نانوحسگرها:
با پیشرفت علم در دنیا و پیدایش تجهیزات الکترونیکی و تحولات عظیمی که در چند دهه ی اخیر و درخلال قرن بیستم به وقوع پیوست نیاز به ساخت حسگرهای دقیق تر،کوچکتر و دارای قابلیتهای بیشتر احساس شد. امروزه از حسگرهایی با حساسیت بالا استفاده می شود به طوریکه در برابر مقادیر ناچیزی از گاز، گرما و یا تشعشع حساس اند. بالا بردن درجه ی حساسیت، بهره و دقت این حسگرها به کشف مواد و ابزارهای جدید نیاز دارد. نانو حسگرها، حسگرهایی در ابعاد نانومتری هستند که به خاطرکوچکی و نانومتری بودن ابعادشان از دقت و واکنش پذیری بسیار بالایی برخوردارند به طوری که حتی نسبت به حضور چند اتم از یک گاز هم عکس‌العمل نشان می دهند.

انواع نانو حسگرها:
نانوحسگرها براساس نوع ساختارشان به سه دسته ی نقاط کوانتومی ، نانولوله های کربنی و نانوابزارها تقسیم بندی می شوند:
1. استفاده از نقاط کوانتومی درتولید نانو حسگرها:
نقاط کوانتومی به عنوان بلورهای نیمه هادی کوچک تعریف می شوند. با کنترل ابعاد نقاط کوانتومی، میدان الکترومغناطیسی نور را دررنگها و طول موجهای مختلف، منتشرمی کند. به عنوان مثال، نقاط کوانتومی از جنس آرسنیدکادمیوم با ابعاد 3 نانومتر نور سبز منتشر می کند؛ درحالی که ذراتی به بزرگی 5/5 نانومتر از همان ماده نور قرمز منتشرمی کند. به دلیل قابلیت تولید نور در طول موجهای خاص نقاط کوانتومی ، این بلورهای ریز در ادوات نوری به کارمی روند. دراین عرصه از نقاط کوانتومی در ساخت آشکارسازهای مادون قرمز، دیودهای انتشار دهنده ی نورمی توان استفاده نمود. آشکارسازهای مادون قرمز از اهمیت فوق العاده ای برخوردارند. مشکل اصلی این آشکارسازها مسئله ی خنک سازی آنهاست. برای خنک سازی این آشکارسازها از اکسیژن مایع وخنک سازی الکترونیکی استفاده می شود. این آشکارسازها برای عملکرد صحیح باید دردماهای بسیار پائین، نزدیک به 80 درجه کلوین کارکنند، بنابراین قابل استفاده در دمای اتاق نیستند، درصورتی که از آشکارسازهای ساخته شده با استفاده از نقاط کوانتومی می توان به راحتی در دمای اتاق استفاده کرد.

2. استفاده ازنانولوله ها درتولید نانوحسگرها:
نانو لوله های کربنی تک دیواره و چند دیواره به علت داشتن خواص مکانیکی و الکترونیکی منحصر به فردشان کاربردهای متنوعی پیدا کردند که از جمله می توان به استفاده از آنها به عنوان حسگرهایی با دقت بسیار بالا برای تشخیص مواد در غلظتهای بسیار پائین و با سرعت بالا اشاره کرد.

