نانوپوششها: کاربردها

موضوع: نانو مواد و نانو ساختارها

اين همه تلاش براي چيست؟ استفاده از فناوري هاي نوين براي دستيابي به محصولات بهتر و کارايي بالاتر، مهمترين و تنها عامل اختراعات و اکتشافات است. نانوپوشش ها هم ويژگي هاي محصولات را از جنبه هاي مختلف افزايش داده اند. در فعاليت هاي صنعتي مي توان به پوشش دهي نانومتريِ ضد سايش، ضد خش و مقاوم در برابر خوردگي اشاره کرد. پوشش هاي اپتيکي هم به سرعت در حال پيشرفت هستند. کاربردهاي پزشکي و بهداشتي هم بيشترين تأثير را روي سلامتي و زندگي ما دارند. براي مثال پوشش هاي نانوکامپوزيتي در صنايع بسته بندي سبب نازکتر شدن بسته بندي و سبکي و طولاني تر شدن عمر مواد غذايي مي شوند. (شکل 13)

دستة ديگر، کاربردهاي الکتريکي و الکترونيکي اند که موجب کوچکتر شدن قطعات الکترونيکي، افزايش ذخيره سازي اطلاعات، ساخت پوشش ها با رسانايي بالا و... مي شوند. در ادامه، برخي از مهمترين محصولات و کاربردهاي حاصل از پوشش دهي نانومتري را توضيح مي دهيم.

نانوفيلترها

ما از فيلتر چه انتظاري داريم؟ فيلترهاي معمولي چه ميزان از نياز ما را برطرف مي کنند؟ براي افزايش دقت چه تدبيري بايد انديشيد؟

وقتي سرما مي خوريد يا در معرض هواي آلوده هستيد، براي جلوگيري از ورود ميکروب، ويروس يا مواد سمي مثل سرب، چه کاري انجام مي دهيد؟ اکثراً از يک ماسک سفيد استفاده مي کنند. (البته بعضي ها حاضرند سرب بخورند، ولي از اين ماسک ها استفاده نکنند!)

ماسک هاي متداول مي توانند جلو ورود باکتري ها را بگيرند، ولي باکتري ها را از بين نمي برند. به اين صورت که آنها را روي خود جذب مي کنند. بعد از مدتي باکتري ها و ذرات، روي پوشش جمع مي شوند و لايه اي از مواد مضر را تشکيل مي دهند و چون ماسک با سيستم تنفسي در ارتباط است، استفاده از آن خطرناک است و در نتيجه نياز به تعويض دارد. اين مشکل را پوشش هاي نانوذرات نقره حل کرده اند. ويژگي اين پوشش از بين بردن ميکروب هاست. در نتيجه اين ماسک ها طول عمر بيشتر و کيفيت بهتري نسبت به ماسک هاي معمولي دارند. (شکل 14)

شرکت Argonide Nanomaterials سازندة نانوذرات و محصولات نانوفيلتراسيون است. اين فيلترها از الياف نانومتري آلومينا ساخته شده اند. اين الياف ذرات نانومتري را به خود جذب مي کند و نگاه مي دارد. از اين فيلتر مي توان براي تصفية آب استفاده کرد، چون 9/99 درصد ويروس ها را در جريان آب با سرعتي بيشتر از نمونه هاي فعلي حذف مي کند. در بيشتر نواحي جهان، به خصوص جهان سوم، مردم دسترسي کمي به آب آشاميدني دارند و استفاده از اين محصول براي اين گروه از انسان ها بسيار مفيد خواهد بود.

پوشش هاي ضدّ سايش

خيلي از ابزار مثل ابزارآلات برش، متّه و... به علت کاربردشان بيشتر در معرض اصطکاک قرار مي گيرند و زودتر ساييده مي شوند. شرکتNanodyne اين مشکل را با ساخت پوششي کامپوزيتي حل کرده است. اين پودر کامپوزيتي ترکيبي از کاربيد تنگستن و کُبالت است که اندازة دانه هاي آن از 15 نانومتر بيشتر نمي شود و بر اثر پخت به ماده اي سخت تر از الماس تبديل مي گردد و پوشش بسيار مناسبي براي ابزار آلات توليد مي کند. (شکل 15)

OLED

يکي از محصولات مهم فناوري نانو، ساخت صفحات نمايشگر بلور مايع با استفاده از لايه هاي پليمري فولرين است که به OLED مشهورند. به طور خلاصه، فولرين ها به خاطر خواص نوراني شان مي توانند وضوح بيشتري به مانيتور بدهند. بنابراين OLED ها نسبت به LCD ها قابليت تفکيک و وضوح بالاتري دارند. (شکل 16)

شکل 16ـ نمونه اي از ساخت صفحات نمايشگر بلور مايع با استفاده از لايه هاي پليمري فولرين OLED

پوشش هاي فوتوکاتاليستي با خاصيت خودپاک کنندگي

اين کاربرد نانوپوشش ها بيشتر مورد علاقة دانش آموزاني است که وقتي از مدرسه به خانه باز مي گردند بايد جواب مادرشان را بدهند که چرا لباس هايشان خاکي و گچي است! در چنين شرايطي لباس هايمان را مي شوييم، ولي در مقياس هاي بزرگ مثل ديوار، کف اتاق، قطعات و... تميز کردن، هم پرهزينه است و هم وقت گير. (شکل 17)

بنابراين بهترين راه حل اين است که اصلا کثيف نشوند که بخواهيم تميزشان کنيم . ( قابل توجه افراد تنبل ! )

امروزه قطعاتي طراحي شده اند که هيچ گاه کثيف نمي شوند و علاوه بر اين، قابليت تميزکنندگي و تصفيه را نيز دارند. پوشش هاي فوتوکاتاليستي جزو اين گروه هستند. اين پوشش ها از بلورهايي تشکيل شده اند که در مقابل نور خاصيت خود پاک کنندگي پيدا مي کنند. اين پوشش مي تواند با اسپري کردن روي انواع سطوح قرار بگيرد و با تجزية مواد آلوده کنندة هوا آن را هم تصفيه کند. لباس هاي ضدّ لک هم خاصيت خودپاک کنندگي دارند، ولي سازوكارشان با پوشش هاي فوتوکاتاليستي متفاوت است. خبرنامة شمارة دو را بينيد.

