بعد، نانويي بوده و مولکول C60 داراي قطري در مرتبه 7/0 نانومتر است.

شکل(1-1) انواع فولرين ها

2)ساختاريک بعدي، نانولوله هاي کربني که در دو راستا، داراي قطر نانومتري بوده و در راستاي محور لوله، ميکروني هستند و نسبت طول به قطر نانولوله ها در حدود 1000 بوده و نانولوله ها تماماً از پيوند sp2 تشکيل شده اند (شکل 1-2).

شکل(1-2) نانولوله هاي کربني
3)ساختارهاي دو بعدي گرافن که در يک راستا نانومقياس بوده و داراي ضخامت از مرتبه آنگستروم هستند. گرافن (به انگليسي: Graphene) نام يکي از آلوتروپ‌هاي کربن است. و براي نخستين بار در سال 1947 فيليپ والاس درباره گرافن نوشت و سپس از آن زمان تلاش‌هاي زيادي براي ساخت آن صورت گرفته بود اما قضيه‌اي به نام قضيه مرمين-واگنر در مکانيک آماري و نظريه ميدان‌هاي کوانتومي وجود داشت که ساخت يک ماده دوبعدي را غيرممکن و چنين ماده‌اي را غيرپايدار مي‌دانست. اما به هر حال در سال ۲۰۰۴، آندره گايم و کنستانتين نووسلف، از دانشگاه منچستر موفق به ساخت اين ماده شده و نشان دادند که قضيه مرمين-واگنر نمي‌تواند کاملاً درست باشد. جايزه نوبل فيزيک ۲۰۱۰ نيز به خاطر ساخت ماده‌اي دوبعدي به اين دو دانشمند تعلق گرفت (شکل 1-3).

شکل(1-3) گرافن
4) ساختارهايي سه بعدي گرافيتي که ساليان بسيار زيادي است بشر آن را مي شناسد. گرافيت يکي از آلوتروپ هاي کربن است که ساختار لايه-لايه داشته و به رنگ سياه است واز قرار گرفتن ۶ اتم کربن به صورت ۶ ضلعي منظم پديد آمده است. هيبريداسيون اتمهاي آن از نوع sp2 است و اين اتم‌ها با پيوند کووالانسي به هم متصلند و نمي توانند با کربني خارج از اين لايه پيوند کوالانسي دهند بنابراين يک لايه گرافيت از طريق پيوند واندر والس -که پيوند ضعيفي است- به لايه‌هاي زيرين متصل است اين خاصيت سبب مي‌شود لايه‌هاي گرافيت به راحتي به روي هم بلغزند. به همين دليل از اين ترکيب براي «روان کاري» و «روغن کاري» استفاده مي شود. از گرافيت به عنوان الکترودهاي کوره، روان کننده، ماده نسوز، قطعات الکتريکي، رنگ‌ها، فولادهاي پرکربن، چدن‌ها، مداد گرافيتي و … استفاده مي‌شود. نوک مدادهاي زغالي از جنس گرافيت هستند که ساختار سه بعدي ساخته شده از ورقه هايي از شبکه هاي شش ضلعي دارد (شکل1-4).

شکل(1-4) گرافيت
5)آلوتروپ ديگر کربن الماس است که برعکس گرافيت هيبريداسيون sp3 داشته و رساناي جريان الکتريکي نيست و سختي بالايي دارد (شکل 1-5).

