نانو لوله‌های کربنی چه خصوصیاتی دارند؟
نانو لوله
استحکام کششی ۱۰۰ برابر فولاد، رسانایی حرارتی نسبت به سایر ترکیبات به استثنای الماس خالص، رسانایی الکتریکی بسیار بالا، توانایی حمل جریانی بالاتر از مس، ممان مغناطیسی بسیار بزرگ و قابلیت گسیل و جذب نور از ویژگی‌های برجسته نانو لوله هااست.[۴] نانولوله‌ها کاربردهای زیادی در فناوری و صنعت دارند. یکی از مهم‌ترین انواع نانولوله‌ها، نانولوله‌های کربنی هستند. نانولوله‌های کربنی در ۲ گروه اصلی: تک دیواره (تک جداره) و چند دیواره (چند جداره) وجود دارند. یکی از خواص نانولوله‌های کربنی نشر میدانی است. از مزایای کلیدی نانولوله‌های کربنی توانایی آن‌ها در عبور از غشاهای پلاسما است. [۴] نانو لوله در مواردی همچون رسانایی الکتریکی، انعطاف و استحکام، خواص قابل توجهی دارد. نانولوله‌ها به عنوان پر کننده در نانو کامپوزیت‌ها استفاده می‌شوند.[۴]نانو لوله‌ها
سنتز نانو لوله‌های کربنی
علاوه بر تفکیک SWNTهای نیمه رسانا و فلزی، می‌توان SWNTها را بر اساس طول، قطر مرتب کرد. مرتب‌سازی طول با بالاترین دقت، با اختلاف طول ۱۰ درصد، تاکنون توسط کروماتوگرافی حذف اندازه (SEC) نانولوله‌های کربنی پراکندهDNA(DNA-SWNT) حاصل شده‌است. جداسازی قطر SWNT با استفاده از سانتریفوژ فوق‌العاده گرادیان چگالی (DGU) با استفاده از SWNTهای پراکنده سورفاکتانت و توسط کروماتوگرافی تبادل یونی (IEC) برای DNA-SWNT حاصل شده‌است. خالص سازی دستکاری‌های فردی نیز با IEC DNA-SWNT نشان داده شده‌است: می‌توان از الیگومرهای DNA کوتاه کوتاه برای جداسازی دستکاری‌های فردی SWNT استفاده کرد. تاکنون، ۱۲ دستکاری در خلوص از ۷۰٪ برای (۸٬۳) و (۹،5) SWNT تا ۹۰٪ برای (۶٬۵)، (۷٬۵) و (۱۰،5) SWNTs جدا شده‌است. متناوباً، نانولوله‌های کربنی با استفاده از روش استخراج دو فاز آبی با موفقیت دستکاری شده‌اند. تلاش‌های موفقیت‌آمیزی برای ادغام این نانولوله‌های تصفیه شده در دستگاه‌ها صورت گرفته‌است، به عنوان مثال FETها نانولوله کربنی
از طرف دیگر، شواهدی وجود داشت که آنها در جهت شعاعی نسبتاً نرم هستند. اولین مشاهده میکروسکوپ الکترونی عبوری از الاستیسیته شعاعی حاکی از آن است که حتی نیروهای واندروالس هم می‌توانند دو نانولوله مجاور را تغییر شکل دهند. بعدها، چندین گروه برای اندازه‌گیری کمی الاستیسیته شعاعی نانولوله‌های کربنی چند جداره از با میکروسکوپ نیروی اتمی استفاده کردند. مدول یانگ در مقیاس چندین گیگاپاسکال نشان داد که نانولوله‌های کربنی در واقع در جهت شعاعی بسیار نرم هستند. سنتز نانو لوله‌های کربنی
چگالی نانولوله‌های کربنی با رشد فوق‌العاده 037 g/cm بسیار کمتر از پودر CNT معمولی (1.34 g/cm^۳) به این دلیل که دومی حاوی فلزات و کربن آمورف است. نانوفناوری
مواد در ابعاد نانو رفتار متفاوتی دارند به عنوان نمونه نیروهای گرانش در ابعاد ماکرو برای ما قابل درک بوده اما این نیرو در ابعاد نانو قابل صرف نظر کردن است. در دنیای نانو الکتریسیته ساکن از اهمیت بالایی برخوردار است. برای درک تأثیر فناوری نانو بر الکتریسیته ساکن، دو عدد لوله آزمایش را در نظر بگیرید که یکی را با توپ‌های یونولیتی بزرگ و دیگری را با توپ‌های یونولیتی کوچک پر می‌کنیم. هنگامی که لوله‌ها را با یک تکه پارچه نخی ماساژ می‌دهیم، دو نیرو خلاف یکدیگر عمل می‌کنند. نیروی گرانش توپ‌ها را رو به پایین کشیده و در انتهای لوله قرار می‌دهد اما نیروی الکتریسیته ساکن توپ‌ها را از یکدیگر دور کرده و سبب می‌شود تا آن‌ها در لوله به حالت معلق قرار بگیرند. نانوساختار
نانواشیاء دوبعدی: موادی هستند که دو بعد آنها در مقیاس نانو هست. از مهترین نمونه‌های این دسته می‌توان به نانولوله کربنی، نانوسیمها و نانوالیاف اشاره کرد. ​نیوبات پتاسیم سدیم
از مهمترین ترکیبات پیزوالکتریک عاری از سربی که اخیراً نیز تحقیقات فراوانی بر روی سرامیک آن آغاز شده‌است، ترکیبات خانواده نایوبات‌های قلیایی و به‌طور مشخص نایوبات پتاسیم سدیم است. ترکیبات KNbO و NaNbO به ترتیب دارای ساختاری فروالکتریک و آنتی فروالکتریک و دمای کوری ۴۳۵ و ۳۵۵ درجه سانتیگراد هستند. محلول جامد [KNbO-NaNbO [KNN از جهات زیادی به PZT شبیه است، همانند PZT از ترکیب دو فاز فروالکتریک و آنتی فروالکتریک تشکیل شده و در درصدهای مولی برابری از NaNO و KNbO دارای مرز فازی مورفوتروپیک (MPB) است. تک بلور KNN برای اولین بار در سال ۱۹۵۸ و سرامیک آن یک سال بعد ساخته شد و خواص پیزوالکتریک آنها مورد بررسی قرار گرفت. دانسیته تئوری KNN خالص دوپ نشده برابر ۴٫۵۱ گرم بر سانتی‌متر مکعب می‌باشد. بتن ضد آب
ماده ضد آب کننده و آبگریز کننده بتن و مصالح ساختمانی (اندازه بسیار ریز: 4تا 6 نانومتر)اولین ماده ضد آب با تکنولوژی نانو خواص: ضد آب کننده، محافظت در برابر گرما، اشعه ماوراء بنفش و فرسایش.. این ماده به صورت مایع میباشد و برخلاف مواد مشابه که پایه الکلی و ... دارند و سمی می باشند دارای پایه آب است و دوستدار محیط زیست و غیر سمی می باشد .رنگ : سفید .ماهیت : مایع -چگالی : ۱/۰۷ -اندازه ذرات : ۴ تا ۶ نانو متر- حلالیت : قابل حل در آب نقطه اشتعال : بالای ۱۰۰ درجه سانتی گراد -این ماده با سیلیس موجود در مصالح واکنش می دهد و بدون ایجاد لایه و هیچ تغییر رنگی بیش از ۵ میلیمتر نفوذ کرده و سطح را ضد آب می کند. خواص کیفی این محصول هنوز تایید نشده است. در محیط مرطوب کارایی ندارد.محمد باقر ملایی ، «فوق تخصص نقشه کشی معماری و نانو تکنولوژی ». خرداد 1376 میلادیD: ، شماره 45134565 ص 24000. پیدونگ یانگ
یانگ برای تحصیلات تکمیلی دانشگاه هاروارد را انتخاب کرد، تا حدی به این دلیل که چارلز لیبر، شیمیدانی که مشاور فارغ‌التحصیل یانگ می‌شد، یکی از اعضای هیئت علمی بود. در آن زمان، در سال ۱۹۹۳، لیبر مشغول مطالعه ابررساناهای با دمای بالا بود. بسیاری از دانش‌آموزان لیبر روی باکمینسترفولرن (کره‌های ۶۰ کربنی) و نانولوله‌های کربنی کار می‌کردند که هر دو ساختار از ورقه‌های کربن به ضخامت یک اتم ساخته شده بودند. لیبر و یانگ روش متفاوتی را انتخاب کردند. آنها فکر کردند، اگر اتم‌های کربن بتوانند چنین ساختارهایی را تشکیل دهند، آیا سایر عناصر جدول تناوبی هم می‌تواند این ساختارها را تشکیل دهند؟ آزمایش‌های آنها در پاسخ به این سؤال منجر به توسعه نانوسیم‌های نیمه هادی شد. نانوسیم‌ها معمولاً بین ۱ تا ۱۰۰ نانومتر قطر دارند که ۱۰۰۰ برابر کوچکتر از موی انسان است و در تصاویر میکروسکوپ الکترونی، نانوسیم‌های ساخته شده از مواد مختلف، از جمله سیلیکون، اکسیدها و نیتریدها، به شکل‌های مختلفی شبیه سوزن، تار مو هستند. یانگ دربارهٔ این نانوسیم‌ها می‌گوید: «لحظه‌ای که نیمه‌رسانا را به این رشته تبدیل می‌کنید، خواص شیمیایی و خواص فیزیکی آن‌ها تغییر می‌کند. این چیزی است که ما دنبال آن بودیم.» کاربردهای بالقوه نانوسیم‌های تک کریستالی واقعاً چشمگیر است و در فناوری نانو محاسباتی، مخابرات، سنجش طیف‌سنجی، انرژی‌های تجدیدپذیر، و علوم زیستی کاربرد دارد. این گستردگی کاربرد به‌طور طبیعی نیازمند یک جامعه چند رشته‌ای است که شامل دانشمندان مواد، شیمی‌دانان، مهندسان، فیزیکدانان و میکروبیولوژیست‌ها است. مواد میان‌متخلخل
وجود حفرات یا همان نقص ساختاری تأثیر مهمی بر خواص نانوساختارهای کربنی دارند که یا به صورت غیرعمدی در طی فرآیندهای تولید ایجاد می‌شوند یا عمداً توسط تیمارهای شیمیایی و تابش یونی ایجاد می‌شوند. وجود نقص ساختاری بر هدایت حرارتی، استحکام مکانیکی و شفافیت تأثیر مضری می‌گذارد. از سوی دیگر، افزایش واکنش‌پذیری کربن با نقص ساختاری در ابعاد نانو برای ذخیره‌سازی انرژی و کاربردهای سنجش مناسب است. به عنوان مثال، نتایج تلاش‌های نظری مبتنی بر تکنیک‌های مختلف، جذب مطلوب یون‌های لیتیوم، یون‌های سدیم و نانوخوشههای فلزی را بر روی سطح گرافن با نقص ساختاری بیان می‌کند. همچنین، تأثیر مفید نقص ساختاری بر فعالیت الکتروشیمیایی با مطالعه واکنش‌های الکتروشیمیایی ناهمگن فروسن متانول، اکسیژن و نیترات در سطح الکترودهای مبتنی بر نانوکربن به اثبات رسیده‌است. کربونیترید تیتانیوم
این است که در حال حاضر پذیرفته شده که TiCN دارای یک چهره محور مکعب (fcc) ساختار نوع NaCl، شبیه به سازه‌های تیتانیوم کارباید و تیتانیوم نیترید است. ممکن است برای توصیف ایجاد TiCN توسط یک مکانیسم جایگزینی از اتم‌های C در N سیستم، در واقع N بیشتر الکترونگاتیوی است و نیاز به انرژی آزاد گیبس کمتری دارد تا با Ti در مقایسه با c واکنش نشان دهد، بنابراین ذرات تیتانیوم نیترید به احتمال زیاد تشکیل می‌شوند و C در ساختار با مکانیزم جایگزینی گنجانیده شده‌است. محتوای کربن تأثیر قابل توجهی بر خواص و ریزساختارکربونیترید تیتانیوم دارد. این توضیح داده شده‌است که اگر با توجه به این که C دارای یک شعاع اتمی بیشتر از N، بنابراین جایگزینی با اتم بزرگتر دلالت تعامل الکترونیکی بالاتر و در نتیجه پایداری سیستم، توسط قانون Vegard پیش‌بینی شده‌است. پارامترهای شبکه اندازه‌گیری بر روی فیلم‌های نازک TiCN تمایل به بالاتر از مواد حجیم است. این واقعیت به چند دلیل توضیح داده شده‌است: تفاوت در ضریب انبساط حرارتی بین فیلم و بستر، اختلاط ناخالصی (مانند اکسیژن) یا اختلاط اتم‌های C و N به عنوان یک نتیجه از یک فرایند رسوب غیر تعادل؛ علاوه بر این گسترش شبکه را می‌توان به حضور تنش داخلی نسبت داده شده توسط تراکم بالا از مرزهای دانه و نقص ساختاراست. طراحی نانو و میکرو سازه ای همراه با تنظیمات ترکیبی مناسب (تنوع نسبت C/N و محتوای Ti)، ساخت طیف گسترده‌ای از پوشش‌های TiCN با ویژگی‌های متناسب را فعال می‌کنید. به‌طور خاص، چهار ساختار مختلف را می‌توان به دست آورد همه این ساختارها دارای ویژگی‌های مثبت و منفی هستند؛ بنابراین مناسب برای تصمیم‌گیری طراحی پوشش در عملکرد برنامه نهایی که مورد نیاز است. نانو رس
نانورس ­ها مواد کریستالی ریز دانه ­ای هستند. یک لایه واحد ساختاری اساسی نانورس ­ها است و این لایه ­ها مستعد هستند که مانند صفحات یک کتاب، خود را بر روی یکدیگر قرار دهند. لایه ­های جداگانه از ورقه ای چهار وجهی و یا هشت­ وجهی تشکیل شده است و این آرایش از ورق ­ها نقش مهمی در تعریف و تمایز این کانی رس دارد.  در ورق چهار وجهی، چهارضلعی سیلیکون- اکسیژن با به اشتراک گذاشتن سه گوشه به چهارضلعی همسایه وصل می­شود در حالی که گوشه چهارم هر چهارضلعی بخشی از ورق هشت ­وجهی مجاور را تشکیل می­ دهد. ورقه هشت ­وجهی معمولاً از آلومینیوم یا منیزیم با همسایگی شش با اکسیژن موجود در ورق چهاروجهی و با هیدروکسیل تشکیل شده است. ورق­ ها یک لایه تشکیل می ­دهند و ممکن است چندین لایه در یک بلورک رس به هم بپیوندند. نانوکامپوزیت
