فناوری نانو

مفهوم فن‌آوری نانو اولین بار توسط فیزیکدان معروف ریچارد فینمن در ۱۹۵۹ مطرح شد.

عبارت نانو تکنولوژی اولین بار توسط نوریو تانیگوچی در ۱۹۷۴ مورد استفاده قرار گرفت اگر چه شناخته شده نبود.

اریک درکسلر با الهام از مفهوم مطرح شده توسط فینمن در ۱۹۸۶ کلمه نانوتکنولوژی را در کتاب خود مورد استفاده قرار داد و با تاسیس انستیتو فورسایت به افزایش دانش و آگاهی عموم در رابطه با فن‌آوری نانو کمک نمود.

لذا در نتیجه تلاش‌های بعمل آمده، این فن‌آوری بعنوان یک زمینه جدید در دهه ۱۹۸۰ مطرح گردید.

فن‌آوری نانو به تکنیک‌هایی اطلاق می‌گردد که با در دست گرفتن کنترل ساختار ماده در مقیاس اتمی و مولکولی ساختارهای فوق‌العاده ریز (۷-۱۰ تا ۹-۱۰ متر) ایجاد می‌نماید.

برخی از پدیده‌ها با کاهش اندازه سیستم تشدید می‌گردند.

از جمله این پدیده‌ها اثرات مکانیک کوانتومی می‌باشد.

بعنوان مثال خواص الکترونیکی جامدات با کاهش اندازه آنها تغییر می‌کند.

این اثرات در اندازه‌های ماکرو تا میکرو مشاهده نمی‌شود.

همچنین برخی از خواص مکانیکی، الکتریکی، نوری و غیره در مقایسه با سیستم‌های ماکروسکوپیک تغییر می‌نماید.

بعنوان مثال نسبت سطح به حجم ماده افزایش پیدا کرده و خواص مکانیکی، حرارتی و کاتالیتیک مواد را تغییر می‌دهد.

فلذا مواد در مقایس نانو خواص دیگری از خود بروز می‌دهند.

مثلاً مواد کدر می‌توانند شفاف بشوند.

مواد غیرقابل حل می‌توانند قابل حل گردند و مواد خنثی می‌توانند به عنوان کاتالیست عمل نمایند.

با استفاده از مواد نانو تجهیزاتی تولید می‌گردد که از جنبه‌های مختلف از قبیل دوام، طول عمر، هزینه تمام شده، کارآیی و … نسبت به انواع مرسوم ارجحیت دارد.

اگر چه هنوز نانوفناوری در آغاز حیات خود قرار دارد، ولی در همین چند سال اخیر امیدهای زیادی را در بین دانشمندان برای دستیابی به مواد با قابلیت‌های بالا و ساخت محصولات با عمر و کیفیت بالا ایجاد کرده است.

تولید نانوتیوب‌های کربنی (ساختارهای لوله‌ای کربنی) ماده‌ای در اختیار بشر قرار داد که رساناتر از مس، مقاوم‌تر از فولاد و سبک‌تر از آلومینیوم است.

همچنین با استفاده از نانو ذرات، می‌توان سطوح خود تمیزشونده یا همیشه تمیز ساخت و ریایش مغناطیسی را چندین برابر نمود.

لاستیک‌های با عمر بالای ده سال و دارورسانی به تک سلول‌های آسیب دیده در بدن، از توانایی‌هایی‌ست که بشر به مدد نانوفناوری به آن دست یافته است.

دانشمندان امیدوارند با گسترش فعالیت‌ها در نانوفناوری، علاوه بر صرفه‌جویی‌هایی که در اثر ارتقای کیفیت در محصولات سنتی ایجاد می‌کنند، به مواد و محصولات با خواص جدید و چند منظوره دست یابند.

اگر بپذیریم که نانوفناوری، توانمندی تولید مواد، ابزارها و سیستم‌های جدید با در دست گرفتن کنترل در سطوح ملکولی، اتمی و استفاده از خواص آن سطوح است.

آنگاه در می‌یابیم کاربردهای این فناوری، در حوزه‌های مختلف اعم از غذا، دارو، تشخیص پزشکی، فناوری زیستی، الکترونیک، کامپیوتر، ارتباطات، حمل و نقل، انرژی، محیط زیست، مواد، هوافضا، امنیت ملی و غیره اجتناب‌ناپذیر خواهد بود.

به گونه‌ای که به زحمت می‌توان عرصه‌ای را که از آن تأثیر نپذیرد معرفی نمود.

کاربردهای وسیع این عرصه به همراه پیامدهای اجتماعی، سیاسی و حقوقی آن، این فناوری را به عنوان یک زمینه فرا رشته‌ای و فرابخشی مطرح نموده است.

هر چند آزمایش‌ها و تحقیقات پیرامون نانوتکنولوژی از ابتدای دهه هشتاد قرن بیستم به طور جدی پیگیری شد، اما اثرات تحول آفرین، معجزه‌آسا و باورنکردنی نانوفناوری در روند تحقیق و توسعه باعث گردید، نظر تمامی کشورهای بزرگ به این موضوع جلب گردد و فناوری نانو را به عنوان یکی از مهمترین اولویت‌های تحقیقاتی خویش، طی دهه اول قرن بیست و یکم محسوب نمایند.

استفاده از این فناوری در کلیه علوم پزشکی، پتروشیمی، علوم مواد، صنایع دفاعی، الکترونیک، کامپیوترهای کوانتومی و … باعث شده است، تحقیقات در زمینه نانو به عنوان یک چالش اصلی علمی و صنعتی پیش روی جهانیان باشد.