به طورکلی کاربرد نانو لوله ها در حسگرها را می توان به دو دسته تقسیم کرد:
الف ) نانولوله های کربنی به عنوان حسگرهای شیمیایی:
این حسگرها می توانند دردمای اتاق غلظتهای بسیارکوچکی از مولکولهای گازی با حساسیت بسیاربالا را آشکارسازی کنند. حسگرهای شیمیایی شامل مجموعه ای از نانولوله های تک دیواره هستند و میتوانند مواد شیمیایی مانند دی اکسید نیتروژن ( NO2 ) وآمونیاک ( NH3 ) را آشکارکنند. هدایت الکتریکی یک نانولوله نیمه هادی تک دیواره که درمجاورت ppm200 از NO2 قرارداده می شود، می تواند در مدت چند ثانیه تا سه برابر افزایش یابد و به ازای اضافه کردن فقط 2% NH3 هدایت دو برابر خواهد شد. حسگرهای تهیه شده ازنانولوله های تک دیواره دارای حساسیت بالایی بوده ودردمای اتاق هم زمان واکنش سریعی دارند. این خصوصیات نتایج مهمی درکاربردهای تشخیصی دارند.
ب) نانولوله های کربنی به عنوان حسگرهای مکانیکی:
هنگامی که یک نانولوله توسط جسمی به سمت بالا یا پائین حرکت می کند، هدایت الکتریکی آن تغییر می یابد. این تغییر در هدایت الکتریکی، با تغییر شکل مکانیکی نانولوله کاملا ً متناسب است. این اندازه گیری به وضوح امکان استفاده از نانولوله ها را به عنوان حسگرهای مکانیکی نشان می دهد. یا می توان با استفاده از مواد واسط مانند پلیمرها در فاصله ی میان نانولوله های کربنی وسیستم، نانولوله های کربنی را برای ساخت بیوحسگرها توسعه داد. شبیه سازی های دینامیکی نشان می دهد که برخی پلیمرها مانند پلی اتیلن می توانند به صورت شیمیایی با نانولوله کربنی پیوند یابند. همچنین مولکول بنزن نیز می تواند به وسیله ی پیوندهای واندروالس روی نانولوله ی کربنی جذب شود. این تحقیقات کاربردهای بسیار متنوع و وسیع نانولوله ها ی کربنی را نشان می دهد. تحقیق دراین زمینه هنوزدرحال توسعه وپیشرفت است ومطمئنا ً درآینده ای نه چندان دور شاهد به کارگیری آنها درابزارها و صنایع مختلف خواهیم بود.

3. استفاده ازنانو ابزارها درتولید نانوحسگرها:
با استفاده از این حسگرها شناسایی مقادیر بسیار کم آلودگی شیمیایی یا ویروس و باکتری در سامانه ی کشاورزی وغذایی ممکن است. تحقیقات درزمینه ی نانوابزارها جزء پژوهشهای علمی به روز دنیاست.

 نانو حسگرها و کنترل آلودگی هوا:
یکی از نیازهای مهم و اساسی در ارتباط با کنترل آلودگی محیط زیست، پایش مستمرآلودگی هواست. با استفاده از نانوحسگرها پیشرفت مؤثری در زمینه ی کنترل آلودگی هوا صورت گرفته است. یکی از این راهکارها اختراع غبارهای هوشمند می باشد. غبارهای هوشمند مجموعه ای از حسگرهای پیشرفته به صورت نانو رایانه های بسیارسبک هستند که به راحتی ساعتها درهوا معلق باقی می مانند. این ذرات بسیار ریز از سیلیکون ساخته می شوند و می توانند ازطریق بی سیم موجود درخود اطلاعات موجود در خود را به یک پایگاه مرکزی منتقل کنند. سرعت این انتقال حدود یک کیلوبایت در ثانیه است. هم چنین حسگرهایی از جنس نانولوله های تک لایه ساخته شده اند که می توانند مولکولهای گازهای سمی را جذب کنند و همچنین آنها قادر به شناسایی تعداد معدودی از گازهای مهلک موجود درمحیط هستند. محققان معتقدند این نانوحسگرها برای شناسایی گازهای بیوشیمیایی جنگی و آلاینده های هوا کاربرد خواهند داشت.

خلاصه

منظور از استاندارد، يکاها و مقياس هاي اندازه گيري است. اين مفهوم مي‌تواند به معناي يکاهاي اندازه‌گيري مانند متر، کيلوگرم، ثانيه و نظاير آن باشد و يا مقياس‌هاي فيزيکي از قبيل ميلة يك‌متري، وزنة يک کيلوگرمي و امثال آن را در برگيرد. در مفهوم دوم، استاندارد کتابچه يا مجموعة مکتوبي است شامل مقررات و اصولي براي تنظيم امور فني، صنعتي، علمي و تجاري. بخشي از سهم استانداردسازي فناوري‌نانو به استانداردسازي نانومواد که نانولوله‌هاي کربني بخشي از اين گسترة وسيع ‏هستند مربوط مي‌شود. ‏در حال حاضر در دنيا فعاليت بسيار گسترده‌اي روي استانداردسازي فناوري‌نانو در حال انجام است. اين متن به گوشه‌اي از فعاليت ‏هاي کميته‌هاي استانداردسازي و راهبردهاي پيشنهادي و برنامه‌هاي مختلف بين‌المللي براي استانداردسازي فناوري‌نانو ‏ اشاره ميكند

مقدمه به طور کلي واژه استاندارد در دو مفهوم عمده به‌کار برده مي شود در مفهوم اول منظور از استاندارد يکاها و مقياس هاي اندازه گيري است. اين مفهوم مي‌تواند به معناي يکاهاي اندازه‌گيري مانند متر کيلوگرم ثانيه و نظاير آن باشد و يا مقياس‌هاي فيزيکي از قبيل ميله يك‌متري وزنه يک کيلوگرمي و امثال آن را در برگيرد. در مفهوم دوم استاندارد کتابچه يا مجموعه مکتوبي است شامل مقررات و اصولي براي تنظيم امور فني صنعتي علمي و تجاري. با توجه به برنامه 13..............

