صنعت نفت تقریباً در تمام فرآیندها احتیاج به موادی مستحکم و مطمئن دارد. با ساخت موادی در مقیاس نانو می‌توان تجهیزاتی سبکتر، مقاومتر و محکم‌تر از محصولات امروزی تولید نمود. شرکت نانوتکنولوژی "جی پی"در هنگ‌کنگ یکی از پیشگامان توسعه کربید سیلیکون، یک پودر سرامیکی در ابعاد نانو می‌باشد.

با استفاده از این پودرها می‌توان مواد بسیار سختی تولید نمود. این شرکت در حال حاضر مشغول مطالعه و تحقیق بر روی سایر مواد مرکب می‌باشد و معتقد است که می‌توان با نانوکریستال‌ها تجهیزات حفاری با دوام تر و مستحکم‌تری تولید کرد. همچنین متخصصان این شرکت یک سیال جدید حاوی ذرات و نانوپودرهای بسیار ریز تولید نموده‌اند که به‌طور قابل توجهی سرعت حفاری را بهبود می‌بخشد. این مخلوط آسیب‌های وارده به دیواره مخزن در چاه را حذف نموده و قابلیت استخراج نفت را افزایش می‌بخشد.

 

آلودگی

آلودگی توسط مواد شیمیایی و یا گازهای آلاینده یک مبحث بسیار دشوار در تولید نفت و گاز می‌باشد. نتایج بدست‌آمده از تحقیقات دانشمندان حاکی از آن است که نانوتکنولوژی می‌تواند تا حد مطلوبی به کاهش آلودگی کمک کند. در حال حاضر فیلترها و ذراتی با ساختار نانو در حال توسعه می‌باشند که می‌توانند ترکیبات آلی را از بخار نفت جدا سازند. این نمونه‌ها علیرغم اینکه اندازه‌ای در حدود چند نانومتر دارند، دارای سطح بیرونی وسیعی بوده و قادر به کنترل نوع سیال گذرنده از خود می‌باشند. همچنین کاتالیست‌هایی با ساختار نانو جهت تسهیل در جداسازی سولفید هیدروژن، آب، مونوکسیدکربن، و دی‌اکسید کربن از گاز‌طبیعی در صنعت نفت بکار گرفته می‌شوند. در حال حاضر مطالعاتی بر روی نمونه‌هایی از خاک رس در ابعاد نانو و جهت ترکیب با پلیمرهایی صورت می‌پذیرد که بتوانند هیدروکربن‌ها را جذب نمایند. بنابراین می‌توان باقیمانده‌های نفت را از گل حفاری جدا نمود.

سنسورهای جدید در خدمت بهبود استخراج نفت براساس آخرین اطلاعات چاپ شده توسط سازمان انرژی آمریکا، استخراج نفت در حدود دو سوم از چاه‌های نفت آمریکا اقتصادی نمی‌باشد. با توجه به دما و فشار زیاد در محیط‌های سخت زیرزمینی، سنسورهای قدیمی الکتریکی و الکترونیکی و سایر لوازم اندازه‌گیری قابل اعتماد نمی‌باشند و در نتیجه شرکت‌های استخراج‌ کنندة‌ نفت در تهیه ‌اطلاعات لازم و حساس جهت استخراج کامل و مؤثر نفت از مخازن با برخی مشکلات مواجه می‌باشند.

در حال حاضر محققان در آزمایشگاه فوتونیک دانشگاه صنعتی ویرجینیا در حال توسعه یک‌سری سنسورهای قابل اعتماد و ارزان از فیبرهای نوری جهت اندازه‌گیری فشار، دما، جریان نفت و امواج آکوستیک در چاه‌های نفت می‌باشند. این سنسورها به‌علت مزایایی نظیر اندازة کوچک ،‌ایمنی در قبال تداخل الکترومغناطیسی ، قابلیت کارآیی در فشار و دمای بالا و همچنین محیط‌های دشوار، مورد توجه بسیار قرار گرفته‌اند. از همه مهم‌تر اینکه امکان جایگزینی و تعویض این سنسورها بدون دخالت در فرآیند تولید نفت و باهزینة‌ مناسب فراهم می‌باشد. در حال حاضر عمل جایگزینی و تعویض سنسورهای قدیمی در چاه‌های نفت میلیون‌ها دلار هزینه در پی دارد. سنسورهای جدید از نظر تولید بسیار مقرون ‌به صرفه بوده و اندازه‌گیری‌های دقیق‌تری ارائه می‌دهند.

