاد ، از مواد مرکب یا نانو کامپوزیت هایی استفاده می شود که وزنی بسیار ناچیز و استحکام حیرت انگیز دارند (نسبت استحکام به وزن در این مواد در مقایسه با فولاد چند صد برابر بیشتر است).
کاهش وزن در وسایل نقلیه یعنی دستیابی به سرعت های بالاتر ، کاهش مصرف سوخت ، کاهش تولید آلاینده ها و هزاران منفعت دیگر که به یمن کاهش آلودگی ، عاید بشر خواهد شد. هم اکنون با استفاده از این فناوری ، لاستیک هایی ساخته می شود که با دارا بودن درصدی از خاک رس ، مقاومت به سایش بسیار بالایی داشته و عمری چند برابر لاستیک های معمولی دارند.
علم نانو یک تحول بزرگ در مقیاس بسیار کوچک
بسیاری از محققان و سیاستمداران جهان معتقدند که علم نانو می تواند تحولات اساسی در صنعت جهانی ایجاد نماید صنعت نفت نیز از پیشرفت این تکنولوژی بهره مند خواهد گشت.
علم نانو می تواند به بهبود تولید نفت و گاز با تسهیل جدایش نفت وگاز در داخل مخزن کمک نماید. این کار با درک بهتر فرآیندها در سطوح مولکولی امکان پذیر می باشد. با توجه به اینکه نانو مربوط به ابعادی در حدود متر می باشد، نانوتکنولوژی به مفهوم ساخت مواد و ساختارهای جدید توسط مولکول ها و اتم ها در این مقیاس می باشد.
خوش بختانه کاربردهای عملی نانو در صنعت نفت جایگاه ویژه ای دارند. نانوتکنولوژی دیدگاه های جدید جهت استخراج بهبود یافته نفت فراهم کرده است. این تکنولوژی به جدایش موثرتر نفت و آب کمک می کند . با افزودن موادی در مقیاس نانو به مخزن می توان نفت بیشتری آزاد نمود. همچنین می توان با گسترش تکنیک های اندازه گیری توسط سنسورهای کوچک، اطلاعات بهتری درباره مخزن بدست آورد
مواد نانو
صنعت نفت تقریباً در تمام فرآیندها احتیاج به موادی مستحکم و مطمئن دارد. با ساخت موادی در مقیاس نانو می توان تجهیزاتی سبکتر، مقاومتر و محکم تر از محصولات امروزی تولید نمود. شرکت نانوتکنولوژی “جی پی”در هنگ کنگ یکی از پیشگامان توسعه کربید سیلیکون، یک پودر سرامیکی در ابعاد نانو می باشد.
با استفاده از این پودرها می توان مواد بسیار سختی تولید نمود. این شرکت در حال حاضر مشغول مطالعه و تحقیق بر روی سایر مواد مرکب می باشد و معتقد است که می توان با نانوکریستال ها تجهیزات حفاری با دوام تر و مستحکم تری تولید کرد. همچنین متخصصان این شرکت یک سیال جدید حاوی ذرات و نانوپودرهای بسیار ریز تولید نموده اند که به طور قابل توجهی سرعت حفاری را بهبود می بخشد. این مخلوط آسیب های وارده به دیواره مخزن در چاه را حذف نموده و قابلیت استخراج نفت را افزایش می بخشد.
آلودگی
آلودگی توسط مواد شیمیایی و یا گازهای آلاینده یک مبحث بسیار دشوار در تولید نفت و گاز می باشد. نتایج بدست آمده از تحقیقات دانشمندان حاکی از آن است که نانوتکنولوژی می تواند تا حد مطلوبی به کاهش آلودگی کمک کند. در حال حاضر فیلترها و ذراتی با ساختار نانو در حال توسعه می باشند که می توانند ترکیبات آلی را از بخار نفت جدا سازند. این نمونه ها علیرغم اینکه اندازه ای در حدود چند نانومتر دارند، دارای سطح بیرونی وسیعی بوده و قادر به کنترل نوع سیال گذرنده از خود می باشند. همچنین کاتالیست هایی با ساختار نانو جهت تسهیل در جداسازی سولفید هیدروژن، آب، مونوکسیدکربن، و دی اکسید کربن از گاز طبیعی در صنعت نفت بکار گرفته می شوند. در حال حاضر مطالعاتی بر روی نمونه هایی از خاک رس در ابعاد نانو و جهت ترکیب با پلیمرهایی صورت می پذیرد که بتوانند هیدروکربن ها را جذب نمایند. بنابراین می توان باقیمانده های نفت را از گل حفاری جدا نمود.
