فناوری نانو به صورت شگفت آوری در حال پیشرفت بوده و روزانه خبر های مهمی که حاکی از دستاورد های جدید این فناوری می باشند به دست می رسد. نوآوری های چشمگیر صنعتی و دانشگاهی این فناوری درب های جدیدی را در باز کرده که از طریق آن ها مشکلات و چالش های موجود در زندگی بشر امروزی را به راحتی می توان برطرف نمود.

در این مقاله به معرفی 10 اختراع و نوآوری برتر فناوری نانو و دستاورد های آنها می پردازیم تا بیش از پیش به اهمیت این تکنولوژی در زندگی امروز پی ببریم.

1. امکان تولید الیاف کربن با کیفیت بالاتر و قیمت پایین تر

الیاف کربن ماده ای ارزشمند بوده که بخاطر خواص پیشرفته خود در زمینه های مهمی نظیر هوا – فضا، اتوموبیل سازی، تجهیزات ورزشی و تصفیه آب کاربرد زیادی دارد. اما گرانقیمت بودن الیاف کربن محدودیت زیادی بر استفاده وسیع آن ایجاد نموده است که ناشی از فرآیند تولید پر هزینه آن می باشد. الیاف کربن از یک پلیمر مصنوعی به نام پلی اکریلونیتریل (Polyacrylonitrile) بدست می آید که به شدت گرانقیمت است. از این رو، محقیقین دانشگاه North Texas روشی مبتنی بر تکنولوژی نانو برای تولید الیاف کربن با خواص فیزیکوشیمیایی بهبود یافته و همچنین قیمت نازل را معرفی نمودند. در این روش نوین، بجای استفاده از مواد اولیه گرانقیمت از پوسته دانه گیاهان که به شدت ارزان تر از پلیمر های مصنوعی می باشند برای تولید الیاف کربن استفاده می گردد. علاوه بر این، استفاده از مواد اولیه طبیعی آلودگی زیست محیطی ناشی از مواد مصنوعی را نیز برطرف نموده است.

2. انقلاب در باتری های قابل شارژ

باتری های لیتیوم – یونی به تدریج در حال حضور بیشتر در صنعت خودرو های الکتریکی بعنوان منبع انرژی این خودرو ها می باشند. اما تکنولوژی ای که در حال حاضر برای ساخت این باتری ها استفاده می شود موجب شده است تا محدودیت هایی بر عملکرد آنها در خودرو های الکتریکی نظیر زمان زیاد شارژ شدن و مسافت پایین رانندگی ایجاد شود. برای حل این مشکلات ایده استفاده از سیلیکون بجای آندهای گرافیتی در باتری مطرح شده است تا بدین طریق چگالی انرژی باتری های لیتیوم – یونی افزایش یابد با این حال سیلیکون قابلیت شکنندگی بالایی داشته که موجب می شود عمر باتری کاهش یابد. اخیرا، دانشمندان دانشگاه East Anglia توانستند با تکیه بر نانو تکنولوژی نانو ذراتی بر پایه سیلیکون سنتز کنند که قابلیت فشرده شدن آسان و ساخت آندی با شکنندگی پایین را داشته و جایگزینی مناسب برای آند های گرافیتی باشد. لازم به ذکر است که ظرفیت انرژی باتری های سیلیکونی 2 برابر باتری های رایج گرافیتی می باشد.

3. پرینت نانو تخلخل ها

ساختار های متخلخل فلز – آلی تکنولوژی ارزشمندی بوده که برای ذخیره سازی گاز هایی نظیر متان و هیدروژن حائز اهمیت می باشند. از آنجایی که امروزه مبحث انرژی های تجدید پذیر داغ می باشد لازم است تا ذخیره سازی حداکثری گازها بعنوان منابع مهم انرژی را به تکامل رساند. ساختار های فلز – آلی یکی از راه های ذخیره سازی گاز می باشد اما ساخت و استفاده از این تکنولوژی با چالش هایی نظیر فرآیند ساخت تولید و کاهش تخلخل همراه بوده است. در حال حاضر، محققین دانشگاه Exeter موفق شدند ساختار های فلز – آلی را با پلیمر هایی که قابلیت پرینت سه بعدی را دارند ترکیب نمایند و بدین ترتیب ساختار های فلز – آلی را با فناوری پرینت سه بعدی تولید کنند. پرینت سه یعدی این ساختار ها باعث می شود که نه تنها میزان تخلخل آنها افزایش یابد بلکه اندازه تخلخل ها از ماکرو تا نانو قابل تنظیم باشد و بدین تصورت بازدهی ذخیره سازی گازها افزایش یابد.

