نانو تکنولوژی چرا در ناسا مورد توجه قرار دارد؟و.........
ناسا که بزرگ ترین و مجهز ترین مرکز تحقیقاتی هوا فضا و پژوهشی در جهان است که در کشور آمریکا قرار دارد به دلایل زیر تمامی پروژه‌های خود را معطوف به نانوتکنولوژی نموده است. زیر ساخت‌های پیشرفته کلید اعتماد جهت علوم جدید و ماموریت‌های اکتشافی می‌باشد. سنسورها، منبع تغذیه‌ها، مخابرات، راه داری و سیستم‌های رو به جلو با ابعاد مادون کوچک با جرم بسیار پایین و مصرف پایین در ناسا مورد نیاز است. انقلاب‌هایی که در الکترونیک و کامپیوتر انجام می‌گیرد اجازه می‌دهد که پیکر بندی مجدد، استقلال، تفکر را در فضا پیماهای جدید ایجاد نماییم. نانو تکنولوژی است که طیف گستردهای از ساخت قطعات و سیستم‌هایی را می‌تواند ادامه دهد که بتوانیم معماری جدید را در فضاپیماهای خود ارائه دهیم و کهکشان‌های جدید و فضا را در تسخیر در آوریم با تکنیک‌های زیر: پروب‌های بسیار کوچک بر روی سطح سیارات. وسایلی که می‌توانند جهش، پرواز و کانال بزنند. کلکسیونی از میکرو فضاپیماها که می‌توانند اندازه‌گیری‌های متفاوتی را ارائه دهند. گوشه‌ای از استفاده‌های نانو
استفاده‌های نانو تکنولوژی در حمل و نقل: نیروی بالا، وزن سبک جهت راندمآن بالا مصرف سوخت. سنسورهای دمای بسیار بالا جهت استفاده در زیر کاپوت ماشین. گسترش صفحات نمایش دهنده. تکنولوژی باطری. لاستیک‌هایی با مقاومت بسیار بالا. اتوبان‌های اتوماتیک. بدنهٔ ضدّ حرارت با روکش‌های بسیار مقاوم. امنیت دفاعی (سیستم‌های دفاعی): با حساسیت‌های بسیار بالا سنسورهای با توان پایین جهت شناسایی حمله‌های شیمیایی، بیو و هسته‌ای. طرح‌های نظامی با وزن‌های بسیار سبک، دارای سیستم‌های ایمنی و حفاظت سربازان، با کاهش سوخت وسایل لجستیکی. افزایش عملیات در واحد وزن.
موانع توسعهٔ فناوری نانو
مسائل زیست محیطی نوآوری‌های بزرگ، معمولا با خطرات زیست محیطی زیادی همراه‌اند. فناوری نانو نیز این چنین است. نانو ذرّات پخش شده، ممکن است وارد سلول‌های انسان شده و اثرات غیر قابل پیش بینی برای بدن ایجاد کنند. ممکن است نانو روبات‌ها ی خود آرا، از کنترل انسان خارج شده و جهان ما را به یک بلغم خاکستری تبدیل کنند. به خاطر همین دلایل است که برخی گروه‌های تندرو حامی محیط زیست، با تحقیقات در زمینهٔ فناوری نانو و فناوری‌های زیستی مخالف اند. با این حال، فناوری نانو به دلیل وجود خطرات بالقوه و احتمالی، متوقف نشده و نخواهد شد. از یک سو منافع حاصل از این فناوری زیاد است به حدی که اقتصاد و جامعه توان مقاومت در برابر آن را ندارند. در عصر رقابت جهانی، تأخیر در انجام تحقیقات، هزینه‌های سنگینی را برای اقتصاد یک کشور به همراه خواهد داشت. از دیگر سو، تاریخ به ما نشان داده است که تحت راهنمایی‌های مناسب دولت، فناوری‌های پیشرفت زیست محیطی برای کنترل و جلوگیری از خطرات ایجاد شده اوسط فناوری‌های نو، به دست می‌آید. چاره این مشکل این نیست که همانند خواستهٔ مخالفان تندرو، مسیر تکاملی فناوری را متوقف سازیم بلکه باید مکانیسمی متعادل برای تشویق و کنترل این تکامل ایجاد کنیم. درست است که در حال حاضر، با خطرات مواد زاید نانو مقیاس تهدید می‌شویم، اما نباید فراموش کنیم که ابزار حمایتی و درمانی قدرتمند نانو مقیاس را نیز در اختیار داریم. ما باید اثرات فناوری‌های جدید بر محیط زیست را به طور کامل درک کرده و تصمیمات مناسبی برای مواجهه با این خطرات اتّخاذ کنیم. با این حال، تحت مدیریت خوب، از زندگی متعادل در سطحی بالاتر لذّت می‌بریم. مسائل امنیتی با وجود نانو کارخانه‌های شخصی که می‌توانند تقریبا هر خواستهٔ انسان را با قیمت بسیار پایین و به هر تعداد لازم، تولید کند ممکن است زندگی روزمرهٔ اجتماعی با خطراتی بزرگتر از ویروس‌های رایانه‌ای و یا هکرهای اینترنتی مواجه شود. یک همسایه بد، می‌تواند زندگی هر کسی را خراب کند. گروه‌های تروریستی یا کشورهای کوچک، می‌توانند سلاح‌های بسیار پیشرفتهای تولید کنند تا دنیا را در اختیار بگیرند. این امکان، می‌تواند منجربه مسابقه‌ای تسلیحاتی شود که بسیار ناپایدار تر از مسابقهٔ تسلیحاتی هسته‌ای است، زیرا توسعهٔ این سلاح‌ها، ارزان تر و سریع تر بوده و پنهان کردن آنها نیز آسان تر است. جنایتکاران می‌توانند ابزار بسیار کوچک و هوشمندی برای جاسوسی فرستاده و زندگی شما را تیره سازند، مگر اینکه برای حفاظت از خود پولی به آنها بپردازید. با این حال، فناوری نانو در عین حال مسائل سیاسی را بهبود می‌بخشد. نانو حسگرهایی که می‌توانند حتی مولکول‌ها را نیز تشخیص دهند. همه جا نصب می‌شوند. سیستم‌های بیومتری پیشرفته می‌توانند یک تروریست مظنون را بلافاصله شناسایی کنند. نانو فیلترها، تمام ذرّات مضر آب را تصفیه می‌کنند. بدنهٔ خودروها که از نانو مواد ساخته خواهند شد، محکم تر بوده و در برابر آسیب‌های شیمیایی و حرارتی بسیار مقاومتر خواهند بود. مسائل اشتغال شکی نیست که با توسعهٔ فناوری نانو، مسائل مربوط به اشتغال به میزان زیادی تغییر خواهد کرد. نانو کارخانه‌های بسیار یکپارچه که ظرفیت تولیدی برابر با یک کارخانهٔ دارای پانصد نیروی کار دارند، برای کنترل خود تنها به یک نفر نیاز خواهد داشت. صنعت موادّ اولیه با حمله‌ای کشنده مواجه خواهد شد. فناوری نانو تولید کنندگان خودرو را قادر ساخت تا تقریبا هر مادّه‌ای را که نیاز دارند، خودشان طراحی و تولید کنند. صنعت انرژی نیز به طور کامل تغییر خواهد کرد. مثلا، انرژی احیا کننده که وابسته به مواد و فناوری است، بالاخره جایگزین صنعت نفت خواهد شد. از سوی دیگر، موقعیت‌های شغلی در زمینهٔ فناوری و خدمات افزایش خواهند یافت، زیرا سیستم‌های کاملا یکپارچه و شبکه‌ای، نیاز بیشتری به نگهداری و نوآوری خواهند داشت. با این حال میزان افزایش کارکنانی که از مغز خود بهره می‌گیرند، به اندازهٔ کاهش نیروی کار معمول نخواهد بود. تخمین زده می‌شود تا سال دو هزار و بیست نرخ بیکاری در کشورهای صنعتی به چهل درصد برسد.
ضرورت بکارگیری فناوری نانو در علوم کشاورزی و صنایع غذایی
طبق آخرین گزارش سازمان ملل متحد، حدود ۸۰۰ میلیون نفر از جمعیت جهان دچار فقر غذایی هستند، شمار افراد قرار گرفته در زیر خط فقر (از نظر تامین انرژی مورد نیاز روزانهٔ بدن) روز به روز در حال افزایش است.
جدید ترین پیش بینی‌ها حاکی از آن است که این آمار تا سال ۲۰۲۰ میلادی به رقمی بالغ بر یک میلیارد نفر خواهد رسید و این بدان معنا ست که حفظ نوع بشر در بلند مدت و نجات خیل عظیم انسان‌ها از خطر گرسنگی، نیازمند توجه ویژهٔ متخصصان و سیاست مداران امروز جهان به توسعهٔ پایدار و همه‌جانبهٔ صنعت کشاورزی است.
همان طور که می دانید ورود نسل اول فناوری‌ها به عرصهٔ کشاورزی، در چند دههٔ گذشته منجر به وقوع انقلاب سبز و گذر از کشاورزی سنتی به کشاورزی صنعتی گردید، در این دوره افزایش چشمگیری در کیفیت و کمیت محصولات کشاورزی صورت گرفت که البته در کنار آن استفادهٔ بی‌رویه از منابع مشکلاتی را نیز در پی داشت.
