آيندهاي روشن براي يک علم فوق العاده کوچک
انبوهي از نانولوله‌هاي کربني مانند يک تار عنکبوت به هم متصل مي‌شوند که به شکل رشته‌هاي تار مانند درون هم پيچيده مي‌شوند.
اين پوشش ويژه مي‌تواند براي فضاپيماها مورد استفاده قرار گيرد يا براي ساخت عضلات مصنوعي با قدرت بيشتر استفاده شود. همچنين مي‌تواند براي ساخت اسفنج‌هاي فوق العاده کوچکي که نفت را به درون خود جذب مي‌کنند بکار گرفته شود. اينها فقط برخي از کاربردهاي در حال توسعه براي اين ساختارهاي استثنايي کوچک است که از اتم‌هاي کربن مشتق شده اند. در حالي که ممکن است به نظر چندان واقعي نيايد، اما نانو تکنولوژي علمي است که به زودي بسيار پر کاربرد خواهد شد.
به مرز جديد مهندسي خوش آمديد: فناوري نانو
فناوري نانو با مواد در مقياس بسيار کوچک سروکار دارد. نانو مواد مي‌تواند شامل ذرات، فيلم، سيم يا حتي ساختارهاي کاملي از جمله توپ‌ها و لوله‌ها باشد. اندازه آنها نيز بسيار مهم است. پيشوند نانو به معني يک ميلياردم است. بزرگترين اشيايي که توسط نانوتکنولوژي ايجاد شده‌اند تنها 100 نانومتر يا 100 ميلياردم يک متر هستند. اکثر آنها نيز بسيار کوچکتر هستند. بعضي از آنها تنها داراي چند اتم هستند. براي مقايسه اي قابل درک بايد بگوييم که يک تار موي انسان حدود 20،000 نانومتر (0.0008 اينچ) است.
اندازه مواد کوچک مهم است و بر روي خواص فيزيکي و شيميايي آنها تاثير دارد و مي‌تواند آنها را تغيير دهد. به عنوان مثال، در طيف نانو رنگ زرد موجود نيست. به جاي آن رنگ قرمز، سبز، آبي يا حتي بنفش را مي‌توان ديد که بستگي به اندازه ذرات دارد و اين به خاطر اثراتي است که در مقياس کوانتومي رخ مي‌دهد.
حتي رنگ فات نيز ممکن است در مقياس نانو غير معمولي باشد. به عنوان مثال، نانوذرات نقره به رنگ زرد و طلا به رنگ قرمز ديده مي‌شوند.
فيزيک کوانتومي با چيزهايي که در سطح اتمي يا زير اتمي قرار دارند، سروکار دارد. در اين حالت برخي از مواد بسيار قوي‌تر از مقادير بالاي خود هستند. مثلا ممکن است کاتاليزورها بهتر عمل کنند. (کاتاليست سرعت واکنش شيميايي را بدون شرکت در واکنش تحت تأثير قرار مي‌دهد.) ساير مواد نيز مي‌توانند خواص غير قابل اشتعال يا جذب نور داشته باشند.
دانشمندان با فناوري نانو در جستجوي انواع راه هايي براي ايجاد خواص غير معمول براي استفاده بهينه از آنها هستند. اين قابليت استفاده از نانولوله‌هاي کربني را برجسته مي‌کند که سيلندرهاي کوچک و توخالي مي‌باشند که معمولا داراي ديواره‌هاي ضخيم و تک اتمي هستند. اگرچه اين تکنولوژي کوچک است اما داراي تعداد زيادي کاربردهاي بالقوه و رو به رشد است.
بن جانسن در Surrey NanoSystems لندن، در انگلستان بر روي نانولوله‌ها کار مي‌کند. او لايه‌اي از کاتاليزورها را به سطح اضافه مي‌کند و اين کار ممکن است به کمک يک ورق فولاد ضد زنگ يا يک قطعه سيلي باشد. کاتاليزورها نانوذراتي از جنس آهن، کبالت يا نيکل هستند. سپس اين ورقه را در داخل يک محفظه خلا قرار مي‌دهند تا هوا خارج شود. در نهايت نيز اين محفظه در دمايي بين 750 تا 900 درجه سانتيگراد (1382 تا 1652 درجه فارنهايت) گرم مي‌شود.
