नैनोटेक्नोलॉजी के अनुप्रयोग | विज्ञान और प्रौद्योगिकी (Science & Technology) for UPSC CSE PDF Download

नैनोटेक्नोलॉजी के अनुप्रयोग
20 साल से अधिक के बुनियादी नैनोविज्ञान अनुसंधान और एनएनआई के तहत 15 साल से अधिक के केंद्रित अनुसंधान एवं विकास के बाद, नैनोटेक्नोलॉजी के अनुप्रयोग अपेक्षित और अप्रत्याशित दोनों तरीकों से समाज के लिए लाभकारी सिद्ध हो रहे हैं। नैनोटेक्नोलॉजी कई तकनीकी और उद्योग क्षेत्रों, जैसे कि सूचना प्रौद्योगिकी, घरेलू सुरक्षा, चिकित्सा, परिवहन, ऊर्जा, खाद्य सुरक्षा, और पर्यावरण विज्ञान में महत्वपूर्ण सुधार और क्रांति लाने में मदद कर रही है। नीचे नैनोटेक्नोलॉजी के लाभों और अनुप्रयोगों की तेजी से बढ़ती सूची का एक नमूना प्रस्तुत किया गया है।

• दैनिक सामग्री और प्रक्रियाएँ: नैनोटेक्नोलॉजी के कई लाभ इस तथ्य पर निर्भर करते हैं कि यह अत्यंत छोटे पैमानों पर सामग्रियों की संरचनाओं को अनुकूलित करना संभव बनाता है।
• उदाहरण के लिए:
  • फैब्रिक्स पर नैनोस्केल एडिटिव्स या सतह उपचार व्यक्तिगत बॉडी आर्मर में हल्का बलिस्टिक ऊर्जा विचलन प्रदान कर सकते हैं।
  • चश्मों, कंप्यूटर और कैमरा डिस्प्ले पर स्पष्ट नैनोस्केल फिल्में उन्हें जल- और अवशेष-प्रतिरोधी बना सकती हैं।
  • नैनोस्केल सामग्री अब washable, durable “स्मार्ट फैब्रिक्स” में सक्षम हो रही हैं।
  • गाड़ियों, ट्रकों, विमानों आदि का हल्का होना ईंधन बचत का कारण बन सकता है।

इलेक्ट्रॉनिक्स और आईटी अनुप्रयोग:
नैनोटेक्नोलॉजी ने कंप्यूटिंग और इलेक्ट्रॉनिक्स में महत्वपूर्ण प्रगति में योगदान दिया है, जिससे तेज, छोटे और अधिक पोर्टेबल सिस्टम विकसित हुए हैं। इन अनुप्रयोगों में शामिल हैं:

• ट्रांजिस्टर, जो आधुनिक कंप्यूटिंग के लिए बुनियादी स्विच हैं, नैनोटेक्नोलॉजी के माध्यम से छोटे होते जा रहे हैं।
• चुंबकीय रैंडम एक्सेस मेमोरी (MRAM) कंप्यूटरों को लगभग तुरंत "बूट" करने में सक्षम बनाती है।
• क्वांटम डॉट्स का उपयोग करके बनाने वाले अल्ट्रा-हाई डेफिनिशन डिस्प्ले और टेलीविजन अधिक जीवंत रंग उत्पन्न कर रहे हैं।

चिकित्सा और स्वास्थ्य देखभाल अनुप्रयोग:
नैनोटेक्नोलॉजी पहले से ही चिकित्सकों के लिए उपलब्ध चिकित्सा उपकरणों, ज्ञान और चिकित्सा विधियों को विस्तारित कर रही है। उदाहरण शामिल हैं:

• सोने के नैनोपार्टिकल्स को लक्षित न्यूक्लिक एसिड अनुक्रमों के लिए प्रॉब के रूप में अनुकूलित किया गया है।
• बेहतर इमेजिंग और निदान उपकरणों के माध्यम से प्रारंभिक निदान की संभावनाएँ बढ़ रही हैं।

