مقالات
نانو تکنولوژی چیست؟ + [ معرفی ۱۰ محصول نانو ]
فروردین
فهرست دسترسی سریع این مقاله
نانو تکنولوژی چیست؟
مدت زمان مطالعه این مطلب :۵ دقیقه
خلاصه این مطلب:
نانو تکنولوژی اصطلاحی است که به حوزه‌هایی از علم و مهندسی اطلاق می‌شود که در آن پدیده‌هایی که در ابعادی در مقیاس نانومتر اتفاق می‌افتند.
نانو تکنولوژی چگونه شروع شد
ایده‌ها و مفاهیم پشت علم نانو و فناوری نانو با سخنرانی فیزیکدان ریچارد فاینمن با عنوان « جای زیادی در پایین وجود دارد » در نشست انجمن فیزیک آمریکا در مؤسسه فناوری کالیفرنیا (CalTech) در ۲۹ دسامبر ۱۹۵۹، بسیار قبل از از واژه نانوتکنولوژی استفاده شد.
فاینمن در سخنرانی خود فرآیندی را توصیف کرد که در آن دانشمندان قادر به دستکاری و کنترل اتم ها و مولکول های فردی خواهند بود.
بیش از یک دهه بعد، پروفسور نوریو تانیگوچی در کاوش های خود در مورد ماشینکاری فوق دقیق، اصطلاح نانوتکنولوژی را ابداع کرد.
تا اینکه در سال ۱۹۸۱، با توسعه میکروسکوپ تونلی روبشی که می‌توانست اتم‌های منفرد را ببیند، نانوتکنولوژی مدرن آغاز شد.
نانو تکنولوژی و کاربرد آن
نانو تکنولوژی در طراحی، مشخص‌سازی، تولید و کاربرد مواد، ساختارها، دستگاه‌ها و سیستم‌ها استفاده می‌شوند.
اگرچه در دنیای طبیعی نمونه‌های زیادی از ساختارهایی وجود دارد که با ابعاد نانومتری (از این پس مقیاس nano نامیده می‌شود )، از جمله مولکول‌های ضروری.
در بدن انسان و اجزای غذاها، و اگرچه بسیاری از فناوری‌ها به طور اتفاقی ساختارهای نانو مقیاس را برای سال‌ها درگیر کرده‌اند.
تنها در ربع قرن گذشته است که امکان تغییر فعال و عمدی مولکول‌ها و ساختارها در این محدوده اندازه وجود داشته است.
این کنترل در مقیاس نانو متری است که نانو تکنولوژی را از سایر حوزه های فناوری متمایز می کند.
انواع نانو تکنولوژی
بدیهی است که اشکال مختلف نانو تکنولوژی این پتانسیل را دارند که تأثیر بسیار مهمی بر جامعه بگذارند.
به طور کلی ممکن است فرض شود که استفاده از فناوری نانو تکنولوژی برای افراد و سازمان ها بسیار سودمند خواهد بود.
بسیاری از این کاربردها شامل مواد جدیدی هستند که خواص کاملاً متفاوتی را از طریق عملکرد در مقیاس nano ارائه می‌کنند، که در آن پدیده‌های جدید با نسبت‌های سطح بسیار بزرگ به حجم تجربه شده .
در این ابعاد و با اثرات کوانتومی که با اندازه‌های بزرگتر دیده نمی‌شوند مرتبط هستند.
اینها شامل موادی به شکل لایه‌های بسیار نازک مورد استفاده در کاتالیزور و الکترونیک، نانو لوله‌ها و نانو سیم‌های دو بعدی برای سیستم‌های نوری و مغناطیسی و به‌عنوان نانو ذرات است.
- لوازم آرایشی
- دارویی
- پوشش
استفاده می شود.
نانو تکنولوژی و صنعت
بخش‌های صنعتی که به راحتی از فناوری نانو تکنولوژی استقبال می‌کنند:
- بخش اطلاعات و ارتباطات
- زمینه‌های الکترونیک
- الکترونیک نوری
- فناوری غذایی
- فناوری انرژی
- بخش محصولات پزشکی
از جمله بسیاری از جنبه‌های مختلف داروسازی و سیستم‌های تحویل دارو، تشخیص و فناوری پزشکی هستند که در آن شرایط nano پزشکی و بیو نانو تکنولوژی در حال حاضر رایج هستند.
محصولات نانو تکنولوژی همچنین ممکن است چالش های جدیدی را برای کاهش آلودگی محیط زیست ارائه دهند.
