نانو مواد در اصل توصیف مواد ی است که اندازه ی واحد آنها بین 1 تا 1000 نانو متر و حداقل در یکی از ابعاد اندازه ی آنها 1 تا 100 نانو متر است . تحقیقات در حوزه  نانو مواد از رویکرد مبتنی بر علم مواد  برای فناوری نانو استفاده  میکند . مواد با ساختارهایی در مقیاس نانو ، معمولا خواص نوری ، مکانیکی و الکتریکی منحصر به فردی دارند .

نانو مواد طبیعی :

سیستم های بیولوژیکی اغلب نانو مواد طبیعی و  عملکردی را نمایان میکنند . ساختار روزن داران ، ویروسها ،کریستالهای مومی که برگهای نیلوفر آبی را پوشانده ،تار عنکبوت ،برخی از فلس بال پروانه ها ،کلوئید های طبیعی مانند شیر وخون ،مواد سخت مانند  (پوست، پنجه ، منقار ، پر، شاخ ، مو) ، کاغذ ، پنبه، مروارید ، مرجان  و حتی ماتریس استخوانی ما همه از  نانو مواد آلی طبیعی هستند . نانو مواد معدنی طبیعی از طریق رشد بلور در شرایط شیمیایی متنوع از پوسته عناصر خاکی رخ می دهد. به عنوان مثال خاک رس  نانو ساختارهای پیچیده ای  به دلیل ناهمسانگردی ساختار بلوریشان از خود نشان می دهند . آتش واکنشهای پیچیده ای را از خود به نمایش می گذارد و می تواند رنگدانه ،سیمان ، گاز سیلیس تولید کند .

فولرن ها :

فولرن ها نوعی آلوتروپ کربن هستند که از ورقه های گرافنی که به صورت لوله یا کره  در آمده اند تشکیل شده اند .   در دهه های گذشته خواص فیزیکی و شمیایی فولرن ها  کانون توجه محققان  بوده و تا سالهای درازی ادامه داشته است . در آپریل سال 2003 کاربردهای پزشکی فولرن مورد بررسی و تحقیق قرار گرفت .این کاربرد ها شامل مواردی همچون اتصال آنتی بیوتیک های خاص به ساختار باکتری های مقاوم و حتی هدف قرار دادن انواع خاصی از سلول های سرطانی مانند ملانوم بود . در سال 2005 مجله ی شیمی  و زیست شناسی مقاله ای تحت عنوان کاربرد فولرن به عنوان عامل ضد میکروبی فعال شده با نور  را به انتشار رساند . در حوزه ی فناوری نانو ،مقاومت در برابر حرارت و ابر رسانایی  در میان سایر ویژگیها ، تحقیقات بیشتری را به خود اختصاص داده است . یک روش معمول برای تولید فولرن ،ارسال یک جریان بزرگ بین دو الکترود نزدیک به هم  در یک فضای بی اثر است . قوس پلاسمای کربن ایجاد شده بین دو الکترود به عنوان یک دوده که از آن فولرن استخراج می شود ، سرد میگردد .

نانو ذرات :