سنسورهای جدید در خدمت بهبود استخراج نفت براساس آخرین اطلاعات چاپ شده توسط سازمان انرژی آمریکا، استخراج نفت در حدود دو سوم از چاه های نفت آمریکا اقتصادی نمی باشد. با توجه به دما و فشار زیاد در محیط های سخت زیرزمینی، سنسورهای قدیمی الکتریکی و الکترونیکی و سایر لوازم اندازه گیری قابل اعتماد نمی باشند و در نتیجه شرکت های استخراج کنندة نفت در تهیه اطلاعات لازم و حساس جهت استخراج کامل و مؤثر نفت از مخازن با برخی مشکلات مواجه می باشند.
در حال حاضر محققان در آزمایشگاه فوتونیک دانشگاه صنعتی ویرجینیا در حال توسعه یک سری سنسورهای قابل اعتماد و ارزان از فیبرهای نوری جهت اندازه گیری فشار، دما، جریان نفت و امواج آکوستیک در چاه های نفت می باشند. این سنسورها به علت مزایایی نظیر اندازة کوچک ، ایمنی در قبال تداخل الکترومغناطیسی ، قابلیت کارآیی در فشار و دمای بالا و همچنین محیط های دشوار، مورد توجه بسیار قرار گرفته اند. از همه مهم تر اینکه امکان جایگزینی و تعویض این سنسورها بدون دخالت در فرآیند تولید نفت و باهزینة مناسب فراهم می باشد. در حال حاضر عمل جایگزینی و تعویض سنسورهای قدیمی در چاه های نفت میلیون ها دلار هزینه در پی دارد. سنسورهای جدید از نظر تولید بسیار مقرون به صرفه بوده و اندازه گیری های دقیق تری ارائه می دهند.
انتظار می رود که تکنولوژی این سنسورها تولید نفت را با ارائه اندازه گیری های دقیق و قابل اعتماد و کاهش ریسک های همراه با اکتشاف و حفاری نفت بهبود بخشد. همچنین سنسورهای جدید به علت برخی کاربردهای ویژه نظیر استخراج دریایی و افقی نفت، جایی که بکاربستن سنسورهای قدیمی در چنین شرایطی بسیار مشکل می باشد، از توجه ویژه ای برخوردارند.
نانوتکنولوژی و افزایش بازده موتورها
محققین دانشگاه کالیفرنیا در سانتاکروز در راس یک برنامه همکاری به منظور توسعه فناوری جدیدی جدیدی جهت افزایش بازده موتور های احتراق داخلی قرار دارند.
این فناوری قرار است حرارت خروجی از موتور را به جریان الکتریکی تبدیل نماید.این پروژه از مهندسی نانومتری مواد ، جهت تبدیل مستقیم انرژی حرارتی به انرژی الکتریکی استفاده خواهد نمود.
اشاره اي به کاربردهاي فناوري نانو در صنعت خودرو
امروزه فناوري نانو در بخش هاي مختلفي از صنعت خودروسازي وارد شده است که غفلت از آن باعث عقب ماندگي کشور در صنعت خودروسازي مي گردد. اين فناوري عامل بسيار مهمي در توليد خودروهاي کم مصرف تر و مرغوب تر خواهد بود.