با این حال، همانطور که پدیده‌هایی که در مقیاس نانو تکنولوژی اتفاق می‌افتند ممکن است کاملاً متفاوت از پدیده‌هایی باشند که در ابعاد بزرگتر اتفاق می‌افتند و ممکن است به نفع بشریت قابل بهره‌برداری باشند
این فرآیندهای تازه شناسایی‌شده و محصولات آنها ممکن است همان انسان‌ها و به طور کلی محیط زیست را در معرض خطر قرار دهند.
خطرات نانو تکنولوژی
خطرات بهداشتی جدید، احتمالاً شامل مکانیسم های کاملاً متفاوتی از تداخل با فیزیولوژی گونه های انسانی و محیطی است.
این احتمالات ممکن است به خوبی بر سرنوشت نانو ذرات آزاد تولید شده در نانو تکنولوژی متمرکز شوند.
فرآیندها و به طور عمدی یا ناخواسته در محیط منتشر می شود، یا به طور مستقیم از طریق عملکرد یک محصول مبتنی بر فناوری nano به افراد تحویل داده می شود.
نگرانی ویژه افرادی هستند که کار آنها را در تماس منظم و پایدار با نانو ذرات آزاد قرار می دهد.
مرکز این نگرانی‌های مربوط به خطرات سلامتی این واقعیت است که تکامل مشخص کرده است که گونه‌های انسان مکانیسم‌هایی را برای محافظت در برابر عوامل محیطی، زنده یا مرده، توسعه داده است.
این فرآیند با ماهیت عواملی که معمولاً با آنها مواجه می‌شوند، تعیین می‌شود، که اندازه در آنها یک مهم است.
قرار گرفتن در معرض نانو ذراتی که دارای ویژگی‌هایی هستند که قبلاً با آنها مواجه نشده‌اند، ممکن است مکانیسم‌های دفاعی طبیعی مرتبط با به عنوان مثال، ایمنی را به چالش بکشند.
و سیستم های التهابی همچنین ممکن است اثرات زیست محیطی محصولات نانو تکنولوژی مرتبط با فرآیندهای پراکندگی و ماندگاری نانو ذرات در محیط وجود داشته باشد.
ریسک پذیری نانو تکنولوژی
هر جا که پتانسیل یک ریسک کاملاً جدید شناسایی شود، لازم است تحلیل گسترده ای از ماهیت ریسک انجام شود که در صورت لزوم می توان از آن در فرآیندهای مدیریت ریسک استفاده کرد.
به طور گسترده پذیرفته شده است که خطرات مرتبط با فناوری nano باید به این شکل تحلیل شود.
بسیاری از سازمان‌های بین‌المللی مانند :
- انجمن نانو تکنولوژی آسیا و اقیانوسیه ۲۰۰۵)
- نهادهای دولتی در اتحادیه اروپا (کمیسیون اروپا ۲۰۰۴،)
- مؤسسات ملی (مانند De Jong و همکاران ۲۰۰۵، Roszek و همکاران ۲۰۰۵
- شورای ملی علم و فناوری ایالات متحده ۲۰۰۴، IEEE 2004
- مؤسسه ملی علوم بهداشت محیطی ایالات متحده ۲۰۰۴)
- سازمان های غیردولتی (مثلاً UN-NGLS 2005)
مؤسسات و جوامع دانشگاهی مانند:
- مؤسسه نانو تکنولوژی ۲۰۰۵
- آکادمی علوم استرالیا ۲۰۰۵
- METI 2005
- انجمن سلطنتی بریتانیا و آکادمی سلطنتی مهندسی ۲۰۰۴
گزارش هایی در مورد وضعیت فعلی نانو تکنولوژی منتشر کرده اند، و بیشتر توجه را به این نیاز برای تجزیه و تحلیل ریسک کامل جلب می کنند.
شورای اروپا بر نیاز به توجه ویژه به خطرات بالقوه در طول چرخه عمر محصولات مبتنی بر فناوری nano تاکید کرده است.
کمیسیون اروپا نیز قصد خود را برای کار بر اساس بین‌المللی به منظور ایجاد چارچوبی از اصول مشترک برای ایمن، پایدار، اعلام کرده است.
تعاریف و دامنه های نانو تکنولوژی
تعاریف متعددی از فناوری nano و محصولات nanoتکنولوژی وجود دارد که اغلب این تعاریف برای اهداف خاصی تولید می شوند.
در این دیدگاه، مفاهیم علمی زیربنایی فناوری نانو مهمتر از معنایی یک تعریف در نظر گرفته شده است، بنابراین ابتدا به این مفاهیم توجه شده است.
کمیته بر این باور است که گستره علم و فناوری nano که توسط انجمن سلطنتی بریتانیا و آکادمی سلطنتی مهندسی در گزارش سال ۲۰۰۴ خود استفاده شده است (انجمن سلطنتی و آکادمی سلطنتی مهندسی ۲۰۰۴) به اندازه کافی این مفاهیم را بیان می کند.
