مقاله شماره 20: نقش نانو سرامیک در صنعت

[m4material]

نقش نانو سرامیک در صنعت​

​

نانو سراميک چيست ؟
تحقیق علمی: کاری از انجمن علم و فناوری پایگاه جوان آنلاین​

زمان ظهور نانوسرامیك‌ها را می‌توان دهه 90 میلادی دانست. در این زمان بود كه با توجه به خواص بسیار مطلوب پودرهای نانوسرامیكی، توجهاتی به سمت آنها جلب شد، اما روشهای فرآوری آنها چندان آسان و مقرون به‌صرفه نبود. با پیدایش نانوتكنولوژی، نانوسرامیك‌ها هرچه بیشتر اهمیت خود را نشان دادند. در حقیقت نانوتكنولوژی با دیدگاهی كه ارائه می‌كند، تحلیل بهتر پدیده‌ها و دست‌یافتن به روشهای بهتری برای تولید مواد را امكان‌پذیر می‌سازد. ​

شكل‌گرفتن علم و مهندسی نانو، منجر به درك بی‌سابقه اجزای اولیه پایه تمام اجسام فیزیكی و كنترل آنها شده‌است و این پدیده به‌زودی روشی را كه اغلب اجسام توسط آنها طراحی و ساخته می‌شده‌اند، دگرگون می‌سازد. نانوتكنولوژی توانایی كار در سطح مولكولی و اتمی برای ایجاد ساختارهای بزرگ می‌باشد كه ماهیت سازماندهی مولكولی جدیدی خواهندداشت و دارای خواص فیزیكی، شیمیایی و بیولوژیكی جدید و بهتری هستند. هدف، بهره‌برداری از این خواص با كنترل ساختارها و دستگاهها در سطوح اتمی، مولكولی و سوپرمولكولی و دستیابی به روش كارآمد ساخت و استفاده از این دستگاهها می‌باشد. ​

خلاصه:​

در اين مقاله پس از تعريف نانوتكنولوژي به تعريف نانوسراميك اشاره شده است. نانوسراميك ها، سراميك هايي هستند كه در ساخت آنها از اجزاي اوليه در مقياس نانو (مانند نانوذرات، ناتوتپوپ ها و نانولايه ها) استفاده شده است سپس به مراحل تكامل نانوسراميك ها اشاره شده كه عبارتند از مرحله اول سنتز اجراي اوليه، مرحله دوم، ساخت ساختارهاي نانو با استفاده از اين اجزاء و كنترل خواص و مرحله سوم: ساخت محصول هايي با استفاده از نانو سراميك بدست آمده از مرحله دوم - در قسمت ديگري از مقاله به ويژگيهاي سراميك ها اشاره شده است كه از جمله به خواص چون كوچك، سبك، داراي خواص جديد، چند كاربردي، هوشمند و داراي سازماندهي مرتبه اي اشاره شده است. كاربردهاي نانو سراميك ها نيز در صنايع مختلف در اين مقاله توضيح داده شده است. ​

نانو سراميک چيست ؟ ​

مقدمه: ​

زمان ظهور نانوسرامیك‌ها را می‌توان دهه 90 میلادی دانست. در این زمان بود كه با توجه به خواص بسیار مطلوب پودرهای نانوسرامیكی، توجهاتی به سمت آنها جلب شد، اما روشهای فرآوری آنها چندان آسان و مقرون به‌صرفه نبود. با پیدایش نانوتكنولوژی، نانوسرامیك‌ها هرچه بیشتر اهمیت خود را نشان دادند. در حقیقت نانوتكنولوژی با دیدگاهی كه ارائه می‌كند، تحلیل بهتر پدیده‌ها و دست‌یافتن به روشهای بهتری برای تولید مواد را امكان‌پذیر می‌سازد. ​

