محاسبات در علوم نانو

فناوری نانو، تولید کارامد مواد و دستگاه ها به همراه کنترل ماده در مقیاس طولی نانومتر، و بهره برداری از خواص و پدیده های نوظهوری است که در مقیاس نانو گسترش یافته اند و این امکان پذیر نیست مگر با تعامل بیش از پیش تمام شاخه های دانش بشری. 

در این مقاله با مقدمه ای بر مدل سازی و سبیه سازی در دنیای نانو آشنا خواهیم شد:

آسفالت هوشمند

در سال 1870 یک شیمیدان بلژیکی با نام دسمت(Desmedt) اولین سنگفرش آسفالت واقعی را، که مخلوطی از ماسه بود، در برابر تالار شهر در نیویورک ایجاد نمود.  

طراحی یک شیمیدان بلژیکی با نام دسمت(Desmedt) در بزرگراهی در فرانسه در سال 1852 مورد الگوبرداری قرار گرفت. سپس دسمدت خیابان پنسیلوانیا در واشینگتن را آسفالت کرد که سطح این پرژه 45149 متر مربع بود.یکی از نمایندگان محلی کنگره به دسمدت گفت: ”این کار هرگز عمومیت نخواهد یافت.  

با این حال، بر اساس تقاضای رو به‌رشد بازار، پیش‌بینی می‌‌شود پس از 137 سال (در سال 2007) بازار آسفالت- قیر معدنی به 107 میلیون تن برسد. در این میان آسفالت معلق بیشترین رشد را دارد. همچنین به عنوان نشانه‌ای از رشد این محصولات در آینده، چندی است که کار بر روی آسفالتی که در موقع خرابی خودش را تعمیر کند، آغاز شده است.

نگهداری مواد غذایی با فناوری نانو

دانشمندان مرکز تحقیقات کشاورزی(ARS) و همکاران دانشگاهی آنان موفق به ساخت نوعی حسگر زیستی در مقیاس میکروسکوپی شده‌اند که مشاهده‌ی باکتری سالمونلا را در تست‌های آزمایشگاهی با استفاده از رنگ‌های فلورسانس آسان‌ نموده، با پاتوژن‌های غذایی دیگر نیز سازگاری ‌خوبی دارد.

نمونه‏هایی از حسگرهای زیستی در طبیعت وجود دارد که حشرات با استفاده از آنها می‏توانند مقادیر بسیار کمی از فرومون‌های جنسی را در محیط تشخیص دهند و از آنها به‌عنوان نشانه‌ای در یافتن جفت استفاده می‌کنند. ماهی‏ها از این حسگر در تشخیص لرزش‏های خفیف موجود در آب دریا استفاده می‏کنند.

جدا سازی نفت از آب با نانوسیم‏ها

در سال 1989 کشتى نف تکش اکسون والدز در آلاسکا به گل نشست و 38000 تن نفت خام به منطقه Prince William  Pound نشت کرد. پدیدة نشت نفت یکى از جد ىترین حوادث زیست محیطى بشمار می‏رود.  

خدمه این نفت کش با تلاش شبانه روزى سعى کردند تا انتشار نفت به سایر مناطق را مهار کنند. اما جداسازى نفت از آب که دو سیال امتزاج‏ ناپذیر هستند، کارى مشکل و طاقت فرساست و جداسازى آنها همواره با موفقیت نسبى همراه است. با ظهور یک نوآورى در فناورى نانو که در مجله‏ى Nature Nanotechnology منتشر شده‏ است، جداسازى نفت به سهولت انجام‏پذیر خواهد بود.  تیم تحقیقاتى به سرپرستى فرانچسکو استلاچى و جینگ کونگ که در مؤسسه‏ى فناورى ماساچوست (MIT) فعالیت می‏کنند، ماده‏اى ورقه مانند ساخت هاند که قادر به جذب نفت تا 20برابر وزن خود است. این ماده مشابه ورق کاغذ است اما بجاى الیاف چوب از شبکه‏اى از نانوسیم‏ها ساخته شده است.

نانو فناوری و حفاظت از بتن

آب یکی از منابع اصلی صدمه به بتن‏ها و دیگر مواد است. تمام بتن‏ها حتی بتن‏هایی که از کیفیت و استاندارد بالایی برخوردارند نیز دارای میکروترک ها و مجراهای بسیار باریکی هستند که باعث عبور آب از ساختار آنها شده، به تدریج باعث از بین رفتن کیفیت بتن و خوردگی آن میشود. به این نوع جذب آب، جذب موئینگی گفته می‏شود.

در گذشته برای کاهش جذب آب و محافظت بتن از خزه ها، جلبک های دریایی و صدمات نمک، از آسترهای سطحی استفاده می‏کردند؛ ولی با استفاده از این محافظ نانویی، می‏توان استفاده از آسترهای سطحی را کاهش داد و یا کاملاً حذف کرد.

 Nanovations3001، به جای اینکه صرفاً روی سطح بنشیند، یک جزء دائمی از بتن، سنگ‏فرش، آجر و سفال سقف‏ها بوده، می‏توان آن را در هنگام تولید این مصالح ساختمانی، بدون تغییر خط تولید و ماشین آلات، به فرایند تولید اضافه کرد. شکل زیر قطرات جذب نشده‏ی آب را بر روی سطح یک بتن ـ که از محصول 3001 در ساخت آن استفاده شده است ـ نشان می‏دهد.

مزایای محصول

1- افزایش مقاومت به نفوذ آب، شوره زدگی، جلبک های دریایی و خزه؛

2- کاهش مواد بسته بندی و هزینه‏های حمل و نقل؛

3- تطابق با محیط زیست؛

4- تغییر نکردن در استحکام بتن؛

5- حذف استفاده از آسترهای سطحی گران؛

6- جلوگیری از تغییر رنگ بتن ها و حفظ خواص ظاهری آنها؛

7- بتن، آجر، سنگ فرش، سفال سقف ها؛

8- پل ها و سازه های بتنی؛

9- سنگهای طبیعی متخلل؛

10- بتن های معماری پیش ساخته.

برای ساخت این محصول از ذرات زیر 100 نانومتر استفاده شده است .

منبع: مجله فناوری نانو