نانوپوششها

نانوپوششها

1. پوشش چیست؟

مقدمه

بشر همواره بلندپرواز بوده است. همیشه رؤیاهای بزرگی در سرها بوده‌اند که باید بیرون می‌آمدند و عینیت می‌یافتند. اما طی این مسیر ــ یعنی بیرون کشیدن رؤیاهای دور و دراز از ذهن‌ها ــ با دشواری‌های بسیار همراه است. گرچه بسیاری از این رؤیاهای پیشینیان در زمان‌های بعد و به‌ویژه زمان ما به حقیقت پیوستند، اما بسیاری از صاحبان آرزو بسیار بسیار پیش از این چشم از جهان فرو بستند. برای تحقق این آرزوها باید مسیری بلند در زمان به‌تدریج پیموده می‌شد. کشف آتش، کشف مواد مقاوم مثل آهن (که اول‌بار از شهاب‌سنگ‌هایی که از فضا به زمین برخورد کرده بودند استخراج شد)، کشف چرخ، برق، موتور بخار و... باید روی می‌داد تا مثلاً اختراع اتومبیل و هواپیما واقعیت ‌یابد.

یکی از مهمترین عوامل محدودکنندة انسان در تمام قرون برای رسیدن به آرزوهایش، پیدا نکردن مواد مناسبی بوده است که خواص مورد نظر را داشته باشند. مثلاً بشر پس از ساخت آسانسور و استفاده از آن در ساختمان‌های مرتفع، به این فکر می‌کرد که چگونه آسانسوری بسازد که با آن به فضا برود! اما یکی از مشکلات ــ به‌جز تولید طنابی به این درازی و موتوری پرقدرت برای کشیدن محفظة آسانسور بین دو سیاره ــ این بود که تمام مواد مکشوفه تا آن زمان، قدرت تحمل وزن خود را در فاصلة بین دو سیاره نداشتند. اما امروزه با استفاده از فناوری‌های پیشرفته مواد جدیدی تولید یا مواد موجود تقویت شده‌اند که می‌توانند وزن خود را در فاصلة بین دو سیاره تحمل کنند!

خوب، اینکه در بالا گفتیم یعنی چه؟ بشر برای ساخت آسانسورهای فضایی به‌تازگی نانولوله‌های کربنی‌ای را ساخته است که مقاومت زیادی در برابر کشیده شدن و پاره شدن دارند (حدود 7 برابر فولاد) و این در حالی است که بسیار سبکتر از مواد محکم فعلی هستند.

برای درک مفهوم دوم (بهبود یا تقویت خواص مواد موجود) به مثال زیر توجه کنید:

تصور کنید یک روز صبح که از خواب بیدار می‌شوید یک نفر پوست صورتتان را کنده باشد! برای اطمینان، احتمالاً تشریف می‌برید جلو آینه، و... آن صحنة دلخراش را به چشم خود می‌بینید! فکر نمی‌کنم دیگر ادامة زندگی با آن وضع برایتان ممکن باشد. شما به یک لولوی تمام‌عیار تبدیل شده‌اید که علاوه بر بچه‌های کوچک، خودتان هم از وحشت جیغ می‌کشید. برای رفع مشکل چه می‌کنید؟ خوب، اولین کار این است که فریاد بکشید و با یک وسیله مثل باند تمام بدنتان را بپوشانید. این‌طوری لااقل میکروب‌ها و عوامل عفونت‌زا کمتر به بدنتان نفود می‌کنند. چون پوست به عنوان پوششی برای بافت‌های داخلی بدن در مقابل محیط بیرون عمل می‌کند (شکل 1). اما این کافی نیست. شما نمی‌توانید به خوبیِ گذشته از عهدة کارهای روزمره‌تان برآیید. چون باند پوشش مناسبی برای صورت شما نیست و تنها می‌تواند به عنوان یک پوشش موقت به کار رود تا اینکه سراغ یک جراح پلاستیک ماهر بروید و یک فکر اساسی بکنید. (البته دیگر کار از کار گذشته!)

شکل 1 ـ تصویری از یک پوشش چندلایة باند زخم که جایگزین پوست بدن شده است.

تمام مواد و محصولات مورد استفادة ما هم نیاز به پوشش دارند، چون نباید در طی مراحل تولید، بستهبندی، ورود به بازار و مهم‌تر از همه در موقع مصرف، خواص و ویژگی‌های خود را از دست بدهند. البته گاهی هم برای بهبود خواص فیزیکی، شیمیایی و مکانیکی از فناوری پوشش‌دهی استفاده می‌کنیم.

پوشش چیست؟

به طور کلی «پوشش» لایه‌ای است با ضخامت کمتر از مادة پایه، که پوشش روی آن نشانده می‌شود. با تغییر این ضخامت و نحوة نشاندن پوشش روی مادة پایه، انواع پوشش‌های مورد نیاز برای کاربردهای خاص را به وجود می‌آوریم.

2. چگونه یک لایه پوشش روی یک سطح نشانده می‌شود؟

روش اول:

می‌خواهیم سطح ماده‌ای را با یک ماده با خواص بهتر بپوشانیم. مهمترین عامل برای چسبیدن یک لایه پوشش به مادة پایه سطح تماس بین این دو است. باید سطح تماس بین این دو را بیشتر کنیم تا پوشش‌دهی بهتر انجام شود. اما چگونه؟ برای این کار از ذره‌های تشکیل‌دهندة آن ماده استفاده می‌کنیم. همان‌طور که در مقالة نانوپودرها خواندید، وقتی ما جسمی را خرد می‌کنیم، ذره‌های تشکیل‌دهندة آن با جمع شدن در کنار هم، همان جسم اولیه را تشکیل می‌دهند، با این تفاوت که سطح تماس بیرونی مجموع ذرات در مقایسه با قطعة اولیه افزایش پیدا کرده است. با توجه به این خاصیت، محیطی را فراهم می‌کنیم که سطح بیرونی ذرات را به همدیگر و به مادة پایه بچسباند.

این یک روش تولید پوشش بود .