از عوامل کليدي در صنعت خودرو مي توان به موارد زير اشاره کرد:
– کاهش آلايندگي و مصرف سوخت
– بازيافت
– ايمني
– بهبود عملکرد و ا فزايش کارايي موتور
– زيبايي گرايي
بازارهاي بخش هاي فناوري نانو در صنعت خودرو مطابق تحقيقات انجام شده، بصورت ذيل مي باشد:
توليد و ذخيره انرژي پيل هاي سوختي ، پيل هاي خورشيدي ، کاتاليزورهاي گازوئيلي و بنزيني ،ذخيره سازي انرژي مواد نانو ساختار، نانوکامپوزيت ، نانوذرات، نانوساختارهاي سبک وزن،مواد مقاوم در برابر آتش و حرارت،افزايش استحکام و بهبود پايداري رنگ ها و پوشش هاي نانوساختار و هوشمند،خود تميز شونده ها،مقاومت به خراش،عملکرد نوري پوشش ها،مواد قابل برنامه ريز حسگرها و نمايشگرهاي دقيق،نمايشگرهاي حرکت،نمايشگرهاي فشار،نمايشگرهاي شيب،سيستم هاي بيومتريک،حسگرهاي جوي نانوالکترونيک،مديريت هوشمند موتور،سيستم روشنايي،الکترونيک در دماي بالا،کنترل امنيت،باطري هاي با طول عمر طولاني مواد و پوشش ها،پوشش هاي نانوکامپوزيتي با اصطکاک پائين،پوشش هاي نانوکامپوزيتي مقاوم به سايش،پوشش هاي مقاوم به حرارت كاربردهاي زيستي،تجهيزات بهداشتي،سيستم هاي امداد،طراحي زيستي توليد، اندازه گيري و کنترل اداوات، ابزار و ماشين ها،اتوماسيون محيط زيست:فناوري زيست محيطي،بازيافت،سوخت ابزارهاي نانو و فناوري هاي متقارب در صنعت خودرو،فناوري بر اساس نانولوله هاي کربني،مدل سازي و شبيه سازي،نانوحسگرها و محرک ها اسپينترونيک و نانومغناطيس.
نانوتكنولوژي و صنعت نفت
فناوري نانو مي تواند اثرات قابل توجهي در صنعت نفت داشته باشد، در مطلب زير بعد از اشاره به برخي از اين تأثيرات، تعدادي از كاربردهاي فناوري نانو در صنعت نفت بويژه در بحث آلودگي محيط زيست و نيز سنسورهاي نانو به طور مختصر معرفي گرديده است:
هنگامي كه ريچارد اسملي ( Richard Smally ) برندة جايزة نوبل، بالك مينسترفلورسنس را در سال 1985 در دانشگاه رايس كشف نمود، انتظار اندكي داشت كه تحقيق او بتواند صنعت نفت را متأثر سازد. سازمان انرژي آمريكا ( DOE ) سرمايه گذاري خود را در قسمت فناوري نانو با 62 درصد افزايش داد تا مطالعات لازم در زمينة موادي با نام هاي باكي بال ها ( Bulky Balls ) و باكي تيوب ها ( Bulky Tubes ) استوانه هاي كربني كه داراي قطر متر مي باشند صورت گيرد. نانولوله هاي كربني با وزني در حدود وزن فولاد، صد برابر مستحكم تر از آن بوده، داراي رسانش الكتريكي معادل با مس و رساني گرمايي هم ارز با الماس مي باشند. نانوفيلترها مي توانند به جداسازي مواد در ميدان هاي نفتي كمك كنند و كاتاليست هاي نانو مي توانند تأثير چندين ميليارد دلاري در فرآيند پالايش به دنبال داشته باشند. از ساير مزاياي نانولوله هاي كربني مي توان به كاربرد آن ها در تكنولوژي اطلاعات ( IT ) نظير ساخت پوشش هاي مقاوم در مقابل تداخل هاي الكترومغناطيسي، صفحه هاي نمايش مسطح، مواد مركب جديد و تجهيزات الكترونيكي با كارآيي زياد اشاره نمود. علم نانو يك تحول بزرگ در مقياس بسيار كوچك بسياري از محققان و سياستمداران جهان معتقدند كه علم نانو مي تواند تحولات اساسي در صنعت جهاني ايجاد نمايد صنعت نفت نيز از پيشرفت اين تكنولوژي بهره مند خواهد گشت.