اکنون با گذشت سالها از وقوع انقلاب سبز و کاهش مجدد نسبت رشد تولیدات کشاورزی به جمعیت جهان، لزوم به کارگیری فناوری‌های جدید در صنعت کشاورزی پیش از هر زمان دیگری آشکار است.
در این بین فناوری نانو به عنوان یک فناوری بین رشته‌ای و پیشتاز رفع مشکلات و کمبودها در بسیاری از عرصه‌های علمی و صنعتی، به خوبی جایگاه خود را در علوم کشاورزی و صنایع وابسته آن به اثبات رسانیده است. فناوری نانو کاربردهای وسیعی در همه مراحل تولید، فراوری، نگهداری، بسته بندی و انتقال تولیدات کشاورزی دارد.
ورود فناوری نانو به صنعت کشاورزی و صنایع غذایی متضمن افزایش میزان تولیدات و کیفیت آنها، در کنار حفظ محیط زیست و منابع کرهٔ زمین می‌باشد. در ادامه نگاهی دقیق تر به کاربردهای گستردهٔ فناوری نانو در هریک از زیر شاخه‌های صنعت کشاورزی داریم.
کاربردهای نانو در زراعت:
کشاورزی دقیق
- بطور کلی کشاورزی دقیق یک نوع نگرش جدید در مدیریت مزرعه است. امروزه با استفاده از نانو سنسورها مشخص می‌شود که هر قسمت کوچک از مزرعه به چه میزان عناصر غذائی و سم نیاز دارد و بدین وسیله از آلودگی محیط زیست جلوگیری‌کرده، سلامت محصولات و افزایش بازده اقتصادی راممکن می‌سازد. نانو سنسورها می‌توانند با کنترل دقیق وگزارش دهی به موقع نیازهای گیاهان به مرکز پردازش اطلاعات سیستم را در نگهداری محصولات یاری نماید.
- ایجاد گلخانه‌های کم‌هزینه‌تر با هدف صرفه‌جویی در مصرف انرژی و دوام بیشتر در برابر رطوبت
ساختارهای نانویی می‌توانند گلخانه‌هایی در حجم کم اما انبوه پدید آورند که تقریباً با اندازه‌ای برابر ۱۰ درصد کل مزارع زیر کشت در حال حاضر، می‌توانند جمعیت کنونی جهان را تغذیه نمایند. در این صورت میلیونها هکتار از زمین‌های کشاورزی به محیط‌های طبیعی برای سکونت حیوانات در سراسر جهان باز گردانده می‌شوند.
کاربردهای نانو در اصلاح نباتات:
- انتقال ژن‌های مورد نظر به سلول‌های گیاهی با استفاده از نانومواد
در این روش از سامانهٔ رسانش نانوذرات طلای پوشیده با DNA یا RNA بداخل سلول استفاده می‌شود.
- ساخت ابزارهای جدید برای بیولوژی سلولی و مولکولی
این ابزارها جهت تعیین مولکولهای خاص، شناسایی و جداسازی آنها استفاده می‌شوند و کاربری بسیاری دارند که از این بین می‌توان به موارد زیر اشاره کرد؛
تکنولوژی و علم تولید مثل، اصلاح نژاد حیوانات و گیاهان، تبدیل ضایعات به انرژی و محصولات جانبی مفید و علم و تکنولوژی کودسازی
اصلاح بذر به شیوه اتمی
کاربردهای نانو در تولید سموم و کودهای موثر و کم خطر:
ذرات سموم کشاورزی به وسیله عواملی از قبیل باد، وارد هوا شده و با ورود به سیستم تنفسی انسان، آن را در معرض انواع بیماری‌های استنشاقی قرار می‌دهد، تحولات نانوفناوری، با افزایش میزان سوددهی و کاهش عوارض سموم کشاورزی، معضلات ناشی از این سموم را رفع می‌کند و آنها را به محصولاتی کاملاً مفید تبدیل می‌کند.
- تولید سموم و کودهای شیمیایی با استفاده از نانوذرات و نانوکپسول‌ها
این نسل از سموم و کودها قابلیت رهایش کنترل شده یا تاخیری، جذب و تاثیرگذاری بیشتر و سازگاری با محیط زیست را دارا هستند.
- تولید کریستالهای نانویی جهت افزایش کارایی استفاده از آفت‌کش‌ها
استفاده از کریستالهای نانویی امکان کاربرد آفت‌کش‌ها با دُزهای کمتر را فراهم می‌آورد و این یعنی به حداقل رساندن ورود این ترکیبات خطرناک به طبیعت.
-تولید نانوکودها (Nanofertilizers)
این ترکیبات نانویی به سرعت و به صورت کامل جذب گیاه شده و به خوبی نیازها و کمبودهای غذایی آن را مرتفع می‌سازد.
کاربردهای نانو در گیاه پزشکی:
- کنترل فعالیت‌های اجزای سلولی گیاهان بدون آسیب رسانی به آنها
شیوه‌های کنونی برای بررسی سلول‌ها بسیار ابتدایی است و دانشمندان برای شناخت آنچه که در سلول اتفاق می‌افتد ناگریزند سلول‌ها را از هم بشکافند و در این حال بسیاری از اطلاعات مهم مربوط به سیالهای درون سلول یا ارگانهای موجود در آن از بین می‌رود. پیشرفتهای نانوفناوری بطور خاص مطالعات بنیادی زیست‌شناسی را تقویت خواهد کرد.
محققان امیدوارند در آینده‌ای نه چندان دور با استفاده از نانوفناوری موفق شوند فعالیت اجزای هر سلول را تحت کنترل خود در آورند.
هم اکنون گام‌های بلندی در این زمینه برداشته شده، به عنوان نمونه دانشمندان می‌توانند فعالیت را در درون سلول کنترل کنند. پروتئین‌ها و مولکول D.N.A
- حسگرهای هوشمند و سیستم‌های حمل هوشمند به منظور ردیابی و مبارزهٔ سریع و مفید با ویروس‌ها و سایر عوامل بیماریزا گیاهی به کار می‌روند.
- تیمار مولکولی بیماریها، ردیابی سریع بیماریها، افزایش توانمندی گیاهان برای جذب مواد مورد نیاز
کاربردهای نانو در تصفیهٔ آب و ادوات آبیاری:
- نمک زدایی و تصفیهٔ اقتصادی تر آبها جهت شرب و کشاورزی
سازمان ملل پیش بینی کرده که در سال ۲۰۲۵ میلادی، ۴۸ کشور جهان (معادل ۳۲٪ جمعیت جهان) دچار کمبود آب آشامیدنی و کشاورزی می‌شوند، تخلیص و نمک زدایی آب به کمک نانوفنhttp://fa.wikibooks.org/skins-1.5/common/images/fa/button_headline.pngاوری از زمینه‌های مورد توجه در دفاع پیشگیرانه و امنیت زیست محیطی است.
سامانه‌های نانویی طراحی شده می‌توانند آب دریا را با صرف انرژی ۱۰ برابر کمتر از دستگاه اسمز معکوس، و ۱۰۰ برابر کمتر از دستگاه تقطیر، نمک زدایی کنند.
استقاده از نانو ذرات و نانوفیلترها امکان تصفیه و بهسازی آب را با سرعت و دقت بیشتر فراهم می‌کند همچنین استفاده از نانو فیلترها در حذف آلودگیهای میکروبی آب (Bioremediation) کاربری گستردهای دارد.
- بی خطر ساختن مواد آلاینده آب و خاک و قابلیت بازیافت آنها
- ساخت سوپر جاذبهای آب از پلیمرها و مواد کامپوزیت
این مواد به منظور ذخیره و حفظ رطوبت بیشتر در خاک طراحی گردیده‌اند و استفاده از آنها به ویژه در مناطق خشک و کم آب در افزایش میزان عملکرد بسیار مفید خواهد بود.
- ساخت مواد پوششی جدید و کارا برای پوشش درون لوله‌های فلزی
این مواد پوششی به منظور جلوگیری از خوردگی ناشی از سیالات و کاهش زبری جداره لوله‌ها به کار می‌روند.
- بکار گیری پلیمرهاو مواد کامپوزیت برای تولید انواع قطره چکان
قطره چکان‌های ساخته شده با این مواد قابلیت تنظیم دقیق فشار آب را دارند همچنین به واسطهٔ نوع مواد اولیهٔ مورد استفاده این قطره چکان‌ها نسبت به نفوذ ریشه گیاه مقاوم هستند.