روش دوم:

یک راه دیگر برای برای پوشش‌دهی این است که به جای ذره‌ذره کردن پوشش، آن را اتم‌به‌اتم درست کنیم. برای این کار کافی است که اتم‌های مادة اول را بکَنیم و به اتم‌های مادة دوم بچسبانیم. می‌دانید که هر اتم از یک هسته (پروتون + نوترون) با بار مثبت تشکیل شده است که الکترون‌ها با بار منفی به دور آن می‌چرخند. همیشه تعداد الکترون‌ها و پروتون‌ها با هم برابرند. در نتیجه بار کل اتم خنثی است. حالا اگر اتمی الکترون از دست بدهد به یون مثبت و اگر الکترون بگیرد به یون منفی تبدیل می‌شود. الکترون‌ها در ترازهایی به صورت یک ابر الکترونی‌ به دور هسته می‌چرخند. (شکل 2)

شکل2- شماتیکی از ساختار یک اتم

ولی چگونه یک اتم می‌تواند الکترون بگیرد یا از دست بدهد؟

بین ذرات همنام و غیرهمنامی که در ساختار اتم وجود دارند، نیروهای دافعه و جاذبه‌ای هستند که نیروی برآیند حاصل از آنها الکترون را در فاصله‌ای معین از پروتون نگه می‌دارد. با اعمال نیروی معادل آن می‌توان الکترون را از پروتون جدا کرد. با این کار ذره بار مثبت می‌گیرد، چون یک الکترون از دست داده است. با اعمال یک ولتاژ قوی این نیرو تأمین می‌شود. به این ترتیب، شرایطی فراهم می‌شود که اتم‌های ماده‌ای که می‌خواهند پوشش داده شوند الکترون از دست بدهند و اتم‌های مادة پایه الکترون بگیرند. در نتیجه یون‌ها مانند دو قطب مثبت و منفی آهنربا همدیگر را جذب می کنند.

و اما روش سوم :

به یاد دارید که در دورة راهنمایی با خواص محلول‌ها آشنا شدیم. یکی از این محلول‌ها، «محلول فراسیرشده» بود. برای حل کردن یک حل‌شونده در حلال حدّ معینی وجود دارد. اگر از آن حد بگذرد، محلول فراسیرشده به وجود می‌آید. حال اگر یک محلول فراسیرشده داشته باشیم و آرام‌آرام آن را سرد کنیم، با یک ضربه ذرات اضافی رسوب می‌کنند. لابد می‌پرسید این کارها چه ربطی به پوشش دارد؟ اگر کاری کنیم که این ذارت روی سطح رسوب کنند و بعد از رسوب دادن این ذرات بتوانیم آنها را به سطح بچسبانبم، در حقیقت با استفاده از محلول، سطح مورد نظر را پوشش داده‌ایم.

چرا باید ماده‌ای را با مادة دیگر بپوشانیم؟

انسان به مرور زمان یاد گرفته است که از خواص مواد برای برطرف کردن نیازهای خود استفاده کند. با استفاده از خواص مواد مختلف، می‌توان قابلیت‌های جدیدی به محصول افزود و از آن به‌خوبی استفاده کرد. در صنعت پوشش‌دهی، توجه به خواص از اهمیت زیادی برخوردار است. همه با آلومینیوم آشناییم. آلومینیوم فلزی است سبک و نرم. به خاطر همین سبکی در صنعت کاربردهای زیادی دارد (مثلاً در هواپیماسازی)، ولی حتی با ناخن هم می‌توان روی آن خط ایجاد کرد؛ آلومینیوم سختیِ کمی دارد.

مادة سخت و سختی ماده:

به ماده‌ای که در برابر یک شیء نوک تیزِ فروروندة خارجی مقاومت کند، مادة سخت می‌گویند و به مقاومت در برابر عامل فروروندة خارجی سختی. 

با پوشش مناسبی که سختی لازم را داشته باشد، می‌توان سختی را زیاد کرد و در عین حال بر وزن آن نیفزود. با استفاده از خواص مکانیکی می‌توان کاربردهای جدیدی برای مواد کشف کرد. خواص فیزیکی و شیمیایی، مانند چگالی، مقاومت الکتریکی و... هم در این طبقه‌بندی قرار می‌گیرند.

3. چرا مواد را می‌پوشانیم؟

همان‌طور که قبلاً هم اشاره شد، برای بهبود خواص و حفظ ویژگی‌ها و خواص ماده.

اگر مواد خورنده مثل اسیدها به مادة پایه نفوذ کنند، با مادة پایه واکنش می‌دهند و در خواص آن تغییر به وجود می‌آورند. این فرآیند در صنعت بسیار خطرناک است. بدنة کشتی‌ای که از آهن باشد، در اثر خوردگی با گذشت زمان با چه فاجعه‌ای در دل یا قعر دریا مواجه خواهد شد! حدستان درست است: آهن زنگ می‌زند (خورده می‌شود)، بدنه ترک برمی‌دارد و در نهایت کشتی غرق می‌شود و مسافران بیچاره می‌میرند. به همین سادگی!

ولی اگر از یک پوشش ضد زنگ استفاده کنیم، هم امنیت جانی مسافران را تأمین کرده‌ایم و هم ــ این هم مهمتر است ــ بر عمر کشتی افزوده‌ایم. به علاوه، افزایش هزینة انجام این کار خیلی کمتر از هزینه‌ای است که در اثر آسیب دیدن بدنة کشتی ممکن است به وجود بیاید. (شکل 3)

 شکل 3 ـ شمایی از یک کشتی در حال غرق شدن

نانوپوششها، بخش دوم

4. نانوپوشش‌ها

در تعریف پوشش‌ها گفتیم که آنها لایه‌هایی هستند با ضخامت کمتر از ماده‌ای که روی آن می‌نشینند. فکر می‌کنید وقتی پیشوند «نانو» را به «پوشش» اضافه کنیم چه تغییری در تعریف آن ایجاد می‌شود؟

در نگاه اول ممکن است با قرار دادن «نانو» در کنار «پوشش» به این نتیجه برسید که این لایه ضخامتی در حد چند نانو خواهد داشت ــ که البته درست است ــ ولی همیشه این‌گونه نیست. وضعیتی را در نظر بگیرید که در آن برای تولید پوشش، از مواد نانومتری و نانوذرات استفاده شود. در این صورت، اجزاء تشکیل‌دهندة این پوشش‌ها نانومتری هستند، ولی خود پوششِ ضخامتی بیش از 100 نانو ضخامت خواهد داشت. (شکل 4)

شکل 4 ـ نمونه‌هایی از نانومواد (نانوکریستال‌ها)

5. انواع نانوپوشش‌ها

با توجه به تعریف بالا، می‌توان نانوپوشش‌ها را به صورت زیرتقسیم‌بندی کرد:

1. یکی از مشکلات خوردن پفک، چسبیدن ذرات پفک به دست است که باعث می‌شود انگشتانی نارنجی داشته باشیم. (اما البته به سختی‌اش می‌ارزد!) چگونگی چسبیدن ذرات پفک مثل تولید پوشش با استفاده از ذرات ریز است. ذرات پفک به خاطر رطوبت به دست می‌چسبند (عامل چسباننده) و پوششی از ذرات پفک را ایجاد می‌کنند.

