زنگ نانو 1

ماهنامه زنگ نانو، مجموعه‌ای چهار صفحه‌ای است که توسط باشگاه نانو چاپ می‌شود و به استان‌های مختلف فرستاده می‌شود تا در مدارس سراسر کشور پخش شود. محتويات علمی اين ماهنامه به صورتی انتخاب می‌شوند که کوتاه و جالب باشند. انتشار اين ماهنامه از مهرماه سال جاری آغاز شده و تاکنون دو شماره آن به چاپ رسيده است. از اين پس با انتشار هر شماره زنگ نانو، مطالب خواندنی آن‌را بر روی سايت قرار خواهيم داد.

شماره اول

نانو چقدر کوچک است؟
نانو یک میلیاردم متر است. ما در زندگی روزمره خیلی با این مقیاس کوچک مواجه نیستیم. اجسام و موجودات اطراف ما بیشتر در مقیاس متر و سانتی‌متر و نهایتاً میلی‌متر هستند. یک میلی‌متر همان طور که می‌دانید یک هزارم متر است؛ یعتی به اندازه‌ی یکی از تقسیم‌بندی‌های کوچک خط‌‌‌ کش شما، که بسیار کوچک است. حال می‌توانید تصور کنید یک میلیونیومِ یک میلی‌متر چقدر کوچک می‌شود؟ برای درک بهتر این مقیاس، فرض کنید 100 میلیون بار از اندازه‌ی فعلی‌تان کوچک‌تر شوید. در این صورت فکر می‌کنید اگر در فضایی مثل فضای اتاقتان قرار بگیرید و به اطرافتان بنگرید چه می‌بینید؟ مطمئناً آنچه شما می‌بینید صندلی، میز، کتاب، کامپیوتر و یا حتی اعضای خانواده نیستند، بلکه اجزای سازنده‌ی آنها مانند اتم‌ها، مولکول‌‌ها و سلول‌‌ها را می‌بینید. در آن فضا که شما اندازه‌ای حدود 12 تا 20 نانومتر را دارید، اتم‌ها در برابرتان همچون تیله‌های بازی هستند. مولکول‌های آب اندازه‌ی کف دستتان را دارند. پروتئین‌‌ها به اندازه‌ی دستانتان هستند. رشته‌های DNAی سلول‌‌ها را می‌توانید به دور انگشتانتان بپیچید. اگر کمی هدفمند عمل کنید می‌توانید اتم‌‌ها را به گونه‌ای جابه‌جا کنید و به هم بچسبانید تا ساختارهای جدیدی به دست آید (همان‌طورکه قطعات لگو را کنار هم می‌چینید تا ساختاری را ایجاد کنید). پس از آن با برگشتن به اندازه‌ی طبیعی خود می‌توانید با استفاده از ساختاری که خود ساخته‌اید، مواد جدیدی با خواص فوق‌العاده و کاربری ویژه بسازید؛ مثل داروهای مؤثری که تاکنون وجود نداشته‌اند، تراشه‌های کامپیوتری کوچکِ خیلی سریع، چوب‌هایی که در معرض آتش نمی‌سوزند و ... امروزه پیشرفت علم ساخت مواد جدید در مقیاس نانومتر را به کمک «فناوری نانو» امکان‌پذیر كرده‌است.   نانو در طبیعت
