نانو چیست و کاربرد آن در صنایع

تعاریف متعددی از فناوری نانو و محصولات نانوتکنولوژی وجود دارد. که اغلب این تعاریف برای اهداف خاصی تولید می شوند.

در این دیدگاه، مفاهیم علمی زیربنایی نانوتکنولوژی مهمتر از معنایی یک تعریف در نظر گرفته شده است. بنابراین ابتدا به این مفاهیم توجه شده است.  گستره علم و فناوری نانو که به اندازه کافی این مفاهیم را بیان می کند. این نشان می دهد که گستره مقیاس نانو از سطح اتمی، در حدود 0.2 نانومتر تا حدود 100 نانومتر است. در این محدوده است که مواد می توانند در مقایسه با مواد مشابه در اندازه های بزرگتر خواص متفاوتی داشته باشند. هم به دلیل افزایش قابل ملاحظه نسبت سطح به جرم و هم به این دلیل که اثرات کوانتومی شروع به ایفای نقش در این ابعاد می کند که منجر به تغییرات قابل توجه در انواع مختلفی از خواص فیزیکی.

چه نوع محصولاتی حاوی نانو مواد هستند

از نانومواد در رنگ ها و پوشش ها استفاده می شود. به عنوان مثال، برای بهبود دوام و ارائه عملکردهای جدید. مانند دافع آب / کثیفی «آسان برای تمیز کردن»، مقاومت ضد میکروبی یا مقاومت در برابر خراش.

در حال حاضر، مرتبط ترین نانومواد برای صنعت رنگ و پوشش، دی اکسید تیتانیوم و دی اکسید سیلیکون در مقیاس نانو هستند.

 نانو دی اکسید تیتانیوم در پوشش ها عمدتاً برای بهره برداری از فعالیت فوتوکاتالیستی آن استفاده می شود. که منجر به خود تمیز شوندگی سطوح می شود. افزودن سیلیس آمورف مصنوعی می تواند سختی، سایش، خراش و مقاومت در برابر آب و هوای رنگ را بهبود بخشد.

علاوه بر این، نقره با اندازه نانو، اکسید روی، اکسید آلومینیوم، دی اکسید سریم، اکسید مس و اکسید منیزیم در حال حاضر برای استفاده احتمالی در رنگ‌ها در حال بررسی هستند.

کاربردهای نانوتکنولوژی

پس از بیش از 20 سال تحقیق پایه علوم نانو و بیش از پانزده سال تحقیق و توسعه متمرکز تحت NNI، کاربردهای نانوتکنولوژی به دو روش مورد انتظار و غیرمنتظره به وعده‌های نانوتکنولوژی برای سودمندی جامعه ارائه می‌شود.

نانوتکنولوژی در حال کمک به بهبود قابل توجه و حتی متحول کردن بسیاری از بخش‌های فناوری و صنعت است.

استفاده در فناوری اطلاعات، امنیت داخلی، پزشکی، حمل‌ونقل، انرژی، ایمنی مواد غذایی و علوم محیطی و بسیاری دیگر.

در زیر نمونه‌ای از فهرستی از مزایا و کاربردهای نانوتکنولوژی به سرعت در حال رشد توضیح داده شده است.

مواد و فرآیندهای روزمره

بسیاری از مزایای نانوتکنولوژی به این واقعیت بستگی دارد که می‌توان ساختار مواد را در مقیاس‌های بسیار کوچک برای دستیابی به ویژگی‌های خاص تنظیم کرد.

 بنابراین مجموعه ابزار علم مواد را تا حد زیادی گسترش داد. با استفاده از فناوری نانو، مواد را می‌توان به طور موثری قوی‌تر، سبک‌تر، بادوام‌تر، واکنش‌پذیرتر، الک‌تر، یا رسانای الکتریکی بهتر، در میان بسیاری از ویژگی‌های دیگر ساخت.

