نانو تکنولوژی

فناوری نانو، نانوفناوری 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 سیستم هایی در این ابعاد است که اثرات فیزیکی جدیدی – عمدتاً متأثر از غلبه خواص کوانتومی بر خواص کلاسیک  از خود نشان می‌دهند. فناوری نانو موج چهارم انقلاب صنعتی، پدیده‌ای عظیم است که در تمامی گرایش‌های علمی راه یافته واز فناوری های نوینی است که با سرعت هرچه تمام تر درحال توسعه می‌باشد. از ابتدای دهه ۱۹۸۰ میلادی گستره طراحی و ساخت ساختمان ها هر روزه شاهد نوآوری‌های جدیدی در زمینه مصالح کارآمدتر و پربازده‌تر در مقاومت، شکل پذیری، دوام و توانایی بیشتر نسبت به مصالح سنتی است. نانوفناوری یک دانش به شدت میان ‌رشته‌ای است و به رشته‌هایی چون مهندسی مواد، پزشکی، داروسازی و طراحی دارو، دامپزشکی، زیست شناسی، فیزیک کاربردی، ابزارهای نیم رسانا، شیمی ابرمولکول و حتی مهندسی مکانیک، مهندسی برق، مهندسی شیمی و مهندسی کشاورزی نیز مربوط می‌شود. تحلیل گران بر این باورند که فناوری نانو، زیست فناوری (Biotechnology) و فناوری اطلاعات (IT) سه قلمرو علمی هستند که انقلاب سوم صنعتی را شکل می‌دهند. نانو تکنولوژی می‌تواند به عنوان ادامه دانش کنونی به ابعاد نانو یا طرح‌ریزی دانش کنونی بر پایه‌هایی جدیدتر و امروزی‌تر باشد و فراگیرتر 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 گرایش‌های علمی راه یافته است تا جایی که در یک دهه 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. فناوری نانو فرایند دستکاری مواد در مقیاس اتمی و تولید مواد و ابزار، به وسیله کنترل آنها در سطح اتم‌ها و مولکول هاست. 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 دست ‌اندرکاران و محققان علوم نانو در تلاش اند 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.


مراحل فناوری نانو:

در مجموع این فناوری شامل سه مرحله می‌باشد:

-طراحی مهندسی ساختارها در سطح اتم.

-ترکیب این ساختارها و تبدیل آنها به مواد جدید با ساختار نانو با خصوصیات ویژه.

-ترکیب اینگونه مواد و تبدیل آنها به ابزارهای سودمند.

انتظار می‌رود که نانو تکنولوژی نیاز بشر را به مواد کمیاب کمتر کرده و با کاستن آلاینده‌ها، محیط زیستی سالم‌تر را فراهم کند.


محصولات:

برخی از محصولات نانو مواد را به صورت‌های زیر بیان کرد:

فیلم‌های نانو لایه برای کاربردهای عمدتاً الکترونیکی.

نانو پوشش‌های حفاظتی برای افزایش مقاومت در برابر خوردگی و حفاظت در مقابل عوامل مخرب محیطی.

نانو ذرات به عنوان پیش‌سازنده یا اصلاح ساز پدیده‌های شیمیایی و فیزیکی

البته باید توجه داشت که این ها تنها بخشی محصولات نانو مواد است و باید این امر را مورد توجه قرار داد که این ها بصورت کاملا کلی بیان شده اند.


روش های ساخت مواد در مقیاس نانو:

اصلي ترين روش هاي ساخت مواد در مقياس نانو به دو روش كلي بالا به پايين و روش پايين به بالا خلاصه مي شوند. روش بالا به پايين اولين بار توسط فيمن به عنوان روشي براي ساخت ذرات در ابعاد نانومتري مطرح شد. در اين روش با استفاده از دستگاه ها و روش های مكانيكي مانند: تراشیدن، آسیاب کردن وغیره نانوذرات از توده مواد با ابعاد بزرگتر توليد مي شود.

– روش های بالا به پایین: در این روش، ابعاد یک ماده توده ای کاهش پیدا می کند تا به ابعاد مورد نظر برسد. از جمله روش های بالا به پایین می توان به لیتوگرافی و فعال سازی مکانیکی اشاره کرد

.

– روش های پایین به بالا: در این روش با کنترل آرایش و چیدمان اتم ها و مولکول ها می توان به محصول مورد نظر دست یافت. از جمله روش های پایین به بالا می توان به رسوب شیمیایی از فاز بخار و سل – ژل اشاره کرد.


نانو در بهبود کیفیت فضاهای شهری:

-دیوارنویسی و تبلیغات: آنتی گرافیت‌ها (پوشش نانو ضد دیوار نویسی)

-خصوصیت خود تمیزشوندگی در فضاهای متفاوت شهری

-تصفیه کننده هوا

-تصفیه پساب های شهری

-پوشش دهنده ها و ……


شاخه‌های اصلی در نانو:

می‌توان موردهای زیر را شاخه‌های بنیادین دانش نانوفناوری دانست:

نانو روکش‌ها

نانو مواد

نانو شی

نانو ذره

نانو لوله‌ها (نانو تیوب‌ها)

نانوصفحات

نانو کامپوزیت‌ها

نانو ساختار

مهندسی مولکولی.

موتورهای مولکولی (نانو ماشین‌ها)

نانو الکترونیک

نانو سیم‌ها

نانو حسگرها

نانو ترانزیستورها

نانو مواد نرم

لیپید نانوفناوری

نانو مکانیک

نانو سیالات

نانو لیتوگرافی


ایران و فناوری نانو:

ایران از جمله کشورهایی است که در سال‌های اخیر رشد چشمگیری در حوزه فناوری نانو کسب کرده است و در همین ارتباط ستاد ویژه توسعه فناوری نانو در معاونت علمی و فناوری ریاست جمهوری ایجاد گردیده است. بر اساس داده‌های بانک اطلاعاتی استت نانو در سال ۲۰۱۵ تعداد ۱۳۰ هزار و ۶۲۳ مقاله در حوزه فناوری نانو به چاپ رسیده که 6/1درصد نسبت به سال ۲۰۱۴ درصد رشد داشته است و به طور کلی، مقالات با موضوع فناوری نانو 6/9 درصد از کل مقالات سال ۲۰۱۵ را به خود اختصاص داده است. بانک اطلاعاتی استت نانو  (http://statnano.com)  اعلام کرد: جمهوری اسلامی ایران با انتشار ۶ هزار و ۱۶۰ مقاله در حوزه فناوری نانو در سال ۲۰۱۵، رتبه هفتم جهان در حوزه تولید علم نانو را به دست آورد و از فرانسه، انگلیس و روسیه پیشی گرفت.

بر اساس آمار استت‌نانوکشورهای چین و آمریکا نیمی از مقالات نانو در سال 2016 را منتشر کرده‌اند و در این رده‌بندی ایران با افزایش سهم حدود 8/0درصد، بالاتر از ژاپن در رده ششم از لحاظ تولید علم نانو قرار گرفته است.

بر اساس آمار استت‌نانو تا پایان دسامبر 2016 حدود 137 هزار و 500 مقاله مرتبط با فناوری نانو در پایگاه داده Web of Science نمایه شده است که معادل 5/9 درصد از کل مقالات نمایه شده در این پایگاه در سال 2016 را شامل می‌شود.

از این تعداد، سهم چین 34 درصد و ایالات متحده 16 درصد بوده است. چین همچنان به روند صعودی خود در انتشار مقالات نانو ادامه می‌دهد و در حال حاضر تعداد مقالات نانوی این کشور بیش از دو برابر آمریکا و 2/1 برابر کل اتحادیه اروپا است.

هند، کره جنوبی و آلمان در رده‌های سوم تا پنجم قرار دارند. ایران نیز با افزایش سهم حدود 8/0 درصد، بالاتر از ژاپن در رده ششم قرار گرفته است.