اگر خوب به طبیعت نگاه کنیم، گیاهان و حیوانات بسیاری در اطرافمان می‌بینیم که ویژگی‌های خاصی دارند و ما در حالت طبیعی انتظار وجود چنین خواصی را در آنها نداریم. دانشمندان با بررسی این موجودات پی به وجود ساختارهای نانومقیاس در آنها برده‌اند! به‌عنوان مثال در سطح چشم‌های بید تعداد زیادی برآمدگی ریز وجود دارد که به‌صورت شش‌ضلعی‌های مجزای نانومتری کنار هم قرارگرفته‌اند. از آنجا که شبکه‌ی این برآمدگی‌ها بسیار کوچک‌تر از طول موج نور مرئی (350-800 نانومتر) است، سطح چشم بید عکس‌العمل خیلی کمی را نسبت به نور مرئی نشان می‌دهد و می‌تواند نور بیشتری را جذب کند. بید می‌تواند در شرایط تاریک و کم نور به‌ سبب جذب نور بالایی كه دارد، بهتر از انسان ببیند. در آزمایشگاه، دانشمندان از نانوساختارهای ساخته‌ی دست انسان مشابه چشم‌های بید، برای کنترل جذب تابش‌های فروسرخ در یک نمونه منبع انرژی (پیل ولتایی- حرارتی) برای افزایش بازدهی آنها استفاده می‌کنند. بر روی سطح بال پروانه، شبکه‌های نانومقیاس چندلایه‌ای وجود دارد. این ساختارها نور را فیلتر و یک طول موج مشخص را بیشتر منعکس می‌کنند؛ بنابراین ما می‌توانیم تنها یک رنگ درخشان را ببینیم؛ مثلاً بال‌های جنس نر یک گونه پروانه به نام «Morpho Rhetenor» به رنگ آبی درخشان دیده می‌شود، این در حالی است كه ماده‌ی سازنده‌ی بال به واقع آبی نیست. در حقیقت، نانوساختارهای روی بال پروانه هم‌اندازه‌ی طول موج نور مرئی هستند و به‌علت چند لایه بودن آنها، تداخل نوری رخ می‌دهد. این تداخل نوری برای طول موج‌های حدود 450 نانومتر (طول موج نور آبی) فزاینده و برای طول موج‌های دیگر، مخرب است. بنابراین نوری که از سطح بال پروانه در اثر تداخل ساطع شده و به چشم ما می‌رسد دارای طول موج نور آبی است و ما می‌توانیم رنگ درخشان آبی را ببینیم. در بسیاری از تجهیزات علمی آزمایشگاه، از مشابه چنین پدیده‌ای برای تحلیل رنگ نور استفاده می‌شود. نوعی گل به نام گل قدیفه در ارتفاعات کوه آلپ ـ که تابش نور فرا بنفش بسیار زیاد است ـ رشد می‌کند. سطح این گل‌ با نوعی از رشته‌های توخالی پوشیده‌ شده‌است که ساختار نانومتری (100 تا 200 نانومتر) دارند. این نانوساختارها، قادر به جذب نور فرابنفش هستند که طول موج آن تقریباً برابر این رشته‌ها است؛ اما نورهای مرئی را منعکس می‌سازند. بنابراین، این پدیده سبب سفید دیده شدن رنگ گل می‌شود. جذب نور فرابنفش به‌وسیله‌ی این رشته‌ها، مانع از آسیب دیدن سلول‌های گل در برابر این تابش با انرژی بالا می‌شود.



