مواد نانو

مواد نانو آزمایشگاهی و صنعتی

نانومواد را می توان به عنوان موادی تعریف کرد که حداقل دارای یک بعد خارجی با اندازه 100-1 نانومتر هستند. تعریف ارائه شده توسط کمیسیون اروپا بیان می کند که اندازه ذرات حداقل نیمی از ذرات در توزیع اندازه عددی باید 100 نانومتر یا کمتر باشد.
نانومواد می توانند به طور طبیعی ایجاد شوند، به عنوان محصولات جانبی واکنش های احتراق ایجاد شوند یا به طور هدفمند از طریق مهندسی برای انجام یک عملکرد تخصصی تولید شوند. این مواد می توانند خواص فیزیکی و شیمیایی متفاوتی نسبت به همتایان توده ای خود داشته باشند . 
 نانو مواد به طور پیوسته در حال تبدیل شدن به بخش همه‌جانبه مهندسی هستند، از لوازم الکترونیکی مصرفی روزمره تا سیستم‌های درمانی پیشرفته دارورسانی. اندازه و خواص این مواد فرصت های منحصر به فردی را برای مهندسانی که به دنبال ایجاد مواد جدید برای جابجایی مرزهای مهندسی مواد، شیمی و برق هستند، ارائه می دهد. اندازه و خواص این مواد نیاز به ابزار دقیق و تخصص دارد. قرار گرفتن در معرض این مواد در حال تبدیل شدن به یک نگرانی فزاینده برای سلامت افرادی است که در این زمینه کار می کنند. مشخص کردن ریزش این محصولات برای محدوده اندازه و ترکیب برای شروع ارزیابی خطرات ایمنی که نیاز به تعیین مشخصات مواد و اندازه نانوذرات دارند، مورد نیاز است. اغلب، خواص این ذرات نگرانی های زیست محیطی و بهداشتی منحصر به فردی را ایجاد می کند.
نانوذرات با تمام مزایا و نگرانی‌هایی که دارند، صرفاً به دلیل گستره اندازه‌شان (1 تا 100 نانومتر) یک چالش منحصربه‌فرد برای تعیین خصوصیات ارائه می‌کنند. اندازه کوچک آنها می‌تواند استفاده از تکنیک‌های تصویربرداری و آزمایش ویژه را ضروری کند .
کاربردها
نانوذرات در حال حاضر در ساخت عینک های ضد خش، رنگ های مقاوم در برابر ترک، پوشش های ضد گرافیتی برای دیوارها، ضد آفتاب های شفاف، پارچه های ضد لکه، پنجره های خود تمیز شونده و پوشش های سرامیکی برای سلول های خورشیدی استفاده می شوند. نانوذرات می‌توانند به سطوح و سیستم‌های قوی‌تر، سبک‌تر، تمیزتر و «هوشمندتر» کمک کنند. در مقیاس نانو، خواص ذرات ممکن است به روش های غیر قابل پیش بینی تغییر کند. به عنوان مثال، نانوذرات اکسید تیتانیوم که در کرم‌های ضد آفتاب استفاده می‌شوند، همان ترکیب شیمیایی ذرات بزرگ‌تر اکسید تیتانیوم سفید مورد استفاده در محصولات معمولی برای دهه‌ها را دارند، اما اکسید تیتانیوم در مقیاس نانو شفاف است. آنتیموان - اکسید قلع مثال دیگری را ارائه می دهد زیرا نانوذرات این اکسید برای ایجاد مقاومت در برابر خراش و محافظت شفاف در برابر اشعه ماوراء بنفش که با ذرات با اندازه بزرگتر دیده نمی شود در یک پوشش گنجانده شده است
نانوذرات به عنوان پرکننده در لاستیک ها می توانند چسبندگی به جاده را بهبود بخشند و فاصله توقف در شرایط مرطوب را کاهش دهند. سفتی بدنه خودرو را می توان با استفاده از فولادهای تقویت شده با ذرات نانو بهبود بخشید. روش‌های جدید رسوب‌گذاری سل-ژل، اعمال لایه‌های ضد انعکاس نانومتری از دی اکسید سیلیکون یا مواد دیگر را به لحاظ اقتصادی بر روی نمایشگرها یا شیشه‌ها ممکن می‌سازد. لایه‌های شفاف بسیار نازک روی پایه‌های نقره‌ای را می‌توان برای شیشه‌های پنجره‌ای قابل گرم کردن و در نتیجه بدون مه و یخ استفاده کرد
فناوری نانو را می توان در تولید، فرآوری، ایمنی و بسته بندی مواد غذایی به کار برد. این امکان وجود دارد که فناوری نانو اجازه دستکاری مولکولی را بدهدانواع غذا برای ارائه قابلیت بیشتر، هزینه کمتر و پایداری بیشتر نسبت به حال حاضر. فرآیند پوشش نانوکامپوزیت باید بسته بندی مواد غذایی را با قرار دادن عوامل ضد میکروبی به طور مستقیم بر روی سطح فیلم پوشش داده شده بهبود بخشد و می تواند نفوذپذیری گاز را در صورت نیاز برای محصولات مختلف افزایش یا کاهش دهد. آنها همچنین می توانند خواص مکانیکی و مقاومت در برابر حرارت را بهبود بخشند و سرعت انتقال اکسیژن را کاهش دهند. همچنین باید بتوان از فناوری نانو برای تشخیص مواد شیمیایی و بیولوژیکی برای سنجش تغییرات بیوشیمیایی در غذاها استفاده کرد که در آینده به کل زنجیره غذایی گسترش می‌یابد.