شكل‌گرفتن علم و مهندسی نانو، منجر به درك بی‌سابقه اجزای اولیه پایهتمام اجسام فیزیكی و كنترل آنها شده‌است و این پدیده به‌زودی روشی را كه اغلب اجسامتوسط آنها طراحی و ساخته می‌شده‌اند، دگرگون می‌سازد. نانوتكنولوژی توانایی كار درسطح مولكولی و اتمی برای ایجاد ساختارهای بزرگ می‌باشد كه ماهیت سازماندهی مولكولیجدیدی خواهندداشت و دارای خواص فیزیكی، شیمیایی و بیولوژیكی جدید و بهتری هستند. هدف، بهره‌برداری از این خواص با كنترل ساختارها و دستگاهها در سطوح اتمی، مولكولیو سوپرمولكولی و دستیابی به روش كارآمد ساخت و استفاده از این دستگاهها می‌باشد.
هدف دیگر، حفظ پایداری واسط‌ها و مجتمع‌نمودن نانوساختارها در مقیاس میكرونی وماكروسكوپی می‌باشد. همیشه با استفاده از رفتارهای مشاهده‌شده در اندازه‌های بزرگ،نمی‌توان رفتارهای جدید در مقیاس نانو را پیش‌بینی كرد و تغییرات مهم رفتاری صرفا" به‌خاطر كاهش درجه بزرگی اتفاق نمی‌افتند، بلكه به دلیل پدیده‌های ذاتی و جدید آنهاو تسلط‌یافتن در مقیاس نانو بر محدودیتهایی نظیر اندازه، پدیده‌های واسطه‌ا‌ی ومكانیك كوانتومی می‌باشند ............ ​

