ورود به سایت
رمز عبور خود را فراموش کرده اید؟
ورود به سایت
رمز عبور خود را فراموش کرده اید؟

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 ۱ تا اندازه ۱۰۰ نانومتر می باشد (توجه هر نانومتر برابر با ۱۰ به توان منفی ۹ 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 ۵٫۱میلیارد 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 ۲۰% کل برق تولیدی، صرف روشنایی می شود. مطابق پیش بینی ها در ۱۰ تا ۱۰ سال آینده، پیشرفت هایی از این دست می تواند مصرف جهانی را بیش از ۱۰% کاهش دهد که ۱۰۰ میلیارد دلار در سال صرفه جویی و ۲۰۰ 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 ۱۰۰۰ 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 ۵۰ 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 ۳۲ تا ۹۰ نانومتر، تولید دیسک های نوری ۱۰۰ 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 ۱۰۰۰ 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 کننده 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 اندازه 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 باهزینه 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 ای به کاربردهای فناوری نانو در صنعت خودرو
امروزه فناوری نانو در بخش های مختلفی از صنعت خودروسازی وارد شده است که غفلت از آن باعث عقب ماندگی کشور در صنعت خودروسازی می گردد. این فناوری عامل بسیار مهمی در تولید خودروهای کم مصرف تر و مرغوب تر خواهد بود.
از عوامل کلیدی در صنعت خودرو می توان به موارد زیر اشاره کرد:
– کاهش آلایندگی و مصرف سوخت
– بازیافت
– ایمنی
– بهبود عملکرد و ا فزایش کارایی موتور
– زیبایی گرایی
بازارهای بخش های فناوری نانو در صنعت خودرو مطابق تحقیقات انجام شده، بصورت ذیل می باشد:
تولید و ذخیره انرژی پیل های سوختی ، پیل های خورشیدی ، کاتالیزورهای گازوئیلی و بنزینی ،ذخیره سازی انرژی مواد نانو ساختار، نانوکامپوزیت ، نانوذرات، نانوساختارهای سبک وزن،مواد مقاوم در برابر آتش و حرارت،افزایش استحکام و بهبود پایداری رنگ ها و پوشش های نانوساختار و هوشمند،خود تمیز شونده ها،مقاومت به خراش،عملکرد نوری پوشش ها،مواد قابل برنامه ریز حسگرها و نمایشگرهای دقیق،نمایشگرهای حرکت،نمایشگرهای فشار،نمایشگرهای شیب،سیستم های بیومتریک،حسگرهای جوی نانوالکترونیک،مدیریت هوشمند موتور،سیستم روشنایی،الکترونیک در دمای بالا،کنترل امنیت،باطری های با طول عمر طولانی مواد و پوشش ها،پوشش های نانوکامپوزیتی با اصطکاک پائین،پوشش های نانوکامپوزیتی مقاوم به سایش،پوشش های مقاوم به حرارت کاربردهای زیستی،تجهیزات بهداشتی،سیستم های امداد،طراحی زیستی تولید، اندازه گیری و کنترل اداوات، ابزار و ماشین ها،اتوماسیون محیط زیست:فناوری زیست محیطی،بازیافت،سوخت ابزارهای نانو و فناوری های متقارب در صنعت خودرو،فناوری بر اساس نانولوله های کربنی،مدل سازی و شبیه سازی،نانوحسگرها و محرک ها اسپینترونیک و نانومغناطیس.
نانوتکنولوژی و صنعت نفت
فناوری نانو می تواند اثرات قابل توجهی در صنعت نفت داشته باشد، در مطلب زیر بعد از اشاره به برخی از این تأثیرات، تعدادی از کاربردهای فناوری نانو در صنعت نفت بویژه در بحث آلودگی محیط زیست و نیز سنسورهای نانو به طور مختصر معرفی گردیده است:
هنگامی که ریچارد اسملی ( Richard Smally ) برنده جایزه نوبل، بالک مینسترفلورسنس را در سال ۱۹۸۵ در دانشگاه رایس کشف نمود، انتظار اندکی داشت که تحقیق او بتواند صنعت نفت را متأثر سازد. سازمان انرژی آمریکا ( DOE ) سرمایه گذاری خود را در قسمت فناوری نانو با ۶۲ درصد افزایش داد تا مطالعات لازم در زمینه موادی با نام های باکی بال ها ( Bulky Balls ) و باکی تیوب ها ( Bulky Tubes ) استوانه های کربنی که دارای قطر متر می باشند صورت گیرد. نانولوله های کربنی با وزنی در حدود وزن فولاد، صد برابر مستحکم تر از آن بوده، دارای رسانش الکتریکی معادل با مس و رسانی گرمایی هم ارز با الماس می باشند. نانوفیلترها می توانند به جداسازی مواد در میدان های نفتی کمک کنند و کاتالیست های نانو می توانند تأثیر چندین میلیارد دلاری در فرآیند پالایش به دنبال داشته باشند. از سایر مزایای نانولوله های کربنی می توان به کاربرد آن ها در تکنولوژی اطلاعات ( IT ) نظیر ساخت پوشش های مقاوم در مقابل تداخل های الکترومغناطیسی، صفحه های نمایش مسطح، مواد مرکب جدید و تجهیزات الکترونیکی با کارآیی زیاد اشاره نمود. 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 امکانپذیر 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.
