نساجی و اثر نانوتکنولوژی بر آن

صنعت نساجی می تواند به طور قابل توجهی بوسیله ی نانوتکنولوژی تحت تأثیر قرار گیرد. این پیش بینی شده است که میزان اثر مواد نانوتکنولوژیکی بر این صنعت صدها میلیارد دلار می باشد. علم نانو هم اکنون در حال تولید لباس های مقاوم در برابر چروک و لکه می باشد و توسعه ها بعدی در زمینه ی ایجاد عملکردها و کارایی های خاص ددر مواد پارچه ای می باشد. موفقیت های ایجاد شده در زمینه ی نانوتکنولوژی می تواند موجب توسعه ی تکنولوژی هایی شود که موجب افزایش امنیت و تأمین مناسب انرژی در سرتاسر دنیا شود. در سال 2005، گزارشی از دانشگاه Rice در تگزاس منتشر شد که طبق آن، برخی از زمینه ها شناسایی شد که نانوتکنولوژی می تواند مشارکت قابل توجهی در آنها داشته باشد. در واقع این توسعه ها به دنبال تولید پارچه های هوشمندی است که دارای عملکردهای غیر قابل پیش بینی مانند موارد زیر می باشد:
• سنسورها و سیستم های جمع آوری اطلاعات و انتقال آنها
• محافظت ها و تشخیص های چندگانه و پیچیده
• عملکردهای پزشکی و بهبود زخم ها
• خود تمیز شوندگی و عملکردهای ترمیمی
آخرین عملکرد بیان شده، نشاندهنده ی این است که چگونه نانوتکنولوژی می تواند بر روی زمینه هایی اثرگذار باشد که خارج از کاربردهای اولیه می باشد.
شرکت آمریکایی Nano-Tex هم اکنون تکنولوژی تولید پارچه های بدون لکه و مقاوم در برابر چروک خوردن را به بازار عرضه کرده است و این انتظار می رود که شرکت NanoFresh نیز به زودی این کار را انجام دهد. محققین در دانشگاه پلی تکنیک هنگ کنگ یک نانولایه از ذرات دی اکسید تیتانیم تولید کرده اند که در واقع با واکنش با نور خورشید موجب شکسته شدن کثیفی ها و سایر مواد آلی می شوند. این لایه می تواند بر روی پنبه پوشش داده شود و بدین صورت پارچه تمیز نگه داشته شود. لباس ها به سادگی و تنها نیازمند نور فرابنفش می باشند تا بدین صورت تمیز شوند. وقتی این لباس ها با نور خورشید برخورد می کنند، کثیفی از آنها زدوده می شود. در صورت اقتصادی بودن این تکنولوژی، کل صنعت شستشوی لباس تحت تأثیر قرار می گیرد.
تحقیقات انجام شده در زمینه ی نانوتکنولوژی موجب بهبود کارایی و یا ایجاد عملکردهای جدید در الیاف کامپوزیتی نانوساختار می شود. در این مواد، از پرکننده های نانومتری مانند نانوذرات (خاک رس، اکسیدهای فلزی، کربن بلک)، نانوفیبرهای گرافیتی (GNF) و نانوتیوب های کربنی (CNT) استفاده می شود. عملکرد اصلی مربوط به پرکننده های نانومتری، افزایش استحکام مکانیکی و بهبود خواص فیزیکی مانند رسانایی و رفتار آنتی استاتیک، می باشد. وقتی نانوذرات در داخل زمینه ی پلیمری پراکنده می شوند، می توانند بار بیشتری تحمل کنند و تافنس و مقاومت به سایش نیز افزایش می یابد. نانوفیبرها می توانند تنش ها را از زمینه ی پلیمری انتقال دهند و موجب افزایش استحکام کششی الیاف کامپوزیتی می شوند. بهبود کارایی فیزیکی و شیمیایی با استفاده از الیاف کامپوزیتی، به خواص نانوفیبرهای مورد استفاده بستگی دارد. اگر چه برخی از ذرات پرکننده مانند رس، اکسیدهای فلزی و کربن بلک، برای چندین دهه است که به عنوان میکرو پرکننده در مواد کامپوزیتی استفاده شده اند، کاهش در اندازه ی این مواد و ورود اندازه به گستره ی نانومتری منجر به افزایش کارایی و ایجاد علایق بازاری جدید در این مواد می شود.