بسیاری از محصولات تجاری روزمره در حال حاضر در بازار و در استفاده روزانه هستند. که به مواد و فرآیندهای نانومقیاس متکی هستند:

• افزودنی‌های نانومقیاس به پارچه‌ها یا درمان‌های سطحی پارچه‌ها می‌توانند انحراف انرژی بالستیک سبک وزن را در زره‌های بدن شخصی ایجاد کنند یا به آن‌ها در مقاومت در برابر چین و چروک، رنگ‌آمیزی و رشد باکتری کمک کنند.
• لایه‌های شفاف نانومقیاس روی عینک‌ها، نمایشگرهای کامپیوتر و دوربین، پنجره‌ها و سطوح دیگر می‌توانند آن‌ها را ضد آب و پسماند، ضد انعکاس، خود تمیز شونده، مقاوم در برابر اشعه ماوراء بنفش یا مادون قرمز، ضد مه، ضد میکروبی، ضد خش یا رسانای الکتریکی کنند.
• مواد در مقیاس نانو شروع به فعال کردن پارچه‌های هوشمند قابل شستشو و بادوام می‌کنند. که مجهز به حسگرها و لوازم الکترونیکی انعطاف‌پذیر در مقیاس نانو با قابلیت‌هایی برای نظارت بر سلامت، جذب انرژی خورشیدی و برداشت انرژی از طریق حرکت هستند.
• سبک وزن خودروها، کامیون ها، هواپیماها، قایق ها و فضاپیماها می تواند منجر به صرفه جویی قابل توجهی در مصرف سوخت شود. افزودنی‌های نانومقیاس در مواد کامپوزیت پلیمری در چوب‌های بیسبال، راکت‌های تنیس، دوچرخه‌ها، کلاه ایمنی موتورسیکلت، قطعات خودرو، چمدان‌ها و محفظه‌های ابزار برقی استفاده می‌شوند و آنها را سبک، سفت، بادوام و انعطاف‌پذیر می‌سازد. اکنون صفحات نانولوله کربنی برای استفاده در وسایل نقلیه هوایی نسل بعدی تولید می شود. به عنوان مثال، ترکیب وزن سبک و رسانایی آنها را برای کاربردهایی مانند محافظ الکترومغناطیسی و مدیریت حرارتی ایده آل می کند.
• نانو مهندسی زیستی آنزیم ها با هدف امکان تبدیل سلولز از تراشه های چوب، ساقه های ذرت، علف های چند ساله بارور نشده و غیره به اتانول برای سوخت است. نانومواد سلولزی کاربردهای بالقوه‌ای را در طیف گسترده‌ای از بخش‌های صنعتی از جمله الکترونیک، ساخت‌وساز، بسته‌بندی، غذا، انرژی، مراقبت‌های بهداشتی، خودروسازی و دفاع نشان داده‌اند. پیش‌بینی می‌شود که نانومواد سلولزی نسبت به بسیاری از نانومواد دیگر ارزان‌تر باشند و در میان ویژگی‌های دیگر، نسبت قدرت به وزن قابل توجهی دارند.
• مواد مهندسی شده نانو در محصولات خودرو شامل سیستم های باتری قابل شارژ با قدرت بالا می باشد. مواد ترموالکتریک برای کنترل دما؛ لاستیک با مقاومت غلتشی کمتر؛ سنسورها و لوازم الکترونیکی با راندمان بالا/کم هزینه؛ پانل های خورشیدی هوشمند لایه نازک؛ و افزودنی های سوخت برای اگزوز تمیزتر و برد طولانی تر.
• پوشش‌های سرامیکی نانوساختار چقرمگی بسیار بیشتری نسبت به پوشش‌های معمولی مقاوم در برابر سایش برای قطعات ماشین نشان می‌دهند. روان کننده ها و روغن های موتور مجهز به فناوری نانو نیز به میزان قابل توجهی سایش و پارگی را کاهش می دهند که می تواند طول عمر قطعات متحرک را در همه چیز از ابزارهای برقی گرفته تا ماشین آلات صنعتی به میزان قابل توجهی افزایش دهد.
• نانوذرات به طور فزاینده ای در کاتالیز برای تقویت واکنش های شیمیایی استفاده می شوند. این امر باعث کاهش مقدار مواد کاتالیزوری لازم برای ایجاد نتایج مطلوب، صرفه جویی در هزینه و کاهش آلاینده ها می شود. دو کاربرد بزرگ در پالایش نفت و مبدل های کاتالیزوری خودرو است.
• مواد با مهندسی نانو محصولات خانگی برتری مانند چربی زداها و لکه برها را تولید می کنند. سنسورهای محیطی، تصفیه کننده هوا و فیلترها؛ پاک کننده های آنتی باکتریال؛ و رنگ های تخصصی و محصولات آب بندی، مانند رنگ های خانه خود تمیز شونده که در برابر کثیفی و لکه ها مقاومت می کنند.
• مواد نانومقیاس نیز برای بهبود عملکرد در انواع محصولات مراقبت شخصی گنجانده شده است. دی اکسید تیتانیوم در مقیاس نانو و اکسید روی سال ها در کرم های ضد آفتاب برای محافظت در برابر نور خورشید و در عین حال نامرئی بر روی پوست استفاده می شود.