انتظار می‌رود که تکنولوژی این سنسورها تولید نفت را با ارائه اندازه‌گیری‌های دقیق و قابل اعتماد و کاهش ریسک‌های همراه با اکتشاف و حفاری نفت بهبود بخشد. همچنین سنسورهای جدید به‌علت برخی کاربردهای ویژه نظیر استخراج دریایی و افقی نفت، جایی که بکاربستن سنسورهای قدیمی در چنین شرایطی بسیار مشکل می‌باشد، از توجه ویژه‌ای برخوردارند.

 

نانوتکنولوژی و افزایش بازده موتورها

 

محققین دانشگاه کالیفرنیا در سانتاکروز در راس یک برنامه همکاری به منظور توسعه فناوری جدیدی جدیدی جهت افزایش بازده موتور های احتراق داخلی قرار دارند.

این فناوری قرار است حرارت خروجی از موتور را به جریان الکتریکی تبدیل نماید.این پروژه از مهندسی نانومتری مواد ، جهت تبدیل مستقیم انرژی حرارتی به انرژی الکتریکی استفاده خواهد نمود.

 

اشاره‌ای به کاربردهای فناوری نانو در صنعت خودرو

امروزه فناوری نانو در بخش‌های مختلفی از صنعت خودروسازی وارد شده است که غفلت از آن باعث عقب‌ماندگی کشور در صنعت خودروسازی می‌گردد. این فناوری عامل بسیار مهمی در تولید خودروهای کم مصرف‌تر و مرغوب‌تر خواهد بود.

 

از عوامل کلیدی در صنعت خودرو می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

- کاهش آلایندگی و مصرف سوخت

- بازیافت

- ایمنی

- بهبود عملکرد و ا فزایش کارایی موتور

- زیبایی گرایی

 

بازارهای بخش‌های فناوری نانو در صنعت خودرو مطابق تحقیقات انجام شده، بصورت ذیل می‌باشد:

تولید و ذخیره انرژی پیل‌های سوختی ، پیل‌های خورشیدی ، کاتالیزورهای گازوئیلی و بنزینی ،ذخیره‌سازی انرژی مواد نانو ساختار، نانوکامپوزیت‌، نانوذرات، نانوساختارهای سبک وزن،مواد مقاوم در برابر آتش و حرارت،افزایش استحکام و بهبود پایداری رنگ‌ها و پوشش‌های نانوساختار و هوشمند،خود تمیز شونده‌ها،مقاومت به خراش،عملکرد نوری پوشش‌ها،مواد قابل برنامه‌ریز حسگرها و نمایشگرهای دقیق،نمایشگرهای حرکت،نمایشگرهای فشار،نمایشگرهای شیب،سیستم‌های بیومتریک،حسگرهای جوی نانوالکترونیک،مدیریت هوشمند موتور،سیستم روشنایی،الکترونیک در دمای بالا،کنترل امنیت،باطری‌های با طول عمر طولانی مواد و پوشش‌ها،پوشش‌های نانوکامپوزیتی با اصطکاک پائین،پوشش‌های نانوکامپوزیتی مقاوم به سایش،پوشش‌های مقاوم به حرارت كاربردهای زیستی،تجهیزات بهداشتی،سیستم‌های امداد،طراحی زیستی تولید، اندازه‌گیری و کنترل اداوات، ابزار و ماشین‌ها،اتوماسیون محیط زیست:فناوری زیست محیطی،بازیافت،سوخت ابزارهای نانو و فناوری‌های متقارب در صنعت خودرو،فناوری بر اساس نانولوله‌های کربنی،مدل سازی و شبیه‌سازی،نانوحسگرها و محرک‌ها  اسپینترونیک و نانومغناطیس.

