دانشمندان روش جدیدی را برای مقابله با بوهای تند و زننده ابداع کردند که می‌تواند مانع انتشار بو از منبع آن شود. این مواد ضد بو حاوی نانوذراتی هستند که اثر بوزدایی آنها خیلی بهتر از نمونه‌های موجود است.

امروزه از مواد بسیاری برای جلوگیری از انتشار بوهای نامطبوع در لباس و پوشاک استفاده می‌شود، همچنین بسیاری از هواسازهای خانگی و اداری تنها اثر بوی نامطبوع را با انتشار رایحه‌ی ملایم و خوش کاهش می‌دهند ولی آن را از بین نمی‌برند. برخی افراد از مواد جاذب نظیر کربن فعال و جوش شیرین استفاده می‌کنند که این مواد نیز قابلیت زیادی در جذب مواد شیمیایی منتشرکننده بو ندارند.

اخیراً محققان شیمی دانشگاه فلوریدا موفق به سنتز نانوذرات سیلیکا شده‌اند که با روکشی از مس پوشیده شده‌اند. مس خاصیت ضد باکتریایی و بوزدایی دارد و نانومقیاس شدن آن سبب افزایش سطح مؤثر و اثربخشی بیشتر آن شده‌است.

آزمایش این نانوذرات با اتیل‌مرکاپتان که بوی نافذ و بدی دارد نشان داد که اثر این ذرات در حذف بوی این ماده دو برابر کربن فعال است. علاوه‌ بر این، امید آن می‌رود به کمک این ذرات بتوان باکتری‌های مضر و آلودگی‌های گوگردی موجود در نفت کوره را حذف کرد.

نتایج این مطالعه در شماره‌ی ماه اکتبر مجله‌ی Langmuir منتشر شده‌است.

نانوکامپوزیت پلی پروپیلن تولید شده به‌وسیله‌ی شرکت پارسا پلیمر شریف، مورد توجه تأمین کنندگان قطعات خودرو قرار گرفت. پیش از این از پلیمر ABS در تولید داشبورد خودرو استفاده می‌شده است که تهیه آن هزینه بالایی داشته اما مسئولین شرکت پارسا پلیمر شریف ادعا می‌کنند که نانوکامپوزیت پلی پروپیلن تولید شده به‌وسیله‌ی آنها به جهت استحکام بالاتر و هزینه پایین‌ترجایگزین مناسبی برای پلیمر ABS در تولید داشبورد خودرو است.

به گفته مسئولین شرکت پارسا پلیمر شریف، شرکت‌های ایران خودرو و دقت خودرو از طریق شرکت سابکو که تأمین‌کننده قطعات خودرو برای شرکت‌های مذکور است، برای تهیه این نانوکامپوزیت با این شرکت وارد مذاکره شده‌اند. همچنین گروه صنعتی وحید نیز در حدود 100 الی 150 تن از این نانوکامپوزیت را به منظور تولید لوله‌های بی‌صدا خریداری کرده است. بنابر گفته‌های مسئولین گروه صنعتی وحید، خواص مکانیکی و استحکام لوله‌های تولید شده به‌وسیله‌ی این شرکت با استفاده از این نانوکامپوزیت‌ها به طور محسوسی افزایش می‌یابد.

به گفته مدیر تولید شرکت پارسا پلیمر شریف، نانوکامپوزیت پلی پروپیلن که تولید آن به 70 تن در ماه می‌رسد در صنایع بسته‌بندی، حمل و نقل، لوازم خانگی و کالاهای ساختمانی از قبیل لوله، پروفیل، ورق و سیم و کابل، کاربرد دارد.

مواد نانو به عنوان موادی که حداقل یکی از ابعاد آن (طول، عرض، ضحامت) زیر 100nm باشد تعریف شده اند، یک نانومتر یک هزارم میکرون یا حدود 100000برابر کوچکتر از موی انسان است. به طور کلی، در یک تقسیم‌بندی عمومی، محصولات نانومواد را می توان به صورت‌های زیر بیان کرد:

فیلم‌های نانو لایه (Nano Layer Thin Films) ) برای کاربردهای عمدتا الکترونیکی، نانو پوشش های حفاظتی برای افزایش مقاومت در برابر خوردگی، حفاظت در مقابل عوامل مخرب محیطی و نانو ذرات به عنوان پیش سازنده(precursor ) یا اصلاح ساز(Modifier ) پدیده‌های شیمیایی و فیزیکی. منظور از یک ساختار (Nanostructured Solid ) یا واضح تر یک بدنه نانوساختار جامدی است که در آن انتظام اتمی، اندازه کریستال های تشکیل دهنده و ترکیب شیمیایی سراسر بدنه در مقیاس چند نانو متری گسترده شده باشد.

خواص فیزیکی و شیمیایی مواد نانو (در شکل و فرم‌های متعددی که وجود دارند از جمله ذرات، الیاف، گلوله و...)در مقایسه با مواد میکروسکوپی تفاوت اساسی دارند. تغییرات اصولی که وجود دارد نه تنها از نظر کوچکی‌ای اندازه بلکه از نظر خواص جدید آنها در سطح مقیاس نانو می‌باشد.

هدف نهایی از بررسی مواد در مقیاس نانو، یافتن طبقه جدیدی از مصالح ساختمانی باعملکرد بالا می باشد، که آنها را می توان به عنوان مصالحی با عملکرد بالا و چند منظوره به شمار آورد. منظور از عملکرد چند منظوره، ظهور خواص جدید و متفاوت نسبت به مواد معمولی می‌باشد به گونه‌ای که مصالح بتوانند کاربردهای گوناگونی را ارائه نمایند.

1- مواد نانو کامپوزیت

مواد نانو کمپوزیت بر پایه پلیمر (ماتریس پلیمری) اولین بار در سال‌های 70 معرفی شده اند که از فناوری sol-gel جهت انتشار (Disperse ) دادن ذرات نانو کانی درون ماتریس پلیمر استفاده شده است.

هر چند تحقیقات انجام شده در دو دهه گذشته برای توسعه تجاری این مواد توسط شرکت تویوتا در ژاپن صورت گرفته است، ولی رشته نانو کمپوزیت پلیمر هنوز در مرحله  جنینی و در آغاز راه می‌باشد. در این شرایط نانو آلومینا، بهترین ساختار نانویی است که افق جدیدی را در صنعت سرامیک‌ نوید می دهد، زیرا کاربرد این مواد پدیده ای است که از نظر مکانیکی، الکتریکی و خواص حرارتی به طور مناسب دارای تعادل بوده و در رشته های مختلف کاربرد دارد. از جمله می‌توان به چند نمونه اشاره کرد: تکنولوژی نانو فلز آرتوناید که اخیرا الیاف تجاری نانو آلومینا  را تولید کرده است و ذرات نانویی غیر فلز مانند: نانوسیلیکا، نانو زیرگونیا و مواد دیگر اصلاح کننده سرامیک ها.

2- بتن با عملکرد بالا

یکی از چالش‌هایی که در رشته مصالح ساختمانی بوجود آمده است، بتن با عملکرد بالا (HPC) می باشد. این نوع بتن مقاوم از نوع مصالح کامپوزیت بوده و از نظر دوام جزو مصالح کامپوزیت و چند فازی مرکب و پیچیده می باشد. خواص، رفتار و عملکرد بتن بستگی به نانو ساختار ماده زمینه بتن و سیمانی دارد که چسبندگی، پیوستگی و یکپارچگی را بوجود می آورد.

بنابراین، مطالعات بتن و خمیر سیمان در مقیاس نانو برای توسعه مصالح ساختمانی جدید و کاربرد آنها اهمیت دارد.روش معمولی برای توسعه بتن با عملکرد بالا اغلب شامل پارامترهای مختلفی از جمله طرح اختلاط بتن معمولی و بتن مسلح با انواع مختلف الیاف می‌باشد. در مورد بتن به طور خاص، علاوه بر عملکرد با دوام و خواص مکانیکی بهتر، بتن با عملکرد بالای چند منظوره (MHPC) خواص اضافه دیگری را دارا می‌باشد، از جمله می‌توان به خاصیت الکترو مغناطیسی و قابلیت بکار گیری در سازه های اتمی (محافظت از تشعشعات) و افزایش موثر بودن آن در حفظ انرژی ساختمان‌ها و ... را نام برد.

3- نانو سیلیس آمورف

در صنعت بتن، سیلیس یکی از معروفترین موادی است که نقش مهمی در چسبندگی و پر کنندگی بتن با عملکرد بالا (HPC) ایفا می کند.

