Нанотехнологии медленно, но глубоко захватили различные отрасли промышленности по всему миру. Этот быстрый темп технологической революции особенно заметен в развитом мире, где рынки наномасштабов быстро захватили власть в последнее десятилетие. Нанотехнологии — это не новая концепция, поскольку теперь они стали технологией общего назначения. Четыре поколения наноматериалов появились на поверхности и используются в междисциплинарных научных областях; это активные и пассивные наносборки, общие наносистемы и маломасштабные молекулярные наносистемы.

Такое быстрое развитие нанонауки является доказательством того, что вскоре наномасштабное производство будет включено практически в каждую область науки и техники. В этой обзорной статье будут рассмотрены последние передовые применения нанотехнологий в различных отраслях промышленности, в основном в сельском хозяйстве, пищевой промышленности, косметике, медицине, здравоохранении, автомобильной промышленности, нефтегазовой промышленности, химической и машиностроительной промышленности. Кроме того, будет дан краткий обзор недостатков нанотехнологий для каждой отрасли, чтобы помочь научному сообществу осознать недостатки и преимущества нанотехнологий бок о бок. Нанотехнология — это процесс, который сочетает в себе основные атрибуты биологических, физических и химических наук. Эти процессы происходят в мельчайших масштабах нанометров. Физически размер уменьшается; химически регулируются новые связи и химические свойства; и биологические действия производятся в наномасштабе, такие как связывание лекарств и доставка в определенные места.

Нанотехнология обеспечивает связь между классической и квантовой механикой в ​​серой зоне, называемой мезоскопической системой. Эта мезоскопическая система используется для производства наносборок природы, таких как сельскохозяйственная продукция, наномедицина и наноинструменты для лечения и диагностики в медицинской промышленности. Болезни, которые ранее были неизлечимы, теперь сокращаются с помощью нанопрепаратов и диагностических наборов. Эта технология также значительно повлияла на массовое промышленное производство и производство. Вместо того, чтобы производить материалы путем сокращения огромных объемов материала, нанотехнология использует принцип обратного проектирования, который действует в природе. Он позволяет производить продукты в наномасштабе, например атомы, а затем разрабатывать продукты для работы в более глубоком масштабе.

Применение нанотехнологий

Нанотехнологии и компьютерная индустрия

Нанотехнология берет свое начало из концепций микроинженерии в физике и материаловедении. Наномасштабирование не является новой концепцией в компьютерной индустрии, поскольку технологи и техники уже давно работают над разработкой таких модифицированных форм компьютерных технологий, которые требуют минимального пространства для наиболее эффективной работы. В результате использование нанотрубок вместо кремниевых чипов все чаще экспериментируется в компьютерных устройствах. Работа Фейнмана и Дрекслера во многом вдохновила компьютерных ученых на разработку революционных нанокомпьютеров, с помощью которых можно было бы получить широкомасштабные преимущества. Несколько лет назад было невообразимо считать ноутбуки, мобильные телефоны и другие удобные гаджеты такими тонкими, как у нас сегодня, и даже обычный человек не может думать, что со временем будут широко использоваться более продвинутые, сложные и легкие компьютерные устройства. Нанотехнология обладает потенциалом сделать это возможным.

Более того, использование полупроводниковых наноматериалов в области квантовых вычислений увеличило общую скорость обработки с лучшей точностью и передаваемостью. Эти технологии предлагают создание различных компонентов и протоколов связи на наноуровне, что часто называют Интернетом нановещей. Эта область все еще находится в фазе непрерывного развития и совершенствования с потенциалом для телекоммуникационных, промышленных и медицинских приложений. Эта область берет свое начало из Интернета вещей, который представляет собой гиперфизический мир датчиков, программного обеспечения и других связанных технологий, которые обеспечивают широкомасштабную связь через устройства, работающие в Интернете. Приложения этих технологий варьируются от простых домашних масштабов до сложных промышленных масштабов. Интернет-вещей в основном способен собирать и распространять крупномасштабные данные с помощью интернет-оборудования и современных гаджетов. Короче говоря, Интернет нановещей применим к программному обеспечению, оборудованию и сетевому соединению, которые могут использоваться для обработки, сбора и обмена данными по всему миру.