نرم افزارهای الکترونیک و فناوری اطلاعات

فناوری نانو تا حد زیادی به پیشرفت‌های عمده در محاسبات و الکترونیک کمک کرده است. که منجر به سیستم‌های سریع‌تر، کوچک‌تر و قابل حمل‌تر شده است. که می‌توانند مقادیر بزرگتر و بزرگتری از اطلاعات را مدیریت و ذخیره کنند.

این برنامه های کاربردی که به طور مداوم در حال توسعه هستند عبارتند از:

• ترانزیستورها، سوئیچ‌های اساسی که تمامی محاسبات مدرن را امکان‌پذیر می‌کنند. از طریق فناوری نانو کوچک‌تر و کوچک‌تر شده‌اند. در آغاز قرن، یک ترانزیستور معمولی 130 تا 250 نانومتر اندازه داشت. در سال 2014، اینتل یک ترانزیستور 14 نانومتری ایجاد کرد، سپس IBM اولین ترانزیستور هفت نانومتری را در سال 2015 ساخت و سپس آزمایشگاه ملی لارنس برکلی ترانزیستور یک نانومتری را در سال 2016 نشان داد!  ترانزیستورهای کوچکتر، سریعتر و بهتر ممکن است به این معنی باشد که به زودی کل حافظه رایانه شما ممکن است روی یک تراشه کوچک ذخیره شود.
• با استفاده از حافظه دسترسی تصادفی مغناطیسی (MRAM)، کامپیوترها تقریباً فورا قادر به “بوت شدن” خواهند بود. MRAM توسط اتصالات تونل مغناطیسی در مقیاس نانومتر فعال می شود و می تواند به سرعت و به طور موثر داده ها را در طول خاموش شدن سیستم ذخیره کند یا ویژگی های پخش مجدد را فعال کند.
• اکنون نمایشگرها و تلویزیون هایی با کیفیت فوق العاده بالا به فروش می رسند که از نقاط کوانتومی برای تولید رنگ های زنده تر و در عین حال کارآمدتر انرژی استفاده می کنند.
• الکترونیک منعطف، خم شدنی، تاشو، غلتش‌پذیر و قابل کشش به بخش‌های مختلف رسیده و در محصولات مختلفی از جمله پوشیدنی‌ها، برنامه‌های کاربردی پزشکی، کاربردهای هوافضا و اینترنت اشیا ادغام می‌شوند. الکترونیک انعطاف پذیر با استفاده از نانوغشاهای نیمه هادی برای کاربرد در نمایشگرهای گوشی های هوشمند و کتابخوان های الکترونیکی توسعه یافته است. نانومواد دیگری مانند گرافن و نانومواد سلولزی برای انواع مختلف لوازم الکترونیکی انعطاف‌پذیر برای فعال کردن حسگرهای پوشیدنی و «خالکوبی»، فتوولتائیک‌هایی که می‌توانند روی لباس‌ها دوخته شوند و کاغذهای الکترونیکی که می‌توان آنها را جمع کرد، استفاده می‌شود. ساخت وسایل الکترونیکی مسطح، منعطف، سبک، غیر شکننده و بسیار کارآمد، راه را به روی محصولات هوشمند بی‌شماری باز می‌کند.
• سایر محصولات محاسباتی و الکترونیکی عبارتند از تراشه های حافظه فلش برای تلفن های هوشمند و درایوهای انگشت شست. سمعک های فوق پاسخگو؛ پوشش های ضد میکروبی/ضد باکتریایی روی کیبورد و قاب گوشی تلفن همراه؛ جوهرهای رسانا برای الکترونیک چاپی برای RFID/کارت های هوشمند/بسته بندی هوشمند؛ و نمایشگرهای انعطاف پذیر برای خوانندگان کتاب الکترونیکی.