محصول معمولی همان سلیکیافیوم یا میکرو سیلیکا می‌باشد که دارای قطری در حدود0.1 تا 1 میلیمتر بوده و دارای اکسید سیلیس حدود 90% می‌باشد. می‌توان گفت که میکروسیلیکا محصولی است که برای افزایش عملکرد کامپوزیت مواد سیمانی به کار برده می‌شود.

محصولات نانو سیلیس متشکل از ذراتی هستند که دارای گوله‌ای شکل بوده و با قطر کمتر از 100nm یا بصورت ذرات خشک پودر یا به صورت معلق در مایع محلول قابل انتشار می‌باشند، که مایع آن معمول‌ترین نوع محلول نانوسیلیس می باشد، این نوع محلول آزمایشات مشخص در بتن خود تراکم ([2] SCC ) به کار گرفته شده است. نانو سیلیس معلق کاربردهای چند منظوره از خود نشان می دهد مانند:

خاصیت ضد سایش

ضد لغزش

ضد حریق

ضد انعکاس سطوح

آزمایشات نشان داده‌اند که واکنش مواد نانو سیلیس (Colloidal Silica) با هیدرواکسید کلسیم در مقایسه با میکروسیلیکا سریع‌تر انجام گرفته و مقدار بسیار کم این مواد همان تاثیر پوزالانی مقدار بسیار بالای میکروسیلیکا را در سنین اولیه دارا می باشد. تمام کارهای انجام یافته بر روی کاربرد مواد نانو سیلیس کلوئیدی (Colloidal Nano Silica )در بخش اصلاح مواد ریولوژی، کارپذیری و مکانیکی خمیر سیمان بوده است. آنچه که در اینجا مطرح است نتایج اولیه محصولات نانو سیلیس با قطری در محدوده 5 تا 100nm  می‌باشد.

4- نانو لوله‌ها (NANOTUBES)

همان گونه که در مقدمه مقاله مطرح شد معمولا الیاف برای مسلح کردن و اصلاح عملکرد مکانیکی بتن بکاربرده می شوند. امروزه از الیاف فلزی، شیشه‌ای، پلی پرویلین، کربن و ... در بتن برای مسلح کردن استفاده می شود و لیکن تحقیقات روی بتن مسلح شده توسط نانو لوله‌ کربنی (Carbon Nan otubes )انتشار  نیافته است تا بتوان از نتایج برای مسلح کردن بوسیله نانولوله ها استفاده کرد.

نانو لوله کربنی توسط LIJIMA در سال 1991 کشف شده است و کارهای بسیاری بر روی ساختار نانو در بخش فیزیک کوآنتم انجام یافته است بطوری که تحقیقات نوین روی تکنولوژی و مهندسی نانو در سطح جهانی نقش اساسی و اصلی بازی می کند. کربن 60 و نانو لوله‌های نوین دارای ساختاری هستند که آنها را از فولاد قوی‌تر و بسیار سبک می کند بطوریکه می توانند خمیدگی و کشش را بدون شکستن تحمل نمایند و در آینده جایگزین الیاف کربن خواهند شد که در کامپوزیت‌ها بکار برده می شوند.

 نانو لوله‌ها با توجه به تحقیقات انجام شده در مرکز تحقیقات بتن (وابسته به موسسه ACI شاخه ایران) دارای مقاومت کششی بیش از هر نوع الیاف بتنی شناخته شده می‌باشند و نیز نانو لوله‌ها خواص ویژه قابل ملاحظه حرارتی و الکتریکی از خود نشان می دهد، بطوریکه هادی بودن حرارت آنها بیش از دو برابر الماس و هادی بودن الکتریکی آنها 1000برابر مس است.

نانو لوله‌ها طبقه جدیدی از محصولات می‌باشند که انقلابی جدید در زمینه مصالح و مواد نانو کامپوزیت‌های چند منظوره بوجود آورده اند ومی‌توانند به عنوان نانو لوله‌های کربنی در نقش الیاف مسلح کننده مناسب آن مواد مورد استفاده قرار گیرند. بنابراین نانو لوله‌های کربنی از اجزای کلیدی بدست آوردن هدف اصلی ذکر شده در فوق به عنوان مسالح ساختمانی با عمکرد  بالای چند منظوره، بازی می‌کنند.

5- نتیجه‌گیری

منظور از مقاله ارائه شده نشان دادن مصالح جدید ساختمانی و بیان مزایای استفاده از این نوع مواد در صنعت ساختمان می باشد، البته به دلیل نو بودن این نوع مصالح زمینه‌های فراوانی برای کارهای نظری و عملی در دانشگاه های کشور می باشد با معرفی مصالح  و ساختار نانو راه برای گام‌های بلندتر در این زمینه باز خواهد شد.

سرطان پروستات عبارت است از وجود سلولهای سرطانی در پروستات که به علت افزایش ترشح اندروژن و غدد فوق کلیوی رخ داده و باعث انسداد در دستگاه ادراری می شود. علت آن دقیقاً مشخص نیست اما زمینه ژنتیکی، عوامل هورمونی، رژیم غذایی برخی عوامل شیمیایی سرطان و نیز اشتغال به برخی مشاغل که در آنها ضرورت حضور در مجاورت مواد سرطان زایی مانند کودهای شیمیایی و غیره مطرح است، می تواند ابتلا به این بیمار را افزایش دهد.

این سرطان در صورتی که به موقع تشخیص داده شود با موفقیت قابل درمان است. از علائم این سرطان می توان درد مبهم در ناحیه لگن، تکرر ادرار، اختلالات ادراری نظیر عدم توانایی در ادرار کردن، احساس درد در هنگام ادرار کردن، ضعیف شدن جریان ادرار و وجود خون در ادرار اشاره کرد.

علاوه بر این موارد، سرطان پروستات ممکن است نشانه های دیگری از جمله بروز درد در پشت کمر، لگن و قسمتهای فوقانی اندام تحتانی، کاهش اشتها و وزن و همچنین استخوان درد دائمی را نیز به همراه داشته باشد.

با این حال طی سالهای اخیر فناوری های نوین در خدمت مبارزه با این نوع سرطان قرار گرفته و آن را با تحولات جالبی در روند پیش بینی و درمان آن، پیشرفت هایی را ارائه کرده است که شاید مروری بر آنها برایتان جالب باشد...

داروهای RNA و مرگ سلولها

داروهای شامل RNA تأثیر بسیار زیادی بر روی سلولهای سرطانی پروستات دارد. این داروها مسیر خود را بر روی سلولهای سرطانی پیدا می کند و بدون آن که به سلولها سالم آسیب برساند، باعث از بین رفتن سلولهای سرطانی می شود. آزمایش این داروها بر روی موشهایی که به این نوع سرطان مبتلا  بودند، نشان داد که این داروها اندازه تومورها را در مقایسه با موشهایی که از دارو استفاده نمی کنند، تا حد بسیار زیادی کاهش داده است. محققان با آزمایش این داروها به این نتیجه رسیدن که داروهای شامل RNA با وجود این که تأثیر بسیار زیادی بر روی سلولهای سرطانی دارند، عوارض جانبی بسیار کمی بر روی سایر سلولها و ارگان ها می گذارند.

روشهای تشخیصی مدرن

محققان دانشگاه ها هاروارد موفق شدند که از نانوسیمهای سیلیکونی به منظور تشخیص علائم مولکولی سرطان در سیالات بدن استفاده کنند. در واقع با استفاده از این نانوسیمها می توان از یک قطره خون در عرض چند دقیقه آزمایش به عمل آورد و سپس فهرستی از علائم بسیار گوناگون سرطان را در زمان اندکی فراهم کرد. این روش، ابزاری است که می تواند امکانات جدید و قابل توجهی را در زمینه تشخیص سرطان و دیگر بیماری ها به وجود آورد.

امروز محققان به روشی دست یافتند که براساس آن به طور عموم برای تشخیص سرطان پروستات، وجود آنتی ژن هایی را در خون بررسی می کنند. از مزایای این روش می توان به حساسیت بالا، قابلیت آزمایش تشخیص چندین علامت متفاوت به طور همزمان قابلیت تنظیم زمان آزمایش اشاره کرد.