نانوالیاف کربنی و نانوذرات کربنی

نانوالیاف کربنی و نانوذرات کربن بلک، متداول ترین مواد پرکننده ی با اندازه ی نانومتری هستند. نانوالیاف کربنی می توانند به صورت مؤثر موجب افزایش استحکام کششی الیاف کامپوزیتی شوند. علت این مسئله، نسبت طول به عرض بالای این مواد می باشد. این در حالی است که نانوذرات کربن که به کربن بلک مشهور می باشند، می توانند موجب بهبود مقاومت به سایش و تافنس ماده شوند. هر دوی این مواد دارای مقاومت شیمیایی و رسانایی الکتریکی بالایی هستند.

نانوذرات رس

نانوذرات رس یا نانوفلس های رسی، دارای مقاومت شیمیایی مناسب، رسانایی الکتریکی و حرارتی خوب هستند. این مواد از عبور نور UV نیز جلوگیری می کنند. الیاف کامپوزیتی تقویت شده با نانوذرات رسی دارای مقاومت در برابر شعله، آنتی UV و ضد خوردگی هستند.

نانوذرات اکسید فلزی

نانوذرات اکسید فلزی دارای قابلیت فوتوکاتالیستی، رسانایی الکتریکی، جذب UV و ظرفیت اکسید شوندگی با نور هستند. تحقیقات انجام شده در زمینه ی نانوذرات بر روی عملکردهای ضد میکروبی، خود تجزیه شوندگی و بلوکه کردن UV تمرکز دارد. این عملکردها هم در زمینه ی تولیدات نظامی و هم تولیدات غیر نظامی، مهم می باشد.

نانوتیوب های کربنی

کاربردهای بالقوه ی مربوط به CNTs، شامل تولید الیاف کامپوزیتی با استحکام و رسانایی بالا، ذخیره سازی انرژی و وسایل تبدیل انرژی، سنسورها و وسایل نمایش انتشار میدانی، می باشد. یک فیبر ساخته شده از CNT دارای استحکام و سفتی دو برابری می باشد و تافنس آن در مقایسه با سیم فولادی، 20 برابر می باشد. علاوه بر این، تافنس می تواند نسبت به تار عنکبوت، 4 برابر باشد و تافنس این مواد نسبت به الیاف کولار نیز 17 برابر است. از این رو، این الیاف می توانند کاربردهایی در زمینه ی تولید جلیقه های ضد گلوله، محافظ های الکترومغناطیسی و سایر کاربردهای مشابه، داشته باشند.  

نانوتکنولوژی در زمینه ی فرایندهای نهایی پارچه

امولسیون های نانومقیاس که می توانند برای اتمام یا فرایندهای نهایی پارچه، مورد استفاده قرار گیرند، موجب افزایش کارایی مربوط به پارچه از جمله مقاومت در برابر لکه برداری، ایجاد خاصیت آب گریزی، آنتی استاتیک، مقاومت در برابر چروک و خواص ضد آب رفتگی، می شود.
نانوذرات اکسید فلزی و ذرات سرامیکی دارای مساحت سطح بالایی هستند و از این رو، بازده آنها نسبت به مواد با اندازه ذرات معمولی، بالاتر است. این مواد شفاف هستند و دارای رنگ تیره و یا تار نیستند. پارچه های تولید شده با استفاده از نانوذرات دی اکسید تیتانیم و اکسید منیزیم، در حال جایگزینی با پارچه های حاوی کربن فعال می شوند و می توانند محافظت های بیولوژیکی مطلوبی ایجاد کنند. فعالیت فوتوکاتالیستی مربوط به دی اکسید تیتانیم و نانوذرات اکسید منیزیم می تواند موجب شکسته شدن مواد شیمیایی و عوامل بیولوژیکی خطرناک شود.
عملیات های نهایی با استفاده از نانوذرات می تواند موجب تولید پارچه هایی با خاصیت سنسوری شود. اگر ذرات پیزوسرامیکی نانوکریستالی در تولید پارچه استفاده شود، پارچه ی نهایی تولید شده، می تواند نیروهای مکانیکی را به سیگنال های الکتریکی تبدیل کند و از این رو، این لباس های می تواند برای ارزیابی عملکردهای بدن مانند ریتم ضربان قلب مورد استفاده قرار گیرد.