تعلیق نانو ذرات مس به عنوان جایگزین ایمن‌تر، ارزان‌تر و قابل اعتمادتر برای لحیم کاری مبتنی بر سرب و سایر مواد خطرناکی که معمولاً برای فیوز کردن الکترونیک در فرآیند مونتاژ استفاده می‌شوند، توسعه یافته‌اند.

برنامه های کاربردی پزشکی و مراقبت های بهداشتی

نانوتکنولوژی در حال حاضر ابزارهای پزشکی، دانش و درمان‌های موجود در دسترس پزشکان را گسترش می‌دهد. نانوپزشکی، کاربرد فناوری نانو در پزشکی، از مقیاس طبیعی پدیده‌های بیولوژیکی برای تولید راه‌حل‌های دقیق برای پیشگیری، تشخیص و درمان بیماری استفاده می‌کند. در زیر نمونه هایی از پیشرفت های اخیر در این زمینه آورده شده است:

• کاربردهای تجاری نانوذرات طلا را به عنوان کاوشگر برای تشخیص توالی هدفمند اسیدهای نوکلئیک تطبیق داده اند و نانوذرات طلا نیز به عنوان درمان های بالقوه برای سرطان و سایر بیماری ها از نظر بالینی مورد بررسی قرار می گیرند.
• تصویربرداری و ابزارهای تشخیصی بهتر که توسط فناوری نانو فعال می‌شوند، راه را برای تشخیص زودهنگام، گزینه‌های درمانی شخصی‌تر و نرخ موفقیت درمانی بهتر هموار می‌کنند.
• نانوتکنولوژی هم برای تشخیص و هم برای درمان آترواسکلروز یا ایجاد پلاک در شریان ها در حال مطالعه است. در یکی از تکنیک‌ها، محققان نانوذره‌ای را ساختند که کلسترول «خوب» بدن، معروف به HDL (لیپوپروتئین با چگالی بالا) را تقلید می‌کند که به کوچک شدن پلاک کمک می‌کند.
• طراحی و مهندسی مواد پیشرفته نانوحفره حالت جامد می‌تواند امکان توسعه فناوری‌های جدید توالی‌یابی ژن را فراهم کند که تشخیص تک مولکولی را با هزینه کم و سرعت بالا با حداقل آماده‌سازی نمونه و ابزار دقیق امکان‌پذیر می‌سازد.
• محققان نانوتکنولوژی در حال کار بر روی تعدادی از روش‌های درمانی مختلف هستند که در آنها یک نانوذره می‌تواند کپسوله شود یا به انتقال دارو به طور مستقیم به سلول‌های سرطانی کمک کند و خطر آسیب به بافت سالم را به حداقل برساند. این پتانسیل را دارد که روش پزشکان را در درمان سرطان تغییر دهد و اثرات سمی شیمی درمانی را به طور چشمگیری کاهش دهد.
• تحقیقات در زمینه استفاده از فناوری نانو برای پزشکی بازساختی، چندین حوزه کاربردی از جمله مهندسی استخوان و بافت عصبی را در بر می گیرد. به عنوان مثال، مواد جدید را می توان برای تقلید از ساختار معدنی کریستالی استخوان انسان مهندسی کرد یا به عنوان یک رزین ترمیمی برای کاربردهای دندانی استفاده کرد. محققان به دنبال راه هایی برای رشد بافت های پیچیده با هدف رشد روزی اندام های انسان برای پیوند هستند. محققان همچنین در حال مطالعه روش هایی برای استفاده از نانوروبان های گرافن برای کمک به ترمیم آسیب های نخاعی هستند. تحقیقات اولیه نشان می دهد که نورون ها به خوبی روی سطح گرافن رسانا رشد می کنند.
• محققان نانوپزشکی به دنبال راه‌هایی هستند که نانوتکنولوژی می‌تواند واکسن‌ها را بهبود بخشد، از جمله تحویل واکسن بدون استفاده از سوزن. محققان همچنین در حال کار برای ایجاد یک داربست واکسن جهانی برای واکسن آنفولانزای سالانه هستند که گونه‌های بیشتری را پوشش می‌دهد و هر سال به منابع کمتری برای توسعه نیاز دارد.