​

نانوسرامیك‌ها :
نانوسرامیك‌ها، سرامیك‌هایی هستند كه در ساخت آنها از اجزای اولیه در مقیاس نانو (مانند نانوذرات، نانوتیوپ‌ها و نانولایه‌ها) استفاده شده‌باشد، كه هركدام از این اجزای اولیه، خود از اتمها و مولكولها بدست آمده‌اند. بعنوان مثال، نانوتیوپ یكی از اجزای اولیه‌ا‌ی است كه ساختار اولیه كربن c60 را تشكیل می‌دهد. به‌طور كلی فلوچارت سازماندهی نانوسرامیك به شكل زیر می‌باشد :
بنابراین مسیر تكامل نانوسرامیك‌ها را می‌توان در سه مرحله خلاصه كرد :
مرحله 1 : سنتز اجرای اولیه
مرحله 2 : ساخت ساختارهای نانو با استفاده از این اجزاء و كنترل خواص
مرحله 3 : ساخت محصول نهایی با استفاده از نانوسرامیك بدست‌آمده از مرحله دوم
ویژگیها :
ویژگیهای نانوسرامیك‌ها را می‌توان از دو دیدگاه بررسی كرد. یكی ویژگی نانوساختارهای سرامیكی، و دیگری ویژگی محصولات بدست‌آمده است.
ویژگیهای نانوساختارهای سرامیكی :
كوچك، سبك، دارای خواص جدید، چندكاركردی، هوشمند و دارای سازماندهی مرتبه‌ا‌ی.
ویژگیهای محصولات نانوسرامیكی :
خواص مكانیكی بهتر: سختی و استحكام بالاتر و انعطاف‌پذیری كه ویژگی منحصربه‌فردی برای سرامیك‌هاست.
داشتن نسبت سطح به حجم بالا كه باعث كنترل دقیق بر سطح می‌شود.
دمای زینتر پایین‌تر كه باعث تولید اقتصادی و كاهش هزینه‌ها می‌گردد.
خواص الكتریكی، مغناطیسی و نوری مطلوب‌تر: قابلیت ابررسانایی در دماهای بالاتر و قابلیت عبور نور بهتر.
خواص بایویی بهتر (سازگار با بدن).
كاربردها :
نانوتكنولوژی باعث ایجاد تحول چشمگیری در صنعت سرامیك گشته‌است. در این میان نانوسرامیك‌ها، خود باعث ایجاد تحول عظیمی در تكنولوژی‌های امروزی مانند الكترونیك، كامپیوتر، ارتباطات، صنایع حمل‌ونقل، صنایع هواپیمایی و نظامی و … خواهندشد. برخی كاربردهای حال و آینده نانوسرامیك‌ها در جدول زیر آمده‌است.آینده حال زمان نانوساختارها
نانوروكش‌های چندكاركردی رنگ‌دانه‌ها پولیش‌های مكانیكی-شیمیایی حایل‌های حرارتی حایل‌های اپتیكی (UV و قابل رؤیت) تقویت Imaging مواد جوهرافشان دوغاب‌های روكش ساینده لایه‌های ضبط اطلاعات پوشش‌ها و دیسپرژن‌ها
سنسورهای ویژه مولكولی ذخیره انرژی
(پیل‌های خورشیدی و باطری‌ها) غربال‌های مولكولی مواد جاذب و غیرجاذب داروسازی كاتالیست‌های ویژه پركننده‌ها سرامیك‌های دارای سطح ویژه بالا
نوارهای ضبط مغناطیسی قطعات اتومبیل فعال‌كننده‌های پیزوالكتریك نیمه‌هادی‌ها لیزرهای كم‌ پارازیت نانوتیوپها برای صفحه نمایشهای وضوح بالا هدهای ضبط GMR
نانوابزارهای عملگر
شكل‌دهی سوپرپلاستیك سرامیكها مواد ساختاری فوق‌العاده سخت و مستحكم سرماسازهای مغناطیسی سیمان‌های انعطاف‌پذیر مواد مغناطیسی نرم با اتلاف كم ابزارهای برش WC/Co با سختی بالا سیمان‌های نانوكامپوزیت سرامیك‌های تقویت‌شده
«الگوریتم ها» و «تراشه» های كوانتومی
محاسبات كوانتومی یك زمینه جدید و امیدواركننده با قابلیت بالقوه بالای محاسباتی است، اگر در مقیاس بزرگ ساخته شود. چندین چالش عمده در ساخت رایانه كوانتومی بزرگ مقیاس، وجود دارد: بررسی و تصدیق محاسبات و معماری سیستم آن.