دست یافته‌های نانو تکنولوژی در آینده
در یک دورهٔ کوتاه مدّت حداکثر تا ۵ سال آینده: خرده نانو شامل صنعت خودرو سازی (بدنه، قالب گیری، کمربندهای زمان دار، موتورها، روکش‌ها و ...) صنایع بسته بندی. صنایع خانگی. صفحه نمایش‌های کاملا صاف. روکش‌ها (رنگ آمیزی). ابزارها. دست یافته‌های نانو تکنولوژی در آینده: حداکثر ۵ تا ۱۰ سال آینده: قطعات حافظه. سلول‌های سوختی، باتری‌ها. بایو سنسورها قطعات بیومدیکالی (شیمی پزشکی) گسترش در ردیف کردن ژن. گسترش درکاهش دادن ژن. دست یافت‌های نانو تکنولوژی در آینده: حداکثر تا ۱۵ سال آینده: نانو الکترونیک. الکترونیک مولکولی. استفادهٔ متداول در ترکیبات جدید در صنایع هوا فضا، خودرو سازی (که این مورد صنایع امروزه را که توانایی گسترش و استفاده از این علوم را نداشته باشند کاملا نابود می‌سازد .) خیلی از چیزهای دیگر که دیگر به فکر ما خطور نمی‌کند.
نانو در صنعت لاستیک
تاکنون در دنیا در صنایع پلیمری تحقیقات بسیار زیادی انجام شده است. از جمله آنها تحقیقات در زمینه فناوری نانو در صنعت لاستیک است. موارد استفاده از فناوری نانو اعم از نانوفیلرها و نانوکامپوزیت است که به لاستیکها خواص ویژه‌ای می‌دهد. بازار نانوکامپوزیت در ۲۰۰۵ به میزان ۲۰۰ بیلیون یورو و در سال ۲۰۱۵ بر اساس آمارBSF به میزان ۱۲۰۰ بیلیون یورو پیش بینی شده است. در سال ۲۰۰۲ کشوری مثل ژاپن ۱۵۰۰ میلیون یورو در تحقیقات در زمینه فناوری نانو صرف کرده است. تحقیقات در زمینه فناوری نانو را بدون شک نمی‌توانیم رها کنیم. اکثر کشورهای دنیا تحقیقات و فعالیت در زمینه نانو را شروع کرده است، به عنوان مثال کشور هند تولید نانوکامپوزیت SBR را شروع کرده است. همچنین صنایع خودرو در دنیا به سمت استفاده از نانو) PP نانوپلی پروپیلن (سوق پیدا کرده است و علت اصلی آن خواص مناسب از جمله سبکی، مقاومت حرارتی و مقاومت ضربه اینگونه مواد است. بنابراین رسیدن به خواص مطلوب ضرورت توجه به آن را بیش از هرچیز دیگر برای ما نمایان می‌سازد.
۲- مقدمه (کاربردهای فناوری نانو در صنعت لاستیک): با توجه به تحقیقات به عمل آمده چهار ماده نانومتری هستند که کاربرد فراوانی در صنعت لاستیک سازی پیدا کرده‌اند. چهار ماده موردنظر عبارتنداز: اکسیدروی نانومتری(NanoZnO)، نانوکربنات کلسیم، الماس نانومتری، ذرات نانومتری خاک رس. با اضافه کردن این مواد به ترکیبات لاستیک، به دلیل پیوندهایی که در مقیاس اتمی بین این مواد و ترکیبات لاستیک صورت می‌گیرد، علاوه بر این که خواص فیزیکی آنها بهبود می‌یابد، می‌توان به افزایش مقاومت سایش، افزایش استحکام، بهبود خاصیت مکانیکی، افزایش حد پارگی و حد شکستگی اشاره کرد. در زیبایی ظاهری لاستیک نیز تاثیر گذاشته و باعث لطافت، همواری، صافی و ظرافت شکل ظاهری لاستیک می‌گردد. همه اینها به نوبه خود باعث می‌شود که محصولات نهایی، مرغوبتر، با کیفیت بالا، زیبایی و در نهایت بازارپسند باشند و توانایی رقابت در بازارهای داخلی و جهانی را داشته باشند.
۳- کاربرد اکسیدروی نانومتری (NanoZnO) درلاستیک: اکسیدروی نانومتری مادهای غیرآلی و فعال است که کاربرد گستردهای در صنعت لاستیک سازی دارد. کوچکی کریستالها و خاصیت غیرچسبندگی آنها باعث شده که اکسیدروی نانومتری به صورت پودرهای زردرنگ کروی و متخلخل باشد. از خصوصیات استفاده از این تکنولوژی در صنعت لاستیک، می‌توان به پایین آمدن هزینه‌ها، بازدهی بالا، ولکانیزاسیون(Volcanization) خیلی سریع و هوشمند و دامنه دمایی گسترده اشاره کرد. اثرات سطحی و فعالیت بالای اکسیدروی نانومتری ناشی از اندازة بسیار کوچک، سطح موثر خیلی زیاد وکشسانی خوب آن است. استفاده از اکسید روی نانومتری در لاستیک باعث بهبود خواص آن می‌شود از جمله می‌توان به زیبایی و ظرافت بخشیدن به آن، صافی و همواری شکل ظاهری، افزایش استحکام مکانیکی لاستیک، افزایش مقاومت سایشی (خاصیت ضد اصطکاکی و سایش)، پایداری دمایی بالا، طول عمر زیاد و همچنین افزایش حد پارگی ترکیبات لاستیک اشاره کرد که همگی اینها بصورت تجربی ثابت شده است. براساس نتایج بدست آمده می‌توان نتیجه گرفت بهبود یافتن خواص فیزیکی لاستیک در اثر اضافه شدن ZnO ناشی از پیوند ساختار نانومتری اکسید روی با مولکولهای لاستیک است که در مقیاس اتمی صورت می‌گیرد. اکسید روی نانومتری در مقایسه با اکسید روی معمولی دارای اندازة بسیار کوچک ولی در عوض دارای سطح موثر بسیار زیادی می‌باشد. از لحاظ شیمیایی بسیار فعال و همچنین به دلیل اینکه پیوندهای بین اکسیدروی نانومتری و لاستیک در مقیاس مولکولی انجام می‌گیرد، استفاده از اکسیدروی نانومتری خواص فیزیکی و خواص مکانیکی از قبیل حد پارگی، مقاومت سایشی و ... ترکیبات لاستیک را بهبود می‌بخشد.
۴- کاربرد نانوکربنات کلسیم در لاستیک: نانوکربنات کلسیم به طور گستردهای در صنایع لاسیتک به کار می‌رود، زیرا اثرات خیلی خوبی نسبت به کربنات معمولی بر روی خواص و کیفیت لاستیک دارد. استفاده از نانوکربنات کلسیم در صنایع لاستیک باعث بهبود کیفیت و خواص ترکیبات لاستیک می‌شود. از جمله مزایای استفاده از نانوکربنات کلسیم می‌توان به توانایی تولید در مقیاس زیاد، افزایش استحکام لاستیک، بهبود بخشیدن خواص مکانیکی) افزایش استحکام مکانیکی) و انعطاف‌پذیر شدن ترکیبات لاستیک اشاره کرد. همچنین علاوه بر بهبود خواص فیزیکی، ترکیبات لاستیک در شکل ظاهری آنها نیز تاثیر می‌گذارد و به آنها زیبایی و ظرافت می‌بخشد که این خود در مرغوبیت کالا و بازارپسند بودن آن تاثیر بسزایی دارد. نانوکربنات کلسیم سبک بیشتر در پلاستیک و پوشش دهی لاستیک به کار می‌رود. برای به دست آوردن مزایای ذکر شده، نانوکربنات کلسیم به لاستیکهای طبیعی و مصنوعی از قبیلNP، EPDM ،SBS ،BR ،SBR اضافه می‌گردد. نتایج به دست آمده نشان می‌دهد که استحکام لاستیک بسیار بالا می‌رود. استحکام بخشی نانوکربنات کلسیم برخواسته از پیچیدگی فیزیکی ناشی از پیوستگی در پلیمرهای آن و واکنشهای شیمیایی ناشی از سطح تعمیم یافته آن است. نانوکربنات کلسیم سختی لاستیک و حد گسیختگی پلیمرهای لاستیک را افزایش داده و حداکثر توانی که لاستیک می‌تواند تحمل کند تا پاره شود را بهبود می‌بخشد. همچنین مقاومت لاستیک را در برابر سایش افزایش می‌دهد. به کار بردن نانوکربنات کلسیم هزینه‌ها را پایین می‌آورد و سود زیادی را به همراه دارد و همچنین باعث به روز شدن تکنولوژی و توانائی رقابت در عرصه جهانی می‌گردد. به طور کلی نانوکربنات کلسیم در موارد زیادی به طور کلی یا جرئی به ترکیبات لاستیک جهت افزایش استحکام آنها افزوده می‌شود.
