کاربردهای عملی نانوتکنولوژی واقعاً دیوانه کننده است

پس از کشف ترانزیستور حالت جامد توسط باردن، تجهیزات مبتنی بر لامپ‌های خلاء حجیم، دارای مصرف برق زیاد،  و گران قیمت با دستگاه‌های کوچک، سبک وزن، و کم مصرف‌تر جایگزین شدند. این امر باعث شد تجهیزات کم حجمی مانند ساعت مچی شخصی دیجیتالی، ماشین حساب، کامپیوتر قابل حمل (لپ تاپ)، موبایل، استریو، ویدئو و غیره ایجاد شود که همگی به دلیل پیشرفت در الکترونیک و حوزه‌های مرتبط با آن است.
 
به زودی فهمیده شد که می‌توان نه تنها اندازه دستگاه‌های مختلف را کاهش داد بلکه مدارهای بزرگ را روی یک تراشه منفرد با عنوان"IC"  یا مدار یکپارچه ساخت. برون یابی این ایده‌ها و پیشرفت در تکنیک‌های ساخت دستگاه مانند تکنیک لیتوگرافی نه تنها امکان ساخت یکپارچه سازی در مقیاس بسیار بزرگ (VLSI) از دستگاه‌ها و مدارهای الکترونیکی را ممکن ساخت، بلکه همچنین وفادارانه کمیت‌های زیادی از آنها را تولید می‌کند.
 
در اوایل سال 1960 میلادی، مور روند کوچک شدن دستگاه های الکترونیکی را پیش بینی کرد که به عنوان قانون مور مشهور است. وی اظهار داشت که تعداد ترانزیستورهای موجود روی هر تراشه در هر 18 ماه دو برابر می‌شود. اما پس از سال 2000 میلادی، یک انحراف از قانون مور رخ داده است. می‌توان به کاهش اندازه تا حد یک اتم ادامه داد، اما مطمئناً حدی برای اندازه وجود دارد که در زیر آن حد، خواص ماده از اندازه مستقل نیست. اینجاست که "علم نانو" و "فناوری نانو" مسئولیت به عهده می‌گیرند.
 
بنابراین، دستگاه‌های الکترونیکی با ابعاد نوعیِ چند نانومتر در هر سه بعد طول و عرض و ارتفاع، نه تنها نشانگر کوچک سازی هستند بلکه نمایش دهنده برخی خواص منحصر به فرد هستند که در طول 5 تا 6 دهه گذشته از کشف دستگاه‌های حالت جامد شناخته نشده بودند. ترانزیستور تک الکترون، شیرهای اسپین، پیوندگاه‌های تونلی مغناطیسی (MTJ)  از نظر مفهومی دستگاه‌های جدیدی هستند که بر پایه فناوری نانو طراحی شده‌اند. چنین دستگاه‌هایی سریع‌تر، جمع و جور، و نسبتاً ارزان‌تر هستند و راه خود را در بازار پیدا می‌کنند.
 
از دستگاه‌های نوع دریچه اسپین قبلاً در رایانه‌های شخصی برای "خواندن دیسک" استفاده می‌شد که امکان افزایش ظرفیت ذخیره سازی داده‌های دیسک‌های سخت را فراهم کرده‌اند. جالب است که شیر اسپینی و MTJ مبتنی بر مفهومی هستند که خودش در حال رشد به حوزه‌ای در خودش است که با عنوان اسپینترونیک، یا الکترونیک مبتی بر اسپین، شناخته می‌شود. به خوبی دانسته شده است که یک الکترون (یا حفره) هم دارای بار و هم دارای اسپین (چرخش) است. با این حال، الکترونیک تاکنون فقط از بار آنها استفاده کرده است و اسپین آنها مورد بی توجهی قرار گرفته است. اکنون، در سال‌های اخیر مشخص شده است که اگر اسپین یک الکترون (یا حفره) در نظر گرفته شود، دستگاه‌هایی که به نحو مناسبی ساخته شوند منجر به برخی از دستگاه‌های برتر می‌شوند. بسیاری از دستگاه‌های مبتنی بر اسپین مانند Spin-FET ، Spin-LED ، Spin-RTD ، سوئیچ‌های نوری با فرکانس تراهرتز، تعدیل کننده‌ها، رمزگذارها، رمزگشاها و کیوبیت‌های رایانه‌های کوانتومی در لیست داغ دانشمندان و فن آورها قرار دارند.
 