ژاپن تا سال 2011 چهارمین کشور در انتشار مقالات نانو بود؛ ولی در سال‌های گذشته با کاهش تدریجی سهم مقالات نانوی خود در رده هفتم قرار دارد. علاوه بر ژاپن، آمریکا، کره جنوبی، فرانسه و روسیه هم در سال 2016 با کاهش سهم روبه‌رو بودند.

فهرست 20 کشور اول دنیا در تولید علم نانو در سال 2016:

میزان مشارکت
تعداد مقالات تولید شده
کشور
رتبه

34.51

47455

چین

1

16.25

22337

آمریکا

2

8.05

11066

هند

3

6.1

8386

کره جنوبی

4

5.79

7963

آلمان

5

5.52

7583

ایران

6

5.06

6952

ژاپن

7

3.86

5313

فرانسه

8

3.66

5038

انگلستان

9

3.04

4178

اسپانیا

10

3

4124

روسیه

11

2.84

3901

ایتالیا

12

2.48

3406

استرالیا

13

2.19

3018

کانادا

14

2.06

2831

تایوان

15

1.81 2489

عربستان سعودی

16

1.8 2471

برزیل

17

1.67 2300

لهستان

18

1.58 2170

سنگاپور

19

1.5 2056

ترکیه

20

لیست محصولات تولید شده در ایران به وسیله صنعت نانو:

محصول تعداد محصول تعداد
بهداشت و سلامت ۴۹ رنگ و رزین 15
تجهیزات ساخت و تولید ۴۴ انرژی، نفت و صنایع وابسته 14
کالای خانگی ۳۹ خودرو و حمل و نقل 14
تجهیزات شناسایی و آنالیز ۲۸ محصولات و تجهیزات نانو الیاف 12
نساجی و پوشاک ۲۷ آب و محیط زیست 8
عمران و ساختمان ۲۳ خدمات 6
دارو و پزشکی ۱۹ پلیمر و کامپوزیت 6
نانومواد ۱۸ محصولات و تجهیزات پلاسمای سرد 4

وضعیت جهانی نانوتکنولوژی:

از فناوری نانو به عنوان “رنسانس فناوری” و “روان کننده جریان سرمایه گذاری” یاد می شود. ورود محصولات متکی بر این فناوری جهشی بس عظیم در رفاه و کیفیت زندگی و توانائی های دفاعی و زیست محیطی به همراه خواهد داشت و موجب بروز جابجائی های بزرگ اقتصادی خواهد شد. هم اکنون بخش های دولتی و خصوصی کشورهای مختلف جهان شامل ژاپن ، آمریکا ، اتحادیه اروپا ، چین ، هند ، تایوان ، کره جنوبی ، استرالیا ، اسرائیل و روسیه در رقابتی تنگاتنگ بر سر کسب پیشتازی جهانی در لااقل یک حوزه از این فناوری به سر می برند. هم اکنون روی هم رفته حدود 30 کشور دنیا در زمینه فناوری نانو دارای “برنامه ملی” یا درحال تدوین آن هستند، وطی پنچ سال گذشته بودجه تحقیق و توسعه در امر فناوری نانو را به 5/3 برابر افزایش داده اند. کشورهای ژاپن و آمریکا نیز فناوری نانو را اولین اولویت کشور خود در زمینه فناوری اعلام کرده اند.

نانو در علوم زمین

مزیت ها و کاربرد های نانو بسیار فراوان است و در اینجا به دلیل فعالیت های شرکت بخشی از کاربردهای آن در زمین شناسی، معدن و فرایندهای زمین شناسی  می پردازیم.

فناوری نانو در فرایندهای زمین شناسی در کره زمین و دیگر سیارات مؤثر است. معمولاً منظور از مقاس نانو ابعادی در حدود 1 تا 100 نانومتر (یک میلیاردیم متر) است. کاربردهای مهم نانوتکنولوژی در علم زمین به خصوص نفت، معدن و محیط زیست، ژئومکانیک، ژئوشیمیایی و …. است که بررسی این کاربردها و گسترش تحقیق در این زمینه بسیار ضروری به نظر می رسد.

برخی حوزه های مشترک علوم زمین با نانوفناوری

  • نانوژئوشیمی
  • نانو مینرالوژی
  • نانو در زمین شناسی زیست محیط
  • نانو در تعیین سن زمین شناسی
  • نانو در اکتشافات و فراوری مواد معدنی و …….

مهمترین کاربرد های فناوری نانو در زمین شناسی را به شرح زیر میتوان نام برد:

1-نانوفناوری در پی جویی کانه زایی فلزی:

از سال 2001 زمين پيمايی نانو فلزات به عنوان ابزاری برای كشف نهشته های طلای معدنی، پلی متاليك و نيكل بكار برده شده است. این روش بطور موفقی در كاوش كانه سازي های پلی متاليك در چندين ناحيه مخفی اثبات شده است. اول ممكنست چنين استنباط شود كه پديده نانو فلزات در گاز خاك چندين جنبه گيج كننده دارد كه نياز به مطالعه بيشتر است. اما زمين پيمايی نانو فلز حقيقتاً يك ابزار سودمند با پتانسيل عالی برای اكتشاف كاني ها در نواحی با سربارهای بيگانه است.

-پی جویی مقدماتی ژئوشیمیایی در افق B خاک به روش QPX:

-تکنیك ژئوشیمیایی ( QPX) مبتنی بر جنبه های گوناگونی از نانو فناوری است .

– عناصر موجود در کانی سازی پنهان با رها سازی ذرات ریز (quantum dots) منحصر بفردی در حد نانو شناخته می شوند.

– در نواحی که افقهای خاک به خوبی شکل گرفته و توسعه یافته اند این ذرات ریز در افق (B) خاک تجمع دارند.

– این افق خاک غنی از اکسیدهای آهن و منگنزی میباشد که اینها محل شناخته شده تمرکز ذرات در حد نانو از ماده دربردارنده کانسنگ هستند.

– هدف اکتشاف کانسارهای حاوی یونهای فلزی متحرک) کانی سازی طلا و فلزات پایه( مدفون در زیر پوشش سنگی سترون و فاقد کانی سازی و یا نهشته های روبار های جابجا شده است.

2-کاربرد فناوری نانو در محیط زیست :

تصفیه آب آشامیدنی و شیرین نمودن آب که با استفاده ازنانوفیلترها با قیمت تمام‌ شده و انرژی مصرفی کمتر همراه است.

امروزه پیشرفت تکنولوژی و دستیابی انسان به روش‌های نوین برای استفاده از منابع طبیعی دستاوردهائی را به همراه دارد که علاوه بر تأثیرات فراوان در زندگی بشر، تأثیراتی منفی را نیز برای طبیعت به ارمغان می‌آورد. به‌تازگی انسان متمدن به این تفکر رسیده است که شاید بتوان با استفاده از تکنولوژی مدرن و پیشرفته به کمک منابع طبیعی و محیط زیست شتابد که از جمله می‌توان به فناوری نانو و کاربرد آن در حفظ محیط زیست اشاره کرد. تأثیرات مستقیم و غیر مستقیم فن‌آوری نانو بر محیط زیست، از جنبه‌های مختلف قابل بررسی است. در حال حاضر، می‌توان موارد متعددی از کاربرد مواد نانو ساختاری در حفظ محیط زیست، از قبیل نانوفیلترها (برای تصفیه پساب‌های صنعتی)، نانوپودرها (برای تصفیه گازهای آلاینده خروجی از خودروها و واحدهای صنعتی) و نانو تیوب‌ها (برای ذخیره‌سازی سوخت کاملاً تمیز هیدروژن) را برشمرد، اما دورنمای استفاده از این فناوری نوین بسیار گسترده‌تر از این‌گونه کاربرهای جزئی و مقطعی است. برخی از مهمترین کاربردهای علمی شناخته شده فناوری نانو در زمینه محیط زیست نانوحس‌گرها، نانو فیلترها و کاتالیزورهای زیست محیطی هستند که به ترتیب به آنها اشاره می‌شود:

نانوحس‌گرهای زیست محیطی:

نانوحس‌گر وسیله‌ای است بسیار ریز که قادر به شناسائی و ارائه پاسخ به محرک‌های فیزیکی در مقیاس یک نانومتر است. نانوحس‌گرها کاربردهای متعددی در علوم مختلف از جمله محیط زیست یافته‌اند که در ادامه به چند مورد اشاره خواهد شد.

