مترجم: حبیب الله علیخانی
منبع:راسخون

سایر کاربردها

کاربردهای مربوط به کوپلیمرهای بلوک، محدود به کاربردهای بیولوژیکی نیست. این مواد می توانند در سایر صنعت ها نیز استفاده شوند، مثلا برای بهبود استحکام فلز در صنعت متالورژی.
در نهایت، کوپلیمرهای بلوک می توانند موجب تشکیل غشاهای نانوحفره برای استفاده در سیستم های فیلتراسیون و تکنولوژی پیل سوختی شوند.

نانوالیلاف پلیمری

نانوالیاف پلیمری یا نانوفیبرها، طبقه ی مهمی از نانومواد می باشد که امروزه به دلیل توسعه های اخیر در زمینه ی ریسندگی الکتریکی و تکنولوژی های بافت، موجود می باشند. برخلاف پارچه های معمولی، این مواد دارای ساختارهای نمونه واری هستند (شکل 1).

نانوالیاف دارای برخی خواص منحصربفرد می باشند. آنها بسیار متخلخل می باشند (یعنی آنها دارای حجم هایی با حفرات به هم پیوسته می باشند که این حفرات می توانند تا 90 % حجم را تشکیل دهند). این ممکن است که پایداری مکانیکی ساختارهای نانوفیبری را بوسیله ی آنیل پارچه، افزایش داد. این خواص موجب می شود تا چارچوب های نانوفیبری برای بسیاری از کاربردهای بیومدیکال و صنعتی، مناسب باشد.
علاوه بر این، محققین توانسته اند تا نانوفیبرهایی هم محور تولید کنند که از دو پلیمر مختلف تشکیل شده اند. محققین همچنین تلاش کرده اند تا نانوفیبرهای با جهت گیری مولکولی مناسب، تولید کنند. این نوع از مواد به طور خاص از مواد پلیمری رسانا تولید شده اند و کاربردهایی زیادی در زمینه ی وسایل پزشکی، پیدا کرده اند.
نانوفیبرها دارای طیف گسترده ای از کاربردها می باشند (شکل 2).

دو زمینه که بیشترین توجه رو به خودشان معطوف کرده اند، عبارتند از زمینه ی پزشکی (مانند بخش های مورد استفاده برای درمان زخم ها) و کاربردهای فیلتراسیونی. نانوفیبرها همچنین برای تقویت الیاف نیز مورد استفاده قرار می گیرند. از آنجایی که نانوفیبرها به نسبت جدیدتر هستند، این انتظار وجود دارد که بسیاری از کاربردهای آنها در آینده، نمایان شود.

نیمه رساناها

نیمه رساناها برخلاف فلزات، دارای یک گاف انرژی هستند. گاف انرژی میان نوار رسانش و نوار ظرفیت قرار دارد. در نیمه رساناهای ذاتی که در آنها هیچ ناخالصی وجود ندارد، هیچ حالت الکترونی در ساختار نواری وجود ندارد. خواص مربوط به نیمه رساناها، به طور خاص گاف انرژی، بوسیله ی افزودن مواد دوپ کننده، دستکاری می شود. این مسئله موجب می شود تا حامل های الکترون (در نوع n) و حامل های حفره (در نوع p) ایجاد شود.
مشابه فلزات، کاهش در اندازه ی نیمه رسانا، منجر به ایجاد خواص فیزیکی منحصربفرد در این مواد می شود. مثال واضح از این مسئله، کوانتم دات ها هستند.

کوانتم دات ها

کوانتم دات ها از مواد نیمه رسانا مانند CdSe، ZnSe و CdTe تولید می شوند. اندازه ی آنها معمولا در حد 10 نانومتر می باشد. مشابه نانوذرات فلزی، الکترون ها در کوانتم دات ها، در فضا متمرکز شده اند.
یک کوانتم دات (QD) دارای طیف انرژی کوانتیده و گسسته است. بنابراین، این مواد می توانند طول موج های خاص جذب کنند و رنگ های مونوکروماتیک، تولید کنند. بسته به اندازه ی آنها، کوانتم دات ها دارای رنگ های مختلفی هستند (شکل 3).

کوانتم دات ها مانند نانوذرات فلزی موجب افزایش کیفیت تصویربرداری و روش های تشخیصی درمانی می شوند. کوانتم دات ها همچنین به عنوان منبعی جدید برای نور در تکنولوژی LED و سلول های خورشیدی استفاده می شوند.

اکسیدهای شبه رسانا

اکسیدهای نیمه رسانا مانند دی اکسید تیتانیم و روی در حالت بالک، به صورت گسترده ای در بسیاری از محصولات صنعتی، استفاده می شوند. وقتی این مواد در مقیاس نانو هستند، آنها خواص فیزیکی منحصربفردی ایجاد می کنند که در حقیقت اجازه ی طراحی مواد جدید و بهبود مواد قبلی را ایجاد می کند. یک توصیف کوتاه در مورد این خواص، به صورت زیر می باشد.