شکل(1-5) الماس
1-4-6- کاربردهاي فناوري نانو
بکارگیری نانوفناوری در علوم مختلف باعث پیشرفت شگرفی در آنها شده و بسیاری از علوم مختلف را تحت تأثیر قرار داده است. در اینجا بخشی از تأثیرات و کاربردهای نانوفناوری در علوم مختلف را بیان می کنیم.
1-4-6-1-کاربرد فناوري نانو در صنعت
نانوفناوري در زمينه هاي پيچيده تر و صنعتي تري نيز ايفاي نقش مي کند. صنايع رباتيک، هوافضا و نظامي از اين دست هستند که هريک به نوبه خود با زندگي مردم در ارتباط هستند.
1)صنايع رباتيک
مهمترين تأثيري که فناوري نانو در رباتيک مي تواند بگذارد ساخت نانوربات هاست.
اين نانوربات ها مي توانند با توجه به اندازه بسيار بسيار کوچک خود، خود را به مناطق آسيب ديده رسانده و پس از تزريق مستقيم دارو به محل و بررسي هايي که انجام مي دهند بيماري را درمان کنند.
2)صنايع نظامي
به کارگيري فناوري نانو در صنايع نظامي به خصوص در زمينه امنيتي – دفاعي در دهه اخير مورد توجه پژوهشگران قرار گرفته است. استفاده از اين فناوري در تجهيزات دفاعي راه هايي به سوي بهبود اسلحه ها، ابتکار در ساخت مواد با وزن سبک و مقاوم به دماي بالا براي هواپيماها، راکت ها و ايستگاه هاي فضايي را هموار نموده است. تسلط اطلاعاتي از طريق نانو الکترونيک پيشرفته، به عنوان يک توانايي مهم نظامي، کارايي بالاتر در تجهيزات نظامي و استفاده از ربات هاي پيشرفته به جاي استفاده از نيروي انساني نظامي، پيشرفت در امر شناسايي و در نتيجه مراقبت از عوامل شيميايي، کاهش خطر براي سربازان و بهبود کارايي خودروهاي نظامي از ديگر قابليت هاي اين فناوري نوين در حوزه نظامي – دفاعي و امنيتي است.
3)صنايع هوافضا
با پيشرفت فناوري و ورود آن به عرصه فضا، سفرهاي فضايي، ساخت كاوشگرها، مدارگردها و سفينه هاي فضايي ساده تر و مقرون به صرفه تر خواهد شد. ربات هاي فضانورد با قيمتي ارزان توليد و به منظور شناسايي و انجام آزمايشات روي كرات ديگر به فضا و ساير كرات فرستاده خواهند شد.
اندازه ماهواره هاي ارسالي به فضا كاهش خواهد يافت و ديگر نيازي به استفاده از موشك هاي غول پيكر جهت فرستادن ماهواره اي چند تني به فضا و قرار دادن آنها در مدار نخواهد بود و به اين ترتيب از هزينه هاي گزاف پرتاب موشك هاي غول پيكر كاسته خواهد شد.
نانو حسگرها، يا سامانه هاي پيشران بسيار كارآمد، نمونه هاي ديگري از كاربرد فناوري نانو هستند. حفاظت در برابر تابش هاي كيهاني از كاربردهاي ديگر و اساسي نانوفناوري در سفرهاي فضايي است. به گفته دانشمندان، خطر قرار گرفتن در معرض تابش هاي فضايي مهمترين عامل محدودكننده طول مدت سفرهاي فضايي و اقامت انسان در فضا است و لذا هم اكنون تحقيقات فراواني به طور خاص در اين زمينه در حال انجام است.
طراحان سفينه هاي فضايي به اين منظور و نيز به منظور رفع مشكلاتي مانند دوام ساختار روكش حفاظتي سفينه هاي فضايي، درجستجوي موادي هستند كه قادر باشد به آنها در توسعه و ساخت روكش چند كاره بدنه سفينه هاي فضايي كمك نمايد. منظور نانوحسگري است كه بتواند حفاظت مؤثري در برابر تابشهاي فضايي ايجاد كند و در عين حال ذخيره انرژي خوبي هم داشته باشد و همچنين قادر باشد در صورت صدمه ديدن بخشي از پوشش حفاظتي فضاپيما و نياز به انجام تعميرات خود به ترميم خود بپردازد.
