آشنایی با کاربردهای نانو

مقدمه کاربردهای نانو

کاربردهای نانو: فناوری نانو یا نانوتکنولوژی رشته‌ای از دانش کاربردی و فناوری است که جستارهای گسترده‌ای را پوشش می‌دهد. موضوع اصلی آن نیز مهار ماده یا دستگاه‌های در ابعاد کمتر از یک میکرومتر، معمولاً حدود ۱ تا ۱۰۰ نانومتر است. در واقع نانو تکنولوژی فهم و به کارگیری خواص جدیدی از مواد و سیستم‌هایی در این ابعاد است که اثرات فیزیکی جدیدی – عمدتاً متاثر از غلبه خواص کوانتومی بر خواص کلاسیک – از خود نشان می‌دهند. 

نانو موج چهارم انقلاب صنعتی

فناوری نانو موج چهارم انقلاب صنعتی، پدیده‌ای عظیم است که در تمامی گرایشات علمی راه یافته واز فناوریهای نوینی است که با سرعت هرچه تمام تر در حال توسعه می‌باشد. از ابتدای دهه ۱۹۸۰ میلادی گستره طراحی و ساخت ساختمانها هر روزه شاهد نوآوری‌های جدیدی در زمینه مصالح کارآراتر و پربازده ترمقاومت، شکل پذیری، دوام و توانایی بیشتر نسبت به مصالح سنتی است.

نانوفناوری دانش میان‌رشته‌ای

نانوفناوری یک دانش به شدت میان‌رشته‌ای است و به رشته‌هایی چون مهندسی مواد، پزشکی، داروسازی و طراحی دارو، دامپزشکی، زیست‌شناسی، فیزیک کاربردی، ابزارهای نیم رسانا، شیمی ابرمولکول و حتی مهندسی مکانیک، مهندسی برق و مهندسی شیمی نیز مربوط می‌شود.

تحلیل گران بر این باورند که فناوری نانو، فناوری زیستی (Biotechnology) و فناوری اطلاعات (IT) سه قلمرو علمی هستند که انقلاب سوم صنعتی را شکل می‌دهند. نانو تکنولوژی می‌تواند به عنوان ادامهٔ دانش کنونی به ابعاد نانو یا طرح‌ریزی دانش کنونی بر پایه‌هایی جدیدتر و امروزی‌تر باشد. 

تاریخچه فناوری نانو 

در حدود ۴۰۰ سال پیش از میلاد مسیح، دموکریتوس فیلسوف یونانی، برای اولین بار واژه اتم را که در زبان یونانی به معنی تقسیم نشدنی است، برای توصیف ذرات سازنده مواد به کار برد. از این رو شاید بتوان او را پدر فناوری و علوم نانو دانست. 

نانو ریشه یونانی “نانس” به معنی کوتوله می‌باشد. فناوری نانو موج چهارم انقلاب صنعتی، پدیده‌ای عظیم می‌باشد که در تمامی گرایشات علمی راه یافته است تا جایی که در یک دههٔ آینده برتری فراینده‌ها، وابسته به این تحول خواهد بود.ماهیت فناوری نانو توانایی کارکردن در تراز اتمی، مولکولی و فراتر از آن در ابعاد بین ۱ تا ۱۰۰ نانومتر، با هدف ساخت و دخل و تصرف در چگونگی آرایش اتم‌ها یا مولکول‌ها با استفاده از مواد، وسایل و سیستم‌هایی با توانایی‌های جدید و با تغییر این ساختارها و رسیدن به بازدهی بیشتر مواد می‌باشد.