-آلودگی هوا:

یکی از نیازهای مهم و اساسی در ارتباط با کنترل آلودگی محیط زیست، پایش مستمر آلودگی هواست. با استفاده از نانوحس‌گرها پیشرفت مؤثری در زمینه کنترل آلودگی هوا صورت گرفته است. با اختراع اولین نمونه‌های غبار هوشمند، تولید این‌گونه حس‌گرها به مرحله کاربرد علمی نزدیک‌تز شد. هدف اصلی از ساخت غبارهای هوشمند، تولید مجموعه‌ای از حس‌گرهای پیشرفته به‌صورت نانو رایانه‌های بسیار سبک است. این نانوحس‌گرها به‌راحتی ساعت‌ها در هوا معلق باقی می‌مانند. این ذرات بسیار ریز از سیلیکون ساخته می‌شوند و می‌توانند از طریق بی‌سیم موجود در خود، اطلاعات جمع‌آوری شده را به یک پایگاه مرکزی ارسال کنند. سرعت انتقال اطلاعات از نمونه‌های اولیه حدود یک کیلو بایت در ثانیه است.

انتشار گازهای سمی:

انتشار و پخش گازهای مهلک و سمی یکی از خطرات روزمره زندگی صنعتی است. متأسفانه هشدار دهنده‌های موجود در صنعت اغلب بسیار دیر موفق به شناسائی این‌گونه گازهای نشتی می‌شوند. این نوع حس‌گرها از نانوتیوب‌های تک لایه به ضخامت حدود یک نانومتر ساخته شده‌اند و می‌توانند مولکول‌های گازهای سمی را جذب کنند. آنها هم‌چنین قادر به شناسائی تعداد معدودی از مولکول‌های گازهای مهلک در محیط هستند. محققان مدعی‌اند که این حس‌گرها برای شناسائی به هنگام گازهای بیوشیمیائی جنگی، آلاینده‌های هوا و حتی مولکول‌های آلی موجود در فضا کاربرد خواهند داشت.


نانوفیلترها، نانوسنسورها و مواد هوشمند:

یکی دیگر از کاربردهای مهم فناوری نانو در محیط زیست، استفاده از نانوفیلترها در تصفیه آب و پساب است. غشای مورد استفاده در فرآیند نانو فیلتراسیون معمولاً مولکول‌های بزرگ را دفع می‌کند و در مقایسه با روش‌های دیگر قادرند با صرف انرژی کمتر آب چاه‌ها یا آب‌های سطحی را نیز به خوبی تصفیه کنند. این فرآیند قادر است انواع باکتری‌ها، ویروس‌ها، آفت‌‌‌کش‌ها، آلاینده‌هائی با منشا آلی و املاح کلسیم و منیزیم را از آب جدا کند. نظر به این که در فرآیند نانو فیلتراسیون از هیچ ماده شیمیائی برای سختی‌گیری (Water Hardness) آب استفاده نمی‌شود، بنابراین اثرات منفی زیست‌محیطی آن به مراتب کمتر از روش‌های شیمیائی معمول است. علاوه بر این، ذرات نانو ساختار انعطاف‌پذیری زیادی در تصفیه آلاینده‌ها دارند. به‌عنوان مثال از ذرات نانو ساختار برای تصفیه فوری خاک، رسوبات، ضایعات جامد، تصفیه آب و پسماندهای مایع استفاده می‌شود. تحقیقات نشان می‌دهد که ذرات دو فلزی نانو ساختار مانند آهن، پالادیم، نقره و روی، پالادیم کاربردهای زیادی در تصفیه آلوده‌کننده‌های محیط زیست، مانند آفت‌کش‌های کلرینه با منشا آلی و حلال‌های آلی هالوژنه یافته‌اند. تجربه نشان داده است که استفاده از ذرات نانو ساختار دو فلزی موجب می‌شود تا کلیه هیدروکربن‌های حاوی ترکیبات کلردار که بسیار سمی‌اند به هیدروکربن‌های بی خطر برای محیط زیست تبدیل شوند. به‌علاوه، شواهد بسیار مبین این واقعیت است که ذرات نانو ساختار با پایه آهنی، قادر به تجزیه آلودگی‌های بسیار پایدار هم‌چون ترکیبات پرکلرات‌ها، نیترات‌ها، فلزات سنگین (نیکل و جیوه) و مواد رادیواکتیو مانند دی‌اکسیداورانیوم هستند. علاوه بر این می‌توان از نانو ساختارها برای رنگ‌زدائی از آب آشامیدنی استفاده کرد. رنگ موجود در آب آشامیدنی نه تنها به خاطر ظاهر آن باید از آب زدوده شود، بلکه چون این رنگ‌ها می‌توانند منشا تولید تری هالومتان نیز باشند، بسیار خطرناک محسوب می‌شوند. این ماده هنگام ترکیب با کلر موجب تشکیل کلروفرم و دیگر ترکیبات هالوژنه مضر و سرطان‌زا می‌شوند. رنگ موجود در آب طبیعی معمولاً ناشی از وجود اسیدهای معدنی است. اسیدهای مذکور از تجزیه مواد آلی موجود در آب حاصل می‌شوند. اغلب روش‌های متداول برای تصفیه آب قادر به جداسازی مواد فوق نیستند، لیکن با استفاده از غشاهای نانو می‌توان تا ۹۹ درصد این‌گونه مواد را به سهولت از آب جدا کرد. هم‌چنین تحقیقات نشان می‌دهد استفاده از فناوری نانو در تصفیه آب می‌تواند هزینه‌های تصفیه را تا حدود زیادی کاهش دهد. الکل‌هایی مانند اتانول به‌عنوان حلال یا ماده پاک‌کننده به وفور در صنایع مورد استفاده قرار می‌گیرند. این مواد در حین مصرف مقادیر زیادی از ناخالصی‌های مختلف را به خود جذب می‌کنند. با توجه به این که دور ریختن آنها پس از مصرف، اثرات زیان‌باری بر محیط زیست دارد، باید برای استفاده مجدد(Use ـ Re) تصفیه شوند. روش‌های متداول از قبیل تقطیر، ضمن آلوده کردن محیط زیست انرژی زیادی را تلف می‌کنند.

استفاده از نانوفیلترها گام مؤثری در حفاظت محیط زیست و صرفه‌جوئی انرژی در این زمینه است. فیلترها بر اساس اندازه منافذشان دسته‌بندی می‌شوند و بر این اساس به میکروفیلترها، آلترافیلترها و نانوفیلترها دسته‌بندی می‌شوند. نانو فیلتراسیون در اصل فیلتراسیون با فشار پائین‌تر از اسمز معکوس است، بنابراین قیمت تمام شده نانوفیلترها علاوه بر بازیابی ویروس‌ها و باکتری‌ها نیز می‌باشند، بنابراین می‌توانند در رفع آلودگی‌های آب‌های ذخیره نوشیدنی انسان‌ها و آب‌های کشاورزی استفاده شوند. نانوفیلترها می‌توانند به فیلتراسیون سریع خون کمک فراوانی کنند. در حال حاضر مسمومیت خونی یکی از مشکلات جدی در جهان است و خطر عفونت در واحدهائی که نیاز به مراقبت شدیدتری دارند بیشتر است، چون مریض‌ها آسیب‌پذیرترند. اگر مسمومیت خونی اتفاق بیافتد باید خون هرچه سریع‌تر از عامل مسمومیت پاک شود. برای تشخیص عامل عفونت پلاسما و Endo toxin باید از هم جدا شوند تا عامل عفونت شناسائی شود. با استفاده از نانوفیلترها می‌توان در یک مرحله پلاسما و Endo toxin را جدا کرده و عامل مسمومیت را شناسائی کرد و علاوه بر این خون را تمیز کرد.