نانو مواد معدنی مانند نقاط کوانتومی نانو سیم ها و نانو میله ها به خاطر ویژگیهای جالب نوری و الکتریکی می توانند در الکترونیک های نوری استفاده شوند . علاوه بر این ،خواص نوری و الکتریکی نانو مواد که بستگی به شکل و اندازه ی آنها دارد ، می تواند در تکنیک های سنتز وفق داده شود .  احتمال استفاده از در دستگاهای الکترونیکی نوری مبتنی بر مواد آلی مانند سلولهای خورشیدی آلی ، OLED   ها وجود دارد .  اصول کارکرد این دستگاهها بر پایه ی فرآیندهای تحریک شده با نور مانند انتقال الکترون و انتقال انرژی است . عملکرد این دستگاهها بستگی به کارآیی فرآیند تحریک نوری دارد .  نانو ذرات یا نانو کریستلها ، از فلزات ، نیمه هادی ها و اکسیدهایی که به خاطر ویژگی های شیمیایی ، نوری ، مغناطیسی ،الکتریکی ، مکانیکی مورد علاقه هستند ، تشکیل شده اند . نانو ذرات به عنوان نقاط کوانتومی و یا کاتالیستهای شیمیایی مانند کاتالیستهای مبتنی بر نانو مواد مورد استفاده قرار میگیرند. نان ذرات به خاطر پل بودن آنها بین مواد توده ای و ساختارهای اتمی و مولکولی توجهات دانشمدان را به خود جلب کرده است .مواد توده ای به خاطر اندازه ی آنها ،خواص فیزیکی ثابتی دارند اما مواد در مقیاس نانو  معمولا ایگونه نیستند . خواص وابسته به اندازه مانند بسترهای کوانتومی در ذرات نیمه رسانا ، رزونانس سطحی پلاسما در  برخی از ذرات فلزی مشاهده شده است . نانو ذرات نسبت به مواد توده ای خواص منحصر به فرد و ویژه ای دارند . به عنوان مثال، خم شدن  مس توده ای  (سیم، روبان، و غیره) با جنبش اتم / خوشه مس  در مورد مقیاس 50 نانومتر رخ می دهد.نانو ذرات مس که کوچکتر از 50 نانو متر است به عنوان یک ماده ی فوق سخت که انعطاف پذیری مانند مس توده ای ندارد در نظر گرفته می شود . تغییر در خواص همیشه مطلوب نیست. مواد فروالکتریک کوچکتر از 10 نانو متر ،می توانند جهت مغناطیسی خود را در دمای اتاق تغییر دهند و بنابراین در حافظه های ذخیره سازی بی فایده خواهند بود .

سنتز :

هدف هر روش سنتزی برای نانو مواد به دست آوردن موادی  در محدوده ی 1 تا 100 نانو متر است . بنابراین هر روش سنتزی باید کنترل اندازه را در این محدوده از خود نشان دهد . معمولا روش سنتز نانو مواد به دو گروه عمده تقسیم می شود : روش بالا به پایین و روش پایین به بالا .

روشهای سنتز پایین به بالا :

روش پایین به بالا  شامل مونتاژ مولکولها یا اتم ها در آرایه های نانو ساختارهاست . در این روش منبع  مواد خام می تواند به شکل گازی ، جامد و یا مایع باشد .

روشهای سنتز بالا به پایین :

یکی از نمونه های سنتی این روش لیتوگرافی است .

کاربرد نانو مواد:

تراشه های کامپیوتری نسل جدید :

صنعت میکرو الکترونیک بر روی کوچک سازی تاکید دارد ، به موجب آن مدارها مانند ترانزیستور، مقاومت ها، خازن ها از نطر اندازه کوچک خواهند بود .  با توجه به   کاهش اندازه ،ریز پردازنده که شامل این اجزا می باشد می تواند سریعتر اجرا شود بنابراین سرعت محاسبات کامپیوتری نیز به مراتب افزایش پیدا میکند . با این حال موانع تکنولوژیکی بسیاری در برابر این پیشرفتها وجود دارد . عدم وجود پیش ماده های بسیار خالص  برای تولید این ماده،اتلاف ضعیف مقدار زیادی از حرارت تولید شده توسط این ریزپردازنده با توجه به سرعت های بالاتر،زمان میانگین کوتاه از جمله ی این موانع هستند .  نانو مواد این موانع را با تولید نانو موادهای شروع کننده ،موادی با خلوص بالا ،موادی با رسانش گرمایی بالا رفع کرده است .

مواد عایق بهتر :

نانو موادهایی که توسط روش سل-ژل ساخته می شوند مواد فوم مانندی را تولید میکنند که آئرو ژل نامیده می شود .این آئرو ژلها بسیار متخلخل و سبک هستند .  آنها می توانند معادل 100 برابر وزن خود را بارگیری کنند . این مواد از یک شبکه ی سه بعدی از ذرات تشکیل شده اند که هوا در درون شکافهای آن گیر افتاده است . از آنجایی که آنها متخلخل بوده و هوا در درون شکافهای آن گیر افتاده است ، می توان از آنها در تولید عایقها در منازل ، شرکتها و جاهای دیگر استفاده کرد . این مواد همچنین در ساخت پنجره ها ی هوشمندی که در نور زیاد خورشید تاریک می شوند استفاده کرد .