همان‌طور که می‌دانید نانولوله‌ها، نانوپودرها، نانوسیم‌ها و... موادی نانومتری هستند. هر کدام از این مواد خصوصیات فوق‌العاده ای دارند. مثلاً نانولوله‌ها از خواص الکتریکی، استحکام مکانیکی و چند خاصیت ویژة دیگر  برخوردارند. اگر ما با استفاده از عوامل چسباننده، نانوذرات را کنار هم روی سطح بچسبانیم، پوششی ایجاد خواهد شد که خواص آن مشابه خواص نانوذرات خواهد بود. البته مهمترین عامل در این حالت، سطح آزاد (سطح بیرونی ماده که در تماس با محیط است) بالای این نانوذرات است که باعث می‌شود به نحو بسیار مناسبی به همدیگر بچسبند.

برای درک این موضوع تصور کنید که چگونه ذرات نمک درون یک نمکدان به علت رطوبت موجود در هوا به همدیگر می چسبند و کلوخه ای می شوند. رطوبت عاملی است که سطح بیرونی ذرات ریز نمک را خیس می کند و باعث می شود سطح بیرونی دو ذره به همدیگر بچسبند. حتماً با مطالعة مقالة چرا نانو پودرها به این موضوع واقف شده‌اید که یک کلوخه وقتی خرد می‌شود، سطح آزاد آن به چند برابر می‌رسد. از طرف دیگر، این سطح آزاد مکانی خواهد بود که در آن ذرات به سطح زیرین می چسبند.

2. چیدمان اتم‌های مواد درون سلول‌هایی به نام دانه در مواد بلوری (که اتم‌هایشان به صورت منظم کنار هم چیده شده اند)، راه دیگری برای تولید نانوپوشش‌هاست. مواد بلوری موادی هستند که اتم‌های تشکیل‌دهندة آنها به صورت منظم در جهت هایی خاص درون حوزه هایی مثل سلول های روی پوست دست قرار گرفته اند. برای تولید نانوپوشش با این خصوصیت، باید اندازة دانه های این پوشش‌ها را به حد 1 تا 100 نانومتر درآورد، یعنی باید دانه‌ها را ــ که داخل هر کدام از آنها اتم‌ها در جهت خاصی چیده شده‌اند) ریز کرد. استفاده از دانه‌هایی با اندازة 1 تا 100 نانومتر، پوشش تولیدی را به عنوان پوشش نانوساختار مطرح می کند. (شکل 5)

شکل 5 ـ شمایی از یک پوشش نانوساختار

3. اصطلاح «لایة نازک» یا «فیلم نازک» را شاید شنیده باشید، ولی آیا می‌دانید منظور از لایة نازک چیست؟ چرا می‌گوییم نازک؟ و نازکی این لایه‌ها در چه حدی است؟ (شکل 6)

شکل6: تصویری از یک لایه نازک اکسید آلومینیوم که روی یک زمینه سیلیکونی نشانده شده است.

همان‌طور که حدس زده‌اید، لایة نازک، ضخامت خیلی کمی دارد، اما لایه‌های نازکی نانوپوشش به شمار می‌روند که ضخامت آنها در محدودة 1 تا 100 نانومتر باشد. چنین لایه‌هایی کاربردهای فراوانی دارند. مثلاً می‌خواهیم آینه‌ای داشته باشیم که فقط طول موج 620 نانومتر یعنی قرمز را منعکس کند و بقیة امواج را از خود عبور دهد. (شکل 7)

شکل7 ـ تصویری از آینه ای که با لایة نازک پوشش دهی شده است.

چنین کاری با نشاندن یک لایة نازک مناسب که دارای این خاصیت باشد امکان‌پذیر است. در این فرآیند معمولاً از دو ماده استفاده می‌کنیم: اولی زیرلایه و دومی پوشش است که با روش‌هایی مثل تبخیر و رسوب‌دهی «لایه‌نشانی» می شوند. تعداد لایه‌های نشانده‌شده بستگی دارد به اینکه بخواهیم آینه چه ضریبی از موج را منعکس کند. هر چه تعداد لایه‌ها بیشتر باشد، امواج بیشتری منعکس می‌شوند، ولی اگر این تعداد از مقدار معینی بیشتر شود، لایه‌ها دیگر به هم نمی‌چسبند.

ما در طبیعت هم مثال‌هایی از لایة نازک داریم. اگر گفتید کجا؟ با کمی فکر کردن حتماً متوجه خواهید شد. (راهنمایی: یادی از نفتکش‌ها کنید!) وقتی نفت در دریا نشت می‌کند سریع‌ترین کاری که باید انجام شود، پاک‌سازی دریاست. ولی از کجا متوجه می‌شوند که نفت در کدام قسمت سطح دریا پراکنده شده است؟ رنگ آن قسمت از دریا تغییر می‌کند. در حقیقت، به رنگ سبز درمی‌آید. یک لایه از نفت روی سطح دریا مثل یک لایة نازک عمل می‌کند. این لایة نازک فقط طول موج 530 نانومتر (سبز) را باز می‌تاباند. مثال دیگر حباب صابون است. حباب صابون لایه‌ای نازک از آب و مواد شوینده است که داخل آن را هوا پر کرده است. (سخن یک آدم بزرگ: انسان هیچ‌وقت چیزی را از خودش ابداع نمی‌کند، بلکه همیشه از طبیعت الهام می‌گیرد.)

پس دیدیم که نانوپوشش‌ها به سه دستة اصلی تقسیم می‌شوند:

  • نانوذرات چسبانده‌شده روی یک زمینه

  • روکش‌های بلوری با ساختار نانومتری

  • لایه‌های نازک

گفتیم برای تولید پوشش‌های نانوساختار باید بلورها یا دانه‌ها را روی سطح قرار دهیم، ولی نگفتیم چگونه. «جوانه‌زنی» عملی است که توضیح آن در زیر می‌آید.