علاوه بر این نانوفیلترها می‌توانند در جداسازی‌های بیولوژیکی باکتری، ویروس، اسیدنو کلوئیک تصفیه DNA، جذب پروتئین‌ها و اسیدنو کلوئیک‌ها، سوبسترا برای کشت Batch، آلترافیلتراسیون محصولات آشامیدنی و غذائی و استریلیزه کردن سرم‌های پزشکی و سیالات بیولوژیکی استفاده شوند. نانوتکنولوژی با ساخت سنسورها در ابعاد کوچک ما را قادر خواهند ساخت که بتوانیم بسیاری از پارامترها را بادقت بیشتری ارزیابی کنیم. با استفاده از مولکول‌های بیولوژیکی قادر خواهیم بود که نانوسنسور بسازیم. نانوسنسورها کاربردهای بسیاری در سه حوزه مهم نانوبیوتکنولوژی (پزشکی، کشاورزی و صنایع غذائی) دارند که شامل: آشکارسازی عوامل و کمیت‌های شیمیائی و بیولوژیکی، توالی سنجی DNA در تشخیص بیماری‌ها و تولید داروها، در آزمایش‌های مؤثر و سریع بر روی داروهای جدید، سیستم‌های کنترلی قابل حمل و نقل برای حفظ سلامت محصولات کشاورزی و غذائی در انبارها و حمل و نقل و انتقال، سیستم‌های مجتمع نانوسنسوری برای اندازه‌گیری، گزارش‌دهی و کنترل هوشمند گیاهان یا دام‌ها، بیوسنسورهای دقیق‌تر برای شناسائی پروتین‌ها، آشکارسازی سریع عوامل بیماری‌زا و … می‌باشند.


نانو لوله‌ها و نانو کامپوزیت‌ها:

نانو لوله‌های کربنی اولین نسل محصولات نانو هستند که در سال ۱۹۹۱ کشف و به جهان عرضه شدند.  نانو لوله‌ها از پیچیده شدن ورقه‌های گرانیت با ساختاری شبیه شانه عسل ‌به‌دست می‌آیند. این لوله‌ها بسیار بلند و نازک هستند و ساختارهائی پایدار، مقاوم و انعطاف‌پذیر دارند. نانو لوله‌ها قوی‌ترین فیبرهای شناخته شده‌اند و ۱۰۰ـ۱ برابر قوی‌تر از واحد وزنی استیل هستند و می‌توانند جایگزین سرامیک‌های معمولی، آلومینیم و حتی فلزات در ساخت هواپیما، چرخ‌دنده‌ها، یاتاقان‌ها ، اجزاء ماشین، دستگاه‌های پزشکی، وسایل ورزشی و دستگاه‌های صنعتی تولید غذا شوند. مطالعات اخیر پیشنهاد می‌کند که از نانو لوله‌های کربنی برای اهداف بیولوژیکی مثل کریستالیزاسیون، پروتئین‌ها و ساخت بیوراکتورها و بیوسنسورها استفاده شود. نانو لوله‌های کربنی در محیط‌های آبی نامحلول‌اند. بنابراین برای کاربردهای نانولوله‌های کربنی توسعه غشاهای رسانای الکتریکی است. به‌خاطر نسبت بالای طول به قطر، نانو لوله‌های کربنی می‌توانند پلیمرهای رسانا تبدیل کنند، اگر این پلیمرها برای توسعه غشاءهای جدید استفاده شوند میزان جداسازی طعم‌ها و مواد مغذی افزایش خواهد یافت. این ماده به‌عنوان یک افزودنی در تولید نانو کامپوزیت استفاده می‌شود. افزودنی فقط ۳ـ۵% از این ماده پلاستیک را سبک‌تر، قوی‌تر و مقاوم‌تر به حرارت می‌کند و خواص ممانعت‌کنندگی بهتر در برابر اکسیژن، دی‌اکسیدکربن، رطوبت و مواد فرار دارد. این خواص برای بسته‌بندی مواد غذائی مثل گوشت‌های فرآیندی، پنیر، آرد قنادی، غلات و غذاهای کنسرو شده را افزایش دهد.


 نانو بیو مواد:

مواد جدید همواره یکی از عوامل ضروری و توان زای کلیدی برای ساخت سیستم‌ها و کاربردهائی با اثرات چشمگیر بوده‌اند. این مواد می‌توانند موانع فرآیندهای قبلی را بشکنند و نهایتاً کاربردهایی با منافع بالقوه جهانی را تولید کنند. مواد در مقیاس نانو، یعنی موادی که ویژگی‌هایشان در سطح کمتر از میکرو (کوچک‌تر از۱۰ـ۶ یا ۱۰ـ ۹ نانو) قابل کنترل است. خواص مواد در چنین ابعاد و اندازه‌هایی با مواد متعارف اساساً متفاوت است و به همین لحاظ تحقیقات در حوزه نانو مواد روز به روز فعال‌تر می‌شود. نانو بیوذرات، ذرات کلوئیدی و جامدی هستند که شامل اجزاء ماکرو مولکولی با اندازه nmc ۱۰۰۰ ـ ۱۰ با شیمی سطح پیچیده هستند. بسته به روش تولید، نانو ذرات به شکل نانوکپسول یا نانو کره هستند نانو کره‌ها سیستم‌های ماتریسی می‌باشند در حالی‌که نانو کپسول‌ها سیستم‌های وزیکولار می‌باشند. نانو کپسول‌ها نانو ذراتی هستند که دارای یک پوسته و فضای خالی داخل آن جهت قرار گرفتن و حمل مواد مورد نظر باشند. فسفولیپیدها با یک سر آب ‌دوست و یک سر آب‌گریز وقتی در یک محیط آبی قرار می‌گیرند، تشکیل کپسول‌هائی می‌دهند که سر آب ‌دوست آن در بیرون و سر آب‌گریز مولکول‌ در درون آن قرار می‌گیرند، از پلیمرهایی مثل لیپید و پروتئین نیز می‌توان برای ساخت نانوکپسول استفاده کرد. درخت سان‌ها (Denderimers) ماکرومولکول‌هائی با ساختار منتظم و پر شاخه سه‌بعدی، که به خاطر دانسیته بالای گروه‌های فعال کاربردهای زیادی دارند. درخت سان‌ها به دلیل رقابت طراحی و ساخته شدن با دقت کاملاً اتمی بیشترین توانمندی را در مقایسه با نانوحفرات، نانو کپسول‌ها و نانو ذرات از خود نشان می‌دهند. کاکلیت‌ها (Cochleates) رسوبات دو ظرفیتی فسفولیپیدی پایدار از مواد طبیعی هستند. این مواد ساختارهای چند لایه‌ای بزرگ و پیوسته چربی که به شکل مارپیچ درآمده‌اند، تشکیل شده‌اند. آنها محتویاتشان را از طریق لایه سیال خارجی به غشاء سلول‌های هدف انتقال می‌دهند. کاکلیت‌ها در برابر عوامل محیطی مقاوم هستند و ساختار لایه‌ای محکمشان آنها را در برابر تجزیه توسط مولکول‌های شکننده Cochleates محافظت می‌کند، حتی اگر در شرایط سخت محیطی یا در برابر آنزیم قرار گیرند.


نانوپلیمرهای متخلخل:

هنگامی که آلاینده‌های آلی آب‌گریز از طریق آب وارد خاک می‌شوند، به‌راحتی توسط ذرات جامد غیر محلول در آب جذب و از آب جدا می‌شوند. پدیده‌ جذب و دفع این‌گونه آلاینده‌ها از آب به خاک و از خاک به هوا بسیار پیچیده است و به‌عوامل متعددی از قبیل حلالیت در آب، آب موجود در شبکه خاک و رقابت اجزای مختلف خاک برای جذب این ذرات بستگی دارد. هنگامی که بیش از یک مولکول آب‌گریز در محیط وجود داشته باشد، مولکول‌های آلاینده به جسمی متصل می‌شوند که از لحاظ شیمیائی بیشترین شباهت را به آنها داشته باشد. به‌همین دلیل نانوپلیمرهای متخلخل که شباهت زیادی به مولکول‌های مواد آلاینده دارند، مناسب‌ترین وسیله برای جداسازی این نوع آلاینده‌های آلی از آب و خاک به شمار می‌روند. به‌طور کلی کاربردهای زیست‌محیطی این نانو ساختارها عبارتند از:

۱) جداسازی آلاینده‌های آلی از آب آشامیدنی.