افزایش خاصیت ضدمیکروبی نقره در مقیاس نانو
(برگرفته از متن ارسالی دانش‌آموز مهسا سادات حسينی نقوی از تهران)

امروزه محصولات بسیاری با استفاده از فناوری نانو و به‌کارگیری نانوذرات نقره وارد بازار شده‌اند. ظروف نگهداری غذا، صابون، یخچال، ماشین لباس‌شویی، فرش و موکت، چسب زخم، باندهای پانسمان و... محصولاتی هستند که با استفاده از نانوذرات نقره خاصیت ضدمیکروبی یافته‌اند. داستان خاصیت ضدمیکروبی نقره، داستان جديدی نیست بلکه از دیرباز از این خاصیت نقره استفاده می‌شده است؛ برای مثال در جنگ‌ها برای ترمیم زخم‌های سربازان روی زخم سکه‌ای از جنس نقره قرار می‌دادند، سپس محل زخم را می‌بستند و یا برای نگهداری مواد غذایی از ظروف نقره‌ای استفاده می‌کردند. آنها علت شایع نشدن بیماری‌های مسری در مناطق اعیان‌نشین را به استفاده از ظروف نقره نسبت می‌دهند. واکنش‌دهی نقره در ابعاد بزرگ‌، کم است؛ اما زمانی‌که ابعاد آن به کوچکی نانومتر درمی‌آيد، خاصیت میکروب‌‌کشی آن بیش از 99 درصد افزایش می‌یابد، به حدی که می‌توان از آن حتی در بهبود جراحات و عفونت‌‌ها استفاده کرد. امروزه به مدد فناوری نانو ساخت ذرات نقره در ابعاد نانو میسر شده‌‌است‌. در این ابعاد، نانوذرات‌ نقره به ما این امكان را می‌دهد تا با كمترین غلظت، خاصیت ضد میكروبی بسیار قوی را از فلز نقره به دست آوریم. در میان ساز و كار‌های متعددی كه در آنها از نانونقره استفاده می‌شود، دو ساز و كار یونی و کاتالیستی شناخته شده‌تر هستند.
در ساز و كار یونی نانوذرات نقره فلزی به مرور زمان یون‌های +Ag را از خود ساطع می‌كنند‌‌. این یون‌ها طی واكنش جانشینی، باندهای-HS را در جداره‌ی میكروارگانیسم به باندهای -AgS تبدیل می‌كنند كه نتیجه‌ی آن واكنش از بین رفتن میكروارگانیسم است. در ساز و كار كاتالیستی هم نانوذرات نقره روی پایه‌های نیمه‌‌هادی مانند TiO2 یا SiO2 قرار می‌گیرد. در این حالت بر روی پایه‌های نیمه‌‌هادی حفره‌هايی با بار مثبت و بخش‌های متراکمی از الکترون‌‌ها شکل می‌گيرد. در این وضعیت ذره مانند یك پیل الكتروشیمیایی عمل كرده، با اكسید كردن اتم O2 یون‌ O-2 و با هیدرولیز H2O، یون -OH را تولید می‌كنند. اين يون‌ها هر دو از بنیان‌های فعال در گروه اكسیژن فعال هستند و از قوی‌ترین عاملان ضدمیكروب نیز به شمار می‌آیند و باعث از بين رفتن ميکروب‌‌ها می‌شوند.



رد پای نانو از بازی گلف و تنیس تا مدال طلای المپیک
(برگرفته از متن ارسالی دانش‌آموز پوريا قادری از سمنان)

گلف و تنیس ورزش‌هایی هستند که از گذشته در معرض فناوری‌های جدید بوده‌اند و امروزه نیز فناوری نانو بر آنها تأثیر گذاشته‌ است. در دنیای ورزش‌های رقابتی کوچک‌ترین تغییر در تجهیزات می‌تواند تغییرات چشمگيری در شکست‌ها و پیروزی‌ها ایجاد کند. به همین دلیل بسیاری از سازندگان لوازم ورزشی مطرح جهان مانند ویلسون و یا یونیکس سرمایه‌گذاری عظیمی برای بهره‌گیری از فناوری نانو در تولیدات خود کرده‌اند؛ مثلاً هم‌‌اکنون چوب‌های گلف، راکت‌های تنیس و راکت‌های بدمین‌تنی به بازار آمده‌اند که به ساختار آنها نانوذراتی چون دی‌‌اکسید سیلیکون و یا نوعی نانولوله‌های کربنی افزوده شده‌است ( در شماره‌های بعدی زنگ نانو با این مواد بیشتر آشنا خواهید شد). وجود این ذرات سبب سبک‌تر شدن و در عین حال بالا رفتن استحکام اين لوازم ورزشی شده‌‌است.
در دیگر ورزش‌ها نیز کاربرد و نقش مؤثر فناوری‌نانو بسیار محسوس است. شاید برایتان جالب باشد که بدانید یک شناگر امریکایی به نام «میکائیل فیلیپس»، در المپیک 2008 توانست 8 مدال طلا به همراه شکستن 7 رکورد جهانی در مسابقات شنا به کمک فناوری نانو کسب نماید. او در این مسابقات از لباس شنای بسیار سبک و لغزنده‌ای که با فناوری نانو ساخته شده بود، استفاده کرد. تار و پودهای سبک لباس شنای او تنها 2 درصد از آب را جذب نمود؛ در حالی که در لباس‌های دیگر تا 50 درصد جذب آب صورت می‌گرفت! این لباس و دیگر لباس‌هایی كه در ساخت آنها از فناوری نانو استفاده شده‌‌است، نه تنها برای شناگرها بلکه برای دونده‌ها یا دوچرخه‌‌سواران نیز می‌تواند مفید باشد. NANOCLUB.IR