از نانو همچنين در ساخت لباس فضانوردان استفاده خواهد شد. لباس فضانوردان در عين داشتن مقاومت بالا در مقابل پرتوهاي پرانرژي كيهاني بايد سبك و راحت باشد به گونه اي كه در حركات فيزيكي فضانوردان اختلال و يا محدوديتي ايجاد نكند و فضانوردان قادر باشند با آرامش و آزادي عمل بيشتري به انجام تحقيقات در فضا و يا روي سطح كرات ديگر بپردازند.
1-4-6-2- كاربردهاي فن‌آوري نانو در صنايع غذايي
حوزه‌هاي كاربردي فن‌آوري نانو درصنايع غذايي را مي‌توان به صورت شكل زیر خلاصه كرد.
حوزه‌هاي مختلف كاربردي فن‌آوري نانو در غذا و صنايع غذايي به شش دسته نگهداري غذا، بهبود طعم و رنگ، سلامت غذا، بسته‌بندي، توليد غذا و فرآيندهاي غذايي تقسيم‌بندي مي‌شوند. شكل زير اين تقسيم‌بندي همراه با زيرگروه‌هاي هريك را نشان مي‌دهد. در ادامه به تشريح هر قسمت و نمونه‌هاي كاربردي مربوطه كه تا به حال وجود داشته است، پرداخته مي‌شود.
1)نگهداري
فن‌آوري نانو از سه طريق مي‌تواند در نگهداري موادغذايي مؤثر واقع شود:
ضدعفوني و ضد ميكروب كردن سطوح: فن‌آوري نانو با جابه‌جا كردن سطح پوشش مواد مي‌تواند تقريباً از ورود هر ميكروارگانزيم يا ميكروب به غذا جلوگيري كند. ميكروب‌كش‌ها با نانو ذرات و نانو قطراتي مانند روغن‌هاي گياهي و الك‌ها، دوستدار محيط زيست بوده و براي سلامت انسان بي‌ضرر هستند.
حفاظت آنتي‌اكسيدان‌ها: نگهداري آنتي‌اكسيدان‌هاي حساس مانند ويتامين‌هاي K/E/D/A ، اسيد چرب امگا 3 و ر -كاروتن همواره يك عامل كليدي در حفظ غذا بوده است. استفاده از نانو حفره‌ها مي‌تواند از خراب شدن چنين مواد بي‌ثباتي در طول فرآيند و در زمان انبارداري جلوگيري كند.
دست‌ورزي و كنترل فعاليت آنزيم‌ها: فن‌آوري نانو در شناسايي و طراحي ساختمان آنزيم‌ها كاربرد مهمي دارد. فن‌آوري نانو توانايي كنترل متابوليسم آنزيم‌ها توسط تغيير در ساختمان و افزودن ديگر ذرات فعال را دارد. بنابراين مي‌توان فعاليت‌هاي آنزيم‌ها را از اين طريق تحت كنترل درآورد.
2)توليد
كاربرد فن‌آوري نانو در زمينه توليد غذا مي‌تواند از يك سو در صنعت كشاورزي و از سوي ديگر در ابداع راه‌هاي جديد براي توليد غذاهاي غيروابسته به شرايط طبيعي، مورد اهميت قرار گيرد. عمده اين كاربردها عبارتند از:
آناليز و شناسايي محصولات كشاورزي: چيپ‌ها يا نانوسنسورها مي‌توانند آفت، آنتي‌بيوتيك‌ها و ژن‌هاي مختلف را دقيقاً تشخيص دهند.
توليد غذاهاي GM : باكي‌بال‌هاي قالب‌ريزي شده با اطلاعات ژنتيكي مي‌توانند ژن‌ها و عناصر را به نقاط مطلوب حمل كنند.
توليد آفت‌كش/دارو و حمل آن‌ها: مانند زمينه دارويي در انسان، ‌نانو ذرات و نانوكپسول‌ها در بهبود اثر دارو كمك خواهند كرد و اثرات جانبي را كاهش مي‌دهند.
سنتز و توليد غذا: آرايش بسيار ريز افزودني‌هاي غذايي مي‌تواند گروه‌هاي جديد غذايي را با سنتز مواد تغذيه‌اي مورد نياز، طعم دهي تركيبات و پيوند آنزيم‌ها با هم توليد كند. اين روش باعث كاهش زياد وابستگي صنايع غذايي به محيط زيست طبيعي شده و به عنوان يك ايده متفاوت در اين زمينه ‌بدون نياز به ملزومات غذاي طبيعي استفاده مي‌شود.