جوانه‌زنی

جوانه‌زنی ــ همان‌گونه که از نام آن پیداست ــ به معنی جوانه زدن بلورهای پوشش است که به آن رشد بلوری نیز می‌گویند. ما به شکل‌های مختلف می‌توانیم بلورها را شکل دهیم: مربعی، هرمی، ستونی، دایره‌ای و... که هر کدام از این اشکال به شکل بلور وابسته‌اند (شکل 8). بلورهای رشد‌داده‌شده باید اندازه‌ای بین 1 تا 100 نانومتر داشته باشند و برای کنترل رشد و اندازة دانة این پوشش‌ها از موادی به ‌نام کنترل‌کننده های رشد استفاده می شود. این مواد رسوبات ریزی هستند که با قفل کردن مرزهای یک دانه، مانع از حرکت و در نتیجه رشد آن می‌شوند.

شکل 8- نمونه‌ای از بلورهای ستونی

خواص نانوپوشش‌ها

گفتیم که یکی از مهمترین عواملی که باعث شد بشر اقدام به پوشش برخی از مواد به وسیلة مواد دیگر کند، نیاز به بهبود خواص مهندسی این مواد بود. در این قسمت، ابتدا خواص مهندسی مواد را در سه دستة خواص شیمیایی، خواص مکانیکی و خواص فیزیکی توضیح می‌دهیم و سپس خواص مهندسی پوشش‌های معمولی و نانوپوشش‌ها را مقایسه می‌کنیم.

اختلاف نانوپوشش‌ها با پوشش‌های معمولی در ساختار و خواصشان است. پس با شناختن خواص و ساختار نانوپوشش‌ها می‌توان متوجه این اختلاف‌ها شد. خاصیت هر ماده مربوط به ذرات سازندة آن است. خواص پوشش، به دانه¬ و ذرات تشکیل‌دهندة آن بستگی دارد. خواص شیمیایی، فیزیکی و مکانیکیِ نانوپوشش‌ها خواصی هستند از قبیل: مقاومت الکتریکی، نفوذپذیری، مقاومت نسبت به خوردگی، سایش، خاصیت مغناطیسی و... . این خواص تابع ساختار و اندازة ‌دانة پوشش‌ها هستند. روشن است که استفاده از این خواص کاربردهای زیادی فراهم می‌کند. یکی از تفاوت‌های عمده میان نانوپوشش‌ها و پوشش‌های معمولی، مقاومت بالای نانوپوشش‌ها نسبت به خوردگی است.

خواص خوردگی

اتم‌ها در حوزه‌هایی به صورت منظم چیده شده‌اند. به این حوزه‌های منظم «دانه» می‌گویند. (مقالة «چه چیزی خواص مواد را مشخص می کند؟» را ببینید.) اگر سه دانه با هم برخورد کنند، به آن نقطه، «نقطة سه‌گانه» می‌گویند. این به آن می‌ماند که سه دایره با هم برخورد کنند. به خاطر شکل هندسی دایره، فضای خالی‌ای در محل اتصال ایجاد می‌شود که به آن «مرز دانه» می‌گویند. شکل زیر را بینید. (شکل 9)

اتم‌هایی که در مرز قرار دارند، متعلق به هیچ دانه‌ای نیستند. در نتیجه با اتم‌های کناری خود تعداد پیوند کمتری برقرار می‌کنند. وقتی مادة خورنده در پوشش نفوذ می‌کند، با اتم‌های مرزِ دانه پیوند تشکیل می‌دهد و مواد جدیدی درست می¬کند. مثلاً وقتی آب در آهن نفوذ می‌کند، زنگ آهن درست می‌کند که از نظر ترکیب، هم با آب و هم با آهن فرق دارد. به این ترتیب، باعث خوردگی می¬شود.

با این حساب، نانوپوشش‌ها باید بیشتر در معرض خوردگی باشند. پس چرا مقاومترند؟ در نانوپوشش‌ها مساحت مرزِ دانه زیاد است و این موجب خوردگی بیش از اندازه می‌شود. ولی این خوردگی در مرز اتفاق می‌افتد نه درون دانه. اما چون این نقاط پراکندگی یکنواختی دارند، بنابراین خوردگی یکنواخت‌تر است و خوردگی موضعی که ترک و شکست ایجاد می‌کند در کار نخواهد بود.

خواص مکانیکی

پوشش‌دهی و نانوپوشش‌ها خواص مناسب دیگری هم دارند که موجب استفادة فراوان از آنها شده است. تصور کنید که مادة نرمی داشته باشید و برای شما مهم است این ماده نرم باشد تا در برابر ضربه و دیگر بارها و نیروهای مکانیکی که به صورت ناگهانی اعمال می‌شوند نشکند. اما از طرفی این ماده همواره در تماس با یک مادة زبر است و بین این دو قطعه اصطکاک به ‌وجود می‌آید. خوب واضح است که روی سطح مادة نرم شما همواره خش و خط می‌افتد و قطعة شما از بین خواهد رفت. برای حل این مشکل یک لایه از یک مادة سخت را روی سطح مادة اول می‌نشانند تا در برابر نیروهایی که در سطح ماده اعمال می‌شوند، مثل اصطکاک، مقاوم شود. از طرف دیگر، مغز قطعه هنوز نرم و انعطاف‌پذیر است. بنابراین، قطعه در برابر نیروهای ناگهانی مثل ضربه هم مقاوم خواهد بود. پس دیدید که چگونه خواص مکانیکی یک ماده ــ مثل سختی ــ را با پوشش‌دهی می‌توان بهبود بخشید.

حال توجه کنید که میزان سختی ــ یا همان مقاومت در برابر جسم فروروندة خارجی ــ به چند عامل بستگی دارد:

1. یکی از این عوامل، نیروهای بین اتمیِ موادند. این نیروها خاصیت ذاتی ماده‌اند. مثلاً نیروی بین اتم‌های آهن، به علت پیوند فلزی بین اتم‌های آهن خیلی بیشتر از نیروهای اتمی بین اتم‌های گاز هلیم‌اند که با پیوند واندروالسی به هم متصل می‌شوند. این امر در عمل هم قابل تصور است، چرا که اتم‌های گاز به‌راحتی، حتی با یک فوت، از هم جدا می‌شوند. این در حالی است که برای شکافت اتم‌های آهن باید نیروی بسیار بسیار زیادی صرف کرد.

