فناوری نانو و تاثیر آن بر آینده صنعت حمل و نقل

مقدمه

مزایای بالقوه فناوری نانو در حوزه حمل و نقل گسترده و فراگیر می باشد. به عنوان مثال می توان به موارد زیر اشاره نمود :

– تولید خودروهای سبک تر با مصرف سوخت کمتر با استفاده از موادی که با بهره گیری از این فناوری تولید می شوند.

– احداث پل هایی که دچار فرسایش نمی شوند و جاده هایی که به تعمیر و نگهداری نیاز ندارند

– تله های کوچک که در خودروها برای حذف آلودگی ناشی از احتراق سوخت تعبیه می شوند

– سفینه های فضایی رباط گونه با تنها چند کیلوگرم وزن که قادرند در منظومه شمسی به اکتشاف بپردازند

– و بسیاری موارد دیگر

فناوری نانو (Nanotechnology) نوعی فناوری مربوط به ساخت تجهیزات و مواد در سطح اتم و مولکول و بهره برداری از خصوصیات و ویژگی های خاص مواد در این سطح می باشد. کلمه نانو تکنولوژی از واژه نانومتر (Nanometer) واحد اندازه گیری که معرف یک میلیارد متر ، تقریبا ده برابر اندازه یک اتم مشتق شده ، می باشد. فناوری نانو عموما کارهایی را در بر می گیرد که در مقیاسی بین ۰/۱ الی ۱۰۰ نانومتر انجام شده ، ویژگی های رفتاری اشیا در این سطح بدیع بوده و با ویژگی مواد ساخته شده در مقیاس بزرگ قابل مقایسه نمی باشد.

فناوری نانو در برگیرنده کنترل مستقیم اتم ها و مولکول ها می باشد. در کل ، این فناوری شامل ۳ مرحله می باشد :

– طراحی مهندسی ساختارها در سطح اتم.
– سرهم کردن اینگونه ساختارها و تبدیل آنها به مواد جدید با ساختار نانو (Nanostructure) با خصوصیات ویژه.
– سرهم کردن اینگونه مواد و تبدیل آنها به ابزارهای مفید.

دو رویکرد کلی برای تولید ابزارها و مواد با مقیاس نانو وجود دارد. نخستین رویکرد استفاده از این ویژگی ها ذرات نانو در ساختارهای موجود و دارای مقیاس های بزرگتر با استفاده از برخی تکنیک ها همچون Scanning) (Tunneling یا (Atomic-Force Microscopy) یا انواع مختلف لیتوگرافی می باشد ، که این فرآیند هم اکنون در تولید چیپ های رایانه ای مورد استفاده قرار می گیرد و ذره های نانوسایز و مدارهای الکترونیکی یکپارچه از جمله موادی است که با استفاده از این رویکرد تولید می شوند. گاهی اوقات از آن به عنوان رویکرد بالا به پایین (Top-Down) یاد می شود. دومین و انقلابی ترین رویکرد ، رویکرد پایین به بالا (Bottom-Up) است. یعنی ساخت مواد از خود اتم ها و مولکول ها. ترانزیستور تک الکترون ، یکی از پیشرفت های شگرف اخیر ناشی از کاربرد تکنیک (Bottom-Up) می باشد.

هرچند پژوهشگران هم اکنون قادر به ساخت ساختارهای تک مولکولی در آزمایشگاه هستند ، اما هنوز نتوانستند شیوه ای ارزان (که از نظر تجاری مناسب باشد) برای تولید انبوه آنها بیابند. شاید رویه ای تحت عنوان «Self-Assembly» پاسخی مناسب به این مشکل باشد. شاید با استفاده از دانش شیمی بتوان در موقعیتی قرار گرفت که در صورت استفاده از برخی توانایی های مولکول ها ، امکان مرتب کردن آنها و ایجاد ساختارهای پیچیده و ترکیبی فراهم آید.

اثرات فناوری نانو بر حمل و نقل

در چند سال گذشته ، فناوری نانو در محصولات زیادی از جمله مقاومت های مغناطیسی چند لایه برای استفاده در بخش حافظه رایانه ، "Coating" با ساختار نانو برای ذخیره اطلاعات خام و در صنعت عکس برداری مورد استفاده قرار گرفته است. ذرات نانویی همچنین برای استفاده در تجهیزات پزشکی و سیستم چاپگرهای رنگی و مواد فلزی با ساختار نانو مورد استفاده قرار گرفته است. فناوری نانو تقریبا در تمامی فناوری ها و حوزه های مرتبط ، انقلابی را ایجاد کرده و همچنین اثرات بسیار مهمی را در بخش حمل و نقل به همراه خواهد داشت.