اولین بار ریچارد فیمن در سال 1959 طی سخنرانی خود با بیان امکان به راه اندازی فرایندی برای دستکاری اتمها و مولکولها با استفاده از ابزارهای دقیق سبب شده تا افکار به سمت توسعه چنین امکانی متمایل شوند. در سال 1974، پروفسور نوریو تانیگوشی، مدرس دانشگاه علوم توکیو، نخستین بار واژه "فناوری نانو" را بکار گرفت. او در مقاله ای با نام "مفهوم اساسی فناوری نانو" اشاره می کند که فناوری نانو اساسا مجموعه ای از فرایندهای تفکیک، ادغام و تشکیل مواد در حد یک اتم یا یک مولکول است. در دهه 1980 ایده یاین تعریف به طور وسیع تر توسط دکتر درکسلر (نویسنده کتاب های موتور خلقت) مورد بررسی قرار گرفت.
فناوری نانو و نانوعلوم در اوایل دهه 1980 با تولد علم کلاستر و اختراع میکروسکوپ تونلی پیمایشی آغاز به کار کرد. این توسعه سبب کشف فلورین در سال 1986 و نانولوله های کربنی در مدت چند سال بعد شد.
تحول دیگر این فناوری مربوط به ساخت نانوکریستالهای نیمه هادی بود که منجر به افزایش شدید تعداد نانوذرات اکسید فلزی نقاط کوانتوم گردید. میکروسکوپ نیروی اتمی 5 سال بعد از میکروسکوپ تونلی پیمایشی اختراع شد تا با کمک آن بتوان اتمها را بررسی کرد.
فناوری نانو یک زمینه بین رشته ای است که در محدوده علوم کاربردی مختلفی نظیر فیزیک، مواد، الکترونیک و غیره وارد شده است. فناوری نانو خود به تنهایی علم نیست بلکه با استفاده از آن می توان به کاربردی کردن علوم مختلف کمک کرد. فناوری نانو به سه صورت تعریف می شود:
1- فناوری نانو محدوده تحقیقات و مطالعه مواد و خصوصیات آنها در محدوده 1- 100 نانومتر را در بر می گیرد.
2- با کمک فناوری نانو ساختارهای نانویی می توان خلق کرد که خصوصیات آنها با ساختارهای ماکروسکوپی همان مواد متفاوت است.
3- با کمک فناوری نانو می توان در اتمها از طریق کنترل خصوصیات تغییراتی ایجاد کرد.
زمانی که مواد در مقیاس نانو مطالعه و بررسی می شوند واکنش های و رفتار اتمها در مقایسه با حالتی که مطالعه در سطح مولکولی انجام می شوند کاملا متفاوت است چرا که در این قلمرو خصوصیات فیزیکی مواد تغییر می کند این درست مانند این است که در توپی را در محفظه ای بیندازید و توپی دیگری را از آن محفظه بیرون آورید. تفاوت در قلمرو نانو به اندازه ای است که حتی رنگ، نقطه ذوب، خصوصیات شیمیایی و غیره مواد در خارج از این محدوده کاملا متفاوت است.
در فناوری نانو برای ساخت دو روش در نظر گرفته می شود: روش ساخت پایین به بالا و روش ساخت بالا به پایین. در روش ساخت پایین به بالا، وسایل و مواد از سطح مولکولی بر اساس اصول شیمی مولکولی ساخته می شوند درست مانند یک دیوار که از روی هم گذاشتن آجر به آجر ساخته می شود.
در روش ساخت بالا به پایین، اشیاء نانویی بدون کنترل اتمی در مقادیر بزرگتر ساخته می شوند به این طریق که در ساخت آنها از تجهیزات پیشرفته این فناوری مانند میکروسکوپ اتمی و میکروسکوپ تونلی پیمایشی استفاده می شود تا فرایند دستکاری و ایجاد پدیده ها و خصوصیات جدید در اشیاء نانویی ظهور یابند.
امروزه فناوری نانو در ساخت پلیمرهایی با ساختار مولکولی، طراحی تراشه های کامپیوتری کاربرد دارد. همچنین از این فناوری در ساخت مواد آرایشی، انواع پوشش ها و روکش های محافظتی و لباسهای مقاوم نیز استفاده می شود.