۵- کاربرد ساختارهای نانومتری الماس در لاستیک: الماس نانومتری به طور گستردهای در کامپوزیت‌ها و از جمله لاستیک در مواد ضد اصطکاک، مواد لیزکننده به کار می‌رود. این ساختارهای نانومتری الماس از روش احتراق تولید می‌شوند که دارای خواص برجسته‌ای هستند از جمله می‌توان به موارد زیر اشاره کرد: ۱) ساختار کریستالی (بلوری) ۲) سطح شیمیایی کاملا ناپایدار ۳) شکل کاملا کروی ۴) ساختمان شیمیایی بسیار محکم ۵) فعالیت جذب سطحی بسیار بالا در روسیه، الماس نانومتری با درصدهای مختلف به لاستیک طبیعی، Poly Soprene Rubber و FluorineRubber برای ساخت لاستیک‌هایی که در صنعت کاربرد دارند از قبیل کاربرد در تایر اتومبیل، لوله‌های انتقال آب و ... مورد استفاده قرار می‌گیرد. نتایج به دست آمده نشان می‌دهد که با اضافه کردن ساختارهای نانومتری الماس به لاستیکها خواص آنها به شکل قابل توجهی بهبود می‌یابد از جمله می‌توان به: ۱) ۴ الی ۵ برابر شدن خاصیت انعطاف‌پذیری لاستیک ۲) افزیش ۲ الی ۵/۲ برابری درجه استحکام ۳) افزایش حد شکستگی تا حدود 2 Kg/cm700-۶۲۰ ۴) ۳ برابر شدن قدرت بریده شدن آنها و همچنین به اندازة خیلی زیادی خاصیت ضدپارگی آنها در دمای بالا و پایین بهبود می‌یابد.
۶- کاربرد ذرات نانومتری خاک رس در لاستیک: یکی از مواد نانومتری که کاربردهای تجاری گستردهای در صنعت لاستیک پیدا کرده است و اکنون شرکت‌های بزرگ لاستیک سازی بطور گستردهای از آن در محصولات خود استفاده می‌کنند، ذرات نانومتری خاک رس است که با افزودن آن به لاستیک خواص آن بطور قابل ملاحظه‌ای بهبود پیدا می‌کند که از جمله می‌توان به موارد زیر اشاره کرد: ۱) افزایش مقاومت لاستیک در برابر سایش ۲) افزایش استحکام مکانیکی ۳) افزایش مقاومت گرمایی ۴) کاهش قابلیت اشتعال ۵) بهبود بخشیدن اعوجاج گرمایی
۷- ایده‌های مطرح شده: ۱-۷) افزایش دمای اشتعال لاستیک: تهیه نانوکامپوزیت الاستومرها از جملهSBR مقاوم، به عنوان مواد پایه در لاستیک سبب بهبود برخی خواص از جمله افزایش دمای اشتعال و استحکام مکانیکی بالامی شود و دلیل اصلی آن حذف مقدار زیادی از دوده است. ۲-۷) کاهش وزن لاستیک: تهیه و بهینه‌سازی نانوکامپوزیت الاستومرها با وزن کم از طریق جایگزین کردن این مواد با دوده در لاستیک، امکان حذف درصد قابل توجهی دوده توسط درصد بسیار کم از نانوفیلر وجود دارد. بطوریکه افزودن حدود ۳ تا ۵ درصد نانوفیلر می‌تواند استحکام مکانیکی معادل ۴۰ تا ۴۵ درصد دوده را ایجاد کند. بنابراین با افزودن ۳ تا ۵ درصد نانوفیلر به لاستیک، وزن آن به مقدار قابل توجهی کاهش می‌یابد. ۳-۷) افزایش مقاومت در مقابل نفوذپذیری گاز: نانوکامپوزیت الاستومرها بویژه EPDM بدلیل دارا بودن ضریب عبوردهی کم نسبت به گازها بویژه هوا می‌توانند در پوشش داخلی تایر و تیوبها مورد استفاده قرار می‌گیرد. زیرا یکی از ویژگیهای نانوکامپوزیت EPDM مقاومت بسیار بالای آن در برابر نفوذ و عبور گازها می‌باشد. بنابراین این نانوکامپوزیت‌ها می‌تواند جایگزین مواد امروزی گردد. همچنین این نانوکامپوزیت‌ها از جمله الاستومرهایی است که می‌تواند در آلیاژهای مختلف با ترموپلاستیکها کاربردهای وسیعی را در صنعت خوردو داشته باشد. ۴-۷) قطعات لاستیکی خودرو: نانوکامپوزیت ترموپلاست الاستومرها می‌تواند به عنوان یک ماده پرمصرف در صنایع ساخت و تولید قطعات خوردو بکار رود. از ویژگیهای این مواد، بالا بودن مدول بالا، مقاومت حرارتی، پایداری ابعاد، وزن کم، مقاومت شعله می‌باشد. لذا نانوکامپوزیت ترموپلاستیک الاستومرهای پایهEPDM و PP می‌توانند تحول چشمگیری را در ساخت قطعات خوردو ایجاد نماید. ۵-۷) افزایش مقاومت سایشی لاستیک: استفاده از نانوسیلیکا و نانواکسیدروی در ترکیبات تایر سبب تحول عظیمی در صنعت لاستیک می‌شود. بطوریکه با افزودن این مواد به لاستیک علاوه بر خواصی ویژه‌ای که این مواد به لاستیک می‌دهند، امکان افزایش مقاومت سایشی این لاستیکها وجود دارد. ۶-۷) نسبت وزن تایر به عمر آن: با افزودن میزان مصرف یکی از نانوفیلرها می‌توان مصرف دوده را پایین آورد. به عبارت دیگر اگر وزن تایر کم شود، عمر لاستیک افزایش می‌یابد. بنابراین جهت بالا بردن عمرلاستیک کافی است با افزودن یک سری مواد نانومتری به لاستیک عمر آن را افزایش داد.
- شرکتهایی که در زمینه مواد نانومتری و صنعت لاستیک کار می‌کنند:
شرکت Shanxi Four Nano Technology Co.ltd فعالیت در زمینه تولید اکسید روی نانومتری جهت کاربرد در صنعت لاستیک سازی بخصوص لاستیک کامیون فعالیت می‌کند. کشور چین آدرس اینترنتی http://www.fhnm.com/english/jhs.htm
شرکت Good year فعالیت این شرکت یکی از بزرگترین شرکت‌های تولیدکنندة لاستیک در آلمان می‌باشد که از ذرات نانومتری دوده (Carbon black) در لاستیک استفاده می‌کند. کشور آلمان آدرس اینترنتی www.goodyear.com
شرکت FCCINC فعالیت این شرکت یک خط ذرات نانومتری خاک رس جهت تزریق به پلیمرهای لاستیک ایجاد کرده است. کشور چین آدرس اینترنتی Former Rockwood Additives - BYK Additives & Instruments
نانو تیوپهای (نانو تیوب) کربنی
یکی از اکتشافات بزرگ مربوط به Nanotechnology، کشف Nanotube است. نانو تیوبها صفحاتی از اتمهای کربن هستند که درون قسمتی غلطک مانند حرکت می‌کنند ودر ظاهر شبیه توریهای سیمی هستند که بر روی یک سمت آنها پوششی قرار گرفته باشد. Carbon Nanotube لوله کربنی تو خالی است. نانو تیوبهای کربنی از منابع کربنی مانند گرافیت یا گازهای هیدروکربنی بوسیله روشهایی مانند تخلیه الکتریکی، TCVD و Laserr ablation ساخته می‌شوند. این مواد به علت داشتن خواصی مانند سطح ویژه زیاد (700-1000 m2/gr)، استحکام زیاد (حدودا ۵۰ برابر فولاد) و خصوصیات الکتریکی و الکترونیکی استثنایی موارد کاربرد زیادی از جمله استفاده به عنوان پایه کاتالیست، تقویت مکانیکی پلیمرها و کمپوزیت‌ها و ساخت قطعات الکترونیکی دارند. آنها ۱۰ برابر از فولاد محکمتر ند در حالیکه وزنشان یک ششم وزن فولاد است. این امتیاز باعث شده است که آنها اولین انتخاب برای ساختن پلها، هواپیماها وحتی سفینه‌های فضایی باشند. تنها مشکل این است که بزرگترین نانو تیوبی که در آزمایشگاه ساخته می‌شود تنها چند میلینتر است. اما این مسئله باعث شده که درمورد ماشینهای کوچک، نانو تیوبها ی کربنی ایده آل باشند. یکی از مشکلاتی که بر کیفیت ابزار MEMSتاثیر منفی می‌گذارد ساییدگی قسمتهای بسیار کوچک آنهاست که در هر ثانیه هزاران بار اتفاق می‌افتد. اما در یاتاقانهای ساخته شده از نانو تیوبها تقریبا هیچ گونه اصطحکاکی وجود ندارد. وامتیازمهم این است که نانو تیوبها در هر دو حالت رسانا ونارسانا وجود دارند واین ویژگی موجب استفاده آنها در وسایل مختلف الکتریکی شده است. نانو تیوبها دو نوع هستند: نانو تیوبهای چند دیواره‌ای و تک دیواره‌ای که به ترتیب در سال ۱۹۹۱ و ۱۹۹۳ کشف شدند. نوع چند دیواره‌ای از الیاف گرافیتی ساخته می‌شود در حالی که نانو تیوبهای تک دیواره‌ای از الیاف فولرن کشیده شده تشکیل شده‌اند. از زمان کشف این مواد کاربردهای مختلفی پیشنهاد شده است که از آن جمله می‌توان استفاده از نوع چند دیواره‌ای را در نوک ای. اف. ام حامل و در مورد نوع تک دیواره به منظور استفاده در وسایل الکترونیکی یا به عنوان محیط مناسب جهت ذخیره هیدروژن اشاره نمود.