از خصوصیات متنوع نانو کامپوزیت‌ها می‌توان به بالابودن نسبت سطح به حجم انعطاف‌پذیری بالا بدون کاهش استحکام و مقاومت در برابر خراشیدگی و همچنین خواص نوری مطلوب مانند شفافیت که به اندازه ذرات بستگی دارد اشاره نمود. از منظر ساختاری ذرات و الیاف معمولاً باعث ایجاد استحکام در بستر می‌شود و بستر پلیمری می‌تواند با چسبیدن به مواد معدنی نیروهای اعمال شده به کامپوزیت را به نحو یکنواختی به ماده تقویت‌کننده منتقل می‌کند. در این حالت خصوصیاتی چون سختی –شفافیت و تخلخل بستر کامپوزیت تغییر می‌کند. بستر پلیمری همچنین می‌تواند سطح تقویت‌کننده را از اسیب‌ها حفظ کند. طبیعت ودرجه این تعاملات نقشی محوری بر خصوصیات مختلف نانو کامپوزیت همچون حلالیت خواص نوری جنبه‌های الکتریکی مکانیکی و … دارد. نانوجوانه کربنی
در فناوری نانو یک نانوجوانهٔ کربنی ماده است که از ترکیب نانولوله‌های کربنی و یک فولرن بیضی شکل به وجود می‌آید و منجر به ایجاد یک ساختار «جوانه» متصل به لوله می‌گردد. نانولوله‌های کربنی در پزشکی
نانو لوله های کربنی به دلیل خواص منحصر به فردشان دارای قابلیت فوق العاده ای به عنوان یک جایگاه برای اتصال مولکول های دارو و رساندن دارو به بافت هدف هستند . جهت تقویت بیشتر سیستم های انتقال دارو بر پایه نانو لوله کربنی مولکول های هدف مانند فولیک اسید ، آنتی بادی ها ، نانو ذرات مغناطیسی می توانند بیشتر بر روی نانولوله های کربنی بارگذاری شده توسط دارو به صورت کوالانسی یا غیر کوالانسی متصل شوند تا قابلیت هدفگیری فعال را از طریق اندوسیتوزیس تبادل کند . همچنین بخش های انعکاسی همانند نوکلئوتیدهای رادیو اکتیو و پروب های فلورسانس نیز می توانند به نانولوله ها متصل شده تا نقل و انتقال درون موالکولی و توزیع زیستی درون و خارج از بدن را به سهولت و به طور تهاجمی دنبال کند. علارغم مزایای ذکر شده در خصوص نانولوله های کربنی برای انتقال هدفمند دارو مانند دارا بودن نسبت سطح به حجم بالا با قابلیت عامل دار شدن ، جذب سریع مولکولی و ... مواردی مانند سمیت مربوط به کاربرد های زیست پزشکی تا به امروز بحث برانگیز باقی مانده است . علی رغم تلاش های موفقیت آمیز گوناگون در خصوص انتقال دارو با نانولوله های کربنی در خارج از بدن تا یک درجه پایین تر در درون بدن ، سیستم های دارورسانی هنوز نسبت به آن جه که برای استفاده در سیستم های پزشکی واقعی قابل قبول بوده است دور از دسترس در نظر گرفته می شوند . همانطور که بیان شد درک ابتدایی مربوط به سمیت نانولوله ها مشخص شده است . به طور کلی نانولوله ها با دارا بودن سطوح آبگریز غیر عامل دار و درجه بالایی از آلودگی فلزات سنگین باقی مانده تمایل به سمیت سلولی بیشتر دارند .  مشکل آلودگی فلزات سنگین می تواند ، به سهولت توسط خالص سازی برطرف شود در حالی که مواردی همچون قابلیت پراکندگی آبی ضعیف و تمایل به تجمع بالای نانو لوله های اولیه می توانند توسط عامل دار کردن مناسب سطح حل شوند .  عامل دار کردن می تواند ، توسط پوشش دهی غیر کوالانسی با درشت مولکول های آمفیفیلیک ( ترکیب های آلی شامل گروه های محلول و نامحلول در آب ) مانند لیپر ، پلیمرها یا بهبود ساختار اسکلتی با گروه های عاملی آب دوست صورت گیرد علاوه بر بهبود قابلیت پراکندگی آبی و کاهش سمیت سلولی ، عامل دار کردن سطح نیز جایگاه های اتصال اضافی برای بارگذاری داروها ، برای روش های هدفگیری یا برای اهداف عکس برداری فراهم می کند . در مجموع نانولوله ها به خصوص آن دسته از نانولوله ها که با پلیمر ها عامل دار شده اند دارای نیمه عمر گردشی طولانی و قابلیت دسترس پذیری زیستی بهبود یافته هستند . در آزمایشات صورت گرفته مشخص شده است که نانولوله های پایدار و محلول در آب بسیار سازگار با محیط زیست، غیر سمی و به طور بالقوه برای کاربردهای زیست پزشکی کاربرد دارند. توزیع های بیولوژیکی با عملکرد و احتمالا اندازه نانولوله ها نیز متفاوت است، با تمایل به تجمع در سیستم رتیکولودنوئیدی (RES)، از جمله کبد و طحال، پس از تزریق داخل بدن اگر به خوبی عملکرده باشد ، نانولوله ها عمدتا از طریق مسیر صفراوی در مدفوع دفع می شوند. تحویل داروهای مبتنی بر نانولوله کربن در آزمایش های مختلف آزمایشگاهی از جمله تحویل RNA (سارنای)، پلاکتاکسل و دوکسوروبیسین، وعده داده شده است. علاوه بر این، نانولوله های کربنی تک سیلند با خواص نوری جالب ذاتی، به عنوان فتوولومینسانس جدید و عوامل کنتراست فتوآکوستیک برای تصویربرداری از سلول ها و حیوانات استفاده شده است در سال های اخیر، تلاش هایی نیز برای بررسی قابلیت های بالقوه بیولوژیکی cnts، با توجه به ابعاد، شکل و ساختار جالب خود، و همچنین ویژگی های فیزیکی جذاب و منحصر به فرد با قطرهای 1 و 2 نانومتر و طول های کوتاه تا 50 نانومتر تا 1 سانتیمتر، یا به عبارتی برنج های یک بعدی نانومواد هستند که میتوانند در محیط بیولوژیکی عمل کنند و فرصت های جدیدی در تحقیقات زیست پزشکی ارائه دهند. نانولوله ی قابل انعطاف ممکن است برای تسهیل اتصال چندین اتصال کاربردی به یک سلول، که منجر به اثر چند واکنشی شده و اتصال نانولوله های با لیگاند های هدفمند شود. اتصال سلول های مولکولی از مولکول های مختلف را می تواند به راحتی بر روی سطح پلیارومایک نانولوله ها به دست آورد.  (swnts) مواد بسیار جذبی با جذب نوری قوی در محدوده نزدیک به مادون قرمز به علت انتقال نوری هستند و در نتیجه می تواند برای درمان فوتوترمال استفاده شود و تصویربرداری فتوشاپی ، سوپ نیمه هادی ها با فاصله های باند کوچک به ترتیب 1 عدد فوتولومینسانس را در محدوده نویر نشان می دهد. محدوده انتشار تابش 800 نانومتر 2000 است ،که پنجره شفافیت بافت بیولوژیکی را پوشش می دهد و بنابراین مناسب برای تصویربرداری بیولوژیکی است.  swnts نیز دارای امضاهای مختلف برای تشخیص / تصویربرداری است که دارای مقطع پراکندگی بزرگ برای لوله های تک است .خواص فیزیکی ذاتی swnts می تواند برای تصویربرداری چند متغیری و درمان استفاده شود. در مقابل swnts، mwnts توسط چند لایه گرافن تشکیل شده و دارای قطر بسیار بزرگتر (10 100nm) هستند. اگر چه mwnts خواص نوری ثروتمند و جذاب تر از swnts را نشان می دهد، استفاده از آنها در سیستم های بیولوژیکی می تواند متفاوت باشد از جنس های بریده شده به دلیل اندازه های بزرگتر آنها، که می تواند راه حل های مختلف برای مقاصد مختلف ارائه دهد، مانند تحویل بیومولکول های بزرگ از جمله پلاسمید های Dna به سلول تحقیقات در جهت استفاده از نانولوله های کربنی برای کاربردهای بیومدیک، به واسطه خواص مختلف CNT، به سرعت در حال پیشرفت است.سنسورهای مبتنی بر cnt برای تشخیص گونه های بیولوژیکی از جمله پروتئین و DNA توسعه یافته اند . بر اساس خصوصیات نوری آنها، swnts را می توان به عنوان برچسب های نوری یا کنتراست برای روش های مختلف تصویربرداری بیولوژیکی استفاده کرد. در تحقیقات نشان داده شده که cnts به درستی فعال شده قادر به وارد شدن به سلول های بدون سمیت هستند، حمل کالاهای مولکولی مختلف به سلول ها آخرین مطالعه است که نشان داده است وعده استفاده از cnts برای درمان سرطان در یک مدل موش صورت گرفته است ، اما علیرغم این یافته های هیجان انگیز، محققان گزارش های منفی از CNT را گزارش کرده اند که نشان می دهد نانولوله های غیرفعال شده برای سلول ها و حیوانات سمی هستند. توزیع بیولوژیکی و سرنوشت طولانی مدت CNT ها توسط چندین گروه مختلف مورد بررسی قرار گرفته است، نتایج مختلف با استفاده از روش ها و مواد مختلف بدست آمده است.این یافته های بحث برانگیز نیاز به توضیح دارد تا از آشفتگی مردم جلوگیری شود. مقاومت و رسانایی الکتریکی
گرافیت آلوتروپ دیگر کربن ماده‌ای سیاه و نرم بوده و ساختار لایه‌ای دارد؛ در گرافیت، هر یک از اتم‌های کربن در هر لایه با سه اتم مجاور خود پیوند دارد. یعنی چهار الکترون پیوندی با سه اتم کربن دیگر پیوند برقرار می‌کنند، بنابراین هر اتم کربن با یکی از اتم‌های کربنی که با آن پیوند دارد، پیوندی دوگانه برقرار می‌کند. یکی از این پیوندها سست بوده و در نتیجه یکی از الکترون‌های متعلق به هر کربن تقریباً آزاد بوده و می‌تواند در سراسر لایه حرکت کند. حرکت یون یا الکترون سبب رسانایی الکتریسیته می‌شود. در نتیجه گرافیت در طول هر لایه از لایه‌های خود رسانایی الکتریسیته دارد البته با پیش رفت علوم نانو، کاربرد کربن بسیار بیشتر شده‌است. از این لحاظ اتم کربن به لحاظ انواع پیوندهایی که می‌تواند تشکیل دهد بی نظیر است. همین موضوع باعث اهمیت فوق‌العاده کربن در علوم نانو شده‌ است. نانو الکترونیک
از جمله نانو ساختارها که حتی نسبت به نانو لوله‌های کربنی دارای مزایای بیشتری نیز می‌باشد C۶۰ است. C۶۰ از ۱۲ پنج ضلعی و ۲۰ شش ضلعی تشکیل شده که به شکل متقارنی در کنار هم قرار گرفته‌اند. نانوفیبر کربنی
در سال 2017 ، یک گروه تحقیقاتی در دانشگاه Tsinghua از رشد اسقاطی نانو الیاف کربن همسو، پیوسته و بدون کاتالیزور از یک الگوی نانولوله کربنی خبر داد. فرآیند ساخت شامل ضخیم شدن فیلم‌های پیوسته نانولوله کربن توسط رسوب کربن پیرولیتیک فاز گاز و گرافیت سازی بیشتر لایه کربن توسط عملیات حرارتی است. به دلیل مکانیسم رشد اپیتاکسیال، این الیاف دارای خواص عالی از جمله چگالی کم، مقاومت مکانیکی زیاد، رسانایی الکتریکی زیاد و رسانندگی گرمایی زیاد است. نانومواد
خواص مغناطیسی خواص نوری مواد
نانوتکنولوژی نانوفناوری سبز
بازار امروزِ تکنولوژی‌های مبتنی بر فناوری نانو به کار برده شده برای تصفیه آب متشکل از اسمز معکوس، نانو فیلتراسیون و غشاهای اولترا فیلتراسیون می‌باشد. در میان محصولات مهندسی می‌توان از فیبرهای نانویی، نانو لوله‌های کربنی و نانو ذرات مختلف نام برد. انتظار می‌رود فناوری نانو به صورت مؤثر تری با آلودگی‌هایی که سیستم‌های تصفیه آب معمولی سعی در تصفیه آن دارند، برخورد کند، از جملهٔ این آلودگی‌ها باکتری‌ها، ویروس‌ها و فلزات سنگین می‌باشد. این کارامدی فناوری نانو ریشه در منطقه سطحی بسیار خاص مواد نانویی دارد که انحلال، واکنش‌پذیری و جذب آلودگی‌ها را افزایش می‌دهد. سنتز نانو لوله‌های کربنی
یک گزینه جایگزین برای جداسازی، توسعه رشد انتخابی CNTهای نیمه هادی یا فلزی است. اخیراً، یک دستورالعمل جدید CVD که شامل ترکیبی از گازهای اتانول و متانول و بسترهای کوارتز است و در نتیجه آرایه‌های افقی با نانولوله‌های نیمه رسانا ۹۵–۹۸٪ آراسته می‌شوند، اعلام شد. نانوسیم
گروهی از روش‌ها برای ساخت نانوسیم‌های نیمه هادی در دسترس می‌باشند سیم‌های کوانتومی همگن را می‌توان با قطر پایین تا ۳ نانومتر و با وجود ناخالصی‌های خاص برای کنترل ویژگی‌های الکترونیکی، ساخت. اخیراً رشد کنترل شدهٔ محوری و شعاعی ناهمگن بدست آمده‌است که در آن به ترکیب یا دوپینگ به ترتیب بر روی یک سطح اتمی همراه یا عمود بر محور سیم کوانتومی سوار می‌شود. این طیف گستردهٔ ساختارهای کنترل شده، پیشرفت دستگاه‌های ریزمقیاس قدرتمند و یکتای الکترونیکی و اپتوالکترونیکی را برای استفاده در آینده میسر می‌سازد. ویژگی‌های مکانیکی نانوسیم‌های نیمه هادی، با توجه به کاربردهای بالقوه آن‌ها در دستگاه‌های الکترونیکی و الکترومکانیکی جالب است. اکسید روی یک نیمه هادی با یک شکاف مستقیم و وسیع باند در اندازهٔ ۳٫۳۷ الکترون ولت است؛ که دارای خواص فیزوالکتریک، زیست سازگاری خوب و در نتیجه تعدادی کاربردهای متفاوت است. درحالی که ضریب یانگ از اکسید روی، مستقل از قطر است و بیشترین مقدار استحکام برای سیم‌های با قطر کم بوده و حداکثر مقادیر تا ۴۰ برابر بخش عمده است.رده:نانوالکترونیک نانو رم