تیتانیم دی اکسید

تیتانیم دی اکسید یک ماده ی معدنی است که در دو شکل عمده، موجود می باشد: یکی روتایل و دیگری آناتاس. تیتانیم دی اکسید یک ماده ی متداول در تولید پیگمنت های سفید رنگ است زیرا این ماده رنگ سفید درخشانی دارد که اندیس شکست بسیار بالایی (2.4) دارد. این ماده در رنگ ها، پلاستیک ها، خمیردندان، کاغذ، جوهرها، غذا و داروها، استفاده می شود. در ضدآفتاب های با ویژگی بلوک کنندگی فیزیکی، تیتانیم دی اکسید مورد استفاده قرار می گیرد. این استفاده نه تنها به دلیل اندیس شکست بسیار بالای این ماده است، بلکه همچنین به دلیل مقاومت بالای این ماده در برابر تفکیک بوسیله ی اشعه ی فرابنفش نیز می باشد. این ماده یک فیلتر UV است که می تواند نور UV را جذب کند. تیتانیم دی اکسید و به طور خاص، آناتاس می تواند به عنوان یک فوتوکاتالیست تحت نور UV مورد استفاده قرار گیرد. این ماده می تواند آب را تفکیک کرده و موجب ایجاد رادیکال های هیدروکسیل (OH) شود. این ماده همچنین می توانند اکسیژن و مواد آلی را به صورت مستقیم اکسید کند. به همین دلیل، دی اکسید تیتانیم به خاطر خاصیت ضدعفونی کنندگی، بوگیری و ضد رسوب شوندگی به رنگ، سیمان، پنجره ها و کاشی افزوده می شود.
نانوذرات تیتانیم دی اکسید مرکز توجه بسیاری از محققین می باشد که علت این مسئله، خواص نوری و کاتالیستی آنها می باشد. این مواد قابلیت جذب UV خود را حفظ کنند اما این ماده تفرق نور را به صورت قابل توجهی کاهش می دهد. بنابراین، این ماده موجب تیرگی رنگ سفید می شود. نانوذرات تیتانیم برای ایجاد پوشش های شفاف و برای نسل جدید کرم های ضد آفتاب مناسب می باشند. در واقع فاکتور محافظت این مواد بالاست و علاوه بر این، این ماده موجب ایجاد ظاهر شفاف در ماده می شود. خواص کاتالیستی دی اکسید تیتانیم در زمان نانوسایز بودن، همچنین به طور قابل توجهی افزایش می یابد. این مسئله به دلیل افزایش نسبت سطح به حجم این ماده می باشد. این خواص به طور روزافزونی در کاتالیست های شیمیایی استفاده می شود مثلا در خالص سازی فوتوکاتالیستی آب و هوا و تجزیه ی مواد آلاینده ی آلی. لایه های نازک این ماده در پنجره ها مورد استفاده قرار می گیرد تا بدین صورت خاصیت خود تمیز شوندگی بر روی شیشه ایجاد شود.
یکی از محدودیت های استفاده از دی اکسید تیتانیم به عنوان فوتوکاتالیست، این است که این ماده تنها نور UV را جذب می کند. نور UV در حدود 5 % از طیف نور خورشید را به خود اختصاص داده است. در این زمینه، نانوتکنولوژی می تواند موجب بهبود خاصیت رنگ های آلی و غیر آلی در برابر نور مرئی و UV شود.

اکسید روی

اکسید روی (ZnO) دارای خواص مشابه با دی اکسید تیتانیم می باشد (یعنی نانوذرات آن موجب تفرق نور می شود و از این رو، می توان از این مواد در فیلترهای UV استفاده کرد). مشابه دی اکسید تیتانیم، این ماده نیز یک میانجی فوتوکاتالیستی است اما در مقایسه با دی اکسید تیتانیم، این ماده خاصیت فوتوکاتالیستی ضعیفی دارد. دی اکسید روی همچنین محدودیت هایی در زمینه ی جذب طیف خورشید نیز دارد بنابراین، تحقیقات برای افزایش پاسخ نوری این ماده در حال انجام می باشد.
یک ویژگی عجیب و غریب اکسید روی، این است که این ماده تمایل به رشد خودآرا و تولید نانوساختارها را دارا می باشد. با کنترل شرایط رشد کریستال، یک سری از اشکال کریستالی برای این ماده محتمل است. محققین بوسیله ی این ماده، سیم ها، حلقه ها، میله ها و اشکال دیگری در مقیاس نانو تولید کرده اند (شکل 4). نانوستون های اکسید روی یکی از زمینه های مورد علاقه می باشد زیرا اندازه گیری فوتولومینسانس دما پایین نشاندهنده ی تابش نور فرابنفشی نزدیک به گاف انرژی ZnO می باشد. بنابراین، ZnO می تواند به عنوان یک محیط تقویت نوری مثلا در نوسانگر لیزری، مورد استفاده قرار گیرد.