علم نانو مي تواند به بهبود توليد نفت و گاز با تسهيل جدايش نفت وگاز در داخل مخزن كمك نمايد. اين كار با درك بهتر فرآيندها در سطوح مولكولي امكانپذير مي باشد. با توجه به اينكه نانو مربوط به ابعادي در حدود متر مي باشد، نانوتكنولوژي به مفهوم ساخت مواد و ساختارهاي جديد توسط مولكول ها و اتم ها در اين مقياس مي باشد.
خوشبختانه كاربردهاي عملي نانو در صنعت نفت جايگاه ويژه اي دارند. نانوتكنولوژي ديدگاه هاي جديد جهت استخراج بهبوديافتة نفت فراهم كرده است. اين تكنولوژي به جدايش موثرتر نفت و آب كمك مي كند . با افزودن موادي در مقياس نانو به مخزن مي توان نفت بيشتري آزاد نمود. همچنين مي توان با گسترش تكنيك هاي اندازه گيري توسط سنسورهاي كوچك، اطلاعات بهتري دربارة مخزن بدست آورد.
سنسورهاي هيدروژن خود تميز كننده
خواص فوتوكاتاليستي نانوتيوب هاي تيتانيا در مقايسه با هر فرمي از تيتانيا بارزتر مي باشد، بطوري كه آلودگي هاي ايجادشده تحت تابش اشعة ماوراء بنفش به طور قابل توجهي از بين مي روند. تا اينكه سنسورها بتوانند حساسيت اصلي خود نسبت به هيدروژن را حفظ نمايد. تحقيقات انجام گرفته در اين زمينه حاكي از آن است كه نانوتيوب هاي تيتانيا داراي يك مقاومت الكتريكي برگشت پذير مي باشند، بطوري كه اگر هزار قطعه از آن ها در مقابل يك ميليون اتم هيدروژن قرار بگيرند، مقاومت الكتريكي آن در حدود يكصد ميليون درصد افزايش مي يابد.
سنسورهاي هيدروژن بطور گسترده اي در صنايع شيميايي، نفت و نيمه رساناها مورد استفاده قرار مي گيرند. از آنها جهت شناسايي انواع خاصي از باكتري هاي عفونت زا استفاده مي گردد. به هر حال محيط هايي نظير تأسيسات و پالايشگاه هاي نفتي كه سنسورهاي هيدروژن از كاربردهاي ويژه اي برخوردار مي باشند، مي توانند بسيار آلوده و كثيف باشند اين سنسورهاي هيدروژن نانوتيوب هاي تيتانيا هستند كه توسط يك لاية غيرپيوسته اي از پالاديم پوشانده شده اند. محققان اين سنسورها را به مواد مختلفي نظير اسيد استريك ( يك نوع اسيد چرب ) ، دود سيگار و روغن هاي مختلفي آلوده نمودند و سپس مشاهده كردند كه تمام اين آلوده كننده ها در اثر خاصيت فوتوكاتاليستي نانوتيوب ها از بين مي روند. حد نهايي آلودگي ها زماني بود كه دانشمندان اين سنسورها را در روغن هاي مختلفي غوطه ور ساخته و سنسورها توانستند خواص خود را بازيابند. محققان سنسورها را در دماي اتاق به مقدار هزار قطعه در مقابل يك ميليون اتم هيدروژن در معرض اين گاز قرار دادند و مشاهده نمودند كه در طرح هاي اولية سنسور مقاومت الكتريكي آن به ميزان 175000 درصد تغيير مي كند. سپس سنسورها را توسط لايه اي به ضخامت چندين ميكرون از روغن موتور پوشاندند تا بطور كلي حساسيت آن ها نسبت به هيدروژن از بين برود. سپس اين سنسورها را در هواي عادي به مدت 10 ساعت در معرض نور ماوراء بنفش قرار دادند و پس از يك ساعت مشاهده نمودند كه سنسورها مقدار قابل توجهي از حساسيت خود را بدست آورده و پس از گذشت 10 ساعت تقريباً بطور كامل به وضعيت عادي خود بازگشتند.