چاقی باعث خطا در تشخیص می شود

چاقی در مردان درصد خطا در تشخیص سرطان پروستات را افزایش می دهد. به گفته این محققان، در مردان چاق میزان پروتئینی که برای معاینه و تشخیص احتمال بروز سرطان پروستات مورد استفاده قرار می گیرد نسبت به مردانی که وزن عادی دارند کمتر است و این امر ممکن است پزشکان را در تشخیص درست بیماری به اشتباه بیندازد. این یافته می تواند پاسخی برای این پرسش باشد که چرا در مردان مبتلا به اضافه وزن اغلب این بیماری پس از پیشرفته شدن قابل تشخیص می شود. به گفته این محققان، میزان تولید پروتئینی موسوم به آنتی ژن خاص پروستات یا PSA که فقط توسط سلولهای پروستات تولید شده و در جریان خون به گردش در می اید، در صورتی افزایش پیدا می کند که پروستات به طور غیرعادی در حال رشد کردن باشد و این رشد غیر عادی می تواند نشان دهنده ابتلا به سرطان و یا حالت بی خطر اما آزار دهنده ای موسوم به هیپرتروفی خوش خیم پروستات باشد. کدام مردان بعد از جراحی یا پرتو درمانی، دچار عود سرطان می شوند و شاید بتوان گفت کدام مردان بر اثر ابتلا به سرطان پروستات می میرند

نانوفناوری را هم از نظر شاخه های علمی و فنی آن و هم از نظر کاربردهای صنعتی می توان دسته بندی نمود. برخی از شاخه های علمی و فنی آن عبارتند از :

الف) نانوپودر

ب) نانوسرامیک

ج)  نانوالکتریک

د) نانوپزشکی

ه) نانوزیست فناوری

که در این مقاله به توصیف و بیان کاربردهای نانوپودرها می پردازیم.

تعریف

پودرها ذرات ریزی هستند که از خُرد کردن قطعات جامد و بزرگ، یا تهنشین شدن ذرات جامدِ معلق در محلولها به دست میآیند. بنابراین، نانوپودرها را میتوان مجموعهی از ذرات دانست که اندازهی آنها کمتر از 100 نانومتر است. طور کلی نانوپودرها را نیز مانند دیگر موادّ نانومتری می‌توان به دو روش پایین به بالا یا بالا به پایین تولید کرد. در روش بالا به پایین قطعه را از اندازه‌های بزرگ انتخاب و آن را آن‌قدر خُرد می‌کنیم تا به اندازه‌های نانومتری برسد. در روش پایین به بالا، اتم‌ها را دانه به دانه کنار هم می‌چینیم تا یک ساختار نانومتری به وجود آید.

 به چه پودری نانوپودر می گوییم؟

پودرها در سه حالت نانوپودر به شمار می‌آیند:

-حالت اول: ساختار ذرات تشکیل‌دهنده‌ی پودر، در حد نانومتر باشد.

یعنی اگر ساختار ذرات تشکیل‌دهنده‌ی یک پودر را به صورت یکی از اشکال منظم هندسی در نظر بگیریم، میانگین اندازه‌ی اضلاع آن بین 1 تا 100 نانومتر باشد. مهمترین اشکال هندسی، کُره و مکعب‌اند. اگر ساختار ذرات تشکیل‌دهنده‌ی پودر را کُره فرض کنیم، باید قطر کُره کمتر از 100 نانومتر باشد و چنانچه ساختار آنها مکعب فرض شود، میانگین اضلاع مکعب باید در محدوده‌ی 1تا 100 نانومتر قرار گیرد. به عبارت حسابی‌تر، میانگین اضلاع مکعب باید در این رابطه صدق کند: برای مثال، بلورهای نمک طعام ساختاری مکعب‌شکل دارند.

 یادآوری: اگر بیشترِ ذرات تشکیل‌دهنده پودر، ابعادی میان 1 تا 100 نانومتر داشته باشند، آن پودر، نانوپودر محسوب می‌شود.

-حالت دوم: دانه‌های تشکیل‌دهنده پودر، ابعاد نانومتری داشته باشند.

در حالتی که اندازه‌ی ذرات تشکیل‌دهنده‌ی پودر از صد نانومتر بیشتر باشد، کافی است دانه‌های آن ابعاد نانومتری داشته باشند تا نانوپودر به شمار آیند. یک مثال برای فهم این موضوع، اتم‌هایی هستند که به صورت منظم و درون سلول‌هایی که آنها را "دانه" می‌نامیم، کنار هم قرار گرفته‌اند. مواد بلوری جامد نیز از سلول‌های ریزی تشکیل شده‌اند که به آنها دانه می‌گویند. درون هر دانه، اتم‌ها در یک جهت خاص و ردیف‌های موازی چیده شده‌اند و تفاوت دو دانه مجاورِ هم، تفاوت در همین جهت‌گیری اتم‌هاست. در دانه‌ی 1، اتم‌ها در ردیف‌های موازی و با زاویه‌ی 45 درجه نسبت به افق چیده شده‌اند. در دانه‌ی 2اتم‌ها با زاویه‌ی 90درجه و در دانه‌ی 3اتم‌ها با زاویه‌ی 120 درجه نسبت به افق چیده شده‌اند. وقتی این سه دانه در کنار یکدیگر قرار بگیرند، یک ذره تشکیل می‌شود. به فضای خالی بین دانه‌ها «مرز دانه» می‌گویند. مرز دانه محلی است که جهت چیده شدن اتم‌ها عوض می‌شود. همچنین دانه‌ها را می‌توان مانند آجرهای یک دیوار فرض کرد. در این صورت، مرز بین دانه‌ها ملات بین آجرهاست. اگر قطر این دانه‌ها بین 1تا 100نانومتر باشد، ذرات حاصل تشکیل نانوپودر می‌دهند. هر چه قطر دانه‌های یک ذره کمتر باشد (البته با حجم ثابت)، تعداد دانه‌های تشکیل‌دهنده‌ی آن بیشتر خواهد بود (واضح است که هر چه آجرهای تشکیل‌دهنده‌ی یک دیوار 1 متر در 1 متر کوچکتر باشند، تعداد آجرها بیشتر خواهد بود) و هر چه تعداد دانه‌ها بیشتر شود، مانند گره‌های یک فرش، تار و پود آن محکمتر و درهم‌تنیده‌تر است و بنابرین استحکام محصول بیشتر خواهد بود.

یادآوری: اگر درصد قابل توجهی از دانه‌های تشکیل‌دهنده‌ی ذرات، نانومتری باشند، پودر، نانوپودر محسوب می‌شود.

حالت سوم: ذرات نانوپودر و ذرات پودر معمولی ترکیب شوند.

در این حالت، پودر را «نانوپودر کامپوزیتی» می‌نامند. کامپوزیت که از کلمه‌ی انگلیسی composition گرفته شده، به معنی ترکیب دو یا چند چیز است. ملموس‌ترین مثال برای کامپوزیت، کاه‌گل است. در کاه‌گل رشته‌های کاه در زمینه‌ی گِل پراکنده شده‌اند. در نانوپودرهای کامپوزیتی نیز ذرات نانومتری در زمینه‌ی ذرات بزرگتر (غیر نانومتری) پراکنده شده‌اند. علت ترکیب شدن آنها اختلاف خواص این دو ماده است. در کامپوزیت معمولاً زمینه از یک ماده‌ی نرم و افزودنی از ماده‌ی سخت انتخاب می‌شود. در این صورت، هنگامی‌ که به ماده نیرو وارد می‌شود، زمینه نیرو را به رشته یا پودر اضافه‌شده منتقل می‌کند تا بتواند در برابر نیروی واردشده‌ مقاومت بیشتری داشته باشد.

کاربردهای نانوپودرها

1. پوشش‌دهی

یکی از مهمترین کاربرد نانوپودرها «پوشش‌دهی» است. وقتی مقداری پودر روی یک سطح ریخته می‌شود، می‌تواند تمام سطح را بپوشاند. مثلاً اگر سطح زمین پودر گچ بپاشیم، تمام سطح پوشیده می‌شود و یک سطح یکدست سفید به وجود می‌آید. اما در این حالت هنوز فضاهای خیلی ریزی بین پودرها وجود دارد، یعنی پوشش یکپارچه نیست. اکنون مقداری آب به گچ اضافه می‌کنیم و صبر می‌کنیم تا آب توسط حرارت خشک شود. می‌بینیم که ذرات پودر به هم چسبیده‌اند و یک پوشش یکدست بر روی سطح به وجود آمده است. اساس پوشش‌دهی توسط نانوپودرها نیز دقیقاً همین است، یعنی پودرها را(عمدتاً باشدت )به سطح می‌پاشند و بعد توسط یک عامل اضافه‌شونده (عمدتاً گازهای اکسیژن یا آرگون که همان نقش آب را در مثال گچ بازی می‌کنند ) و حرارت، این ذرات را به هم می‌چسبانند تا یک پوشش یکپارچه بر روی سطح ایجاد شود. پوشش روی داشبورد ماشین دقیقاً به این روش تولید می‌شود.