خوشبختانه کاربردهای عملی نانو در صنعت نفت جایگاه ویژه ای دارند. نانوتکنولوژی دیدگاه های جدید جهت استخراج بهبودیافته 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.
سنسورهای هیدروژن خود تمیز کننده
خواص فوتوکاتالیستی نانوتیوب های تیتانیا در مقایسه با هر فرمی از تیتانیا بارزتر می باشد، بطوری که آلودگی های ایجادشده تحت تابش اشعه ماوراء بنفش به طور قابل توجهی از بین می روند. تا اینکه سنسورها بتوانند حساسیت اصلی خود نسبت به هیدروژن را حفظ نماید. تحقیقات انجام گرفته در این زمینه حاکی از آن است که نانوتیوب های تیتانیا دارای یک مقاومت الکتریکی برگشت پذیر می باشند، بطوری که اگر هزار قطعه از آن ها در مقابل یک میلیون اتم هیدروژن قرار بگیرند، مقاومت الکتریکی آن در حدود یکصد میلیون درصد افزایش می یابد.
سنسورهای هیدروژن بطور گسترده ای در صنایع شیمیایی، نفت و نیمه رساناها مورد استفاده قرار می گیرند. از آنها جهت شناسایی انواع خاصی از باکتری های عفونت زا استفاده می گردد. به هر حال محیط هایی نظیر تأسیسات و پالایشگاه های نفتی که سنسورهای هیدروژن از کاربردهای ویژه ای برخوردار می باشند، می توانند بسیار آلوده و کثیف باشند این سنسورهای هیدروژن نانوتیوب های تیتانیا هستند که توسط یک لایه غیرپیوسته ای از پالادیم پوشانده شده اند. محققان این سنسورها را به مواد مختلفی نظیر اسید استریک ( یک نوع اسید چرب ) ، دود سیگار و روغن های مختلفی آلوده نمودند و سپس مشاهده کردند که تمام این آلوده کننده ها در اثر خاصیت فوتوکاتالیستی نانوتیوب ها از بین می روند. حد نهایی آلودگی ها زمانی بود که دانشمندان این سنسورها را در روغن های مختلفی غوطه ور ساخته و سنسورها توانستند خواص خود را بازیابند. محققان سنسورها را در دمای اتاق به مقدار هزار قطعه در مقابل یک میلیون اتم هیدروژن در معرض این گاز قرار دادند و مشاهده نمودند که در طرح های اولیه سنسور مقاومت الکتریکی آن به میزان ۱۷۵۰۰۰ درصد تغییر می کند. سپس سنسورها را توسط لایه ای به ضخامت چندین میکرون از روغن موتور پوشاندند تا بطور کلی حساسیت آن ها نسبت به هیدروژن از بین برود. سپس این سنسورها را در هوای عادی به مدت ۱۰ ساعت در معرض نور ماوراء بنفش قرار دادند و پس از یک ساعت مشاهده نمودند که سنسورها مقدار قابل توجهی از حساسیت خود را بدست آورده و پس از گذشت ۱۰ ساعت تقریباً بطور کامل به وضعیت عادی خود بازگشتند.
علیرغم قابلیت بازگشتی بسیار مناسب این سنسورها نمی توانند پس از آلودگی به انواع خاصی از آلوده کننده ها حساسیت خود را باز یابند برای مثال روغن WQ -40 به علت دارابودن مقداری نمک خاصیت فوتوکاتالسیتی نانوتیوب ها را تا حد زیادی از بین می برد.