نانو فرایند دستکاری مواد

فناوری نانو فرایند دستکاری مواد در مقیاس اتمی و تولید مواد و ابزار، به وسیله کنترل آنها در سطح اتم‌ها و مولکول‌هاست. در واقع اگر همه مواد و سیستم‌ها ساختار زیربنایی خود را در مقیاس نانو ترتیب دهند. آنگاه تمام واکنش‌ها سریع‌تر و بهینه‌تر صورت می‌گیرد و توسعه پایدار پیش گرفته می‌شود. از جمله دستاوردهای فراوان این فناوری کاربرد آن در تولید، انتقال، مصرف و ذخیره‌سازی انرژی با کارایی بالاست که تحول شگرف را در این زمینه ایجاد می‌کند. از اینرو دست‌اندرکاران و محققان علوم نانو در تلاش‌اند تا با استفاده از این فناوری به آسایش و رفاه بیشتر در درون و برون ساختمان با یافتن طبقه جدیدی از مصالح ساختمانی با عملکرد بالا و صرفه‌جویی در هزینه‌ها بخصوص در مصرف منابع انرژی و در نهایت به توسعه پایدار دست یابند. فناوری نانو منجر به تغییرات شگرف در استفاده از منابع طبیعی، انرژی و آب خواهد شد و پساب و آلودگی را کاهش خواهد داد. 

معرفی فن‌آوری نانو 

فن‌آوری نانو توانایی ساخت، کنترل و استفاده ماده در ابعاد نانومتری است. اندازه ذرات در فن‌آوری نانو بسیار مهم است، چرا که در مقیاس نانویی، ابعاد ماده در خصوصیات آن بسیار تأثیرگذار است و خواص فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی تک تک اتم‌ها و مولکول‌ها با خواص توده ماده متفاوت است. این اندازه در مواد مختلف متفاوت است، اما به طور معمول مواد نانو به موادی که حداقل یکی از ابعاد آن‌ها کوچک‌تر از ۱۰۰ نانو متر باشد گفته می‌شود.

معرفی گرافن 

گرافن ماده‌ای است که به دلیل هدایت الکتریکی بالا می‌تواند رفتاری مانند فلز داشته باشد. به همین دلیل محققان به دنبال استفاده از آن در تولید محصولاتی نظیر آنتن هستند.
اخیراً محققان مؤسسه ملی CNR-ISOF در ایتالیا که عضو برنامه پرچم‌داری گرافن هستند، موفق به ساخت آنتن مخابراتی میدان نزدیک (NFC) مبتنی بر گرافن شدند. این آنتن جدید برخلاف آنتن‌های NFC رایج، انعطاف‌پذیر بوده و از دوام بالایی برخوردار است.
این آنتن‌های NFS ابزار مناسبی برای انتقال اطلاعات هستند. هر کجا که شما نیاز به یک مسیر ساده برای انتقال اطلاعات میان دو دستگاه که در فاصله کمی از هم قرار گرفته‌اند داشته باشید، این آنتن‌ها می‌توانند کارگشا باشند. این آنتن‌ها در کارت‌های امنیتی مورد استفاده قرار می‌گیرند.

همکاری شرکت های بزرگ

نکته جالب توجه در این فناوری آن است شرکت‌های بزرگ صنعت الکترونیک نظیر STMicroelectronics و نوکیا برای توسعه این فناوری همکاری داشته‌اند. به نظر می‌رسد که گرافن به عنوان ماده مورد علاقه شرکت نوکیا باشد و این شرکت به دنبال استفاده از آن در ساخت نمایشگرهای انعطاف‌پذیر و تلفن‌های ضدآب است.
این که آیا تمام شرکت‌ها و مراکز دخیل در توسعه این فناوری به دنبال ساخت محصولی با این دستاورد هستند یا نه، هنوز مشخص نیست.

اخبار کاربردهای نانو

خبرهایی منتشر شده که نشان می‌دهد این شرکت‌ها به دنبال شرکای صنعتی بیشتری برای توسعه این فناوری هستند. پالرمو می‌گوید: «ما در نمایشگاه کامپوزیت اروپا ۲۰۱۶ به دنبال یافتن شریک صنعتی جدید برای توسعه آنتن‌های NFC مبتنی بر گرافن در مقیاس انبوه بودیم.»
هرچند هنوز اظهار نظری درباره هزینه تولید این آنتن‌ها نشده است، اما به نظر می‌رسد که تولید آنتن‌های گرافنی از همتایان فلزی خود بیشتر است. این که تولید انبوه این آنتن‌ها می‌تواند موجب کاهش قیمت و رقابت‌پذیرتر شدن ‌آن‌ها شود، می‌تواند نقطه عطفی در توسعه این فناوری باشد.