2. ساخت قطعات

همان‌طور که دیدیم، ذراتِ پودر میل زیادی دارند که مانند بُراده‌های آهنربا به هم بچسبند. از طرفی این میل با اِعمال فشار به پودر و درجه‌ی حرارت به‌شدت افزایش می‌یابد، و بنابراین، با اِعمال فشار و افزایش درجه‌ی حرارت می‌توان پودرها را آن‌قدر به هم فشرد تا به هم بچسبند و یک قطعه را تولید کنند. این روش عمدتاً برای تولید قطعات با شکل‌های پیچیده به کار می‌رود. (این پدیده به طور طبیعی در نمک طعام اتفاق می‌افتد. اگر مقداری نمک طعام در داخل یک نمکدان باقی بماند، بعد از مدتی ذرات نمک به هم می‌چسبند و نمکدان دیگر نمک نمی‌پاشد. بنابراین، باید به نمکدان چند ضربه وارد کنیم تا ذرات از همدیگر جدا شوند.)

3. استفاده در کِرِم‌ها

همان‌طور که می‌دانیم، نانوپودرها ذراتی با قطر یک تا 100 نانومتر هستند. وقتی از این ذرات در ساخت کِرِم استفاده می‌شود، چون قطر آنها کوچک است، اشعه‌های مُضرّ نور خورشید را که طول موج‌های بزرگتر از صد نانومتر دارند از خود عبور نمی‌دهند. این در حالی است که اشعه‌های نور مرئی را که موجب دیده شدن قطعات‌اند از خود عبور می‌دهند. بنابراین، به صورت شفاف دیده می‌شوند. در این حالت ما کِرِمی داریم که شفاف است و اشعه‌های مُضرّ را از خود عبور نمی‌دهد.

4. شناسایی آلودگی ها

ذراتی که نانوپودرها را تشکیل می‌دهند، با استفاده از خواصّ سطحی خود، وقتی به یک محلول حاوی آلودگی (مثل باکتری، سلول سرطان زا و...) اضافه می‌شوند، روی آلودگی‌ها می‌چسبند و در اثر واکنش با آنها تغییر رنگ می‌دهند و باعث شناسایی آنها می‌شوند. البته هر ذره کوچکتر از آن است که تغییر رنگِ حاصل از آن دیده شود، اما تغییر رنگِ مجموعه‌ی این ذرات، آلودگی‌ها را قابل تشخیص و شناسایی می‌کند.

در فیلم زیر که به عنوان مثالی از کاربرد نانوپودرها آورده شده است، ذرات نانوساختارِ سیلیکون در محلول، قطرات روغن را شناسایی می‌کنند و با نفوذ مقداری از مایع به داخل حفره‌های آنها، تغییر رنگ می‌دهند و هدف را قابل تشخیص می‌نمایند.

حسگر یک وسیله ی الکتریکی است که تغییرات فیزیکی یا شیمیایی را اندازه گیری می کند وآنها را به سیگنالهای الکتریکی تبدیل می نماید. حسگرها درواقع ابزار ارتباط ربات با دنیای خارج وکسب اطلاعات محیطی ونیز داخلی می باشند، ویا به طور کلی ابزارهایی هستند که تحت شرایط خاص ازخود واکنشهای پیش بینی شده ومورد انتظار نشان می دهند. شاید بتوان دماسنج را جزء اولین حسگرهایی دانست که بشرساخت .

ساختار کلی یک حسگر:

درطراحی یک حسگر دانشمندان علوم مختلف مانند بیوشیمی، بیولوژی، الکترونیک، شاخه های مختلف شیمی و فیزیک حضوردارند. قسمت اصلی یک حسگرشیمیایی یا زیستی عنصرحسگر آن می باشد. عنصرحسگر در تماس با یک آشکارساز است. این عنصرمسئول شناسایی و پیوند شدن با گونه ی مورد نظر در یک نمونه ی پیچیده است. سپس آشکارساز سیگنالهای شیمیایی را که در نتیجه ی پیوند شدن عنصرحسگر با گونه ی موردنظر تولید شده است را به یک سیگنال خروجی قابل اندازه گیری تبدیل می کند. حسگرهای زیستی بر اجزای بیولوژیکی نظیرآنتی بادی ها تکیه دارند. آنزیمها ، گیرنده ها یا کل سلولها می توانند به عنوان عنصر حسگرمورد استفاده قرار گیرند.

خصوصیات حسگرها:

یک حسگرایده آل باید خصوصیات زیررا داشته باشد :

1. سیگنال خروجی باید متناسب با نوع و میزان گونه ی هدف باشد.

2. بسیار اختصاصی نسبت به گونه مورد نظر عمل کند.

3. قدرت تفکیک و گزینش پذیری بالایی داشته باشد.

4. تکرارپذیری و صحت بالایی داشته باشد.

5. سرعت پاسخ دهی بالایی داشته باشد. ( درحد میلی ثانیه )

6. عدم پاسخ دهی به عوامل مزاحم محیطی مانند دما ، قدرت یونی محیط و …

نانوحسگرها

با پیشرفت علم در دنیا و پیدایش تجهیزات الکترونیکی و تحولات عظیمی که در چند دهه ی اخیر و درخلال قرن بیستم به وقوع پیوست نیاز به ساخت حسگرهای دقیق تر،کوچکتر و دارای قابلیتهای بیشتر احساس شد. امروزه از حسگرهایی با حساسیت بالا استفاده می شود به طوریکه در برابر مقادیر ناچیزی از گاز، گرما و یا تشعشع حساس اند. بالا بردن درجه ی حساسیت، بهره و دقت این حسگرها به کشف مواد و ابزارهای جدید نیاز دارد. نانو حسگرها، حسگرهایی در ابعاد نانومتری هستند که به خاطرکوچکی و نانومتری بودن ابعادشان از دقت و واکنش پذیری بسیار بالایی برخوردارند به طوری که حتی نسبت به حضور چند اتم از یک گاز هم عکس‌العمل نشان می دهند.

انواع نانو حسگرها:

نانوحسگرها براساس نوع ساختارشان به سه دسته ی نقاط کوانتومی ، نانولوله های کربنی و نانوابزارها تقسیم بندی می شوند:

1.استفاده از نقاط کوانتومی درتولید نانو حسگرها:

نقاط کوانتومی به عنوان بلورهای نیمه هادی کوچک تعریف می شوند. با کنترل ابعاد نقاط کوانتومی، میدان الکترومغناطیسی نور را دررنگها و طول موجهای مختلف، منتشرمی کند. به عنوان مثال، نقاط کوانتومی از جنس آرسنیدکادمیوم با ابعاد 3 نانومتر نور سبز منتشر می کند؛ درحالی که ذراتی به بزرگی 5/5 نانومتر از همان ماده نور قرمز منتشرمی کند. به دلیل قابلیت تولید نور در طول موجهای خاص نقاط کوانتومی ، این بلورهای ریز در ادوات نوری به کارمی روند. دراین عرصه از نقاط کوانتومی در ساخت آشکارسازهای مادون قرمز، دیودهای انتشار دهنده ی نورمی توان استفاده نمود. آشکارسازهای مادون قرمز از اهمیت فوق العاده ای برخوردارند. مشکل اصلی این آشکارسازها مسئله ی خنک سازی آنهاست. برای خنک سازی این آشکارسازها از اکسیژن مایع وخنک سازی الکترونیکی استفاده می شود. این آشکارسازها برای عملکرد صحیح باید دردماهای بسیار پائین، نزدیک به 80 درجه کلوین کارکنند، بنابراین قابل استفاده در دمای اتاق نیستند، درصورتی که از آشکارسازهای ساخته شده با استفاده از نقاط کوانتومی می توان به راحتی در دمای اتاق استفاده کرد.

2. استفاده ازنانولوله ها درتولید نانوحسگرها:

نانو لوله های کربنی تک دیواره و چند دیواره به علت داشتن خواص مکانیکی و الکترونیکی منحصر به فردشان کاربردهای متنوعی پیدا کردند که از جمله می توان به استفاده از آنها به عنوان حسگرهایی با دقت بسیار بالا برای تشخیص مواد در غلظتهای بسیار پائین و با سرعت بالا اشاره کرد.