قدرت محاسبات كوانتومی در قابلیت ذخیره‌سازی یك حالت پیچیده در قالب یك "بیت" ساده نهفته است.
روش‌های نوینی به منظور ساخت مدارهای منطقی سطح پائین، سوئیچ‌كننده‌ها، سیم‌ها، دروازه‌های اطلاعاتی، تحت پژوهش و توسعه قرار گرفته‌اند كه كاملاً متفاوت از تكنیك‌های حاضرند و به طور عمیقی ساخت مدارهای منطقی پیشرفته‌ را تحت تأثیر قرار می‌دهند. از برخی از دیدگاه‌ها، در آینده‌ای نزدیك، در حدود 20 سال آینده، طراحان مدارهای منطقی ممكن است به مدارهائی دسترسی پیدا كنند كه یك بیلیون بار از مدارهای حال حاضر سریعترند.
مسائلی نظیر طراحی، بكارگیری،‌ تعمیر و نگهداری و كنترل این ابرسیستم‌ها به گونه‌ای كه پیچیدگی بیشتر به كارآئی بالاتری منتهی شود، زمانی كه سیستم‌های منطقی شامل 107، سوئیچ باشد،مهم است. به سختی ممكن است كه آنها را به طور كامل و بی‌نقص،‌ بسازیم، بنابر این رسیدگی و اصلاح عملگرهای شامل بررسی هزاران منبع خواهد بود. از این رو طراحی یك سیستم با فضای حداقل، حداقل هزینه در زمان و منابع، یك ارزش است. چنین سیستمی می‌تواند در قالب "توزیع یافته"، "موازی" ویا در یك چهارچوب "سلسله مراتبی" قرار گیرد.
سخت‌افزارها و مدارهای منطقی راه درازی را پیموده‌اند. ترانزیستورهای استفاده شده در یك مدار ساده CPU چندین میلیون بار كوچكتر از ترانزیستور اصلی ساخته شده درسال 1947 است. اگر یك ترانزیستور حال حاضر با تكنولوژی 1947 ساخته شود نیازمند یك كیلومتر مربع سطح می‌باشد (قانون مور)، در حالی كه در 10 الی 20 سال آینده تكنولوژی موفق به گشودن راهی جهت تولید مدارهای منطقی 3 بعدی خواهد شد.
در این میان، چندین پرسش سخت و پژوهشی كه در آكادمی‌ها وصنعت به آن پرداخته می‌شود وجود دارد:
گرفتن پیچیدگی‌ها در تحلیل روش‌های تولید SWITCH ،در روش‌های متولد شده به منظور مدل‌سازی چگونگی كارآئی آنها، در مدارهای منطقی مورد نیاز مهندسان، و امتیازات روش‌های نوین فناورانه بر روش های كلاسیك.
لحاظ كردن ملاحظاتی مبنی بر تعداد سوئیچ‌ها در واحد سطح و حجم در درون ابزار (گنجایش)، تعداد نهائی سوئیچ‌ها در درون ابزار (حجم)، شرایط حدی عملگرها، سرعت عملگرها، توان مورد نیاز، هزینه تولید و قابلیت اعتماد به تولید و دوره زمانی چرخه عمر آن.
پاسخ این تحلیل ها جهت پژوهش‌ها را به سمت روش‌های بهتر تولید سوییچ، هدایت خواهد كرد. ودر نهایت یافتن این كه چگونه یك روش ویژه در بهترین شكلش مورد استفاده قرار خواهد گرفت و نیز تحلیل و تباین روش‌های مختلف تولید.
حركت به سمت طراحی ظرفیت ابزار، جهت استفاده مؤثر از 1017 ترانزیستور یا سوئیچ است. چنین طراحی‌هائی در مقیاس‌های مطلوب ، حتی بی‌شباهت در مقایسه با افزایش ظرفیت ابزارها خواهد بود.
طراحی‌های قویتر و ابزارهای بررسی قوی‌تر به منظور طراحی "مدارهای منطقی" با چندین مرتبه مغناطیسی بزرگتر و پیچیده‌تر.