فناوری نانو در زمینه های زیر به شکل بالقوه برای حمل و نقل دارای کاربرد خواهد بود.

– فناوری اطلاع رسانی

با تجهیزات الکترونیکی مولکولی ، یک تراشه رایانه ای ، به تنهایی می تواند میلیاردها ترانزیستور ، بسیار کوچک را در خود نگاه دارد. استفاده های ویژه در حوزه حمل و نقل عبارتند از :

– خودروهای بدون راننده برای مصارف غیرنظامی یا نظامی.
– ارتباطات پیشرفته که مزایای سیستم های هوشمند حمل و نقل را به حداکثر افزایش می دهند و مجموعه نیازهای سفر را تامین می کنند.
– حسگرهای پیشرفته که مدام وضعیت و عملکرد زیرساخت ، خودروها و اداره کنندگان را به تصویر می کشد

– مواد و مصالح

فناوری نانو موادی را برای مصارف حمل و نقلی تولید خواهد کرد که سبک تر ، قوی تر و در نهایت قابل برنامه ریزی بوده و به دلیل عمر طولانی سرویس دهی و کاهش میزان خرابی اینگونه مواد ، هزینه هایش کاهش می یابند. از مجموع کاربردهای اصلی فناوری نانو در این بخش می توان به موارد زیر اشاره کرد :

– سطوح فلزی با روکش نانویی برای دستیابی به حداکثر مقاومت ، حداقل اصطکاک و حفاظت مطلوب مواد در برابر خوردگی و فرسایش
– مواد مناسب برای زیرساخت ها و خودروها
– مواد هوشمند که ضمن بررسی و درک وضعیت خود و برآورد میزان سالم بودن ، در صورت نیاز ، تعمیرات لازم را به عمل می آورند

همزمان باید به مواد Self-Heathing (قابلیتی که مواد در صورتی خرابی به خودی خود درست می شوند) ، مواد ضد حریق در خودروها و هواپیماها اشاره نمود.

– دانش هوانوردی و فضا

مواد جدیدی که با استفاده از فناوری نانو تولید می شوند ، به دلیل مقاومت مطلوب ، وزن سبک ، مقاومت در برابر تغییرات آب وهوایی ، نیازهای موجود در سفینه های فضایی ، راکت ها ، ایستگاه های فضایی و هواپیماهای فوق سریع را تامین می نمایند. همچنین فناوری نانو امکان تولید سیستم ها و تجهیزات فضایی فوق کوچک را به همراه تولید حسگرهای متراکم و به هم پیوسته و هوشمند ، کاوشگران کوچک و فضاپیماهای بسیار کوچک را فراهم می آورد. زمینه های کاربردی فناوری یاد شده در این بخش عبارتند از :

– هواپیماهای سوپرسونیک که تولید آنها ار نظر اقتصادی مقرون به صرفه است
– سیستم های پردازشگر پیشرفته برای استفاده در سفینه های فضایی خودکار
– سیستم های الکترونیکی پیشرفته هواپیما

– محیط زیست و انرژی

فناوری نانو به شکل بالقوه باعث کاهش مصرف سوخت و اثرات آن بر محیط زیست خواهد شد. به عنوان مثال ، حسگرهای تولید شده با استفاده از فناوری نانو ، را می توان برای آشکارنمودن آلاینده های خودرو و یافتن هرگونه آلوده کننده استفاده کرد. سایر موارد کاربردی عبارتند از :

– تولید مواد خاصی که با استفاده از فناوری نانو تقویت شده و آنها را می توان جایگزین اجزای فلزی خودروها کرد که در صورت جایگزینی و استفاده از اینگونه مواد سبک ، میزان آلاینده های Co2 سالانه بیش از ۵۰ میلیارد تن کاهش می یابد.
– جایگزینی کربن مشکی در تایرهای خودرو با مواد خاصی که امکان تولید آن توسط فناوری فناوری نانو از پلیمرها و خاک رس غیر ارگانیکی فراهم می آید و باعث می شود روکش تایر مقاوم تر و از نظر زیست محیطی نیز فاقد آلودگی باشند.
– تولید مواد خاصی که از آنها می توان به عنوان اسفنج های هیدروژنی در سلول های سوختی خودرو استفاده نمود.

منبع: وب سایت نانو