به طورکلی کاربرد نانو لوله ها در حسگرها را می توان به دو دسته تقسیم کرد:

الف ) نانولوله های کربنی به عنوان حسگرهای شیمیایی:

این حسگرها می توانند دردمای اتاق غلظتهای بسیارکوچکی از مولکولهای گازی با حساسیت بسیاربالا را آشکارسازی کنند. حسگرهای شیمیایی شامل مجموعه ای از نانولوله های تک دیواره هستند و میتوانند مواد شیمیایی مانند دی اکسید نیتروژن ( NO2 ) وآمونیاک ( NH3 ) را آشکارکنند. هدایت الکتریکی یک نانولوله نیمه هادی تک دیواره که درمجاورت ppm200 از NO2 قرارداده می شود، می تواند در مدت چند ثانیه تا سه برابر افزایش یابد و به ازای اضافه کردن فقط 2% NH3 هدایت دو برابر خواهد شد. حسگرهای تهیه شده ازنانولوله های تک دیواره دارای حساسیت بالایی بوده ودردمای اتاق هم زمان واکنش سریعی دارند. این خصوصیات نتایج مهمی درکاربردهای تشخیصی دارند.

ب) نانولوله های کربنی به عنوان حسگرهای مکانیکی:

هنگامی که یک نانولوله توسط جسمی به سمت بالا یا پائین حرکت می کند، هدایت الکتریکی آن تغییر می یابد. این تغییر در هدایت الکتریکی، با تغییر شکل مکانیکی نانولوله کاملا ً متناسب است. این اندازه گیری به وضوح امکان استفاده از نانولوله ها را به عنوان حسگرهای مکانیکی نشان می دهد. یا می توان با استفاده از مواد واسط مانند پلیمرها در فاصله ی میان نانولوله های کربنی وسیستم، نانولوله های کربنی را برای ساخت بیوحسگرها توسعه داد. شبیه سازی های دینامیکی نشان می دهد که برخی پلیمرها مانند پلی اتیلن می توانند به صورت شیمیایی با نانولوله کربنی پیوند یابند. همچنین مولکول بنزن نیز می تواند به وسیله ی پیوندهای واندروالس روی نانولوله ی کربنی جذب شود. این تحقیقات کاربردهای بسیار متنوع و وسیع نانولوله ها ی کربنی را نشان می دهد. تحقیق دراین زمینه هنوزدرحال توسعه وپیشرفت است ومطمئنا ً درآینده ای نه چندان دور شاهد به کارگیری آنها درابزارها و صنایع مختلف خواهیم بود.

3.استفاده ازنانو ابزارها درتولید نانوحسگرها:

با استفاده از این حسگرها شناسایی مقادیر بسیار کم آلودگی شیمیایی یا ویروس و باکتری در سامانه ی کشاورزی وغذایی ممکن است. تحقیقات درزمینه ی نانوابزارها جزء پژوهشهای علمی به روز دنیاست.

نانو حسگرها و کنترل آلودگی هوا:

یکی از نیازهای مهم و اساسی در ارتباط با کنترل آلودگی محیط زیست، پایش مستمرآلودگی هواست. با استفاده از نانوحسگرها پیشرفت مؤثری در زمینه ی کنترل آلودگی هوا صورت گرفته است. یکی از این راهکارها اختراع غبارهای هوشمند می باشد. غبارهای هوشمند مجموعه ای از حسگرهای پیشرفته به صورت نانو رایانه های بسیارسبک هستند که به راحتی ساعتها درهوا معلق باقی می مانند. این ذرات بسیار ریز از سیلیکون ساخته می شوند و می توانند ازطریق بی سیم موجود درخود اطلاعات موجود در خود را به یک پایگاه مرکزی منتقل کنند. سرعت این انتقال حدود یک کیلوبایت در ثانیه است. هم چنین حسگرهایی از جنس نانولوله های تک لایه ساخته شده اند که می توانند مولکولهای گازهای سمی را جذب کنند و همچنین آنها قادر به شناسایی تعداد معدودی از گازهای مهلک موجود درمحیط هستند. محققان معتقدند این نانوحسگرها برای شناسایی گازهای بیوشیمیایی جنگی و آلاینده های هوا کاربرد خواهند داشت.

مبارزه با انتشار گازهای سمی:

انتشار و پخش گازهای مهلک و سمی یکی از خطرات روزمره زندگی صنعتی است. متأسفانه هشدار دهنده‌های موجود در صنعت اغلب بسیار دیر موفق به شناسائی این‌گونه گازهای نشتی می‌شوند. نانوحس‌گرها که از نانوتیوب‌های تک لایه به ضخامت حدود یک نانومتر ساخته شده‌اند و می‌توانند مولکول‌های گازهای سمی را جذب کنند. آنها هم‌چنین قادر به شناسائی تعداد معدودی از مولکول‌های گازهای مهلک در محیط هستند. محققان مدعی‌اند که این حس‌گرها برای شناسائی به هنگام گازهای بیوشیمیائی جنگی، آلاینده‌های هوا و حتی مولکول‌های آلی موجود در فضا کاربرد خواهند داشت.

جذابیت‌های نانوحسگرها

به طور صریح این قبیل مزایای نانوحسگرها باعث شده است که به عنوان فرصتی وسوسه‌انگیز برای بازار تلقی شوند. نانوحسگرها به طور ذاتی کوچک‌تر و حساس‌تر از سایر حسگرها می‌باشند. همچنین این ظرفیت را دارند که قیمت تمام شدة آنها کمتر از قیمت تمام‌شده حسگرهای موجود در بازار باشد.

برای مثال اگر قیمت حسگرهای صنعتی متداول امروزی، چند 10 هزار دلار باشند برای نانوحسگرهایی که بتوانند همان کار را انجام دهند به صورت نظری چند 10 دلار برآورد می‌شود. نانوحسگرها همچنین هزینه جاری را نیز کاهش می‌دهند؛ زیرا به طور ذاتی برق کمتری مصرف می‌کنند.

درنهایت از آنجایی که نانوحسگرها هزینه‌های خرید و اجرا را کاهش می‌دهند؛ ممکن است به‌کارگیری آنها به صورت آرایه‌ها و توده‌ها مقرون به صرفه باشد و همچنین بتوانند به شکل فراگیر و حتی اضافی در قطعات کاربرد پیدا کنند؛ به طوری‌که اگر یک نانوحسگر از کار بیفتد و از مدار خارج شود بتوان از آن صرف نظر کرد و ضریب امنیت در حد مطلوبی باقی بماند، زیرا تعداد زیادی نانوحسگر دیگر در سیستم می‌توانند کار آن را به عهده بگیرند.

در بخش نظامی و امنیت ملی نیز احتیاج به حسگرهای بسیار حساسی است که بتوانند به صورت گسترده توزیع شوند تا به کمک آنها بتوان تشعشعات و بیوسم‌های زیستی را مورد بررسی قرار داد. در زمینه پزشکی نیاز به حسگرهای بسیار حساسی به صورت آزمایشگاه‌هایی بر روی تراشه است که بتوانند کوچک‌ترین علائم نشان‌دهندة سرطان را شناسایی کنند. در صنایع هوافضا احتیاج به نانوحسگرهایی است که در بدنة هواپیماها به عنوان سیستم هشداردهنده ثابت قرار بگیرند و مشخص کنند که چه زمانی هواپیما احتیاج به تعمیرات دارد.

در صنایع اتومبیل می‌توان از نانوحسگرها برای مصرف بهینه سوخت استفاده کرد. همچنین در اتومبیل‌های گران‌قیمت می‌توان برای بهبود وضعیت صندلی و وضعیت کنترل‌های موجود به تناسب حالت‌های مختلف بدن، این نانوحسگرها را مورد استفاده قرار داد.

آینده نگری:

می توان انتظار داشت که در آینده با ترکیب محرک ها و نانوحسگرها بتوان مواد هوشمندی ساخت که در فرآیندهای تولید سیستم های پیچیده نقش های مهمی ایفا کرده و فناوری جدید دیگری را پایه ریزی کنند. گرچه موانعی مانند افزایش قیمت، اطمینان پذیری از تاثیر آنها و نیز اطمینان از کاربرد آنها در زمینه های صلح آمیز نیز باید از سر راه برداشته شوند.

محققان پژوهشگاه پلی تکنیک Rensselaer، روشی ساده و جدید برای تشخیص و ترمیم ترک‌های خطرناک و کوچک در بال‌های هواپیما و بسیاری از ساختارهای دیگر که از ترکیبات پلیمری ساخته شده‌اند، ابداع کرده‌اند.