ناسا که بزرگ ترین و مجهز ترین مرکز تحقیقاتی هوا فضا و پژوهشی در جهان است که در کشور آمریکا قرار دارد به دلایل زیر تمامی پروژه‌های خود را معطوف به نانوتکنولوژی نموده است. زیر ساخت‌های پیشرفته کلید اعتماد جهت علوم جدید و ماموریت‌های اکتشافی می‌باشد. سنسورها، منبع تغذیه‌ها، مخابرات، راه داری و سیستم‌های رو به جلو با ابعاد مادون کوچک با جرم بسیار پایین و مصرف پایین در ناسا مورد نیاز است. انقلاب‌هایی که در الکترونیک و کامپیوتر انجام می‌گیرد اجازه می‌دهد که پیکر بندی مجدد، استقلال، تفکر را در فضا پیماهای جدید ایجاد نماییم. نانو تکنولوژی است که طیف گستردهای از ساخت قطعات و سیستم‌هایی را می‌تواند ادامه دهد که بتوانیم معماری جدید را در فضاپیماهای خود ارائه دهیم و کهکشان‌های جدید و فضا را در تسخیر در آوریم با تکنیک‌های زیر: پروب‌های بسیار کوچک بر روی سطح سیارات. وسایلی که می‌توانند جهش، پرواز و کانال بزنند. کلکسیونی از میکرو فضاپیماها که می‌توانند اندازه‌گیری‌های متفاوتی را ارائه دهند. گوشه‌ای از استفاده‌های نانو
استفاده‌های نانو تکنولوژی در حمل و نقل: نیروی بالا، وزن سبک جهت راندمآن بالا مصرف سوخت. سنسورهای دمای بسیار بالا جهت استفاده در زیر کاپوت ماشین. گسترش صفحات نمایش دهنده. تکنولوژی باطری. لاستیک‌هایی با مقاومت بسیار بالا. اتوبان‌های اتوماتیک. بدنهٔ ضدّ حرارت با روکش‌های بسیار مقاوم. امنیت دفاعی (سیستم‌های دفاعی): با حساسیت‌های بسیار بالا سنسورهای با توان پایین جهت شناسایی حمله‌های شیمیایی، بیو و هسته‌ای. طرح‌های نظامی با وزن‌های بسیار سبک، دارای سیستم‌های ایمنی و حفاظت سربازان، با کاهش سوخت وسایل لجستیکی. افزایش عملیات در واحد وزن.
موانع توسعهٔ فناوری نانو
مسائل زیست محیطی نوآوری‌های بزرگ، معمولا با خطرات زیست محیطی زیادی همراه‌اند. فناوری نانو نیز این چنین است. نانو ذرّات پخش شده، ممکن است وارد سلول‌های انسان شده و اثرات غیر قابل پیش بینی برای بدن ایجاد کنند. ممکن است نانو روبات‌ها ی خود آرا، از کنترل انسان خارج شده و جهان ما را به یک بلغم خاکستری تبدیل کنند. به خاطر همین دلایل است که برخی گروه‌های تندرو حامی محیط زیست، با تحقیقات در زمینهٔ فناوری نانو و فناوری‌های زیستی مخالف اند. با این حال، فناوری نانو به دلیل وجود خطرات بالقوه و احتمالی، متوقف نشده و نخواهد شد. از یک سو منافع حاصل از این فناوری زیاد است به حدی که اقتصاد و جامعه توان مقاومت در برابر آن را ندارند. در عصر رقابت جهانی، تأخیر در انجام تحقیقات، هزینه‌های سنگینی را برای اقتصاد یک کشور به همراه خواهد داشت. از دیگر سو، تاریخ به ما نشان داده است که تحت راهنمایی‌های مناسب دولت، فناوری‌های پیشرفت زیست محیطی برای کنترل و جلوگیری از خطرات ایجاد شده اوسط فناوری‌های نو، به دست می‌آید. چاره این مشکل این نیست که همانند خواستهٔ مخالفان تندرو، مسیر تکاملی فناوری را متوقف سازیم بلکه باید مکانیسمی متعادل برای تشویق و کنترل این تکامل ایجاد کنیم. درست است که در حال حاضر، با خطرات مواد زاید نانو مقیاس تهدید می‌شویم، اما نباید فراموش کنیم که ابزار حمایتی و درمانی قدرتمند نانو مقیاس را نیز در اختیار داریم. ما باید اثرات فناوری‌های جدید بر محیط زیست را به طور کامل درک کرده و تصمیمات مناسبی برای مواجهه با این خطرات اتّخاذ کنیم. با این حال، تحت مدیریت خوب، از زندگی متعادل در سطحی بالاتر لذّت می‌بریم. مسائل امنیتی با وجود نانو کارخانه‌های شخصی که می‌توانند تقریبا هر خواستهٔ انسان را با قیمت بسیار پایین و به هر تعداد لازم، تولید کند ممکن است زندگی روزمرهٔ اجتماعی با خطراتی بزرگتر از ویروس‌های رایانه‌ای و یا هکرهای اینترنتی مواجه شود. یک همسایه بد، می‌تواند زندگی هر کسی را خراب کند. گروه‌های تروریستی یا کشورهای کوچک، می‌توانند سلاح‌های بسیار پیشرفتهای تولید کنند تا دنیا را در اختیار بگیرند. این امکان، می‌تواند منجربه مسابقه‌ای تسلیحاتی شود که بسیار ناپایدار تر از مسابقهٔ تسلیحاتی هسته‌ای است، زیرا توسعهٔ این سلاح‌ها، ارزان تر و سریع تر بوده و پنهان کردن آنها نیز آسان تر است. جنایتکاران می‌توانند ابزار بسیار کوچک و هوشمندی برای جاسوسی فرستاده و زندگی شما را تیره سازند، مگر اینکه برای حفاظت از خود پولی به آنها بپردازید. با این حال، فناوری نانو در عین حال مسائل سیاسی را بهبود می‌بخشد. نانو حسگرهایی که می‌توانند حتی مولکول‌ها را نیز تشخیص دهند. همه جا نصب می‌شوند. سیستم‌های بیومتری پیشرفته می‌توانند یک تروریست مظنون را بلافاصله شناسایی کنند. نانو فیلترها، تمام ذرّات مضر آب را تصفیه می‌کنند. بدنهٔ خودروها که از نانو مواد ساخته خواهند شد، محکم تر بوده و در برابر آسیب‌های شیمیایی و حرارتی بسیار مقاومتر خواهند بود. مسائل اشتغال شکی نیست که با توسعهٔ فناوری نانو، مسائل مربوط به اشتغال به میزان زیادی تغییر خواهد کرد. نانو کارخانه‌های بسیار یکپارچه که ظرفیت تولیدی برابر با یک کارخانهٔ دارای پانصد نیروی کار دارند، برای کنترل خود تنها به یک نفر نیاز خواهد داشت. صنعت موادّ اولیه با حمله‌ای کشنده مواجه خواهد شد. فناوری نانو تولید کنندگان خودرو را قادر ساخت تا تقریبا هر مادّه‌ای را که نیاز دارند، خودشان طراحی و تولید کنند. صنعت انرژی نیز به طور کامل تغییر خواهد کرد. مثلا، انرژی احیا کننده که وابسته به مواد و فناوری است، بالاخره جایگزین صنعت نفت خواهد شد. از سوی دیگر، موقعیت‌های شغلی در زمینهٔ فناوری و خدمات افزایش خواهند یافت، زیرا سیستم‌های کاملا یکپارچه و شبکه‌ای، نیاز بیشتری به نگهداری و نوآوری خواهند داشت. با این حال میزان افزایش کارکنانی که از مغز خود بهره می‌گیرند، به اندازهٔ کاهش نیروی کار معمول نخواهد بود. تخمین زده می‌شود تا سال دو هزار و بیست نرخ بیکاری در کشورهای صنعتی به چهل درصد برسد.
ضرورت بکارگیری فناوری نانو در علوم کشاورزی و صنایع غذایی
طبق آخرین گزارش سازمان ملل متحد، حدود ۸۰۰ میلیون نفر از جمعیت جهان دچار فقر غذایی هستند، شمار افراد قرار گرفته در زیر خط فقر (از نظر تامین انرژی مورد نیاز روزانهٔ بدن) روز به روز در حال افزایش است.
جدید ترین پیش بینی‌ها حاکی از آن است که این آمار تا سال ۲۰۲۰ میلادی به رقمی بالغ بر یک میلیارد نفر خواهد رسید و این بدان معنا ست که حفظ نوع بشر در بلند مدت و نجات خیل عظیم انسان‌ها از خطر گرسنگی، نیازمند توجه ویژهٔ متخصصان و سیاست مداران امروز جهان به توسعهٔ پایدار و همه‌جانبهٔ صنعت کشاورزی است.
همان طور که می دانید ورود نسل اول فناوری‌ها به عرصهٔ کشاورزی، در چند دههٔ گذشته منجر به وقوع انقلاب سبز و گذر از کشاورزی سنتی به کشاورزی صنعتی گردید، در این دوره افزایش چشمگیری در کیفیت و کمیت محصولات کشاورزی صورت گرفت که البته در کنار آن استفادهٔ بی‌رویه از منابع مشکلاتی را نیز در پی داشت.
