نانوذره چیست و کاربردهای آن کدامند؟

● زمان تقریبی لازم برای مطالعه: " 4 دقیقه "

در این مقاله قصد داریم به بررسی نانوتکنولوژی بپردازیم. علمی نوین که پایه و اساس آن را تبدیل ماده به نانوذرات آن تشکیل می‌دهد. بنابراین ابتدا این که نانوذره چیست را به صورت مختصر تشریح کرده و در ادامه به خواص و ویژگی‌هایش می‌پردازیم. قبل از شروع لازم است متذکر شویم که کاربرد ذره‌های نانو در علوم مختلف، بسیار گسترده بوده و شاید برای پیشبرد علوم جدید، بدون نانوتکنولوژی، نتوان جایگاه قابل توجهی متصور بود. پس برای آگاهی از خواص نانوذره و آشنایی با تکنولوژی نوین نانو، با ما همراه باشید.

نانوذره چیست و کاربردهای آن کدامند؟
نانوذرات آهن

نانوذره چیست؟

همه‌ی ما با مقیاس‌هایی همچون میلی‌متر، سانتی‌متر، متر و… آشنا هستیم. این مقیاس‌ها برای تعیین اندازه‌ی اشیاء مختلف به کار گرفته می‌شوند. نانو هم در واقع یکی از همین مقیاس‌هاست و با آن اندازه‌ی برخی چیزها را معین می‌کنیم. وقتی از کلمه‌ی نانوذره استفاده می‌کنیم، به معنی این است که ذره‌ای با اندازه‌ی چند نانومتر مورد نظرمان است. پس کلمه‌ی نانوذره یک عنوان یا اسم خارق‌العاده و پیچیده از یک ترکیب خاص نیست. در حقیقت همه‌ی مواد می‌توانند به اندازه‌ی نانو، کوچک شوند و نام “نانوذره” بگیرند.

نانو چقدر است؟

تا اینجای کار و در بخش ” نانوذره چیست ” به معرفی این ذره‌ی شگفت‌انگیز پرداختیم، حال به سراغ بررسی اندازه‌ی آن می‌رویم. گفتیم که هر ماده‌ای که به اندازه‌ی چند نانومتر کوچک شود، نانوذره است. حال باید ببینیم نانو چقدر است؟ واژه‌ی نانو در حقیقت به معنی یک میلیاردم است و هنگامی که در کنار کلمه‌ی متر قرار می‌گیرد، نانومتر را می‌سازد. می‌توان اینگونه در نظر گرفت که اگر یک متر را به یک میلیارد، تقسیم کنیم، هر قسمت از آن یک نانومتر است. سانتی‌متر، یک صدم متر است، میلی‌متر یک هزارم متر است و نانومتر یک میلیاردم متر. بنابراین اندازه‌ی هر ذره‌ی نانو می تواند اندازه ای در حدود یک تا صد میلیاردم‌متر داشته باشد.

خواص نانوذره چیست ؟

هر ماده‌ای در حالت عادیِ خودش، دارای یک سری ویژگی خاص است. برای مثال مواد دارای یک نقطه ذوب مشخص هستند و این نقطه ذوب همیشه ثابت است. در واقع اگر ماده‌ای در دمای “هزار درجه” ذوب می شود، نمی‌توان با دمای کمتری آن را ذوب نمود. و یا اگر یک آهنربا داشته‌باشیم، نمی‌توانیم خاصیت آهنربایی آن را حذف و یا زیاد و کم نمائیم.

اما وقتی مواد را تا مقیاس نانو کوچک و یا بهتر است بگوئیم خُرد کنیم، برخی خواص آن‌ها تغییر می کند. مثلا نقطه ذوب ماده عوض می‌شود. حتی ممکن است بعضی مواد خاصیت مغناطیسی پیدا کنند و آهنربا شوند. اگر بخواهیم به دنبال دلیل این تغییر ماهیت باشیم، باید تغییرات در بُعد فیزیکی را مورد توجه قرار دهیم. چرا که تبدیل ماده به نانوذرات تشکیل دهنده اش، تنها یک تغییر فیزیکی یعنی خُرد شدن است. اجازه بدهید واضح تر توضیح دهیم.