این پژوهشگران با وارد کردن تدریجی نانولوله‌های کربنی رسانای الکتریسته به یک پلیمر و بررسی و ثبت مداوم مقاومت الکتریکی ساختار، توانستند مکان و طول ترک ناشی از فشار در یک ساختار مرکب را دقیقا شناسایی کنند.‌

مهندسان با تعیین محل ترک، یک جریان الکتریکی کوچک را برای گرم کردن نانولوله کربنی به این ناحیه می‌فرستند و در اثر ذوب شدن عامل بهبود دهنده- که در پلیمر جاسازی شده- ترک را با 70 درصد بازگشت استحکام اولیه ترمیم می کنند.

به گفته نیخیل کراتکار، استاد بخش مهندسی هسته‌ای، هوافضا و مکانیک پژوهشگاه Rensselaer، تشخیص و ترمیم آسیب ناشی از فرسودگی، کارایی و ایمنی اجزای ساختاری را در سیستم‌های مهندسی متنوع، تاحد قابل توجهی افزایش می‌دهد.

جزئیات این پروژه در مجله Applied Physics Letters به چاپ رسیده است.

گروه «کراتکار» با استفاده از اپوکسید معمولی ساختاری را ساختند که یک درصد از کل وزن آن را نانولوله کربنی چندجداره تشکیل می‌داد. آنها اپوکسید مایع را به طور مکانیکی مخلوط کردند تا مطمئن شوند نانولوله‌های کربنی ضمن اینکه در قالب خشک می شوند به‌طور مناسبی در تمامی ساختار پخش شده‌اند، همچنین سیم‌هایی را به صورت شبکه برای اندازه‌گیری مقاومت الکتریکی و کنترل ولتاژ اعمال شده به ساختار به درون آن وارد کردند. بدین‌ترتیب می‌توان با ارسال مقدار کمی الکتریسته به درون نانولوله‌های کربنی، مقاومت الکتریکی را بین دو نقطه دلخواه روی هر سیم اندازه‌گیری کرد، سپس ترک کوچکی در ساختار ایجاد کردند و مقاومت الکتریکی را بین نزدیک ترین نقاط اندازه‌گیری کردند.

از آنجایی که جریان الکتریکی برای رسیدن از نقطه‌ای به نقطه دیگر باید از اطراف ترک عبور کند، مقاومت الکتریکی افزایش می‌یابد. هر چه طول ترک بیشتر باشد مقاومت الکتریکی بین دو نقطه نیز بیشتر می شود.

«کراتکار»، مطمئن است که این روش برای ساختارهای بزرگ تر نیز موثر خواهد بود. از آنجایی که نانولوله‌ها در سراسر ساختا به طور همزمان و یکنواخت وجود دارند، این روش می تواند با اندازه‌گیری مقاومت الکتریکی و بدون نیاز به افزودن حسگرهای خارجی یا ابزارهای الکترونیکی گمراه کننده برای بررسی هر قسمت مورد استفاده قرار گیرد. این حسگرها درواقع جزء لازم ساختارند و اجازه بازنگری هر بخش از ساختار را می‌دهند.

با تشخیص ترک، می‌توان ولتاژ عبوری از سرتاسر نانولوله‌های کربنی را در نقطه خاصی در شبکه

افزایش داد.

این ولتاژ اضافی با تولید گرما، عامل ترمیم کننده را ذوب کرده، آن را با اپوکسی مخلوط می‌کند. این محققان نشان دادند که ساختارهای تعمیر شده، حدود 70 درصد استحکام ساختار اولیه (ساختار بدون ترک) را دوباره به‌دست می‌آورند و برای جلوگیری از بروز یک نقص ساختاری فاجعه‌آمیز با کامل به اندازه کافی مستحکم می‌شوند.

این روش، یکی از روش‌های موثر برای غلبه بر ترک‌های ریز و شکل غیرمعمولی از آسیب ساختاری، به نام لایه لایه شدن است. مطلب مهم درباره این کاربرد جدید این است که ما از نانولوله‌های کربنی نه تنها برای تشخیص ترک، بلکه برای ترمیم آن نیز استفاده می‌کنیم.

به گزارش ایسنا از ستاد ویژه توسعه فناوری نانو، این سیستم امکان بازنگری همزمان تمام ساختار را برای متصدی فراهم می‌کند و وجود ترک یا لایه لایه شدن را با تغییر در مقاومت الکتریکی در نقاط خاصی از ساختار آشکار می‌کند.

این سیستم به افزایش عمر، ایمنی و کم هزینه تر شدن ساختارهای پلیمری- که معمولا به جای فلزات در جاهایی که وزن یک عامل مهم است، استفاده می‌شود- کمک خواهد کرد.

اغلب مواد و محصولات مورد استفاده ی ما نیاز به پوشش دارند؛ چون نباید در طی مراحل تولید، بسته بندی، ورود به بازار و مهم‌تر از همه در موقع مصرف، خواص و ویژگی‌های خود را از دست بدهند. پوشش عبارت است از یک "لایه" با ضخامتی کمتر از ماده ی پایه. پوشش ها دارای کاربردهای متنوعی از صنایع اتومبیل گرفته تا صنایع لوزام خانگی هستند. این پوشش ها سطوحی را که در معرض آسیب های محیطی مانند باران، برف، نمک ها، رسوب های اسیدی، اشعه ماوراء بنفش، نور آفتاب و رطوبت می باشند را محافظت می نماید. از طرفی پوشش ها قابلیت خش برداشتن، تکه تکه شدن و یا آسیب دیدگی در زمان استفاده، ساخت و حمل و نقل را دارند. با یافتن راه هایی می توان از آسیب دیدن روکش ها جلوگیری کرد. فناوری نانو ایجاد نانو پوشش ها را پیشنهاد می کند.

در حقیقت نانوپوشش ها گونه ای از لایه های نازک هستند که یا ابعاد آن ها در حد نانو می باشد، و یا زمینه ای (سُل) دارند که ذرات ریز در ابعاد نانو در آن پراکنده شده اند و خواص ویژه ای را به آن می بخشند.

یکی از مواردی که در حال حاضر فناوری نانو در آن به طور گسترده و مؤثری مورد استفاده قرار گرفته است، فرآیندهای پوشش دهی و به دنبال آن تولید مواد نانوساختار است. بررسی های انجام گرفته بر روی نانوپوشش ها نشان می دهد که خواص آن ها در بسیاری موارد نسبت به پوشش های معمولی بهبود چشمگیری دارد. نانوپوشش ها در مقایسه با پوشش های میکرومتری از ضریب انبساط حرارتی، سختی و چقرمگی بالاتر و مقاومت بیشتر در برابر خوردگی، سایش و فرسایش برخوردار هستند.

تاکنون عمده تحقیقات انجام شده بر روی نانوپوشش ها مربوط به پوشش های با سختی بالا و فوق سخت(Super hard) است. پوشش های فوق سخت پوشش هایی هستند که سختی آن ها بیشتر از 40 گیگا پاسکال است.

انواع نانوپوشش ها

چهار گروه مهم از نانوپوشش ها عبارتند از:

1. پوشش های دانه ای (nano grade)

2. پوشش های شبکه ای و چند لایه ای (super lattic)

3. پوشش های لایه نازک (Thin films)

4. پوشش های نانوکامپوزیتی

در ادامه ضمن بررسی خواص هر یک از این پوشش ها به برخی کاربردهای آن ها اشاره می شود. 

1. پوشش های دانه ای

برای تولید پوشش های دانه ای از نانوذراتی استفاده می شود که ابعاد آن ها کمتر از 50 نانومتر باشد. با چسباندن نانوذرات روی یک ماده ی زمینه ما پوشش های دانه ای خواهیم داشت. نانوذراتی همچون دی اکسید تیتانیم، اکسید مس، اکسید روی و آلومینا از این دسته اند. به طور مثال از نانوذرات آلومینا با خلوص 99.5% و اندازه متوسط 36 نانومتر می توان در پوشش های مقاوم به خراشیدگی، پوشش های نیمه رسانا و پوشش های محافظ در برابر پرتو ماوراء بنفش استفاده کرد. به علاوه می توان ذرات آلومینا را بدون تغییر در ترکیب شیمیایی آن در رنگ های مختلف استفاده کرد. استفاده از پوشش دهی نانومتری موجب می شود که قطعات نیاز به رنگ مجدد نداشته باشند و علاوه بر آن، سبک تر و دارای طول عمر بیشتری باشند. شکل 1 استفاده از نانوپوشش ها را در رنگ بدنه ی خودرو نشان می دهد.