​

 

[m4material]

طراحی پروسه‌های انعطاف‌پذیرتر جهت مسیر تولید از مرحله طراحی منطقی،‌ آزمایش و بررسی، تا بكارگیری در سخت‌افزار.
پروسه‌ها می‌بایستی به قدری انعطاف‌پذیر باشند كه:
الف) توسعه اشتراكی درطراحی، آزمایش و ساخت ،به گونه‌ای كه هیچ یك از این گام‌ها تثبیت شده نباشد.
ب) توسعه طراحی، و بررسی به منظور كاوش یك روش نوین ساخت با هدف تقویت نقاط قوت و كم كردن نقاط ضعف .هر نوع از سیستم نانویی كه توسط طراحان ساخته می‌شود می‌بایستی صحت عملكرد آن تضمین شود.
شاخص مقیاس حقیقی و لایه‌های افزوده شده نامعین در سیستم‌های نانوئی،‌ نیازمند انقلاب در طراحی سیستم‌ها و الگوریتم‌ها است. روش‌هائی كه در زیر معرفی می‌شود، الگوریتم‌هائی هستند كه به صورت بالقوه قادرند مسأله پیچیدگی محاسبات را كاهش دهند.
1) بررسی مقیاسی سیستم‌های نانوئی:
مانع بزرگی به نام« بررسی چند میلیون ابزار نانومقیاس»، نیاز به روش‌های انقلابی به منظور بررسی سیستم‌هائی كه ذاتاً بزرگتر، پیچیده‌تر و دارای درجات نامعینی پیچیده‌تری هستند، را روشن می‌كند. در ابتدا مروری كوتاه خواهیم داشت بر ضرورت "آزمایش مدل."[1]
آزمایش مدل از روش‌های پذیرفته شده و رسمی در حوزه بررسی روش‌های ساخت است. این حوزه شامل كاوش فضای طراحی است به منظور دیدن این نكته كه خواص مطلوب در مدل طراحی شده حفظ شده باشد، به گونه ای كه اگر یكی ازاین خواص، مختل شده باشد،‌ یك""Counter Example تولید شود. Model Checking Symbolic بر مبنای [2]ROBDDها یك نمونه از این روش‌ها است.
بهرحال، BDDها به منظور حل مسائل ناشی از خطای حافظه بكار گرفته می‌شوند و برای مدارات بزرگتر با تعداد حالات بزرگتر و متغیرتر مقیاس پذیر نمی‌باشند.
دو روش عمده برای حل این مسأله وجود دارد:
یك روش حل مبتنی بر محدود كردن آزمایش كننده مدل[3] به یك مدار unbounded، است كه به نام "unbounded model checking" یا UMC نامیده می‌شود،‌ به گونه‌ای كه خواص آزمایش شده به تعداد دلخواه از Time-Frame" "ها وابستگی ندارد.
روش دیگر مبتنی بر مدل "مدار محدود[4]" استوار است كه به نام[5] BMC نامیده می‌شود در این روش بررسی مدل با تعداد ویژه و محدودی از Time-Frame" "ها صورت می‌گیرد.
ابتدا در مورد فرمولاسیون UMC كه مبتنی بر "رسیدن به سرعت در مراتب مغناطیسی" است و به وسیله تكنیك‌های مقیاس پذیر"BMC" پیروی می‌شود،‌ بحث می‌كنیم و بالاخره این كه چهارچوبی را برای بررسی و لحاظ كردن درجات نامعینی به سیستم، معرفی می‌كنیم.
2- "UMC" مقیاس‌پذیر:
مزیت"UMC" بر "BMC" در كامل بودن آن است. روش "UMC" می‌تواند خواص مدل را همانگونه كه هست لحاظ كند زیرا این روش مبتنی بر قابلیت آزمایش به كمك نقاط ثابت است. عیب این روش در این است كه""ROBDD كاملاً به مرتبه متغیرها حساس است. ابعاد BDD می‌تواند غیرمنطقی باشد اگر مرتبه متغیرها بد انتخاب شود. در پاره‌ای از موارد (نظیر یك واحد" ضرب") هیچ مرتبه متغیری به منظور رسیدن به یك ROBDD كامل كه نمایشگر عملكرد مدار باشد،‌ وجود ندارد. به علاوه، برای خیلی از شواهد مسأله،‌ حتی اگر ROBDD برای روابط انتقال ساخته شود،‌ حافظه می‌تواند هنوز در خلال عمل كمیت‌گذاری، بتركد.
پژوهش‌های اخیر بر بهبود الگوریتم‌های BDD جهت كاهش انفجار حافظه استوار و استفاده از خلاصه نگاری و تكنیك‌های كاهش، جهت كاهش اندازه مدل، تمركز یافته‌اند.
"SATSolver"ها ضمیمه BDD ها می‌شوند. روابط انتقال یك سیستم در قالب K، Time-Frame"" باز می‌شود. "SAT" هابه ابعاد مسأله كمتر حساسند. اما به هر حال، SATها دارای یك محدودیت هستند و آن این كه خواص یك مدار را با تعداد محدودی (K)، می‌سنجند.
اگر هیچ Countervecample در K، Time-Frame یافت نشد، هیچ تضمینی برای همگرائی حل مسأله وجود ندارد.
BMC"" در مقایسه با UMC"" مبتنی بر"BDD" ،كامل نمی‌باشد. این روش می‌تواند فقط "Counter Example"ها را بیابد و قادر به محاسبه خواص نمی‌باشد مگر آن كه یك حد بر روی حداكثر اندازه Counter Example"" تعیین شود.
روشی برای تركیب SAT-Solver و BDD به صورت فرمول CNF به كار گرفته شده است. ​

 

[m4material]