علم و فناوري نانو ( نانو علم و نانو تكنولوژي) توانائي بدست گرفتن كنترل ماده در ابعاد نانومتري (ملكولي) و بهره برداري از خواص و پديده هاي اين بعد در مواد، ابزارها و سيستم هاي نوين است. اين تعريف ساده خود دربرگيرنده معاني زيادي است. به عنوان مثال فناوري نانو با طبيعت فرا رشته اي خود، در آينده در برگيرنده همه ي فناوريهاي امروزين خواهد بود و به جاي رقابت با فن آوري هاي موجود، مسير رشد آنها را در دست گرفته و آنها را به صورت « يك حرف از علم» يكپارچه خواهد كرد.

ميليونها سال است كه در طبيعت ساختارهاي بسيار پيچيده با ظرافت نانومتري ( ملكولي ) - مثل يك درخت يا يك ميكروب - ساخته مي شود. علم بشري اينك در آستانه چنگ اندازي به اين عرصه است، تا ساختارهائي بي نظير بسازد كه در طبيعت نيز يافت نمي شوند. فناوري نانو كاربردهاي را به عرصه ظهور مي رساند كه بشر از انجام آن به كلي عاجز بوده است و پيامدهائي را در جامعه برجا مي گذارد كه بشر تصور آنها را هم نكرده است. به عنوان مثال:

o ساخت مواد بسيار سبك و محكم براي مصارف مرسوم يا نو

o ورشكستگي صنايع قديمي همچون فولاد با ورود تجاري مواد نو

o كاهش يافتن شديد تقاضا براي سوخت هاي فسيلي

o همه گير شدن ابر كامپيوترهاي بسيار قوي، كوچك و كم مصرف

o سلاحهاي سبك تر، كوچكتر، هوشمند تر، دوربردتر، ارزانتر و نامرئي تر براي رادار

رشد نانولوله‌هاي کربني به روش پوشش‌دهي

نانولوله‌هاي کربني با استفاده از اثر كاتاليست نيکل بر سيليسيوم، به روش پوشش‌دهي با بخار شيميايي- حرارتي با استفاده از گاز متان در فشار اتمسفر سنتز شده‌اند. لايه نيکل به روش کندوپاش يوني بر روي نمونه سيليسيومي نشانده شده است. در اين كار پژوهشي اثر سطح اکسيد سيليسيوم بر توده‌سازي و شکل‌گيري ذرات مجرّد نيکل با استفاده از ميکروسکوپ الکتروني و طيف‌سنجي رامان مطالعه شده است. نقش لايه اکسيد سيليسيوم بر روي سيليسيوم در تشکيل ذرات مجرّد نيکل و در نتيجه رشد نانولوله‌هاي کربني به کمک ميکروسکوپ الکتروني مشاهده شده است. طيف‌نگاري رامان نيز ساختار گرافيتي نانولوله‌هاي کربني را مشخص کرده است