در یک ماتریس فابریک نبافته از نانولوله‌های کربنی (CNTs)، نانولوله‌های متقاطع بسته به موقعیت آنها می‌توانند تماس پیدا کنند یا کمی از هم جدا شوند. هنگام تماس، نانولوله‌های کربنی توسط نیروی واندروالسی در کنار هم قرار می‌گیرند. هر سلول "NRAM" از شبکه ای بهم پیوسته از CNTها واقع شده‌است که بین دو الکترود قرار دارد و در شکل ۱ نشان داده شده‌است. بافت CNT بین دو الکترود فلزی قرار دارد که توسط فوتولیتوگرافی تعریف و شیاردار می‌شود و سلول NRAM را تشکیل می‌دهد. نانتیرو در سال ۲۰۰۱ تأسیس شد و مقر آن در ووبورن، ماساچوست است. نانوفیبر کربنی
معمولاً کاتالیزور مورد استفاده آهن است که غالباً با گوگرد، سولفید هیدروژن و غیره تصفیه می‌شود تا نقطه ذوب را کاهش داده و نفوذ آن را به منافذ کربن تسهیل کند و از این رو، مکان‌های رشد بیشتری تولید کند. آهن/نیکل، نیکل، کبالت، منگنز، مس، وانادیم، کروم ، مولیبدن، سرب، منیزیم اکسید و آلومینیم اکسید نیز به عنوان کاتالیزور استفاده می‌شوند. استیلن، اتیلن، متان، گاز طبیعی و بنزن بیشترین گازهای کربنی مورد استفاده هستند. غالباً مونوکسیدکربن (CO) در جریان گاز وارد می شود تا با کاهش اکسیدهای احتمالی آهن در سیستم، عملکرد کربن افزایش یابد. نانو الکترونیک
امروزه در زمینه‌های مختلف از جمله فناوری نانو پیوند میان رشته‌های مختلف علوم امری انکارناپذیراست. از جمله نتایج این همکاری طراحی نانو محاسبه‌گرها می‌باشد. هیدرو کربن‌های آروماتیک از ریشه بنزن به علت وجود اوربیتال‌های p و ابر الکترونی در بالا و پایین آن‌ها و همچنین پدیده رزونانس می‌توانند محیط انتقال خوبی برای الکترون باشند و بر عکس هیدروکربن‌های زنجیری مانند نارسانا عمل می‌کنند. از به هم پیوستن این هیدروکربن‌ها با هم می‌توان دیود، گیت‌های منطقی و مدارهای الکترونیکی را طراحی کرد. نانولوله کربنی
می‌توان نانولوله‌های کربنی تک جداره را به عنوان برش‌هایی از یک شبکه شش‌ضلعی اتم‌های کربنی که در امتداد یکی از بردارهای شبکه براوه قرار گرفته‌اند تصور کرد تا یک استوانهٔ توخالی شکل بگیرد، هرچند آنها به این روش ساخته نمی‌شوند. نانولوله‌های کربنی، ساختارهای حلقوی توخالی و متشکل از اتم‌های کربن هستند که می‌توانند به شکل تک یا چندجداره آرایش یابند و دارای خواص فلزی و شبه رسانایی نیز هستند. کربن
از دیگر دگرشکل‌های شناخته شده، کربن نانوفوم است که در سال ۱۹۹۷ کشف شد. این دگرشکل متشکل از مجموعه خوشه‌های دارای چگالی کم از اتم‌های کربن است که این اتم‌های کربنی به‌صورت رشته مانند در شبکه سه‌بعدی ضعیفی نگه داشته شده‌اند. در ساختار این کربن نانوفوم، اتم‌ها به‌صورت مثلثی با یکدیگر در پیوند هستند و منجر به تشکیل حلقه‌هایی شش یا هفت عضوی می‌شوند. این دگرشکل یکی از سبک‌ترین مواد جامد شناخته شده‌است به‌طوری که تنها دارای یک چگالی ۲ کیلوگرم برای هر متر مکعب است. به‌صورت مشابهی با کربن نانوفوم، کربن شیشه‌ای نیز شامل نسبت زیادی فضاهای متخلخل بسته‌است با این تفاوت که برخلاف ساختار گرافیتی، فاقد ساختاری منظم از صفحات چیده شده بر روی یکدیگر همانند صفحات یک کتاب است و صفحات به‌صورت نامنظم و تصادفی بر روی یک‌دیگر قرار گرفته‌اند. نانو لوله‌های نیترید بور
تمام تکنیک‌های ثابت رشد نانو لوله‌های کربنی مانند تخلیه قوس، لیزر فرسایش و رسوب بخار شیمیایی برای تولید انبوه نانو لوله‌های BN در مقایس ۱۰ گرم استفاده می‌شود. نانو لوله‌های BN همچنین می‌توانند از طریق گلوله زنی بور آمورف، مخلوط با کاتالیزور (پودر آهن) تحت جو آمونیاک(NH) تولید شوند، آنیل بعدی در دمای ۱۱۰۰ درجه سانتی گراد در جریان نیتروژن بیشتر محصول را به BN تبدیل می‌کند.روش فشار بالا با درجه حرارت بالا نیز برای سنتز نانولوله‌های BN مناسب است. مسیر تولید BNNT به دلیل عملکرد و کیفیت پایین در مقایسه با CNT مسئله مهمی است، بنابراین کاربردهای عملی آن را محدودتر کرده‌است، با این وجود در سال‌های اخیر موفقیت‌های زیادی در سنتز BNNT حاصل شده‌است که دسترسی به این ماده را امکان‌پذیر می‌سازد و زمینه را برای توسعه برنامه‌های امیدوار کننده هموار می‌سازد. اخیراً پیشرفت‌های قابل توجهی توسط دانشگاه Deakin استرالیا حاصل شده ، که با یک فرایند تولید «جدید و مقایس پذیر» انجام شده‌است و برای اولین بار از زمان کشف این مواد برای دو دهه پیش، تولید BNNTها را در مقیاس و مقادیر زیاد امکان‌پذیر می‌کند. گروهPPK موجودASX در فهرست استرالیایی(ASX:PPK) یک قرار داد سرمایه‌گذاری مشترک با دانشگاه Deakin در نوامبر ۲۰۱۸ برای BNNT Technology Limited امضا کردند که با هدف تولید نانولوله‌های نیترید بور(BNNT) برای زمینه‌های تجاری بود. این همکاری با سرمایه‌گذاری دولت استرالیا در BNNT Technology Limited پشتیبانی می‌شود و ممکن است، به‌طور قابل توجهی عرضه جهانیBNNT را باز کند که مجموعه جدیدی از کاربردها، برنامه‌ها، مواد کامپوزیتها و فناوری را باز می‌کند. سنتز نانو لوله‌های کربنی
CVD با رشد فوق‌العاده (انباشت شیمیایی بخار به کمک آب) توسط کنجی هاتا، سومیو ایجیما و همکارانش در AIST ژاپن ساخته شد. در این فرایند، فعالیت و طول عمر کاتالیزور با افزودن آب به راکتور CVD افزایش می‌یابد. آرایه‌های نانولوله به صورت عمودی با ارتفاع یک میلی‌متر هم راستا (VANTA) یا «جنگل»، در راستای عمود بر لایه تولید شدند. ارتفاع جنگل‌ها را می‌توان به عنوان مثال بیان کرد نانوالیاف
به‌طورکلی الیاف به سه دسته الیاف معمولی، الیاف میکرونی و نانوالیاف طبقه‌بندی می⁪شوند. طبق تعریف الیاف دسته⁪ای از مواد هستند که به‌صورت فیلامنت⁪های مداوم بوده یا در طول⁪های مشخصی بریده شده ⁪اند. خاصیت اصلی الیاف نسبت طول به قطر بسیار بالا می⁪باشد. الیاف میکرونی الیافی هستند که در آن‌ها رشته⁪ها کمتر از یک دنیربه‌صورت جرم در واحد گرم بر ۹۰۰۰ متر کمتر از یک میکرومتر را نانوالیاف می⁪نامند. این الیاف با طول‌های نسبتاً کوتاه چند میکرونی و با قطر کم‌تر از ۵۰۰ نانومتر مانند نانو سیم هاازانواع ساختارهای تک بعدی می‌باشند.[۳] به‌طورکلی چندین روش برای تولید نانوالیاف وجود دارد که برخی از آن‌ها شامل روش کشش، جداسازی الیاف چندجزئی، روش قالب، دمش، جدایش فازی، خودآرایی ماکرومولکول⁪ها، الکتروریسی و غیره می‌باشد. ریسنای تولید الیاف پلیمری با قطر زیر نانومتری است که ایده ستفاده کرد.[۳] در این میان نتایج تحقیقات صورت گرفته توسط محققین فعال در حوضه فناوری تولید نانوالیاف حاکی از برتری فرایند الکتروریسی نسبت به سایر روش⁪ها می⁪باشد. فرایند الکتروریسی از لحاظ سرعت تولید، تنوع، پیوستگی، سادگی، هزینه و تجاری‌سازی بر سایر روش⁪ها ارجح‌تر می‌باشد. تاکنون بیش از ۱۰۰ نوع ماده پلیمری، کوپلیمری، و مواد کامپوزیتی توسط این فرایند با موفقیت به نانوالیاف تبدیل شده‌است. سنتز نانو لوله‌های کربنی
بنابراین واکنش نهایی به شکل زیر است نانوتیوب سیلیکونی
نانوساختار های با بعد کم چون نانولوله ها و نانوسیم ها به داشتن خواصی که بطور برجسته از ساختار کریستالی متعارف مواد تشکیل دهنده خود متفاوت است، مانند اثرات کوانتوم مکانیکی در ابعاد کوچک و غیره شناخته می شوند. که در این بین نانوساختار های با بعد کم مبتنی بر کربن همانند لوله های کربنی و گرافن، توجه بسیاری را به خود جلب کرده اند. اعتقاد بر این است که نانوساختار های سیلیکونی یک نامزد بالقوه برای کاربرد های متنوع مانند ساخت آشکارساز های بهتر بیماری، سنسور های بیولوژیکی و لوازم الکترونیکی کوچک مانند تراشه های حافظه با چگالی فوق العاده بالا برای محاسبات فوق سریع می باشند. نانو سیلیس
از نانو ذرات سیلیکا در موارد زیر استفاده می‌شود نانو سیلیس به سه شکل پودر، ژل و کلویید در صنایع رنگ به عنوان مات کننده، افزایش دهنده غلظت و افزایش دهنده مقاومت محیطی و خواص سایشی استفاده می‌شود. نانو سیلیس کاملاً شفاف است و می‌تواند در پوشش‌های شفاف مورد استفاده قرار گیرد. همچنین می‌تواند در صنعت لاستیک به عنوان پرکننده استفاده شده و استحکام و طول عمر لاستیک را افزایش دهد. این جایگزینی علاوه بر حذف مشکلات زیست‌محیطی دوده، مصرف انرژی جهت حرکت و میزان صدای ناشی از حرکت را کاهش می‌دهد. نانو سیلیس در سازه‌های بتنی و ترکیبات سیمانی، مقاومت محیطی بتن نهایی حاصل را افزایش می‌دهد. استفاده از این ماده همچنین باعث بهبود خواص سایشی و استحکام ترکیب در کنار کاهش نفوذپذیری و کاهش حجم خشک سیمان می‌شود. کاربرد دیگر نانوذرات، در عایق‌های حرارتی و عایق‌های الکتریکی است. با اعمال شرایط خاص، می‌توان از این ذرات که به صورت پودر هستند، ساختارهای متخلخل به دست آورد. ساختار متخلخل کاربردهای جالبی دارد و از جمله می‌توان از آنها به عنوان تصفیه کننده استفاده کرد. امروزه توانسته‌اند از نانوپودر سیلیس با توزیع اندازة ذرات کم، پولیشرهای مکانیکی و شیمیایی تولید کنند. در این روش، مشکلاتی که در پولیش سطوح با استفاده از اسیدها و پولیشرهای دیگر وجود داشت، رفع شده‌است. ماسک تنفسی
نانوالیاف به‌دلیل اندازهٔ حفره‌های ریز، یکنواخت، و درصد تخلخل بالا، باعث می‌شود که عبور بخار آب و گاز دی‌اکسید کربن ناشی از تنفس در ماسک‌های حاوی نانوالیاف بهتر صورت گیرد. یکنواختی اندازهٔ و نسبت سطح به حجم بالایی که نانوالیاف دارد، امکان تولید ماسک تنفسی با کارایی فیلتراسیون بالا و حفظ کارایی در مدت زمان استفاده را فراهم کرده‌است. نانولوله کربنی
طول یک نانولوله کربنی که با روش‌های معمول تولید شده‌است اغلب گزارش نمی‌شود، اما معمولاً طول آن بسیار بیشتر از قطر آن است؛ بنابراین، برای بسیاری از اهداف، اثرات انتهایی نادیده گرفته می‌شوند و طول نانولوله‌های کربنی بی‌نهایت در نظر گرفته می‌شوند. نانورادیو
این نانولوله که حدود ۱۰ نانومتر قطر و چندصد نانومتر طول دارد، در خلأ قرار داده می‌شود و یک انتهایش به الکترودی از یک باتری متصل است. الکترود دیگر در فاصله‌ای کوتاه از انتهای دیگر نانولوله قرار داده می‌شود. لوله که اکنون باردار گشته، هماهنگ با سیگنال الکترومغناطیسی خارجی مرتعش شده، و به عنوان یک آنتن عمل می‌کند. فرکانس ارتعاش مطلوب را می‌توان با تغییر ولتاژ اعمال‌شده تنظیم کرد که امکان تنظیم رادیو برای فرکانس‌های حامل مختلف را فراهم می‌سازد. همچنان که الکترون‌ها در طول فاصلهٔ بین لوله و الکترود دوم تونل می‌زنند، اثر گسیل الکترون میدانی باعث جاری‌شدن جریان می‌شود. جریان، نمایانگر نسخهٔ تقویت‌شده‌ای از سیگنال رادیویی است؛ همچنین دمودولاسیون لازم نیست. نانولوله‌های کربنی در پزشکی
نانولوله‌های کربنی کاربردهای وسیعی در پزشکی نوین پیدا کرده‌اند و مشخصا به صورتی وسیع در حوزه دارورسانی و حسگرهای زیستی به کار می‌روند. سرطان به عنوان بیماری رشد و تولید مثل غیر نرمال سلول‌ها، یکی از اولین زمینه‌هایی بود که کاربرد نانوله‌های کربنی در دارورسانی مربوط به آن، مورد مطالعه قرار گرفت. در حال حاضر روش‌های درمانی سرطان، جراحی، پرتودرمانی و شیمی‌درمانی است که غالباً روش‌هایی دردآور و پرهزینه با اثرات جانبی شدید است. پژوهش‌ها برای دارورسانی هدفمند به کمک نانولوله‌های کربنی به مناطق تحت تأثیر سرطان، نشان می‌دهد پتانسیل زیادی برای استفاده از این ساختارها برای کاهش درد و هزینه و اثرات جانبی در درمان سلول‌های سرطانی وجود دارد. کربین