با افزودن مقدار اندکی از فلزات مختلف نظیر قلع، طلا، نقره، مس و نایوبیم، یک گروه متنوعی از سنسورهای شیمیایی بدست می آیند. این فلزات خاصیت فوتوکاتالیستی نانوتیوب های تیتانیا را تغییر می دهند. به هر حال سنسورها در یک محیط غیرقابل کنترل در دنیای واقعی توسط مواد گوناگونی نظیر بخار های آلی فرار، دوده کربن و بخارهای نفت و همچنین گرد و غبار آلوده می گردند. قابلیت خودپاک کنندگی این سنسورها طول عمر آن ها را افزایش و از همه مهمتر خطای آنها را کاهش می دهد.
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 کننده 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 اندازه 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 باهزینه 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 در صنایع نیمه هادی
صنایع نیمه هادی در سیر تکامل خود در حال رسیدن به نقط های است که توانایی آن برای تولید نقاط کوچکتر با مشکلاتی جدی همچون اثرات کوانتومی و نوسانات سطوح اتمی روبرو خواهد شد.
مشکلات دیگر در راه پیشرفت CMOS عبارتند از مصرف بالا، اتلاف حرارت و هزینه بسیار بالای ساخت. این مسائل در آینده مانعی سخت برای تولید نیمه هادی های کارآمد خواهد بود. به گفته NanoMarkets ، نانوتکنولوژی به ادامه پیشرفت و تولید CMOS کمک خواهد کرد و همچنین فناوری های جدید را قادر خواهد ساخت تا گوی سبقت را در جلب رضایت بازار از CMOS بربایند.غول های بزرگ صنعتی همچون فری اسکیل ، آی بی اِم، اینفینئون و اینتل پشتوانه مهمی برای نانوحافظه ها به حساب می آیند.
یک گزارش جدید از NanoMarkets بیانگر این مطلب است که همان طورکه روش های کنونی لیتوگرافی به پایان راه خود رسیده اند، ابزار هایی که برای توسعه، تولید و آزمایش CMOS به کار می روند، نیز باید بر پایه نانوتکنولوژی طرح ریزی گردند. پرتوافکن مستقیم الکترونیکی که در تولید ASIC به کار می رود، نمونه های از ابزاری است که به کمک نانوتکنولوژی بوجود آمده است. اما نانومارکتز معتقد است که کاربرد واقعی نانوتکنولوژی در تولید محصولات جدید، با توجه به خصوصیات مواد مقیاس نانو می باشد. بخش هایی از صنعت نیمه هادی که بیشترین تأثیر نانوتکنولوژی در آنها دیده می شود خارج از مقوله CMOS قرار دارند. به گفته نانومارکتز این موضوع در موارد زیر به وضوح دیده می شود.
حافظه غیرفرار
حافظه غیرفرار یکی از عوامل تقویت محاسبات سیار است. اما با توجه به اینکه حجم و سرعت فناوری Flash محدود می باشد، حافظه های جدید که در طراحی آنها از نانوتکنولوژی بهره گرفته شده است، کارایی بهتری را از خود نشان داده اند FRAM و MRAM نمونه هایی از این نوع حافظه ها هستند.
الکترونیک پلیمری
سونی، زیراکس و سایرین آماده اند که محصولات الکترونیک لایه نازک را وارد بازار کنند. الکترونیک پلیمری، برخلاف CMOS، از خصوصیات حرارتی بسیار خوبی برخوردار است و هزینه تولید در حجم کم را پایین می آورد. این خصوصیات امکان تولید محصولات جدیدی را به وجود می آورد. در سال ۲۰۰۶ نمایشگر های بزرگ رولی و همچنین برچسب های RFID با قیمت پایین تولید خواهد شد که امکان استفاده از آنها برای اجناس یک بار مصرف فراهم خواهد شد
نانوحسگر
نانوحسگرها نسبت به رقبای خود از آستانه تشخیص بسیار پایین تری برخوردارند. آنها قادرند در زمینه کشف امراض بیولوژیک نقش مهمی را ایفا کنند. به گونه ای که در مورد اعلام وجود سرطان، از سرعت بسیار زیادی برخوردارند
گزارش NanoMarkets بیانگر این مطلب است که نانوتکنولوژی به زودی می تواند در مدیریت حرارتی و اتصالات داخلی پر سرعت، به میزان قابل توجهی کمک نماید. در زمینه اتصالات داخلی پرسرعت می توان از نانولوله ها استفاده نمود زیرا توانایی آنها در انتقال جریان از مس خیلی بیشتر است و می توان آنها را به روش های قابل انطباق با CMOS ها رشد داد (اینفینئون در سال ۲۰۰۲ این قابلیت را نشان داد). از نانولوله ها می توان خنک کننده های بسیار خوبی برای رفع مشکلات حرارتی ساخت (همانند قطعاتی که اینتل از سال ۲۰۰۲ به بعد به کارشان گرفت) و یا می توان با ایجاد جرقه بین آنها جریانی از هوای خنک تولید نمود.از این گزارش چنین نتیجه گرفته می شود که فرصت های قابل توجهی در نانوالکترونیک وجود دارد. به گونه ای که در سال ۲۰۰۶ نانوحافظه ها به تنهایی ۱/۳ میلیارد دلار سودآوری خواهند داشت. همان گونه که در بالا توضیح داده شد، این امر هم اکنون در قالب روش های جدید برای تکمیل CMOSها آغاز شده است. این گزارش نشان می دهد که سازندگان نیمه هادی ها از هم اکنون باید به فکر طرح ریزی برای به کارگرفتن نانوتکنولوژی در تولیدات خود باشند. در غیر این صورت باید از دست دادن تولیدات بزرگ آینده را بپذیرند، که البته پذیرفتن این ریسک بسیار دور از ذهن به نظر می رسد.