عليرغم قابليت بازگشتي بسيار مناسب اين سنسورها نمي توانند پس از آلودگي به انواع خاصي از آلوده كننده ها حساسيت خود را باز يابند براي مثال روغن WQ -40 به علت دارابودن مقداري نمك خاصيت فوتوكاتالسيتي نانوتيوب ها را تا حد زيادي از بين مي برد.
با افزودن مقدار اندكي از فلزات مختلف نظير قلع، طلا، نقره، مس و نايوبيم، يك گروه متنوعي از سنسورهاي شيميايي بدست مي آيند. اين فلزات خاصيت فوتوكاتاليستي نانوتيوب هاي تيتانيا را تغيير مي دهند. به هر حال سنسورها در يك محيط غيرقابل كنترل در دنياي واقعي توسط مواد گوناگوني نظير بخار هاي آلي فرار، دودة كربن و بخارهاي نفت و همچنين گرد و غبار آلوده مي گردند. قابليت خودپاك كنندگي اين سنسورها طول عمر آن ها را افزايش و از همه مهمتر خطاي آنها را كاهش مي دهد.
سنسورهاي جديد در خدمت بهبود استخراج نفت
براساس آخرين اطلاعات چاپ شده توسط سازمان انرژي آمريكا، استخراج نفت در حدود دو سوم از چاه هاي نفت آمريكا اقتصادي نمي باشد. با توجه به دما و فشار زياد در محيط هاي سخت زيرزميني، سنسورهاي قديمي الكتريكي و الكترونيكي و ساير لوازم اندازه گيري قابل اعتماد نمي باشند و در نتيجه شركت هاي استخراج كنندة نفت در تهية اطلاعات لازم و حساس جهت استخراج كامل و مؤثر نفت از مخازن با برخي مشكلات مواجه مي باشند.
در حال حاضر محققان در آزمايشگاه فوتونيك دانشگاه صنعتي ويرجينيا در حال توسعة يك سري سنسورهاي قابل اعتماد و ارزان از فيبرهاي نوري جهت اندازه گيري فشار، دما، جريان نفت و امواج آكوستيك در چاه هاي نفت مي باشند. اين سنسورها به علت مزايايي نظير اندازة كوچك ، ايمني در قبال تداخل الكترومغناطيسي ، قابليت كارآيي در فشار و دماي بالا و همچنين محيط هاي دشوار، مورد توجه بسيار قرار گرفته اند. از همه مهم تر اينكه امكان جايگزيني و تعويض اين سنسورها بدون دخالت در فرآيند توليد نفت و باهزينة مناسب فراهم مي باشد. در حال حاضر عمل جايگزيني و تعويض سنسورهاي قديمي در چاه هاي نفت ميليون ها دلار هزينه در پي دارد. سنسورهاي جديد از نظر توليد بسيار مقرون به صرفه بوده و اندازه گيري هاي دقيق تري ارائه مي دهند.
انتظار مي رود كه تكنولوژي اين سنسورها توليد نفت را با ارائه اندازه گيري هاي دقيق و قابل اعتماد و كاهش ريسك هاي همراه با اكتشاف و حفاري نفت بهبود بخشد. همچنين سنسورهاي جديد به علت برخي كاربردهاي ويژه نظير استخراج دريايي و افقي نفت، جايي كه بكاربستن سنسورهاي قديمي در چنين شرايطي بسيار مشكل مي باشد، از توجه ويژه اي برخوردارند.
نانوتكنولوژي در صنايع نيمه هادي
صنايع نيمه هادي در سير تكامل خود در حال رسيدن به نقط هاي است كه توانايي آن براي توليد نقاط كوچكتر با مشكلاتي جدي همچون اثرات كوانتومي و نوسانات سطوح اتمي روبرو خواهد شد.
مشكلات ديگر در راه پيشرفت CMOS عبارتند از مصرف بالا، اتلاف حرارت و هزينه بسيار بالاي ساخت. اين مسائل در آينده مانعي سخت براي توليد نيمه هادي هاي كارآمد خواهد بود. به گفته NanoMarkets ، نانوتكنولوژي به ادامه پيشرفت و توليد CMOS كمك خواهد كرد و همچنين فناوري هاي جديد را قادر خواهد ساخت تا گوي سبقت را در جلب رضايت بازار از CMOS بربايند.غول هاي بزرگ صنعتي همچون فري اسكيل ، آي بي اِم، اينفينئون و اينتل پشتوانة مهمي براي نانوحافظه ها به حساب مي آيند.