آيا تا به حال هوا را داخل سرنگي محبوس کرده‌ايد تا آن را تحت فشار قرار دهيد؟
چه اتفاقي مي‌افتد وقتي پيستون سرنگ را فشار مي‌دهيد؟
هوا چگونه متراکم مي‌شود؟ چگونه در يک فضاي کوچکتر جا مي‌گيرد؟
يک تکه اسفنج را مي‌توان در فضاي کوچکتري متراکم کرد. علت تراکم اسفنج اين است که در آن سوراخهاي ريزي وجود دارد، وقتي اسفنج را فشار مي‌دهيم هواي داخل اين سوراخها خارج مي‌شود و ماده جامد اسفنج به هم نزديکتر مي‌گردد. درست مثل زماني که يک تکه اسفنج خيس را فشار مي‌دهيد؛ آب از سوراخهاي اسفنج خارج و اسفنج متراکم مي‌شود. "بويل"، دانشمند انگليسي در سال 1662 ميلادي مقداري جيوه – که فلزي مايع است- را در يک لوله شيشه‌اي پنچ متري ريخت. اين لوله خميده به شکل حرف انگليسي U و يک سمت آن مسدود بود. بويل مشاده کرد که با افزودن جيوه هواي به دام افتاده در سمتي که بسته است، متراکم مي‌شود و فضاي کمتري اشغال مي‌کند. بويل نتيجه گرفت که هوا بايد از ذرات بسيار کوچک، يعني اتمهاي ريز، تشکيل شده باشد. ميان اتم‌ها فضايي است که در آن هيچ چيز نيست. وقتي هوا متراکم مي‌شود، اتم‌ها به هم نزديکتر مي‌شوند. بويل همان سال‌ها در کتابي نوشت: "عنصرها را بايد با آزمايش کشف کرد. شيميدانها بايد بکوشند تا هر چيزي را به مواد ساده‌تر تجزيه کنند، آن ماده يک عنصر است."
دانشمندان بر مبناي اين توصيه بويل، تا اواخر قرن هجدهم حدود 30 عنصر گوناگون کشف کردند و مواد مرکب زيادي را که از اين عناصر ساخته شده بود را بررسي کردند. بسياري از مواد مرکب بررسي شده تا آن زمان از مولکول‌هاي ساده ساخته شده بودند و هر کدام بيش از چند اتم نداشتند. کافي بود فهرستي از انواع گوناگون اتمها تهيه شده و گفته شود که در هر ماده مرکب از هر نوع اتم چند عدد وجود دارد. در سال 1824 ميلادي (1203 شمسي) "يوستون ليبينگ" و "فردريخ وهلر"، شيميدان آلماني درباره دوماده مرکب متفاوت تحقيق مي‌کردند. هريک از آنها براي ماده مرکب خود فرمولي بدست آورد و نشان داد که در آن چه عناصري و از هر عنصر چند اتم وجود دارد. وقتي آنها نتايج کار خود را اعلام کردند معلوم شد که هر دو ماده داراي فرمول يکساني هستند. با اينکه اين دو ماده با هم متفاوت بودند و از هر جهت خواص گوناگوني داشتند، مولکولهاي آنها از عناصر يکسان تشکيل شده و حتي عده اتمهاي هر عنصر در هر دو ماده يکسان بود. به اين ترتيب مشخص شد که تنها جمع کردنِ عده اتمهاي موجود در يک مولکول کافي نيست. و اين اتمها بايد آرايش ويژه‌‌‌اي داشته باشند. بنابراين، آرايش متفاوت سبب تفاوتِ مولکولها مي‌شود و خواص مواد با هم فرق خواهند داشت.
با توجه به اينکه هم مولکولها و هم اتمها به قدري کوچک هستند که ديده نمي‌شوند، شيميدانان چگونه مي توانند نوع آرايش اتم‌ها را در مولکولها بيابند؟
نخستين گام را در اين راه، "ادوارد فرانکلندِ" انگليسي برداشت. او مولکول‌هاي آلي را با برخي از فلزات ترکيب کرد و دريافت که اتمِ يک نوع فلزِ، هميشه با تعداد مشخصي از مولکول‌هاي آلي ترکيب مي‌شود. او نتيجه گرفت که هر اتم توانايي و ظرفيت خاصي براي ترکيب با عناصر ديگر دارد. او اسم اين خصلت را "والانس" گذاشت. "والانس" کلمه‌اي لاتين به معناي "ظرفيت" يا "توانايي" است. براي مثال وقتي مي‌گوييم:"ظرفيت هيدروژن «يک» است"، يعني اتم هيدروژن تنها با يک اتم ديگر مي‌تواند ترکيب شود. ظرفيت اکسيژن «دو»، نيتروژن «سه» و کربن «چهار» است.
اسکات کوپرِ اسکاتلندي، نيز در 1858 ميلادي نظريه "پيوندهاي شيميايي" را مطرح کرد. او معتقد بود که اتمها با "قلاب" يا "پيوند" به يکديگر متصل مي‌شوند و مولکولهاي مختلف را تشکيل مي‌دهند. طبق نظريه او، هر اتم به اندازه "ظرفيت" يا "والانس" خود مي‌تواند با اتمهاي ديگر پيوند بدهد. کوپر همچنين پيشنهاد کرد که اتم‌ها را با توجه به ظرفيتشان و تعداد پيوندهايي که مي‌توانند با ساير اتمها داشته باشند، به صورت ذيل نمايش دهند:

به اين ترتيب مي‌توانيم مولکول‌ها را با رسم پيوندهاي ميان اتم‌ها، به شکل زير نشان بدهيم:

استفاده از روش فوق براي نشان دادن ساختمان مولکول‌هاي کوچک و غير آلي، به راحتي مقدور بود، اما در مورد مولکول‌هاي بزرگتر و مواد مرکب آلي، مشکلاتي وجود داشت که گاه باعث گمراهي مي‌شد. از اينرو "ککوله" تلاش کرد تا مشکل ظرفيت را در موردِ مواد مرکب آلي برطرف کند. "فردريش آگوست ککوله" با توجه به اين مسأله که هر اتم کربن ظرفيت اتصال به چهار اتم ديگر را دارد، توانست مسايل مربوط به تعداد زيادي از مولکول‌ها -که ساختمان آنها تا آن زمان معمّا به نظر مي‌رسيد- را حل کند.
امروزه نيز از همين مدل براي نشان دادن مولکولها و همچنين توضيح خواص آنها استفاده مي‌شود.

اما شيمي‌دانان ها چگونه مي‌توانند بين ساختار مولکول و خواص آن ارتباط برقرار کنند؟
مواد مختلف بسته به اين‌که از چه عناصر تشکيل شده‌اند و داراي چه آرايشي هستند، خواص مختلفي دارند. براي مثال موادي که خاصيت اسيدي از خود نشان مي‌دهند در ساختار مولکولي خود اتم هيدروژني دارند که به اکسيژن متصل است و آن اتم اکسيژن هم با يک عنصر نافلز مانند گوگرد، فسفر و... پيوند دارد. حال اگر به جاي اتم نافلز، يک اتم فلز مانند سديم، کلسيم يا ... قرار گيرد، ترکيب به جاي "خصلت اسيدي"، "خاصيت قليايي" خواهد داشت.
در داروها و مولکول‌هاي بزرگ، خواص ترکيب به عوامل متعددي بستگي دارد. در نانو فناوري که هدف ساختن مولکولي جديد با رفتاري خواص است، يک دانشمند شيمي مولکولي با استفاده از تخصص خود، آرايشي از اتم‌ها را پيشنهاد مي‌کند که خواصيت مورد نظر ما را داشته باشد. از سوي ديگر بايد بدانيم مولکولها صرفاً آنچه ما روي کاغذ رسم مي‌کنيم نيستند. مولکول‌ها داراي بعد هستند و فضا اشغال مي‌کنند.
يک مولکول در فضا آرايشهاي مختلفي را مي‌تواند اختيار کند. درحال حاضر با استفاده از يک سري فنون خاص و به کمک کامپيوتر مي‌توان آرايش‌هاي مختلف را پيش‌بيني کرده و چگونگي قرار گرفتن اتمها را در کنار يکديگر را بررسي کرد. همچنين مي توان حدس زد که هر آرايش مولکولي چه خواصي را موجب مي‌شود. اين کار نيز به واسطه اطلاعاتي که يک دانشمند شيمي مولکولي از مطالعه ساختارهاي مختلف مولکولها بدست آورده است، امکان پذير مي‌باشد.
شاخه‌اي از نانوفناوري که با بهره‌گيري از شيمي مولکولي و روشهاي محاسباتي فيزيکي و مکانيک کوانتومي، آرايشهاي متنوع مولکولها را بررسي مي‌کند را نانوفناوري محاسباتي مي‌نامند

ساخت ترانزيستورهاي بهتر مستلزم درک بيشتر چگونگي تأثير محيط بر اين بارهاي الکتريکي موضعي است؛ بنابراين وجود روشي براي اندازه‌گيري تغيير چگالي بارهاي موضعي در اين نانولوله‌ها ضروري مي‌باشد؛ يعني همان چيزي كه محققان آي بي ام آن را به دست آورده‌اند.

گزارش اين تحقيق در شماره چهاردهم اکتبر 2007 نشريه Nature Nanotechnology به چاپ رسيده‌است. اين محققان با در نظر گرفتن رنگ نوري كه از اين نانولوله‌ها پراكنده شده،‌ تغييرات کوچک آنکه متناظر با تغيير چگالي الکترون در اين نانولوله‌هاست را اندازه‌گيري نمودند.

مزيت اين روش آن است که مي‌توان برهم‌کنش بين حرکت اتم‌ها و الکترون‌ها، و تغييرات چگالي الکترون‌ها را به‌صورت تغييرات فرکانس حرکت ارتعاشي اتم‌هاي نانولوله مشاهده كرد.

