نانو مواد ؛ عناصر سازنده دنیای کوچک شده
نانو مواد موادی هستند که حداقل یکی از ابعاد آنها در محدودهی ۱ تا ۱۰۰ نانومتر قرار دارد. این مقیاس کوچک باعث بروز خواص فیزیکی، شیمیایی و مکانیکی جدیدی میشود که در حالت حجمی (Bulk) مشاهده نمیشوند. این مواد از طیف گستردهای از عناصر و ترکیبات ساخته میشوند که میتوان آنها را بر اساس ماهیت شیمیایی یا ساختارشان دسته بندی کرد. در این مقاله، چهار دسته بندی اصلی مواد نانو و منشأ سازنده آنها بررسی خواهد شد.
نانو مواد مبتنی بر کربن؛ از الماس تا ساختار های لولهای
کربن، به دلیل توانایی منحصربهفردش در تشکیل پیوند های چهارگانه و آرایشهای فضایی گوناگون، پایه و اساس برخی از هیجانانگیز ترین نانو مواد شناخته شده است. این مواد که عموماً از روش های سنتز شیمیایی (Bottom-Up) تولید میشوند، شهرت زیادی در مهندسی مواد کسب کردهاند.
مهم ترین اعضای این خانواده، نانولوله های کربنی (CNTs) هستند که ساختاری استوانهای داشته و از رول شدن صفحات گرافنی ایجاد میشوند. نانولوله ها میتوانند تک جداره (SWNT) یا چند جداره (MWNT) باشند و خواص الکتریکی فوقالعادهای از خود نشان میدهند. دسته دیگر، گرافن است که یک ورق تک اتمی از اتمهای کربن با آرایش شش ضلعی است و قویترین و رسانا ترین ماده شناخته شده محسوب میشود. علاوه بر اینها، فولرنها (مانند باکی بالها) که ساختار های کروی توخالی دارند و نقاط کوانتومی کربنی (Carbon Quantum Dots) نیز از دیگر مواد نانوی مبتنی بر کربن هستند که در حسگرها و دارو رسانی کاربرد دارند.
نانو اکسیدها و نیمه هادی ها؛ بنیان فناوری الکترونیک
بخش عظیمی از نانو مواد تجاری شده از اکسیدهای فلزی و نیمههادیها ساخته شدهاند. این مواد به دلیل پایداری شیمیایی بالا، خواص نوری منحصربهفرد و کاربرد گسترده در الکترونیک، بسیار مورد توجه هستند.
نانو اکسید ها شامل اکسید روی (ZnO)، دیاکسید تیتانیوم (TiO2) و اکسید آلومینیوم (Al2O3) میشوند. نانوذرات TiO2 به دلیل خاصیت فوتو کاتالیستی بالا در تصفیه آب و هوا و همچنین به عنوان فیلتر فرابنفش در کرمهای ضد آفتاب استفاده میشوند. نانو مواد نیمه هادی مانند سیلیکون (Si)، سلنیوم (Se)، و کادمیوم سلنید (CdSe) پایه و اساس فناوریهای نوری و الکترونیکی را تشکیل میدهند. نانو ذرات CdSe که به نقاط کوانتومی (Quantum Dots) معروف هستند، در نمایشگر های پیشرفته (QLED) به کار می روند و رنگ هایی با خلوص بالا ساطع میکنند.
نانو فلزات و آلیاژها؛ بهبود خواص مکانیکی و کاتالیزوری
فلزات و آلیاژها در مقیاس نانو، خواص سطحی، نوری و مکانیکی کاملاً متفاوتی نسبت به حالت حجمی خود پیدا میکنند. این تغییرات شیمیایی و فیزیکی آنها را برای کاربرد های خاص ایده آل میسازد.
نانو ذرات فلزی مانند طلا (Au)، نقره (Ag) و پلاتین (Pt) در صدر قرار دارند. نانوذرات نقره به دلیل خاصیت ضد میکروبی قوی، در پارچهها و محصولات پزشکی به کار میروند. نانوذرات طلا و پلاتین به دلیل سطح فعال بسیار بالا، به کاتالیزورهای کارآمد در واکنشهای شیمیایی تبدیل میشوند و در حسگرها نیز مورد استفاده قرار میگیرند. همچنین، آلیاژهای نانو مانند فولاد های نانو ساختار، به دلیل سختی و مقاومت بسیار بالاتر در برابر سایش، در صنایع هوافضا و خودروسازی مورد آزمایش قرار گرفتهاند.
نانو کامپوزیتها و نانو پلیمرها؛ ترکیب هوشمند مواد
نانو کامپوزیت ها مواد ترکیبی هستند که در آن ها حداقل یکی از فازها در مقیاس نانو است. این مواد با ترکیب دو یا چند ماده با خواص متفاوت، به هدف مهندسی مواد با عملکرد برتر دست می یابند.
نانو کامپوزیت های پلیمری با افزودن نانو ذرات (مانند نانو رس، نانو سیلیکا یا CNTها) به ماتریس پلیمری ساخته میشوند. هدف از این ترکیب، افزایش مقاومت کششی، افزایش مقاومت در برابر حرارت و نفوذپذیری گازها در پلیمر است. برای مثال، افزودن نانو رس به پلاستیکهای بستهبندی میتواند نفوذ اکسیژن را به شدت کاهش دهد. این مواد از ترکیب مواد معدنی (مانند سیلیکات ها) و مواد آلی (پلیمر ها) به وجود میآیند و مرزهای مشترک بین این دو فاز، کلید عملکرد فوق العاده آنهاست.
سخن پایانی
مواد نانو از طیف وسیعی از سازندگان ابتدایی شامل کربن، فلزات، اکسیدها و پلیمرها مشتق میشوند. دانش شیمی و فیزیک مواد است که با کنترل دقیق اندازه و شکل این اجزا در مقیاس نانو، به محصولاتی با قابلیتهای باورنکردنی دست مییابد؛ قابلیتهایی که فراتر از خواص مواد اولیه در حالت حجمی آنها است.
دیدگاهتان را بنویسید