فناوری نانو‌‌‌ .‌‌‌ (‌Nano‌-‌technology‌)

• نانو ساختار های مشهور در طبیعت

در پست قبلی نانو ساختارها را معرفی کرده و برای انواع آن مثال زدیم؛ در این پست نانومواد مشهور طبیعی را معرفی می کنیم.

نانومواد طبیعی به معنای موادی نانومتری هستند که به دنیای طبیعی تعلق دارند، بدون آنکه به‌وسیله‌ی انسان اصلاح و یا مورد فرآوری قرار گرفته باشد.

برهمکنش نور، آب و سایر مواد با این نانوساختارها، موجب می شود تا مواد طبیعی به‌وجود آید که خواصی در سطح نانومتری دارند.

اولین مورد که قرار است بررسی کنیم، برگ های نیلوفر آبی و برگ های مشابه (مانند گل لادن) می باشند:

نانو ساختارهای موجود در سطح برگ این گیاهان، موجب می شود تا خواص سطحی قابل توجهی در این مواد ایجاد شود. در واقع این قابلیت، خودتمیزشوندگی (در اثر آبگریزی) می باشد.

برگ نیلوفر آبی

گل لادن

دومین موردی که بررسی می کنیم تار عنکبوت است:

ابریشم یک ماده با استحکام بسیار بالا می باشد. تار عنکبوت از جنس ابریشم می باشد. استحکام ابریشم ۵ برابر استحکام فولاد می باشد. خواص قابل توجه تار عنکبوت به دلیل پروتئین هایی است که ابریشم را تشکیل می دهند. همچنین این خواص به طول قابل توجهی مربوط به سازماندهی ابرمولکولی است که در سطح نانومقیاس ایجاد شده است.

تار عنکبوت

سومین مورد،ِ کلوئیدهای طبیعی مانند شیر و خون (کلوییدهای مایع) ، دود (کلوییدهای ایروسل)، ژلاتین (کلوییدهای ژله ای) می باشند:

در این مواد، نانوذرات در محیط پراکنده می شوند اما یک محلول را تشکیل نمی دهد، بلکه حالت کلویید ایجاد می کنند. تمام این مواد دارای ویژگی تفرق نور هستند و رنگ آنها اغلب به دلیل تفرق نور با نانوذرات می باشد.

شیر

خون

دود

ژلاتین

مورد بعدی بال حشراتی مثل پروانه می باشد:

رنگ ایجاد شده در بال پروانه ها، به صورت مستقیم به دلیل ساختار بسیار ریز آن ایجاد شده است. این مسئله نشان می دهد که نانوساختارهای متراکم در واقع به صورت شبکه های متفرق کننده عمل می کنند و موجب تشکیل رنگین کمان می شود. پروانه ها اغلب رنگ های متنوعی در بال های خود دارند. این رنگ ها به دلیل رنگدانه هایی است که رنگ های خاصی را جذب می کنند. در برخی گونه ها، مانند پروانه های مورفو (Morpho rhetenor)، رنگ ها به دلیل وجود ساختار نانویی در بال های این پروانه ها ایجاد می شود. در واقع این بال ها کریستال های فوتونی هستند.

پروانه مورفو (Morpho rhetenor)

آخرین مورد که بررسی می کنیم ساختار نانومتری پاهای مارمولک ها می باشد:

مارمولک های گکو گونه های شناخته شده در قابلیت بالا رفتن از سطوح صاف و حتی چسبیدن به سقف و راه رفتن روی آن هستند. بین پای مارمولک و سطح نیروی چسبندگی بالایی وجود دارد. در سال ۲۰۰۰ گزارشی از پاهای چسبنده مارمولک به چاپ رسید که در آن مکانیزم چسبندگی پاهای مارمولک بیان شده بود. آن‌ها این نیروی چسبندگی خاص را ناشی از تجمع نیروی واندروالس بین رشته ‎های متعدد پای گکو و مولکول‌های سطحی مواد جامد عنوان کردند. کشف این حقیقت نیز مرهون استفاده از میکروسکوپ‌های الکترونی قدرتمندی بود که می ‎توانست ابعاد نانومتری را به نمایش بگذارد. (نیروی واندروالس یک نیروی جاذبه یا دافعه الکترومغناطیسی ضعیف است که بین مولکول‌های خنثای نزدیک به هم وجود دارد.) بررسی انجام شده با میکروسکوپ الکترونی روی پاهای یک گکوی توکای (در آسیای جنوبی یافت می‎شود) نشان می‎دهد که نزدیک به پانصد هزار موی(ستا) برجسته روی پای مارمولک قرار دارد. هر مو حدود ۱۰۰ میکرومتر (دو برابر قطر موی انسان) طول دارد و ۴۰۰ تا ۱۰۰۰ رشته ظریف با برجستگی انتهایی(اسپاتول) روی آن است. به خاطر این ساختار سلسله مراتبی، فاصله بین مولکول‌های سطحی و موها خیلی نزدیکتر به هم می‎شود و نیروهای واندروالس عمل می‎کند. هر چند نیروی ایجاد شده با هر موی واحد اندک است اما تجمع نیروها از هزاران رشته مو به اندازه کافی قدرتمند می‎شود. محاسبات انجام شده نشان می‎دهد که یک پای گکوی ۱۰۰ نیوتن نیروی چسبندگی ایجاد می‎کند.

مارمولک گکو (gecko)

منبع: مقالات باشگاه نانو