Другое применение нанотехнологий в компьютерной и информационной индустрии осуществляется в форме искусственного интеллекта, машинного обучения и платформ больших данных, которые заложили основу для четвертой промышленной революции. Огромные объемы необработанных данных собираются с помощью взаимосвязанных роботизированных устройств, датчиков и машин, которые обладают свойствами наноматериалов. После широкомасштабного сбора данных следующим шагом является объединение Интернета вещей и Интернета людей для подготовки более глубокого анализа, понимания и использования собранной информации на благо человека. Такие сложности с данными можно легко понять с помощью использования больших данных в медицинской отрасли, в которой эпидемиологические данные обеспечивают преимущества для управления заболеваниями. Еще одним примером являются приложения в бизнесе, где данные, связанные с продажами и розничной торговлей, помогают выяснить целевые рынки, отрасль продаж и выводы о поведении потребителей для более широких моделей потребления на рынке.

Нанотехнологии и биоперерабатывающая промышленность

С ростом населения во всем мире растут и потребности в продовольствии, в дополнение к беспокойствам относительно производства безопасных, здоровых и повторяющихся вариантов продуктов питания. Датчики и диагностические устройства помогут повысить чувствительность мониторинга качества продуктов питания. Более того, поддельное промышленное применение продуктов питания может быть легко сканировано из системы с применением нанотехнологий, которые могут контролировать защиту бренда на протяжении всей биообработки. Потребление энергии в производстве продуктов питания также может контролироваться после полного применения нанотехнологий в пищевой промышленности. Снижение потребления энергии в конечном итоге будет положительным для окружающей среды. Это может напрямую привести к взаимодействию окружающей среды, продуктов питания и нанотехнологий и поможет снизить экологические проблемы в будущем.

Нанотехнологии и агропромышленный комплекс

Нанотехнологии ввели определенные методы точного земледелия для улучшения усвоения питательных веществ растениями, наряду с лучшим обнаружением патогенов против сельскохозяйственных заболеваний. Удобрения совершенствуются путем применения наноглины и цеолитов, которые играют эффективную роль в питательных бульонах почвы и в восстановлении плодородия почвы. Современные концепции умных семян и семенных банков также запрограммированы на прорастание в благоприятных условиях для их выживания; нанополимерные смеси используются для покрытия в этих сценариях. Гербициды, пестициды, фунгициды и инсектициды также подвергаются революции с помощью применения нанотехнологий. Также рассматривалось усовершенствование связанных областей птицеводства и животноводства посредством применения нанотехнологий в методах обработки и дезинфекции.

Нанотехнологии и пищевая промышленность

Применение нанотехнологий в пищевой промышленности огромно и включает производство продуктов питания, упаковку, меры безопасности, доставку лекарств в определенные места, умные диеты и другие современные консерванты. Наноматериалы, такие как полимерно-глиняные нанокомпозиты, используются в упаковочных материалах из-за их высоких барьерных свойств против воздействия окружающей среды. Аналогичным образом, смеси наночастиц используются в качестве антимикробных агентов для защиты хранящихся пищевых продуктов от быстрого микробного распада, особенно в консервированных продуктах. Аналогичным образом, несколько анализов на основе наносенсоров и наносборок используются для процессов обнаружения микроорганизмов в отраслях хранения и производства продуктов питания.

Нанотехнологии и упаковочная промышленность

Нанопроизводство упаковочных биоматериалов доказало свою эффективность в пищевой упаковочной промышленности, поскольку нанопроизводство не только способствует повышению безопасности и производства пищевых продуктов, но и решает экологические проблемы. Некоторые примеры этих упаковочных наноматериалов могут включать антислеживающие агенты, нанодобавки, системы доставки нутрицевтиков и многое другое. Нанокомпозиции упаковочных материалов формируются путем смешивания нанонаполнителей и биополимеров для повышения функциональности упаковки. В этих случаях предпочтительны наноматериалы с антимикробными свойствами, и их смешивают с полимером для предотвращения загрязнения упакованного материала. Здесь важно упомянуть, что эта технология не ограничивается только упаковкой пищевых продуктов; вместо этого упаковочная нанотехнология теперь также внедряется в некоторых других отраслях, таких как текстильная, кожевенная и косметическая промышленность, где она обеспечивает большие преимущества для этих отраслей.