LCCها در داخل نانولوله‌های کربنی دوجداره منجر به افزایش سیگنال فوتولومینسانس (PL) لوله‌های داخلی تا فاکتور ۶ برای لوله‌های با کریستالیته (۸٬۳) می‌شوند. این رفتار را می‌توان به انتقال بار موضعی از لوله‌های داخلی به زنجیرهای کربن برای خنثی نمودن مکانیسم‌های اطفا کننده ناشی از لوله‌های بیرونی نسبت داد. نانوتیوب سیلیکونی
نانوتیوب‌های سیلیکونی نانوذراتی هستند که ساختاری شبیه لوله از اتم‌های سیلیکون ایجاد می‌کنند. آنها به دلیل خواص فیزیکی غیرعادی شان که اساساً با خواص بنیادی توده سیلیکونی متفاوت است، در فناوری دارای اهمیت هستند. اولین گزارش‌ها دربارهٔ نانوتیوب‌های سیلیکونی حدود سال ۲۰۰۰ منتشر شد. فناوری نانو و فلزات
پوشش‌های سرامیکی در میان انواع پوشش‌ها دارای ویژگی حرارتی و الکتریکی بالا، پایداری زیاد در برابر خوردگی، فرسایش و سایش است. با اضافه شدن نانو ذرات سرامیکی به رنگ‌ها می‌توان بر دوام فلزات در برابر خوردگی افزود. زمانی که قطعه رنگ آمیزی شده را در کوره حرارت می‌دهند، نانو ذرات سرامیکی پیوند عرضی با شبکه متراکم تشکیل می‌دهند و این سبب می‌شود تا رنگ یا لاک پوششی محافظت بهتری در برابر خش افتادن داشته باشد. کربن
کربن استیلنی خطی که با نام کاربین نیز شناخته می‌شود، دارای ساختار شیمیایی C≡C-)-) است. کربن در این نوع دگرشکل، دارای هیبریداسیون از نوع sp است و شکل کلی دگرشکل مانند یک پلیمر است که دارای پیوندهای یگانه و سه‌گانه به‌صورت یک‌درمیان است. کاربین توجه زیادی را در نانوفناوری به خود جلب کرده‌است چراکه دارای مدول یانگ برابر با ۴۰ برابر الماس است. کربن دات در سال ۲۰۰۴ به‌طور تصادفی در خالص سازی نانولوله‌های کربنی تک جداره کشف شد. این کشف مطالعات گسترده‌ای را برای بهره‌برداری از ویژگی‌های فلورسانس کربن دات ایجاد کرد. از "هکلیتز"، "فگرافن"، "نوامن"، "پروتومن"، "زایدین"، "کربن یو"، به عنوان دیگر شکل‌های ممکن کربن یاد شده‌است. کربین
در سال ۲۰۱۷ فواصل پیوندی زنجیره‌های کربنی خطی محدود (LCC) در داخل نانولوله‌های کربنی دوجداره با طول‌های ۳۶ تا ۶۰۰۰ اتم کربن برای اولین بار در محدوده ۲٫۲۵۳ تا ۱٫۸۴۸ الکترون ولت تعیین شد، که از یک رابطه خطی با فرکانس رامان تبعیت می‌کند. این کران پایین، کوچکترین فاصله پیوندی زنجیره کربن خطی است که تاکنون دیده شده‌است. مقایسه با داده‌های آزمایشگاهی به دست آمده برای زنجیره‌های کوتاه در فاز گازی یا در محلول نشان دهنده اثر بسته‌بندی DWCNT است که منجر به کاهش اساسی فاصله پیوندی می‌شود. نانولوله کربنی
انتظار می‌رود که همهٔ نانولوله‌ها رسانای گرمایی بسیار خوبی در امتداد لوله باشند، خاصیتی که به «رسانش پرتابیک» معروف است، اما مجانب محور لوله (در جهت شعاعی)، عایق‌های خوبی باشند. اندازه‌گیری‌ها نشان می‌دهد که یک SWNT تکی در امتداد محور خود، رسانندگی گرمایی حدود ۳۵۰۰ وات بر متر کلوین، در دمای اتاق دارد. این مقدار را با مس مقایسه کنید، فلزی که به دلیل رسانندگی گرمایی خوب شناخته شده‌است و ۳۸۵ وات بر متر کلوین را منتقل می‌کند. یک SWNT تکی در جهت شعاعی (مجانب محور لوله)، رسانندگی گرمایی ۱٫۵۲ وات بر متر کلوین در دمای اتاق دارد، که تقریباً به اندازه رسانندگی گرمایی خاک است. مجموعه‌های ماکروسکوپی نانولوله‌ها مانند فیلم‌ها یا الیاف تاکنون به ۱۵۰۰ وات بر متر کلوین رسیده‌اند. شبکه‌های نانولوله‌ها مقادیر مختلفی از رسانندگی گرمایی را نشان می‌دهند، از سطح عایق حرارتی با رسانندگی گرمایی ۰٫۱ وات بر متر کلوین تا مقادیر بالایی که به آنها اشاره شد. این تفاوت به دلیل وجود ناخالصی‌ها، ناهماهنگی‌ها و سایر عواملی است که در مقاومت حرارتی تأثیرگذار هستند. پایداری دمایی نانولوله‌های کربنی تا ۲۸۰۰ درجه سانتیگراد در خلا و حدود ۷۵۰ درجه سانتیگراد در هوا تخمین زده شده‌است. نانو الکترونیک
به علت اینکه کربن با سه پیوند همچنان دارای یک اوربیتال خالی p می‌باشد، حرکت موجی الکترون‌ها به راحتی در سطح بیرونی این لوله‌ها صورت می‌گیرد. این ساختار کربنی علاوه بر رسانایی بالا دارای استحکام مکانیکی بسیار خوبی نیز است. البته در کنار این مزایا مشکلاتی نیز وجود دارد. اغلب فرایندهای ساخت نانو تیوب‌ها به گو نه‌ای می‌باشند که امکان کنترل و نظارت کامل در طول فرایند وجود ندارد به عنوان مثال تعیین قطر دقیق و یکسان برای لوله‌های کشت شده در یک محیط، کنترل تولید نانو لوله‌های تک دیواره یا چند لایه یا ساخت نانو لوله‌های مستقیم و بدون خم شدگی با طول زیاد از مسائلی است که هنوز در فرایند بهبود کیفیت تولید نیاز به مطالعه و تحقیقات بیشتری دارد. همچنین به علت پدیده تونل زنی الکترون که یک پدیده کوانتومی است امکان افزایش نشتی جریان و در نتیجه افزایش تلفات وجود دارد که بررسی روش‌های کاهش احتمال تونل زنی از جمله کارهایی است که می‌توان انجام داد. از کربن نانو تیوب‌ها به دلیل رسانایی بالا و مقاومت کم در دمای محیط در ساخت کانال هدایت ترانزیستورها، نوک میکروسکوپ‌های عکسبرداری در ابعاد نانو استفاده می‌شود. نانوکامپوزیت گرافنی
رسانایی زیاد و نسبت طول به عرض ذاتی گرافن، دستیابی به آستانه تراوایی الکتر یکی را در کسر وزنی‌های کمتر در مقایسه با دوده و نانو لوله‌های کربنی چنددیواره ممکن ساخته‌است این رسانایی کاربرد نانوکامپوزیت‌های پلیمرهای رسانا را از حسگرها تا موادی با قابلیت تخلیه الکتروستاتکیی و مواد محافظ و مداخله گر امواج الکترومغناطیسی و الکترودها گسترش می‌دهد. سنتز نانو لوله‌های کربنی
بیشتر این فرایندها در خلأ یا با گازهای فرآیندی صورت می‌گیرد. تولید نانو لوله‌های کربتی با روش انباشت بخار شیمیایی (CVD) می‌تواند هم در خلأ و هم در فشار جوی رخ دهد. برای تولید انبوه نانو لوله‌ها می‌توان از این روش‌ها استفاده کرد. نانولوله کربنی
نانولوله‌های کربنی به نانولوله‌های کربنی چندجداره(MWCNT) هم اشاره دارند که متشکل از نانولوله‌های کربنی تک‌جداره تو در تو هستند، که تحت اثر نیروهای ضعیف واندروالس در یک ساختار حلقه‌مانند درختی به هم متصل شده‌اند. این لوله‌ها بسیار شبیه لایه‌های کربن مستقیم و موازی اوبرلین، اندو و کویاما هستند که به صورت استوانه‌ای در اطراف یک لوله توخالی قرار گرفته‌اند. همچنین، نانولوله‌های کربنی چندجداره گاهی به نانولوله‌های کربنی دودیواره و سه‌دیواره اشاره دارد. سمنتیت
این واقعیت که فریت می تواند از سمنتیتی که در درجه حرارتهای بالا به تعادل رسیده رسوب کند ، ثابت می کند که در درجه حرارت کم میزان کربن درون سمنتیت افزایش می یابد. سمنتیت دارای سلول واحد اورتورمبیک است و وجه اشتراک آنها این است که پارامترهای شبکه را به ترتیب a=0.50837nm و b=0.67475nm و c=0.45165nm است. در سلول واحد 12 اتم آهن و 4 کربن، همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است وجود دارد. چهار اتم آهن در صفحه های آینه ای قرار می گیرند ، در حالی که هشت اتم دیگر در موقعیت های کلی قرار دارند. در سلول واحد سمنتیت مکان های بین نشینی منشوری ، هشت ضلعی و سه نوع چهاروجهی وجود دارد. اگر فضای درون هر یک از مراکز بین نشینی را تا مرز نزدیکترین اتم آهن مشخص کنیم ، اندازه آن ها 0.71 ، 0.53 ، 0.34 ، 0.26 و 0.28Å خواهد بود. رفتار سمنتیت در دمای کیوری خود یعنی 480 درجه کلوین از فرومغناطیس به پارامغناطیس تبدیل می شود. رفتار مغناطیسی سمنتیت بر حسب دما در نمودار زیز نشان داده شده است. سمنتیت هگزاگونال به عنوان پلی مورفی با پایداری متر نسبت به نوع ارتورمبیک آن نیز در مقالات مشاهده شده است. اگرچه در رابطه با ساختار واقعی آن و ترکیب شیمیایی آن همچنان شواهد آزمایشی کمی وجود دارد اما برخی محققان با استفاده از پراش الکترون پارامترهای شبکه آن را a=0.4767nm و c=0.4354nm بیان کرده اند.این ساختار در شکل زیر نشان داده شده است. فرآیند تشکیل نانولوله های کربنی از هیدروکربن های گازی با ذرات ریز فلزات انتقالی و به خصوص آهن صورت می پذیرد. آهن بالک و یا فیلم های نازک آن به اندازه ذرات ریز آهن در این امر مؤثر نیستند. این امر به این علت است که سطوح صاف الگوهای خوبی را برای رشد نانولوله ها فراهم نمیکنند در نتیجه سایز این ذرات کاتالیزور با قطر نانو لوله های تولید شده دارای ارتباط مستقیم است. آهن در شرایط مناسب تجزیه هیدروکربن ها را کاتالیز می کند ، اما در مورد اینکه آیا ذرات آهن باعث ایجاد هسته و رشد نانولوله های کربنی چند دیواره یا تک دیواره می شوند یا ذرات سمنتیتی که متعاقباً تشکیل می شوند باعث آن هستند. میکروسکوپ الکترونی عبوری یا SEM شواهد روشنی را برای اولین بار شکل گیری شبکه های گرافیکی روی ذرات سمنتیت ، و به دنبال آن رشد نانولوله های کربنی ارائه داده است. فرآیند رسوب کربن روی ذرات سمنتیت یکنواخت نیست ، بنابراین کربن درون سمنتیت از منطقه غنی از گرافیت به محلی که پوشش داده نشده نفوذ می کند و منجر به تشکیل نانولوله ها میشود.نوع پیوند کاملاً مشخص نیست ترکیبی از فلزی و یونی است و ترکیبی نا پایدار دارد نانولوله کربنی
اگرچه مقاومت پوسته هر نانولوله کربنی بسیار زیاد است، فعل و انفعالات برشی ضعیف بین پوسته‌های مجاور و لوله‌ها منجر به کاهش قابل توجهی در مقاومت مؤثر نانولوله‌های کربنی چندجداره و دسته‌های نانولوله‌های کربنی می‌شود که فقط به چند گیگاپاسکال می‌رسد. این محدودیت اخیراً با استفاده از تابش الکترونی پرانرژی، که پوسته‌های داخلی و لوله‌ها را بهم پیوند می‌زند، برطرف شده‌است، به طوری که به‌طور مؤثر مقاومت این مواد را به ۶۰ گیگاپاسکال برای نانولوله‌های کربنی چند جداره و ≈۱۷ گیگاپاسکال برای نانولوله‌های کربنی دو جداره افزایش می‌دهد. نانولوله‌های کربنی تحت فشار چنین قدرتی ندارند. به خاطر ساختار توخالی و نسبت ابعادی بالا، وقتی تحت تنش فشاری، پیچشی یا خمشی قرار بگیرند، کمانش می‌کنند. نانوفیبر کربنی
در فرآیند دسته‌ای که توسط تیبتس توسعه داده شد، مخلوطی از هیدروکربن / هیدروژن / هلیوم از روی مولایت (سیلیکات آلومینیوم بلوری) با ذرات رسوب کاتالیزور آهن ریز در 1000 درجه سانتیگراد عبور داده شد. هیدروکربن مورد استفاده، متان با غلظت حجمی 15٪ بود. رشد چندین سانتیمتری فیبر فقط در 10 دقیقه با زمان ماند گاز 20 ثانیه حاصل شد. به طور کلی، طول الیاف را می‌توان با زمان ماند گاز در راکتور کنترل کرد. گرانش و جهت جریان گاز به طور معمول در جهت رشد فیبر تأثیر می‌گذارند. سنتز نانو لوله‌های کربنی
همان‌طور که در معادله نشان داده شده‌است، اکسید لیتیوم تشکیل شده می‌تواند دی اکسیدکربن را در صورت وجود جذب کند و کربنات لیتیوم تشکیل دهد. مواد میان‌متخلخل