مفهوم نانو 

نانو فناوری جدید است که در ابعاد یک میلیاردم متر کار می‌کند و درواقع توانمندی تولید مواد، ابزار‌ها و سیستم‌های جدید، با در دست گرفتن کنترل در سطوح ملکولی، اتمی است. نانو فناوری رشته جدیدی نیست، بلکه رویکرد نوینی به تمام رشته‌هاست. به عبارت دیگر این توانمندی را به ما می‌دهد تا ساختار مواد را به هم بزنیم و آنچه خودمان می‌خواهیم به طبیعت دیکته کنیم و نگذاریم طبیعت ساختار مواد را به ما تحمیل کند.

دستاورد‌های نانو

دستاورد‌های بسیار و عظیمی تاکنون در زمینه فناوری نانو به دست آمده، اما بسیاری کارشناسان این فناوری را یک فناوری آینده‌گرا می‌دانند؛ به این معنا که پیشرفت و توسعه در آن حد و مرزی ندارد و در آینده‌های دورتر نیز شاهد دستاورد‌های بزرگ‌تر و بزرگ‌تری در ابعاد کوچک‌تر و کوچک‌تر خواهیم بود. بااین‌حال، هم‌اکنون نیز این فناوری در زندگی ما وجود دارد و ما در حال استفاده از محصولاتی هستیم که با کمک این فناوری درست شده‌اند.

کاربردهای نانو

کرم ضدآفتاب

سال‌هاست که کرم‌های ضدآفتاب با نانوذراتی ساخته می‌شوند تا موثرتر روی پوست عمل کنند. دو نوع خاص از نانوذرات به کرم‌های ضدآفتاب اضافه می‌شوند که دی‌اکسید تیتانیوم و اکسید روی هستند. این ذرات نه تنها جلوی نفوذ اشعه ماورای بنفش به پوست را می‌گیرد، بلکه روی پوست سبک‌تر هستند. به همین دلیل کرم‌های ضدآفتاب امروزی به ضخامت و چسبندگی کرم‌های ضدآفتاب ۳۰ سال پیش نیستند.

کاربردهای نانو در پوشاک

در صنعت نساجی از نانوذرات سیلیس استفاده می‌کنند تا پارچه‌هایی را تولید کنند که آب و مایعات دیگر به آن‌ها نفوذ نمی‌کنند. سیلیس را می‌توان به هر بافت پارچه‌ای اضافه کرد یا حتی آن را به سطح پارچه اسپری کرد تا روکشی از ضدآب روی آن تشکیل شود. بنابراین، اگر توجه کرده باشید بعضی از لباس‌ها از پارچه‌ای درست شده‌اند که آب درون‌شان نفوذ نمی‌کند و درواقع هیچوقت لک نمی‌شوند. شرکت‌های زیادی در حال استفاده از نانوافزودنی‌هایی هستند تا پارچه و درنهایت البسه‌هایی را تولید کنند که چروک نمی‌شوند، دوام رنگی بالایی دارند، ضداشتعال هستند و عملکرد حرارتی بهتری در مقابل گرما یا سرمای هوا دارند.

کاربردهای نانو در مبلمان

به همان روشی که می‌توان از طریق فناوری نانو لباس ضدآب و ضدعفونی شده درست کرد، می‌توان مبلمان و لوازم داخلی خانه را نیز تهیه کرد. حتی می‌توان با کمک نانوفیبر‌های کربن مبلمان یا لوازم داخلی خانه را به گونه‌ای ساخت که تا ۳۵ درصد میزان اشتعال‌پذیری آن کاهش می‌یابد.

کاربردهای نانو در چسب

از فناوری نانو همچنین برای بهینه‌سازی چسب استفاده می‌شود. جالب است بدانید که بیشتر چسب‌ها در درجه حرارت بالا چسبندگی خود را تا حد زیادی از دست می‌دهند. اما چسبی که با فناوری نانو ساخته می‌شود، نه تنها در درجه حرارت بالا مقاومت می‌کند، بلکه میزان چسبندگی‌اش بیشتر هم می‌شود.

