علوم و فناوری نانو موجب تحول در علم مواد شده و توسعه گستره ای از مواد جدید و بهبود یافته به وسیله نانو ساختارها را به دنبال دارد. این پیشرفت ها برای صنعت کاغذ می تواند از اهمیت حیاتی برخوردار باشد.
با کاهش ابعاد نانو مواد به پایین تر از طول بحرانی، رفتارهای کاملا متفاوتی از آنها مشاهده می شود .علوم و فناوری نانو موجب تحول در علم مواد شده و توسعه گستره ای از مواد جدید و بهبود یافته به وسیله نانو ساختارها را به دنبال دارد. این پیشرفت ها برای صنعت کاغذ می تواند از اهمیت حیاتی برخوردار باشد.
با کاهش ابعاد نانو مواد به پایین تر از طول بحرانی، رفتار های کاملا متفاوتی از آنها مشاهده می شود استفاده از خواص مواد در مقیاس نانو، امکان ساخت مواد و ابزار با کارآیی و خواصی که دسترسی به آنها قبلا ممکن نبوده است را فراهم می سازد.
نانو ساختارها در اشکال مختلفی از جمله پوشش، پودر، کامپوزیت و دیگر شکل ها باعث ایجاد تحول در شماری از بخش های صنعتی از جمله موارد زیر می شوند:
- پوشش ها و رنگ
- حفاظت در برابر خوردگی
- حفاظت زیست محیطی
- چسب و پلیمر های رسانا
- دارورسانی
- مواد زیست سازگار
- حفاظ های کارکردی
- سطوح هوشمند خود تمیز کننده
- چاپ کارکردی
- مخابرات نوری
- جوهر و کاغذهای الکترونیکی
- منابع انرژی قابل حمل
- تصفیه آب
نانو مواد شامل موارد زیر هستند :
- خوشه های اتمی (نقاط کوانتومی، ماکرومولکول های معدنی، نقاط نانو متری)
- گلوله هایی با ابعاد کمتر از ۱۰۰ نانومتر (مواد نانوبلوری، نانوفازی و نانو ساختاری)
- اليافی با قطر کمتر از ۱۰۰ نانومتر (نانو میله ها، نانو صفحه های | نانولولهها، نانو الیاف و سیم های کوانتومی)
- فیلم هایی با ضخامت کمتر از ۱۰۰ نانومتر
- نانوحفره ها
- نانوکامپوزیت ها
ترکیب نانو مواد می تواند شامل هر عنصر طبیعی باشد که مهمترین آن عبارتند از :
- سیلیکات ها، کار بیدها، نیتریدها، اکسیدها، بوریدها، سلنیدها،تلوریدها، سولفید ها، هالیدها، آلیاژها، فلزها و پلیمر های آلی
هم اکنون فناوری نانو ذرات در حال تأثیرگذاری بر تعدادی از محصولات و خدمات، از جمله صنعت کاغذ است. پیشرفت های اخیر موجب کاهش نیاز به مواد برای ساخت محصولات و افزایش کارآیی سوخت در خودروها و هواپیماها شده است. همچنین کنترل ساختارمواد در مقیاس نانو در بهبود کارآیی مواد مغناطیسی مورد استفاده قرار می گیرد و این روند موجب افزایش کارایی موتورها و ژنراتورهای الکتریکی خواهد شد.
دیگر انواع مواد، به خصوص آنهایی که در باتری ها و پیل های سوختی به کار می روند نیز به روش های مشابهی در حال بهبود و ترقی هستند و نتیجه این تلاش ها به صورت منابع تولید نیروی سبک و قابل حمل در تلفن های همراه، رایانه های کیفی و موارد دیگر دیده می شود.
در زمینه کنترل خواص سطحی مواد در منسوجات، رنگ ها و پوشش ها نیز خواصی همچون قابلیت نفوذ هوا در مواد، ضد آب و ضد لک بودن لباس ها و فرش ها دیده می شود نانو ذرات، به علت سطح ویژه بسیار بالا کاتالیست های بسیار فعالی هستند و به منظور بهبود خواص و تنوع پلاستیک ها، مورد استفاده قرار گرفته اند. نیز در کلوئیدها و در صفحات خورشیدی، جوهر چاپگرها و رنگ ها مورد استفاده قرار گرفته اند.
رنگدانه برای جوهر
پیشرفت های اخیر در فناوری نانو، در حال ایجاد فرصت های جدیدی است که از سوی سازندگان و مصرف کنندگان جوهر مورد توجه قرار گرفته است تا خواص و کارآیی جوهر ها را افزایش دهد.
به عنوان مثال BASF تخمین می زند که این دسته از محصولات فناوری نانو ده درصد از فروش اخیر شان را شامل شود. یکی از محصولات فناوری نانو در این عرصه، رنگدانه های نانو متری است که شامل دی اکسید تیتانیوم است و ظرفیت بالایی در جذب نور دارد هم اکنون محققان در تلاشند تا با استفاده از نانو مواد و بدون استفاده از رنگدانه های متعارف، به رنگ های متفاوت دست یابند.