از نانوذرات آلومینا و تیتانا در پوشش دهی ادوات نظامی نیز استفاده می شود. استفاده از این نانوپوشش ها در ادوات دریایی، هزینه ها و صدمات ناشی از خوردگی را به شدت کاهش می دهد. همچنین با استفاده از نانوذارت اکسید روی، اکسید تیتانیوم و یا اکسید مس می توان لایه های محافظ در برابر پرتو ماوراء بنفش ایجاد نمود. از مزایای این پوشش ها مقاومت بالای آن ها در برابر ترک خوردگی و سایش است، ضمن آن که از شفافیت لازم برخوردار هستند.

با استفاده از الکترودهای نیکلی در خازن های چندلایه می توان در حجم کم، ظرفیت های بالا به دست آورد. تنها مشکل این الکترودها اکسید شدن آن ها در دمای بالا است. با پوشش دهی الکترودهای نیکلی توسط اکسیدهای پایداری نظیر BaTiO3، می توان این الکترودها را از اکسید شدن حفظ نمود. در این میان نکته قابل توجه آن است که این پوشش ها باید ضخامت نانومتری داشته باشند چرا که در غیر این صورت خواص دی الکتریک لایه را تحت تأثیر قرار می دهند. برای رسیدن به این ضخامت، پوشش BaTiO3 به روش سل – ژل بر روی الکترودهای نیکلی رسوب داده می شود.

2. پوشش های شبکه ای و چند لایه ای

این پوشش ها از هزاران لایه و هر لایه با ضخامتی در حدود 1 تا 5 نانومتر ساخته می شوند. هر لایه ساختار کریستالی خاصی دارد و از عناصر مختلفی نظیر نیکل، تیتانیم، وانادیم و آلومینیم ساخته می شوند. این پوشش ها بسیار متراکم بوده و چگالی بالایی دارند و به عنوان پوشش های چندلایه با دانسیته بالا نیز شناخته می شوند. استفاده از این نوع پوشش ها روی قطعات صنعتی باعث بهبود خواص فیزیکی و شیمیایی آن ها و همچنین دوام قطعات شده است. از مهمترین پوشش های شبکه ای می توان به پوشش های AlN/ZrN، CrN/AlN و TiN/CrN اشاره کرد.

3. پوشش های لایه نازک

پوشش های لایه نازک از لایه های متناوب با فازهای مختلف تشکیل شده اند. این لایه ها سختی و مدول الاستیک بالا و خواص سایشی خوبی دارند. دلیل افزایش سختی پوشش های نازک چندلایه، قرار گرفتن لایه های خیلی نازک با طول خط نابجایی متفاوت روی هم و در نتیجه نزدیک شدن استحکام به حد تئوری آن است. به دلیل متفاوت بودن طول خط نابجایی ها در هر لایه، نابجایی ها نمی توانند از یک لایه به لایه دیگر حرکت کنند چرا که طول خط نابجایی ها متفاوت است. همچنین لایه ها به قدری نازک هستند که منابع نابجایی به طور مستقل وارد عمل نمی شوند. بنابراین سختی این پوشش ها افزایش چشمگیری می یابد.

روش های مرسوم رسوب پوشش های لایه نازک شامل روش های رسوب فیزیکی بخار، رسوب شیمیایی بخار و رسوب الکتروشیمیایی هستند. روش دیگری که برای پوشش دهی لایه نازک استفاده می شود، روش لایه به لایه نام دارد. این روش بر اساس ایجاد چندلایه روی یک ماده ی زیرلایه استوار است. به طوری که هر دو لایه باردار و دارای بار الکتریکی مخالف هستند. این رسوب دهی به شکل متناوب انجام می شود تا اینکه ضخامت مورد نیاز حاصل گردد. در سال های اخیر این روش توجه زیادی را به خود جلب کرده است. این نوع پوشش دهی را برای قطعات هوایی و استخوان مصنوعی می توان به کار گرفت.

شمایی از روش تولید لایه نازک را در اینجا ببینید.

4. پوشش های نانوکامپوزیتی

در بین چهار نوع از پوشش های نانوساختار، پوشش های نانوکامپوزیتی بیشترین کاربرد را دارند، زیرا با استفاده از آن ها می توان خواص منحصر به فرد شیمیایی و فیزیکی را بر روی سطح قطعات ایجاد نمود. در این پوشش ها که از دو فاز زمینه و تقویت کننده تشکیل شده اند، فاز نانوکریستالی (تقویت کننده) در فاز آمورف (ماده ی زمینه) جاسازی شده است. فاز آمورف می تواند پوشش های شبه الماسی(Diamond like carbon) ، کربونتیرید یا برخی ترکیبات دیگر با سختی و مدول الاستیک مناسب باشد. به عنوان فاز تقویت کننده و نانوکریستالی نیز از AlN، TiN و Si3N4 می توان استفاده کرد. به عنوان مثال با جاسازی ذرات TiN با اندازه های 8 تا 11 نانومتر در پایه DLC می توان سختی در حدود 50 تا 70 گیگا پاسکال به دست آورد.

در این دسته از نانوپوشش ها اندازه ی فاز نانوکریستال و نحوه ی توزیع آن به درون فاز آمورف بسیار حائز اهمیت می باشد. هرچه اندازه مواد نانوکریستالی کاهش یابد، تشکیل نابجایی ها به تأخیر افتاده و تغییر شکل پلاستیکی کمتر رخ می دهد. توزیع ذرات نیز بایست به نحوی باشد که فاصله بین دو ذره نانوکریستالی در حدود نانومتر باشد. چنانچه این فاصله زیاد باشد باعث ایجاد ترک و گسترش آن در ماده زیرلایه می گردد. فاصله بیش از حد کم بین این ذرات نیز امکان ایجاد واکنش بین صفحات اتمی دانه های نانوکریستال را به وجود می آورد. لذا در طراحی و ساخت این پوشش های نانوکامپوزیتی، اندازه، درصد حجمی و توزیع این ذرات فاکتورهای مهمی هستند و تغییر هر یک از این موارد روی چقرمگی و سختی پوشش تأثیر خواهد گذاشت.روش های مختلفی برای پوشش دهی نانوکامپوزیت ها وجود دارد اما اغلب از روش کندوپاش مغناطیسی

(Magnetrun sputtering) ، پاشش حرارتی و رسوب شیمیایی بخار استفاده می شود.

سرعت رسوب دهی بالا و یکنواختی پوشش ایجاد شده در رسوب شیمیایی بخار از مزیت های این روش است. برای ایجاد این نوع پوشش ها اغلب از روش پاشش حرارتی و کندوپاش استفاده می شود، زیرا این روش ها در دماهای پایین قابل اجرا هستند. ضمن آن که بافت و اندازه دانه ها به وسیله این روش ها قابل کنترل است.

به وسیله روش پاشش حرارتی، می توان پوشش های سرامیکی تک فاز و پوشش های کامپوزیتی با زمینه سرامیکی را بر روی قطعات رسوب داد. یکی از این پوشش ها، پوشش مرکب Al2O3/13TiO2 است که در حال حاضر روی بدنه کشتی ها و زیر دریایی ها با این روش رسوب داده می شود. همان گونه که در شکل 2 مشاهده می کنید، در این روش یک گاز خنثی با دمای بسیار بالا، سبب ِ پاشش ِ ماده ی نانوساختار روی سطح مورد نظر می شود. و پس از سرد شدن ذرات پاشیده شده، پوشش های لایه ای روی سطح ایجاد می گردد.

یکی از کاربردی ترین و مولدترین زمینه ها در علوم محاسباتی، کاربرد آن در شاخه های علوم مولکولی و نانوفناوری است. این زمینه ها در کنار هم و در کنار علومی چون بیولوژی مولکولی ، ژنتیک مولکولی، فناوری اطلاعات و علوم شناختی ارکان انقلاب صنعتی-علمی را تشکیل می دهند. اشتراک بین این 4 رکن در آینده نزدیک ،به خلق فناوری همگرای فوق العاده ای منجر می شود که بوجود آمدن سیستم ها و ابزار و مواد هوشمندی را نوید می دهد؛ که ازپایین به بالا، اتم به اتم و مولکول به مولکول چیده شده و این در بر دارنده تمام کاراکترها، عملکردها و مکانیزم های پیچیده در سیستم های هوشمند زنده مانند حافظه، تعمیر خود به خود، تکثیربرنامه ریزی شده بی نقص، خود چیدمانی و خود سازماندهی می‌باشد.