يك گزارش جديد از NanoMarkets بيانگر اين مطلب است كه همان طوركه روش هاي كنوني ليتوگرافي به پايان راه خود رسيده اند، ابزار هايي كه براي توسعه، توليد و آزمايش CMOS به كار مي روند، نيز بايد بر پاية نانوتكنولوژي طرح ريزي گردند. پرتوافكن مستقيم الكترونيكي كه در توليد ASIC به كار مي رود، نمونه هاي از ابزاري است كه به كمك نانوتكنولوژي بوجود آمده است. اما نانوماركتز معتقد است كه كاربرد واقعي نانوتكنولوژي در توليد محصولات جديد، با توجه به خصوصيات مواد مقياس نانو مي باشد. بخش هايي از صنعت نيمه هادي كه بيشترين تأثير نانوتكنولوژي در آنها ديده مي شود خارج از مقوله CMOS قرار دارند. به گفته نانوماركتز اين موضوع در موارد زير به وضوح ديده مي شود.
حافظه غيرفرار
حافظه غيرفرار يكي از عوامل تقويت محاسبات سيار است. اما با توجه به اينكه حجم و سرعت فناوري Flash محدود مي باشد، حافظه هاي جديد كه در طراحي آنها از نانوتكنولوژي بهره گرفته شده است، كارايي بهتري را از خود نشان داده اند FRAM و MRAM نمونه هايي از اين نوع حافظه ها هستند.
الكترونيك پليمري
سوني، زيراكس و سايرين آماده اند كه محصولات الكترونيك لايه نازك را وارد بازار كنند. الكترونيك پليمري، برخلاف CMOS، از خصوصيات حرارتي بسيار خوبي برخوردار است و هزينه توليد در حجم كم را پايين مي آورد. اين خصوصيات امكان توليد محصولات جديدي را به وجود مي آورد. در سال 2006 نمايشگر هاي بزرگ رولي و همچنين برچسب هاي RFID با قيمت پايين توليد خواهد شد كه امكان استفاده از آنها براي اجناس يك بار مصرف فراهم خواهد شد
نانوحسگر
نانوحسگرها نسبت به رقباي خود از آستانه تشخيص بسيار پايين تري برخوردارند. آنها قادرند در زمينه كشف امراض بيولوژيك نقش مهمي را ايفا كنند. به گونه اي كه در مورد اعلام وجود سرطان، از سرعت بسيار زيادي برخوردارند
گزارش NanoMarkets بيانگر اين مطلب است كه نانوتكنولوژي به زودي مي تواند در مديريت حرارتي و اتصالات داخلي پر سرعت، به ميزان قابل توجهي كمك نمايد. در زمينه اتصالات داخلي پرسرعت مي توان از نانولوله ها استفاده نمود زيرا توانايي آنها در انتقال جريان از مس خيلي بيشتر است و مي توان آنها را به روش هاي قابل انطباق با CMOS ها رشد داد (اينفينئون در سال 2002 اين قابليت را نشان داد). از نانولوله ها مي توان خنك كننده هاي بسيار خوبي براي رفع مشكلات حرارتي ساخت (همانند قطعاتي كه اينتل از سال 2002 به بعد به كارشان گرفت) و يا مي توان با ايجاد جرقه بين آنها جرياني از هواي خنك توليد نمود.از اين گزارش چنين نتيجه گرفته مي شود كه فرصت هاي قابل توجهي در نانوالكترونيك وجود دارد. به گونه اي كه در سال 2006 نانوحافظه ها به تنهايي 1/3 ميليارد دلار سودآوري خواهند داشت. همان گونه كه در بالا توضيح داده شد، اين امر هم اكنون در قالب روش هاي جديد براي تكميل CMOSها آغاز شده است. اين گزارش نشان مي دهد كه سازندگان نيمه هادي ها از هم اكنون بايد به فكر طرح ريزي براي به كارگرفتن نانوتكنولوژي در توليدات خود باشند. در غير اين صورت بايد از دست دادن توليدات بزرگ آينده را بپذيرند، كه البته پذيرفتن اين ريسك بسيار دور از ذهن به نظر مي رسد.
