کاربرد نانو مواد در صنعت بتون

مقدمه

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.

نانو ربات های سه بعدی در لباس سربازان ضد سرطان

کاربردهای پزشکی بالقوه نانو ربات ها از برطرف کردن عوارض جانبی شیمی درمانی گرفته تا درمان بیماری آلزایمر، همواره وسیع و بلند پروازانه بوده و طی 10 سال گذشته، پژوهشگران مختلف در زمینه ایجاد سیستم های مورد نیاز جهت توسعه کار نانو ربات های فعال و مفید به عنواان سنسور، سیستم های انتقال اطلاعات و تامین سوخت به پیشرفت های زیادی دست یافتند اما برای تحقیق ایده دستگاه های مولکولی که قادر به سفر در میان سرخرگ ها و شریان های حیاتی بدن و شناسایی و درمان بیماری ها هنوز باید کارهای بسیاری انجام شود.

به منظور سرعت بخشیدن به تلاش ها در جهت تحقیق این هدف گروهی از پژوهشگران به تازگی شیوه مبتکرانه ای را برای ایجاد و توسعه نانو ربات ها طراحی کرده اند.

نانو فناوری و کروماتوگرافی

کروماتوگرافی راهی است برای تشخیص اجزا در ابعاد نانومتری، با دقتی در حد و اندازة مولکولی و مدتها پیش از شکل گیری فناوری نانو، برای شناسایی مواد به کار می رفت. اگر چند مولکول با هم داشته باشیم، کروماتوگرافی تشخیص می دهد غلظت آنها چقدر است. اساس کار کروماتوگرافی جداسازی اجزای مخلوط با استفاده از سرعت متفاوت حرکت مولکولهای مختلف در محیط یکسان و با انرژی اولیة مشابه است. دستگاههای کروماتوگرافی پیشرفته، میلیون ها مولکول مختلف را در یک میلیمتر مخلوط براحتی شناسایی می‌کنند و پژوهشگران فناوری نانو می‌توانند به کمک این روشها قسمت عمده‌ای از مشکلات خود را در شناسایی مواد مورد استفاده رفع کنند.

کروماتوگرافی به عنوان یکی از روشهای آزمایشی کارآمد در نانو فناوری، شامل چند روش است: کروماتوگرافی کاغذی، کروماتوگرافی ژلی و کروماتوگرافی گازی از جمله روشهایی هستند که در اینجا با آنها آشنا می‌شویم. دقت کنید که زمان، عامل کنترل ما بر انتخاب ذراتی است که با سرعت های مختلف در محیط کروماتوگرافی توزیع مکانی می‌‌یابند.

نانو سیم ها و درمان سرطان پروستات

آیا می دانید که سرطان پروستات دومین سرطان شایع (بعد از سرطان پوست) و دومین سرطان مرگ آور (بعد از سرطان ریه) در مردان است. در هر 2 دقیقه یک نفر به این سرطان مبتلا می شود. بطور نمونه از کل جمعیت امریکا یک نفر از هر 6 نفر به نمونه از کل جمعیت امریکا یک نفر به این سرطان مبتلا می شود و 3 درصد این افراد نیز جان خود را بر اثر این بیماری از دست می دهند.

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.

نانو پودرها

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.