نانولایه های خود آرا

در آینده ی دور، پوشش های نانولایه ای خود آرا (SAN) ممکن است موجب ایجاد چالش در زمینه ی پارچه های سنتی شود. تحقیقات در این زمینه هنوز هم در مراحل اولیه می باشد و با چالش های زیادی روبروست اما ایده ی رسوب دهی پوششی با ضخامت کمتر از یک نانومتر بر روی پارچه، و ایجاد خواص فیزیکی مناسب با استفاده از این پوشش، یکی از زمینه های جالب توجه است.

انرژی

موفقیت های ایجاد شده در زمینه ی نانوتکنولوژی می تواند موجب توسعه ی تکنولوژی هایی شود که موجب افزایش امنیت و تأمین مناسب انرژی در سرتاسر دنیا شود. در سال 2005، گزارشی از دانشگاه Rice در تگزاس منتشر شد که طبق آن، برخی از زمینه ها شناسایی شد که نانوتکنولوژی می تواند مشارکت قابل توجهی در آنها داشته باشد. اگر چه بیشترین سهم مشارکت نانوتکنولوژی در مورد کاربردهای بی نظیر و خاص مانند تولید مواد بهتر برای ادوات اکتشافی مورد استفاده در اکتشاف نفت و گاز می باشد، نانوتکنولوژی همچنین می تواند بر روی انرژی خورشیدی، بادی، انرژی های تمیز، نسل جدید از رآکتورهای هم جوشی اورانیوم، پیل های سوختی، باتری ها، تولید هیدروژن، ذخیره سازی و انتقال و شبکه های برق جدیدی اثرگذار باشد که در رواقع همه ی آنها جزء منابع انرژی محسوب می شوند. چالش هایی اصلی که نانوتکنولوژی در آنها مشارکت می کند، عبارتند از:
• کاهش در هزینه های مربوط به انرژی خورشیدی به میزان 10 برابر.
• کاهش در میزان انتشار دی اکسید کربن و تبدیل آن به اتانول
• ایجاد یک فرایند تجاری برای تبدیل نوری آب و تولید هیدروژن
• کاهش در هزینه های پیل های سوختی به میزان 10 تا 100 برابر و ایجاد مواد جدید و مستحکم تر.
• بهبود بازده و قابلیت ذخیره سازی باتری ها و ابر خازن ها به میزان 10 تا 100 برابر برای صنعت خودرو و کاربردهای تولیدی- توزیعی
• ایجاد مواد سبک تر برای ذخیره سازی هیدروژن، محفظه های هیدروژن مایع و تبدیل آسان سیستم های جذب و واجذبی هیدروژن.
حل این چالش ها سال ها طول می کشد اما انستیتوهای تحقیقاتی و عمومی هم اکنون در حال بررسی و تحقیق بر روی نانوتکنولوژی برای کاربردهای انرژی می باشند. برای مثال، آزمایشگاه Bell در حال بررسی و احتمال سنجی تولید یک میکروباتری می باشد که بعد از شارژ، 20 سال کار می کند. در واقع در این باتری ها، واکنش های شیمیایی که منجر به تخریب باتری در باتری های سنتی می شود، به تأخیر می افتد. این باتری بر اساس کشف های آزمایشگاه Bell تولید خواهد شد و در آن قطرات مایع الکترولیت در یک حالت سکون و در داخل ساختارهای میکروسکوپی حفظ می شوند که در حقیقت نانوگراس (nanograss) نامیده می شوند. این الکترولیت تا زمانی در این بخش باقی می ماند که تحریک نشود. و در صورت تحریک شدن، واکنش ایجاد شده، منجر به تولید الکتریسیته می شود. سایر محققین نیز امید دارند تا باتری هایی کاملا متفاوت را از طریق نانوتکنولوژی تولید کنند که در واقع بتواندد انرژی مورد نیاز برای به حرکت در