 

نانوتكنولوژی و صنعت نفت

فناوری نانو می­تواند اثرات قابل توجهی در صنعت نفت داشته باشد، در مطلب زیر بعد از اشاره به برخی از این تأثیرات، تعدادی از كاربردهای فناوری نانو در صنعت نفت بویژه در بحث آلودگی محیط زیست و نیز سنسورهای نانو به طور مختصر معرفی گردیده است:
هنگامی كه ریچارد اسملی ( Richard Smally ) برندة جایزة نوبل، بالك مینسترفلورسنس را در سال 1985 در دانشگاه رایس كشف نمود،‌ انتظار اندكی داشت كه تحقیق او بتواند صنعت نفت را متأثر سازد. سازمان انرژی آمریكا ( DOE ) سرمایه‌گذاری خود را در قسمت فناوری نانو با 62 درصد افزایش داد تا مطالعات لازم در زمینة‌ موادی با نام‌های باكی‌بال‌ها ( Bulky Balls ) و باكی‌تیوب‌ها ( Bulky Tubes )‌ استوانه‌های كربنی كه دارای قطر متر می‌باشند صورت گیرد. نانولوله‌های كربنی با وزنی در حدود وزن فولاد، صد برابر مستحكم ­ تر از آن بوده، دارای رسانش الكتریكی معادل با مس و رسانی گرمایی هم ارز با الماس می‌باشند. نانوفیلترها می‌توانند به جداسازی مواد در میدان‌های نفتی كمك كنند و كاتالیست‌های نانو می‌توانند تأثیر چندین میلیارد دلاری در فرآیند پالایش به‌دنبال داشته باشند. از سایر مزایای نانولوله‌های كربنی می‌توان به كاربرد آن‌ها در تكنولوژی اطلاعات (‌ IT ) نظیر ساخت پوشش‌های مقاوم در مقابل تداخل‌های الكترومغناطیسی، صفحه‌های نمایش مسطح، مواد مركب جدید و تجهیزات الكترونیكی با كارآیی زیاد اشاره نمود. علم نانو یك تحول بزرگ در مقیاس بسیار كوچك بسیاری از محققان و سیاستمداران جهان معتقدند كه علم نانو می‌تواند تحولات اساسی در صنعت جهانی ایجاد نماید صنعت نفت نیز از پیشرفت این تكنولوژی بهره‌مند خواهد گشت.

علم نانو می‌تواند به بهبود تولید نفت و گاز با تسهیل جدایش نفت وگاز در داخل مخزن كمك نماید. این كار با درك بهتر فرآیندها در سطوح مولكولی امكانپذیر می‌باشد. با توجه به اینكه نانو مربوط به ابعادی در حدود متر می‌باشد، نانوتكنولوژی به مفهوم ساخت مواد و ساختارهای جدید توسط مولكول‌ها و اتم‌ها در این مقیاس می‌باشد.

خوشبختانه كاربردهای عملی نانو در صنعت نفت جایگاه‌ ویژه‌ای دارند. نانوتكنولوژی دیدگاه‌های جدید جهت استخراج بهبودیافتة نفت فراهم كرده است. این تكنولوژی به جدایش موثرتر نفت و آب كمك می‌كند . با افزودن موادی در مقیاس نانو به مخزن می‌توان نفت بیشتری آزاد نمود. همچنین می‌توان با گسترش تكنیك‌های اندازه‌گیری توسط سنسورهای كوچك،‌ اطلاعات بهتری دربارة مخزن بدست آورد.