ऊर्जा अनुप्रयोग:
नैनोटेक्नोलॉजी पारंपरिक ऊर्जा स्रोतों में अनुप्रयोग पा रही है और वैकल्पिक ऊर्जा दृष्टिकोणों को भी काफी बढ़ा रही है। उदाहरण के लिए:

• नैनोटेक्नोलॉजी इंधन उत्पादन की दक्षता में सुधार कर रही है।
• नई नैनोस्ट्रक्चर्ड सोलर सेल्स को अधिक कुशलता से सौर ऊर्जा को बिजली में बदलने के लिए विकसित किया जा रहा है।

पर्यावरणीय सुधार:
नैनोटेक्नोलॉजी पर्यावरणीय संदूषकों की पहचान और सफाई में मदद कर सकती है। उदाहरण के लिए:

• जल शुद्धिकरण के लिए नैनोटेक्नोलॉजी का उपयोग किया जा रहा है।
• औद्योगिक जल प्रदूषण को साफ करने के लिए नैनोपार्टिकल्स विकसित किए जा रहे हैं।

भविष्य के परिवहन लाभ:
नैनोटेक्नोलॉजी मल्टीफंक्शनल सामग्री विकसित करने का वादा करती है, जो हल्के, सुरक्षित, स्मार्ट और अधिक कुशल वाहनों का निर्माण करने में मदद कर सकती है।

• नैनो-इंजीनियर्ड सामग्री में उच्च शक्ति वाले रिचार्जेबल बैटरी सिस्टम, थर्मोइलेक्ट्रिक सामग्री और कम रोलिंग प्रतिरोध वाले टायर शामिल हैं।

नैतिक और कानूनी मुद्दे:
कृपया अधिक जानकारी के लिए पर्यावरण, स्वास्थ्य और सुरक्षा मुद्दों और नैतिक, कानूनी, और सामाजिक मुद्दों के पृष्ठों पर जाएं।

नैनोटेक्नोलॉजी के अनुप्रयोग

20 वर्षों से अधिक के मूल नैनोविज्ञान अनुसंधान और NNI के तहत 15 वर्षों से अधिक के केंद्रित अनुसंधान एवं विकास के बाद, नैनोटेक्नोलॉजी के अनुप्रयोग समाज को लाभ पहुँचाने के अपने वादे को अपेक्षित और अप्रत्याशित दोनों तरीकों से पूरा कर रहे हैं। नैनोटेक्नोलॉजी कई प्रौद्योगिकी और उद्योग क्षेत्रों को महत्वपूर्ण रूप से सुधारने, बल्कि क्रांतिकारी बनाने में मदद कर रही है: सूचना प्रौद्योगिकी, घरेलू सुरक्षा, चिकित्सा, परिवहन, ऊर्जा, खाद्य सुरक्षा, और पर्यावरण विज्ञान, अन्य कई के बीच। नीचे नैनोटेक्नोलॉजी के तेजी से बढ़ते लाभों और अनुप्रयोगों की एक झलक दी गई है।

दैनिक सामग्री और प्रक्रियाएँ

नैनोटेक्नोलॉजी के कई लाभ इस तथ्य पर निर्भर करते हैं कि यह अत्यंत छोटे स्तर पर सामग्रियों की संरचनाओं को अनुकूलित करना संभव है ताकि विशिष्ट गुण प्राप्त किए जा सकें, इस प्रकार सामग्री विज्ञान के उपकरणों को बहुत बढ़ा दिया जाता है। नैनोटेक्नोलॉजी का उपयोग करके, सामग्रियों को प्रभावी रूप से मजबूत, हल्का, अधिक टिकाऊ, अधिक संक्रियाशील, अधिक छलनी की तरह, या बेहतर इलेक्ट्रिकल कंडक्टर बनाया जा सकता है, अन्य कई विशेषताओं के बीच। वर्तमान में, कई दैनिक व्यावसायिक उत्पाद बाजार में उपलब्ध हैं और दैनिक उपयोग में हैं जो नैनोस्केल सामग्रियों और प्रक्रियाओं पर निर्भर करते हैं:

• नैनोस्केल योजक या कपड़ों के सतह उपचार व्यक्तिगत शरीर कवच में हल्के बॉलिस्टिक ऊर्जा अवरुद्ध करने की क्षमता प्रदान कर सकते हैं, या इन्हें झुर्रियों, दागों और बैक्टीरिया के विकास से बचने में मदद कर सकते हैं।
• स्पष्ट नैनोस्केल फिल्में चश्मे, कंप्यूटर और कैमरा डिस्प्ले, खिड़कियों, और अन्य सतहों पर जल और अवशेष-प्रतिरोधी, अंटीरिफ्लेक्टिव, स्व-स्वच्छ, पराबैंगनी या अवरक्त प्रकाश के प्रति प्रतिरोधी, एंटीफॉग, एंटीमाइक्रोबियल, खरोंच-प्रतिरोधी, या विद्युत चालक बना सकती हैं।
• नैनोस्केल सामग्री washable, durable “smart fabrics” के निर्माण को सक्षम कर रही हैं, जो स्वास्थ्य निगरानी, सौर ऊर्जा कब्जा, और गति के माध्यम से ऊर्जा अधिग्रहण की क्षमताओं के साथ लचीले नैनोस्केल सेंसर और इलेक्ट्रॉनिक्स से सुसज्जित हैं।
• कारों, ट्रकों, विमानों, नावों, और अंतरिक्ष यानों का हल्का होना महत्वपूर्ण ईंधन बचत कर सकता है। नैनोस्केल योजक पॉलिमर कम्पोजिट सामग्रियों में बेसबॉल बैट, टेनिस रैकेट, साइकिलों, मोटरसाइकिल हेलमेट, ऑटोमोबाइल भागों, सामान, और पावर टूल आवासों में उपयोग किए जा रहे हैं, जिससे इन्हें हल्का, कठोर, टिकाऊ, और लचीला बनाया जा रहा है।
• कार्बन नैनोट्यूब शीट अब अगली पीढ़ी के वायु वाहनों के लिए उपयोग के लिए उत्पादित की जा रही हैं। उदाहरण के लिए, हल्के वजन और चालकता का संयोजन इन्हें इलेक्ट्रोमैग्नेटिक शील्डिंग और थर्मल प्रबंधन जैसे अनुप्रयोगों के लिए आदर्श बनाता है।

यह सामग्री बेहतर थर्मल, यांत्रिक, और बाधा गुणों में सुधार करती है और इसका उपयोग खाद्य और पेय कंटेनरों, विमान और ऑटोमोबाइल के लिए ईंधन भंडारण टैंकों, और एयरोस्पेस घटकों में किया जा सकता है।

• Nano-bioengineering के माध्यम से एंजाइमों का लक्ष्य है कि लकड़ी के चिप्स, कॉर्न स्टॉक्स, निषेचित न होने वाले स्थायी घासों आदि से सेलुलोज को ईंधन के लिए एथनॉल में परिवर्तित किया जा सके।
• सेलुलोजिक नैनोमैटेरियल्स ने इलेक्ट्रॉनिक्स, निर्माण, पैकेजिंग, खाद्य, ऊर्जा, स्वास्थ्य देखभाल, ऑटोमोटिव, और रक्षा सहित कई औद्योगिक क्षेत्रों में संभावित अनुप्रयोगों का प्रदर्शन किया है।

नैनो-इंजीनियर की गई सामग्रियों में ऑटोमोटिव उत्पादों में उच्च-शक्ति वाले रिचार्जेबल बैटरी सिस्टम; तापमान नियंत्रण के लिए थर्मोइलेक्ट्रिक सामग्रियाँ; कम घूर्णन प्रतिरोध वाले टायर; उच्च-प्रभाव/कम लागत वाले सेंसर और इलेक्ट्रॉनिक्स; पतली-फिल्म स्मार्ट सौर पैनल; और शुद्ध उत्सर्जन और विस्तारित रेंज के लिए ईंधन योजक शामिल हैं।

• नैनोस्ट्रक्चर्ड सिरेमिक कोटिंग्स मशीन भागों के लिए पारंपरिक पहनने के प्रतिरोधी कोटिंग्स की तुलना में बहुत अधिक कठोरता प्रदर्शित करती हैं।
• नैनोटेक्नोलॉजी-समर्थित लुब्रिकेंट्स और इंजन तेल भी पहनने और आंसू को काफी कम करते हैं, जिससे सब कुछ से लेकर पावर टूल्स से लेकर औद्योगिक मशीनरी तक चलने वाले भागों की जीवनकाल को काफी बढ़ाया जा सकता है।