انقلاب بعدی در رایانه‌ها از "حافظه غیر فرار" استفاده می‌کند که در صورت قطع ناگهانی برق، یا اگر فراموش کنیم که ورودی‌ها را ذخیره کنیم، داده‌ها از بین نمی‌روند. ما همچنین ممکن است کامپیوترهای کوانتومی داشته باشیم که بسیار قدرتمندتر از رایانه های موجود باشند.
 

فناوری نانو نقش مهمی در زمینه انرژی خواهد داشت. منابع انرژی طبیعی مانند نفت، زغال سنگ، گاز طبیعی و غیره برای تمام موارد حمل و نقل، ارتباطات، صنعت، خانه‌ها و بسیاری از فعالیت‌های انسانی دیگر مورد نیاز بوده است. این منابع با سرعت بسیار زیادی دارد کاهش می‌یابد. نسل‌های آینده باید منابع انرژی جایگزین مانند انرژی خورشیدی یا سوخت مبتنی بر هیدروژن را جستجو کنند.
 
دانشمندان امیدوارند سلول‌های خورشیدی کارآمد را با استفاده از نانومواد بسازند. تحقیقات قابل توجهی در مورد بیرون کشیدن سوخت هیدروژن با شکافت آب(H2O)  با استفاده از نور خورشید در حضور نانومواد (فوتوکاتالیست‌ها) انجام شده است. در واقع هیدروژن در دسترس قرار گرفته می‌تواند به منبع خوبی برای سوخت و سایر اهداف حمل و نقل تبدیل شود. با این حال، ذخیره سازی هیدروژن کار آسانی نیست زیرا می تواند به راحتی آتش بگیرد.
 
بر روی ماده‌ای مانند نانولوله‌های کربن، که کلاس ویژه‌ای از نانومواد هستند، برای استفاده بالقوه از آن به عنوان ماده ذخیره سازی هیدروژن، دارد بررسی صورت می گیرد. هزینه فعلی نانولوله‌های کربن بسیار زیاد است، اما دانشمندان در تلاشند راه‌های ارزان قیمتی برای ساختن آنها در مقادیر زیاد پیدا کنند، که در آینده به استفاده از سوخت هیدروژن بدون خطر کمک کند. همچنین تلاش شده است تا کارآیی سلول‌های خورشیدی برای تولید انرژی با استفاده از نانوذرات افزایش یابد.
 
ابزارهای بی‌شماری مانند لپ تاپ، تلفن‌های همراه، تلفن‌های بی‌سیم، رادیوهای قابل حمل، دستگاه پخش سی دی، ماشین حساب‌ها و غیره، به باتری‌های قابل شارژ با وزن کم و یا «سلول» نیاز دارند. تلاش می‌شود تا با جایگزینی مواد الکترود، چگالی انرژی آنها افزایش یابد. اگر اسپین یک الکترون (یا حفره) در نظر گرفته شود، دستگاه‌هایی که به نحو مناسبی ساخته شوند منجر به برخی از دستگاه‌های برتر می‌شوند. برخی از نانوذرات هیدرید فلزی، هیدریدهای نیکل یا نواحی سطح بالا را دوست دارند، مواد فوق العاده سبک وزن، آئروژل‌ها را دوست دارند یا دریافته می‌شود که نسبت به مواد مرسوم در باتری‌های بهبود یافته گزینه های بهتری هستند.
 

یک خودرو از تعداد زیادی قطعه و مواد مختلفی تشکیل شده است. بدنه و قسمت‌های مختلف ساختاری آن از جنس استیل، برخی از آلیاژها، لاستیک ، پلاستیک و غیره است. ساختار بدنه باید از نظر شکل و اندازه قوی، غیر قابل تغییر شکل یا سفت باشد. مشخص شده است که کامپوزیت‌های نانولوله دارای مکانیکی بهتر از حتی فولاد هستند. برای ساختن کامپوزیت‌هایی که بتوانند جایگزین فولاد شوند، تلاش می‌شود. در حال حاضر سنتز نانولوله‌ها از نظر اقتصادی قابل دوام نیست، اما تلاش می‌شود تا بتوان از آن در مقیاس بزرگ استفاده کرد. اتومبیل‌ها به صورت اسپری با ذرات ریز نقاشی می‌شوند. رنگهای نانوذره پوشش صاف و نازک و جذابی را ارائه می‌دهند. برخی تحقیقات در حال بررسی امکان استفاده از ولتاژی کوچک برای تغییر رنگ خودرو به دلخواه هستند.
 
منبع: ویشواس پوروهیت