نانو سراميك، محصوليبا كاربرد هاي وسيع

​

دستاوردهاي نوين در تمامي علوم، در واقع رويكردي براي توليد محصولات موردنياز انسان است. مواد زيست‌سازگار ،مسير تحول و رشد خود رامديون فناوري نانو است. هم اكنون گستره هائي از دانش و فناوري هائي از پزشكي،داروسازي، مهندسي ژنتيك تا صنايع نظامي، الكترونيك، خودرو و حتي لوازم بهداشتي وآرايشي تحت تاثير نانوفناوري قرار گرفتهاند. در اواخردهه 1960علاقه بسياري به استفاده از سراميك ها در كاربردهايمهندسي پزشكي ايجاد شد. بين سال‌‌هاي 1970 تا 1980 پيشرفتكميدر اين زمينه انجام شد اما از آن زمان تاكنون نوآوري هاو كاربردهاي بسياري را مي‌‌توان ديد. ظهور نانوسراميك‌ها را مي توان از دهه 90ميلادي دانست. نانوسراميك‌ها، سراميك هايي هستند كه در ساخت آن ها از اجزاي اوليهدر مقياس نانو‌(مانند نانوذرات، نانولوله ها و نانولايه ها) استفاده شده باشد. اينمواد مخصوص، مواد اوليه مورد نياز براي ساخت محصول مستحكمتر كه در محدوده دماييبيشتر عمل مي كند را تامين مي‌كنند.‌ ​

زيست سراميك نام كلي دسته تركيباتي است كه با تقليد از طبيعت زنده درآزمايشگاه توليد شده و مي‌توانند بدون ايجاد حساسيت يا پسزدگي، به بافت‌هاي زندهپيوند زده شوند. زيست سراميك‌ها، موادي مركب از فلزها و نافلزها هستند كه باپيوندهاي يوني يا كوالانسي با هم تركيب شده‌اند. اين مواد سخت و ترد با ويژگي‌هايكششي ضعيف اما استحكام فشاري عالي، مقاومت سايشي بالا و اصطكاك پايين برايكاربردهاي مفصلي مناسب هستند. زيست سراميك‌هاچهبه صورت منفرد و چهبه صورت مواد مركب زيستسراميك- پليمر، در بين همه اين زيست‌موادهامناسب ترين گزينهبراي جايگزيني بافت‌هاي سخت و نرم هستند. در صنايع پزشكي، اين مواد براي عدسي ها وابزارهاي تشخيص، كالاهاي شيميايي، دماسنج‌ها، ظروف كشت بافت و تارهاي نوريآندوسكوپي و پركننده ها در دندانپزشكي ضروري هستند. همچنين سراميك‌ها به طور وسيعيدر دندانپزشكي به عنوان مواد تجديدكننده استفاده مي‌شوند، به عنوان مثال‌ ‌در تاجهاي دنداني چيني ــ طلا، سيمان‌هاي پر شده با شيشه و دندان هاي مصنوعي كاربردگسترده‌اي دارند. تجربه و بررسي‌هاي علمي و فني نشان داده است كه سراميك‌ها به طورذاتي زيست سازگارترين مواد موجود هستند كه دليل اين امر را بايد در ماهيت تركيب هايسراميكي نسبت به دو دسته ديگر مواد يعني فلزها و پليمرها جستجو كرد. بيشتر پليمرها صرف نظر از ويژگي‌هاي مكانيكي ضعيف با بدن سازگار نبوده و درمحيط‌هاي فيزيولوژيك، پايداري شيميايي مطلوبي ندارند. فلزها نيز با وجود اين كهويژگي‌هاي مكانيكي مطلوبي دارند، اما در تماس با بافت‌هاي زنده بدن دچار خوردگيالكتروشيميايي مي شوند كه اين مسئله به دليل ماهيت اين دسته از مواد است كه دارايالكترون آزاد هستند و به اين ترتيب بيشتر فلزها از ديدگاه زيست سازگاري گزينه هايمناسبي جهت استفاده در بدن نيستند. ‌ ​

مزاياي زيست سراميك ها​

• به طور عموم سراميك‌ها از عناصري تشكيل مي‌شوند كه آن عناصر به صورت طبيعي در محيط بدن وجود دارند كه از آن جمله مي‌توان به كلسيم و فسفر اشاره كرد.‌
  
• پيوندهاي تشكيل دهنده تركيب هاي سراميكي از نوع كوالانسي و يوني هستند و به جز موارد بسيار اندكي مثل گرافيت، در اين تركيب‌ها الكترون آزادي وجود ندارد، بنابراين اغلب اين مواد ضعف خوردگي الكتروشيميايي ندارند.‌
  