اکنون با گذشت سالها از وقوع انقلاب سبز و کاهش مجدد نسبت رشد تولیدات کشاورزی به جمعیت جهان، لزوم به کارگیری فناوری‌های جدید در صنعت کشاورزی پیش از هر زمان دیگری آشکار است.
در این بین فناوری نانو به عنوان یک فناوری بین رشته‌ای و پیشتاز رفع مشکلات و کمبودها در بسیاری از عرصه‌های علمی و صنعتی، به خوبی جایگاه خود را در علوم کشاورزی و صنایع وابسته آن به اثبات رسانیده است. فناوری نانو کاربردهای وسیعی در همه مراحل تولید، فراوری، نگهداری، بسته بندی و انتقال تولیدات کشاورزی دارد.
ورود فناوری نانو به صنعت کشاورزی و صنایع غذایی متضمن افزایش میزان تولیدات و کیفیت آنها، در کنار حفظ محیط زیست و منابع کرهٔ زمین می‌باشد. در ادامه نگاهی دقیق تر به کاربردهای گستردهٔ فناوری نانو در هریک از زیر شاخه‌های صنعت کشاورزی داریم.
کاربردهای نانو در زراعت:
کشاورزی دقیق
- بطور کلی کشاورزی دقیق یک نوع نگرش جدید در مدیریت مزرعه است. امروزه با استفاده از نانو سنسورها مشخص می‌شود که هر قسمت کوچک از مزرعه به چه میزان عناصر غذائی و سم نیاز دارد و بدین وسیله از آلودگی محیط زیست جلوگیری‌کرده، سلامت محصولات و افزایش بازده اقتصادی راممکن می‌سازد. نانو سنسورها می‌توانند با کنترل دقیق وگزارش دهی به موقع نیازهای گیاهان به مرکز پردازش اطلاعات سیستم را در نگهداری محصولات یاری نماید.
- ایجاد گلخانه‌های کم‌هزینه‌تر با هدف صرفه‌جویی در مصرف انرژی و دوام بیشتر در برابر رطوبت
ساختارهای نانویی می‌توانند گلخانه‌هایی در حجم کم اما انبوه پدید آورند که تقریباً با اندازه‌ای برابر ۱۰ درصد کل مزارع زیر کشت در حال حاضر، می‌توانند جمعیت کنونی جهان را تغذیه نمایند. در این صورت میلیونها هکتار از زمین‌های کشاورزی به محیط‌های طبیعی برای سکونت حیوانات در سراسر جهان باز گردانده می‌شوند.
کاربردهای نانو در اصلاح نباتات:
- انتقال ژن‌های مورد نظر به سلول‌های گیاهی با استفاده از نانومواد
در این روش از سامانهٔ رسانش نانوذرات طلای پوشیده با DNA یا RNA بداخل سلول استفاده می‌شود.
- ساخت ابزارهای جدید برای بیولوژی سلولی و مولکولی
این ابزارها جهت تعیین مولکولهای خاص، شناسایی و جداسازی آنها استفاده می‌شوند و کاربری بسیاری دارند که از این بین می‌توان به موارد زیر اشاره کرد؛
تکنولوژی و علم تولید مثل، اصلاح نژاد حیوانات و گیاهان، تبدیل ضایعات به انرژی و محصولات جانبی مفید و علم و تکنولوژی کودسازی
اصلاح بذر به شیوه اتمی
کاربردهای نانو در تولید سموم و کودهای موثر و کم خطر:
ذرات سموم کشاورزی به وسیله عواملی از قبیل باد، وارد هوا شده و با ورود به سیستم تنفسی انسان، آن را در معرض انواع بیماری‌های استنشاقی قرار می‌دهد، تحولات نانوفناوری، با افزایش میزان سوددهی و کاهش عوارض سموم کشاورزی، معضلات ناشی از این سموم را رفع می‌کند و آنها را به محصولاتی کاملاً مفید تبدیل می‌کند.
- تولید سموم و کودهای شیمیایی با استفاده از نانوذرات و نانوکپسول‌ها
این نسل از سموم و کودها قابلیت رهایش کنترل شده یا تاخیری، جذب و تاثیرگذاری بیشتر و سازگاری با محیط زیست را دارا هستند.
- تولید کریستالهای نانویی جهت افزایش کارایی استفاده از آفت‌کش‌ها
استفاده از کریستالهای نانویی امکان کاربرد آفت‌کش‌ها با دُزهای کمتر را فراهم می‌آورد و این یعنی به حداقل رساندن ورود این ترکیبات خطرناک به طبیعت.
-تولید نانوکودها (Nanofertilizers)
این ترکیبات نانویی به سرعت و به صورت کامل جذب گیاه شده و به خوبی نیازها و کمبودهای غذایی آن را مرتفع می‌سازد.
کاربردهای نانو در گیاه پزشکی:
- کنترل فعالیت‌های اجزای سلولی گیاهان بدون آسیب رسانی به آنها
شیوه‌های کنونی برای بررسی سلول‌ها بسیار ابتدایی است و دانشمندان برای شناخت آنچه که در سلول اتفاق می‌افتد ناگریزند سلول‌ها را از هم بشکافند و در این حال بسیاری از اطلاعات مهم مربوط به سیالهای درون سلول یا ارگانهای موجود در آن از بین می‌رود. پیشرفتهای نانوفناوری بطور خاص مطالعات بنیادی زیست‌شناسی را تقویت خواهد کرد.
محققان امیدوارند در آینده‌ای نه چندان دور با استفاده از نانوفناوری موفق شوند فعالیت اجزای هر سلول را تحت کنترل خود در آورند.
هم اکنون گام‌های بلندی در این زمینه برداشته شده، به عنوان نمونه دانشمندان می‌توانند فعالیت را در درون سلول کنترل کنند. پروتئین‌ها و مولکول D.N.A
- حسگرهای هوشمند و سیستم‌های حمل هوشمند به منظور ردیابی و مبارزهٔ سریع و مفید با ویروس‌ها و سایر عوامل بیماریزا گیاهی به کار می‌روند.
- تیمار مولکولی بیماریها، ردیابی سریع بیماریها، افزایش توانمندی گیاهان برای جذب مواد مورد نیاز
کاربردهای نانو در تصفیهٔ آب و ادوات آبیاری:
- نمک زدایی و تصفیهٔ اقتصادی تر آبها جهت شرب و کشاورزی
سازمان ملل پیش بینی کرده که در سال ۲۰۲۵ میلادی، ۴۸ کشور جهان (معادل ۳۲٪ جمعیت جهان) دچار کمبود آب آشامیدنی و کشاورزی می‌شوند، تخلیص و نمک زدایی آب به کمک نانوفنhttp://fa.wikibooks.org/skins-1.5/common/images/fa/button_headline.pngاوری از زمینه‌های مورد توجه در دفاع پیشگیرانه و امنیت زیست محیطی است.
سامانه‌های نانویی طراحی شده می‌توانند آب دریا را با صرف انرژی ۱۰ برابر کمتر از دستگاه اسمز معکوس، و ۱۰۰ برابر کمتر از دستگاه تقطیر، نمک زدایی کنند.
استقاده از نانو ذرات و نانوفیلترها امکان تصفیه و بهسازی آب را با سرعت و دقت بیشتر فراهم می‌کند همچنین استفاده از نانو فیلترها در حذف آلودگیهای میکروبی آب (Bioremediation) کاربری گستردهای دارد.
- بی خطر ساختن مواد آلاینده آب و خاک و قابلیت بازیافت آنها
- ساخت سوپر جاذبهای آب از پلیمرها و مواد کامپوزیت
این مواد به منظور ذخیره و حفظ رطوبت بیشتر در خاک طراحی گردیده‌اند و استفاده از آنها به ویژه در مناطق خشک و کم آب در افزایش میزان عملکرد بسیار مفید خواهد بود.
- ساخت مواد پوششی جدید و کارا برای پوشش درون لوله‌های فلزی
این مواد پوششی به منظور جلوگیری از خوردگی ناشی از سیالات و کاهش زبری جداره لوله‌ها به کار می‌روند.
- بکار گیری پلیمرهاو مواد کامپوزیت برای تولید انواع قطره چکان
قطره چکان‌های ساخته شده با این مواد قابلیت تنظیم دقیق فشار آب را دارند همچنین به واسطهٔ نوع مواد اولیهٔ مورد استفاده این قطره چکان‌ها نسبت به نفوذ ریشه گیاه مقاوم هستند.