آوردن ماشین های هیبریدی- الکتریکی را مهیا کند. در مقایسه با باتری ها، ابر خازن ها نیز می توانند ابزارهای قوی باشند. این بخش ها را می توان شارژ نمود و برای مدت ها از آنها استفاده کرد. آنها بازده بالایی دارند و زمان طولانی تری برای تخلیه ی آنها مورد نیاز است. بازده این مواد بالاست و البته این تکنولوژی در مراحل اولیه می باشد. بازار جهانی این محصولات در سال 2002 برابر با 38 میلیون دلار بوده است. البته میزان بازار جهانی این ابر خازن ها در سال 2007 به 355 میلیون دلار رسیده است.
سیستم های فوتوولتایی نیز یکی دیگر از زمینه هایی است که نانوتکنولوژی ، اثر قابل توجهی بر روی آن ایجاد کرده است. سه شرکت استارت آپ آمریکایی (Nanosolar، Nanosys و Konarka Technologies) و سرمایه گذاری های مشترک بین شرکت های Matsushita و STMicroelectronics، در حال تلاش بر روی تولید مواد با سازوکار فوتونی با قیمت پایین می باشند. این وسایل در واقع نسل پیشرفته ای از سلول های فوتوولتایی سیلیکونی کریستالی می باشند. Nanosolar ماده ای از جنس نانوسیم های اکسید فلزی تولید کرده است که می تتواند به عنوان یک مایع بر روی سطح پلاستیک اسپری شود. این لایه ها به عنوان فیلم های فوتوولتایی عمل می کنند. یک فرایند رول به رول (roll-to-roll process) مشابه با رنگ آمیزی با سرعت بالا، نیز ابداع شده است که نیازمند دماهای بالا و یا ادوات تحت خلأ نمی باشد. Nanosys تمایل دارد تا پوشش های خورشیدی خود را بر روی کاشی های پشت بام اسپری کند. و Konarka نیز در حال توسعه ی صفحات پلاستیکی است که حاوی کریستال های تیتانیم دی اکسید می باشد و با رنگ های جاذب نور، پوشش داده شده اند. این شرکت فعالیت های تحقیقاتی بر روی تولید سیستم های فوتوولتایی آلی Siemens را توسعه داده است و Konarka اخیراً نیز 18 میلیون دلار سرمایه گذاری در این زمینه انجام داده است. اگر سازه های خورشیدی بر پایه ی نانوتکنولوژی بتوانند تولید شوند (مثلا ساختمان ها و پل ها)، چشم انداز انرژی می تواند به شیوه ی مهمی تغییر کند. با قرارگیری این بخش ها بر روی اتوبوس و یا وسایل نقلیه، این بخش ها می توانند آب را از طریق الکترولیز تجزیه کرده و موجب تولید هیدروژن برای به کار انداختن پیل های سوختی شوند. در این حالت، بازنده شرکت های تولید کننده ی باتری و کلا شرکت هایی است که نتوانسته اند تا این چالش، روبرو شوند.
یک چنین توسعه هایی به حل مسائل مربوطه در مقیاس نانو وابسته می باشد اما محققین پیشرفت های سریعی را بواسطه ی طراحی نانومقیاس، بدست آورده اند. این موارد شامل تسریع کینتیک واکنش ها، افزایش اثر کاتالیستی، افزایش مقاومت محصولات در دماهای بالا و جهت دهی محصولات به سمت مراحل واکنشی بعدی، می باشد.
استفاده از مطالب این مقاله، با ذکر منبع راسخون، بلامانع می باشد.
منبع مقاله :
Opportunities and risks of nanotechnologies/ Report in co-operation with the OECD international futures programme