2. دومین عامل بسیار مؤثر در مقاومت مواد در برابر سختی، ساختار سطح مواد است. واضح است که اگر سطح مواد متخلخل و پر از ترک باشد، مقاومت مواد در برابر یک عامل فروروندة خارجی بسیار کمتر خواهد بود. با این تصور، با استفاده از فناوری‌ نانو می‌توان ساختارهایی را تولید کرد که یا ترک‌های کمتری داشته باشند یا اندازة دانة آنها آن‌قدر کوچک باشند که وقتی عامل فروروندة خارجی به سطح ماده برخورد می‌کند، عملاً به مرزهای این دانه‌ها برخورد ‌کند و چون مرزها محل بی‌نظمی اتم‌ها هستند و انرژی پیوندها با پیوندهای داخل دانه فرق دارند (به طوری که از خود مقاومت بیشتری در برابر مادة فروروندة خارجی نشان می‌دهند)، پس مادة ریز دانة ما که دانه‌هایی در حد نانومتری دارد، مقاومت بیشتری در برابر سختی نشان می‌دهد.

البته چنین پوشش‌هایی سایر خواص مکانیکی مثل خستگی را هم بهبود می‌بخشند، که به‌اختصار به آنها می‌پردازیم.

خستگی

برای درک خستگی، یک سیم را تصور کنید. برای پاره کردن آن چه می‌کنید؟ آیا آن را می‌کشید؟ البته اگر سیم پلاستیک یا نایلونی باشد شاید بتوان به این طریق سیم را پاره کرد، اما برای پاره کردن سیم فلزی باید چند بار آن را بالا و پایین کرد. در واقع، باید جهت نیرو را عوض کرد. نیروهایی که به این صورت با تغییر جهت وارد می‌شوند، در واقع مواد را خسته می‌کنند. یکی از مهمترین ویژگی‌های مواد که مقاومت آنها را در برابر خستگی مشخص می‌کند، ویژگی‌های سطحی آنهاست که با نانوساختار کردن سطح و ریزدانه کردن و البته کم کردن نقایص سطحی، مثل ترک، می‌توان این خواص را بهبود بخشید.

خواص فیزیکی

یکی از مهمترین مزیت‌های پوشش‌دهی، بهبود خواص فیزیکی مثل هدایت الکتریکی است. همان‌طور که می‌دانید هدایت بارهای الکتریکی به وسیلة ارتعاش اتم‌ها و برخورد آنها با هم انجام می‌شود .(برای تصور درست از این قضیه بازی «دستِش دِه» را به یاد آورید.)

وقتی یک بارِ الکتریکی وارد مجموعه‌ای از اتم‌ها می‌شود، اتم‌ها سر جای خود می‌لرزند و ارتعاش می‌کنند. این ارتعاش باعث می‌شود بارهای الکتریکی در داخل یک مجموعة اتمی انتقال پیدا کنند. واضح است که اگر در این مجموعه جای یک اتم خالی باشد در آن منطقه هدایت به‌خوبی انجام نمی‌شود. بنابراین، مادة هادی خوبی نخواهد بود و هر چه ماده منظم‌تر باشد این هدایت راحت‌تر انجام می‌شود. از طرف دیگر، باید بدانید که هر چه ماده بزرگتر می‌شود، احتمال اینکه اتم‌ها سر جای خودشان قرار گرفته باشند کاهش می‌یابد و در واقع تعداد نقص‌های نقطه‌ای (وقتی در یک مجموعة منظم اتمی یک اتم نباشد، در واقع جای خالی یا اتم اضافی)، یا نقص‌های خطی (وقتی در یک مجموعة منظم اتمی یک ردیف اتم نباشد)، یا نقص‌های صفحه‌ای (وقتی در یک مجموعة منظم اتمی یک صفحة اتم نباشد) بیشتر می‌شود و هر چقدر تعداد این نواقص بیشتر باشد، خواص فیزیکی بیشتر افت می‌کنند. از این رو، در برخی از کاربردها مثل حسگرها (که در آنها یک انرژی به نوعی دیگر تبدیل می‌شود تا بتوان آن را آشکارسازی کرد) با نشاندن لایه‌های نازک، خواص الکتریکی ــ مثل هدایت ــ بهبود می‌یابند.

روش‌های تولید

در قسمت‌های پیشین در مورد پوشش‌ها، علل استفاده از آنها، خواص پوشش‌ها و نانوپوشش‌ها صحبت کردیم. در این مقاله می‌خواهیم راجع به نحوة تولید نانوپوشش‌ها صحبت کنیم. در ابتدا باید خاطرنشان کرد که روشهای تشکیل نانوپوشش‌ها بر اساس همان سه روش تشکیل پوشش‌هاست که در بخش دوم ذکر شد. در ادامه، روش‌های مختلف پوشش‌دهی مورد بحث قرار می‌گیرد.

روش پاشش حرارتی

هنگامی که قصد دارید دو قطعة پلاستیکی را به هم بچسبانید، چه کار می‌کنید؟ آسان‌ترین راه (بدون استفاده از وسایل جانبی مانند چسب) ذوب کردن یک قطعه و فشردن آن روی قطعة دیگر است. (شکل 10)

شکل 10 - شماتیکی از روش پاشش حرارتی

برای تولید پوشش هم می‌توانیم همین عمل را با کمی تغییر انجام دهیم. در این حالت از پودر برای تولید پوشش استفاده می‌شود. به این صورت که پودر را با قدرت به سمت قطعة مورد نظر می‌پاشیم و در مسیر پاشش، پرتو لیزر را قرار می‌دهیم. پرتو لیزر با سرعت و قدرت زیاد محیط را گرم می‌کند و باعث می‌شود پودر در مسیر به صورت مذاب درآید. وقتی پودر با سطح تماس پیدا می‌کند، به علت اختلاف دما، پس از برخورد سریعاً سرد می‌شود و پوشش نانوساختار را شکل می‌دهد. پس دیدیم که در تولید پوشش از این طریق از سازوکارهای دوم و سوم استفاده شد.

