نانوتکنولوژی به زبان ساده کاربردها، مزایا و معایب

به احتمال زیاد واژه نانو را در بسیاری از محصولات دیده اید، اما آیا تا به حال به معنی و کاربرد آن توجه کرده اید؟ جوراب های نانو، دستمال های نانو و لوازم شستشوی نانو از جمله محصولاتی هستند که تبلیغات بالایی دارند. این محصولات به دلیل ویژگی هایی که نسبت به محصولات معمولی دارند، طرفداران زیادی را به خود جذب کرده اند. با این حال، بسیاری از مصرف کنندگان از کاربرد فناوری نانو و اهمیت آن آگاه نیستند. در این مقاله می خواهیم ابتدا به این سوال که نانوتکنولوژی چیست به زبان ساده پاسخ دهیم و سپس با کاربردهای آن آشنا شویم.

فناوری نانو چیست؟

نانوتکنولوژی یا به زبان ساده نانوتکنولوژی شاخه‌ای از علم است که می‌توان از آن برای توسعه و تولید مواد جدید در مقیاس بسیار کوچک استفاده کرد. Small scale به معنی مقیاس نانو است که با واحد نانومتر اندازه گیری می شود. یک نانومتر برابر با یک میلیاردم متر است. اگر درک اندازه کوچک واحد نانومتری برایتان سخت است، نگران نباشید زیرا موسسه فناوری نانو آمریکا (NNI) نمونه هایی را برای درک بهتر این اندازه آماده کرده است. در اینجا چند مثال برای کمک به درک واحدهای نانومتر آورده شده است:

• یک ورق کاغذ حدود 100000 نانومتر ضخامت دارد.
• اندازه یک اتم بین 0.1 تا 0.5 نانومتر است.
• قطر رشته DNA انسان 2.5 نانومتر است.
• ضخامت یک تار موی انسان بین 80000 تا 100000 نانومتر است.

اکنون که درک بهتری از اندازه نانومتری پیدا کردید، باید بگوییم که ساختارهایی که با استفاده از فناوری نانو تولید می‌شوند دارای اندازه‌ای از 1 تا 100 نانومتر هستند. این سازه ها در حوزه های مختلف از پزشکی گرفته تا ساخت و ساز انقلابی ایجاد کرده اند و در حال حاضر عنصری حیاتی برای توسعه این مناطق محسوب می شوند.

تاریخچه فناوری نانو

چند سال قبل از استفاده از اصطلاح «نانو فناوری»، فیزیکدان ریچارد فاینمن ایده خود را مطرح کرد. در 29 دسامبر 1959، در جلسه ای در موسسه فناوری کالیفرنیا، او بیانیه ای را بیان کرد که منجر به شکل گیری ایده اولیه علم نانو شد. در این جلسه، ریچارد فاینمن فرآیندی را مورد بحث قرار داد که توسط آن دانشمندان قادر خواهند بود اتم ها و مولکول ها را به طور جداگانه کنترل کنند. سالها بعد پروفسور نوریو تانیگوچی تحقیقات فاینمن را ادامه داد و نام «نانو فناوری» را برای این علم جدید برگزید. سرانجام در سال 1981 با تولید میکروسکوپ برای رصد اتم ها، نانوتکنولوژی مدرن ایجاد شد.

در کجا از فناوری نانو استفاده می شود؟

فناوری نانو در همه زمینه ها جای خود را گذاشته است و هنوز جای پیشرفت وجود دارد. به عنوان مثال، طبق گزارش MarketWatch، ارزش بازار جهانی فناوری نانو در سال 2021 به 1.3 میلیارد دلار رسید و پیش‌بینی می‌شود این میزان تا پایان سال 2030 به 34.3 میلیارد دلار برسد. با توجه به پیشرفت هایی که فناوری نانو را در زمینه های مختلف ایجاد کرده است، چنین آینده ای دور از دسترس نیست. در این بخش به معرفی مهمترین کاربردهای فناوری نانو می پردازیم. لازم به ذکر است که کاربرد فناوری نانو به این موارد محدود نمی شود و ماهیت گسترده تری دارد.

1. نانومواد

نانومواد را می توان مهمترین دستاورد علم نانو نامید. پیشرفت علم و فناوری نانو منجر به تولید نانومواد شده است. از نانومواد در لوازم جانبی که ما هر روز استفاده می کنیم، از پارچه لباس هایمان گرفته تا صفحه نمایش دوربین و عینک استفاده می شود. حال شاید این سوال در ذهن شما مهم باشد که نانوتکنولوژی چیست و چه کاربردی دارد؟ در پاسخ باید بگوییم که علم نانو در حال بهبود مواد مورد استفاده در لوازم خانگی است. بنابراین بسته به نوع تجهیزات، مقاومت آنها را افزایش می دهد، رسانایی بهتری به آنها می بخشد یا ویژگی های بهبود یافته را در آنها ایجاد می کند.