لذا محققین، استادان و صنعتگران ایرانی باید در یک بسیج همگانی، جایگاه، موقعیت و وضعیت خویش را در خصوص این موضوع مشخص نمایند و با یک برنامه‌ریزی علمی دقیق و کارشناس شده به حضوری فعال و حتی رقابتی سالم در این جایگاه، عرض اندام و ابراز وجود نمایند.

فناوری نانو در صنعت برق و انرژی:

فن‌آوری نانو به عنوان انقلاب تکنولوژیک قرن ۲۱ موجب دگرگونی در حوزه‌های مختلف از جمله مواد، انرژی، محیط زیست، الکترونیک و … می‌گردد.

با استفاده از این فن‌آوری امکان ساخت و تولید نیازهای صنعت برق با خواص بهتر و هزینه کمتر وجود دارد.

خواص مورد نظر می‌تواند خواص فیزیکی، مکانیکی، متالورژیکی، شیمیایی و غیره باشد.

با توجه به کاهش ذخایر نفتی و افزایش نیاز جهانی برای تامین انرژی، بکارگیری فن‌آوری نانو در حوزه برق و انرژی مورد توجه فراوان قرار گرفته است.

پیش‌بینی می‌شود که با بهره‌گیری از فن‌آوری نانو تولید برق به میزان ۲۰ تا ۲۵ درصد تا سال ۲۰۲۰ افزایش یابد.

کاربرد فن‌آوری نانو در حوزه برق و انرژی را می‌توان به بخش‌های زیر تقسیم کرد :

• ساخت و تولید تجهیزات مورد نیاز صنعت برق با کارآیی و خواص بهتر و هزینه کمتر

• ساخت و تولید تجهیزاتی که با فن‌آوری‌های مرسوم امکان‌پذیر نمی‌باشد

• توسعه روش‌های بهره‌برداری، تعمیرات، نگهداری، بهسازی و نوسازی تاسیسات و تجهیزات صنعت برق

• کاهش تلفات برق در شبکه‌های انتقال و توزیع

• افزایش راندمان تجهیزات در صنعت برق

• افزایش توان و تولید

نظر به اینکه کشور ما از نقطه نظر تولید علم در زمینه فن‌آوری نانو در منطقه اول و در جهان در رتبه هشتم و از نظر توان نیروگاه‌های نصب شده در منطقه اول و در جهان در رتبه چهاردهم قرار دارد این امکان وجود دارد که با بکارگیری فن‌آوری نانو در تمامی شاخه‌های صنعت برق موجبات ارتقاء هرچه بیشتر این صنعت و صعود به رتبه‌های بالاتر فراهم گردد.

در ادامه کاربردهای فن‌آوری نانو در شاخه‌های تولید، انتقال، توزیع، مصرف، ذخیره‌سازی و انرژی‌های تجدیدپذیر با نمایش اسلایدهای مربوطه تشریح می‌گردد.

برخی از کاربردهای فن‌آوری نانو در محور تولید برق:

• کاتالیزورهای مخصوص سوخت

• مواد افزودنی سوخت

• پوشش‌های پره‌ها و اجزاء داغ توربین‌های گازی

• پوشش‌های لوله‌های بویلر

• پوشش‌های پره‌های کمپرسور

• سیالات انتقال حرارت

• فیلترهای مربوط به توربین‌های گازی، تصفیه آب و پساب و …

• روانکارهای مورد استفاده در توربین‌های گازی

• کاتالیست‌های گوگردزدایی از سوخت‌های فسیلی

• کیت‌های مغناطیسی بمنظور صرفه‌جویی در مصرف سوخت

• کاتالیست‌های مورد استفاده در به دست آوردن سوخت‌های مایع از ذغال سنگ

• غشاهای بر پایه نانوذرات

برخی از کاربردهای فن‌آوری نانو  در محور انتقال و توزیع برق:

• هادیها و کابل‌های مورد استفاده در شبکه‌های انتقال و توزیع

• ورق‌های هسته ترانسفورماتورها

• مغناطیس‌های نرم مورد استفاده در تجهیزات الکترونیک قدرت (به عنوان مثال بریکرها،  فیلترها، آمپلی‌فایرها و …)

• عایق‌های الکتریکی خطوط فشار قوی

• قرص برقگیر

• پوشش مقره‌های پرسلانی

• سازه‌های بتنی

• سیالات خنک کننده مورد استفاده در ترانسفورماتورها

• سنسورهای مورد استفاده در شبکه

• باطری‌ها

• ابررساناهای دمای بالا

• کاتالیست‌های معدوم‌سازی ترکیبات هالوژنه روغن‌های ترانسفورماتورها

• سبک‌سازی سازه‌های مورد استفاده در شبکه

• تجهیزات و ادوات الکترونیک قدرت و سنسورهای مورد نیاز شبکه هوشمند

• تجهیزات نیمه هادی

برخی از کاربردهای فن‌آوری نانو در حوزه مصرف برق:

• روشنایی

• هسته‌های موتورهای الکتریکی

• لامپ‌های کم‌مصرف (OLED)

• عایق‌های حرارتی و الکتریکی

• شیشه‌ها

• نانسولیت‌ها

• سبک‌سازی سازه‌ها

• روانسازهای ترمیم‌کننده سطوح

برخی از کاربردهای فن‌آوری نانو در حوزه انرژی‌های تجدیدپذیر و ذخیره‌سازی انرژی:

• سلول‌های خورشیدی

• پیل‌های سوختی

• کاتالیست‌های پیل‌های سوختی

• توربین‌های بادی

• باطری‌ها

• ذخیره‌سازی هیدروژن

• ابرخازن‌ها

• مولدهای ترموالکتریک