اگر برگ نيلوفر آبي را تا حالا ديده باشيد (اگر تا حالا دقت نکرده ايد، به عکس نگاه کنيد)، هميشه قطره هاي آب روي آن و در مرکز برگ جمع مي شوند، ولي هيچ گاه برگ خيس نمي شود. (شکل 18)

دستتان را با کرِم چرب کنيد و بعد آن را توي آب فرو ببريد. اين تجربه اي است که احتمالاً پيش از اين داشته ايد. در اين حالت آب قطره قطره روي دستتان قرار مي گيرد و به سمت پايين سرازير مي شود.

شيشه هاي ضد بخار هم با همين روش عمل مي کنند. در اين حالت لايه اي را روي سطح شيشه مي نشانند که با آب خيس نمي شود (مثل بال هاي اردک در آب در شکل 19).

يعني وقتي بخار روي سطح شيشه مي نشيند، نمي تواند مثل يک لاية نازک روي آن جا خوش کند، بلکه به صورت قطره قطره در مي آيد و از روي آن سُر مي خورد.

استفاده از لايه هاي ضد نورUV

يکي از نعمت هاي خوب خدا که به آن كم توجه مي كنيم، لاية اُزُن است. اين لايه مقدار زيادي از پرتو UV (Ultra Violet: ماوراي بنفش) را جذب مي کند. با وجود اين، مقداري از آن نيز به سطح زمين مي رسد كه گرچه اندك است، اما با سوراخ شدن لاية اُزُن (نمونه اي از شاهکارهاي بشر!) مقدار آن بيشتر شده و خطر خراب شدن لايه هاي پوست افزايش زيادي پيدا كرده است. محققان با دو روش از اين تخريب جلوگيري مي کنند. روش اول كه در ادامه توضيح داده مي شود، با استقبال خوب صنايع آرايشي مواجه شده است. اين صنايع در کرم هاي ضد آفتاب از روش اول استفاده کرده اند و چون ما آدم ها به زيبايي و سلامت خود اهميت زيادي مي دهيم، از اين راه پول خوبي به جيب زده اند.

حالت اول اين است که اجازة نفوذUV را به سطح مورد نظر نمي دهند. فکر مي کنيد براي اين کار، با توجه به توضيحاتي که قبلاً داده ايم، بهترين نوع پوشش چيست؟ درست است، لاية نازک بسيار مناسب است. ولي به جز آن از نانوذارات هم مي توان استفاده کرد. (شکل 20)

در حالت دوم UV جذب مي شود. براي اين كار از نانوذرات اکسيد روي استفاده مي کنند. يکي از علل مرغوبيت کرم هاي آفتاب ساخته شده با نانوذرات اکسيد روي، شفافيت اين نانوذرات است. در گذشته هم موادي را به کرم هاي آفتاب اضافه مي کردند، ولي اين مواد موجب کدر شدن کرم مي شد. ولي نانوذرات به علت ريز بودن تغييري در رنگ کرم ايجاد نمي کنند.

پوشش هاي هوشمند

هنوز تحقيقات در اين زمينه ادامه دارد، ولي اثرات آن به اين گونه خواهد بود:

روزي را تصور کنيد که براي عوض کردن رنگ ناخن هايتان به ناخنتان دستور شفاهي بدهيد! شما از مايعي شفاف استفاده خواهيد کرد که با تغيير جاي اتم هايش دستور شما را عملي مي کند. اين مواد هوشمند از روش شکست نور استفاده خواهند کرد، درست مثل بال پروانه. ولي خدا آن روز را نياورد! همين طوري هم مدل ناخن ها عجيب و غريب است، چه رسد به اينکه دست هاي هر کس مثل يك جعبه مدادرنگي بشود! (شکل 21)

نتيجه گيري و مرور کلي

در اين گزارش با تعاريف پوشش، روش هاي توليد، خواص و کاربردهاي آنها آشنا شديم و هر يک از مباحث فوق را در مورد نانوپوشش ها بررسي کرديم. درک مفهوم نانوپوشش ها مستلزم بيان پيش زمينه اي دربارة پوشش هاست. به طور کلي نانوپوشش دربرگيرندة مفهوم لايه هاي نانومتري و روکش هاي نانوساختار است. در کل، نانوپوشش ها داراي خواص بهتري نسبت به پوشش هاي معمولي هستند و از نظر کاربردي مي توان آنها را در مصارف حساس به کار برد. اگر چه به طور كلي روش هاي توليد اين نوع از پوشش ها با روش هاي توليد پوشش هاي متداول تفاوت چنداني ندارد، اما مي توان با دقت در پارامترها و شرايط توليد، چنين پوشش هايي را هم توليد نمود. کاربردهاي نانوپوشش ها با توجه به ساختار ويژة آنها و خواص ناشي از اين ساختار تعيين مي شود.