2. پزشکی

حوزه پزشکی با کمک فناوری نانو دستخوش تغییرات مثبت بزرگی شده است. این فناوری در ترفندهای ورزشی درمانی، تشخیص بیماری ها و روش های موثر دارورسانی استفاده می شود. برای درک بهتر اهمیت نانوتکنولوژی در حوزه پزشکی، شرکت بیوتکنولوژی MCL را مثال بزنید که موفق به ایجاد پلتفرم دارورسانی نانوسل شد. نانوسل داروی مورد نظر را به ذرات در ابعاد نانو تبدیل کرده و مستقیماً وارد جریان خون بیمار می شود. این شرکت اخیراً وعده داده واکسن بینی کووید 19 که با پلتفرم نانوسل استفاده می‌شود، داده است.

3. صنایع غذایی

فناوری نانو به طور گسترده در صنایع غذایی مورد استفاده قرار می گیرد و به طور گسترده ای از آماده سازی مواد غذایی تا بسته بندی مواد غذایی استفاده می شود. هنگام فرآوری محصولات غذایی با کمک فناوری نانو، طعم و رنگ جذاب تری به محصول داده می شود و بسته بندی نانو باعث افزایش ماندگاری محصول می شود. کشاورزان همچنین می توانند با استفاده از نانومواد با ایمنی بیشتری از آفت کش ها استفاده کنند. کشاورزانی که از نانومواد در محصولات خود استفاده می کنند ممکن است از میزان سموم تولید شده و همچنین مواد مغذی دریافتی توسط محصول آگاه باشند.

4. الکترونیکی

دستگاه های الکترونیکی هر روز کوچکتر و فشرده تر می شوند. به عنوان مثال، در سال 2015 BMI اعلام کرد که از ترانزیستورهای 7 نانومتری استفاده می کند. چند سال بعد، همین شرکت ترانزیستورهای 5 نانومتری تولید کرد و در نهایت ترانزیستورهای 2 نانومتری را در سال 2021 به بازار عرضه کرد که عملکرد بهتری نسبت به نسخه های قبلی داشت. یکی از عوامل اصلی کاهش اندازه و وزن وسایل الکترونیکی، فناوری نانو است. البته کاربرد نانو به این محدود نمی شود، رسانایی، مقاومت و دوام دستگاه های الکترونیکی را نیز بهبود می بخشد.

5. لباس

استفاده از نانو در تولید پارچه و لباس یکی از اولین کاربردهای نانو بود که به صورت عمومی منتشر شد. نانو می تواند لباس ها را ضد آب کند که بیشتر در کت ها و چترهای ضد آب دیده می شود. یکی دیگر از کاربردهای نانو در لباس، قابلیت ضد باکتریایی است که در لباس هایی مانند تی شرت، شلوار و جوراب ایجاد می کند. در واقع نانوذراتی که روی این لباس ها می نشینند باکتری های تولید کننده بوی نامطبوع را از بین می برند و در نتیجه لباس ها مدت بیشتری تمیز می مانند. در حالت پیشرفته تر، نانوذراتی داریم که از چروک شدن بافت جلوگیری می کند.

6. انرژی های تجدید پذیر

نانوتکنولوژی کارایی سلول های خورشیدی را در زمینه انرژی های تجدیدپذیر بهبود بخشیده است. البته جالب است بدانید که فناوری نانو نه تنها در حوزه انرژی های تجدیدپذیر استفاده می شود، بلکه تاثیر زیادی بر انرژی های تجدید ناپذیر دارد. به عنوان مثال، راه حل های حفظ منابعی مانند نفت و گاز تحت تأثیر فناوری نانو پیشرفت کرده است.

7. محیط زیست

نانوتکنولوژی از زوایای مختلف بر محیط زیست تأثیر می گذارد. یکی از مشکلات زیست محیطی که سلامت کره زمین را تهدید می کند آلودگی آب است. دفتر مرکزی فناوری نانو در آمریکا موفق به ایجاد غشایی شده است که آلودگی فسفات را در رودخانه ها و دریاچه ها کنترل می کند. علاوه بر این، یک شرکت نانویی دیگر فیلترهایی را برای تهویه مطبوع منتشر کرده است که علاوه بر تصفیه هوای داخل، ویروس های موجود در هوا را نیز از بین می برد. یک کاربرد جدیدتر که در این زمینه دیده‌ایم مربوط به سال 2020 است که یک فیلتر هوا تولید شد که خود را استریل کرده و هوای اطراف را در طول شیوع کووید-19 تصفیه می‌کند.