नैनोकणों का उपयोग तेजी से रासायनिक प्रतिक्रियाओं को बढ़ाने के लिए उत्प्रेरक में किया जा रहा है।

वाणिज्यिक अनुप्रयोगों ने लक्षित न्यूक्लियक एसिड अनुक्रमों के पता लगाने के लिए सोने के नैनोपार्टिकल्स को प्रॉब के रूप में अनुकूलित किया है, और सोने के नैनोपार्टिकल्स का क्लिनिकल रूप से कैंसर और अन्य बीमारियों के संभावित उपचारों के लिए भी अध्ययन किया जा रहा है। नैनोटेक्नोलॉजी द्वारा सक्षम बेहतर इमेजिंग और डायग्नोस्टिक उपकरण पहले से अधिक व्यक्तिगत उपचार विकल्पों और बेहतर उपचार सफलता दरों के लिए रास्ता खोल रहे हैं। नैनोटेक्नोलॉजी का अध्ययन एथेरोस्क्लेरोसिस, या धमनियों में पट्टिका के संचय के निदान और उपचार के लिए किया जा रहा है। एक तकनीक में, शोधकर्ताओं ने एक नैनोपार्टिकल बनाया जो शरीर के "अच्छे" कोलेस्ट्रॉल, जिसे HDL (हाई-डेंसिटी लिपोप्रोटीन) कहा जाता है, की नकल करता है, जो पट्टिका को संकुचित करने में मदद करता है। उन्नत ठोस-राज्य नैनोपोर सामग्रियों का डिज़ाइन और इंजीनियरिंग नए जीन अनुक्रमण तकनीकों के विकास की अनुमति दे सकता है जो न्यूनतम नमूना तैयारी और उपकरणों के साथ कम लागत और उच्च गति पर एकल अणु का पता लगाने में सक्षम हैं। नैनोटेक्नोलॉजी शोधकर्ता कई विभिन्न थेराप्यूटिक्स पर काम कर रहे हैं जहाँ नैनोपार्टिकल्स सीधे कैंसर कोशिकाओं को दवा पहुंचाने में मदद कर सकते हैं और स्वस्थ ऊतकों को नुकसान के जोखिम को कम कर सकते हैं। यह डॉक्टरों के कैंसर उपचार करने के तरीके को बदलने और कीमोथेरेपी के विषाक्त प्रभावों को नाटकीय रूप से कम करने की क्षमता रखता है।

• नैनोटेक्नोलॉजी का अध्ययन एथेरोस्क्लेरोसिस, या धमनियों में पट्टिका के संचय के निदान और उपचार के लिए किया जा रहा है। एक तकनीक में, शोधकर्ताओं ने एक नैनोपार्टिकल बनाया जो शरीर के "अच्छे" कोलेस्ट्रॉल, जिसे HDL (हाई-डेंसिटी लिपोप्रोटीन) कहा जाता है, की नकल करता है, जो पट्टिका को संकुचित करने में मदद करता है।
• नैनोटेक्नोलॉजी का उपयोग पुनर्जनन चिकित्सा के लिए कई अनुप्रयोग क्षेत्रों में किया जा रहा है, जिसमें हड्डी और तंत्रिका ऊतकों का इंजीनियरिंग शामिल है। उदाहरण के लिए, नए सामग्रियों को मानव हड्डी की क्रिस्टल खनिज संरचना की नकल करने के लिए इंजीनियर किया जा सकता है या दंत अनुप्रयोगों के लिए एक पुनर्स्थापना रेजिन के रूप में उपयोग किया जा सकता है। शोधकर्ता जटिल ऊतकों को विकसित करने के तरीकों की तलाश कर रहे हैं ताकि एक दिन मानव अंगों को प्रत्यारोपण के लिए उगाया जा सके। शोधकर्ता ग्राफीन नैनोरिबन का उपयोग करके रीढ़ की हड्डी की चोटों की मरम्मत करने के तरीकों का अध्ययन कर रहे हैं; प्रारंभिक शोध से पता चलता है कि न्यूरॉन्स चालक ग्राफीन सतह पर अच्छी तरह से बढ़ते हैं।