کربن میان‌متخلخل با نقص ساختاری بالا (DMC)، از گروه نانو مواد متخلخل است و حجم زیادی از ساختار آن را فضای خالی تشکیل می‌دهد. نسبت سطح به حجم (سطح ویژه) آن بسیار بالا ست و به همین دلیل در این نوع مواد تبادل یونی به سرعت صورت می‌گیرد و ساختار متخلخل و نیز نقض ساختاری بالا باعث افزایش خواص کاتالیستی مواد کربنی می‌شود. باتوجه به ویژگی‌هایی که ازاین نوع مواد ذکر شد به صورت گسترده از مواد کربنی در واکنش‌ها یا فرایندهایی که نیاز به تبادل یونی و سرعت بالای واکنش است استفاده می‌شود در ذیل به بررسی برخی از کاربردهای مواد نانو حفره کربنی و به‌طور مشخص DMC خواهیم پرداخت: سنتز نانو لوله‌های کربنی
نانولوله‌ها در سال ۱۹۹۱ در دوده کربن الکترودهای گرافیتی در هنگام تخلیه الکتریکی، با استفاده از جریان ۱۰۰ آمپر که برای تولید فولرن‌ها تنظیم شده بود مشاهده شدند. اولین تولید ماکروسکوپی نانولوله‌های کربنی در سال ۱۹۹۲ توسط دو محقق در آزمایشگاه تحقیقات بنیادی NEC انجام شد. روش مورد استفاده همان روش سال ۱۹۹۱ بود. در طی این فرایند، کربن موجود در الکترود منفی به دلیل تخلیه زیاد تصعید می‌شود. نانو در معماری پایدار
برخی از انواع نانوذرات درچسب‌های مختلف ونحوه تأثیر آن‌ها بر روی ویژگی‌های کلیدی مرتبط با فرسایش بتن؛ مانند ممانعت ازانتقال یون‌های کلر، مقاومت دربرابر دی‌اکسید کربن، پخش بخار آب، جذب آب وعمق نفوذ هدایت می‌شوند. نوعی حلال متشکل از رزین اپوکسی باوزن ملکولی پایین ونانوذرات رس، نتایج امیدوارکننده‌ای را در این زمینه نشان داده است. نانو در معماری پایدار
این نوع شیشه‌ها ضمن دارابودن تنوع دررنگ وسایر خصوصیات، قادرند باکاهش شدید امواج ماوراء بنفش ومادون قرمز عبوری وتنظیم عبور نورمرئی، در زمستان تا ۸۵درصد و در تابستان تا ۸۰درصد از هدر رفتن انرژی داخل ساختمان جلوگیری کرده و در صرفه جوئی مصرف انرژی، نقش بسزائی داشته باشند. نیترید کربن بتا
نانو میله‌های تک بلور β-CN می‌توانند از طریق آنیل حرارتی کردن نیترید کربن بتا به صورت پودر شکل یا پوسته ای شکل تحت جریان گاز NH به دست آیند. اندازهٔ این نانو میله‌ها به وسیلهٔ دما و مدت زمان انجام آنیل حرارتی تعیین می‌شود. این نانو میله‌ها رشد سریع تری را در بعد محورشان نسبت به قطر از خود نشان می‌دهند و انتهای آنها به شکل کروی است. برش متقاطع آن‌ها نشان دهندهٔ مورفولوژی منشوری است. این ماده معمولاً دارای مقداری فاز آمورف و بی‌شکل است هر چند هنگامی که این ماده در دمای ۴۵۰ درجه سلسیوس به مدت سه ساعت و تحت اتمسفر NH آنیل می‌شود؛ مقدار فاز آمورف آن به صفر نزدیک می‌گردد. نانو میله‌ها نسبت به نانو لوله‌ها متراکم تر هستند. سنتز این نانو میله‌ها از طریق فرایند آنیل حرارتی روشی مؤثر، مقرون به صرفه و پر بازده برای سنتز نانو میله‌های تک بلور نیترید کربن بتاست. نانولوله‌های کربنی در پزشکی
روش های مختلفی نیز برای سنتز نانولوله های کربنی بكار گرفته شده است که به دو نوع فیزیكی و شیمیایی تقسیم می شوند. در حال حاضر سه تكنیک اصلی برای سنتز انواع نانولوله های کربنی بكار می رود: تخلیه قوس الكتریكی (فیزیكی)، تبخیر لیزری (فیزیكی) و رسوب از فاز بخار (شیمیایی). نانوکامپوزیت
اتصال پلیمرها به نانولوله باعث افزایش حلالیت نانو لوله‌ها و در نتیجه گسترش کاربرد آن‌ها می‌شود علاوه بر ان خواص فیزیکی پلیمر ازقبیل استحکام مکانیکی و پایداری حرارتی ان با اتصال به نانو لوله بهبود می‌یابد و در نتیجه می‌توان با این روش نانو کامپوزیت‌هایی با ویژگی‌های قابل کنترل و مناسب کاربرد خاص ان تولید نمود. فناوری نانو و فلزات
یک روش برای تولید نانو پوشش‌ها، آبکاری یا گالوانیزه کردن است. مقاومت در برابر سایش نانو پوشش‌های ترکیبی B_6-P_12-〖Cr〗_۱۴-〖Ni〗_۳۶-〖Fe〗_۳۲ به مراتب از اجزاء تشکیل دهنده آمورف‌ها در مطالعات ثورپ و همکارانش بیشتر است. می‌توان با رشته‌های شیشه – فنر متشکل از نانو ساختار 〖Fe〗_۳۲-〖Si〗_10-B_۱۵-〖Cr〗_۳، مقاومت در برابر فرسایش و سایش را افزایش داد. نانو پوشش‌ها سبب دوام فولاد در محیط‌های اسیدی و قلیایی می‌شود. اما در محیط‌های دارای یون فعال دوام و پایایی خود را حفظ نمی‌کند. سنتز نانو لوله‌های کربنی
انباشت فاز بخار کاتالیزوری کربن در سال 1952 و ۱۹۵۹ گزارش شد اما در سال 1993 نانولوله‌های کربنی با این فرایند ایجاد شدند. در سال ۲۰۰۷، محققان دانشگاه سین سیناتی (UC) فرایندی را برای رشد آرایه‌های نانولوله کربنی همسو با طول ۱۸ میلی‌متر بر روی سیستم رشد نانولوله‌های کربنی FirstNano ET3000 ایجاد کردند. سنتز نانو لوله‌های کربنی
روش‌های تخلیه الکتریکی، کند و سوز لیزری، گسست ناهمگن مونوکسیدکربن فشار بالا و انباشت شیمیایی بخار (CVD) برای تولید انبوه نانولوله‌های کربنی توسعه یافته‌اند. هیدروژل‌های نانوکامپوزیتی
نانوتیوبهای کربن را هم می‌توان در هیدروژلهای نانوکامپوزیت به کار برد. نانوتیوبهای کربن دارای قدرت کشش بالا، وزن فوق‌العاده سبک و خواص شیمیایی و پایداری حرارتی هستند. نانوتیوبهای کربن می‌توانند به عنوان نانوپرکننده‌ها در هیدروژلهای نانوکامپوزیت به‌طور چشمگیر برای بهبود خواص مکانیکی و به وفور برای ایجاد کامپوزیتهای ناهمسان استفاده شوند. نانوتیوبهای کربن را می‌توان برای تولید پلیمرهای رسانای الکتریکی و سازه‌های مهندسی بافت با گنجایش بهبود تحریک الکتریکی کنترل شده به کار برد. یک نوع فعال کننده جدید بر پایه نانوتیوبهای کربن چند لایه و پلی وینیل الکل تهیه شده که با استفاده از میدان الکتریکی مستقیم خارجی فعال میشود. این مواد را میتوان به عنوان یک میکروسویچ، ماهیچه مصنوعی یا دستگاه پروتز مورد استفاده قرارداد. نانو در معماری پایدار
نانو الیاف‌های کربنی،لیفچه‌هاو دیگرنانومتریال‌ها، دیوارها و بام‌هایی را برای ما می‌سازند که از کاغذهای نازک نامرئی پوشیده شده‌است و با خواص الکتریکی متنوع خود درتعامل بانانوسنسورها و کوانتومدات‌ها بر جاذبه غلبه خواهند کرد؛ نانو تراشه‌هایی که مانند یک ابررسانای کوچک، همه اطلاعات را از خود عبور می‌دهند یا در خود ذخیره می‌کنند. فناوری نانو به ما این قدرت را می‌دهد تا بتوانیم دیوارهای ضد سایش، ضد حریق و سطوح ضد انعکاس و هم چنین کف ضد لغزش اجرا کنیم. مصالحی با سختی الماس و شکل‌پذیری پلاستیک و نازکتر از یک صفحه کاغذ که مسلماً با قابلیت‌های نوین خود، معماران دیگر محدود نخواهند بود و فکر اجرای طرح، ایده آن‌ها را محدود نخواهد کرد. سنتز نانو لوله‌های کربنی
فولرن‌ها و نانولوله‌های کربنی لزوماً محصولات آزمایشگاه‌هایی با فناوری پیشرفته نیستند. آنها معمولاً در مکانهای پیش پا افتاده مانند شعله‌های آتش معمولی، یا سوزاندن متان و اتیلن، و بنزن تولید می‌شوند و که در دوده از هوای داخل و خارج یافت می‌شوند. با این حال، این انواع طبیعی می‌توانند از نظر اندازه و کیفیت بسیار نامنظم باشند زیرا محیطی که در آنها تولید می‌شود اغلب بسیار کنترل نشده‌است؛ بنابراین، اگرچه می‌توان از آنها در برخی کاربردها استفاده کرد، اما می‌توانند از درجه بالایی از یکنواختی لازم برای تأمین نیازهای بسیاری از تحقیقات و صنعت برخوردار نباشند. تلاش‌های اخیر بر تولید نانولوله‌های کربنی یکنواخت تر در محیط‌های شعله کنترل شده متمرکز شده‌است. چنین روش‌هایی، وعده برای مقیاس بزرگ، کم هزینه سنتز نانولوله بر اساس مدل‌های نظری، هر چند آنها باید با سرعت در حال توسعه تولید در مقیاس بزرگ CVD به رقابت بپردازند. نانو در معماری پایدار
فناوری نانو در صنایع ساختمان هم نقش بسزایی دارد، در این راستا بیشترین سهم را صنایع فولاد، شیشه وبتن ایفا می‌کنند. کاربرد نانو ذرات در صنعت ساختمان که مهم‌ترین آن هانانولوله‌های کربنیودی اکسید تیتانیومهستند، عموماً" در سازه‌های اصلی باعث افزایش خواص مکانیکی نمونه‌ها شده و در بخش نازک کاری نیز کاربرد نانو پوشش‌ها در نمای داخلی وخارجی ساختمان‌ها نیز از اهمیت ویژه‌ای برخورداراست. نانو پوشش‌های ساختمان ضمن اینکه باعث دفع آب شده وجذب کثیفی را به حداقل می‌رسانند، نمای ساختمان را در مقابل اشعه یو وی مقاوم می‌سازند. ایننانو پوشش‌هادر سطوحی از جمله؛ سیمان، آجر، سفال، سنگ معمولی، کاشی، مرمر، چوب، سرامیک، شیشه، فولاد وبتن به کار می‌روند. ساخت بتن تقویت شده، خود تعمیرکننده و خود تمیز شونده، شیشه‌های خود تمیز شونده، مقاوم در برابر آتش وکنترل‌کننده انرژی و در نتیجه صرفه جویی درمصرف انرژی، استفاده از رنگ‌های حاصل ازعلم نانوکه باعث عدم نفوذ باکتری‌ها به ساختمان‌های اداری، مسکونی، بیمارستان هاوغیره شده و به آنهاعمری طولانی، محیطی عاری از باکتری و ماهیتی غیرقابل کثیف شدن وفرسودگی می‌بخشند نیز از دیگر کاربردهای مهم فناوری نانو در صنعت ساختمان است. بدین ترتیب به راحتی می‌توان تشخیص داد که ما با دنیای تازه‌ای به نام فناوری نانو روبروهستیم. متخصصان علم نانو بر این باورند که بعد از تولید ماشین‌های بخار، موتور و توسعه Iای تی، فناوری این علم افق‌های تازه‌ای را به دنیای انسان‌ها بازخواهد کرد. فناوری نانو، قادراست مواد را تا اندازه‌ای کوچک کند که با دوباره‌سازی آن‌ها بتوان مواد وفناوری‌های جدیدی را به دنیا عرضه نمود. فناوری نانو در بتن
بتن از جمله مواد و مصالح ساختمانی است که فناوری امید بخش نانو، قدری دیرتر به قلمرو آن نفوذ کرده‌است. افزودن مواد نانو مقیاس به سیمان، می‌تواند ویژگی‌های عملکردی آن را ارتقا دهد. روشن‌ترین مسیری که در استفاده از نانو مواد در بهبود بتن وجود دار؛ در مراحل ساخت خود بتن یعنی ایجاد سهولت در فرایند ساخت و همچنین ویژگی‌های نهایی بتن سخت شده‌است. فناوری نانو این مزیت را دارد که با اصلاح ضعف‌ها، مشکلاتی در زمینه دیگر ویژگی‌های بتن ایجاد نمی‌کند. تحقیقات انجام گرفته نشان می‌دهد که بهره‌گیری از ذرات در مقیاس نانو باعث بهبود خواص مکانیکی و افزایش کیفیت بتن می‌شود. به عنوان مثال «نانو سیلیس سبب بهبود تراکم ذرات می‌شود، استحکام بتن را افزایش می‌دهد و …. استفاده از دی اکسید تیتانیوم سبب ایجاد خاصیت خود تمیز شوندگی و ضد عفونی کنندگی بتن می‌شود و رنگ سفید و درخشندگی به بتن می‌دهد». «نانو آلومینیوم نیز محصولی است که مقاومت فشاری بتن را تا حدودی افزایش می‌دهد و با مقاومت بیشتر سازه در برابر بارهای وارده، پایداری بنا را افزایش می‌دهد. نانو تیتانیوم از نفوذپذیری یون کلر در بتن و تخریب و خوردگی آرماتور جلوگیری کرده و عمر ساختمان را افزایش می‌دهد». نانو لوله‌های نیترید بور
ترکیبی از سختی بالا و شفافیت بالا در حال حاضر در توسعه کامپوزیت‌های شیشه تقویت شده با BNNT مورد بهره‌برداری قرار گرفته‌است. سایر خصوصیات ذاتی BNNT مانند توانایی محافظت در برابر تشعشع مقاومت الکتریکی بالاو خصوصیات پیزوالکتریکی بسیار عالی، احتمالاً باعث ایجاد علاقه برای ادغام آنها در برنامه‌های جدید می‌شود.https://en.wikipedia.org/wiki/Boron_nitride_nanotube نیترید بور
به دلیل پایداری فوق‌العادهٔ گرمایی و شیمیایی، سرامیک‌های نیترید بور به‌طور سنتی در ساخت برخی تجهیزات که در دمای بالا کاربرد دارند استفاده می‌شوند. نیترید بور استفادهٔ بالقوه‌ای در تکنولوژی نانو دارد. نانولوله‌های نیترید بور می‌توانند با ساختار مشابه با نانولوله کربنی تولید شوند. نانولوله کربنی