کاربردهای نانوپوشش رنگ خودرو

همه می‌دانیم که فضولات پرندگان زمانی که مدتی روی خودرو بمانند، رنگ آن را از بین می‌برد. در همین راستا شرکتی به نام نانورپل (Nanorepel) پوشش نانویی با کارآیی بالایی تولید کرده است که می‌تواند از رنگ خودرو در مقابل مدفوع پرندگان محافظت کند. این شرکت همچنین پوشش‌های نانویی تولید می‌کند که از صندلی و لوازم داخل خودرو در مقابل لکه‌ها و آلودگی‌ها محافظت می‌کند.

توپ تنیس

فناوری نانو تحولی نیز در دنیای تجهیزات ورزشی ایجاد کرده است که یکی از نمونه‌های بسیار خوب آن در تجهیزات ورزش تنیس است. توپ‌هایی که با کمک فناوری نانو ساخته می‌شوند دوام و عمر بسیار بالایی دارند. با کمک فناوری نانو همچنین راکت‌های تنیسی ساخته می‌شود که بسیار قوی‌تر هستند و مدت بیشتری عمر می‌کنند.

کامپیوتر

بی‌شک بدون فناوری نانو بسیاری از ابزار‌های الکترونیکی که در زندگی روزمره استفاده می‌کنیم، نخواهیم داشت. اینتل، پیشگام بلامنازع پردازنده‌های کوچک کامپیوتری است و با کمک فناوری نانو بهترین و سریع‌ترین پردازنده‌های دنیا را می‌سازد. آخرین نسل فناوری پردازنده این شرکت یک تراشه ۱۰ نانومتری است. وقتی فکر می‌کنید که یک نانومتر یک میلیاردم متر است، این موضوع شگفت‌انگیزتر به نظر خواهد رسید.

کاربردهای نانو آنتن

نانو آنتن‌ به آنتن‌هایی گفته می‌شود که در مقیاس نانومتری ( ۱-۱۰۰ نانومتر) قرار دارند. فرکانس کاری این نوع آنتن‌ به فرکانس تراهرتز مشهور است که بازه‌ی بین مایکروویو و مادون قرمز را پوشش می‌دهد. امروزه تکنولوژی تراهرتز توجه بسیاری از محققان را با توجه به ویژگی‌های منحصربفردی که دارد، به خود جلب کرده است.

ما نمی‌توانیم موج تراهرتز را ببینیم اما می‌توان بصورت گرما آن را احساس کرد. پس بنابراین می‌توان به این نتیجه رسید که موج تراهرتز دارای خطر خیلی کمتری برای بدن نسبت به موج نوری و مایکروویو است که یک مزیت بسیار خوبی محسوب می‌شود.

تکنولوژی تراهرتز

امروزه تکنولوژی تراهرتز در کاربردهای فراوانی مورد استفاده قرار می‌گیرد، سیستم‌های طیف‌نگاری تراهرتز، تصویربرداری تراهرتز و تولید تراهرتز توان بالا که امکان بررسی و آنالیز طیف گسترده‌ای از مواد را به ما می‌دهند، از جمله کاربردهای مهم تکنولوژی تراهرتز به‌شمار می‌آیند.

برای تولید پالس تراهرتز و همچنین آشکارسازی موج تراهرتز از آنتن‌ها و ساختارهای مختلفی استفاده می‌شود که مهم‌ترین آنها نانو آنتن‌ها (آنتن نوررسانا) هستند که بصورت‌های مختلف ساخته شده‌اند و همچنان محققان در حال بررسی ساختارهای مختلف برای ساخت آنها هستند تا بتوانند به بهترین نتیجه‌ی ممکن برسند.

ویژگی تکنولوژی نانو

مواد نانو با توجه به اندازه‌ی خیلی کمی که دارند از خود ویژگی‌های متفاوتی نشان می‌دهند. این مواد توانایی کنترل ساختار مواد در ابعاد بزرگتر را دارد. یعنی با توجه به این خاصیت بگونه‌ای مواد را در کنار هم در اندازه‌های میکرو و نانو قرار داد.

هر چقدر بتوانیم این نوع مواد را تحت کنترل بیشتر و در ابعاد ریزتر تولید کنیم خواهیم توانست موادی با قابلیت و کاربردهای مختلفی تولید کرد. یک تعریف اساسی در تعریف مواد نانو می‌توان به این اشاره کرد که ماده‌ی ما اگر فقط در یکی از ابعاد طول، عرض و ارتفاع در مقیاس نانومتر (کمتر از ۱۰۰ نانومتر) باشد، در گروه مواد نانو قرار می‌گیرد.