چند محصول تجارى شده با استفاده از فناورى نانو
در زير چند محصول برتر نانو فناورى در سال ۲۰۰۳ طبقه بندى شده است. اين خبر نشان مى دهد كسانى كه هنوز معتقدند نانو فناورى فقط در آزمايشگاه است، اشتباه مى كنند.
لوازم و پارچه هاى ضدچروك و ضدلكه
شركتى با اضافه كردن ساختارهاى مولكولى به الياف كتان، اليافى ساخته است كه مايعات و لكه ها برروى آنها حركت كرده و جذب نمى شوند بنابراين چنانچه قهوه برروى شلوار سفيدرنگى ريخته شود به طرز شگفت آورى روى آن حركت كرده و جذب نمى شود. ، این آزمایش ها با دستکاری مواد پلاستیکی با ساختارهای مولکولی نانو نیز ادامه یافت ، به نحوی که با ایمپورت ساختارهای مولکولی نانو به نوعی پلاستیک توانستند نوعی ظروف ، به نام [برای مشاهده لینک ها شما باید عضو سایت باشید | عضویت] را به وجود بیاورند که فساد مواد غذایی را به تاخیر خواهد انداخت
محافظت پوست، با قابليت نفوذ عميق
يكى از بزرگ ترين شركت هاى توليدكننده موادآرايشى در جهان نخستين محصول نانوفناورى خود را در سال ،۱۹۹۸ معرفى كرد. اين محصول كرم ضدچروك Plenitude Revitalift است كه در توليد اين كرم از يك فرآيند انحصارى نانو فناورى به منظور داخل كردن ويتامين A به درون يك كپسول پليمرى استفاده شده است. كپسول مانند اسفنج ،كرم را درون خود جذب و نگهدارى مى كند تا اين كه پوسته بيرونى آن در زيرپوست حل شود.
عينك هاى آفتابى با كيفيت بالا
شركتى ديگر با استفاده از نانو فناورى، پوشش هاى پليمرى بسيارنازك، ضدانعكاس و حفاظتى براى عينك ها ساخته است بطورى كه شيشه آنها در مقابل خراشيدگى مقاومت داشته و ضدانعكاس نيست اين پوشش چربى ها و لكه ها را از روى عدسى ها برطرف و عدسى ها را حساس تر مى كند.
نانو جوراب
نه فقط ورزشكارها بلكه اكثر مردم از عرق پا رنج مى برند و نمى توانند آن را تحمل كنند بطور طبيعى هر پا داراى ۲۵۰هزار غدد عرقى است كه قادرند حدود ۵۰۰ ميلى ليتر عرق در روز توليد كنند.
به تازگى جوراب هايى از جنس كتان كه به وسيله نانو ذرات نقره، بهبود يافته اند به وسيله شركت سول، وارد بازار شده است كه اين ذرات نقره از رشد باكترى ها و قارچ ها جلوگيرى كرده و بدين وسيله از چرب شدن و بدبوشدن پا جلوگيرى مى كنند.
كرم هاى ضدآفتاب
مصرف كرم هاى ضدآفتاب معمولى پوست را به قدرى سفيد مى كند كه حالت نامناسبى پيدامى كند. اين سفيدى ناشى از اكسيد روى است كه از پوست دربرابر هردونوع اشعه ماوراى بنفش Aو Bخورشيد محافظت مى كند. جهت حل اين مشكل شركت BASF ماده اى با كمك فناورى نانو، ساخته است كه سبب توليد نانو كريستال هاى اكسيدروى با خلوص بالا تهيه شده و اين امر منجر به افزايش مرغوبيت كرم هاى ضد آفتاب مى شود از ديگر مزاياى اين كرم ها اين است كه به وسيله پوست جذب نشده و ايجاد آلرژى نمى كند.