این نشان می دهد که گستره مقیاس nano از سطح اتمی ، در حدود ۰.۲ نانو متر استتا حدود ۱۰۰ نانو متر در این محدوده است که مواد می توانند در مقایسه با مواد مشابه در اندازه های بزرگتر خواص متفاوتی داشته باشند.
هم به دلیل افزایش قابل ملاحظه نسبت سطح به جرم و هم به دلیل اینکه اثرات کوانتومی در این ابعاد شروع به ایفای نقش می کنند که منجر به تغییرات قابل توجه در انواع مختلفی از خواص فیزیکی.
نظر حاضر از اصطلاحات مختلف نانو تکنولوژی به نحوی استفاده می‌کند که با مشخصات در دسترس عموم اخیراً منتشر شده در مورد واژگان نانو ذرات مؤسسه استاندارد بریتانیا (BSI 2005)
که در آن تعاریف زیر برای اصطلاحات عمومی عمده پیشنهاد شده است:
- مقیاس نانو : دارای یک یا چند بعد در حد ۱۰۰ نانومتر یا کمتر.
- علم نانو : مطالعه پدیده ها و دستکاری مواد در مقیاس های اتمی ، مولکولی و ماکرومولکولی، که در آن خواص به طور قابل توجهی با مقیاس بزرگتر متفاوت است.
- نانو تکنولوژی : طراحی، شناسایی، تولید و کاربرد ساختارها، دستگاه ها و سیستم ها با کنترل شکل و اندازه در مقیاس نانو .
- نانومواد : موادی با یک یا چند بعد خارجی یا ساختار داخلی که می‌تواند ویژگی‌های جدیدی را در مقایسه با مواد مشابه بدون ویژگی‌های نانومقیاس نشان دهد.
- نانوذره : ذره ای با یک یا چند بعد در مقیاس نانو . (توجه: در گزارش حاضر نانوذرات دارای دو یا چند بعد در مقیاس نانو در نظر گرفته شده اند).
- نانوکامپوزیت : کامپوزیتی که حداقل یکی از فازهای آن حداقل یک بعد در مقیاس نانو داشته باشد.
- نانوساختار : داشتن ساختاری در مقیاس نانو ،
لازم به ذکر است که علم nanoو فناوری nano در سال‌های اخیر به سرعت در حال ظهور بوده‌اند و واژگان مورد استفاده در رشته‌های کمک کننده در این مدت سازگار نبوده است.
همچنین، همانطور که در این گزارش اشاره می شود، مشکلات جدی برای اندازه گیری دقیق پارامترهای مقیاس nano وجود داشته و همچنان وجود دارد.
به طوری که همیشه نمی توان به داده ها و نتایج به دست آمده در مورد پدیده های خاص مربوط به آن اطمینان کامل داشت. به ویژگی های خاص nano ساختارها و nanoمواد.
این نظر ناگزیر بودن این وضعیت را تشخیص می‌دهد و با علم به این که ادبیات ممکن است حاوی ناسازگاری‌ها و نادرستی باشد، به نتایج کلی دست یافته است.
در حالی که، بنابراین، این نظر از این تعریف استفاده می‌کند که اکنون باید مقیاس nanoرا برای ابعاد تا ۱۰۰ nano متر در نظر گرفت، اما تشخیص می‌دهد که برخی از ادبیات مقیاس نانو را به‌عنوان ابعاد بزرگتر از ۱۰۰ نانومتر نشان می‌دهند.
بسیاری از ادبیات مربوط به ذرات، به ویژه در مورد ذرات معلق در هوا، آلودگی هوا و سم شناسی استنشاقی ، ذرات را به عنوان فوق ریز، ریز یا معمولی معرفی کرده اند.
در این گزارش فرض شده است که، مگر اینکه خلاف آن بیان شود، ذرات فوق ریز اساساً معادل نانوذرات هستند.
نانو ذرات در نانو تکنولوژی
همچنین، در رابطه با نا نوذرات ، باید در نظر داشت که نمونه‌ای از ماده حاوی نانو ذرات تک پراکنده نخواهد بود، بلکه معمولاً دارای طیفی از اندازه‌های ذرات است.
این امر ارزیابی دقیق پارامترهای مقیاس nano را دشوارتر می‌کند ، به‌ویژه هنگام در نظر گرفتن دوز برای مطالعات سم‌شناسی.
در این نظر اغلب به مطالعات مربوط به قرار گرفتن در معرض و داده های سم شناسی مربوط به ذرات اشاره می شود و اندازه ذرات ارائه شده .