همگرایی در مقیاس نانو رخ می دهد؛ جایی بنیادین که در آنجا بلوک های ساختمانی پایه، اعم از فیزیکی، بیلوژیکی و مواد هوشمند در کنار هم قرار می گیرند. نانوساختارها (یعنی اندازه ای بین 1 تا 100 نانومتر) چیده می شوند و قوانین میکروسکوپی چیدمان، ساختار قرارگیری زیر لایه ها را کنترل می کنند. در نهایت علوم محاسباتی و فناوری نانو با هم دانشی عالی را برای دستکاری و اصلاح ساختاری مواد در سطوح اتمی و هسته ای، بوجود آورده و چگونگی امکان کنترل کامل روی شکل گیری، عملکرد و خواص آنها را به عنوان مواد جدید هوشمند در اختیار ما می گذارند.  باکمک علوم نانو محاسبات اکنون می توانیم روی یک تک اتم در یک سیستم پیچیده مولکولی سوار شده  و به بررسی تعاملات ذرات آن بپردازیم، نظربه اینکه این سیستم نانومتری می تواند جامد، سیال، گاز، یک پروتئین DNA و یا یک ویروس باشد که در فاز خود از یک میکرو حالت به میکرو حالتی دیگر سویچ کرده و نتایج محاسباتی معنی داری را برای خواص قابل مشاهده بدست دهد.

مثال این آزمایش مفید در تصاویر زیر آمده؛ جایی که توزیع یک شکافت دینامیک در یک لایه اتمی به تصویر کشیده شده است.

رنگ ها نشان دهنده فشار در تراز مولکولی هستند بدین ترتیب که رنگ آبی کمترین و رنگ قرمز بیشترین فشار را نشان می دهد. موتورهای پروتئینی برائونی که از انواع آن می توان کینسین ها و میوسین ها(انتقال دهنده های غذا به داخل سلول های بدن) را نام برد و موتور چرخنده ATPase که برای سلول ها تولید سوخت ATP می کند ،جزسیستم هایی هستند که در چندین بخش دچار تغییر شده اند و بر اساس دینامیک لانژوین بهترین مثال برای کاربرد مدل سازی محاسباتی در سیستم های نانو بیولوژیکی هستند

در حال حاضر از ذرات نانو سیلیکا ( که یک نوع ماده معدنی شامل سیلیکونی و اکسیژن است) برای تولید رنگ های پوششی استفاده می شود که مزیت آنها الکترواستاتیک بودنشان است، در ضمن موجب پایداری و تقویت محصول نهایی نیز می شوند. این ذرات نخست در محلول رنگ به صورت شناور در آمده و سپس طی فرآیند خشک شدن با آرایش خاصی که به آن آرایش تقاطعی می گویند، به یکدیگر متصل می شوند. در نتیجه استفاده از ذرات نانو در رنگ های مختلف، پایداری آنها در مقابل آسیب پذیری، تقریباً چهار برابر زنگ های معمولی می شود. شرکت امریکایی «هایپریون» کاتالیست اینترنشنال» که در ایالت ویرجینیا واقع است و همواره در استفاده از نانوتکنولوژی پیشرو بوده است، به تازگی در ساخت خطوط انتقال سوخت ( که به طور معمول از جنس پلاستیک است) از نانوتیوپ ها به عنوان حلقه های اتصال دهنده استفاده کرده است. این تیوپ ها در واقع رشته های ظریفی از کربن است و مانع تجمع بارهای الکترونیکی اتومبیل صدمه وارد کند. در حال حاضر کاربردهای نانوتکنولوژی را در بسیاری از ابزارها مشاهده می کنیم. از قطعات و تجهیزات خودرو گرفته تا حسگرهایی که وظیفه شان کنترل میزان انحراف خودرو است، از پرده های محافظ در برابر نور آفتاب گرفته تا توپ های فوتبال و بسکتبال!

میزان فضایی که نانوتکنولوژی در بر می گیرد و اشغال می کند چیزی است حد فاصل مشخصه های جمعی مواد و آنچه در سطح اتم آن آماده اتفاق می افتد. تغییرات در اندازه ای در این حد باعث می شود که ویژگی های هر ماده ای دچار دگرگونی های کلی شده و با مشخصات اولیه خود به طور کلی تفاوت داشته باشد.» به طور مثال می توان به عنصر طلا اشاره کرد که در حالت عادی عنصری است که هیچ گونه واکنش پذیری ندارد، اما ذرات نانوی طلا (Nano Gold) فعال است و با استفاده از آنها می توان یک مبدل ارزشمند تولید کرد. مثال دیگر در این زمینه، عنصر کربن است. همان طور که می دانید الماس و گرافیت یا ذغال، اشکال ساخته شده این عنصر در حالت عادی هستند. اما علاوه بر اینها شکل شناخته شده دیگری از کربن وجود دارد که به آن «Bucky Ball» می گویند که تنها از اتم های کربن ساخته شده است و دارای فرمول شیمیایی 60 است. از ذرات نانوی این ماده شیمیایی در طراحی ساخت پانل های خورشیدی و داروهای ضدسرطان استفاده می شود.

به این ترتیب تنوع مواد کربنی درساخت پوشش های مختلف، به این مواد خواص استثنایی می بخشد. به طور مثال ماده ای به نام CDC وجود دارد که از کربن ساخته شده است. و نسبت به ساییدگی، فوق العاده مقاوم است و ویژگی های اصطکاک آن بسیار پایین است. این ماده هم اکنون به وسیله شرکت های خودروسازی امریکا و ژاپن به صورت گسترده در صنایع خودروسازی استفاده می شود. جالب اینکه می توان از حسگرهای نانو در تولید پارچه با دیگر مواد مشابه استفاده کرد و به این ترتیب آنها را هوشمند کرد تا بتوانند چنانچه تحت فشار یا استفاده غلط پاره شدند به کاربران خود اطلاعات انتقال دهند. این ویژگی در صنایع نظامی کاربردهای بسیار سودمندی دارد و در حال حاضر بر روی این طرح کار می شود. ضمن اینکه این حسگرهای نانو هم اکنون نیز می گویند. این بیوچیپس ها موجب می شوند سرعت تحقیق بر روی داروها افزایش یافته و پاسخی که از انجام آزمایش های خون به دست می آید، بسیار دقیق تر و سریع تر از روش های فعلی باشد. باید به این نکته هم توجه داشت از آنجای یکه ذرات نانو به اندازه ویروس ها هستند، می توانند به راحتی به درون سلول های زیستی رخنه کرده و احتمالاً اثرات مخربی هم به دنبال داشته باشند.

نانو روبات ها ذرات ریزی هستند که پیوسته در حال رشد و توسعه و تکثیرند. این مساله تنها یک تخیل علمی نیست، بلکه ایده آن از ترکیب دو واژه به وجود آمده است که عبارتند از قابلیت خودتکثیری و خودمونتاژی که ساختار پایه ای نانو روبات ها است. به گفته ریچارد ویلیامز محقق دانشگاه برکلی که در زمینه نانو روبات ها فعاللیت می کند، خودمونتاژی، طبیعت بسیاری از چیزها است. به طور نمونه سدیم و کلر را در کنار یکدیگر قرار دهید، ملاحظه خواهید کرد که با ترکیب شدن یا به عبارتی خودمونتاژ شدن، تشکیل کریستال می دهند. ضمن اینکه این نوع فناوری کاملاً قابل کنترل و کاربردی است.

نانوکریستال هایی که قابل جاسازی در مواد رسانای جریان الکتریستیه هستند، می توانند شرایط لازم را برای تولید برق از خورشید با هزینه بسیار مناسبی به وجود آورند. در این پلاستیک ها، مواد پلاستیکی بین الکترودها به صورت لایه لایه قرار داده می شود سپس با یک لایه نازک پوشیده می شوند و می توانند درصد بسیار بالایی از انرژی خورشید را جذب کنند.

معمولاً ایمنی یک ماده تحت تأثیر آرایش شیمیایی آن است. در حالی که مواد نانو اغلب با تغییر اندازه، تغییر می کنند. برای مثال محققان اعلام کرده اند ذرات نانو که در اثر تنفس وارد ریه می شوند، خطرناک تری از موادی هستند که اندازه شان بزرگ تر است. ضمن اینکه این تفاوت در میزان سمی بودن سطح نانون هم اتفاق می افتد. یعنی درجه سمی بودن می تواند از یک نانومتر شروع شده  تا دو هزار نانومتر افزایش یابد.

البته جنبه مثبت در این مورد هم قابل بررسی است، زیرا محققان دریافته اند که اگر ذرات نانو تجمعی به اندازه 5/1 میلیون داشته باشند، این توانایی را دارند تا باکتری هایی به نام «Escherichia» را از بین ببرند  به طور کلی نانو کریستال های فولورین (نوعی کربن خاص) آنتی بیوتیک های مفید و قدرتمندی هستند.