فرض کنید تکه‌ای از یک ماده را در اختیار داشته‌باشیم. وقتی این تکه‌ی کوچک را تا مقیاس نانو خُرد نمائیم، میلیون‌ها ذره‌ی چند نانومتری خواهیم‌داشت. زیاد شدن تعداد ذرات، باعث می‌شود که آن‌ها حالت چسبندگی و یا در برخی موارد خاصیت مغناطیسی پیدا کنند. علاوه بر این، واکنش‌پذیری آنها نیز به دلیل ریزتر شدن، بیشتر می‌گردد. رویداد دیگر این است که با کوچک شدنِ اندازه‌ی ذرات، نسبت سطح به حجم آن‌ها نیز افزایش می یابد. در نتیجه فاصله‌ی بین ذرات تغییر کرده و موجب تغییر ویژگی‌هایی مثل نقطه ذوب و نقطه جوش می‌گردد.

روش تولید ذره های نانو

برای اینکه بتوانیم از نانوذرات استفاده کنیم باید بتوانیم آنها را بسازیم. روش تولید این ذرات باید از نظر اقتصادی، مقرون به صرفه، از نظر عملی، آسان و از نظر ایجاد آلودگی، در حد استاندارد باشد. بنابراین تولید آن‌ها نیز به نوبه‌ی خود یک زمینه برای مطالعه و تحقیق فراهم کرده‌است. مواد مختلف همگی به یک شکل و یک روش به نانوذره تبدیل نمی‌شوند. این تبدیل در هر ماده بسته به حالت و ماهیتی که دارد با روش خاصی انجام می‌گیرد.

برای مثال می‌توان از یکی از روش‌های هم‌رسوبی، میکرواِمولسیون و یا تجزیه‌ی حرارتی برای تولید نانوذرات آهن استفاده نمود. شاید بتوان ساده ترین روش در بین این سه شیوه را هم‌رسوبی عنوان کرد. اگر بخواهیم به شکلی ساده این روش را بیان کنیم اینگونه است که:

نمک‌های آهن (FeCl3 و FeCl2) را در مقدار کمی هیدروکلریک اسید (HCl) حل کرده و این محلول را به سرعت به آمونیاک ۰/۷ مولار (NH3) اضافه می‌کنند. سپس محلول سیاه‌رنگ حاصل شده را به مدت ۳۰ دقیقه در اولتراسونیک قرار می‌دهند. با قرار دادن یک آهن‌ربای قوی زیر ظرف، ذرات آهن ته‌نشین خواهند شد. آن‌ها را چند بار با آب مقطر شستشو داده و نهایتا در آون ۶۰ درجه می‌گذارند.

کاربردهای نانوتکنولوژی

همان‌طور که گفتیم علم نانو، در بسیاری از رشته‌ها همچون علوم مختلف پزشکی، کشاورزی، شیمی و… مورد استفاده قرار می‌گیرد. قبلاً عنوان کردیم که ویژگی مواد با کوچک شدن به اندازه‌ی نانو، تغییر می‌کند. مثلاً برخی با تبدیل شدن به ذره‌های نانو، خاصیت مغناطیسی یا آهنربایی پیدا می‌کنند. مواد مغناطیسی نیز سوپر پارامغناطیس می‌گردند. از این خاصیت برای استخراج مواد از بافت‌های پیچیده، ساخت کاتالیزور، ساخت الکترود و… استفاده می‌شود.

مثالی که می‌توانیم در مورد استخراج مواد بیاوریم، اندازه‌گیری مقدار نگهدارنده‌های شیمیایی است که توسط کارخانجات به مواد غذایی و نوشیدنی‌ها، افزوده می‌شوند. به این صورت که نگهدارنده در آزمایشگاه از طریق خواص نانوذرات، از ماده‌ی غذایی یا نوشیدنی جدا شده، استخراج می شود و سپس مقدار آن با روش‌هایی اندازه‌گیری می‌گردد.

در این مقاله سعی کردیم با ساده‌ترین بیان ممکن، نانوتکنولوژی را بررسی نموده و نحوه‌ی ساخت و کاربردهای ذرات نانو را به صورت مختصر توضیح دهیم. امیدواریم با مطالعه‌ی این مقاله، شناخت کلی و جامعی از علم نانو، به دست آورده باشید. در پایان از همراهی شما سپاسگزاریم.

این مقاله را با دوستان خود به اشتراک بگذارید.

اشتراک گذاری در whatsapp
WhatsApp
اشتراک گذاری در telegram
Telegram
اشتراک گذاری در email
Email
مقالات مرتبط

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

0
    0
    سبد خرید
    سبد خرید شما خالی استبازگشت به صفحه محصولات