नैनोटेक्नोलॉजी कच्चे पेट्रोलियम सामग्रियों से ईंधन उत्पादन की दक्षता को बेहतर उत्प्रेरक के माध्यम से बढ़ा रही है। यह उच्च दक्षता वाले दहन और कम घर्षण के माध्यम से वाहनों और पावर प्लांट्स में ईंधन की खपत को भी कम कर रही है। नैनोटेक्नोलॉजी का उपयोग तेल और गैस निष्कर्षण में भी किया जा रहा है, उदाहरण के लिए, समुद्र तट संचालन में नैनोटेक्नोलॉजी-सक्षम गैस लिफ्ट वाल्व का उपयोग या सूक्ष्म डाउन-वेले तेल पाइपलाइन दरारों का पता लगाने के लिए नैनोपार्टिकल्स का उपयोग। शोधकर्ता कार्बन नैनोट्यूब "स्क्रबर" और मेम्ब्रेन का अध्ययन कर रहे हैं जो पावर प्लांट के उत्सर्जन से कार्बन डाइऑक्साइड को अलग कर सकें।

• नैनोटेक्नोलॉजी का उपयोग तेल और गैस निष्कर्षण में भी किया जा रहा है, उदाहरण के लिए, समुद्र तट संचालन में नैनोटेक्नोलॉजी-सक्षम गैस लिफ्ट वाल्व का उपयोग या सूक्ष्म डाउन-वेले तेल पाइपलाइन दरारों का पता लगाने के लिए नैनोपार्टिकल्स का उपयोग।

शोधकर्ता कार्बन नैनोट्यूब्स को शामिल करते हुए तार विकसित कर रहे हैं जो वर्तमान में विद्युत ग्रिड में उपयोग किए जाने वाले उच्च-तनाव तारों की तुलना में बहुत कम प्रतिरोध होगा, जिससे ट्रांसमिशन पावर लॉस कम होगा। नैनोटेक्नोलॉजी को सौर पैनलों में शामिल किया जा सकता है ताकि सूर्य के प्रकाश को अधिक प्रभावी ढंग से बिजली में परिवर्तित किया जा सके, जो भविष्य में सस्ती सौर ऊर्जा का वादा करता है। नैनोस्ट्रक्चर्ड सौर सेल को निर्माण में सस्ता और स्थापित करने में आसान बनाया जा सकता है, क्योंकि वे प्रिंट जैसे निर्माण प्रक्रियाओं का उपयोग कर सकते हैं और इन्हें अलग-अलग पैनलों के बजाय लचीले रोल में बनाया जा सकता है। नए शोध से पता चलता है कि भविष्य के सौर कन्वर्टर्स शायद "पेंटेबल" भी हो सकते हैं।

• नैनोटेक्नोलॉजी का उपयोग विभिन्न प्रकार की नई बैटरी विकसित करने के लिए किया जा रहा है जो तेजी से चार्जिंग, अधिक कुशल, हल्का वजन, उच्च शक्ति घनत्व वाली होती हैं और इलेक्ट्रिकल चार्ज को लंबे समय तक धारण करती हैं।
• ऊर्जा संग्रहण के क्षेत्र में, शोधकर्ता पतली-फिल्म सौर इलेक्ट्रिक पैनल विकसित कर रहे हैं जिन्हें कंप्यूटर केस पर फिट किया जा सकता है और लचीले पिएज़ोइलेक्ट्रिक नैनोवायर को कपड़ों में बुना जा सकता है ताकि चलते-फिरते प्रकाश, घर्षण, और/या शरीर के गर्मी से उपयोगी ऊर्जा उत्पन्न की जा सके ताकि मोबाइल इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों को शक्ति दी जा सके। इसी प्रकार, विभिन्न नैनोसाइंस-आधारित विकल्पों पर विचार किया जा रहा है ताकि कंप्यूटर, ऑटोमोबाइल, घरों, पावर प्लांट्स आदि में अपशिष्ट गर्मी को उपयोगी इलेक्ट्रिकल पावर में परिवर्तित किया जा सके।