3)بسته‌بندي و سلامت موادغذايي
چشم‌اندازهاي مالي فن‌آوري‌نانو، صنايع بسته‌بندي را پررونق نشان مي‌دهد. سهم بازار اين صنعت در حال حاضر حدود 1/1 ميليارد دلار است و پيش‌بيني‌ مي‌شود تا سال 2010 به 3/7 ميليارد دلار آمريكا برسد.
در اين قسمت به منظور اطلاع از محصولات تجاري و تحقيقاتي كه در اين حوزه صورت گرفته مثال‌هايي آورده مي‌شود :
شركت Bayer Polymer كيسه‌اي پلاستيكي با نام Durethan KU توليد كرده است كه از محصولات موجود در بازار سبك‌تر و محكم‌تر است، همچنين مقاومت بيش‌تري در برابر گرما از خود نشان مي‌دهد. هدف اوليه از توليد پلاستيك‌هاي بسته‌بندي موادغذايي، جلوگيري از خشك شدن محتويات آن‌ها و محافظت در مقابل رطوبت و اكسيژن است. پوشش جديد غني از نانوذرات سيليكات است. اين نانوذرات تا حد زيادي از نفوذ اكسيژن، گازهاي ديگر و رطوبت جلوگيري مي‌كنند و فساد موادغذايي را به تأخير ‌مي‌اندازند.
سازمان‌هاي ديگر به كمك فن‌آوري ‌نانو در حال يافتن راهي براي تشخيص فساد موادغذايي هستند. به عنوان مثال شركت AgroMicron ، افشانه تشخيص دهنده نانوبيولومينسانس را ساخته كه شامل پروتيين لومينسانت است. در اين طرح، افشانه سطح ميكروب‌هايي مانند Salmonella و E.coli را ‌پوشانده و از خود نوري ساطع مي‌كند و در نتيجه فساد موادغذايي تشخيص داده مي‌شود. اين شركت در نظر دارد محصول مورد نظر را با نام BioMark وارد بازار كند. در حال حاضر اين شركت در حال ساخت افشانه‌هايي با روش‌‌هاي جديد است تا بتواند از آن‌ها در حمل و نقل دريايي استفاده كند.
در راهبرد مشابه، براي اطمينان از سلامت موادغذايي، محققان اتحاديه اروپا در پروژه Good Food از نانوحسگرهاي قابل حمل براي يافتن مواد شيميايي مضر، پاتوژن‌ها و سم‌‌ها در موادغذايي استفاده مي‌كنند.
با اين عمل، ديگر نيازي به فرستادن نمونه‌هاي موادغذايي به آزمايشگاه براي تشخيص سلامت و كيفيت محصولات در كشتزارها و كشتارگاه‌ها نيست. همچنين اين پروژه، در حال توسعه به كارگيري زيست‌تراشه‌هاي DNA براي كشف پاتوژن‌هاست. اين روش مي‌تواند در تشخيص باكتري‌هاي مضر و متفاوت موجود در گوشت يا ماهي و يا قارچ‌هاي ميوه مؤثر باشد. اين پروژه در نظر دارد با گسترش ميكروحسگرهاي رشته‌ا‌ي، بتواند آفت‌كش‌هاي ميوه و سبزيجات را به همان خوبي كه شرايط محيطي كشتزارها را كنترل مي‌كند تشخيص دهد. اين نوآوري به نام حسگرهاي Good Food ناميده مي‌شود.
1-4-6-3- کاربرد فناوري نانو در صنعت پزشکي
درمان و پيشگيري بيماري‌ها از قابليت‌هاي خوب فناوري نانو به شمار مي‌رود. اين فناوري با استفاده از نانوابزارها

دسته بندی : No category

دیدگاهتان را بنویسید