در مارس 2006 اين محققان توانستند اولين مدار مجتمع کامل الکترونيکي را حول يک تک‌مولکول نانولوله کربني ايجاد نمايند. چالشي که تاکنون دانشمندان با آن مواجه بودند قابليت تکثيرپذيري اين ترانزيستورهاي نانولوله‌اي بود كه داراي عملکرد برتري هستند. با توجه به حساسيت نانولوله‌هاي کربني به شرايط محيطي، مي‌توان خواص آنها را به کمک مواد خارجي تغيير داد كه به اين ترتيب جريان الکتريکي و در نتيجه عملکرد آنها تحت تأثير قرار مي‌گيرد.

در کنار الکترون‌ها مي‌توان از فوتون‌ها براي انتقال سيگنال‌هاي الکتريکي و انجام محاسبات رايانه‌اي استفاده نمود؛ اما گرماي حاصل از برهم‌کنش الکترون – فونون مانع از حرکت جريان الکتريکي داخل تراشه‌هاي رايانه‌اي مي‌شود.

محققان با درک چگونگي اين برهم‌کنش‌هاي موضعي به روش بهتري براي به‌کارگيري قابليت آنها براي استفاده در مدارها و نيمه‌رساناها‌ي داخل تراشه‌هاي رايانه‌اي دست يافته‌اند و هم‌اکنون براي ساخت مدارهاي منطقي نانولوله‌اي تلاش مي‌کنند. هم‌اكنون دانشمندان با استفاده از اين روش توانسته‌اند رفتار الکترونيکي موضعي تک‌تک نانولوله‌هاي کربني را مورد مشاهده و بررسي قرار دهند. 
 

حضور مقادير زيادي از فلزات سمي همانند جيوه، سرب، کادميوم، روي و فلزات ديگر در محيط زيست، خطرات جدي سلامتي براي انسان به همراه دارد و اين خطرات جوامع علميرا تحت فشار قرار مي‌دهد تا روش‌هاي اقتصادي و موثر جديدي براي شناسايي و حذف آلاينده‌هاي سمي توسعه دهند.
در اثر ترکيب نمودن تحقيقات انجام شده در زمينه تصفيه پساب‌ها و علوم مواد نوع جديدي از نانومواد با نام سيليس نانوساختاري توسعه يافته است که ويژگي‌هاي مورد نياز براي اين کاربردها را دار مي‌باشد.

اين ماده جديد با دارا بودن مساحت سطحي بالا و حفرات معمول، پس از يک فرايند عامل‌دار کردن که نتيجه آن اتصال ليگاندهاي آلي مختلف به سطح آن مي‌باشد، اين قابليت را پيدا مي‌کند تا فلزات سنگين را از پساب‌ها استخراج کند.اين قابليت همچنين موجب مي‌شود که اين ماده به يک حسگر حساس براي تشخيص اين فلزات سنگين تبديل شود؛ با در نظر گرفتن اينکه سطوح آلودگي مجاز براي آب آشاميدني روز به روز کمتر مي‌شود، سيليس عامل‌دار کاربردهاي ديگري نيز در ساير فرايندهاي تصفيه آب پيدا مي‌کند.

طراحي سيليس عامل‌دار نانوساختاري بر مبناي الگوبرداري از واکنشي است که فلزات سنگين با برخي مولکول‌هاي زيستي در سلول زنده دارند. با بررسي اين واکنش‌ها بهترين گروه عاملي که اين فلزات به آنها متصل مي‌شوند، شناسايي مي‌شود و در نتيجه مي‌توان اين گروه‌هاي عاملي را روي سيليس نانوساختاري متصل نمود. به عنوان مثال دانشمندان دريافته‌اند که فلزات سنگين به طور عمده با گروه‌هاي عاملي حاوي اکسيژن، نيتروژن، و گوگرد پيوند برقرار مي‌کنند.

در ادامه همين خط فکري، يک گروه از محققان URJC که مديريت آنها را دکتر ايزابل سيرا بر عهده دارد، توانستند از طريق ايجاد مواد جديدي با استفاده ازانواع مختلفي از سيليس همچون MCM-41 و HMS و تغيير آنها با 5- مرکاپتو-1- متيل تيازول بهبود عمده‌اي در ويژگي‌هاي جذبي سيليس ايجاد نموده و آنها را براي جمع‌آوري سرب و روي آماده کنند.
تحقيقات آنها همچنين نشان داد که اين مواد را قابليت چندين بار جذب و سپس رهاسازي فلزات سنگين را دارند. همچنين مواد جذب‌شده را دوباره مي‌توان بازيافت نموده و از آنها استفاده نمود که اين امر در بحث‌هاي اقتصادي براي صنعت و جامعه از اهميت بالايي برخوردار است.