روش رسوب‌دهی شیمیایی بخار (CVD)

فرآیند CVD در فاز گازی انجام می‌شود. یعنی مواد واکنش‌زا گاز هستند و فرایندهای شیمیایی بین گازها صورت می‌گیرد. در شکل زیر گازها از یک دریچه وارد می‌شوند و بعد از رسوب بر روی یک زیرلایه، به صورت شیمیایی واکنش می‌دهند. (شکل 11)

CVD شکل 11 - شماتیکی از روش

این روش لایه‌نشانی ممکن است از طریق چند نوع واکنش شیمیایی انجام شود: 1) پیرولیز که در آن از دمای زیاد برای تجزیة ماده استفاده می‌شود؛ 2) فوتولیز که در آن از نور فرابنفش یا فروسرخ برای تجزیة ترکیب‌های گازی استفاده می‌شود. به خاطر دمای بالای فرآیند، لایه به سطح ماده نفوذ می‌کند و تشکیل یک لایة نازک آلیاژی می‌دهد. به عنوان مثال، مبنای این روش را می‌توان به صورت ذیل شرح داد: مادة مورد نظر با یک گاز یا بخار مخلوط می‌شود تا ترکیب فرّاری ایجاد شود. این مادة فرّار به سطح زیرلایه منتقل و به خاطر گرمای زیاد روی زیرلایه نشانده می‌شود و پس از سرد شدن تشکیل یک لایة جامد نازک را می دهد.

این روش نیز مثل پاشش حرارتی از هر دو سازوکار شماره‌های 2 و 3 برای پوشاندن سطوح استفاده می‌کند.

لایه‌نشانی الکترولیتی کاتد

برای تولید پوشش‌های مقاوم به خوردگی، استفاده از اکسیدِ همان فلز ساده‌ترین نوع پوشش است.

اکسایش کاتد عموماً در تهیة لایه‌های اکسیدهای فلزهای معینی مثل آلومینیوم به کار می‌رود. قطعه‌ای که می‌خواهد پوشش داده شود، به قطب کاتد وصل می‌شود و در محلول الکترولیت قرار می‌گیرد. در این حالت اکسیژن‌های موجود در الکترولیت را جذب می‌کند. یون‌ها از میان لایه‌ای که اکسیده شده است به وسیلة یک میدان الکتریکی تقویت و با اتم‌های قطعة فلزی ترکیب می‌شود و مولکول‌های اکسید را روی سطح تشکیل می‌دهد. معمولاً از نمک‌های مذاب مختلف، یا در برخی موارد از اسیدها، به عنوان الکترولیت استفاده می‌شود.

از نکاتی که باید مورد توجه قرار گیرد، مادة الکترولیت است. بعضی از الکترولیت‌ها فوراً اکسید تشکیل‌شده را در خود حل می‌کنند و در لایة ایجادشده تخلخل ایجاد می‌نمایند. نمونه‌ای از این روش، اکسیده شدن آلومینیوم در اسیدسولفوریک یا سیترات آمونیوم است. این محلول‌ها روی اکسید هیچ اثر حلالیتی ندارند. بنابراین، با رسیدن به یک ضخامت مشخص (با ولتاژ ثابت) اکسایش متوقف می‌شود.

در سطح فلزهایی مانند آلومینیوم، ضخامت لایة نازک حدود سه چهار نانومتر است. مشخصاً در این روش از سازوکار دوم برای پوشاندن سطوح استفاده می‌شود.

روش نیتروراسیون

می‌دانیم که اتم نیتروژن کوچک است و به همین علت به‌راحتی می‌تواند به درون سطح اکثر مواد نفوذ کند. حال اگر اتم نیتروژن بتواند چند نانومتر داخل سطح نفوذ کند، یک نانوپوشش تولید کرده است.

ترکیب نیتروژن با موادی مانند فولاد، یک مادة سخت تولید می‌کند. فولادهایی که با نیتروژن پوشش می‌شوند، عموماً کربن کمتری دارند، چون کربن کم باعث نرمی می‌شود. در واقع، هر چه سختی کمتر شود، نرمی بیشتر می‌شود. در عین حال، اگر کربنِ فولاد زیاد باشد، نیتروژن با کربن ترکیب می‌شود و این ترکیب برای افزایش سختی مناسب نیست. پس دیدیم که در این روش نیز به صورت غیرمستقیم از سازوکار سوم برای نفوذ اتم‌ها و ایجاد پوشش استفاده شد.

روش رسوب‌دهی فیزیکی بخار

واضح است که در اثر گرم کردن ماده (جامد یا مایع) اتم‌ها یا مولکول‌ها از روی سطح آزاد می‌شوند. برای آنکه مولکولی بتواند سطح خود را ترک کند، باید مؤلفة عمودیِ نیرو که نتیجة حرارت است بزرگتر از نیروی جاذبة بین مولکولی باشد. پس با افزایش دما تعداد ذره‌هایی که از سطح کنده می‌شوند افزایش می‌یابد. وقتی اتم‌های کنده‌شده از سطح به مقدار معینی رسیدند، واکنش‌های شیمیایی در حالت بخار صورت می‌گیرند. بعد از آن بخار سرد می‌شود و یک لایة نازک روی سطح ایجاد می‌گردد.

در روش‌های رسوب‌نشانی، به علت وجود انواع روش‌های تبخیر، روش‌های مختلفی برای پوشش‌دهی داریم. اما برای اغلب مواد فقط یک روش تبخیر بهینه وجود دارد. تبخیر بهینه به روش تبخیر، دمای تبخیر و سرعت تبخیر مربوط می‌شود و درجة خلوص لایه نیز وابسته به سیستم تبخیر است.

روش‌های مختلف تبخیر عبارت‌اند از: گرم کردن مقاومتی مستقیم، گرم کردن به وسیلة باریکة الکترونی، روش جرقه‌ای و... .

در رسوب‌دهیِ فیزیکی بخار هم از سازوکارهای دوم و سوم استفاده شده است.

روش سل ـ ژل

در این روش در واقع از اصل محلول‌سازی و رسوب‌دهی جامدات در مایعات با استفاده از تغییر پارامترهایی مثل دما استفاده می‌کنیم و محصولاتی مثل پوشش و پودر را به دست می‌آوریم. برای این کار، ابتدا از ماده‌‌ای که می‌خواهیم پوشش دهیم یک محلول تهیه می‌کنیم و بعد با حرارت دادن این محلول آن را تبدیل به یک مادة ژلاتینی می‌نماییم. با ادامة حرارت دادن، مواد معلق در محلول را روی مادة پذیرندة پوشش رسوب می‌دهیم. حال این رسوب می‌تواند به صورت یک لایة پیوسته باشد که در آن صورت یک لایة نانومتری تشکیل می‌شود. یا اگر ضخامت این لایه از 100 نانومتر بیشتر باشد، به علت اینکه از ذرات نانومتری تشکیل شده است، یک لایة نانوساختار است. اما باید دقت کرد که دما و سرعت حرارت‌دهی و... ممکن است باعث شود که به جای یک لایة پیوسته، مجموعه‌ای از ذرات تشکیل‌دهندة لایه به صورت پودر تشکیل شوند. البته باید یادآور شد که پوشش‌هایی که از این روش تولید می‌شوند دارای تخلخل‌هایی هستند که خواص آنها را ضعیف می‌کند. کاملاً واضح است که در این روش از سازوکار سوم استفاده شده است. در شکل12 نمایی از تولید محصولات به روش سل ـ ژل را مشاهده می‌کنید.