نانوسیم های اکسید روی که برروی یک سطح ایجاد می شوند، همچنین به عنوان المان های پیزوالکتریک در منابع توان کوچک سازی شده، کاربرد دارند. این مسئله موجب می شود تا منابع توان قابل حمل و انعطاف پذیری تولید شود که می تواند در پارچه مورد استفاده قرار گیرد. این مواد می توانند با گرفتن انرژی بدن، باد و ...، خود را تمیزکاری کنند.

اکسید ایندیوم- قلع

اکسید ایندیوم- قلع (ITO) یک ماده ی نیمه رساناست که ویژگی اصلی آن، وجود ترکیبی از رسانایی الکتریکی و شفافیت نوری می باشد. ITO به طور خاص حاوی 90 % ایندیوم (III) اکسید و 10 % قلع (V) اکسید می باشد. این ماده به صورت گسترده ای در شکل لایه ی نازک در الکترودهای شفاف مورد استفاده در صفحات کریستال مایع، صفحات لمسی، LED ها، سلول های خورشیدی لایه نازک، سنسورهای نیمه رسانا و ... استفاده می شوند. ITO یک جاذب فروسرخ است و هم اکنون به عنوان پوشش عایق حرارتی در صفحات پنجره، استفاده می شوند. این ماده دارای خاصیت ضد استاتیکی است و در کاربردهایی مانند بسته بندی و ذخیره سازی ادوات الکترونیک، استفاده می شوند. از آنجایی که این ماده بسیار گران قمیت است، مواد جایگزین مانند اکسید قلع فلئورسنت و اکسیدهای روی – آلومینیوم به جای این ماده استفاده می شوند. استفاده از ITO در پوشش های هوشمند، همچنین در ادامه، مورد بررسی قرار خواهد گرفت.

کاتالیست های نوری

یک کاتالیست نوری در حقیقت شامل یک شبکه از نانوساختارهای دی الکتریکی یا فلز- دی الکتریک است که بر روی انتشار موج های الکترومغناطیسی، اثرگذار است. کریستال های نوری ضرورتاً شامل نواحی داخلی تکرارشوند با ثابت دی الکتریک بالا و پایین هستند. فوتون ها (که مانند موج عمل می کنند) می توانند از میان این ساختارها انتشار یابند و یا انتشار نیابند. این مسئله در واقع به طول موج آنها وابسته می باشد. تکرارشوندگی در ساختار این کریستال ها، باید در مقیاس طولی مناسبی باشد (یعنی نیمی از طول موج مربوط به موج های الکترومغناطیسی). یک چنین کریستال هایی باید با روش های تولید خاص مانند روش لیتوگرافی باریکه ی الکترونی و یا لیتوگرافی اشعه ی X تولید شوند.
کریستال های نوری در طبیعت یافت می شوند. برخی از پروانه ها دارای نانوساختارهایی بر روی باله های خود هستند که ساختاری مشابه ساختار کریستال های نوری دارد.

مواد سرامیکی و شیشه ای

مواد سرامیکی بر طبق تعریف پیوندهای یونی دارند و مواد سختی می باشند. این مواد از لحاظ الکتریکی و گرمایی، بسیار پایدارند. برای مثال، موادی همچون آلومینا، نیترید سیلیکون، اکسید منیزیم، سیلیس، اکسید سدیمف اکسید کلسیم و دی اکسید زیرکونیم را مواد سرامیکی می گویند. سرامیک ها به خاطر سختی و تردی شاخص هستند. بنابراین، در بسیاری از مواد از این مواد به صورت کامپوزیت به همراه سایر مواد مانند فلزات، استفاده می شود. این کار موجب افزایش کارایی مکانیکی ماده ی حاصله می شود. نانوپوشش های سخت کامپوزیتی به طور خاص برای تولید ابزارهای برش، مناسب می باشند.
سرامیک ها هم به صورت کریستالی و هم به صورت غیر کریستالی موجود می باشند. نانوساختارهایی که در این مواد ایجاد می شوند، موجب تغییر قابل توجه در خواص آنها می شود. در ادامه در مورد این مسئله صحبت خواهیم کرد.

آلومینای متخلخل

غشاهای آلومینایی متخلخل که به روش اکسیداسیون آندی آلومینیوم تولید می شوند، به خاطر داشتن کانال های هشت وجهی متراکم، معروف می باشند. این مواد دارای حفراتی با اندازه ی 10 تا 250 نانومتر و یا بزرگتر، هستند. این مواد اغلب به عنوان تمپلیت در سنتز مواد دیگر، استفاده می شوند.

زئولیت ها

زئولیت ها مواد کریستالی طبیعی هستند که دارای حفرات با شکل مشخص می باشند (شکل 5). این مواد اغلب در سنتز تمپلیتی نانومواد، استفاده می شوند. همچنین این مواد در تولید ساختارهای سازماندهی شده از مواد مشخص استفاده می شوند. تفاوت میان کریستال موندریت- سلنیوم و یک کریستال سلنیوم طبیعی، قابل توجه می باشد. در حقیقت طیف جذب نوری کریستال موندریت- سلنیوم به طور قابل توجهی به سمت انرژی های بالاتر می باشد.