در مقالات را به صورت تک رقمی (مثلاً ۴۰ نانومتر ) یا محدوده (مثلاً ۴۰ تا ۸۰ نانومتر) نقل می کند و تشخیص می دهد که اینها خواهند بود. تقریب ها
علاوه بر این، در برخی شرایط تمایل به تجمع nano ذرات وجود خواهد داشت.
ممکن است فرض شود که مجموعه‌ای از نانو ذرات ، که ممکن است ابعاد آنها به‌جای نانومتر در میکرون اندازه‌گیری شود ، رفتار متفاوتی با تک تک نانو ذرات داشته باشد.
اما در عین حال دلیلی وجود ندارد که انتظار داشته باشیم دانه‌ها مانند یک ذره بزرگ رفتار کنند. به همین ترتیب، می‌توان انتظار داشت که رفتار نانو ذرات به حلالیت و حساسیت آنها به تخریب بستگی داشته باشد و نه ترکیب شیمیایی و نه اندازه ذرات تضمینی برای ثابت ماندن در طول زمان وجود ندارد.
با در نظر گرفتن تعاریف و احتیاط های فوق، واضح است که تا آنجایی که به خواص ذاتی و خطرات سلامت مربوط می شود، دو نوع nano ساختار باید در نظر گرفته شود
آنهایی که خود ساختار یک ذره آزاد است و آنهایی که نانوساختار در آنها وجود دارد. ویژگی جدایی ناپذیر یک شی بزرگتر
نانو کامپوزیت ها در نانو تکنولوژی
در گروه دوم نانو کامپوزیت ها که مواد جامدی هستند که در آن یک یا چند فاز پراکنده به صورت ذرات nanoمقیاس وجود دارد و جامدات نانو کریستالی که بلورهای منفرد در ابعاد nano هستند قرار دارند.
این گروه همچنین شامل اجسامی است که دارای توپوگرافی سطحی با ویژگی های اندازه نانومتری و اجزای عملکردی با ویژگی های بحرانی نانومتر هستند.ابعاد، در درجه اول شامل قطعات الکترونیکی است.
برای مقاصد پزشکی، اصلاحات سطحی را می توان با استفاده از پوشش های خاص متشکل از مواد نانو اندازه به دست آورد (Roszek et al 2005).
این نظر وجود چنین مواد و محصولاتی را به رسمیت می شناسد و تشخیص می دهد که ویژگی های مادی در ابعاد نانو می تواند بر تعامل با سیستم های زنده تأثیر بگذارد.
با این حال، اگرچه علم برهمکنش‌های بین سیستم‌های بیولوژیکی و ویژگی‌های نانو توپوگرافی به سرعت در حال توسعه است، اطلاعات بسیار کمی از پتانسیل چنین برهمکنش هایی برای ایجاد اثرات نامطلوب شناخته شده است.
خطر بستگی به قدرت چسبندگی به مواد حامل دارد و با رها شدن در حین استفاده یا در پایان عمر محصول مرتبط است.
تا زمانی که نانومواددر حال حاضر هیچ دلیلی وجود ندارد که تصور کنیم نانوذرات تثبیت شده خطر بیشتری برای سلامت یا محیط زیست نسبت به مواد در مقیاس بزرگتر دارند.
این گروه قبلی است که شامل نانوذرات آزاد است که نگرانی بیشتری را با توجه به خطرات سلامتی ایجاد می کند و موضوع بخش عمده این نظر است.
اصطلاح “آزاد” باید واجد شرایط باشد، زیرا به این معنی است که در مرحله ای از تولید یا استفاده، ماده مورد نظر از ذرات منفرد در ابعاد نانو تشکیل شده است.
در کاربرد این ماده، این ذرات منفرد ممکن است در مقداری ماده دیگر، که می تواند گاز، مایع یا جامد باشد، ترکیب شوند، معمولاً برای تولید خمیر، ژل یا پوشش.
این ذرات ممکن است همچنان آزاد در نظر گرفته شوند، اگرچه فراهمی زیستی آنها با ماهیت فازی که در آن پراکنده می شوند متفاوت است.
آئروسل های فوق ریزو کلوئیدها و محصولات آرایشی و دارویی مبتنی بر کرم در این دسته گنجانده می‌شوند، و با این مثال‌ها است که بسیاری از کارهای اخیر در مورد خطرات سلامتی نانو تکنولوژی مورد توجه قرار گرفته است.
این نظر اساساً خطرات بالقوه مرتبط با ساخت و استفاده از محصولات حاوی نانومواد مهندسی شده را مورد بحث قرار می دهد .
نانوساختارهای با منشا بیولوژیکی مانند پروتئین ها ، فسفولیپیدها، لیپیدها و غیره در این زمینه در نظر گرفته نمی شوند.