• هنگامي كه‌ سراميك‌ها در معرض تخريب‌هاي زيست‌شناختي از جانب بدن قرار مي‌گيرند،‌ مي‌توانند از لحاظ شيميايي تا مدت هاي زيادي دوام بياورند كه اين زمان مي‌تواند در حد مدت عمر يك انسان باشد.‌
  

• اگر بدن بتواند بنا به دلايلي زيست سراميك را تخريب كند، خطر محصول‌هاي ناشي از تخريب سراميك‌ها به مراتب كمتر از خطر فلزها و پليمرها در بدن است.‌
  

‌ انواع پاسخ بافت ــ عضو مصنوعي‌​

‌ سراميك‌ها و زيست سراميك ها، شيشه ها و شيشه‌سراميك‌ها درساخت اندام‌هايمصنوعي نيز كاربرد دارند كه مقاومت سايشي و پايداري، غيرسمي بودن و زيست سازگارياندام‌هاي مصنوعي ساخته شده از اين مواد در محيط طبيعي بايد مورد بررسي قراربگيرد.‌ ​

هيچ‌‌يك از موادي كه به بدن زنده پيوند زده مي‌شوند بي اثر نيستند، زيراباعث ايجاد واكنش در بافت زنده مي‌شوند. انواع پاسخ‌هايي كه يك بافت به مواد مصنوعيمي‌دهد عبارتند از :‌ ​

• اگر ماده سمي باشد، بافت مجاور مي‌ميرد.‌
  
• اگر ماده غيرسمي و از لحاظ زيستي بي اثر باشد، بافتي رشته‌اي با ضخامت متغير پيرامون آن شكل مي گيرد.‌
  
• اگر ماده غير‌‌سمي و زيست‌‌‌فعال باشد، پيوند بينابيني تشكيل مي‌شود. ‌
  
• اگر ماده غير‌سمي باشد و حل شود، بافت مجاور جايگزين آن مي‌شود.‌
  

‌ نانوسراميك‌ها​

‌ در دهه 90 ميلادي بود كه خواص پودرهاي نانوسراميك بسيار مناسب به نظرمي‌رسيد، اما روش‌هاي آن از لحاظ فناوري آسان و مقرون به صرفه نبود. به وجود آمدننانوفناوري اهميت نانوسراميك‌ها را بيش از پيش آشكار كرد. بهعلت خواص فوق العاده ايي كه نانوسراميك‌ها دارند، طراحان محصولات مي‌توانند از آنها به طور ماهرانه استفاده كنند. از طرفي توليد نانو‌سراميك‌هايي در دماهايپايين‌تر، موفقيت بزرگي است كه منجر به توليد اقتصادي محصولات ‌بي‌عيب و با دقتبالا مي‌شود. نانوسراميك‌ها در حال توسعه و به كارگيري براي كاربردهاي گوناگونهستند كه از خواص مغناطيسي، نوري، الكتريكي، كاتاليتيك و ... استفاده مي‌شود. بهطور مثال نانوسراميك‌ها علاوه بر جايگزيني با استخوان‌هاي سبك و كماستحكام، براي استخوان‌هاي وزين و مستحكم نيز كاربرد دارند. ​

‌ويژگي‌هاي محصولات نانوسراميكي عبارت است از:‌ ​

• استحكام مكانيكي:‌ پوشش دادن سطح اجسام با نانوسراميك‌ها، باعث افزايش استحكام و سختي جسم مي شود كه استحكام آن بسيار بيشتر است.‌
  
• ابررسانايي:‌ نانوسراميك‌ها به علت داشتن ويژگي‌هاي نوري و الكتريكي به عنوان ابررسانا به كار ميروند.‌
  
• قدرت پوشش:‌ در ساختار نانو تعداد مكان هاي فعال افزايش مي يابد؛ اين افزايش در سطح منجر به كاهش مقدار مواد مصرفي مي شود و قيمت نهايي محصول كاهش مي يابد.‌
  
• قابليت رقابت با مواد ديگر:‌ نانوسراميك‌ها ارزش افزوده‌‌‌‌ فوق العاده ايي را ايجاد مي كنند و اين مواد همانند رنگدانه ها و پوشش هاي گرانقيمت هستند.‌
  
• سازگار با محيط زيست‌: اين مواد زيست سازگار آلودگي هاي مواد قبلي را ايجاد نمي كنند .‌
  
• انعطاف‌پذيري: نانوسراميك‌ها به دليل داشتن ويژگي‌هاي منحصر به فرد در قابليت حركت مرزدانه ها بر روي هم، انعطاف پذيري خوبي دارند.
  