چند محصول تجارى شده با استفاده از فناورى نانو
در زیر چند محصول برتر نانو فناورى در سال ۲۰۰۳ طبقه بندى شده است. این خبر نشان مى دهد کسانى که هنوز معتقدند نانو فناورى فقط در آزمایشگاه است، اشتباه مى کنند.
لوازم و پارچه هاى ضدچروک و ضدلکه
شرکتى با اضافه کردن ساختارهاى مولکولى به الیاف کتان، الیافى ساخته است که مایعات و لکه ها برروى آنها حرکت کرده و جذب نمى شوند بنابراین چنانچه قهوه برروى شلوار سفیدرنگى ریخته شود به طرز شگفت آورى روى آن حرکت کرده 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 قابلیت نفوذ عمیق
یکى از بزرگ ترین شرکت هاى تولیدکننده موادآرایشى در جهان نخستین محصول نانوفناورى خود را در سال ،۱۹۹۸ معرفى کرد. این محصول کرم ضدچروک Plenitude Revitalift است که در تولید این کرم از یک فرآیند انحصارى نانو فناورى به منظور داخل کردن ویتامین A به درون یک کپسول پلیمرى استفاده شده است. کپسول مانند اسفنج ،کرم را درون خود جذب و نگهدارى مى کند تا این که پوسته بیرونى آن در زیرپوست حل شود.
عینک هاى آفتابى با کیفیت بالا
شرکتى دیگر با استفاده از نانو فناورى، پوشش هاى پلیمرى بسیارنازک، ضدانعکاس و حفاظتى براى عینک ها ساخته است بطورى که شیشه آنها در مقابل خراشیدگى مقاومت داشته و ضدانعکاس نیست این پوشش چربى ها و لکه ها را از روى عدسى ها برطرف و عدسى ها را حساس تر مى کند.
نانو جوراب
نه فقط ورزشکارها بلکه اکثر مردم از عرق پا رنج مى برند و نمى توانند آن را تحمل کنند بطور طبیعى هر پا داراى ۲۵۰هزار غدد عرقى است که قادرند حدود ۵۰۰ میلى لیتر عرق در روز تولید کنند.
به تازگى جوراب هایى از جنس کتان که به وسیله نانو ذرات نقره، بهبود یافته اند به وسیله شرکت سول، وارد بازار شده است که این ذرات نقره از رشد باکترى ها و قارچ ها جلوگیرى کرده و بدین وسیله از چرب شدن و بدبوشدن پا جلوگیرى مى کنند.
کرم هاى ضدآفتاب
مصرف کرم هاى ضدآفتاب معمولى پوست را به قدرى سفید مى کند که حالت نامناسبى پیدامى کند. این سفیدى ناشى از اکسید روى است که از پوست دربرابر هردونوع اشعه ماوراى بنفش Aو Bخورشید محافظت مى کند. جهت حل این مشکل شرکت BASF ماده اى با کمک فناورى نانو، ساخته است که سبب تولید نانو کریستال هاى اکسیدروى با خلوص بالا تهیه شده و این امر منجر به افزایش مرغوبیت کرم هاى ضد آفتاب مى شود از دیگر مزایاى این کرم ها این است که به وسیله پوست جذب نشده و ایجاد آلرژى نمى کند.

این مطلب را در گوگل محبوب کنید

راه بهتر برای ارتباط با کاربران مان را یاد گرفتیم (; کانال تلگرامی اکسیژن اندرویدی
مدیرسایت
شما هم نظر خود را درمورد این پست به ما بگویید!

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

رای بدهید!