 

سنسورهای هیدروژن خود تمیز كننده

 

خواص فوتوكاتالیستی نانوتیوب‌های تیتانیا در مقایسه با هر فرمی از تیتانیا بارزتر می‌باشد، بطوری‌كه آلودگی‌های ایجادشده تحت تابش اشعة ماوراء بنفش به‌طور قابل توجهی از بین می‌روند. تا اینكه سنسورها بتوانند حساسیت اصلی خود نسبت به هیدروژن را حفظ نماید. تحقیقات انجام‌گرفته در این زمینه حاكی از آن است كه نانوتیوب‌های تیتانیا دارای یك مقاومت الكتریكی برگشت‌پذیر می‌باشند، بطوری‌كه اگر هزار قطعه از آن‌ها در مقابل یك میلیون‌ اتم هیدروژن قرار بگیرند، مقاومت الكتریكی آن در حدود یكصد میلیون درصد افزایش می‌یابد.

سنسورهای هیدروژن بطور گسترده‌ای در صنایع شیمیایی، نفت و نیمه‌رساناها مورد استفاده قرار می‌گیرند. از آنها جهت شناسایی انواع خاصی از باكتری‌های عفونت‌زا استفاده می‌گردد. به‌ هر حال محیط‌هایی نظیر تأسیسات و پالایشگاه‌های نفتی كه سنسورهای هیدروژن از كاربردهای ویژه‌ای برخوردار می‌باشند، می‌توانند بسیار آلوده و كثیف باشند این سنسورهای هیدروژن نانوتیوب‌های تیتانیا هستند كه توسط یك لایة غیرپیوسته‌ای از پالادیم پوشانده شده‌اند. محققان این سنسورها را به مواد مختلفی نظیر اسید استریك ( یك نوع اسید چرب )‌، دود سیگار و روغن‌های مختلفی آلوده نمودند و سپس مشاهده كردند كه تمام این آلوده‌كننده‌ها در اثر خاصیت فوتوكاتالیستی نانوتیوب‌ها از بین می‌روند. حد نهایی آلودگی‌ها زمانی بود كه دانشمندان این سنسورها را در روغن‌های مختلفی غوطه‌ور ساخته و سنسورها توانستند خواص خود را بازیابند. محققان سنسورها را در دمای اتاق به مقدار هزار قطعه در مقابل یك میلیون ‌اتم هیدروژن در معرض این گاز قرار دادند و مشاهده نمودند كه در طرح‌های اولیة سنسور مقاومت الكتریكی آن به میزان 175000 درصد تغییر می‌كند. سپس سنسورها را توسط لایه‌ای به ضخامت چندین میكرون از روغن موتور پوشاندند تا بطور كلی حساسیت آن‌ها نسبت به هیدروژن از بین برود. سپس این سنسورها را در هوای عادی به ‌مدت 10 ساعت در معرض نور ماوراء بنفش قرار دادند و پس از یك ساعت مشاهده نمودند كه سنسورها مقدار قابل توجهی از حساسیت خود را بدست آورده‌ و پس از گذشت 10 ساعت تقریباً بطور كامل به وضعیت عادی خود بازگشتند.

علیرغم قابلیت بازگشتی بسیار مناسب این سنسورها نمی‌توانند پس از آلودگی به انواع خاصی از آلوده‌كننده‌ها حساسیت خود را باز یابند برای مثال روغن WQ -40 به علت دارابودن مقداری نمك خاصیت فوتوكاتالسیتی نانوتیوب‌ها را تا حد زیادی از بین می‌برد.
با افزودن مقدار اندكی از فلزات مختلف نظیر قلع، طلا، نقره، مس و نایوبیم، یك گروه متنوعی از سنسورهای شیمیایی بدست می‌آیند. این فلزات خاصیت فوتوكاتالیستی نانوتیوب‌های تیتانیا را تغییر می‌دهند. به هر حال سنسورها در یك محیط غیرقابل كنترل در دنیای واقعی توسط مواد گوناگونی نظیر بخار‌های آلی فرار، دودة كربن و بخارهای نفت و همچنین گرد و غبار آلوده می‌گردند. قابلیت خودپاك‌كنندگی این سنسورها طول عمر آن‌ها را افزایش و از همه مهمتر خطای آنها را كاهش می‌دهد.

