نانوسیالات کاربردهای زیادی دارند. کاربرد نانوسیالات به دو بخش انتقال حرارت و انتقال جرم تقسیم می‌شود. خواص استثنایی، به همراه پایداری، روش تهیه نسبتاً آسان و ویسکوزیته قابل قبول باعث شده تا نانوسیالات به عنوان یکی از مناسب‌ترین و قوی‌ترین انتخاب‌ها در زمینه پدیده های انتقال جرم وانتقال حرارت باشند.


به گزارش مرکز ارتباطات و اطلاع رسانی معاونت علمی و فناوری ریاست جمهوری، نانوسیالات کاربردهای زیادی دارند. کاربرد نانوسیالات به دو بخش انتقال حرارت و انتقال جرم تقسیم می‌شود. بیشتر کاربردهای صنعتی نانوسیالات مربوط به مباحث سرمایش و گرمایش است که زیر مجموعه انتقال حرارت است و کاربرد نانوسیالات در بخش انتقال جرم بیشتر مربوط به مباحث دارویی و پزشکی است، به عنوان مثال می توان از نانوسیالات برای فرستادن دارو در مکان خاصی از بدن با دوز بالا استفاده کرد بدون اینکه به بافت آسیب برسد.
در واقع اندازه این مواد است که چنین تفاوتی در خواص آن ها ایجاد می کند و ویژگیهای کاملا متفاوت از سیال پایه خود دارند. خواص استثنایی نانوسیالات شامل انتقال جرم، هدایت حرارتی، ویسکوزیته بیشتر نسبت به سوسپانسیون‌های معمولی است.
خواص استثنایی، به همراه پایداری، روش تهیه نسبتاً آسان و ویسکوزیته قابل قبول باعث شده تا نانوسیالات به عنوان یکی از مناسب‌ترین و قوی‌ترین انتخاب‌ها در زمینه پدیده های انتقال جرم وانتقال حرارت باشند.
هرچند نانوسیالات ساخته دست بشر هستند ولی نکته جالب اینجاست که نانوسیالات در طبیعت وجود دارند و مهمترین نانوسیالی را که در طبیعت یافت می شود خون، به عنوان یک کمپلکس از نانوسیال بیولوژیکی است.

انتقال حرارت در نانو سیالات

یکی از نیازهای اساسی در بسیاری از صنایع و کارهای تحقیقاتی داشتن محیط های انتقال حرارت با راندمان بالا است. سرمایش و گرمایش سیالات برای بسیاری از فرآیندهای صنعتی شامل منابع حرارتی ، فرآیندهای تولیدی، حمل و نقل و الکترونیک نقش مهمی دارد و روش های زیادی برای افزایش نرخ انتقال حرارت در این فرآیندها گزارش شده اند.
بیشتر این روش ها بر مبنای تغییرات در ساختار تجهیزات، نظیر افزایش سطوح حرارتی (پره ها) ، لرزش سطوحی حرارتی، تزریق یا مکش سیال و اعمال جریان الکتریکی یا مغناطیسی متمرکز می باشند. این روش ها به سختی می توانند از عهده تقاضای روز افزون انتقال حرارت و فشرده سازی در تجهیزاتی شامل تراشه های الکترونیکی، سیستم های لیزری و فرآینده های با انرژی بالا برآیند. در این میان موضوعی که کمتر به آن توجه شده است، تاثیر ضریب انتقال حرارت سیالات در توسعه تجهیزات انتقال حرارت با بازدهی بالاست.
محیط های انتقال حرارت معمولا از سیالاتی نظیر آب،اتیلن گلیکول یا روغن تشکیل شده اند. این سیالات ضریب انتقال حرارت بسیار پایینی در مقایسه با فلزات و حتی اکسیدهای فلزی دارند. بنابراین انتظار می رود سیالاتی که شامل ذرات بسیار ریز این ترکیبات باشند در مقایسه با سیالات خالص، خواص حرارتی بهتری از خود نشان دهند.
به خاطر مشکلات تکنولوژیکی مطالعات انجام گرفته در این زمینه بیشتر بر روی سوسپانسیون هایی متمرکز بوه که شامل ذرات جامد معلق در حد میلی متر یا حداکثر میکرومتر هستند.ذرات در این مقیاس مشکلات جدی در تجهیزات انتقال حرارت ایجاد می کنند. به طوری که این ذرات به سرعت در سیستم ته نشین می شوند و در صورتیکه کانال از قطر کمتری برخوردار باشد مشل جدی تر خواهد بود. به طور مثال در هنگام عبور از میکروکانال های کلوخه شده و باعث گرفتگی مسیر می شوند که در نتیجه افت فشار زیادی ایجاد می کنند،همچنین برخورد این ذرات با یکدیگر و با دیواره سیستم و تجهیزات ایجاد سایش می کند.
پیشرفت های اخیر در تولیدات ذرات نانو را می توان یک تحول در روش های افزایش انتقال حرارت دانست زیرا اندازه کوچک ذرات و کسر حجمی پایین مورد استفاده مسائلی نظیر کلوخه شدن و افت فشار را حل می کند. علاوه بر این سطح نسبی بزرگ ذرات نانو،پایداری ذرات را افزایش داده و مسئله ته نشینی را کاهش می دهد و هزینه های لازم برای نگه داری و انتقال سیالات را کم می کند. در جدول 1 برخی از کاربردهای نانوسیالات در بخش انتقال حرارت آورده شده است.