نانو مواد تک‌بعدی

نانو لایه‌ ها در این دسته از مواد نانو قرار می‌گیرند مانند نانو پوشش‌ها و نانو فیلم‌ها که به آن‌هانانو مواد تک‌بعدی می‌گویند اجزای برد موجود در قطعات کامپیوتر از این نوع هستند. گروه دیگر نانو مواد دو بعدی هستند که در دو جهت ابعاد نانومتری دارند و شامل نانو سیم‌ ها و نانو لوله‌ها می‌شوند. نوع دیگر نانو مواد سه‌بعدی هستند که شامل نقطه‌های کوانتومی و ذرات می‌شوند.

زمینه‌های نانو تکنولوژی  

تا‌کنون نانو تکنولوژی در زمینه‌های زیادی ورود پیدا کرده و پژوهشگرانی که در عرصه نانو تکنولوژی فعالیت می‌کنند توانسته‌اند با استفاده از این فناوری به ساخت الیاف نفوذناپذیر، انواع یونیفورم‌های ضد‌گلوله و مقاوم در برابر مواد شیمیایی و روکش‌های مختلف دست پیدا کنند. حتی محققان موفق شده‌اند از سلیکون، نانو حسگر نیز بسازند. یکی از بخش‌های نانو‌فناوری که کمتر به آن پرداخته شده و دانشمندان توانسته‌اند در این عرصه به موفقیت‌های قابل توجهی برسند، بخش ساخت نانو ‌آنتن است. البته نانو‌آنتن‌ها خود برای کاربردهای متفاوتی ابداع و ساخته شده‌اند. در یکی از آخرین پژوهش‌هایی که در این زمینه انجام گرفته دانشمندان توانسته‌اند با الهام از فرایند فتوسنتز یک نوع نانو آنتن جدید ابداع کنند.

ویژگی های مهم مواد نانو

یکی از ویژگی‌های مهم نانو موادها افزایش مساحت سطح ماده و تاثیرات کوانتومی است. این عوامل باعث ایجاد خواص ویژه‌ای در مواد می‌شود که در مقاومت مکانیکی، نحوه‌ی‌ واکنش‌ها و مشخصه‌های ویژه الکتریکی در نانومواد تاثیر می‌گذارد. وقتی اندازه‌ی نانومواد کاهش پیدا می‌کند، تعداد بیشتری از اتم‌ها در سطح ماده قرار می‌گیرند و در نتیجه نانو مواد کوچک‌تر دارای سطح بیشتری در واحد جرم نسبت به نانومواد با ذرات بزرگ‌تر هستند.

این عامل باعث افزایش سطح تماس نانوماده با سایر عناصر می‌شود و در نتیجه موجب افزایش واکنش با آنها می‌شود. همچنین اندازه‌ی کوچک نانو مواد ها باعث می‌شود بازتاب نور تابشی بر سطح آنها نیز به گونه‌ای متفاوت باشد که باعث تغییر رنگ مواد در مقیاس نانومتر نسبت به ابعاد بزرگ‌تر می‌شود.

اجزای تشکیل دهنده‌ی یک نانو آنتن و نحوه‌ی عملکرد آن

نانو آنتن‌ دارای سه عنصر اصلی می‌باشند: الکترودها ( معمولا از جنس طلا)، زیرلایه‌ی نیمه هادی و پرتو لیزر.الکترودها معمولا بصورت نوارهایی خیلی کوچک در کنار یکدیگر با فاصله‌ی نانومتر قرار می‌گیرند و به یک ولتاژ معین بایاس شده‌اند. جنس الکترودها در اکثر مواقع طلا انتخاب می‌شود.

فاصله‌ی کم بین الکترودها باعث ایجاد حامل‌های نور در مجاورت زیرلایه‌ی نیمه‌هادی می‌شود، وقتی آنتن توسط لیزر‌ تحریک می‌شود. با توجه به خاصیت حرکت‌پذیری الکترون و حفره، جریان نوری ایجاد شده و در نهایت از یک سمت میدان الکتریکی و از سمت دیگر موج تراهرتز تولید می‌شود. 