دست یافته‌های نانو تکنولوژی در آینده
در یک دورهٔ کوتاه مدّت حداکثر تا ۵ سال آینده: خرده نانو شامل صنعت خودرو سازی (بدنه، قالب گیری، کمربندهای زمان دار، موتورها، روکش‌ها و ...) صنایع بسته بندی. صنایع خانگی. صفحه نمایش‌های کاملا صاف. روکش‌ها (رنگ آمیزی). ابزارها. دست یافته‌های نانو تکنولوژی در آینده: حداکثر ۵ تا ۱۰ سال آینده: قطعات حافظه. سلول‌های سوختی، باتری‌ها. بایو سنسورها قطعات بیومدیکالی (شیمی پزشکی) گسترش در ردیف کردن ژن. گسترش درکاهش دادن ژن. دست یافت‌های نانو تکنولوژی در آینده: حداکثر تا ۱۵ سال آینده: نانو الکترونیک. الکترونیک مولکولی. استفادهٔ متداول در ترکیبات جدید در صنایع هوا فضا، خودرو سازی (که این مورد صنایع امروزه را که توانایی گسترش و استفاده از این علوم را نداشته باشند کاملا نابود می‌سازد .) خیلی از چیزهای دیگر که دیگر به فکر ما خطور نمی‌کند.
نانو در صنعت لاستیک
تاکنون در دنیا در صنایع پلیمری تحقیقات بسیار زیادی انجام شده است. از جمله آنها تحقیقات در زمینه فناوری نانو در صنعت لاستیک است. موارد استفاده از فناوری نانو اعم از نانوفیلرها و نانوکامپوزیت است که به لاستیکها خواص ویژه‌ای می‌دهد. بازار نانوکامپوزیت در ۲۰۰۵ به میزان ۲۰۰ بیلیون یورو و در سال ۲۰۱۵ بر اساس آمارBSF به میزان ۱۲۰۰ بیلیون یورو پیش بینی شده است. در سال ۲۰۰۲ کشوری مثل ژاپن ۱۵۰۰ میلیون یورو در تحقیقات در زمینه فناوری نانو صرف کرده است. تحقیقات در زمینه فناوری نانو را بدون شک نمی‌توانیم رها کنیم. اکثر کشورهای دنیا تحقیقات و فعالیت در زمینه نانو را شروع کرده است، به عنوان مثال کشور هند تولید نانوکامپوزیت SBR را شروع کرده است. همچنین صنایع خودرو در دنیا به سمت استفاده از نانو) PP نانوپلی پروپیلن (سوق پیدا کرده است و علت اصلی آن خواص مناسب از جمله سبکی، مقاومت حرارتی و مقاومت ضربه اینگونه مواد است. بنابراین رسیدن به خواص مطلوب ضرورت توجه به آن را بیش از هرچیز دیگر برای ما نمایان می‌سازد.
۲- مقدمه (کاربردهای فناوری نانو در صنعت لاستیک): با توجه به تحقیقات به عمل آمده چهار ماده نانومتری هستند که کاربرد فراوانی در صنعت لاستیک سازی پیدا کرده‌اند. چهار ماده موردنظر عبارتنداز: اکسیدروی نانومتری(NanoZnO)، نانوکربنات کلسیم، الماس نانومتری، ذرات نانومتری خاک رس. با اضافه کردن این مواد به ترکیبات لاستیک، به دلیل پیوندهایی که در مقیاس اتمی بین این مواد و ترکیبات لاستیک صورت می‌گیرد، علاوه بر این که خواص فیزیکی آنها بهبود می‌یابد، می‌توان به افزایش مقاومت سایش، افزایش استحکام، بهبود خاصیت مکانیکی، افزایش حد پارگی و حد شکستگی اشاره کرد. در زیبایی ظاهری لاستیک نیز تاثیر گذاشته و باعث لطافت، همواری، صافی و ظرافت شکل ظاهری لاستیک می‌گردد. همه اینها به نوبه خود باعث می‌شود که محصولات نهایی، مرغوبتر، با کیفیت بالا، زیبایی و در نهایت بازارپسند باشند و توانایی رقابت در بازارهای داخلی و جهانی را داشته باشند.
۳- کاربرد اکسیدروی نانومتری (NanoZnO) درلاستیک: اکسیدروی نانومتری مادهای غیرآلی و فعال است که کاربرد گستردهای در صنعت لاستیک سازی دارد. کوچکی کریستالها و خاصیت غیرچسبندگی آنها باعث شده که اکسیدروی نانومتری به صورت پودرهای زردرنگ کروی و متخلخل باشد. از خصوصیات استفاده از این تکنولوژی در صنعت لاستیک، می‌توان به پایین آمدن هزینه‌ها، بازدهی بالا، ولکانیزاسیون(Volcanization) خیلی سریع و هوشمند و دامنه دمایی گسترده اشاره کرد. اثرات سطحی و فعالیت بالای اکسیدروی نانومتری ناشی از اندازة بسیار کوچک، سطح موثر خیلی زیاد وکشسانی خوب آن است. استفاده از اکسید روی نانومتری در لاستیک باعث بهبود خواص آن می‌شود از جمله می‌توان به زیبایی و ظرافت بخشیدن به آن، صافی و همواری شکل ظاهری، افزایش استحکام مکانیکی لاستیک، افزایش مقاومت سایشی (خاصیت ضد اصطکاکی و سایش)، پایداری دمایی بالا، طول عمر زیاد و همچنین افزایش حد پارگی ترکیبات لاستیک اشاره کرد که همگی اینها بصورت تجربی ثابت شده است. براساس نتایج بدست آمده می‌توان نتیجه گرفت بهبود یافتن خواص فیزیکی لاستیک در اثر اضافه شدن ZnO ناشی از پیوند ساختار نانومتری اکسید روی با مولکولهای لاستیک است که در مقیاس اتمی صورت می‌گیرد. اکسید روی نانومتری در مقایسه با اکسید روی معمولی دارای اندازة بسیار کوچک ولی در عوض دارای سطح موثر بسیار زیادی می‌باشد. از لحاظ شیمیایی بسیار فعال و همچنین به دلیل اینکه پیوندهای بین اکسیدروی نانومتری و لاستیک در مقیاس مولکولی انجام می‌گیرد، استفاده از اکسیدروی نانومتری خواص فیزیکی و خواص مکانیکی از قبیل حد پارگی، مقاومت سایشی و ... ترکیبات لاستیک را بهبود می‌بخشد.
۴- کاربرد نانوکربنات کلسیم در لاستیک: نانوکربنات کلسیم به طور گستردهای در صنایع لاسیتک به کار می‌رود، زیرا اثرات خیلی خوبی نسبت به کربنات معمولی بر روی خواص و کیفیت لاستیک دارد. استفاده از نانوکربنات کلسیم در صنایع لاستیک باعث بهبود کیفیت و خواص ترکیبات لاستیک می‌شود. از جمله مزایای استفاده از نانوکربنات کلسیم می‌توان به توانایی تولید در مقیاس زیاد، افزایش استحکام لاستیک، بهبود بخشیدن خواص مکانیکی) افزایش استحکام مکانیکی) و انعطاف‌پذیر شدن ترکیبات لاستیک اشاره کرد. همچنین علاوه بر بهبود خواص فیزیکی، ترکیبات لاستیک در شکل ظاهری آنها نیز تاثیر می‌گذارد و به آنها زیبایی و ظرافت می‌بخشد که این خود در مرغوبیت کالا و بازارپسند بودن آن تاثیر بسزایی دارد. نانوکربنات کلسیم سبک بیشتر در پلاستیک و پوشش دهی لاستیک به کار می‌رود. برای به دست آوردن مزایای ذکر شده، نانوکربنات کلسیم به لاستیکهای طبیعی و مصنوعی از قبیلNP، EPDM ،SBS ،BR ،SBR اضافه می‌گردد. نتایج به دست آمده نشان می‌دهد که استحکام لاستیک بسیار بالا می‌رود. استحکام بخشی نانوکربنات کلسیم برخواسته از پیچیدگی فیزیکی ناشی از پیوستگی در پلیمرهای آن و واکنشهای شیمیایی ناشی از سطح تعمیم یافته آن است. نانوکربنات کلسیم سختی لاستیک و حد گسیختگی پلیمرهای لاستیک را افزایش داده و حداکثر توانی که لاستیک می‌تواند تحمل کند تا پاره شود را بهبود می‌بخشد. همچنین مقاومت لاستیک را در برابر سایش افزایش می‌دهد. به کار بردن نانوکربنات کلسیم هزینه‌ها را پایین می‌آورد و سود زیادی را به همراه دارد و همچنین باعث به روز شدن تکنولوژی و توانائی رقابت در عرصه جهانی می‌گردد. به طور کلی نانوکربنات کلسیم در موارد زیادی به طور کلی یا جرئی به ترکیبات لاستیک جهت افزایش استحکام آنها افزوده می‌شود.