4. نانو ماده ضد حریق

مواد اشتعال زایی نظیر پلی استایرن که در ساخت خانه ها استفاده می شوند یکی از عوامل اصلی آتش سوزی های خانگی بوده و هزینه های گزافی را به بار می آورند. با اینکه از مواد ضد حریق نظیر اکسید گرافن در پلی استایرن استفاده می شود اما زمانی که آتش سوزی اتفاق می افتد اکسید گرافن در اثر حرارت مواد سمی آزاد می نماید که هم برای انسان و هم برای محیط زیست مضر می باشد. این موضوع در دانشگاه Northeastern توسط محققین و با استفاده از فناوری نانو برطرف شده است. در پژوهشی که صورت گرفت موفق شدند اِروژل (aerogel) ضد حریقی تولید کنند که حاوی نانو الیاف سلولز و فاز فلزی مولیبدن بوده که بسیار سبک و مستحکم می باشد. این ماده جدید دارای ساختار اتصال عرضی (Crosslinking Structure) که حداقل میزان اکسیژن لازم پیرامون پلیمر برای اتش سوزی پایدار آن را کاهش داده و منجر به افزایش مقاومت آن در برابر حرارت می شود. علاوه بر این، حضور نانو الیاف سلولز در ساختار اروژل به مانند سدی عمل کرده که از آزاد سازی موادی سمی حاصل از احتراق پلیمر جلوگیری می کند.

5. نانو تکنولوژی و جلوگیری از “همه گیری خاموش”

تحقیقات اخیر نشان می دهند که “همه گیری خاموش” از ابر میکروب ها در حیوانات مزرعه ها در حال شکل گیری می باشد. این ابر میکروب ها که خود در اثر استفاده از سموم بوجود آمده اند در برابر سموم رایج مقاوم بوده و نیازمند توسعه و بکارگیری مواد ضد میکروبی قوی تر برای جلوگیری از این همه گیری می باشد. محققین دانشگاه Manitoba نانو ذراتی نوین تولید کردند که از روغن های طبیعی بعنوان مکمل غذایی جایگزین برای آنتی بیوتیک ها در خوراک دام استفاده می کند. این نانو ذرات علاوه بر ارزانقیمت بودن حیوانات مزارع و دامداری ها را در برابر ابر میکروب ها حفاظت می کند.

6. فیلم های هادیِ شفافِ باریک

فیلم های هادیِ شفاف (Transparent Conductive Films) در نمایشگر ها، تلفن های همراه، فوتو ولتائیک و پوشش های با عملکرد بالا کاربرد فراوانی دارند. رایج ترین ماده هادی که در ساخت این فیلم ها استفاده می شود اکسیدی مرکب از دو فلز قلع و ایندیوم (Indium Tin Oxide – ITO) می باشد. این ماده که از شکنندگی بالایی برخوردار است حاوی عناصر نادر نیز می باشد که موجب گرانقیمت شدن آن می گردد. با توجه به اینکه امروزه تقاضا برای تجهیزات الکترونیکی قابل پوشش رو به افزایش می باشد بنابراین نیاز است تا از موادی جایگزین که ارزان تر و منعطف تر از ITO هستند در ساخت فیلم های هایدی شفاف استفاده گردد. نانو تکنولوژی این مساله را حل کرده است. محققین دانشگاه هنگ کنک چین تکنیکی را توسعه داده اند که از طریق آن می توان نانو ذرات و نانو لوله های نقره منعطف را بصورت یک فیلم هادی شفاف ایجاد نمود. این فیلم نوین علاوه بر اینکه عملکرد به مراتب بهتری نسبت به فیلم های ITO دارد بدلیل فرآیند ساخت ساده از قیمت ارزان تری نیز برخوردار می باشد.

7. تولید برق از رطوب اتمسفر محیط با استفاده از نانو لوله های پروتئین

دانشمندان دانشگاه Massachusetts Amherst موفق با ساخت دستگاهی بنام “Air-gen” شده اند که از پروتئین طبیعی برای تولید الکتریسیته از رطوبت موجود در هوا استفاده می کند. این تکنولوژی نوین پیشرفت بزرگی در صنعت انرژی های تجدید پذیر می باشد. این دستگاه با اتصال الکترود ها به نانو لوله های پروتئین و درگیر کردن مولکول های آب موجود در رطوب محیط منجر به تولید برق از بخار آب اتمسفر می شود. این تکنولوژی حتی در محیط های با رطوبت پایین مانند صحرای ساهارا نیز موفق عمل کرده است.

8. تولید نانو لوله های کربنی از گاز دی اکسید کربن

نانو لوله کربنی ماده ای با خواص ویژه می باشد که کاربرد های ویژه ای در صنایع گوناگون دارد. گروه SkyNano طی روشی نوآورانه گاز دی اکسید کربن موجود در محیط را جداسازی کرده و آنها را تبدیل به نانو لوله های کربنی می کند که تا 1000 سال می توان این نانو لوله ها را ذخیره سازی نمود. یکی از جذاب ترین قسمت های این نوآوری بحث کاهش آلودگی محیط زیست و استفاده از آن در تولید محصولی کاربردی می باشد. نکته مهم دیگر قیمت آن است که نسبت به نانو لوله های کربنی تولید شده با روش های مرسوم کاهش چشمگسرس داشته است.

منابع:

1. https://www.skynanotechnologies.com/
2. https://statnano.com/news/68539/2020%E2%80%99s-Top-Nanotechnologies-for-Life
3. https://in-part.com/blog/new-nanotechnology-innovations-top-10/