استفاده از مواد درخشان برای تولید تلویزیونی با کیفیت بالا :

وضوح تلویزیون یا مانتیور به شدت به اندازه ی  پیکسلهای آن بستگی دارد .این پیسکلهای از موادی به نام فسفر ساخته شده اند که به هنگام عبور جریانی از الکترون ها در داخل لوله اشعه کاتدی تابش میکنند . وضوح تصویر با کاهش اندازه ی پیکسلها بهبود می یابد . نانو سلنید روی، سولفید روی، سولفید کادمیوم، تلورید سرب که توسط تکنیک سل –ژل ساخته می شود از موادی هستند که به بهبود وضوح تصویر کمک میکنند . استفاده از نانو فسفر ها به کاهش هزینه ی تولید این تلویزیون ها کمک میکند.

نمایشگرهای تخت با هزینه ی کم:

نمایشگرهای صفحه  تخت یا مسطح بازار خوبی در تولید لپ تاپ  دارند . با تولید نانو موادهای فسفری ،وضوح این نمایشگرها به شدت بهبود یافته و و هزینه های تولید   را  نیز می توان به طور قابل توجهی کاهش داد .  همچنین نمایشگرهای مسطح ساخته شده از نانو مواد روشنایی و کنتراست بالایی نسبت به نمایشگرهای سنتی دارند .

ابزارهای برش سخت تر و محکم تر :

ابزارهای برش ساخته شده از نانو مواد مانند کاربید تنگستن، کاربید تانتالیوم  ، تیتانیوم کاربید به مراتب سختتر ، محکمتر و در برابر فرسایش مقاوم ترند .

رفع مواد آلاینده :

 نانو مواد مرز دانه ی بزرگتری نسبت به اندازه دانه ی خود دارند . از این رو نانو مواد  خواص فیزیکی ، شیمیایی و مکانیکی بسیار فعالی دارند . به خاطر خواص شیمیایی بهبود یافته ، نانو مواد می توانند به عنوان کاتالیزور با گازهای سمی و غیر سمی  مانند مونوکسید کربن و اکسید نیتروژن واکنش دهند .

باطری های با چگالی انرژی بالا :

باتریهای معمولی و قابل شارژ تقریبا در  تمام برنامه های کاربردی که نیاز به برق  دارند استفاده می شود.این کاربردها عبارتند از خودرو، لپ تاپ، وسایل نقلیه الکتریکی، وسایل نقلیه الکتریکی نسل بعدی (NGEV) به منظور کاهش آلودگی محیط زیست، استریو شخصی، تلفن همراه، تلفن های بی سیم، اسباب بازی، و ساعت. چگالی انرژی این باطریها بسیار پایین است و برای همین نیاز به شارژ مکرر است .عمر باطریهای سنتی بسیار پایین است .  نانو موادی  که توسط تکنیک سل –ژل ساخته می شوند ، به خاطر ساختار فوم مانند شان گزینه ی خوبی برای ساخت صفحات جداکننده در باطریها هستند .

آهنرباهایی با قدرت بالا :

قدرت یک آهنربا ازنظر  وادارندگی و ارزش خاصیت مغناطیسی اشباع اندازه گیری می شود . این مقادیر با کاهش اندازه دانه و با  افزایش در سطح خاص (سطح در واحد حجم از دانه) دانه  افزایش می یابد . نشان داده شده است که آهن ربا ساخته شده از نانو مواد ایتریم-ساماریوم کبالت دارای خواص مغناطیسی بسیار غیر معمول با توجه به سطح بسیار بزرگ خود هستند .

سنسورهایی با حساسیت بالا :

سنسورها برای اندازه گیری تغییراتی که برای آن طراحی شده اند  مورد استفاده قرار میگیرند . پارامترهای اندازه گیری شده شامل مقاومت الکتریکی، فعالیت شیمیایی، نفوذ پذیری مغناطیسی، رسانایی حرارتی، و خازن است . تمامی این پارامترها به اندازه ی دانه های مورد استفاده در این سنسورها بستگی دارد . سرعت تشخیص سنسورها با کاهش اندازه  تا حد زیادی بهبود می یابد .بنابراین سنسورهایی که از نانو مواد ساخته شده اند ،به شدت به تغییرات محیطی حساس اند . کاربرد عمومی سنسورهای ساخته شده از نانو مواد  شامل شناساگر گاز ،شناساگر یخ در بال هواپیما ،سنسور عملکرد موتور اتومبیل است .

منبع : wikipedia و azom.com