بسیاری از خصوصیات نانولوله‌های کربنی تک جداره به‌طور قابل توجهی به نوع ("n","m") بستگی دارد و این وابستگی غیر یکنواخت است (به نمودار کاتورا مراجعه کنید). به‌طور خاص، نوار ممنوعه می‌تواند از صفر تا حدود ۲ الکترون‌ولت متغیر باشد و رسانایی الکتریکی می‌تواند رفتار فلزی یا نیمه رسانایی را نشان دهد. نورد تجمعی
امروزه مواد نانوساختار و فوق ریزدانه به دلیل ویژگی‌های منحصر به فردشان توجه بسیار زیادی را به خود جلب کرده‌اند. مواد نانوساختار دارای کسر حجمی بالایی از مرزدانه‌ها می‌باشند که همین امر منجر به تغییر چشم‌گیر خواص فیزیکی، مکانیکی و شیمیایی آن‌ها نسبت به مواد پلی‌کریستال دانه‌درشت می‌شود. مواد نانوساختار در مقایسه با مواد پلی‌کریستال معمولی دارای استحکام، شکلپذیری و سختی بالا، چقرمگی زیاد، نفوذپذیری بالا، گرمای ویژهٔ زیاد، ضریب انبساط حرارتی بالا و خواص مغناطیسی نرم عالی می‌باشند. تاکنون روش‌های مختلفی برای تولید این مواد ابداع شده‌است. یکی از مهم‌ترین روش‌ها به منظور ساخت مواد نانوساختار، تغییرشکل پلاستیک شدید می‌باشد. تغییر شکل پلاستیک شدید به فرایندهایی گفته می‌شود که با اعمال کرنش پلاستیک شدید به ماده، منجر به تولید مواد نانوساختار و/یا فوق‌ریزدانه می‌گردند. ویژگی برجستهٔ فرایندهای تغییرشکل پلاستیک شدید، ثابت ماندن ابعاد نمونه حین فرایند است که در نتیجهٔ آن اعمال کرنش‌های بسیار زیاد بر ماده امکان‌پذیر می‌شود. تاکنون فرایندهای تغییرشکل پلاستیک شدید محدودی شناخته و معرفی شده‌است. این فرایندها قابل استفاده برای فلزات و آلیاژهای مختلف است. در سال ۱۹۹۸ میلادی یک فرایند تغییرشکل پلاستیکی شدید با استفاده از نورد به نام نورد تجمعی ابداع شد. نورد تجمعی Accumulative Roll Bonding یا اتصال نوردی انباشتی به عنوان یک روش تغییر شکل پلاستیک شدید و دست یابی به ساختاری با اندازه دانه نانومتری توسط Saito و همکارانش معرفی شد. مراحل مختلف این فرایند در شکل زیر نمایش داده شده‌است. اولین مرحلهٔ فرایند ARB مرحلهٔ آماده‌سازی سطح ورق‌های اولیه می‌باشد که معمولاً شامل رفع لایه‌های اکسیدی سطح با برس زنی و ایجاد یک لایهٔ کار سخت شده در سطح ورق است. برای دست یابی به یک اتصال نوردی کامل بین دو ورق تمیز کردن و چربی زدایی کامل سطوح دو ورق قبل از فرایند نورد ضروری است. پس از آماده‌سازی، دو ورق طوری روی هم قرار می‌گیرند که سطوح آماده شده آن‌ها در تماس با هم باشند و برای جلوگیری از لغزش دو ورق روی هم، از اتصال به وسیلهٔ جوش نقطه‌ای یا پرچ استفاده می‌شود. مهم‌ترین مرحله در فرایند ARB نورد هم‌زمان دو ورق است. استفاده از نورد در فرایند ARB نه تنها به عنوان یک روش تغییر شکل، بلکه به عنوان عاملی برای ایجاد اتصال بین دو ورق و تولید یک ورق کاملاً یکپارچه است. گاهی نیز برای بهتر شدن اتصال، فرایند نورد در دمای بالا اما زیر دمای تبلور مجدد، انجام می‌شود. معمولاً میزان کاهش ضخامت اعمال شده در هر مرحله ۵۰٪ است که در نتیجه آن ورق حاصل ضخامتی برابر ضخامت ورق اولیه خواهد داشت. سپس این ورق از راستای طولی به دو قسمت بریده می‌شود و مراحل کار مجدداً تکرار می‌شوند. در برخی موارد ورق‌های روی هم قرارگرفته، در دمای بالا و زیر دمای تبلورمجدد گرم شده و سپس به سرعت نورد می‌شود تا پیوند مناسب حاصل شده و نیروی نورد کاهش یابد. این روند بدون محدودیت می‌تواند تکرار شود و بدین ترتیب کرنش پلاستیکی بسیار بزرگی به ماده اعمال می‌گردد. تولید ورق‌های سالم و مستقیم و بدون ترک در فرایند ARB بسیار اهمیت دارد. به دلیل میزان بالای کاهش ضخامت در نتیجهٔ تکرار فرایند، گاهی ترک‌های لبه‌ای در طول نورد ایجاد می‌شود. اگر این ترک‌ها تا مرکز ورق گسترش یابد، ادامهٔ سیکل بعدی ARB غیرممکن می‌گردد. در لبه‌های کناری ماده گسترش جانبی اتفاق می‌افتد و این امر، ازدیاد طول در جهت نورد را کاهش می‌دهد که منجر به شرایط تنش کششی می‌شود. بدین ترتیب ترک لبه‌ای در اثر تنش کششی در لبه‌های کناری ورق به وجود می‌آید. هنگامی که نسبت پهنای ورق به ضخامت کم‌تر از ۱۰ باشد امکان ایجاد ترک بیش‌تر می‌شود؛ بنابراین افزایش پهنای ورق برای یک ضخامت یکسان برای جلوگیری از ترک لبه‌ای مؤثر است ولی نیروی نورد افزایش می‌یابد. از نقطه نظر فرایند نورد، نورد پیوندی روان‌کاری شده با نیروی نورد کم‌تر مسلماً مناسب‌تر است. هر چند که نورد پیوندی با نیروی نورد بزرگ‌تر برای رسیدن به پیوند محکم‌تر، مناسب‌تر می‌باشد. علاوه بر این مشخص شده‌است که کرنش برشی اضافی ایجاد شده در نواحی زیر سطح ورق در اثر اصطکاک بالا بین غلتک‌ها و مواد، تشکیل ریزساختار با دانه‌های بسیار ریز را به‌طور قابل توجهی سریع می‌کند؛ بنابراین فرایند ARB، اغلب در شرایط خشک، بدون روان‌کاری و تا جایی که ظرفیت دستگاه نورد اجازه می‌دهد انجام می‌شود. بدین ترتیب یک دستگاه نورد با ظرفیت کافی برای انجام فرایند ARB لازم است. نانوپزشکی
نانوسیم، نانوساختاری با قطری در مقیاس نانومتر (۹–۱۰ متر) است. همچنین می‌توان نانوسیم‌ها را به‌عنوان ساختارهایی با ضخامت یا قطری در اندازهٔ ده‌ها نانومتر یا کم‌تر، و طولی نامشخص تعریف کرد. سیم‌ها در ابعاد نانومتری خواصی غیرمعمول از خود بروز می‌دهند. [۲۰] اثرات مکانیک کوانتومی، در این مقیاس‌ها اهمیت می‌یابد - و همین منجر به ابداع واژهٔ «سیم کوانتومی» شده‌است. انواع بسیار مختلفی از نانوسیم‌ها وجود دارند، شامل فلزی (مثل نیکل، پلاتین، طلا)، نیمه‌رسانا (مثل سیلیسیم، ایندیوم فسفاید، نیترید گالیوم و …)، و نارسانا (مثل سیلیس، تیتانیا). نانوسیم‌های مولکولی از واحدهای مولکولی تکرارشوندهٔ آلی (مثل دی‌ان‌ای) یا معدنی (مثل Mo6S9-xIx) تشکیل شده‌اند. روش‌های عمده ساخت نانو سیم‌ها عبارتند از:۱-تکنیک لیتو گرافی. ۲- روش خودآرایی. ۳- استفاده از فرایندهای شیمیایی. ۴- بمباران سیم بزرگتر توسط ذرات پر انرژی دیگر.[۲۰] سنتز نانو لوله‌های کربنی
جنگل‌های نانولوله ای که به صورت عمودی قرار دارند از زمانی که در یک حلال غوطه ور شده و خشک می‌شوند از «اثر زیپ» سرچشمه می‌گیرند. اثر ناشی از کشش سطحی حلال و نیروهای واندروالسی بین نانولوله‌های کربنی است. این نیرو نانولوله‌ها را دریک ماده متراکم هم راستا می‌کند، که می‌تواند در اشکال مختلف مانند ورق و میله با اعمال فشار ضعیف در طول فرایند، تشکیل شود. چگالش را افزایش می‌دهد سختی ویکرز حدود ۷۰ بار و چگالی g/cm است. نانولوله‌های کربنی بسته‌بندی شده طول بیش از ۱ میلی‌متر و خلوص کربن ۹۹٫۹ درصد یا بیشتر دارند. آنها همچنین خواص هم سویی مطلوبی از جنگل نانولوله‌ها را حفظ می‌کنند. نانو روکش
نانو کامپوزیت‌‌‌ها ، یکی از مهمترین موارد مصرف نانوذرات و نانولوله ‌‌‌ها هستند و کاربرد‌های چندگانه آن‌‌‌ها نه تن‌‌‌ها به دلیل خواص مکانیکی، بلکه به علت قابلیت‌‌های حرارتی، مکانیکی و اپتیکی بهینه آن‌‌‌ها است. در نوع خاصی از نانو کامپوزیت‌‌‌ها ، نانوذرات به عنوان پر کننده یک شبکه پلیمری استفاده می شوند. نانو کامپوزیت‌‌های جدید را می توان به گون‌‌‌ه‌ای طراحی کرد که بتوانند خواص سرامیک ‌‌‌ها مانند مقاومت بالا، پایداری حرارتی و ابعادی را به همراه خواص شکت، قابلیت فرآوری و ویژگی‌‌های دی الکتریک پلیمر‌‌‌ها ارائه نمایند. مواد تغییر فاز دهنده
مواد تغییر فازدهنده خواص فیزیکی حرارتی ضعیفی دارند، مانند ظرفیت گرمای ویژه و رسانایی حرارتی کم؛ یکی از این مواد متداول عبارت است از نمک‌های یوتکتیک فلزات قلیایی مانند نیترات، کلراید و کربنات سدیم، پتاسیم، لیتیم و کلسیم. با استفاده از وارد کردن نانومواد به داخل مواد مذکور می‌توان خواص حرارتی آن‌ها را بهبود بخشید. به عنوان مثال می‌توان از نانوالیاف کربنی که مقاومت بالایی در برابر خوردگی شیمیایی دارند و با بیشتر PCMها سازگاری دارند، استفاده نمود. رسانایی حرارتی الیاف کربنی به میزان قابل توجهی بالاست و چگالی آن‌ها کمتر از kg/m3 2260 است که بسیار سبک‌تر از فلزات هستند و به عنوان افزودنی کاربرد یافته‌اند.ref نانو شیشه‌های الکتروکرمیک
۱-پوشش‌های که به طیف خاصی از امواج حساسند این پوششها به صورت نوارهای باریک هستند. این خاصیت شیشه را دربرابر فرکانس‌های ناخواسته فروسرخ که سبب گرم شدن محیط می‌کند مقاوم ساخته است. البته این خاصیت باعث می‌شود که ساختمان انرژی گرمایی کمتری از نور خورشید داشته باشد و این خاصیت با معماری پایدار کمی مغایراست البته با راهبرد می‌توان نوعی سازوکار عایق بندی حرارتی برابر سر راه نور خورشید قرارداد تا ساختمان از کسب نور کافی محروم نشود. غلاف کربن
غلاف کربن (به انگلیسی:Carbon peapod) یک نانوماده هیبریدی متشکل از گوی‌های فولرن محصور در یک نانولوله کربنی می‌باشد. این نامگذاری به دلیل شباهت این ساختار به بذر گیاه نخود می‌باشد. از آنجا که خواص این نوع ساختار با خصوصیات و ویژگی‌های نانولوله‌ها و فولرن‌ها متفاوت است، می‌توان غلاف کربن را به عنوان نوع جدیدی از یک ساختار گرافیتی خود مونتاژشونده معرفی کرد. برای کاربردهای احتمالی می‌توان به نانو غلاف‌ها شامل لیزرهای نانو مقیاس، ترانزیستورهای تک الکترون، آرایه‌های اسپین-کوبیت برای محاسبات کوانتومی، نانوپیپت‌ها و دستگاه‌های ذخیره‌سازی اطلاعات و داده‌ها به خاطر اثرات حافظه‌ای و خاصیت ابررسانایی نانو-غلاف‌ها اشاره کرد. سنتز نانو لوله‌های کربنی
روش دیگر برای تولید نانولوله‌های کربنی تک جداره به وسیله مشعل پلاسما استفاده از روش پلاسمای حرارتی القایی است که در سال ۲۰۰۵ توسط گروه‌هایی از دانشگاه شربروک و شورای تحقیقات ملی کانادا اجرا شد. این روش از این نظر مشابه تخلیه الکتریکی است که هم از گاز یونیزه برای رسیدن به دمای بالای لازم برای بخار شدن مواد حاوی کربن و هم از کاتالیزورهای فلزی لازم برای ایجاد نانولوله استفاده می‌شود. پلاسمای حرارتی توسط جریان‌های نوسانی با فرکانس بالا در یک سیم پیچ ایجاد می‌شود و در جریان گاز بی اثر نگه داشته می‌شود. به‌طور معمول، کربن سیاه و ذرات فلز کاتالیزور به عنوان مواد اولیه به داخل پلاسما تغذیه می‌شود و سپس سرد می‌شود و نانولوله‌های کربنی تک جداره ایجاد می‌شود. توزیع‌های مختلف قطر نانولوله‌های کربنی تک جداره می‌تواند سنتز شود. نانولوله کربنی
نانولوله‌های کربنی همچنین می‌توانند به لوله‌هایی با ساختار دیواره کربنی نامشخص و قطر کمتر از ۱۰۰ نانومتر اشاره کنند. چنین لوله‌هایی در سال ۱۹۵۲ توسط رادوشکویچ و لوکیانویچ کشف شدند. هیدروژل‌های نانوکامپوزیتی
در مهندسی بافت داربست‌ها چسبندگی سلولی، تکثیر و تمایز سلولی را حمایت می‌کنند. استفاده از نانو کامپوزیت هیدروژل‌ها به عنوان داربست کابرد زیادی در مهندسی بافت پیدا کرده‌است. با این وجود ضعف در خواص عملکردی و مکانیکی از نقص‌های این هیدروژل‌ها محسوب می‌شود. استفاده از نانو کامپوزیت‌هایی مانند نانوتیوب‌های کربن و نانوذره‌های رس باعث بهبود خواص مکانیکی این هیدروژل‌ها می‌شود. استفاده از نوع هیدروژل‌های سدیم آلژینات و نانوتیوب‌های کربن باعث افزایش زیست سازگاری، کاهش تورم و عدم ایجاد سمت در محطی بدن می‌شود. نانولوله‌های کربنی در پزشکی
