نانو طبیعی یا طبیعت نانویی

در طبیعت مواد و دستگاه های بیولوژیك بسیار جالبی وجود دارند كه با الگو گرفتن از آن ها می توان اختراعات بسیار نوینی انجام داد. این مسئله در فناوری نانو بسیار مورد توجه می باشد؛ طوری كه بسیاری از اختراعات مهم در این فناوری با الگوگیری از طبیعت به دست آمده اند. برای مثال وقتی از ریچارد فاینمن پس از سخنرانی خود با عنوان «آن پایین فضاهای بسیاری وجود دارد» در مورد ایده اش سوال كردند، پاسخ داد: “من این ایده را از پدیده های بیولوژیكی الهام گرفته ام، جایی كه نیروهای شیمیایی به شكلی تكراری برای تولید اثرات مختلف و خارق العاده استفاده می شوند”.

آنچه در طبیعت رخ می دهد شامل کاملترین نکات مهندسی است تا انسان از همه چیزهای اطرافش بهره ببرد. بسیاری از این نکات هنوز ناشناخته است.

نانو فوتونیک  (Nano – Photonic)

نانو فوتونیک به معنی مطالعه پخش نور و تشخیص نور(Light emitting and Light sensing)  در مقیاس نانو است.

تاکنون ابزار الکترونیکی بسیاری از قبیل؛ کامپیوتر،CD player  و… وارد زندگی ما شده است. اما تاثیر الکترون ها بر یکدیگر و سرعت پایین آنها، دانشمندان را به طرف آرایش های جدید اتمی کشانده است.

در سال 1987 ساختار پریودیک فوتونیک نشان داده که نور صاحب باند ممنوعه است، کنترل حرکت نور یک انقلاب در دنیای الکترونیک به شمار می رود. فوتون ها (کوانتوم های نور) هم به همدیگر بی تاثیر و هم نسبت به الکترون ها هزاران برابر سرعت را دارا هستند، به همین دلیل، مدارهای کاملاً اپتیک، نسبت به مدارهای الکترونیکی بسیار سریعتر کار می کنند و در آینده نزدیک قرن الکترونیک جای خود را به قرن فوتونیک خواهد داد. کریستال های فوتونیک، از آرایش ابزار دی الکتریک و یا متالیک، به طور متناوب به صورت های یک، دو و یا سه بعدی تنظیم و به دست می آیند. ساختارهای نانوفوتونیک با توانائی کنترل حرکت نور و تغییر مشخصه ها، راه را برای علوم و فناوری های بسیاری باز کرده است.

::مدارهای کاملاً اپتیک::

::کریستال های نانو فوتونیک طبیعی موجود در طبیعت – مدارهای کاملاً اپتیک::

مدارهای کاملاً اپتیک در خطوط ارتباطی آینده نقش بسیار مهمی را  بازی خواهند کرد. طاووس تمام جذابیت خود را مدیون کریستال های نانو فوتونیک موجود در پرهای خود است.

تار عنكبوت

تار عنکبوت را یکی از جذاب ترین مواد موجود در طبیعت می‌دانند. تاری كه عنكبوت ها می‌بافند، تركیب بی نظیری از استحكام و سختی است؛ به این معنی كه نه تنها می‌تواند اشیاء نسبتاً سنگین را تحمل كند، بلكه بدون اینكه پاره شود می‌تواند كش بیاید.

تار عنکبوت از فولاد محکم تر است. با وجود این، در مقایسه با فولاد بسیار سبک و انعطاف پذیر است. از این رو برخی آن را فولاد زنده نامیده‌اند. این فولاد آن قدر محکم است که می‌توان از آن توری ساخت و با آن یک بوئینگ 747 را متوقف کرد و در عین حال، آن قدر سبک و انعطاف پذیر است که می‌توان از آن لباس تهیه کرد. بنابر این، کاربردهای آن در پزشکی و صنعت زیاد است.

کاربرد در پزشکی

به دلیل محکمی و در عین حال انعطاف پذیری، می‌توان از آن برای تهیهء نخ جراحی، زردپی و رباط مصنوعی و دستکش‌های جراحی بهره برد. تار عنکبوت نقش ضد عفونی کننده و پانسمانی نیز دارد. زیرا عنکبوت برای حفاظت تار پروتئینی خود در برابر باکتری و قارچ‌ها، تارش را به مواد ضد باکتری و ضد قارچ آغشته می‌کند. از این رو می‌توان از آن برای پانسمان زخم استفاده کرد

کاربرد در صنعت

*تولید طناب‌های بسیار محکم برای کوهنوردی، چتر نجات

*تولید تورهای ماهیگیری محکم

*تولید لباس غواصی مقاوم در برابر کوسه‌ها

*تولید لباس ضد گلوله

یافته های پژوهشگران موسسه فناوری ماساچوست نشان می دهد كه تار عنكبوت دارای تعداد زیادی بلور با ابعاد نانومتری است. این پژوهشگران با الگوبرداری از تار عنكبوت به روشی برای تولید رشته های محكم و كشسان دست یافتند كه كاربردهای زیادی در زمینه پزشكی، بسته بندی و… خواهد داشت و همچنین به دنبال ساخت لباس های ضدگلوله با استفاده از ویژگی های تار عنكبوت هستند.

پرفسور هان توانست با افزودن نانو صفحات گرافیتی، ماده‌ای با خواص الکترو مغناطیسی بهتر از جمله رسانایی بالا تهیه کند . این ویژگی در ساخت هواپیما بسیار مهم است.

پرفسور هان می‌گوید: «دیگر نباید نگران امواج الکترو مغناطیس و بارهای الکترو استاتیک که با عملکرد اجزای الکترونیکی تداخل می‌کنند باشید.» او می‌افزاید: «اگر رعد و برق به بال هواپیما که با مواد ضعیف ساخته شده‌است برخورد کند یک سوراخ بزرگ در آن ایجاد می‌کند».

فرآیند الکترو ریسندگی، قابلیت ساخت الیافی با قطر کمتر از 100 نانومتر ، 1000 برابر نازک تر از موی انسان را داراست. برای ریسندگی یک پلیمر مایع با دستگاهی شبیه به سوزن روی یک صفحه متصل به زمین، از بار الکتریکی استفاده می‌شود. این الیاف فوق العاده ظریف دارای خلل و فرج بسیاری بوده و سطح ویژه بالایی دارند، از نظر تجاری و علمی نانو الیاف به شدت مورد توجه قرار گرفته‌اند.

یکی از برتری‌های شکل رشته‌ای، قابلیت فرم دهی آن به شکل دلخواه است. یک ورق صلب را نمی‌توان به هر شکلی در آورد، در حالی که الیاف را می‌توان به شکل‌های هندسی گوناگون شکل دهی کرد.

گیاه لوتوس

گیاه لوتوس نیز دارای خواصی مشابه نانو پوشش های مورد استفاده در صنایع مختلف از جمله صنایع ساختمان است. لوتوس که در جنگل های آمازون و افریقا یافت می شود؛ آب، باران، گل و لای را از سطح خود شسته و دفع می کند تا حدی که بومیان منطقه آن را مقدس می دانند. نانو پوشش هایی که امروزه در صنعت ساخت و ساز، نساجی، اتومبیل و غیره استفاده می شوند دارای همین خاصیت هستند، به همین دلیل آن ها را  پوشش های با تاثیر لوتوس می نامند و کاربردهای آنها بی نظیر و بی شمار است.