नैनोटेक्नोलॉजी किफायती, साफ पीने के पानी की आवश्यकता को तेजी से, कम लागत वाली पानी में अशुद्धियों का पता लगाने और उपचार में मदद कर सकती है। इंजीनियरों ने ऊर्जा-कुशल जलवाष्पन के लिए नैनोपोर्स वाले पतले फिल्म मेम्ब्रेन विकसित किए हैं। यह मोलिब्डेनम डाइसल्फाइड (MoS2) मेम्ब्रेन वर्तमान पारंपरिक फ़िल्टरों की तुलना में दो से पांच गुना अधिक पानी को फ़िल्टर करता है।

• नैनोटेक्नोलॉजी किफायती, साफ पीने के पानी की आवश्यकता को तेजी से, कम लागत वाली पानी में अशुद्धियों का पता लगाने और उपचार में मदद कर सकती है।
• कई एयरलाइन केबिन और अन्य प्रकार के एयर फ़िल्टर नैनोटेक्नोलॉजी-आधारित फ़िल्टर हैं जो "यांत्रिक फ़िल्ट्रेशन" की अनुमति देते हैं, जिसमें फाइबर सामग्री नैनोस्केल छिद्र बनाती है जो छिद्रों के आकार से बड़े कणों को फंसा देती है। फ़िल्टरों में गंध को हटाने के लिए चारकोल परतें भी हो सकती हैं।

जैसा कि ऊपर चर्चा की गई है, ऑटोमोटिव उत्पादों में नैनो-इंजीनियर्ड सामग्रियों में पॉलिमर नैनोकॉम्पोजिट संरचनात्मक भाग; उच्च-शक्ति रिचार्जेबल बैटरी सिस्टम; तापमान नियंत्रण के लिए थर्मोइलेक्ट्रिक सामग्री; कम रोलिंग-प्रतिरोध वाले टायर; उच्च-प्रदर्शन/कम लागत वाले सेंसर और इलेक्ट्रॉनिक्स; पतली-फिल्म स्मार्ट सौर पैनल; और ईंधन जोड़ने वाले और साफ उत्सर्जन और विस्तारित सीमा के लिए सुधारित उत्प्रेरक शामिल हैं। एल्युमिनियम, स्टील, एस्फाल्ट, कंक्रीट और अन्य सीमेंट सामग्री का नैनो-इंजीनियरिंग और उनके पुनर्नवीनीकरण रूपों में राजमार्ग और परिवहन बुनियादी ढांचे के घटक के प्रदर्शन, सहनशीलता और दीर्घकालिकता में सुधार करने की बड़ी संभावना है, जबकि उनके जीवन चक्र लागत को कम किया जा रहा है। नए प्रणालियाँ पारंपरिक बुनियादी सामग्री में नवोन्मेषी क्षमताओं को शामिल कर सकती हैं, जैसे कि स्व-प्रतिकारी संरचनाएँ या ऊर्जा उत्पन्न करने या स्थानांतरित करने की क्षमता।

• नैनोस्केल सेंसर और उपकरण समय के साथ पुलों, सुरंगों, रेल, पार्किंग संरचनाओं और फुटपाथों के संरचनात्मक अखंडता और प्रदर्शन की लागत-कुशल निरंतर निगरानी प्रदान कर सकते हैं। नैनोस्केल सेंसर, संचार उपकरण, और नैनोइलेक्ट्रॉनिक्स द्वारा सक्षम अन्य नवाचार एक उन्नत परिवहन बुनियादी ढांचे का समर्थन कर सकते हैं जो वाहन-आधारित प्रणालियों के साथ संवाद कर सकते हैं ताकि ड्राइवरों को लेन स्थिति बनाए रखने, टकराव से बचने, यातायात भीड़ से बचने के लिए यात्रा मार्ग को समायोजित करने और ड्राइवरों के इंटरफेस को बेहतर बनाने में मदद मिल सके।