شکل12- محصولات قابل تولید با فرایند سل ژل

کاربردها

این‌همه تلاش برای چیست؟ استفاده از فناوری های نوین برای دستیابی به محصولات بهتر و کارایی بالاتر، مهمترین و تنها عامل اختراعات و اکتشافات است. نانوپوشش‌ها هم ویژگی‌های محصولات را از جنبه‌های مختلف افزایش داده‌اند. در فعالیت‌های صنعتی می‌توان به پوشش‌دهی نانومتریِ ضد سایش، ضد خش و مقاوم در برابر خوردگی اشاره کرد. پوشش‌های اپتیکی هم به‌سرعت در حال پیشرفت هستند. کاربردهای پزشکی و بهداشتی هم بیشترین تأثیر را روی سلامتی و زندگی ما دارند. برای مثال پوشش‌های نانوکامپوزیتی در صنایع بسته‌بندی سبب نازکتر شدن بسته‌بندی و سبکی و طولانی‌تر شدن عمر مواد غذایی می‌شوند. (شکل 13)

شکل 13 ـ بسته‌بندی مواد غذایی با پوشش‌های نانوکامپوزیتی

دستة دیگر، کاربردهای الکتریکی و الکترونیکی‌اند که موجب کوچکتر شدن قطعات الکترونیکی، افزایش ذخیره‌سازی اطلاعات، ساخت پوشش‌ها با رسانایی بالا و... می‌شوند. در ادامه، برخی از مهمترین محصولات و کاربردهای حاصل از پوشش‌دهی نانومتری را توضیح می‌دهیم.

نانوفیلترها

ما از فیلتر چه انتظاری داریم؟ فیلترهای معمولی چه میزان از نیاز ما را برطرف می‌کنند؟ برای افزایش دقت چه تدبیری باید اندیشید؟

وقتی سرما می‌خورید یا در معرض هوای آلوده هستید، برای جلوگیری از ورود میکروب، ویروس یا مواد سمی مثل سرب، چه کاری انجام می‌دهید؟ اکثراً از یک ماسک سفید استفاده می‌کنند. (البته بعضی‌ها حاضرند سرب بخورند، ولی از این ماسک‌ها استفاده نکنند!)

ماسک‌های متداول می‌توانند جلو ورود باکتری‌ها را بگیرند، ولی باکتری‌ها را از بین نمی‌برند. به این صورت که آنها را روی خود جذب می‌کنند. بعد از مدتی باکتری‌ها و ذرات، روی پوشش جمع می‌شوند و لایه‌ای از مواد مضر را تشکیل می‌دهند و چون ماسک با سیستم تنفسی در ارتباط است، استفاده از آن خطرناک است و در نتیجه نیاز به تعویض دارد. این مشکل را پوشش‌های نانوذرات نقره حل کرده‌اند. ویژگی این پوشش از بین بردن میکروب‌هاست. در نتیجه این ماسک‌ها طول عمر بیشتر و کیفیت بهتری نسبت به ماسک‌های معمولی دارند. (شکل 14)

شکل 14ـ ماسک ساخته‌شده با کمک نانوذرات نقره

شرکت Argonide Nanomaterials سازندة نانوذرات و محصولات نانوفیلتراسیون است. این فیلترها از الیاف نانومتری آلومینا ساخته شده‌اند. این الیاف ذرات نانومتری را به خود جذب می‌کند و نگاه می‌دارد. از این فیلتر می‌توان برای تصفیة آب استفاده کرد، چون 9/99 درصد ویروس‌ها را در جریان آب با سرعتی بیشتر از نمونه‌های فعلی حذف می‌کند. در بیشتر نواحی جهان، به‌خصوص جهان سوم، مردم دسترسی کمی به آب آشامیدنی دارند و استفاده از این محصول برای این گروه از انسان‌ها بسیار مفید خواهد بود.

پوشش‌های ضدّ سایش

خیلی از ابزار مثل ابزارآلات برش، متّه و... به علت کاربردشان بیشتر در معرض اصطکاک قرار می‌گیرند و زودتر ساییده می‌شوند. شرکتNanodyne این مشکل را با ساخت پوششی کامپوزیتی حل کرده است. این پودر کامپوزیتی ترکیبی از کاربید تنگستن و کُبالت است که اندازة دانه‌های آن از 15 نانومتر بیشتر نمی‌شود و بر اثر پخت به ماده‌ای سخت‌تر از الماس تبدیل می‌گردد و پوشش بسیار مناسبی برای ابزار آلات تولید می‌کند. (شکل 15)

شکل15ـ ابزارآلات پوشش‌داده‌شده با مواد سخت و مقاوم در برابر سایش

OLED

یکی از محصولات مهم فناوری ‌نانو، ساخت صفحات نمایشگر بلور مایع با استفاده از لایه‌های پلیمری فولرین است که به OLED مشهورند. به طور خلاصه، فولرین‌ها به خاطر خواص نورانی‌شان می‌توانند وضوح بیشتری به مانیتور بدهند. بنابراین OLED ها نسبت به LCD ها قابلیت تفکیک و وضوح بالاتری دارند. (شکل 16)

شکل 16ـ نمونه‌ای از ساخت صفحات نمایشگر بلور مایع با استفاده از لایه‌های پلیمری فولرین OLED

پوشش‌های فوتوکاتالیستی با خاصیت خودپاک‌کنندگی

این کاربرد نانوپوشش‌ها بیشتر مورد علاقة دانش‌آموزانی است که وقتی از مدرسه به خانه باز می‌گردند باید جواب مادرشان را بدهند که چرا لباس‌هایشان خاکی و گچی است! در چنین شرایطی لباس‌هایمان را می‌شوییم، ولی در مقیاس‌های بزرگ مثل دیوار، کف اتاق، قطعات و... تمیز کردن، هم پرهزینه است و هم وقت‌گیر. (شکل 17)

شکل 17ـ تمیز کردن سطوح، وقت‌گیر و هزینه‌بر است.