نتايج اين تحقيق در آخرين شماره Journal of Separation Science و Journal of Colloid Interface Science منتشر شده است.

دانشمندان آلماني دانسيته جريان بحراني ابررساناي دي‌بريد منيزيم را از طريق اضافه کردن ناخالصي‌هايي از جنس نانوساختارهاي کربن بهبود دادند.

مارکو هرمن و همکارانش در IFW درزدن همچنين توانستند ميدان بحراني بالايي اين ماده را نيز با استفاده از همين روش بهبود بخشند. اين روش شامل استفاده از کربن با اندازه‌ دانه‌هاي ريز (که قبلاً آسياب شده است) و فعاليت زياد همراه با پودر نانوسايز پيش‌ماده MgB2 مي‌باشد که با آسياب انرژي بالا تهيه شده است. اگر قرار باشد ابررساناي دماي پايين در کاربردهاي عملي مورد استفاده قرار بگيرد، بهبود هر دوي اين پارامترها ضروري مي‌باشد.

دي‌بريد منيزيم که براي اولين بار در سال 2001 خاصيت ابررسانايي آن کشف شد، به دليل دماي بحراني بالا (39 درجه کلوين)، هزينه پايين، و ترکيب شيميايي ساده‌اش پتانسيل بالايي براي کاربردهاي فناورانه دارد. با اين حال پايين بودن ميدان بحراني بالا (Hc2) و دانسيته جريان بحراني (Jc) دي‌بريد منيزيم خالص مانع استفاده از آن گرديده است.

در سال‌هاي اخير محققان نشان داده‌اند که مي‌توان خاصيت ابررسانايي دي‌بريد منيزيم را از طريق اضافه کردن ناخالصي‌هاي مختلف کربن از جمله کربيد سيليکون، نانولوله کربني، و خود کربن خالص بهبود بخشيد. حال هرمن و همکارانش نشان داده‌اند که کربن آسياب‌شده با غ=فعاليت بالا نيز ناخالصي مناسبي براي اين منظور مي‌باشد.

اين تيم تحقيقاتي که کار خود را در قالب پروژه اروپايي HIPERMAG انجام داده است، دريافت که اين ناخالصي مي‌تواند Hc2 دي‌بريد منيزيم را براي x=0.221 در MgB2-xCx در 20 درجه کلوين تا T 4/11 افزايش دهد.

بنابرگفته محققان اين پيشرفت به دليل ويژگي‌هاي پخش الکترون باردار فاز MgB2-xCx تشکيل شده مي‌باشد. استفاده از اين ناخالصي‌هاي پودري کربن در نوارهاي دي‌بريد منيزيم تهيه شده توسط فناوري «پودردر لوله» منجر به بالاترين مقدار Jc گزارش شده براي اين سيستم گرديد (10 کيلوآمپر بر سانتي‌متر مربع در T 3/14 و 2/4 کلوين). همچنين ميزان به دست آمده Jc معادل 10 کيلوآمپر بر سانتي‌متر مربع در T 5 و 20 درجه کلوين نشان‌دهنده مزيت استفاده از دي‌بريد منيزيم نسبت به ديگر ابررساناهاي تجاري دماي پايين مي‌باشد.

آندرياس دن اودن و مارک دال هماهنگ‌کننده‌هاي HIPERMAG در مصاحبه با nanotechweb.org بيان داشتند:

« دي‌بريد منيزيم نسبت به NbTi به سرعت در حال تبديل به يک ابررساناي فني تجاري براي ميدان‌هاي مغناطيسي متوسط مي‌باشد. از آنجايي که مقدار Tc بالاتر آن امکان کاهش هزينه‌هاي سيستم و همچنين نگهداري را در کاربردهاي تجاري مهمي همچون MRI يا NMR فراهم مي‌کند، يقيناً شاهد افزايش نقش آن در زمينه مواد نيز خواهيم بود. به علاوه نتايج هيجان‌انگيز همکاران ما در درزدن روشن مي‌کند که چگونه محدوديت‌هاي عملکرد رساناهاي MgB2 هنوز در حال رفع شدن است که اين امر ايجاد پيشرفت‌هاي زيادي را در عرصه‌هايي که ابررساناهاي موجود نقش حاشيه‌اي دارند، موجب مي‌شود».