 

 

سنسورهای جدید در خدمت بهبود استخراج نفت

 
براساس آخرین اطلاعات چاپ شده توسط سازمان انرژی آمریكا، استخراج نفت در حدود دو سوم از چاه‌های نفت آمریكا اقتصادی نمی‌باشد. با توجه به دما و فشار زیاد در محیط‌های سخت زیرزمینی، سنسورهای قدیمی الكتریكی و الكترونیكی و سایر لوازم اندازه‌گیری قابل اعتماد نمی‌باشند و در نتیجه شركت‌های استخراج‌ كنندة‌ نفت در تهیة ‌اطلاعات لازم و حساس جهت استخراج كامل و مؤثر نفت از مخازن با برخی مشكلات مواجه می‌باشند.
در حال حاضر محققان در آزمایشگاه فوتونیك دانشگاه صنعتی ویرجینیا در حال توسعة یك‌سری سنسورهای قابل اعتماد و ارزان از فیبرهای نوری جهت اندازه‌گیری فشار، دما، جریان نفت و امواج آكوستیك در چاه‌های نفت می‌باشند. این سنسورها به‌علت مزایایی نظیر اندازة كوچك ،‌ایمنی در قبال تداخل الكترومغناطیسی ، قابلیت كارآیی در فشار و دمای بالا و همچنین محیط‌های دشوار، مورد توجه بسیار قرار گرفته‌اند. از همه مهم‌تر اینكه امكان جایگزینی و تعویض این سنسورها بدون دخالت در فرآیند تولید نفت و باهزینة‌ مناسب فراهم می‌باشد. در حال حاضر عمل جایگزینی و تعویض سنسورهای قدیمی در چاه‌های نفت میلیون‌ها دلار هزینه در پی دارد. سنسورهای جدید از نظر تولید بسیار مقرون ‌به صرفه بوده و اندازه‌گیری‌های دقیق‌تری ارائه می‌دهند.

انتظار می‌رود كه تكنولوژی این سنسورها تولید نفت را با ارائه اندازه‌گیری‌های دقیق و قابل اعتماد و كاهش ریسك‌های همراه با اكتشاف و حفاری نفت بهبود بخشد. همچنین سنسورهای جدید به‌علت برخی كاربردهای ویژه نظیر استخراج دریایی و افقی نفت، جایی كه بكاربستن سنسورهای قدیمی در چنین شرایطی بسیار مشكل می‌باشد، از توجه ویژه‌ای برخوردارند.

<!--[if !supportLineBreakNewLine]-->
<!--[endif]-->

نانوتكنولوژی در صنایع نیمه‌هادی

صنایع نیمه‌هادی در سیر تكامل خود در حال رسیدن به نقط‌های است كه توانایی آن برای تولید نقاط كوچكتر با مشكلاتی جدی همچون اثرات كوانتومی و نوسانات سطوح اتمی روبرو خواهد شد.

مشكلات دیگر در راه پیشرفت CMOS عبارتند از مصرف بالا، اتلاف حرارت و هزینه بسیار بالای ساخت. این مسائل در آینده مانعی سخت برای تولید نیمه‌هادی‌های كارآمد خواهد بود. به گفته NanoMarkets ، نانوتكنولوژی به ادامه پیشرفت و تولید CMOS كمك خواهد كرد و همچنین فناوری‌های جدید را قادر خواهد ساخت تا گوی سبقت را در جلب رضایت بازار از CMOS بربایند.غول‌های بزرگ صنعتی همچون فری‌اسكیل ‌، آی‌بی‌اِم، اینفینئون و اینتل پشتوانة مهمی برای نانوحافظه‌ها به حساب می‌آیند.

