حوزه های صنعتـــی
حوزه های صنعتـــی
مشاهده گزارش
نوآوری در نانوکامپوزیت‌ها: چشم‌انداز آینده

نوآوری در نانوکامپوزیت‌ها: چشم‌انداز آینده

تاریخ : ۱۴۰۰/۰۹/۰۷ تعداد بازدید :‌ ۱۴۸۷
نویسندگان : فائزه باغانی-مترجم
نانوکامپوزیت‌ها دسته‌ای از نانومواد هستند که در آن یک یا چند ماده نانوساختار (آلی/غیر آلی) در فلز، پلیمر یا سرامیک برای به دست آوردن یک ماده جدید با خواص منحصر به فرد بسیار، ترکیب می‌شوند. نانوکامپوزیت‌ها در شاخه‌های مختلف علم و صنایع گوناگون مانند دارورسانی هدفمند، تصویربرداری، کشاورزی، حسگر، باتری، ایمپلنت‌های مصنوعی و هواپیما کاربرد دارند. پیشرفت‌ها و تحقیقات مستمر در فناوری نانو، توسعه نانوکامپوزیت‌های بالقوه بیشتری با کاربردهای مفید متنوع را نوید می‌دهد.

برخی از نمونه‌های اجزای نانوکامپوزیت شامل نانوالیاف، نانومیله‌ها، نانوذرات و نانولوله‌های کربنی است. یکی از ویژگی‌های مهم نانوکامپوزیت این است که خواص هم‌افزایی را نشان می‌دهد که در اجزای جداگانه وجود ندارد. به طور معمول، نانوکامپوزیت‌ها دارای خواص چند منظوره مانند استحکام مکانیکی بالا، رسانایی الکتریکی بالا و خواص نوری افزایش‌یافته هستند. آن‌ها همچنین دارای نسبت مساحت سطح به حجم بالایی برای بارگذاری بیومولکول‌ها هستند.

کارشناسان نشان داده‌اند که بازار جهانی نانو با افزایش استفاده از نانوکامپوزیت‌ها به‌ویژه در صنایعی مانند بسته‌بندی، هوافضا، انرژی، خودروسازی، الکترونیک و بسیاری دیگر هدایت می‌شود. این یادداشت برخی از نوآوری‌های اخیر در نانوکامپوزیت‌ها را مورد بحث قرار می‌دهد و مروری بر کاربردهای آینده نیز ارائه می‌دهد.

 

نانوکامپوزیت‌ها و هواپیماها

به تازگی دانشگاه شفیلد هالام در بریتانیا با همکاری یک شرکت هوافضا به نام AIM Altitude یک نانوکامپوزیت مناسب برای فضای داخلی هواپیما بر پایه پلی (فورفوریل الکل) (PFA) ساخته است که با استفاده از منابع تجدیدپذیر و مبتنی بر زیست تولید شده است.

این نانوکامپوزیت جدید مقاومت خوبی در برابر آتش و عملکرد مکانیکی از خود نشان داده است. علاوه بر این، این ماده خاصیت استحکام پیل (peel) را افزایش داده است که دوام و یکپارچگی محصول را به میزان قابل توجهی افزایش می‌دهد.

مطالعات پیش از این نشان داده‌اند که نانوکامپوزیت به تولید اجزای مقاوم در برابر خوردگی و قطعات سبک‌وزن کمک کرده‌است بدون این که به قابلیت اطمینان و دوام محصولات مرتبط با هواپیما لطمه بزند.

برخی از نانوکامپوزیت‌ها مانند MgB2، نانولوله‌های کربنی چند جداره و آکریلونیتریل بوتادین استایرن/مونتموریلونیت به دلیل دوام، استحکام مکانیکی، بازدارندگی در برابر شعله، مقاومت شیمیایی و پایداری حرارتی در هواپیما استفاده می‌شوند. پوشش‌های نانوکامپوزیت از ساختار فضاپیما در برابر شرایط جوی سخت محیط فضا محافظت می‌کند.

 

نانوکامپوزیت زیستی برای جایگزینی مواد بسته‌بندی پلاستیکی

نانوکامپوزیت زیستی با استفاده از پلیمرهای زیستی مانند کیتوزان، کربوکسی متیل سلولز و نشاسته، همراه با نانوموادی که پتانسیل رفع یک خطر بزرگ زیست‌محیطی، یعنی استفاده بیش از حد از پلاستیک‌های تجزیه‌ناپذیر را دارند، توسعه یافته است. پلیمر زیستی نانوکامپوزیت را زیست‌تخریب‌پذیر و غیرسمی می‌کند، در حالی که نانومواد خواص سد حرارتی، مکانیکی و گازی ایجاد می‌کند. نانوکامپوزیت‌های زیستی نیز وزن سبکی دارند که کاربرد آنها را افزایش می‌دهد. در توسعه نانوکامپوزیت‌های زیستی جدید، سازگاری بین ماتریس پلیمر و نانومواد چالش برانگیزترین جنبه است.