زیرلایه‌ی نمیه‌هادی

زیرلایه‌ی نمیه‌هادی از جنس گالیوم آرسنید (GaAs) انتخاب می‌شود که دلیل آن تولید مقدار زیادی حامل نوری در فاصله‌ی زمانی خیلی کم است که در این شرایط می‌توان پالس تراهرتز با توان بیشتری تولید کرد. بنابراین آنتن نوررسانا همانند یک سوئیچ الکتریکی که در اثر افزایش رسانندگی الکتریکی نیمه‌هادی و ایزولاتورها وقتی که نور بر روی آنها ساطع می‌شود، عمل می‌کند.

نتایج نوررسانندگی در اثر افزایش در تعداد حامل‌های آزاد و الکترون-حفره تولید شده توسط فوتون‌ها حاصل می‌شود. انرژی فوتون‌ها باید به اندازه‌ای بالا باشد تا بتواند بر باند توقف مواد غلبه کند و در نهایت موج تراهرتز تولید شود.

تفاوت نانو آنتن‌ها با آنتن مایکروویو

یکی از اصلی‌ترین تفاوت‌ها می‌توان به نوع تحریک آنها اشاره کرد. در آنتن مایکروویو از یک خط انتقال مانند کابل کواکسیل برای تحریک استفاده می‌شود در حالیکه در نانو آنتن از یک لیزر استفاده می‌شود. جنس الکترود در آنتن مایکروویو از مس است در حالیکه در نانو آنتن از الکترودهای طلا استفاده می‌کنند. جنس زیرلایه در آنتن‌های مایکروویو از مواد دی‌الکتریک با تلفات کم است در حالیکه در نانو آنتن از زیرلایه با جنس نیمه‌هادی استفاده می‌شود.

در آنتن مایکروویو به ولتاژ نیاز نداریم اما در نانو آنتن باید از ولتاژ استفاده کنیم. یکی دیگر از تفاوت‌های نانو آنتن و آنتن مایکروویو در ساخت آسان و ارزان آنتن مایکروویو نسبت به نانو آنتن می‌توان اشاره کرد.

کاربردهای نانو آنتن

نانو آنتن‌ها با توجه به ویژگی‌های منحصر بفردی که دارند دارای کاربردهای فراوانی در صنعت شده‌اند. به عنوان مثال صنعت داروسازی، بدین صورت که در درون قرص‌ها یک نانو آنتن قرار می‌دهند تا بتواند محل اصلی هدف را تشخیص داده تا کمتر از دارو استفاده شود و روند بهبود سریع‌تر باشد.

در صنعت پزشکی بخصوص در مورد بیماری‌های سرطانی، نانو آنتن‌ ها به سلول تومور تزریق می‌شوند و با توجه به خاصیت تولید گرما در نانو آنتن باعث ایجاد حرارت بالا و از بین بردن سلول سرطانی می‌شود. نانو آنتن‌ها در صنعت امنیت برای شناسایی و بازرسی بار در گیت‌های فرودگاه‌ها نیز استفاده می‌شود.

تشخیص و شناسایی مواد

یکی از مهم‌ترین کاربردهای نانو آنتن تشخیص و شناسایی مواد و استخراج ویژگی آن‌ها است. این عمل از یک دستگاه به نام دستگاه طیف‌بینی تراهرتز استفاده می‌شود. بدین صورت که از دو نانو آنتن یکی برای تولید موج تراهرتز و دیگری برای آشکارسازی موج تراهرتز عبوری از ساختار نمونه استفاده می‌شود.

وقتی موج تراهرتز به نمونه برخورد می‌کند باعث ایجاد تغییر در شکل موج آن می‌شود و از سوی دیگر با آشکارسازی موج تراهرتز تغییر یافته و با مقایسه‌ی آن با موج تراهرتز اولیه می‌توان ویژگی‌های ماده‌ی جدید را استخراج کرد. کاربرد اصلی این سیستم برای شناسایی مواد ناشناخته در فضا است.