کاربردهای انرژی

نانوتکنولوژی در حال یافتن کاربرد در منابع انرژی سنتی است و رویکردهای انرژی جایگزین را برای کمک به پاسخگویی به تقاضای روزافزون انرژی در جهان به شدت افزایش می‌دهد. بسیاری از دانشمندان به دنبال راه‌هایی برای توسعه منابع انرژی پاک، مقرون‌به‌صرفه و تجدیدپذیر، همراه با ابزارهایی برای کاهش مصرف انرژی و کاهش بار سمیت بر محیط‌زیست هستند:

• نانوتکنولوژی با کاتالیز بهتر کارایی تولید سوخت از مواد خام نفتی را بهبود می بخشد. همچنین باعث کاهش مصرف سوخت در وسایل نقلیه و نیروگاه ها از طریق احتراق با راندمان بالاتر و کاهش اصطکاک می شود.
• نانوتکنولوژی همچنین برای استخراج نفت و گاز از طریق، به عنوان مثال، استفاده از دریچه‌های بالابر گاز با فناوری نانو در عملیات‌های دریایی یا استفاده از نانوذرات برای تشخیص شکستگی‌های میکروسکوپی خط لوله نفت در چاه استفاده می‌شود.
• محققان در حال بررسی اسکرابرها و غشاهای نانولوله کربنی برای جداسازی دی اکسید کربن از اگزوز نیروگاه هستند.
• محققان در حال توسعه سیم‌هایی هستند که حاوی نانولوله‌های کربنی هستند که مقاومت بسیار کمتری نسبت به سیم‌های پرتنش که در حال حاضر در شبکه برق استفاده می‌شوند، دارند و در نتیجه تلفات برق انتقال را کاهش می‌دهند.
• فناوری نانو را می توان در پنل های خورشیدی گنجاند تا نور خورشید را به طور موثرتری به الکتریسیته تبدیل کند که نویدبخش انرژی خورشیدی ارزان قیمت در آینده است. ساخت سلول‌های خورشیدی نانوساختار ارزان‌تر و نصب آسان‌تر است، زیرا می‌توانند از فرآیندهای تولیدی شبیه چاپ استفاده کنند و می‌توانند در رول‌های انعطاف‌پذیر به جای پانل‌های مجزا ساخته شوند. تحقیقات جدیدتر نشان می دهد که مبدل های خورشیدی آینده ممکن است حتی “قابل رنگ آمیزی” باشند.
• فناوری نانو در حال حاضر برای توسعه بسیاری از انواع باتری‌های جدید استفاده می‌شود که شارژ سریع‌تر، کارآمدتر، وزن سبک‌تر، چگالی توان بالاتر و نگهداری شارژ الکتریکی برای مدت طولانی‌تری دارند.
• از یک اپوکسی حاوی نانولوله‌های کربنی برای ساخت تیغه‌های آسیاب بادی که بلندتر، قوی‌تر و سبک‌تر از سایر تیغه‌ها هستند استفاده می‌شود تا میزان الکتریسیته تولید شده توسط آسیاب‌های بادی افزایش یابد.
• در زمینه برداشت انرژی، محققان در حال توسعه صفحه‌های الکتریکی خورشیدی لایه نازک هستند که می‌توانند بر روی جعبه‌های کامپیوتری و نانوسیم‌های پیزوالکتریک انعطاف‌پذیر بافته شده در لباس‌ها نصب شوند تا انرژی قابل استفاده در حرکت از نور، اصطکاک و/یا گرمای بدن برای تامین انرژی موبایل تولید کنند. دستگاه های الکترونیکی به طور مشابه، گزینه‌های مختلفی مبتنی بر علم نانو برای تبدیل گرمای اتلاف در رایانه‌ها، خودروها، خانه‌ها، نیروگاه‌ها و غیره به انرژی الکتریکی قابل استفاده در حال پیگیری است.
• بهره وری انرژی و محصولات صرفه جویی در انرژی در تعداد و انواع کاربردها در حال افزایش است. علاوه بر موارد ذکر شده در بالا، نانوتکنولوژی سیستم‌های روشنایی کارآمدتری را ممکن می‌سازد. مواد سبک تر و قوی تر شاسی خودرو برای بخش حمل و نقل؛ مصرف انرژی کمتر در الکترونیک پیشرفته؛ و پوشش های هوشمند پاسخگو به نور برای شیشه.