 نانوسیالات و کامیون های پیشرفته

به علت نیاز به موتورهایی با نیروی بیشتر، تولید کنندگان کامیون دائماً در جستجوی راه‌هایی برای گسترش طرح‌های آیرودینامیک در وسایل نقلیه‌شان هستند. از جمله تلاش‌ها در این زمینه معطوف به کاهش مقدار انرژی مورد نیاز برای مقابله با مقاومت‌های بالا است.
در یک کامیون سنگین معمولی، با سرعت 110 کیلومتر در ساعت، در حدود 65 درصد کل بازده موتور، صرف غلبه بر کشش‌های آیرودینامیک می‌شود که یکی از دلایل بزرگ این امر مقاومت هوا است. در سیستم‌های خنک کننده، با توجه به نوع سیال مورد استفاده رادیاتورهای متفاوتی مورد نیازاست.
برای انتقال حرارت از موتور به رادیاتور و در نهایت آزاد شدن این حرارت به محیط اطراف، به کارگیری سیالات با ظرفیت‌های گرمایی بالا ضروری است. این سیالات قادرند بدون افزایش دمای خودشان حرارت را جذب و سپس آن را بسیار آهسته و بدون نیاز به مقدار سیال بیشتر به محیط اطراف منتقل کنند که این انتقال آهستۀ گرما به محیط، موجب بزرگی اندازۀ رادیاتورهای وسایل نقلیه معمولی می‌شود.
اگر سرعت انتقال حرارت توسط سیالات به‌گونه‌ای افزایش یابد، طراحی رادیاتورها آسان و مؤثرتر شده و می‌توان آنها را کوچکتر ساخت. همچنین اندازۀ پمپ‌‌های خنک کنندۀ وسایل نقلیه می‌تواند کاهش یابد. موتورهای کامیون‌ها نیز می‌توانند به علت کارکردن تحت دماهای بالاتر نیروی بیشتری تولید کنند. افزایش هدایت گرمایی خنک‌کننده‌ها نیز می‌تواند ایده‌ای مناسب برای تولید پیل‌های سوختی پیشرفته و وسایل نقلیۀ دوگانه سوز/الکتریکی باشد.


نانوسیالات فلزی و موتورهای خنک‌کننده

ویژگی‌های موتورهای دیزلی از نظر محدودیت در واکنش‌ها و راندمان کار به سرعت در حال دگرگون شدن است. سیستم‌های خنک‌کننده باید بتوانند تحت دماهای بالاتر کار کرده و مقادیر بیشتری گرما به محیط اطراف منتقل کنند. اندازۀ رادیاتورها نیز باید کاهش یابد تا تجهیزات اضافی اتوموبیل ها حذف شده و رفت‌و‌آمد با آنها ساده‌تر شود. به‌طور واقع‌بینانه، محصور کردن نیروی خنک‌کنندۀ بیشتر در فضای کمتر، تنها با به کار بردن فناوری‌‌های جدیدی مانند نانوسیالات ممکن خواهد بود.