نانومواد همچنین در زیست‌شناسی و پزشکی به روش‌های متنوعی از جمله کاربرد مستقیم محصولات در بیماران استفاده می‌شوند. نمونه‌ها شامل محصولاتی برای تحویل دارو و ژن‌درمانی ، جداسازی و خالص‌سازی مولکول‌ها و سلول‌های بیولوژیکی، برچسب‌های بیولوژیکی فلورسنت، عوامل کنتراست تصویربرداری، مهندسی بافت ، پروب‌های DNA و تراشه‌های زیستی در مقیاس نانو ، و فناوری میکروجراحی است.

قیمت مواد نانو شیمیایی

به عنوان مثال، حوزه مراقبت های بهداشتی از نانومواد به روش های مختلفی استفاده می کند که یکی از کاربردهای اصلی آن، تحویل دارو است. یکی از نمونه‌های این فرآیند این است که به موجب آن نانوذرات برای کمک به انتقال داروهای شیمی‌درمانی مستقیماً به غده‌های سرطانی و همچنین رساندن دارو به مناطقی از شریان‌هایی که برای مبارزه با بیماری‌های قلبی عروقی آسیب دیده‌اند، ساخته می‌شوند. نانولوله‌های کربنی نیز به منظور استفاده در فرآیندهایی مانند افزودن آنتی‌بادی به نانولوله‌ها برای ایجاد حسگرهای باکتریایی در حال توسعه هستند.
در هوافضا ، از نانولوله‌های کربنی می‌توان در شکل‌گیری بال‌های هواپیما استفاده کرد. نانولوله ها به صورت مرکب برای خم شدن در پاسخ به اعمال ولتاژ الکتریکی استفاده می شوند.
نمونه هایی از نانومواد و صنایعی که در آنها استفاده می شود
استفاده از نانومواد در طیف وسیعی از صنایع و محصولات مصرفی رایج است.
در صنعت آرایشی و بهداشتی، نانوذرات معدنی - مانند اکسید تیتانیوم - در کرم‌های ضد آفتاب استفاده می‌شوند، زیرا به دلیل پایداری ضعیفی که در درازمدت محافظت شیمیایی معمولی در برابر اشعه ماوراء بنفش ایجاد می‌کند. درست مانند مواد حجیم، نانوذرات اکسید تیتانیوم می‌توانند محافظت بهتری در برابر اشعه ماوراء بنفش داشته باشند و همچنین دارای مزیت افزوده حذف سفیدکننده‌های زیبایی نامطلوب مرتبط با ضدآفتاب در شکل نانو هستند.
صنعت ورزش چوب‌های بیسبال تولید می‌کند که با نانولوله‌های کربنی ساخته شده‌اند، و این خفاش‌ها را سبک‌تر کرده و در نتیجه عملکردشان را بهبود می‌بخشد. استفاده بیشتر از نانومواد در این صنعت را می توان در استفاده از فناوری نانو ضد میکروبی در اقلامی مانند حوله ها و تشک های مورد استفاده ورزشکاران به منظور پیشگیری از بیماری های ناشی از باکتری ها شناسایی کرد.
نانومواد نیز برای استفاده در ارتش ساخته شده اند. یک مثال استفاده از نانوذرات رنگدانه متحرک است که برای تولید شکل بهتری از استتار، از طریق تزریق ذرات به مواد لباس سربازان استفاده می‌شود. علاوه بر این، ارتش سیستم‌های حسگر را با استفاده از نانومواد، مانند دی اکسید تیتانیوم، توسعه داده است که می‌تواند عوامل بیولوژیکی را شناسایی کند.