یك گزارش جدید از NanoMarkets بیانگر این مطلب است كه همان‌طوركه روش‌های كنونی لیتوگرافی به پایان راه خود رسیده‌اند، ابزار‌هایی كه برای توسعه، تولید و آزمایش CMOS به كار می‌روند، نیز باید بر پایة نانوتكنولوژی طرح‌ریزی گردند. پرتوافكن مستقیم الكترونیكی كه در تولید ASIC به كار می‌رود، نمونه‌های از ابزاری است كه به كمك نانوتكنولوژی بوجود آمده‌است. اما نانوماركتز معتقد است كه كاربرد واقعی نانوتكنولوژی در تولید محصولات جدید، با توجه به خصوصیات مواد مقیاس نانو می‌باشد. بخش‌هایی از صنعت نیمه‌هادی كه بیشترین تأثیر نانوتكنولوژی در آنها دیده می‌شود خارج از مقوله CMOS قرار دارند. به گفته نانوماركتز این موضوع در موارد زیر به وضوح دیده می‌شود.
<!--[if !supportLineBreakNewLine]-->
<!--[endif]-->

حافظه غیرفرار

 

حافظه غیرفرار یكی از عوامل تقویت محاسبات سیار است. اما با توجه به اینكه حجم و سرعت فناوری Flash محدود می‌باشد، حافظه‌های جدید كه در طراحی آنها از نانوتكنولوژی بهره گرفته شده است، كارایی بهتری را از خود نشان داده‌اند FRAM و MRAM نمونه‌هایی از این نوع حافظه‌ها هستند.

 

الكترونیك پلیمری

 

 سونی، زیراكس و سایرین آماده‌اند كه محصولات الكترونیك لایه نازك را وارد بازار كنند. الكترونیك پلیمری، برخلاف CMOS، از خصوصیات حرارتی بسیار خوبی برخوردار است و هزینه‌ تولید در حجم كم را پایین می‌آورد. این خصوصیات امكان تولید محصولات جدیدی را به وجود می‌آورد. در سال 2006 نمایشگر‌های بزرگ رولی و همچنین برچسب‌های RFID با قیمت پایین تولید خواهد شد كه امكان استفاده از آنها برای اجناس یك‌بار‌مصرف فراهم خواهد شد

نانوحسگر

 

نانوحسگرها نسبت به رقبای خود از آستانه تشخیص بسیار پایین‌تری برخوردارند. آنها قادرند در زمینه كشف امراض بیولوژیك نقش مهمی را ایفا كنند. به گونه‌ای كه در مورد اعلام وجود سرطان، از سرعت بسیار زیادی برخوردارند

گزارش NanoMarkets بیانگر این مطلب است كه نانوتكنولوژی به‌زودی می‌تواند در مدیریت حرارتی و اتصالات داخلی پر‌سرعت، به میزان قابل‌توجهی كمك نماید. در زمینه اتصالات داخلی پرسرعت می‌توان از نانولوله‌ها استفاده نمود زیرا توانایی آنها در انتقال جریان از مس خیلی بیشتر است و می‌توان آنها را به روش‌های قابل انطباق با CMOS‌ها رشد داد (اینفینئون در سال 2002 این قابلیت را نشان داد). از نانولوله‌ها می‌توان خنك‌كننده‌های بسیار خوبی برای رفع مشكلات حرارتی ساخت (همانند قطعاتی كه اینتل از سال 2002 به بعد به كارشان گرفت) و یا می‌توان با ایجاد جرقه بین آنها جریانی از هوای خنك تولید نمود.از این گزارش چنین نتیجه گرفته می‌شود كه فرصت‌های قابل توجهی در نانوالكترونیك وجود دارد. به‌گونه‌ای كه در سال 2006 نانوحافظه‌ها به تنهایی 1/3 میلیارد دلار سودآوری خواهند داشت. همان‌گونه كه در بالا توضیح داده‌شد، این امر هم‌اكنون در قالب روش‌های جدید برای تكمیل CMOSها آغاز شده‌است. این گزارش نشان می‌دهد كه سازندگان نیمه‌هادی‌ها از هم‌اكنون باید به فكر طرح ریزی برای به‌كارگرفتن نانوتكنولوژی در تولیدات خود باشند. در غیر این‌صورت باید از دست دادن تولیدات بزرگ آینده را بپذیرند، كه البته پذیرفتن این ریسك بسیار دور از ذهن به‌نظر می‌رسد.