۲) تصفیه پساب‌های واحدهای صنعتی مانند نیروگاه‌های هسته‌ای برای استفاده مجدد از آنها.

۳) پاک‌سازی منابع آبی آلوده شده به مواد نفتی.

۴) پاک‌سازی منابع ‌آب‌ زیرزمینی از آلاینده‌های آلی.

با توجه به این‌که نانوپلیمرهای متخلخل در موارد بسیار زیادی مورد استفاده قرار‌ می‌گیرند، بنابراین هزینه‌های تصفیه به مراتب کمتر می‌شود.


کاتالیست‌های زیست‌محیطی: (Environmental Catalist)

کاتالیست، گونه اي است که انرژي فعالسازي واکنش (انرژي اولیه براي انجام واکنش) را کاهش داده و در نتیجه سرعت واکنش را افزایش میدهد. فلزات واسطه جدول تناوبی عناصر، رایجترین کاتالیست ها هستند.

کاتالیستها به دو دسته همگن . (Heterogeneous) و ناهمگن (Homogeneous) کاتالیست تقسیم میشوند. کاتالیست های همگن، تک اتم، یون یا مولکول است و با واکنش دهنده ها همفاز میباشد. به بیان دیگر، ذرات کاتالیست همگن میتوانند بهراحتی در مخلوط واکنش حل شوند.

کاتالیست ناهمگن، با واکنش دهنده ها در یک فاز نیست. اندازه و خصوصیت ذرات کاتالیست ناهمگن به صورتی است که به راحتی در محیط واکنش حل نمیشود؛ از این­رو فعالیت آن محدود میگردد (بازده کل واکنش کاهش می یابد). برخلاف کاتالیست هاي همگن، کاتالیست هاي ناهمگن به راحتی (با صرف هزینه، زمان و مواد کمتر) از مخلوط واکنش جدا می شوند و موجب ناخالصی محصولات نمی گردند. براي آنکه کمبود سطح فعال در اینگونه در نقش تکیه گاه کاتالیست، ضروري است. بستر  (Support)ترکیبات جبران شود، استفاده از یک بستر با سطح فعال بالاست.

ویژگی هاي اصلی نانوکاتالیست:

دسته بندي نانوکاتالیست ها:

پلیمرهای زیستی:

از نانوساختارهایی مثل پلیمرهای زیستی می‌توان برای تولید تراشه‌های الکترونیکی استفاده کرد. طبق اطلاعات موجود، برای تولید هر گرم ریز تراشه ۳۲ مگابایتی، به مصرف ۸۵ گرم سوخت فسیلی و مواد شیمیایی و ۱۶ کیلوگرم آب نیاز است. با استفاده از فرآیندهای نانو می‌توان شیوه مرسوم در تولید تراشه‌های نیمه‌ هادی را تا حد بسیار زیادی بهبود بخشید. علاوه بر این، استفاده از فناوری نانو منجر به تولید مواد بی‌خطر به‌جای مواد سمی می‌شود. برای مثال، مانیتورهای ساخته شده از لوله‌های اشعه کاتدی (که حاوی مواد سمی‌اند) است و راندمان بالاتری هم دارند. نمایشگرهای ساخته شده از کریستال مایع ضمن کوچک بودن حاوی سرب نیستند و مصرف انرژی آنها بسیار کمتر از انواع مشابه کاتدی است. علاوه بر این استفاده از نانولوله‌های کربنی در نمایشگرهای کامپیوتری به کاهش مصرف فلزات سنگین در آنها کمک می‌کند و از این طریق از آسیب به محیط زیست می‌کاهد.


 نانو پوشش‌ها:

پوشش‌های نانو ساختاری پیشرفته به‌ خوبی بر سطوح مختلف از قبیل فلزات، شیشه، سرامیک و پلاستیک می‌چسبند و تنها چند میکرون ضخامت دارند، ویژگی‌های بارز این نانو پوشش‌گرها خاصیت ضد خوردگی آنهاست که کاربرد پوششی آنها را در فلزات سبک از قبیل آلومینیوم و منیزیم افزایش داده است. پوشش‌های یاد شده، در مقابل حرارت بسیار مقاومند و می‌توانند دما را تا ۷۰۰ درجه سانتیگراد تحمل کنند. استفاده از این نوع پوشش‌گرها منجر به کاهش خوردگی فلزات می‌شود و در نهایت، محیط زیست را با کاهش میزان مصرف مواد خام حفظ خواهد کرد. کاربرد دیگر پوشش‌گرهای نانو ساختاری، در حذف گرد و غبار از روی سطوح مختلف و کاهش مصرف پاک‌کننده‌هاست. این نانو ذرات را به صورت یک لایه بسیار نازک برای روکش کردن سطوح مختلف از قبیل شیشه اتومبیل‌ها به‌کار می‌برند. در نتیجه، مایع مذکور سطح پوشش‌داده شده را خیس نمی‌کند و به‌صورت قطراتی روی آن باقی می‌ماند و به‌سرعت زدوده می‌شود. این عمل فرآیند خشک شدن را سرعت می‌دهد. بدیهی است که مصرف مواد شوینده به‌شدت کاهش می‌یابد و از آلودگی محیط زیست (Environmental Pollution) جلوگیری به عمل می‌آید.


نانو پودرها:

نانوپودرها موادی به ‌شدت فعال‌اند که در دمای پائین ذوب یا آلیاژ می‌شوند. این پودرها در فرآیندهای قالب‌گیری تزریقی و پوشش دادن سطوح مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرند. نوعی از پودرهای نانو ساختاری یاد شده که حاوی ذرات آلومینیوم است، در صورت افزوده شدن به سوخت‌های جامد موشک‌ها شدت سوختن آنها را تا دو برابر افزایش می‌دهد. اضافه کردن این پودر به نفت سفید باعث تسریع در احتراق آن و در نتیجه کاهش تولید آلاینده‌های مختلف می‌شود. آن‌چه از توانمندی‌های فناوری نانو ارائه شد به این معنی است که می‌توان از این روش‌ها برای حفظ محیط زیست در آینده‌ای نه‌چندان دور استفاده کرد و در کنار استفاده از منابع طبیعی با کمک فناوری‌های پیشرفته بتوان به‌تعاملی پایدار با طبیعت و نهایتاً توسعه پایدار رسید.

1) کاربرد فن‌آوری نانو در تصفیه آلاینده‌های آب:

فناوری نانو و صنعت آب:

فناوری نانو در تصفیه آب معادن:

یکــی از مهمتریــــن کاربـــردهای فــن‌آوری نانـــو در محیــط زیسـت، تصفیــه آلاینــده‌های آب‌هــای زیرزمینـــی بــا نانو ذرات (nZVI)zero-valent iron است که بازده و راندمان قابل توجهی دارد، اما نامشخص بودن خصوصیات اساسی این فن‌آوری مشکلاتی در رابطه با استفاده بهینه و یا ارزیابی خطرات آن از لحاظ انسانی و اکولوژیکی به وجود آورده است.

سه مورد اساسی که باعث سوءتفاهم در مورد این فن‌آوری می‌شود، عبارتند از:

۱) nZVIهائی که در تصفیه آب‌های زیرزمینی استفاده می‌شوند بسیار بزرگتر از ذراتی هستند که تأثیرات حقیقی در اندازه نانو را نشان می‌دهند.

۲) واکنش‌پذیری بالای این ذرات عمدتاً نتیجه سطح ویژه بالای آنها است.

۳) تحرک nZVI تقریباً در تمامی شرایط کمتر از چند متر است. لذا استفاده از آن در تصفیه به حداقل می‌رسد.