کاربردهای نانو در آنتن‌ها 

آنتن‌هایی برای هدایت نور خورشید

شانا کلی و تد سارگنت، سرپرستان این تیم تحقیقاتی از دانشگاه تورنتو در این باره می‌گویند: ما گونه‌های مختلفی از نانوذرات را توسعه داده‌ایم که دارای برخی از مواد موجود داخل دی‌ان‌ای هستند. ساختارهای پیچیده ما(نانوآنتن‌های ابداعی) می‌توانند مانند آنتن‌های واقعی، انرژی را جمع‌آوری و در یک نقطه متمرکز کنند. ساختارهای ما همچنین همانند آنتن‌هایی که نور را در برگ‌های درختان ذخیره می‌کنند می‌توانند طول موج‌های نور خورشید را دریافت کنند.پیش‌تر نیز دانشمندان در زمینه ساخت نانوآنتن‌ها دستاوردهای مهمی کسب کرده بودند.

نانوآنتن‌های امنیتی

چندی قبل یک تیم بین‌المللی از محققان موفق به ابداع نوع جدیدی از نانوآنتن‌ها شده بودند که این امید را به‌وجود آورد که روزی بتوان از این نانوآنتن‌ها در کاربردهای امنیتی برای تشخیص داروها و مواد تشعشع‌زا استفاده شود. چگونگی عملکرد این نانوآنتن‌ها همانند آنتن‌های متداول و معمولی است با این تفاوت که به جای جمع‌آوری امواج رادیویی نور را جمع‌آوری می‌کنند و میلیون‌ها بار کوچک‌تر از آنتن‌های معمولی هستند. این نانوآنتن‌ها به این دلیل ممتاز و بی‌نظیر هستند که از یک الگوی تکرار‌شونده تشکیل شده‌اند که از کنار هم قرار گرفتن این الگوها ساختارهای بزرگ‌تر شکل می‌گیرند.

این روش نوین به این معنی است که نانوآنتن‌های ساخته‌شده با این روش را می‌توان در ابعاد بسیار کوچک یا در ابعاد بزرگ‌تر تا اندازه یک تار موی انسان به کار برد.

فناوری نانوآنتن لیزری

این فناوری که تحت عنوان آنتن لیزری پلاسمونیک نیز نامیده می‌شود می‌تواند ۵ترابایت داده را روی یک دیسک نوری در ابعاد مشابه یک سی‌دی یا دی‌وی‌دی ذخیره کند. در فناوری آنتن‌ نانو یک اشعه لیزر برای ایجاد یک نقطه‌ بسیار کوچک نور، متمرکز می‌شود و همین مسئله سبب می‌شود که هر بیت داده، روی یک دیسک نوری فضای کوچکی را اشغال کند. علاوه بر این می‌توان از این فناوری در ابزارهای دیگری مانند ذره‌بین‌ها و طیــف‌نماهای اسپگتروسکوپی لیزری استفاده کرد. محققان دانشگاه هاروارد اعلام کرده‌اند که این فناوری در ابتدای کار، به‌جای استفاده در حافظه‌های نوری بیشتر در این نوع دستگاه‌ها (ذره‌بین‌ها و طیــف‌نماهای اسپگتروسکوپی لیزری) مورد استفاده قرار بگیرد. 

دانش فناوری نانو

فناوری نانو یا نانوتکنولوژی رشته‌ای از دانش کاربردی و فناوری است که جستارهای گسترده‌ای را پوشش می‌دهد. موضوع اصلی آن نیز مهار ماده یا دستگاه‌های در ابعاد کمتر از یک میکرومتر، معمولاً حدود یک تا ۱۰۰ نانو متر است. در واقع نانو تکنولوژی فهم و به‌کارگیری خواص جدیدی از مواد و سیستم‌هایی در این ابعاد است که اثرات فیزیکی جدیدی – عمدتا متأثر از غلبه خواص کوانتومی بر خواص کلاسیک – از خود نشان می‌دهند. نانو تکنولوژی می‌تواند به‌عنوان ادامهٔ دانش کنونی به ابعاد نانو یا طرح‌ریزی دانش کنونی بر پایه‌هایی جدیدتر و امروزی‌تر باشد.

