نانوذرات و نانو شیمی امروزه بخشی از زندگی روزمره ما هستند. نانو شیمی به طور خاص ساختار، خواص، ویژگی‌ها، ترکیبات، واکنش‌ها و آماده‌سازی مواد را مطالعه می‌کند. نانو شیمی در تولید مواد باکیفیت مکانیکی بالا، لوازم آرایشی، عینک‌های هوشمند، الکترودهای باتری لیتیومی و غیره کاربرد دارد. امروزه نانو شیمی برای توسعه پایدار اقتصاد و جامعه، حیاتی است؛ اما نانو شیمی چیست و چه کاربردهایی دارد؟ در ادامه بیشتر به این شاخه از فناوری نانو خواهیم پرداخت.
در این مطلب موضوعات زیر را مطالعه خواهید کرد:
معرفی نانو شیمی
نانو شیمی زیرشاخه‌ای از فناوری نانو است که به کاربردهای شیمیایی نانومواد در فناوری نانو می‌پردازد. دستیابی به نانومواد مستلزم سنتز و دست‌کاری مواد در سطوح اتمی و مولکولی و بررسی خواص فیزیکی و شیمیایی آنها است. علم نانو شیمی بر خواص منحصربه‌فرد مواد در مقیاس ۱ تا ۱۰۰ نانومتر تمرکز دارد. هدف نانوتکنولوژی تولید نانوذرات مهندسی شده با خواص مطلوب است. به طور معمول اندازه نانوذرات در نانو شیمی کمتر از ۱۰۰ نانومتر است، این اندازه بسیار کمتر از اندازه سلول‌های انسانی است. “Nano” پیشوندی است که از کلمه لاتین nanus به معنای “کوتوله” گرفته شده است.
نانو شیمی مطالعه شیمی در مقیاس نانو و رویکرد جدید برای ساخت موادی بادقت مقیاس مولکولی است. در واقع نانو شیمی مطالعه سنتز و خصوصیات مواد در مقیاس نانو، تمرکز بر نحوه رفتار و تعامل اتم‌ها، نحوه دست‌کاری و کنترل آنها در واکنش‌های شیمیایی در سطح اتمی است. امروزه نانو شیمی در علم شیمی، فیزیکی و مواد، مهندسی، بیولوژیکی و پزشکی کاربرد وسیعی دارد.
نانو شیمی در مواد شیمیایی چیست؟
کاربردهای نانو شیمی در بخش‌های مواد، منابع، انرژی و محیط‌زیست از طراحی کاتالیزورهای کریستالی، اصلاح رسوبات تا استفاده از مواد افزودنی برای کنترل تبلور را شامل می‌شود. نانوکریستال‌ها یکی از حوزه‌های پژوهش در نانو شیمی هستند. بلوره‌هایی با ابعاد نانو را می‌توان در ذخیره‌سازی داده‌ها با چگالی بالا و کاربردهای نوری استفاده کرد. یکی از کاربردهای نانوکریستال‌ها تولید سلول‌های خورشیدی است. همچنین از نانوکریستال‌ها به‌عنوان برچسب‌های بیوشیمیایی، به‌عنوان لیزر و اجزای نوری می‌توان استفاده کرد. نانوکریستال‌ها به‌عنوان کاتالیزور در صنایع شیمیایی برای سرعت‌بخشیدن به زمان پردازش و واکنش استفاده می‌شوند. در سال‌های اخیر سطوح کاتالیزوری در مقیاس نانو، مزایای زیادی برای بسیاری از حوزه‌های صنایع شیمیایی فراهم کرده است.
نانوکامپوزیت‌ها طیف گسترده‌ای از سیستم‌ها را تشکیل می‌دهند که از اجزای غیرمشابه در سطح نانومتری تشکیل می‌شوند. رفتار نانوکامپوزیت‌ها به خواص اجزا، مورفولوژی و بر همکنش‌های بین اجزای آنها بستگی دارد. این مواد اغلب ویژگیهای جدیدی را ارائه می‌دهند که در ماده اصلی قابل رویت نیست. در واقع نانوکامپوزیت‌ها با ایجاد مواد جدید، ویژگی‌ها و خواص بهتری به نمایش می‌گذارند. این ویژگی‌ها شامل مقاومت، سختی یا هدایت حرارتی است. نانوکامپوزیت‌ها در ساخت طیف وسیعی از محصولات از جمله تجهیزات ورزشی، دوچرخه و خودرو مصرف می‌شوند. نانوساختارها از دانه‌های نانومتریک با ویژگیهای خاص مانند سختی، اثر شیمیایی، اثر بر نور، اثر مغناطیسی و غیره ساخته می‌شوند.
کاربردهای نانو شیمی در صنایع شیمیایی
نانوتکنولوژی و صنایع شیمیایی در یک راستا و کنار هم حرکت می‌کنند. اصول شیمیایی، زیربنای بسیاری از مکانیسم‌ها و پدیده‌های نانوتکنولوژی است. صنایع شیمیایی طیف گسترده‌ای از نانوذرات کاربردی را تولید می‌کند. این نانوذرات را می‌توان در طیف وسیعی از محصولات مانند رنگ‌ها و فرمول‌های روزانه خانگی و مخلوط‌های افزودنی برای خودروها پیدا کرد. در نظر بگیرید اصطلاح “صنعت شیمیایی” بسیار گسترده است و شرکت‌هایی که در این دسته قرار می‌گیرند، محصولاتی از الکترونیک هوشمند تا محصولات غذایی را تولید می‌کنند.