این رنگ ها که با توزیع نانو ذرات هم اندازه ایجاد می شوند. درست به همان شکلی که رنگ بخش های مختلف بال پروانه ها با هم تفاوت می کند، می باشند همچنین محققان در حال توسعه پلیمر های چند شاخه (hyperbranched) از پلی یورتان ها هستند تا از این طریق مشکلات چاپگرر استفاده کننده از سیستم های جوهر متفاوت برای چاپ بر روی پلیمر های قطبی مثل پلی استر و پلی آمید، نیز پلاستیک های غیر قطبی مثل پلی اتیلن و پلی پروپیلن را حل نمایند.
تعداد بسیار فراوان گروه های عاملی بر روی پلیمر های چند شاخه گروههای پیوندی کافی برای اتصال جوهر به نقاط چسبنده بر سطح پلیمر را ایجاد می کند چاپگرهای جوهر افشان، زمینه دیگری برای کاربرد فناوری نانوذرات هستند. برای مثال، شرکت دیگوا (Degussa) از فناوری نانو ذرات خود به منظور توسعه محدوده ای از رنگدانه های کوچک استفاده کرده است تا پایداری رنگ بر روی سطوح را افزایش دهد.
چندی پیش شرکت بزرگ Nano Products در آمریکا نیز خبر از راه اندازی خطوط تولید جدید با استفاده از نانو ذرات “PureNano به عنوان جوهر را داده است. ترکیبات، رنگدانه ها و پوشش های دی الکتریک. هادی و مغناطیسی، نمونه هایی از جوهر و فاز های پراکنده نانو متری هستند.
سیستم های نگهداری
صنعت کاغذ، سال های زیادی است که از اصول علوم و فناوری نانو به ویژه در زمینه شیمی تر، برای توسعه سیستم های نگهداری بهره گرفته است.
یک سیستم نانوذره اولیه که هنوز هم مورد استفاده قرار می گیرد- یک نانو ذره آنیونی (سیلیکای کلوئیدی) و نشاسته کاتیونی را با هم ترکیب می کرد. نسل بعدی این سیستم که در سال ۱۹۹۲ به وجود آمده شامل ذرات سیلیکای ساختاری با طراحی خاص است که به منفلور ترکیب با پلی اکریلامید کاتیونی (C-PAM) سنتزی به وجود آمده اند و مشخص شده است که ساختار بسیار مرتب این نانو ذرات موجب واکنش بسیار بهتر آنها با C-PAM می شود.
کره های سیلیکا در نانوذره ساختاری، پیوند های کوالانسی بسیار قوی سیلو کسان را به وجود می آورند که تنش های ماشین نمی توانند به راحتی آنها را بشکنند. در سال ۲۰۰۰ شرکت Eka Chemicals سیستم Conpozil Select را ارائه کرد، که یک سیستم نانو ذرهای مبتنی بر مولکول های کلوئیدی سیلیکای آنیونی و ترکیبات پلیمری کاتیونی مثل صمة، گوار، پلی اکریلامیدها، نشاسته کاتیونی و آشغال گیر های آنیونی است مولکول های بسیار کوچک، سطح ویژه و دانستیه بار بسیار بالایی ایجاد می کنند. این خواص کلیدی موجب بهبود لخته شدن و بهبود سیستم نگهدارنده می شوند
پوشش ها
پوشش ها یکی از نانو مواد بسیار مهم هستند، که در موارد بسیاری، از پوشش های مقاوم نسبت به خش در شیشه ها گرفته تا وسایل خود تمیز کن کاربرد دارند. یک نمونه از این موارد، پوشش کامپوزیت نانو سرامیکی از جنس آلومینا و تیتانیا با نام تجاری Nanox۲۰۱۳ است که شرکت Inframat آن را ساخته است.
دوام این نانو سرامیک آلومینا تیتانیا در مقایسه با مشابه سرامیکی، بین چهار تا شش برابر است و در عین حال، فاکتور سختی آن نیز در برابر بیشتر از نوع غير نانو متری است. علی رغم قیمت بالای این محصول (۳۰ تا ۵۰ دلار به ازای هر پوند) استفاده از آن از نظر اقتصادی به صرفه است به عنوان مثال، نیروی دریایی آمریکا اکنون با استفاده از پوشش نانو ساختاری در موارد زیادی از جمله شیرهای ورود و خروج هوا در زیر دریایی ها حدود ۴۰۰ هزار دلار در هر کشتی و به طور تقریبی ۲۰ میلیون دلار در ده سال آینده صرفه جویی خواهد کرد.
Nanox به عنوان یکی از پوشش های مناسب برای تانک های شنی شفت های پریسکوپ، شیر ها و بسیاری از ادوات مورد استفاده در محیط های دریایی ارزیابی می شود. یکی از شرکت های معدنی که نیکل و کبالت را از سنگهای معدنی به دست می آورد. از پوشش NanoX در شیر های موسوم به ball valve استفاده کرده است. چنین شیر هایی باید در مقابل عبور دوغابی از سنگریزه در محیط بسیار اسیدی و فشار بالا مقاومت کنند. شیر های معمولی در چنین شرایعلی فقط چند ساعت پس از جلاد هي دوام می آورند، در حالی که دوره کار شیر های پوشش دار به دو روز می رسد.
Nanox در صنعت خودروسازی نیز در مواردی همچون سیستم اگزوز مورد آزمایش قرار گرفته است. شرکت های نفت و گاز نیز در حال ارزیابی این پوشش برای پمپ های چرخشی هستند. دیگر کاربردهای پیشنهاد شده برای NanoX صنایع چاپ و کاغذ سازی می باشد.