کشف نانو لوله های چند دیواره در سال 1991, موجب شده است که فعالیت های تحقیقاتی گسترده ای درعلوم , به بحث نانولوله های کربنی و کاربردهای آنها اختصاص یابد.دلیل عمده این مسأله تکامل ساختاری مورد انتظار آنها، اندازه کوچک، چگالی کم، سختی بالا، استحکام بالا و خواص عالی الکتریکی آنهاست . همچنین تاکنون خواص بسیار خارقالعادهای از این ماده به دست آمده است که از آن جمله میتوان به مقاومت مکانیکی (صد برابر فولاد)، وزن کم (یک ششم فولاد) هدایت حرارتی (تقریباً دو برابر الماس در دمای اتاق)، هدایت الکتریستیه (109×1 آمپر بر سانتی متر مربع در مقایسه با 106×1 آمپر بر سانتی متر مربع برای مس)، رفتار الکترونیکی متفاوت (هادی یا نیمههادی بودن بر حسب ساختار اتمی) و استحکام کششی خارجی ترین جدارة آن که 100 برابر بیشتر از آلومینیوم است، اشاره کرد. نسل اخیر کامپوزیت های مورد استفاده برای تعویض استخوان ها و دندانها، مخلوط خاصی از ذرات پرکننده و شیشه ها هستند که دارای خواص مکانیکی ک افی در مقایسه با بافت اسکلتی هستند. در سال های اخیر تکمیل یک عضله مصنوعی با استفاده از نانولوله کربنی، قدمی دیگر در راستای کاربردهای زیست پزشکی بوده است. نانولوله های کربنی در دارورسانی نیز به کار می روند. آنها می توانند بدون هیچ جراحتی در محل هایی که دارو مورد نیاز است کشت گردیده، به آهستگی دارو را در طول درمان آزاد سازند. همچنین نانولوله های کربنی نویدبخش آینده ای روشن در آزمایش های سلولی هستند، زیرا که می توانند به عنوان لوله های نانویی برای توزیع حجم های بسیار کوچک از سیال یا گاز در داخل سلولهای زنده یا بر روی سطوح، به کار گرفته شوند. به طور کلی نانولوله های کربنی به عنوان موادی رساناتر از مس، محکمتر از فولاد و سبکتر از آلومینیوم و سخت تر از الماس از اهمیت بسیار زیادی برخوردار هستند. زمانی که تولید نانولوله به صورت انبوه و اقتصادی امکان پذیر شود، نانو لوله ها مواد اصلی و اساسی قرن 21 خواهند شد؛ چرا که هم اکنون از آنها به عنوان مادة راهبردی این قرن یاد می شود. استفاده از ریز کپسول‌های خود انفجاری در ارسال دارو  شیمیدانان بلژیکی ریز کپسول‌های خود انفجاری را ساخته‌اند که می‌توانند به‌طور دقیق به رهاسازی داروها و واکسن‌ها در درون بدن انسان، حتی چند هفته یا چند ماه پس از تزریق، بپردازند. برخلاف دیگر ریزکپسول‌ها که محتوای دارویی خود را تنها هنگامی رها می‌کنند که در معرض امواج اولتراسونیک یا دیگر تحریک‌کننده‌های خارجی قرار می‌گیرند. این سیستم جدید برای رهاسازی دارو به مکانیسم‌های درونی خود متکی است. هرکدام از این ریز ذرات شامل یک هسته ژله‌ای است که توسط یک غشای لیپیدی احاطه شده است. با تجزیه زیستی هسته ژله‌ای، در درون غشا، فشاری ایجاد می‌شود که موجب ترکیدن کپسول و رها شدن دارو می‌شود. به گفته این پژوهشگران، این روش می‌تواند طریقه تزریق واکسن‌ها را تغییر دهد. مثلاً به جای انجام چندین تزریق می‌توان یک بار تزریق را انجام داد بطوریکه کپسول‌های مختلفی که قرار است در زمان‌های مختلف و حساب شده‌ای بترکند را می‌توان در تنها یک مرحله به بیمار تزریق کرد و بدین ترتیب بدون احتیاج به تزریق‌های متعدد، دارو در زمان از پیش تعیین شده در بدن آزاد می‌شود. نانو رس
نانورس به رس خالص شده از ناخالصی ­های معدنی اطلاق می­ شود که اندازه ذرات صفحه ­ای آن نیز کوچکتر از مقدار معینی(معمولاً ۲ میکرون) باشد و حداقل یکی از ابعاد آن در حد نانومتر باشد. خصوصیات شیمیایی و فیزیکی مواد جامد به شدت به اندازه و شکل ذرات میکروسکوپی تشکیل دهنده آن ها بستگی دارد. این به ویژه در مورد مواد با ویژگی های مورفولوژیکی کوچکتر از یک میکرون صادق است که معمولاً مواد مقیاس نانو، یا به صورت ساده تر نانومواد نامیده می شوند.در این مواد نسبت مساحت به حجم بسیار زیاد می شود که در مقایسه با ترکیباتی با اندازه دانه بزرگتر و اثرات مکانیکی کوانتومی مانند "اثر اندازه کوانتومی" نقش مهمی را ایفا می کنند. این تأثیرات تنها در هنگام رفتن از ابعاد ماکرو به میکرو نقش جزئی دارند، اما هنگام رسیدن به محدوده اندازه نانومتر اهمیت بیشتری پیدا می کنند. مهمترین خصوصیات الکترونیکی جامدات با کاهش قابل توجهی در اندازه ذرات تغییر می کنند، همچنین تعدادی از خصوصیات فیزیکی دیگر مانند رنگ، دمای انتقال فاز و مقادیر بند گپ هنگام مقایسه با سیستم های ماکروسکوپی تغییر می کنند. اگر کنترل دقیق اندازه و شکل ترکیب ممکن باشد، بنابراین می توان خصوصیات شیمیایی و فیزیکی آنها را مطابق دلخواه تغییر داد. نانوفوم کربنی
نانو فوم کربن یک دگرشکل کربن است که در سال ۱۹۹۷ توسط آندری وی. رود (Andrei V. Rode) و همکارانش در دانشگاه ملی استرالیا در کانبرا کشف شد. این دگرشکل شامل یک مجموعه خوشه‌ای از اتم‌های کربن است که در کنار هم، در یک شبکه ضعیف سه‌بعدی پیچیده شده‌اند. نانوفیبر کربنی
فرآیند کاتالیزور پیوسته یا شناور قبلاً توسط کویاما و اندو ثبت شد و بعداً توسط هاتانو و همکاران اصلاح شد. این فرآیند به طور معمول نانوفیبر کربنی رشد یافته با بخار، با قطر کمتر از میکرومتر و طول یک تا 100 میکرومتر را نتیجه می‌دهد که با تعریف نانوالیاف کربن مطابقت دارد. آنها از ترکیبات آلی فلزی محلول در یک حلال فرار مانند بنزن استفاده کردند که می‌تواند مخلوطی از ذرات کاتالیزور بسیار ریز (قطر 5-25 نانومتر) را در گاز هیدروکربن با افزایش دما به 1100 درجه سانتیگراد تولید کند. در کوره، رشد فیبر از سطح ذرات کاتالیزور آغاز می شود و تا زمانی که مسمومیت کاتالیزور توسط ناخالصی‌های سیستم رخ دهد، ادامه می‌یابد. در مکانیسم رشد فیبر که توسط بیکر و همکاران توصیف شده است، تنها بخشی از ذرات کاتالیزور که در معرض مخلوط گازهستند به رشد فیبر کمک می‌کند و رشد به محض این که قسمت در معرض گاز پوشانده شود، متوقف می‌شود، یعنی کاتالیزور مسموم می‌شود. ذره کاتالیزور با غلظت نهایی حدود چند قسمت در میلیون در نوک رشدیافته فیبر مدفون می‌شود. در این مرحله، فیبر ضخیم می‌شود. نانولوله هالوسایت
هالوسایت طبیعی مزیت‌هایی نسبت به کاربرد نانولوله‌های مصنوعی مانند نانولوله‌های کربنی (CNT) دارد. با توجه به اینکه هالوسایت یک ماده کم هزینه (در حدود ۴ دلار به ازای هر کیلوگرم است) و عرضه جهانی آن بیش از هزار تن در سال است، برخلاف مقیاس گرمی CNT که با توجه به قیمت بسیار بالا (۵۰۰ دلار به ازای هر کیلوگرم) عرضه می‌شود، کاربرد صنعتی در مقیاس جرم واقعی به آسانی می‌تواند حاصل شود. هالوسایت دارای ساختار متخلخل ساخته شده از لوله ای یک بعدی در مقیاس مزوپرس(۲–۵۰ نانومتر) و حتی میکروپرس (۵۰نانومتر) است که یزرگتر از بسیاری از مواد متخلخل مصنوعی مانندCNT می‌باشد. علاوه براین ساختار لوله ای منحصربه فرد هالوسایت وابسته به موقعیت شیمیایی آلومینیوسیلیکات دارد، به عنوان مثال، واکنش پذیری در سطح خارجی، سطح لوله داخلی، و سطح لوله هالوسایت متفاوت است، بنابراین فرصت‌های فراوان برای اصلاح ترکیب هالوسایت برای کاربردهای مختلف هدفمند شده‌است. این نکته نیز شایان ذکر است که هالوسایت دارای سازگاری بالا و سمیت سلولی کم بوده، که استفاده ایمن آن در زمینه‌های مختلف را ممکن می‌سازد. به عنوان مثال، استفاده از هالو سایت به عنوان یک ظرف بادوام در مقیاس نانو برای کپسوله کردن مولکول‌های مولکول‌های فعال زیستی مانند آفت کش‌ها و مواد مخدر و همچنین برای آزادسازی کنترل شده آن‌ها، برای اولین توسط پرایس و همکاران در سال ۲۰۰۱ ارائه شد، و هالوسایت به عنوان یک نانوفیلتر در نانوکامپوزیت پلیمری خاک رس (CPN) مطرح شده‌است. ویژگی‌های فلزات، شبه‌فلزات و نافلزات
کربن نانوذرات مغناطیسی
نمونه‌های نانو دیسک‌ها و نانو حلقه‌ها اغلب نازک هستند و از یک فیلم نازک از ماده مغناطیسی ایجاد شده‌اند که روی یک زیر لایه غیرمغناطیسی لایه نشانی شده‌است. نانو سیم‌ها امکان دارد به همین طریق ساخته شوند اما اغلب نانو سیم‌ها از شابلون‌هایی با منفذها یا کانال‌هایی باریک تهیه می‌شوند. از بعضی جنبه‌ها مغناطیس این اجسام با مغناطیس نانو ذرات قیاس پذیر است بنابراین بسیاری از آنچه که برای نانو ذرات قابلیت کاربرد دارد برای نانو دیسک‌ها، نانو حلقه‌ها و نانو سیم‌ها نیز اعتبار خواهد داشت. از منظر دیگر دلیل اینکه چرا برخی نتایج که برای فیلم‌های نازک گسترده معتبر هستند همچنان در مطالعه دیسک‌ها و حلقه‌های نانوسکپی به کار می‌آیند با این واقعیت توجیه می‌شد که دیسک‌ها و حلقه‌های نانوسکپی مورد نظر به‌طور تقریبی دو بعدی هستند. نانو حلقه‌ها برتری‌هایی نسبت به نانو دیسک‌ها در استفاده به عنوان ضبط‌کننده‌های مغناطیسی از خود نشان می‌دهند. از این حلقه‌ها می‌توان به عنوان میکروسنسورها در شناسایی نانو ذرات مغناطیسی استفاده کرد اگر دیسک‌ها و حلقه‌ها در حالت حلقوی برای ضبط بیت‌های مغناطیسی استفاده شوند مزایایی خواهند داشت و در این حالت برهم کنش‌ها بین عناصر همسایه به دلیل میدان‌های مغناطیسی سرگردان کوچک به کمترین مقدار خود می‌رسد. مقاومت شیمیایی
نانولوله‌های کربنی مواد حسگر مفیدی هستند زیرا محدودیت‌های کم در تشخیص و پاسخگویی پر سرعت دارند. با این حال، سنسورهای نانولوله کربن برهنه چندان گزینشی عمل نمی‌کنند. آن‌ها می‌توانند حضور بسیاری از گازهای مختلف از آمونیاک گازی گرفته تا دودهای دیزل را تشخیص دهند. با استفاده از پلیمر به عنوان مانع، ناخالص‌سازی نانولوله‌ها با هترواتم‌ها یا افزودن گروه‌های عاملی به سطح نانولوله‌ها می‌توان حسگرهای نانولوله کربنی را در گزینش دقیق‌تر نمود. بسیاری از نانوذرات با اندازه‌ها، ساختارها و ترکیب‌های متفاوت در حسگرهای مقاومت شیمیایی به کار گرفته شده‌اند. متداول‌ترین آنها لایه‌های نازک نانوذرات طلا هستند که با تک‌لایه‌های خودآرا (SAM) از مولکول‌های آلی پوشیده شده‌اند. SAM در تعریف برخی از ویژگی‌های مونتاژ نانوذرات حیاتی است. اولاً، پایداری نانوذرات طلا به یکپارچگی و خلوص SAM بستگی دارد که از تف جوشی آنها با یکدیگر جلوگیری می‌کند. ثانیاً، SAM مولکول‌های آلی، جدایی بین نانوذرات را مشخص می‌کند، به عنوان مثال، مولکول‌های طولانی‌تر باعث می‌شوند نانوذرات جدایی متوسط عریض‌تری داشته باشند. عرض این جدایی مانعی را مشخص می‌کند که الکترون‌ها باید در هنگام اعمال ولتاژ و جریان الکتریکی در آن تونل بزنند؛ بنابراین با تعریف فاصله متوسط بین نانوذرات منفرد، SAM مقاومت الکتریکی آرایش نانوذرات را نیز تعریف می‌کند. در نهایت، SAMها یک ماتریکس در اطراف نانوذرات تشکیل می‌دهند که گونه‌های شیمیایی می‌توانند در آن پخش شوند. با ورود گونه‌های شیمیایی جدید به ماتریس، جداسازی بین ذرات تغییر می‌کند که به نوبه خود بر مقاومت الکتریکی تأثیر می‌گذارد. آنالیت‌ها با نسبت‌های تعیین شده توسط ضریب تقسیم آن‌ها در SAMها پخش می‌شوند و این انتخابی بودن و حساسیت مواد شیمیایی مقاومتی را مشخص می‌کند. هنگامی که هدف به‌طور مستقیم با زنجیره پلیمری تعامل داشته باشد، پلیمرهای رسانا همچون پلی آنیلین و پلی پیرول می‌توانند به عنوان مواد حسگر استفاده شوند که در نتیجه رسانایی پلیمر تغییر می‌کند. این نوع سیستم‌ها گزینشی عمل نمی‌کنند زیرا گستره وسیعی از مولکول‌های هدف می‌توانند با پلیمر برهم‌کنش داشته باشند. پلیمرهای حک شده مولکولی می‌توانند عملکرد گزینشی را به خواص مقاومت شیمیایی پلیمری رسانا اضافه کنند. یک پلیمر حک شده مولکولی با پلیمریزاسیون یک پلیمر در اطراف یک مولکول هدف و سپس حذف مولکول هدف از پلیمر، ایجاد می‌شود که در نتیجه‌آن حفره‌هایی مطابق با اندازه و شکل مولکول هدف در نمونه نهایی تشکیل می‌شود. حک مولکولی پلیمر رسانا حساسیت مقاومت شیمیایی را از طریق انتخاب اندازه و شکل کلی هدف و همچنین توانایی آن در برهم‌کنش با زنجیره پلیمر رسانا، افزایش می‌دهد. نانوکاتالیست