مواد بسته‌بندی با استفاده از این نانومواد دارای فعالیت ضد باکتریایی، زیست‌تخریب‌پذیری، پایداری حرارتی و استحکام مکانیکی هستند که نشان‌دهنده پتانسیل آنها برای جایگزینی بسته‌بندی پلاستیکی است. این نوع بسته‌بندی هوشمند می‌تواند در صنعت مواد غذایی به شدت مفید باشد. نانوکامپوزیت پلی لاکتیک اسید/رس شبیه پلاستیک‌های متعارف است که خواص کشش، مکانیکی و حرارتی بهتری دارد.

 

نانوکامپوزیت ها و حسگرها

محققان چندین حسگر آنزیمی مبتنی بر نانوکامپوزیت را برای تشخیص متابولیت‌های مختلف توسعه داده‌اند. به عنوان مثال، الکترودهای نانوکامپوزیت گرافن-کیتوزان به عنوان یک حسگر آنزیمی برای تشخیص گلوکز در محدوده تشخیص گسترده‌تر 0.08-12 میلی‌مولار و حساسیت بیشتر توسعه یافته‌اند.

نانوکامپوزیت دیگر، نانوکامپوزیت مبتنی بر نانولوله کربنی با کادمیوم سولفید، برای ایجاد حسگر زیستی آنزیمی برای تشخیص کولین و استیل کولین استفاده شده است. دانشمندان همچنین نانوکامپوزیت‌های فلزی را برای تشخیص ترکیبات فنلی توسعه داده‌اند.

 

ترمیم استخوان

همچنین به تازگی مشخص شده است که نانوکامپوزیت‌ها برای ترمیم آسیب‌های استخوان‌ها و بافت‌های نرم در استخوان‌ها به دلیل پتانسیل آن‌ها در افزایش استئواینتگراسیون و استئواینداکتیویتی مؤثر است. این اثر در ترمیم بافت‌های نرم استخوان نیز مفید است. نانوهیدروکسی آپاتیت/پلی (لاکتید) ظرفیت اتصال سلولی مناسب به غضروف انسان را نشان داده است.

 

غشاهای نانوکامپوزیتی برای تصفیه پایدار آب

فناوری غشاء یک راه حل قابل اعتماد و قوی برای تولید آب شیرین از طریق نمک‌زدایی پایدار است. با این حال، یکی از مشکلاتی که عملکرد این فناوری را محدود می‌کند، رسوب زیستی (biofouling) غشایی است. فناوری نانو با ترکیب نانوذرات در لایه پلی‌آمید برای تولید ساختار نانوکامپوزیت لایه نازک (TFN) به توسعه غشاهای ضد رسوب زیستی کمک کرده است.

 

الکترونیک و نانوکامپوزیت‌های پلیمری

پلیمرها نقش مهمی در دستگاه‌های الکترونیکی مدرن دارند. به تازگی، نانوکامپوزیت‌های پلیمری به دلیل قابلیت پردازش خوب و عملکردهای استثنایی، توجه زیادی را از رشته‌های علمی مختلف به خود جلب کرده‌اند. یکی از مهم‌ترین خواص این نانوکامپوزیت رسانایی الکتریکی است که در توسعه بسیاری از حسگرهای حساس جدید برای تشخیص پارامترهای فیزیکی مهم مانند کرنش یا تنش، فشار، دما، حلال یا بخار استفاده می‌شود.

برای توسعه دستگاه‌های حافظه غیرفرار (non-volatile memory)، نانوکامپوزیت‌های هیبریدی با ساخت ساده، انعطاف‌پذیری مکانیکی بالا و در عین حال ارزان بودن، قابلیت عملکرد فوق‌العاده‌ای از خود نشان داده‌اند.

 

کاربردهای کشاورزی

برای برآوردن تقاضای فزاینده برای غذا، به دلیل رشد مداوم جمعیت، کشاورزان از کودهای سنتزی و آفت‌کش‌ها برای افزایش عملکرد محصول و جلوگیری از آلودگی بیماری‌زا استفاده می‌کنند. با این حال، این مواد شیمیایی اثرات مضری بر خاک و منبع آب زیرزمینی دارند. علاوه بر این، بسیاری از مواد شیمیایی سرطان‌زا گزارش شده است. دانشمندان نشان داده‌اند که نانوکامپوزیت‌ها نقش مهمی در ترویج کشاورزی پایدار با ارائه حفاظت و همچنین افزایش عملکرد محصول دارند.

 

درباره نویسنده «دکتر پریوم بوز»

پریوم بوز (Priyom Bose) دارای مدرک دکتری در زیست شناسی گیاهی و بیوتکنولوژی از دانشگاه مدرس هند است. او یک محقق فعال و یک نویسنده باتجربه علمی است. پریوم همچنین چندین مقاله تحقیقاتی اصلی را که در مجلات معتبر منتشر شده است، تألیف کرده است. او همچنین یک خواننده مشتاق و یک عکاس آماتور است.

نظرات

پاسخ به نظــر بازگشت به حالت عادی ثبت نظر

نظر شما
security code