برخي از گازها به محفظه جريان مي‌يابد. به طور معمول متان يکي از اين گازها است. همانطور که مي‌دانيد متان يک اتم کربن احاطه شده توسط چهار اتم هيدروژن است. گرما و کاتاليزور براي تجزيه مولکول متان و آزاد کردن تک اتم کربن آن همکاري مي‌کنند. سپس اين اتم به سمت لبه کاتاليست حرکت مي‌کند. در آنجا، به اتم‌هاي کربن آزاد ديگر متصل مي‌شود و آنها شروع به تشکيل يک حلقه در اطراف لبه کاتاليزور مي‌کنند. کاتاليزور همچنان به تجزيه مولکول‌هاي متان جديد ادامه مي‌دهد. همانطور که اتم‌هاي بيشتري کربن اضافه مي‌شوند، آنها از کاتاليزور دورتر مي‌شوند و به تدريج اين حلقه اتمي رشد مي‌کند و شکل لوله‌اي به خود مي‌گيرد.
جانسن و تيم او براي ساختن نانولوله‌هايي که مي‌تواند به عنوان يک پوشش ويژه براي سطوح بيروني فضاپيماها استفاده شود، تلاش مي‌کنند. هدف آنها کاهش مقدار نوري است مي‌تواند از آن سطح عبور کرده و بر روي تجهيزات حساس بتابد.
اما ايجاد چنين نانوساختارهايي نيازمند رفع تعدادي از موانع است. از جمله اينکه اين لوله‌ها بايد در دماهاي پايين ساخته شوند. آنها نياز به مواد سبک وزن دارند و همچنين بايد بتوانند ارتعاشات عظيم را در هنگام راه اندازي راکت تحمل کنند و آنها بايد قادر به کنترل و تحمل دماهاي بسيار گرم و بسيار سرد باشند. علاوه بر اين، نانولوله‌ها بايد تقريبا تمام نورهايي را که بر روي آنها مي‌تابد را به دام اندازند و اين کار را براي 10 تا 20 سال انجام دهند.
نانولوله‌ها بايد تقريبا تمام نورهايي را که بر روي آنها مي‌تابد را به دام اندازند و اين کار را براي 10 تا 20 سال انجام دهند.يکي از مشکلات رايج در روش استاندارد رشد نانولوله‌ها، قابليت تحمل دماي بالاي مورد نياز در هنگام ساخت آنها است. اين دماي بالا، نوع مواد قابل استفاده را محدود مي‌کند. مثلا سيلي مي‌تواند دماي بالا را تحمل کند، اما شکننده است. فولاد نيز در دماهاي بالا مقاوم است، اما آن نيز بزرگ و سنگين است و براي سفرهاي فضايي مناسب نيست.
ساخت اسفنج‌هاي نانولوله‌اي
يکي ديگر از دستيافت‌هاي اين علم جديد ساخت اسفنج‌هايي با کاربرد ويژه است. ترنس يک دانشمند فيزيکدان در دانشگاه ايالتي پنسيلوانيا است. يکي از آخرين آزمايشگاه‌هاي وي ساخت يک اسفنج نانولوله‌اي است. او مي‌گويد که اين اسفنج‌ها مي‌توانند به طور اختصاصي روغن را از مخلوط نفت و آب جذب کنند زيرا اين نانولوله‌ها هيدروفوب هستند. اين بدان معني است که آنها آب را دفع مي‌کنند. با اين وجود آنها مواد هيدروفيل را جذب مي‌کنند و از آنجا که نفت هيدروفوب است، نانولوله‌ها آن را جذب مي‌کنند.
ترنس و تيم او در حال کار بر روي اسفنج‌هايي هستند که مي‌توانند 1000 برابر وزن خود روغن جذب کنند. ترنس روزي را تصور مي‌کند که بتواند اسفنج‌هاي نانوتکنولوژي را به اندازه کافي بزرگ بسازد تا حتي نشت‌هاي نفتي بزرگ را برطرف کنند.
ترنس مي‌گويد: خيلي خوب است که هميشه روياي چيزهايي را که در حال حاضر غيرممکن است را دنبال کنيد. در نهايت، او معتقد است، اين داستان علمي- تخيلي به زودي به يک واقعيت تبديل خواهد شد.
منبع: سايت ساينس نيوز فور استيودنتس
درباره این سایت