انرژی سطحی نانوبلورهای فلزی در مقایسه با مواد توده به دلیل کمبود پیوندهای فلز-فلز اتم‌های سطحی به نسبت زیاد است که باعث ظرفیت شیمیایی ناکافی می‌شود. افزون بر این نانوذرات ریزتر درجه انحنای بیش تری دارند که پیوند اتم‌های سطحی آن‌ها را ضعیف تر می‌کنند و به ویژه برای اشکال غیر کروی که شمار زیادی گوشه‌ها و لبه‌های تیز دارند. در بیش تر کاتالیست‌های فلزی اندازه ذرات فلزی در گستره بحرانی ۱ الی ۱۰ نانومتر تغییر می‌کند. در مورد خواص الکترونی، اندازه بحرانی بیش از ۲ نانومتر (چند صد اتم) باعث پدید آمدن ساختار نواری می‌شود. نکته بسیار مهم دیگر در مورد اثرهای اندازه ذره، توزیع اندازه خوشه است. عموماً در کاتالیست‌های واقعی به دلیل روش‌های تهیه، توزیع اندازه ذره وسیع است. امروزه روش‌های تهیه کاتالیست‌های مدل روی پایه، با توزیع اندازۀ بسیار باریک توسعه داده شده‌اند و از راه تشکیل خوشه با رسوب بخار انجام می‌شوند. نانولوله‌های کربنی در پزشکی
از سال ۲۰۰۴ نانو لوله‌های کربنی به‌طور گسترده به عنوان حامل‌های دارویی برای انتقال درون سلولی داروهایی شیمی درمانی، پروتئین‌ها و ژن‌ها، مورد بررسی قرار گرفته‌اند درمان درون تنی سرطان با استفاده از نانو لوله‌های کربنی در آزمایش‌های بر روی حیوانات توسط گروه‌های پژوهشی مختلف اثبات شده‌است. نانو لوله‌های کربنی عامل دار شده می‌توانند به عنوان حامل‌های مولکولی در دارورسانی درون تنی و برون تنی استفاده شود که این ساختار در کاربردهای درمان سرطان مورد استفاده قرار گرفته‌است. نانو لوله‌های نیترید بور
نانو لوله‌های BN همچنین در زمینه درمان‌های برخی سرطانها پتانسیل داشتن کاربردهایی را نشان داده‌اند.سختی بالا و پایداری شیمیایی عالی مواد BNNT را برای تقویت در پلیمرها، سرامیکها و فلزات ایده‌آل می‌کندبه عنوان مثال کامپوزیت‌های BNNT/ اپوکسی مبتنی بر buckypaper و کامپوزیت buckypaper اصلاح شده پلی یورتان(polyurethane) با موفقیت تولید شده‌اند، این مواد کامپوزیتی مدول یانگ بیش از دو برابر مقدار اپوکسی شسته و ۲۰ برابر buckypaper(بدون مواد آغشته) را به نمایش می‌گذارند.BNNT همچنین یکی از امیدوار کننده‌ترین مواد برای تقویت سازه‌های مبتنی بر آلومینیوم است. سنتز نانو لوله‌های کربنی
در سال ۲۰۱۵، محققان در دانشگاه جورج واشینگتن مسیر جدیدی را برای سنتز MWCNT با الکترولیز کربنات‌های مذاب کشف کردند. مکانیسم این روش مشابه CVD است. برخی از یونهای فلزی به فرم فلزی کاهیده یافته و به عنوان نقطه مرکزی رشد CNTها بر روی کاتد متصل می‌شوند. واکنش روی کاتد به صورت زیر است سنتز نانو لوله‌های کربنی
از بین روشهای مختلف برای سنتز نانولوله، CVD بیشترین سهم را در مقیاس صنعتی دارد، به دلیل نسبت قیمت به واحد آن، و به دلیل اینکه CVD قادر است نانولوله‌ها را مستقیماً روی یک بستر مورد نظر رشد دهد، در حالی که نانولوله‌ها باید در روش‌های دیگر سنتز جمع‌آوری شوند. محل مکانهایی که نانو لوله در آن‌ها جمع‌آوری می‌شوند با انباشت دقیق کاتالیزور قابل کنترل هستند. در سال ۲۰۰۷، تیمی از دانشگاه میجو یک روش CVD با کارایی بالا برای رشد نانولوله‌های کربنی از کافور را ارائه کردند. محققان دانشگاه رایس، تا همین اواخر به لیدری ریچارد اسمالی، بر یافتن روشهایی برای تولید مقادیر زیاد و خالص از انواع خاص نانولوله متمرکز شده‌اند. رویکرد آنها باعث رشد الیاف طولانی از بسیاری از دانه‌های کوچک جدا شده از یک نانولوله می‌شود. مشخص شد که همه الیاف حاصل از قطر یکسانی با نانولوله اصلی هستند و انتظار می‌رود از همان نوع نانولوله اصلی باشند. نانو سیال
نانو سیالات که از توزیع ذرات با ابعاد نانو در سیالات معمولی حاصل می‌شوند، نسل جدیدی از سیالات با پتانسیل بسیار زیاد در کاردبرهای صنعتی هستند. اندازه ذرات مورد استفاده در نانو سیالات از ۱ نانومتر تا ۱۰۰ نانومتر می‌باشد. این ذرات از جنس ذرات فلزی همچون مس (Cu), نقره (Silver) و… و یااکسید فلزی همچون آلومینیوم اکسید (Al2O۳), اکسید مس (CuO) و… هستند. سیالات متداولی که در زمینه انتقال حرارت استفاده می‌شوند ضریب هدایت حرارتی پایینی دارند. ذرات نانو به دلیل بالا بودن ضریب هدایتی شان با توزیع در سیال پایه باعث افزایش ضریب هدایت حرارتی سیال که یکی از پارامترهای اساسی انتقال حرارت محسوب می‌شود، می‌گردند. فناوری نانو در بتن
تمام کارهای انجام یافته بر روی کاربرد مواد نانو سیلیس کلوئیدی (Colloidal Nano Silica) در بخش اصلاح خواص رئولوژی، کارپذیری و مکانیکی خمیر سیمان بوده‌است. آنچه که در اینجا مطرح است نتایج اولیه محصولات نانو سیلیس با قطری در محدوده ۵ تا ۱۰۰ نانومتر می‌باشد. اکسید تیتانیوم در سه ساختار: آناتاز، روتایل و بروکیت یافت می‌شود. از این میان فاز آناتاز بیشترین خاصیت فتوکالیستی را دارد. سطوح حاوی دی‌اکسید تیتانیوم (Tio2) می‌تواند خود را در اثر تابش نور خورشید تمیز نگاه دارد. قابلیت خود تمیز شوندگی می‌تواند با جریان آب بر روی سطوح، افزایش یابد که این افزایش میزان تمیز شدن ناشی از خاصیت فوق آبدوستی سطوح دی‌اکسید تیتانیوم است. از آنجایی که این پوشش‌ها (معمولاً در سطوح بیرونی به کار می‌روند) علاوه بر تأثیری که بر تصفیه هوا دارند باعث تمیز نگاه داشتن سطوح، با هزینه کم و داشتن چهره‌ای زیبا برای شهر خواهند شد. نانو در معماری پایدار
تحقیقات گسترده‌ای در خصوص کاربردهاینانولوله‌های کربنیدر حال انجام است وتاکنون خواص قابل ملاحظه‌ای از آن‌ها کشف شده‌است؛ برای مثال باوجود اینکه چگالی آن‌ها یک ششم چگالی فولاد است،مدول یانگآنهاپنج برابر واستحکام آن‌ها هشت برابر فولاد است. درصورت افزودن نیم الی یک درصد وزنی از این نانولوله‌ها به ماتریس بتن خواص نمونه‌ها به‌طور قابل توجهی بهبود می‌یابد. (نانولوله‌ها ی کربنی به صورت‌های تک جداره ویاچند جداره مورد استفاده قرار می‌گیرند. نانو تکنولوژی در صنعت بتن
نانو تکنولوژی در صنعت بتن :بتن مقاوم از نوع مصالح کامپوزیت بوده و از نظر دوام جزو مصالح کامپوزیت و چند فازی مرکب و پیچیده‌است. خواص، رفتاروعملکرد بتن بستگی به نانو ساختار ماده زمینه بتن و سیمانی دارد که چسبندگی، پیوستگی و یکپارچگی را به وجود می‌آورد. در صنعت بتن، سیلیس یکی از معروفترین موادی است که نقش مهمی در چسبندگی و پرکنندگی بتن با عملکرد بالا ایفا می‌کند. محصول معمولی همان سلیکیافیوم یا میکرو سیلیکا است که دارای قطری در حدود ۱/۰ تا ۱ میلی‌متر است و دارای اکسید سیلیس حدود ۹۰٪ است. محصول نانو سیلیس متشکل از ذراتی هستند که دارای شکل گلوله ای بوده و با قطر کمتر ازnm 100یا به صورت ذرات خشک پودر یا به صورت معلق در مایع محلول قابل انتشار می‌باشند، که مایع آن معمول‌ترین نوع محلول نانو سیلیس است. سنتز نانو لوله‌های کربنی
معادله قابل استفاده برای دینامیک تعدادی چرخه پالس نوری با توجه به حل معادله بولتزمن بدون برخورد برای باند الکترون‌های رسانا نانولوله‌های کربنی نیمه رسانا در شرایطی بدست آمد که محیط با نانولوله‌های کربنی دارای ضریب شکست فضایی مدوله شده باشد. غلاف کربن
وجود غلاف‌های کربنی خصوصیات بیشتری را در مورد نانولوله‌های کربنی نشان می‌دهد، برای مثال می‌توان از آن به عنوان یک محیط کنترل شده برای واکنش استفاده کرد. مولکول C معمولاً وقتی تا ۱۰۰۰ الی ۱۲۰۰ درجه سانتیگراد تحت شرایط محیط گرم می‌شوند، کربن بی‌شکل یا آمورف را تشکیل می‌دهند؛ اما وقتی تا این دما درون یک نانولوله کربنی گرم می‌شود، در عوض آنها به ترتیب مرتب می‌شوند تا SWNT دیگری تشکیل دهند، بنابراین این روند در نهایت منجر به تشکیل یک نانولوله دو جداره می‌شود. با توجه به این امر که فولرن‌ها می‌توانند به آسانی توسط دیگر مولکول‌ها محاصره یا آلایش شوند و چون نانولوله‌ها نسبت به الکترون شفاف اند، غلاف کربن به عنوان یک لوله آزمایش در مقیاس نانو هم می‌تواند استفاده شود. پس از اینکه فولرن‌ها در درون یک SWNT نفوذ کردند، از یک پرتو الکترونی پر انرژی می‌توان استفاده کرد تا اتم‌های کربن را جابجا نمود و یک واکنش پذیری شدید را ایجاد کرد، بنابراین باعث تشکیل دیمرهای C و ادغام محتوای آنها می‌شود. علاوه بر این، با توجه به محدود بودن فولرن‌ها فقط به یک درجه آزادی، پدیده‌هایی مانند نفوذ (واپخش) یا تبدیل فاز به راحتی قابل مطالعه هستند. فناوری نانو در صنعت ساخت و ساز
نانوپوشش‌های تصفیه‌کننده هوا بر روی سطوح خارجی ساختمان‌ها و جاده‌ها به ویژه در نقاط پرتردد و دارای آلودگی بالا قابل استفاده هستند. به‌کارگیری این پوشش‌ها یکی از راه‌های کاهش خسارات ناشی از آلودگی هوا، به ویژه کاهش درصد NOX و VOC محیط محسوب می‌گردد. هم‌اکنون این نوع پوشش‌ها به دو شکل پوشش‌های آلی و غیر آلی تولید می‌شوند. عامل تأثیرگذار مهم در عملکرد این دسته از پوشش‌های هوشمند، اکسیدهای فلزی نیمه هادی و فوتوکاتالیست‌هایی نظیر CdS, WO3 , TiO2 و ZnO است که از میان آن‌ها استفاده از TiO2 یا دی اکسید تیتانیوم به دلیل پایداری شیمیایی بالا، سمیت پایین و ارزان بودن رایج تر است. یکی دیگر از مهم‌ترین اجزای سازنده این دسته از نانوپوشش‌ها انواع نمک‌های کربنات است که شامل کربنات کلسیم، کربنات روی، کربنات منیزیم یا مخلوطی از آنهاست که رایج‌ترین آن‌ها کربنات کلسیم است. این ترکیب می‌تواند ماده حاصل از واکنش فوتوکاتالیستی میان رادیکال‌های آزاد تولید شده روی سطح نانوذرات دی‌اکسید تیتانیوم با NO یا NO2 را به نمک‌های معدنی کم خطر تبدیل کند. نانو در معماری پایدار
این نوع نانو پوشش‌ها، باضخامت چند نانومتر در سطح شیشه یک فیلم آب دوست تشکیل می‌دهند، سطح هیدروفیل آن‌ها از تأثیر نور خورشید یک فوتوکاتالیستتشکیل داده و آب جمع شده در سطح، در مقابل نیروی جاذبه زمین میزان آب/هوارا بر روی خود افزایش داده وبدین ترتیب آب جمع شده در سطح تماماً" پخش شده وبخودی خود امکان تمیز شدن رابوجود می‌آورد. نانوپوشش‌های استفاده شده بر روی شیشه پس از شش هفته خاصیت خود تمیزشوندگی را از خود نشان می‌دهند. بنا به گفته متخصصین نانوذرات موجود در این نانو پوشش‌ها دارای دو خاصیت است؛ یکی از آن‌ها فوق العاده هیدروفیل بودن آن است، دیگر آن که دارای خاصیت ضدعفونی‌کنندگی است، زیراقادربه شکستن وتجزیه آلاینده‌های آلی است. این تأثیرپس ازگذشت چند هفته در شیشه ایجاد می‌شود، زیرا تیتانیوم دی اکساید باید در داخل ماتریس شیشه جایگزین شده، و شیشه‌ها را از کثیفی‌های موجود رها کرده و سپس کثیفی‌های محیط را به صورت کاتالیتیک تجزیه نموده و از بین ببرد. خاصیت پخش شوندگی مساوی آب در سطح باعث می‌شود بدون اینکه لکه‌ای باقی بماند سطح ازکثیفی‌هاعاری شود.