استفاده از نانو دی اکسید تیتانیوم به استفاده در پوشش ها برای تشکیل سطوح خود تمیز شونده مانند صندلی های پلاستیکی باغ گسترش یافته است. یک فیلم مهر و موم شده از آب روی پوشش ایجاد می شود و هر گونه کثیفی در فیلم حل می شود، پس از آن دوش بعدی کثیفی ها را از بین می برد و اساساً صندلی ها را تمیز می کند.
مزایای  نانومواد
خواص نانومواد، به ویژه اندازه آنها، مزایای مختلفی را در مقایسه با شکل توده ای مواد ارائه می دهد و تطبیق پذیری آنها از نظر توانایی مناسب سازی آنها برای نیازهای خاص، مفید بودن آنها را برجسته می کند. یک مزیت اضافی تخلخل بالای آنها است که دوباره تقاضا برای استفاده از آنها را در بسیاری از صنایع افزایش می دهد.
در بخش انرژی، استفاده از نانومواد از این جهت سودمند است که می‌تواند روش‌های موجود برای تولید انرژی - مانند پنل‌های خورشیدی - را کارآمدتر و مقرون‌به‌صرفه‌تر کند و همچنین راه‌های جدیدی را برای استفاده و ذخیره انرژی باز کند. .
نانومواد همچنین قرار است چندین مزیت را در صنعت الکترونیک و محاسبات معرفی کنند. استفاده از آنها باعث افزایش دقت ساخت مدارهای الکترونیکی در سطح اتمی می شود و به توسعه محصولات الکترونیکی متعدد کمک می کند.
نسبت بسیار زیاد سطح به حجم نانومواد به ویژه در استفاده از آنها در زمینه پزشکی مفید است که امکان پیوند سلول ها و مواد فعال را فراهم می کند. این منجر به مزیت آشکار افزایش احتمال موفقیت در مبارزه با بیماری های مختلف می شود .
معایب و خطرات 
در کنار مزایای آنها، تعدادی از معایب مرتبط با استفاده از نانومواد نیز وجود دارد. با توجه به تازگی نسبی استفاده گسترده از نانومواد، اطلاعات زیادی در مورد جنبه های بهداشتی و ایمنی قرار گرفتن در معرض مواد وجود ندارد.
در حال حاضر، یکی از معایب اصلی مرتبط با نانومواد، قرار گرفتن در معرض استنشاق در نظر گرفته می شود . این نگرانی از مطالعات حیوانی ناشی می‌شود که نتایج آن نشان می‌دهد که نانومواد مانند نانولوله‌های کربنی و نانوالیاف ممکن است اثرات مخرب ریوی مانند فیبروز ریوی ایجاد کنند. خطرات احتمالی دیگر سلامتی، قرار گرفتن در معرض بلع و خطرات انفجار گرد و غبار است.
علاوه بر این، هنوز شکاف‌های دانشی در مورد نانومواد وجود دارد، به این معنی که فرآیند تولید اغلب می‌تواند پیچیده و دشوار باشد . فرآیند کلی نیز گران است و به نتایج بهینه نیاز دارد - به ویژه در مورد استفاده از آنها در کالاهای مصرفی - به منظور جلوگیری از ضررهای مالی.
ارزیابی ریسک در مورد هر گونه اثرات بالقوه زیست محیطی نشان می دهد که نانومواد مورد استفاده در اقلام آرایشی مانند ضدآفتاب که روی پوست استفاده می شود، در معرض خطر قرار گرفتن در اکوسیستم های آبی است.پس از شستن آنها نانوموادی که مهندسی شده‌اند ممکن است قبل از انباشته شدن برای ایجاد ذرات با اندازه بزرگ‌تر، در بدنه‌های آبی مانند دریاچه‌ها و رودخانه‌ها قرار بگیرند. این ممکن است گونه های آب شیرین - مانند حلزون ها - را با کاهش احتمالی فرآیندهای زندگی مانند رشد و تولید مثل در معرض خطر قرار دهد. همان مسائل ناشی از مواد در چنین اکوسیستم های آب شیرین احتمالاً به اکوسیستم های دریایی نیز مربوط می شود. تجمع نانومواد در سایر جنبه های محیطی، مانند خاک - از طریق لجن فاضلاب - یک نگرانی اضافی است. اگرچه انتظار می‌رود غلظت این نانومواد مهندسی شده بسیار کم باشد، انتشار مکرر ممکن است باعث افزایش غلظت در طول زمان شود و اثرات منفی مرتبط را تشدید کند .