بنابراین بهترین راه حل این است که اصلا کثیف نشوند که بخواهیم تمیزشان کنیم . ( قابل توجه افراد تنبل ! )

امروزه قطعاتی طراحی شده‌اند که هیچ‌گاه کثیف نمی شوند و علاوه بر این، قابلیت تمیزکنندگی و تصفیه را نیز دارند. پوشش‌های فوتوکاتالیستی جزو این گروه هستند. این پوشش‌ها از بلورهایی تشکیل شده‌اند که در مقابل نور خاصیت خود‌پاک‌کنندگی پیدا می‌کنند. این پوشش می‌تواند با اسپری کردن روی انواع سطوح قرار بگیرد و با تجزیة مواد آلوده‌کنندة هوا آن را هم تصفیه کند. لباس‌های ضدّ لک هم خاصیت خودپاک‌کنندگی دارند، ولی سازوکارشان با پوشش‌های فوتوکاتالیستی متفاوت است.

اگر برگ نیلوفر آبی را تا حالا دیده باشید (اگر تا حالا دقت نکرده‌اید، به عکس نگاه کنید)، همیشه قطره‌های آب روی آن و در مرکز برگ جمع می‌شوند، ولی هیچ‌گاه برگ خیس نمی‌شود. (شکل 18)

شکل18ـ برگ نیلوفر آبی هیچ‌گاه خیس نمی‌شود.

دستتان را با کرِم چرب کنید و بعد آن را توی آب فرو ببرید. این تجربه‌ای است که احتمالاً پیش از این داشته‌اید. در این حالت آب قطره قطره روی دستتان قرار می‌گیرد و به سمت پایین سرازیر می‌شود.

‌شیشه‌های ضد بخار هم با همین روش عمل می‌کنند. در این حالت لایه‌‌ای را روی سطح شیشه می‌نشانند که با آب خیس نمی‌شود (مثل بال‌های اردک در آب در شکل 19).

شکل 19ـ پرهای مرغابی چرب‌اند و برای همین خیس نمی‌شوند.

یعنی وقتی بخار روی سطح شیشه می‌نشیند، نمی‌تواند مثل یک لایة نازک روی آن جا خوش کند، بلکه به صورت قطره قطره در‌می‌آید و از روی آن سُر می‌خورد.

استفاده از لایه‌های ضد نورUV

یکی از نعمت‌های خوب خدا که به آن کم توجه می‌کنیم، لایة اُزُن است. این لایه مقدار زیادی از پرتو UV (Ultra Violet: ماورای بنفش) را جذب می‌کند. با وجود این، مقداری از آن نیز به سطح زمین می‌رسد که گرچه اندک است، اما با سوراخ شدن لایة اُزُن (نمونه‌ای از شاهکارهای بشر!) مقدار آن بیشتر شده و خطر خراب شدن لایه‌های پوست افزایش زیادی پیدا کرده است. محققان با دو روش از این تخریب جلوگیری می‌کنند. روش اول که در ادامه توضیح داده می‌شود، با استقبال خوب صنایع آرایشی مواجه شده است. این صنایع در کرم‌های ضد آفتاب از روش اول استفاده کرده‌اند و چون ما آدم‌ها به زیبایی و سلامت خود اهمیت زیادی می‌دهیم، از این راه پول خوبی به جیب زده‌اند.

حالت اول این است که اجازة نفوذUV را به سطح مورد نظر نمی‌دهند. فکر می‌کنید برای این کار، با توجه به توضیحاتی که قبلاً داده‌ایم، بهترین نوع پوشش چیست؟ درست است، لایة نازک بسیار مناسب است. ولی به جز آن از نانوذارات هم می‌توان استفاده کرد. (شکل 20)

شکل 20 ـ لایة نشانده‌شده بر روی این عینک آفتابی نور فرابنفش را منعکس می‌کند.

در حالت دوم UV جذب می‌شود. برای این کار از نانوذرات اکسید روی استفاده می‌کنند. یکی از علل مرغوبیت کرم‌های آفتاب ساخته‌شده با نانوذرات اکسید روی، شفافیت این نانوذرات است. در گذشته هم موادی را به کرم‌های آفتاب اضافه می‌کردند، ولی این مواد موجب کدر شدن کرم می‌شد. ولی نانوذرات به علت ریز بودن تغییری در رنگ کرم ایجاد نمی‌کنند.

پوشش‌های هوشمند

هنوز تحقیقات در این زمینه ادامه دارد، ولی اثرات آن به این‌گونه خواهد بود:

روزی را تصور کنید که برای عوض کردن رنگ ناخن‌هایتان به ناخنتان دستور شفاهی بدهید! شما از مایعی شفاف استفاده خواهید کرد که با تغییر جای اتم‌هایش دستور شما را عملی می‌کند. این مواد هوشمند از روش شکست نور استفاده خواهند کرد، درست مثل بال پروانه. ولی خدا آن روز را نیاورد! همین‌طوری هم مدل ناخن‌ها عجیب و غریب است، چه رسد به اینکه دست‌های هر کس مثل یک جعبه مدادرنگی بشود! (شکل 21)

شکل21: دستی با ناخن‌های رنگارنگ با استفاده از پوشش‌های هوشمند

نتیجه‌گیری و مرور کلی

در این گزارش با تعاریف پوشش، روش‌های تولید، خواص و کاربردهای آنها آشنا شدیم و هر یک از مباحث فوق را در مورد نانوپوشش‌ها بررسی کردیم. درک مفهوم نانوپوشش‌ها مستلزم بیان پیش‌زمینه‌ای دربارة پوشش‌هاست. به طور کلی نانوپوشش‌ دربرگیرندة مفهوم لایه‌های نانومتری و روکش‌های نانوساختار است. در کل، نانوپوشش‌ها دارای خواص بهتری نسبت به پوشش‌های معمولی هستند و از نظر کاربردی می‌توان آنها را در مصارف حساس به ‌کار برد. اگر‌چه به طور کلی روش‌های تولید این نوع از پوشش‌ها با روش‌های تولید پوشش‌های متداول تفاوت چندانی ندارد، اما می‌توان با دقت در پارامترها و شرایط تولید، چنین پوشش‌هایی را هم تولید نمود. کاربردهای نانوپوشش‌ها با توجه به ساختار ویژة آنها و خواص ناشی از این ساختار تعیین می‌شود.