اصلاح محیط زیست

علاوه بر راه‌هایی که نانوتکنولوژی می‌تواند به بهبود بهره‌وری انرژی کمک کند (به بخش بالا مراجعه کنید)، راه‌های زیادی نیز وجود دارد که می‌تواند به شناسایی و پاکسازی آلاینده‌های محیطی کمک کند:

• فناوری نانو می‌تواند نیاز به آب آشامیدنی سالم و مقرون‌به‌صرفه را از طریق شناسایی و تصفیه سریع و کم هزینه ناخالصی‌ها در آب برطرف کند.
• مهندسان یک غشای لایه نازک با نانو منافذ برای نمک‌زدایی با انرژی کارآمد ساخته‌اند. این غشاء دی سولفید مولیبدن (MoS2) دو تا پنج برابر بیشتر از فیلترهای معمولی فعلی آب را فیلتر می کند.
• نانوذرات برای پاکسازی آلاینده‌های آب صنعتی در آب‌های زیرزمینی از طریق واکنش‌های شیمیایی که آلاینده‌ها را بی‌ضرر می‌کند، تولید می‌شوند. این فرآیند نسبت به روش هایی که نیاز به پمپاژ آب از زمین برای تصفیه دارند، هزینه کمتری دارد.
• محققان یک “حوله کاغذی” نانو پارچه بافته شده از سیم های ریز اکسید منگنز پتاسیم ساخته اند که می تواند 20 برابر وزن خود روغن را برای کاربردهای پاکسازی جذب کند. محققان همچنین نانوذرات مغناطیسی ضد آب را در نشت نفت قرار داده و از آهنربا برای حذف مکانیکی روغن از آب استفاده کرده اند.
• بسیاری از کابین هواپیما و انواع دیگر فیلترهای هوا، فیلترهای مبتنی بر فناوری نانو هستند که امکان «فیلتراسیون مکانیکی» را فراهم می‌کنند، که در آن مواد فیبر منافذی در مقیاس نانو ایجاد می‌کنند که ذرات بزرگ‌تر از اندازه منافذ را به دام می‌اندازند. فیلترها همچنین ممکن است حاوی لایه‌های زغالی باشند که بو را از بین می‌برد.
• حسگرها و راه حل های مجهز به فناوری نانو اکنون قادر به شناسایی و شناسایی عوامل شیمیایی یا بیولوژیکی در هوا و خاک با حساسیت بسیار بالاتر از همیشه هستند. محققان در حال بررسی ذراتی مانند تک‌لایه‌های خود مونتاژ شده روی تکیه‌گاه‌های مزوپور (SAMMS)، دندریمرها و نانولوله‌های کربنی هستند تا نحوه اعمال خواص شیمیایی و فیزیکی منحصربه‌فرد آن‌ها را برای انواع مختلف اصلاح مکان‌های سمی تعیین کنند. حسگر دیگری توسط ناسا به عنوان افزونه گوشی هوشمند ساخته شده است که آتش نشانان می توانند از آن برای نظارت بر کیفیت هوای اطراف آتش استفاده کنند.