خودروسازان برای ساخت خودروهای نانو از شیمی آلی برای تهیه بلوک‌های ساختمانی اولیه (چرخ، محور و …) بهره می‌برند. سپس قطعات در اشیا فوق مولکولی مونتاژ می‌شود. نانو شیمی در پزشکی، داروسازی و مهندسی زخم و مهندسی بافت کاربرد دارد. مهندسی پزشکی با ساخت ابزارهای تصویربرداری نانو، راه‌حل‌های دقیقی را برای پیشگیری و تشخیص بیماری‌ها ارائه می‌دهند. در صنعت داروسازی علم نانو شیمی با تولید داروهای سرطانی حداقل آسیب را به بافت‌ها می‌رساند. نانومواد به طور گسترده در تولید لوازم آرایشی، دئودورانت‌ها و لوسیون‌های ضدآفتاب استفاده می‌شود. در واقع محققان از نانو شیمی برای بهبود کرم‌های مرطوب‌کننده بدون چرب کردن بیش از حد صورت بهره می‌برند.
همچنین علم نانو شیمی در اکسیدهای فلزات گران‌بها، فرومغناطیسی و کمیاب Ti،Zr ، بَسپارها و غشاها، نانومواد (سیمان، کودها)، نانو پودرها در کاربردهای شیمیایی، انرژی، زیست‌محیطی و فناوری تحولات شگفت‌انگیزی را ایجاد کرد. حسگرها مجهز به فناوری نانو شیمی قادر به شناسایی عوامل شیمیایی یا بیولوژیکی در هوا، آب‌وخاک با حساسیت بسیار بالاتری هستند. در مهندسی راه و ساختمان از نانومواد برای افزایش طول عمر و دوام پل‌ها، تونل‌ها، راه‌آهن و بتن استفاده می‌شود. در صنایع رنگ‌سازی از مواد نانومقیاس در تولید رنگ با خواص مقاومت در برابر آب و خراش استفاده می‌شود و در منسوجات از نانوپوشش‌ها برای تولید لباس‌های ضد لک، مقاوم در برابر مواد شیمیایی و میکروبی بهره می‌برند.
رشته دانشگاهی نانو شیمی
رشته دانشگاهی نانو شیمی یکی از رشته‌های تخصصی در شاخه شیمی است. این رشته به بررسی شیمی مواد در مقیاس ذره‌ای نانومتری می‌پردازد در دانشگاه‌های معتبر ایران این رشته در مقطع کارشناسی‌ارشد و دکتری ارائه می‌شود. زمینه‌های کاری و فعالیت فارغالتحصیلان کارشناسی‌ارشد نانو شیمی می‌تواند تحقیقات دانشگاهی، صنایع شیمیایی، داروسازی و پزشکی، صنایع غذایی و پلیمری باشد. بعلاوه فارغالتحصیلان دکتری نانو شیمی می‌توانند در زمینه‌های تحقیقاتی پیشرفته‌تر مشغول به کار شوند. برخی از زمینه‌های کاری مرتبط با آن عبارت‌اند از تحقیقات دانشگاهی، تحقیقات صنعتی، توسعه محصولات جدید و مشاوره فنی است.
سوالات متداول نانو شیمی چیست؟
۱- غشاهای نانومقیاس چه کاربردی دارند؟
غشاهای نانومقیاس مختلفی برای استفاده در فناوریهای جذب کربن، در نمکزدایی و تصفیه آب و برای تصفیه و تولید مواد شیمیایی کلر – قلیایی به کار می‌رود
۲- هدف از استفاده از فنّاوری‌های نانو شیمی در صنایع شیمیایی چیست؟
استفاده از فنّاوری‌های نانو شیمی صنایع شیمیایی می‌تواند باعث بهبود کارایی، صرفهجویی در مصرف مواد و ایجاد محصولات با ویژگیهای متفاوت و مفیدتر شود.
۳- آینده شغلی برای فارغ التحصیلان نانو شیمی چطور است؟
آینده شغلی نانو شیمی برای فارغ التحصیلان آن بسیار درخشان است. با پیشرفت علم و فناوری، کاربردهای نانو شیمی در صنایع مختلف بیشتر خواهد شد؛ بنابراین، فارغالتحصیلان آن، از فرصتهای شغلی مناسبی برخوردار هستند.
۴- کاربرد نانو شیمی در صنعت داروسازی چیست؟
نانو شیمی در صنعت داروسازی در تولید داروهای نانومقیاس، بهبود حلالیت آنها، افزایش جذب داروها در بدن، ارتقا انتقال دارو، کاهش عوارض جانبی و افزایش کارایی داروها به کار می‌رود.
۵- کاربرد نانو شیمی در محیط‌زیست چیست؟
استفاده از نانومواد در کاهش حجم پسماند و بهبود مدیریت پسماند، تولید سوختهای پاک‌تر در جهت کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای، تصفیه هوا با نانومواد همگی کاربردهای نانو شیمی در بهبود محیط‌زیست است.