در نهایت بیشتر کاربردهای زیست ‌محیطی فن‌آوری نانو در سه مقوله جای می‌گیرند:

۱) محصولات بی خطر برای محیط زیست یا محصولات با قابلیت تحمل بالا مثلاً شیمی سبز.

۲) تصفیه موادی که با ذرات خطرناک آلوده شده‌اند.

۳) حس‌گرهائی برای ذرات محیطی.

با این‌که معمولاً این سه مقوله در زمره مواد شیمیائی یا مواد نانو بیولوژیکی تلقی می‌شود. باید توجه کرد که این موارد می‌تواند در مورد عوامل میکروبی و مواد زیست‌محیطی نیز کاربرد داشته باشد. فن‌آوری نانو نقش مهمی در بهبود روش‌های کشف و پاک‌سازی عوامل زیست‌محیطی مضر دارد.

دو فن‌آوری متعارف تصفیه که در فن‌آوری نانو نیز از آنها استفاده می‌شود عبارتند از: جاذبه، واکنش درجا و غیر درجا. در فن‌آوری تصفیه جاذبه‌ای به کمک فرآیند جداسازی، آلاینده‌ها (به‌خصوص فلزات) جدا می‌شوند، در حالی‌که فن‌آوری واکنشی باعث تولید محصولات کم ضررتر می‌گردد. به‌عنوان مثال در مواردی که آلاینده‌ها آلی باشند محصولاتی مثل دی‌اکسیدکربن و آب تولید می‌شود. در فن‌آوری درجا، پاک‌سازی آلودگی در همان محل آلودگی (Pollution Point) صورت می‌گیرد، در حالی که در فن‌آوری غیر درجا، عملیات پاک‌سازی پس از انتقال مواد آلوده‌کننده به مکان مطمئن انجام می‌شود.


2)نانو لوله های کربنی و کاربردهای آن در صنایع نفت و انرژی

. با توجه به انتظاراتی که مبنی بر افزایش 50 درصد مصرف انرژی در 20 سال آینده هستند، پیشبینی می شود که افزایش تقاضای جهانی برای انرژی تا چند دهه بعد نیز ادامه یابد. اگرچه استفاده از منابع انرژی جایگزین مانند انرژی هسته ای و انرژی های تجدیدپذیر در سال های آتی افزایش می‌یابد، اما این افزایش کم بوده و نقش اصلی منابع انرژی تجدید پذیر،حداقل برای 2 دهه بعد، نقش تکمیل کننده و حامی خواهد بود تا نقش جایگزین برای منابع سوخت هیدروکربنی. بر همین اساس رسیدن تقاضای جهانی انرژی به بالاترین مقدار خود، موضوع چالش اصلی در سال های آتی خواهد بود و تنها با پیشرفت اساسی و بنیادین در هسته اصلی علم و مهندسی صنایع نفت وگاز ممکن خواهد بود. پیشرفت های حاصله در فناوری نانو این پتانسیل را دارند که صنعت را با استفاده از معرفی فناوری هایی پربازده تر و همچنین از نظر زیست محیطی سازگارتر، به جایی فراتر از منابع جایگزین کنونی سوق دهند.

نانو لوله های کربنی

3)کاربرد فناوری نانو در حفاری چاه های نفت:

فناوري ميکرو و فناوري نانو , این ظرفیت و پتانسیل را دارند که تغییرات متحول‌ کننده ای را , در حوزه های مختلف نفت و گاز نظیر اکتشاف, حفاری,ازدیاد برداشت و پالایش و پخش, به وجود آورند. به عنوان مثال : به کمک نانو حسگرها میتوان اطلاعات و داده های بسیار دقیق تر و جزئی تریو  را از یک مخزن نفتی به دست آورد. به خصوص نانوذرات ساخته شده را می توان,  برای جلوگیری از تشکیل رسوبات مخزن مورد استفاده قرار داد. به کمک مواد نانو ساختار می توان , تجهیزات سبکتر, دقیق تر , مطمئن تر و بادوام تر را که در صنایع نفت و گاز کاربرد دارند, تولید و به‌ کار گرفت. از نانو غشاها نیز می توان , برای ارتقا کیفی و کمی جداسازی گاز و ناخالصی ها ,  از نفت و گاز بهره جست. یکی دیگر از کاربردهای نو ظهور فناوري ميکرو و فناوري نانو درصنعت نفت  , را میتوان گونه ای از (سیالات هوشمند) دانست , که در ازدیاد برداشت وحفاری کاربرد دارند. به طور خالصه , حوزه های متعددی وجود دارند , که فناوری نانو می تواند در این حوزه ها به عنوان یک فناوری پربازده, موثر, ارزان و از نظر زیست محیطی نیز سازگار و مطلوب مورد استفاده قرار گیرد.

4)کاربرد نانو ذرات در سیمان کاری بین لوله های جداری و دیوار چاه:    

نانوذرات به خصوص نانو سیلیکا به طور گسترده­ای برای ارتقا استحکام خمشی وتراکمی سیمان های پورتلند و بالیت مورد استفاده قرار گرفته اند. علاوه بر این قابلیت مونیتورینگ نیز برای مالت سیمانی که در آن ازنانو استفاده شده است نیز گزارش شده است. به خاطر خصوصیات خاص و پتانسیل برهم کنش نانومواد در مقایسه با توده مواد سازنده آنها، به نظر می­رسد که نانو مواد بهترین مواد برای استفاده در طراحی سیال­های هوشمند درحوزه های نفت و گاز هستند. علاوه بر این به دلیل آزادی عملی که در ساخت نانوذرات بارفتارها و عملکرد دلخواه و همچنین طبیعت یونی آنها، شکل فیزیکی و اندازه­های آنها، چگالی بار و حجم واحد این ذرات وجود دارد، این فناوری راه را برای توسعه نسل جدیدی از سیالات به نام سیالات هوشمند که میتوانند درحفاری، تولید و کاربردهای وابسته به بهره افزایی مخزن کامل مثمرثمر باشند، باز می کند. استفاده از چنین سیالاتی علاوه بر ارتقا عملیات حفاری مزایای از قبیل تغییر ترشوندگی، کاهش نیروی کششی دراگ، و اتصال دهنده ها برای پیوستگی شن را نیز به همراه دارد. در یک آزمایشگاه تخصصی نفت، سیالی پیشرفته که با نانوذرات و پودرهای فوق ریز مخلوط شده بود، ساخته شد. آزمایش ها نشان داده است که این سیال به شدت سرعت حفاری را افزایش می دهد. چنین سیالی همچنین از وارد شدن صدمه به سنگ مخزن در چاه نیز جلوگیری کرده و موجبات برداشت نفت بیشتر را فراهم می کنند. نانوذرات نیکل و میکرو ذرات جاذب نیز برای جذب آسفالتن ها از محلول نفت سنگین مدل نیز به کار گرفته شده اند. ظرفیت جذب آسفالتن روی نانوذرات نیکل همانطور که نتایج نشان می دهند، مزایای انکار ناپذیری در مقایسه با میکرو ذرات دارند.

کاربرد نانو در سیمان دیواره چاه های حفاری

(5 کاربرد نانو افزودنی ها در گل حفاری:

سـیال حفـاری پایـه نانویـی، سـیالی اسـت کـه حداقـل یـک نانوافزودنـی بـا انـدازه ذرات 100-1 نانومتـر داشـته باشـد. هـدف نهایـی اسـتفاده از نانومـواد در گل حفـاری، کاهـش هزینـه کلـی گل از طریـق کاهـش مصـرف مـواد و محتـوای گل حفـاری و نیـز بهبـود خـواص گل اسـت. سـیال حفـاری نانویـی بـا افـزودن نانـوذرات در نسـبت های حجمـی پاییـن بـه سـیال پایـه تهیه می شـود. با افـزودن ایـن نانـوذرات خـواص سـیال پایـه نظیر دانسـیته، ویسـکوزیته و پایـداری حرارتـی آن تحـت تاثیر قـرار میگیرد.