• سطح ويژه‌ بالا: داشتن نسبت سطح به حجم بالا كه باعث كنترل دقيق بر سطح ميشود.‌
  
• سازگاري با بدن

 

[m4material]

مقاوم‌سازي و استحكام‌دهي كاشتني‌ها با نانوذرات‌​

‌ ‌كاشتني‌هاي استخواني ساخته شده با مواد متداول شكننده هستند، اين امربه علت اندازه بزرگ دانه‌ها و همچنينآلودگي‌هاي سطوح مولكولي و ناخالصي‌ها است، كه در نهايت باعث پس‌زدگي كاشتني از بدن مي‌شود. با بهره‌گيري از نانوذراتHAP درصد خلوص مولكولي افزايش و ويژگي‌هاي مكانيكي نيز بهبود مي‌يابد. كاشتني‌هايي با چنين پوششي، كم‌ترين شكستگي و پس‌زدگي را خواهند داشت. همچنينبراي چسبيدن به استخوان و موارد ديگر نيز از نانوذراتHAP براي پوشش استفاده مي‌شود. هنوز ساز و كار دقيق عملكرد نانومواد كه دقيقا شبيه استخوان عمل كنند به طور مشخص روشن نيست. در اين راستا، نانومركب آلوميناي تقويت شده با زيركونيا به منظور ساخت كاشتني‌هاي سراميك با طول عمر بيش از 30 سال، به كار گرفته شد. اين ماده توسط فناوري پيشرفته‌اي كه در آن از مخلوط پودر آلكوكسيد و روش شكل‌دهي ريخته‌گري تحت فشار استفاده ‌شده ، توليد مي‌شود. با استفاده از‌ ‌اين روش ابداعي مي توان، قطعات زانويي با تراكم و دانسيته بالا، توليد كرد كه سبب بهبود خواص مكانيكي آن ها مي‌شود. دستاورد اين طرح ، توليد ماده‌اي حاوي نانوذرات زيركونيا كه به طور يكنواخت ميان دانه‌هاي آلومينا توزيع شده‌اند، است. نانو پودر شيشه زيست‌فعال توليد شده به روش سل ژل نيزمي‌تواند در كاربردهاي زيستي‌- ‌‌ پزشكي به ويژه مصارف پودري كاشتني‌هاي بدن به كار رود و با توانمندي بالقوه خود منجر به ترويج رشد استخوان و هم‌بندي با آن شود. در‌‌ ‌واقع، پوشش آن براي بهبود رفتار خوردگي كاشتني‌هاي فلزي‌ ‌بدن بهينه‌سازي شده است. همچنين كاربرد ‌بلورهاي فسفات كلسيم در مقياس نانو در كاشتني‌هاي دنداني سبب شده است كه استخوان فك، كاشتني را به عنوان يك ماده طبيعي بشناسد و به آن متصل شود. مهم‌ترين فاكتور موفقيت در كاشتني‌هاي دنداني اتصال كاشتني به استخوان فك است كه با كاربرد فناوري نانو صد در صد موفقيت‌آميز انجام مي شود. پژوهش ها نشان داده است كه نانوذرات فسفات كلسيم مي‌تواند براي اتصال به نواحي پوكي استخوان تنظيم شود؛ زيرا تفاوت شيميايي كليدي بين استخوان سالم و پوك وجود دارد. پس مي‌توان با استفاده از شيمي مكمل، نانوذرات كلسيم‌ ‌‌فسفات را از نظر شيميايي كارامد كرد. از نانوسراميك‌هاي آپاتيت فسفات كلسيم) CPA ( با اندازه ذراتي درحدود 50 نانومتر نيز با اتصال به همديگر به عنوان رابط بافت استخواني استفاده ميشود.‌