8. لوازم آرایشی و بهداشتی

محصولات بهداشتی، مراقبتی یا آرایشی که از فناوری نانو استفاده می کنند حاوی نانوذراتی هستند که خواص ویژه ای به آنها می بخشد یا بافت آنها را بهبود می بخشد. به عنوان مثال دی اکسید تیتانیوم و اکسید روی که از ترکیبات اصلی کرم های ضد آفتاب هستند، نور محیط را جذب کرده و ظاهری براق و نه چندان جالب به مصرف کننده می دهند. حال اگر از فناوری نانو برای تولید ضدآفتاب استفاده شود، بافت سبک تری دارد و اثری براق به جا نمی گذارد.

فواید نانوتکنولوژی

• بهبود مواد اولیه: در مقایسه با مواد اولیه معمولی، نانومواد پایداری و دوام بیشتر و همچنین وزن سبک‌تری دارند و پیشرفت‌های مهمی را در صنایع مختلف ارائه می‌کنند.
• پیشرفت بهینه سازی انرژی: استفاده از نانومواد برای تولید باتری‌ها، سلول‌های خورشیدی و سلول‌های سوختی وابستگی ما به منابع انرژی تجدیدناپذیر مانند سوخت‌های فسیلی را کاهش می‌دهد.
• روش های پزشکی سلامتی: با کمک مواد و روش های نانویی تاثیر بیشتری حاصل می شود. همچنین با نانو شاهد تولید دستگاه های پزشکی جدیدتر و کارآمدتر هستیم.
• بهبود تصفیه آب: اگر در تولید فیلترهای آب از نانو مواد استفاده شود، نتیجه بهتری حاصل می شود. نانومواد نقش مهمی در جداسازی آلاینده ها از آب دارند.
• بهبود کیفیت غذا: با کمک فناوری نانو، حسگرهایی ساخته شده اند که می توانند آلودگی مواد غذایی را تشخیص دهند. نانوتکنولوژی برای تولید کودها و آفت کش‌های سازگار با محیط زیست نیز مفید بوده است.

معایب فناوری نانو

• خطرات زیست محیطی و خطرات جانی: خطر استفاده از فناوری نانو در دراز مدت هنوز مشخص نشده است. استفاده طولانی مدت از نانومواد، به ویژه در محصولات غذایی، می تواند برای سلامت انسان و محیط زیست مضر باشد.
• ریسک اقتصادی: انتظار می رود وجود فناوری نانو باعث ایجاد نابرابری اقتصادی در برخی زمینه ها شود. به عنوان مثال، یک نانو کامپیوتر صدها برابر بهتر از قوی ترین کامپیوترهای معمولی عمل می کند. اکنون کسانی که به این فناوری دسترسی دارند می توانند از مزایای بیشتری در زمینه های مختلف بهره مند شوند. علاوه بر این، نانوکامپیوترها با خودکار کردن برخی از وظایف، برخی از مشاغل را ناپدید می کنند.
• خطر نظامی: توسعه فناوری نانو نگرانی هایی را در مورد مسائل اخلاقی ایجاد کرده است. بسیاری نگران هستند که از فناوری نانو برای بهبود سلاح ها و ابزارهای جاسوسی استفاده شود.

تو بگو

همانطور که خواندید، فناوری نانو این پتانسیل را دارد که صنایع مختلف را متحول کند. شاید قبل از خواندن این مقاله فکر می کردید که کاربرد نانو فقط به پوشاک یا لوازم بهداشتی محدود می شود، اما اکنون می دانید که اهمیت این فناوری ابعاد گسترده تری دارد. هنوز زمان زیادی برای تعیین تأثیر نانو بر زندگی و محیط زیست ما باقی مانده است و این فناوری هنوز نیاز به آزمایش دارد.

به نظر شما فناوری نانو باید محدود شود یا بیشتر روی آن سرمایه گذاری شود؟ آیا تا به حال از محصولات مبتنی بر فناوری نانو استفاده کرده اید؟ شما می توانید تجربیات خود را در این زمینه با ما و سایر عزیزان در قسمت نظرات به اشتراک بگذارید. از اینکه تا پایان مقاله همراه ما بودید متشکریم.