بنابرایـن سـیال حفـاری ارتقـا یافتـه بـا نانـوذرات دارای خـواص رئولوژیکـی مطلـوب، کنتـرل مطلـوب ظرفیـت صافـاب، پایـداری بسـیار خـوب سوسپانسـیون، روانسـازی خـوب و قـدرت ضـد آلودگـی بـالا اسـت. در نتیجه سـیال حفـاری ارتقـا یافتـه موجـب بهبـود فنـاوری سـیال حفـاری و پاسـخگوی نیازهـای عملیـات حفـاری در شـرایط پیچیـده اسـت .

کارکردهـای اصلـی نانو افزودنی هـای گل حفـاری عبارتنـد از:

1- کنترل هرزروی سیال و پایداری چاه

2- جلوگیری از گل گرفتگی مته

3- کاهش گشتاور پیچشی و نیروی پسا

4- حذف گازهای سمی

5- مقابله با چالش دما و فشار بالای مخزن

6- کنترل وزن گل.

از دیگر کاربردهای نانو در صنایع نفت و گاز می توان به موارد زیر اشاره کرد:

-کاربرد نانو سنسورها در اندازه گیری حین حفاری

-کاربرد نانو کامپوزیت های فولادی در جداره چاه های نفتی

-کاربرد پوشش های نانو کامپوزیتی در مته های حفاری.


6) نانو ذرات سرامیکی :

به سرامیک های اکسید فلزی نظیر اکسیدهای تیتانیوم، روی، آلومینیوم، آهن و سیلیکاتی که عموماً به شکل ذرات نانو در مقیاس خاک رس هستند، تقسیم می شود.

ویژگی‌های نانوسرامیک

الف) استحکام مکانیکی‌بالا:

استفاده و پوشش دادن سطح اجسام مختلف با استفاده از نانوسرامیک‌ها، باعث افزایش استحکام آنها و سختی جسم می‌شود که استحکام آنها در مقایسه با سرامیک‌های معمولی بسیار بیشتر است.

ب) ابررسانایی:

نانوسرامیک‌ها به علت داشتن خواص نوری و الکتریکی به عنوان ابررسانا نیز به کار می‌روند.

ج) صرفه جویی اقتصادی:

در ساختار نانو، تعداد مکان‌های فعال افزایش می‌یابد، این افزایش در سطح منجر به کاهش مقدار مواد مصرفی می‌شود و قیمت نهایی محصول کاهش می‌یابد.

د) قابلیت رقابت با مواد دیگر در بازار:

نانوسرامیک‌ها ارزش افزوده فوق‌العاده‌ای را ایجاد می‌کنند لذا این مواد همانند رنگدانه‌ها و پوشش‌ها گرانقیمت هستند.

ه) عدم آلودگی و سازگاری با محیط زیست:

این پوشش‌ها با محیط زیست سازگاری زیادی دارند و در مقایسه با مواد قبلی بسیار مناسب هستند زیرا مانند آنها آلودگی ایجاد نمی‌کنند.

و) انعطاف‌پذیری:

در سرامیک‌های معمولی انعطاف‌پذیر نیستند بلکه بسیار ترد و شکننده هستند ولی در نانوسرامیک‌ها به دلیل وجود خاصیت منحصر به فرد در قابلیت حرکت مرزدانه‌ها بر روی هم، انعطاف‌پذیری خوبی وجود دارد.

ز) سطح ویژه بالا:

نانوسرامیک‌ها سطح ویژه بالایی دارند و در انجام واکنش‌های شیمیایی در کاتالیست‌ها، سنسورهای گازی، جداسازی و جذب مواد بر روی سطح آن و غیره مورد استفاده قرار می‌گیرند.


فناوری نانو و فرآوری مواد معدنی:

فناورى نانو به سه زير شاخه بالا به پايين، پايين به بالا (روش هاى ساخت) و نانو محاسبات (روش هاى مدل سازى و شبيه سازى) تقسيم بندى مى شوند.

که هر کدام از اين روش ها نيز به شاخه هاى گوناگون تقسيم مى شوند. کاهش اندازه ميکرو ساختارى مواد موجود مى تواند تاثيرات بزرگى را به وجود آورد. مثلاً همان طور که اندازه دانه يا کريستال در يک فلز به سمت نانو مقياس حرکت مى کند، نسبت اتم هاى موجود بر روى مرزهاى دانه هاى اين جسم جامد افزايش پيدا مى کند و آنها رفتارى کاملاً متفاوت از اتم هايى که روى مرز نيستند بروز مى دهند.

رفتار آنها شروع به تحت تاثير قرار دادن رفتار ماده مى کنند و در نتيجه در فلزات، افزايش استحکام، سختى، مقاومت الکتريکى، ظرفيت حرارتى ويژه، بهبود انبساط حرارتى و خواص مغناطيسى و کاهش رسانايى حرارتى ديده مى شود.

در اختلاط شديد از انواع همزن هاى دور بالا، همگن سازها، آسياب هاى کلوييدى و غيره مى توان براى تهيه قطرات ريز يک مايع در مايع ديگر (نانو کپسول ها) سود جست. البته عوامل فعال سطحى (خودآرايى) نقش کليدى در ايجاد و پايدارى اين نانو امولسيون ها دارد. در روش استفاده از آسياب گلوله اى با آسيا و يا پودر کردن مى توان براى ايجاد نانو ذرات استفاده کرد. خواص نانو ذرات حاصل تحت تاثير نوع ماده آسياکننده، زمان آسيا و محيط اتمسفرى آن قرار مى گيرد. از اين روش مى توان براى توليد نانو ذراتى از مواد استفاده کرد که با روش هاى ديگر به آسانى توليد نمى شوند. البته آلودگى حاصل از مواد محيط آسياب کننده هم مى تواند مشکل ساز باشد. نانو ذرات در حال حاضر از طيف وسيعى از مواد ساخته مى شوند. معمول ترين آنها نانو ذرات سراميکى بوده که به بخش سراميک هاى اکسيد فلزى (نظير اکسيدهاى تيتانيوم، روى، آلومينيوم و آهن و نانو ذرات سيليکاتى (عموماً به شکل ذرات نانو مقياسى رس) تقسيم مى شود. طبق تعريف حداقل بايد يکى از ابعاد آنها کمتر از ۱۰۰ نانومتر باشد. نانو ذرات سراميکى فلزى يا اکسيد فلزى معمولاً اندازه يکسانى از دو يا سه نانو متر تا ۱۰۰ نانو متر – در هر سه بعد دارند شايد شما انتظار داريد که چنين ذرات کوچکى در هوا معلق بمانند اما در واقع آنها به وسيله نيروهاى الکترواستاتيک به يکديگر چسبيده و به شکل پودر بسيار ريزى رسوب مى کنند. کاربردهاى بازارپسند اين نانو مواد بسيار زياد است. خردايش يک فرآيند منحصر به فردى است که در محدوده وسيعى از کابردهاى صنعتى جهت توليد ذرات ريز کاربرد دارد اما بسيار مشکل است که توسط خردايش، ذرات را به سايز بسيار ريز تبديل کنيم و علاوه بر اين، خردايش بسيار ريز به علت ظرفيت پايين آسيا و مصرف انرژى بالا، بسيار گران است. بنابراين افزايش در کارآيى خردايش، تاثير مفيد اساسى بر روى مصرف انرژى خردايش و هزينه خواهد داشت. براى رسيدن به اين هدف، انتخاب آسياى مناسب و عمليات در شرايط بهينه آسيا کردن لازم و ضرورى به نظر مي‏رسد. در اين جهت از آسياى سانتريفيوژ استفاده مى شود که، يک آسياى با قدرت بالا بوده و مي‏تواند جهت خردايش بسيار ريز مواد مورد استفاده قرار گيرد. اين آسيا با به کارگيرى نيروهاى سانتريفيوژ توليد شده توسط دوران محور لوله آسيا در يک چرخه فعاليت مي‏کند. همچنين در فناورى نانو ميتوان توسط فرآيند شيمى مکانيکى ترکيبات اکسى فلورايد لانتانيوم Loaf) )را در حد سايز بسيار ريز نانو به دست آورد. اکسى فلورايد لانتانيوم مى تواند يک فعال کننده، ماده ميزبان فسفر، کاتاليزور براى جفت شدن اکسايشى متان و يا اکسايش هيدروژن زدايى متان باشد. اين ماده توسط دو روش مهم ترکيب مى شود. اولين شيوه، فرآيند ترکيبى حالت جامد تحت فشار و حرارت بالا بوده و فعل و انفعالات مستقيمى را در بين مواد موجب مى شود و ديگرى فرآيند electro_winning است که جهت آماده سازى به يک محلول آبدار و يا يک نمک گداخته نياز دارد. در اين روش هاى ترکيبى، از فلورايد لانتانيوم يا آمونيوم فلورايد به عنوان يک منبع فلورايد مورد استفاده قرار مى گيرد که طبعاً داراى هزينه بالايى نيز است. روش جايگزين ديگر جهت ترکيب مواد کاربردى بدون استفاده از گرما مى باشد. در اين روش تنها از يک دستگاه خردايش با قدرت بالا نظير آسياى Planetary استفاده مى شود، به طورى که در اين روش مسائل آلودگى هاى زيست محيطى به حداقل رسيده و دليل آن عدم وجود مواد مضرى چون فلوئورين در گازهاى خروجى آن است. جهت جلوگيرى از وجود ناخالصى هاى ناشى از پوشش گلوله هاى مورد استفاده در آسيا در زمان خردايش، از گلوله هاى از جنس زير کونيوم استفاده مى شود که در مقابل سائيدگى مقاوم است. قابلیت نانو تکنولوژی حداقل این توان و پتانسیل را به صنایع مختلف می بخشد که بتوانند علاوه بر تولید محصولات و فرآورده هایی با کیفیت برتر و کارآمدتر شاهد کاهش آلودگی های صنعتی، تخریب محیط زیست، آلودگی هوا و آب و … باشیم. همچنین بهره برداری از گونه های قابل بازیافت انرژی مانند انرژی خورشیدی، انرژی گرمایی زمین و یا حتی انرژی حاصل از انفجار هسته ای بصورت عملی و اقتصادی از طریق این علم انجام پذیر خواهد شد.