کاربرد نانوسیالات در پزشکی

نانوپزشکی همان استفاده پزشکی از فناوری نانو است. دامنه نانوپزشکی از کاربردهای پزشکی نانومواد تا حسگرهای زیستی نانوالکترونیکی و حتی کاربردهای احتمالی آتی از فناوری نانومولکولی را شامل می شود.


انتقال دارو

فناوری نانو با استفاده از نانوذرات امکان انتقال دارو به سلولهای خاص را فراهم کرده است. با گذاشتن عامل فعال تنها در منطقه بیماری و نه به میزان دوز بالاتر از حد نیاز، امکان کاهش مصرف کلی دارو و عوارض جانبی آن تا حد قابل توجهی وجود دارد. مقصود از دارورسانی هدفمند کاهش عوارض جانبی داروها همراه با کاهش همزمان مصرف و هزینه های درمانی می باشد. با استفاده از دستگاههای نانومهندسی شده و هدف گیری مولکولی امکان حصول بالقوه هدف وجود دارد.
یک مزیت استفاده از مقیاس نانو برای فناوری های پزشکی این است که دستگاه کوچکتر، از حالت تهاجمی کمتری برخوردار است و احتمالا امکان کار گذاشتن آنها در محیط طبیعی وجود دارد. به علاوه زمان واکنش های بیوشیمایی بسیار کوتاه تر می شود. این دستگاهها سریع تر و حساس تر از دارو رسانی معمولی هستند. تاثیر دارورسانی از طریق نانو پزشکی تا حد زیادی مبتنی بر این عوامل می باشد: الف) کپسولی سازی موثر داروها، ب) دارورسانی موفقیت امیز به ناحیه هدف واقع شده در بدن، ج)رها سازی موفقیت آمیز دارو.


مهندسی بافت

نانوپزشکی ممکن است با استفاده از بدنه های مبتنی بر نانومواد مناسب و عوامل رشد به عنوان بخشی از مهندسی بافت برای کمک به تولید مثل و یا تعمیر بافت آسیب دیده مورد استفاده قرار گیرد. نانوذراتی مثل گرافن، نانولوله های کربنی، دی سولفید مولیبدن و دی سولفید تنگستن به عنوان عوامل تقویتی برای ساخت نانوکامپوزیتهای محکم مکانیکی زیست تخریب پذیر برای کاربردهای مهندسی بافت استخوان استفاده می شوند.
به عنوان مثال ثابت شده است که یک جوش دهنده گوشت برای ترکیب کردن دو قطعه گوشت به یک قطعه، از یک سیستم تعلیق نانو پوسته هایی با پوشش طلای فعال شده توسط یک لیزر مادون قرمز استفاده می کند. این می تواند برای جوش دادن شریانها در طول عمل جراحی استفاده شود


انتقال حرارت در پزشکی

استفاده از نانوسیالات به عنوان خنک کننده های مؤثر در جراحی یک عضو خاص، سبب کاهش خطر آسیب عضو و عمل جراحی امن تر شده و شانس زنده ماندن بیمار افزایش می یابد. همچنین نانوسیالات می توانند با ایجاد حرارت بالا در اطراف تومور به کشتن سلولهای سرطانی بدون تاثیر بر سلول های سالم اطراف بپردازند.

در نانوسیالات به علت کوچک بودن ذرات، به مقدار زیادی مشکلات ناشی از خوردگی، ناخالصی و افت فشار را کاهش و پایداری سیالات در مقابل رسوب گذاری بهبود چشمگیری می یابد. به دلیل بالا بودن ضریب هدایتی نانوذرات، با توزیع در سیال پایه باعث افزایش ضریب هدایت حرارتی سیال می شوند که یکی از پارامترهای اساسی انتقال حرارت محسوب می‌شود.
همچنین نانو ذرات سبب بهبود انتقال جرم نیز می شوند اما تاکنون مکانیسم دقیق این پدیده مشخص نشده و تحقیقات بیشتری لازم است. با توجه به خواص منحصر به فرد نانوسیالات، کاربردهای بسیاری دارند و از مهم ترین آنها استفاده در بخش انتقال حرارت است و پزشکی می باشد.
ستاد توسعه فناوری نانو معاونت علمی و فناوری ریاست جمهوری به‌منظور هرچه بیشتر فناوری‌های نانویی در ایران فعالیت دارد.
پایان پیام/29