۵- کاربرد ساختارهای نانومتری الماس در لاستیک: الماس نانومتری به طور گستردهای در کامپوزیت‌ها و از جمله لاستیک در مواد ضد اصطکاک، مواد لیزکننده به کار می‌رود. این ساختارهای نانومتری الماس از روش احتراق تولید می‌شوند که دارای خواص برجسته‌ای هستند از جمله می‌توان به موارد زیر اشاره کرد: ۱) ساختار کریستالی (بلوری) ۲) سطح شیمیایی کاملا ناپایدار ۳) شکل کاملا کروی ۴) ساختمان شیمیایی بسیار محکم ۵) فعالیت جذب سطحی بسیار بالا در روسیه، الماس نانومتری با درصدهای مختلف به لاستیک طبیعی، Poly Soprene Rubber و FluorineRubber برای ساخت لاستیک‌هایی که در صنعت کاربرد دارند از قبیل کاربرد در تایر اتومبیل، لوله‌های انتقال آب و ... مورد استفاده قرار می‌گیرد. نتایج به دست آمده نشان می‌دهد که با اضافه کردن ساختارهای نانومتری الماس به لاستیکها خواص آنها به شکل قابل توجهی بهبود می‌یابد از جمله می‌توان به: ۱) ۴ الی ۵ برابر شدن خاصیت انعطاف‌پذیری لاستیک ۲) افزیش ۲ الی ۵/۲ برابری درجه استحکام ۳) افزایش حد شکستگی تا حدود 2 Kg/cm700-۶۲۰ ۴) ۳ برابر شدن قدرت بریده شدن آنها و همچنین به اندازة خیلی زیادی خاصیت ضدپارگی آنها در دمای بالا و پایین بهبود می‌یابد.
۶- کاربرد ذرات نانومتری خاک رس در لاستیک: یکی از مواد نانومتری که کاربردهای تجاری گستردهای در صنعت لاستیک پیدا کرده است و اکنون شرکت‌های بزرگ لاستیک سازی بطور گستردهای از آن در محصولات خود استفاده می‌کنند، ذرات نانومتری خاک رس است که با افزودن آن به لاستیک خواص آن بطور قابل ملاحظه‌ای بهبود پیدا می‌کند که از جمله می‌توان به موارد زیر اشاره کرد: ۱) افزایش مقاومت لاستیک در برابر سایش ۲) افزایش استحکام مکانیکی ۳) افزایش مقاومت گرمایی ۴) کاهش قابلیت اشتعال ۵) بهبود بخشیدن اعوجاج گرمایی
۷- ایده‌های مطرح شده: ۱-۷) افزایش دمای اشتعال لاستیک: تهیه نانوکامپوزیت الاستومرها از جملهSBR مقاوم، به عنوان مواد پایه در لاستیک سبب بهبود برخی خواص از جمله افزایش دمای اشتعال و استحکام مکانیکی بالامی شود و دلیل اصلی آن حذف مقدار زیادی از دوده است. ۲-۷) کاهش وزن لاستیک: تهیه و بهینه‌سازی نانوکامپوزیت الاستومرها با وزن کم از طریق جایگزین کردن این مواد با دوده در لاستیک، امکان حذف درصد قابل توجهی دوده توسط درصد بسیار کم از نانوفیلر وجود دارد. بطوریکه افزودن حدود ۳ تا ۵ درصد نانوفیلر می‌تواند استحکام مکانیکی معادل ۴۰ تا ۴۵ درصد دوده را ایجاد کند. بنابراین با افزودن ۳ تا ۵ درصد نانوفیلر به لاستیک، وزن آن به مقدار قابل توجهی کاهش می‌یابد. ۳-۷) افزایش مقاومت در مقابل نفوذپذیری گاز: نانوکامپوزیت الاستومرها بویژه EPDM بدلیل دارا بودن ضریب عبوردهی کم نسبت به گازها بویژه هوا می‌توانند در پوشش داخلی تایر و تیوبها مورد استفاده قرار می‌گیرد. زیرا یکی از ویژگیهای نانوکامپوزیت EPDM مقاومت بسیار بالای آن در برابر نفوذ و عبور گازها می‌باشد. بنابراین این نانوکامپوزیت‌ها می‌تواند جایگزین مواد امروزی گردد. همچنین این نانوکامپوزیت‌ها از جمله الاستومرهایی است که می‌تواند در آلیاژهای مختلف با ترموپلاستیکها کاربردهای وسیعی را در صنعت خوردو داشته باشد. ۴-۷) قطعات لاستیکی خودرو: نانوکامپوزیت ترموپلاست الاستومرها می‌تواند به عنوان یک ماده پرمصرف در صنایع ساخت و تولید قطعات خوردو بکار رود. از ویژگیهای این مواد، بالا بودن مدول بالا، مقاومت حرارتی، پایداری ابعاد، وزن کم، مقاومت شعله می‌باشد. لذا نانوکامپوزیت ترموپلاستیک الاستومرهای پایهEPDM و PP می‌توانند تحول چشمگیری را در ساخت قطعات خوردو ایجاد نماید. ۵-۷) افزایش مقاومت سایشی لاستیک: استفاده از نانوسیلیکا و نانواکسیدروی در ترکیبات تایر سبب تحول عظیمی در صنعت لاستیک می‌شود. بطوریکه با افزودن این مواد به لاستیک علاوه بر خواصی ویژه‌ای که این مواد به لاستیک می‌دهند، امکان افزایش مقاومت سایشی این لاستیکها وجود دارد. ۶-۷) نسبت وزن تایر به عمر آن: با افزودن میزان مصرف یکی از نانوفیلرها می‌توان مصرف دوده را پایین آورد. به عبارت دیگر اگر وزن تایر کم شود، عمر لاستیک افزایش می‌یابد. بنابراین جهت بالا بردن عمرلاستیک کافی است با افزودن یک سری مواد نانومتری به لاستیک عمر آن را افزایش داد.
- شرکتهایی که در زمینه مواد نانومتری و صنعت لاستیک کار می‌کنند:
شرکت Shanxi Four Nano Technology Co.ltd فعالیت در زمینه تولید اکسید روی نانومتری جهت کاربرد در صنعت لاستیک سازی بخصوص لاستیک کامیون فعالیت می‌کند. کشور چین آدرس اینترنتی http://www.fhnm.com/english/jhs.htm
شرکت Good year فعالیت این شرکت یکی از بزرگترین شرکت‌های تولیدکنندة لاستیک در آلمان می‌باشد که از ذرات نانومتری دوده (Carbon black) در لاستیک استفاده می‌کند. کشور آلمان آدرس اینترنتی www.goodyear.com
شرکت FCCINC فعالیت این شرکت یک خط ذرات نانومتری خاک رس جهت تزریق به پلیمرهای لاستیک ایجاد کرده است. کشور چین آدرس اینترنتی Former Rockwood Additives - BYK Additives & Instruments
نانو تیوپهای (نانو تیوب) کربنی
یکی از اکتشافات بزرگ مربوط به Nanotechnology، کشف Nanotube است. نانو تیوبها صفحاتی از اتمهای کربن هستند که درون قسمتی غلطک مانند حرکت می‌کنند ودر ظاهر شبیه توریهای سیمی هستند که بر روی یک سمت آنها پوششی قرار گرفته باشد. Carbon Nanotube لوله کربنی تو خالی است. نانو تیوبهای کربنی از منابع کربنی مانند گرافیت یا گازهای هیدروکربنی بوسیله روشهایی مانند تخلیه الکتریکی، TCVD و Laserr ablation ساخته می‌شوند. این مواد به علت داشتن خواصی مانند سطح ویژه زیاد (700-1000 m2/gr)، استحکام زیاد (حدودا ۵۰ برابر فولاد) و خصوصیات الکتریکی و الکترونیکی استثنایی موارد کاربرد زیادی از جمله استفاده به عنوان پایه کاتالیست، تقویت مکانیکی پلیمرها و کمپوزیت‌ها و ساخت قطعات الکترونیکی دارند. آنها ۱۰ برابر از فولاد محکمتر ند در حالیکه وزنشان یک ششم وزن فولاد است. این امتیاز باعث شده است که آنها اولین انتخاب برای ساختن پلها، هواپیماها وحتی سفینه‌های فضایی باشند. تنها مشکل این است که بزرگترین نانو تیوبی که در آزمایشگاه ساخته می‌شود تنها چند میلینتر است. اما این مسئله باعث شده که درمورد ماشینهای کوچک، نانو تیوبها ی کربنی ایده آل باشند. یکی از مشکلاتی که بر کیفیت ابزار MEMSتاثیر منفی می‌گذارد ساییدگی قسمتهای بسیار کوچک آنهاست که در هر ثانیه هزاران بار اتفاق می‌افتد. اما در یاتاقانهای ساخته شده از نانو تیوبها تقریبا هیچ گونه اصطحکاکی وجود ندارد. وامتیازمهم این است که نانو تیوبها در هر دو حالت رسانا ونارسانا وجود دارند واین ویژگی موجب استفاده آنها در وسایل مختلف الکتریکی شده است. نانو تیوبها دو نوع هستند: نانو تیوبهای چند دیواره‌ای و تک دیواره‌ای که به ترتیب در سال ۱۹۹۱ و ۱۹۹۳ کشف شدند. نوع چند دیواره‌ای از الیاف گرافیتی ساخته می‌شود در حالی که نانو تیوبهای تک دیواره‌ای از الیاف فولرن کشیده شده تشکیل شده‌اند. از زمان کشف این مواد کاربردهای مختلفی پیشنهاد شده است که از آن جمله می‌توان استفاده از نوع چند دیواره‌ای را در نوک ای. اف. ام حامل و در مورد نوع تک دیواره به منظور استفاده در وسایل الکترونیکی یا به عنوان محیط مناسب جهت ذخیره هیدروژن اشاره نمود.
آخرین ویرایش توسط مدیر