مواد مورد استفاده در نانو

مواد نانو قابلیت کنترل ساختار تشکیل‌دهنده مواد پیشرفته (از فولادهای ساخته شده در اوایل قرن۱۹ تا انواع بسیار پیشرفته امروزی) در ابعاد کوچک و کوچک‌تر، در اندازه‌های میکرو و نانو را دارند. هر قدر بتوانیم این مواد را در ابعاد ریزتر و کنترل شده‌ای تولید کنیم خواهیم توانست مواد جدیدی را با قابلیت و عملکردهای بسیار عالی به دست آوریم.

کاربردهای نانو در لایه‌ها

تاکنون تعاریف متعددی از مواد نانو ارائه شده است اما در یک تعریف جامع می‌توان گفت که موادی در این گروه قرار می‌گیرند که یکی از ابعاد اضلاع آنها از۱۰۰ نانومتر کوچک‌تر باشد. یکی از این گروه‌ها، لایه‌هاست. لایه‌ها یک بعدی هستند که در ۲ بُعد دیگر توسعه می‌یابند؛ مانند فیلم‌های نازک و پوشش‌ها. برخی از قطعات کامپیوتر جزو این گروه هستند.

لوله‌ها و سیم‌ها

گروه بعدی شامل موادی است که دارای ۲بعد هستند و در یک بعد دیگر گسترش می‌یابند و شامل لوله‌ها و سیم‌ها می‌شوند. گروه مواد سه‌بعدی در نانو، شامل ذرات، نقطه‌های کوانتومی (ذرات کوچک) و نظایر آنها می‌شوند. ۲ ویژگی مهم، مواد نانو را از دیگر گروه‌ها متمایز می‌سازد که عبارت است از افزایش سطح مواد و تأثیرات کوانتومی. این عوامل می‌توانند باعث ایجاد تغییرات یا به‌وجود آمدن خواص ویژه‌ای مانند تأثیر در واکنش‌ها، مقاومت مکانیکی و مشخصه‌های ویژه الکتریکی در مواد نانو شوند. همانگونه که اندازه این مواد کاهش می‌یابد، تعداد بیشتری از اتم‌ها در سطح قرار خواهند گرفت.

مقایسه نانو باذرات کوچک‌تر با مواد نانو با ذرات بزرگ‌تر

 مواد نانو با ذرات کوچک‌تر در مقایسه با مواد نانو با ذرات بزرگ‌تر دارای سطح بیشتری در واحد جرم هستند. با توجه به ازدیاد سطح در این مواد، تماس ماده با سایر عناصر بیشتر شده و موجب افزایش واکنش با آنها می‌شود. این عمل منجر به تغییرات عمده در شرایط مکانیکی و الکترونیکی این مواد خواهد شد. برای مثال سطوح بین ذرات کریستال‌ها در بیشتر فلزات باعث تحمل فشارهای مکانیکی بر آن می‌شود. اگر این فلزات در مقیاس نانو ساخته شوند، با توجه به ازدیاد سطح بین کریستال‌ها، مقاومت مکانیکی آن به‌شدت افزایش می‌یابد. برای مثال فلز نیکل در مقیاس نانو، مقاومتی بیشتر از فولاد سخت شده دارد. به موازات تأثیرات ازدیاد سطح، اثرات کوانتومی با کاهش اندازه مواد (به مقیاس نانو) موجب تغییر در خواص این مواد می‌شود؛ تغییر در خواص بصری، الکتریکی و جاذبه. 

مواد نانوی یک بعدی

این مواد شامل فیلم‌های بسیار نازک و سطوح مهندسی هستند و در ساخت ابزار الکتریکی و شیمیایی و مدارهای الکترونیکی ساده و مرکب کاربرد وسیعی دارند. امروزه کنترل ضخامت لایه‌ها تا اندازه یک اتم صورت می‌پذیرد و ساختار این لایه‌ها حتی در مواد پیچیده‌ای مانند روانکارها شناخته شده است. لایه‌های نانو که قطر آنها به اندازه یک مولکول یا یک اتم است، در علوم شیمی کاربرد وسیعی دارند. یکی از کاربردهای این لایه‌ها ساخت سطوحی است که خود را بازسازی کنند.کاربردهای نانو دوبعدی: به‌تازگی کاربرد مواد نانوی دو‌بعدی در تولید سیم و لوله‌ها افزایش یافته و توجه دانشمندان را به‌دلیل وجود خواص ویژه مکانیکی و الکترونیکی به‌خود جلب کرده است.