سرعت توسعه و پیشرفت دانش مهندسی معدن در جهان روز به روز بیشتر می شود و روشهای نوین و سیستماتیک جایگزین روشهای سنتی می شود. امروزه از اکتشاف،مدلسازی،طراحی،برنامه ریزی تا بازسازی معادن بطور یکپارچه برنامه ریزی می شود و اهمیت برنامه ریزی بخصوص برنامه ریزی برای تولید، مورد توجه مدیران و مسئولین معادن قرار می گیرد. به عبارت دیگر، معدنکاری با حجم و ریسک بالای سرمایه گذاری برای تولید، وجود عدم قطعیت های قیمت،زمین شناسی،تناژ،عیارو غیره،نیازمند بهینه سازی برنامه ریزی تولید بلند مدت بطور دقیق و منظم میباشد. به همین منظور شرکت ها و دانشگاه های مختلفی در سراسر دنیا بطور پیوسته به دنبال تحقیقات جدید به منظور توسعه بهینه این صنعت با اهداف کسب نرخ تولید و ارزش فعلی خالص بهینه می باشند.

ایران دارای معادن بسیار است که معمولا کم عیار بوده و به جهت فراوری صرفه اقتصادی ندارند و یا برخی معادن برای فراوری از روش های سنتی استفاده می کنند که هم موجب اتلاف بسیار زیاد انرژی شده و هم اینکه ارزش افزوده چندانی برای معدن دار و معدن کار ندارد و شاید این یکی از موضوعاتی است که سبب شده تا معدن دارن اکثرا کمتر به سمت فراوری بروند و مواد معدنی خود را به اصطلاح بصورت خام به فروش برسانند و حال انکه با ورود علم نانو به این حیطه می توان امید به فراورری مواد معدنی با چشم اندازی روشنتر باشیم.

یکی از مزیت های علم نانو را در فراوری مواد معدنی می توان عدم محدودیت آن در فراوری ذکر کرد . بطوریکه شما با انتخاب و بررسی روش مناسب خواهید توانست با بهترین ریکاوری مواد معدنی را با ارزش افزوده بالا فراوری نمایید.

نانو فناوری در انتقال فلزی:

انتقال فلزی در محیط از اهمیت زیست محیطی بالایی برخوردار است که به انهدام پسماندهای رادیواکتیو، زهکشی معادن اسیدی، آلودگی صنعتی و … مربوط است.

انتقال فلزی وابسته به موارد زیر است:

فراوری نانو و میکروذرات فلزات ارزشمند و نجیب:

فناوری نانو تحول شگرفی در فرآوری منابع كم عيار و يا منابعی كه روشهای معمول كارايی لازم را در آنها ندارند و يا ملاحظات اقتصادی امكان استفاده از آنها را نمی دهد ايجاد نموده است . زيرا ذخاير با عيار مناسب به سرعت در حال كاهش بوده و كانی های مخلوط و يا با عيار كم و همچنين مواد باطله معدنی حاوی ريز ذرات ارزشمند ،مورد توجه قرار می گيرند . به چنين نهشته هايی كه حاوی نانومينرالهای حاوی نانوذرات و يا ميكروذرات فلزات ارزشمند هستند نهشته های نانومينرال می گويند. در اين نهشته های بكر ، ذرات فلزی ارزشمند در حد نانواغلب با كانيهای ديرگداز و مقاوم در حد نانو) كانيهای مقاوم به حرارت و حلالهای شيميايی رايج ( پوشيده شده اند . به دليل اين پوشش از روشهای رايج برای استخراج فلز از كانی ،كارايی ندارد . در اينجا صنعت متالوژی به سمت مرزهايی با ابعاد نانو و كوانتوم می رود و سعی در استحصال اين نانو ذرات دارد.


بازیافت و فراوری سریع، ارزان و بیشتر از فلزات گرانبها، فلزات پایه از کانسنگ ها به روش کرماتوگرافی

این تکنولوژی توانمندی استخراج اقتصادی فلزات از کانسنگ هایی که تا کنون کمتر قابلیت استفاده شدن را داشته اند و یا استخراج عناصر سودمند از روانه های سطحی در معادن فعلی را دارا می باشد.

This technology has the ability to extraction metals from minerals that are less usable, or to extract useful elements from surface flaw in existing mines.

و یا به عبارت دیگر این تکنولوژی بهترین شرایط را برای فراوری منابع معدنی کم عیار فراهم خواهد کرد و نتیجه آن ارزش افزده بیشتر است.

این شرکت افتخار دارد تا یکی از فعالان عرصه فراوری مواد معدنی، به روش نانو فراوری باشد و در کارنامه خود ثبت اختراع تولید نانوذرات و ترکیبات مس را از سنگ معدن به روش بیوهیدرومتالوژی با شماره ثبت 92873 مورخ 28/04/1396 را دارد . مفتخر به آنیم که این ابتدای راه ما در استفاده از فناوری های نو و تنها یکی از ده ها عنصری است که امروز همکاران ما در حال پژوهش و بررسی  به جهت فراوری آن ها از منابع معدنی هستند.

روزنامه رسمی ثبت اختراع نانو شرکت پاسارگاد نشان پارس

دیاگرام استاندارد Cuo

دیاگرام نانو اکسید مس تولید شده بوسیله شرکت پاسارگاد نشان پارس

مقایسه بین پیک های نانو اکسید مس تولید شده و پیک های استاندارد در نرم افزار Xpert

آنالیزهای نانو اکسید مس تولی شده توسط شرکت پاسارگاد نشان پارس

MAP copper Nano oxide

مقیاس نانوذرات اکسید مس تولید شده بین 76/14 تا 03/18 نانومتر می باشد.

سعی بر آن داریم تا با استفاده از روش های نوین و نانو تکنولوژی، از تمامی منابع و مواد معدنی ایران استفاده کرده و آن ها  را به بهترین نحو مورد فراوری قرار دهیم و از منابع موجود بهترین استفاده را نماییم.