مزایای حمل و نقل آینده

فناوری نانو نوید توسعه مواد چند منظوره را می دهد که به ساخت و نگهداری وسایل نقلیه، هواپیماها، فضاپیماها و کشتی های سبک تر، ایمن تر، هوشمندتر و کارآمدتر کمک می کند. علاوه بر این، فناوری نانو ابزارهای مختلفی را برای بهبود زیرساخت های حمل و نقل ارائه می دهد:

• همانطور که در بالا بحث شد، مواد مهندسی شده نانو در محصولات خودرو شامل قطعات ساختاری نانوکامپوزیت های پلیمری است. سیستم های باتری قابل شارژ با قدرت بالا؛ مواد ترموالکتریک برای کنترل دما؛ لاستیک با مقاومت غلتشی کمتر؛ سنسورها و لوازم الکترونیکی با راندمان بالا/کم هزینه؛ پانل های خورشیدی هوشمند لایه نازک؛ و افزودنی های سوخت و مبدل های کاتالیزوری بهبود یافته برای اگزوز تمیزتر و برد طولانی تر. نانو مهندسی آلومینیوم، فولاد، آسفالت، بتن و سایر مواد سیمانی و اشکال بازیافتی آنها از نظر بهبود عملکرد، انعطاف‌پذیری و طول عمر اجزای زیرساخت بزرگراه و حمل‌ونقل و در عین حال کاهش هزینه چرخه عمر آنها، نوید بزرگی را ارائه می‌دهد. سیستم‌های جدید ممکن است قابلیت‌های نوآورانه را در مواد زیرساختی سنتی، مانند سازه‌های خود ترمیم شونده یا توانایی تولید یا انتقال انرژی بگنجانند.
• سنسورها و دستگاه‌های نانومقیاس ممکن است نظارت مستمر مقرون‌به‌صرفه‌ای از یکپارچگی ساختاری و عملکرد پل‌ها، تونل‌ها، ریل‌ها، سازه‌های پارکینگ و روسازی‌ها را در طول زمان فراهم کنند. حسگرهای نانومقیاس، دستگاه‌های ارتباطی و سایر نوآوری‌های فعال‌شده توسط نانوالکترونیک همچنین می‌توانند از یک زیرساخت حمل‌ونقل پیشرفته پشتیبانی کنند که می‌تواند با سیستم‌های مبتنی بر وسیله نقلیه ارتباط برقرار کند تا به رانندگان کمک کند موقعیت خط را حفظ کنند، از برخورد جلوگیری کنند، مسیرهای سفر را برای جلوگیری از تراکم تنظیم کنند، و رابط رانندگان را بهبود بخشد. الکترونیک روی برد
• مزایای «تغییر بازی» از استفاده از مواد سبک وزن و با استحکام بالا با فناوری نانو تقریباً برای هر وسیله نقلیه ای اعمال می شود. به عنوان مثال، تخمین زده شده است که کاهش وزن یک هواپیمای جت تجاری تا 20 درصد می تواند مصرف سوخت آن را تا 15 درصد کاهش دهد. تجزیه و تحلیل اولیه انجام شده برای ناسا نشان می دهد که توسعه و استفاده از نانومواد پیشرفته با دو برابر قدرت کامپوزیت های معمولی، وزن ناخالص یک وسیله پرتاب را تا 63 درصد کاهش می دهد. این نه تنها می تواند مقدار قابل توجهی از انرژی مورد نیاز برای پرتاب فضاپیما به مدار را ذخیره کند، بلکه توسعه وسایل پرتاب تک مرحله ای را نیز امکان پذیر می کند، هزینه های پرتاب را بیشتر کاهش می دهد، قابلیت اطمینان ماموریت را افزایش می دهد و درها را برای مفاهیم پیشران جایگزین باز می کند.