علوم و فناوری نانو، عنصری اساسی در درک بهتر طبیعت در دهههای آتی خواهد بود. از جمله موارد مهم در آینده، همکاریهای تحقیقاتیِ میانرشتهای، آموزش خاص و انتقال ایدهها و افراد به صنعت خواهد بود. بخشی از تأثیرات و کاربردهای نانوتکنولوژی بهشرح زیر میباشد:
1- تولید، مواد و محصولات صنعتی :
نانوتکنولوژی تغییر بنیانی مسیری است که در آینده، موجب ساخت مواد و ابزارها خواهد شد. امکان سنتز بلوکهای ساختمانی نانو با اندازه و ترکیب به دقّت کنترلشده و سپس چیدن آنها در ساختارهای بزرگتر، که دارای خواص و کارکرد منحصربهفرد باشند، انقلابی در مواد و فرآیندهای تولید آنها، ایجاد میکند. محقّقین قادر به ایجاد ساختارهایی از مواد خواهند شد که در طبیعت نبوده و شیمی مرسوم نیز قادر به ایجادشان نبودهاست. برخی از مزایای نانوساختارها عبارتست از : مواد سبکتر، قویتر و قابل برنامهریزی ؛ کاهش هزینهی عمر کاری از طریق کاهش دفعات نقص فنّی؛ ابزارهایی نوین بر پایهی اصول و معماری جدید؛ بکارگیری کارخانجات مولکولی یا خوشهای که مزیّت مونتاژ مواد در سطح نانو را دارند.
2- پزشکی و بدن انسان:
رفتار مولکولی در مقیاس نانومتر، سیستمهای زنده را اداره میکند. یعنی مقیاسی که شیمی، فیزیک، زیستشناسی و شبیهسازی کامپیوتری، همگی به آن سمت درحال گرایش هستند.
• فراتر از سهلشدن استفاده بهینه از دارو، نانوتکنولوژی میتواند فرمولاسیون و مسیرهایی برای رهایش دارو (Drug Delivery) تهیه کند، که بهنحو حیرتانگیزی توان درمانی داروها را افزایش میدهد.
• مواد زیستسازگار با کارایِی بالا، از توانایی بشر در کنترل نانوساختارها حاصل خواهدشد. نانومواد سنتزی معدنی و آلی را مثل اجزای فعّال، میتوان برای اعمال نقش تشخیصی (مثل ذرات کوانتومی که برای مرئیسازی بکار میرود) درون سلولها وارد نمود.
• افزایش توان محاسباتی بوسیلهی نانوتکنولوژی، ترسیم وضعیت شبکههای ماکرومولکولی را در محیطهای واقعی ممکن میسازد. اینگونه شبیهسازیها برای بهبود قطعات کاشتهشده زیستسازگار در بدن و جهت فرآیند کشف دارو، الزامی خواهدبود.
3- دوامپذیری منابع: کشاورزی، آب، انرژی، مواد و محیط زیست پاک:
نانوتکنولوژی چنانچه ذکر شد، منجر به تغییراتی شگرف در استفاده از منابع طبیعی، انرژی و آب خواهد شد و پساب و آلودگی را کاهش خواهدداد. همچنین فنّاوریهای جدید، امکان بازیافت و استفادهی مجدد از مواد، انرژی و آب را فراهم خواهند کرد. در زمینه محیط زیست ، علوم و مهندسی نانو، میتواند تأثیر قابل ملاحظهای ، در درک مولکولی فرآیندهای مقیاس نانو که در طبیعت رخ میدهد ؛ در ایجاد و درمان مسائل زیستمحیطی از طریق کنترل انتشار آلایندهها ؛ در توسعهی فنّاوریهای "سبز" جدید که محصولات جانبی ناخواسته کمتری دارند و یا در جریانات و مناطق حاوی فاضلاب، داشتهباشد. لازم به ذکر است، نانوتکنولوژی توان حذف آلودگیهای کوچک از منابع آبی (کمتر از 200 نانومتر) و هوا (زیر 20 نانومتر) و اندازهگیری و تخفیف مداوم آلودگی در مناطق بزرگتر را دارد.
در زمینهی انرژی ، نانوتکنولوژی میتواند بهطور قابل ملاحظهای کارآیی، ذخیرهسازی و تولید انرژی را تحت تأثیر قرار داده مصرف انرژی را پایین بیاورد. بهعنوان مثال، شرکتهای مواد شیمیایی، مواد پلیمری تقویتشده با نانوذرات را ساختهاند که میتواند جایگزین اجزای فلزی بدنه اتومبیلها شود. استفاده گسترده از این نانوکامپوزیتها میتواند سالیانه 5/1 میلیارد لیتر صرفهجویی مصرف بنزین به همراه داشتهباشد .
یا انتظار میرود تغییرات عمدهای در فنّاوری روشنایی در 10 سال آینده رخ دهد. میتوان نیمههادیهای مورد استفاده در دیودهای نورانی ( LED ) ها را به مقدار زیاد در ابعاد نانو تولید کرد. در ا مریکا ، تقریبا" 20% کل برق تولیدی، صرف روشنایی (چه لامپهای التهابی معمولی و چه فلوئورسنت (میشود. مطابق پیشبینیها در 10 تا 15 سال آینده ، پیشرفتهایی از این دست میتواند مصرف جهانی را بیش از 10% کاهش دهد که 100 میلیارد دلار در سال صرفهجویی و 200 میلیون تن کاهش انتشار کربن را بههمراه خواهدداشت .
4- هوا و فضا :
محدودیتهای شدید سوخت برای حمل بار به مدار زمین و ماورای آن، و علاقه به فرستادن فضاپیما برای مأموریتهای طولانی به مناطق دور از خورشید ، کاهش مداوم اندازه، وزن و توان مصرفی را اجتنابناپذیر میسازد. مواد و ابزارآلات نانوساختاری، امید حل این مشکل را بوجود آوردهاست.
"نانوساختن" ( Nanofabrication ) همچنین در طرّاحی و ساخت مواد سبکوزن، پرقدرت و مقاوم در برابر حرارت، موردنیاز برای هواپیماها، راکتها، ایستگاههای فضایی و سکّوهای اکتشافی سیّارهای یا خورشیدی، تعیینکننده است. همچنین استفاده روزافزون از سیستمهای کوچکشده تمامخودکار، منجر به پیشرفتهای شگرفی در فنّاوری ساخت و تولید خواهدشد. این مسأله با توجه به اینکه محیط فضا، نیروی جاذبه کم و خلأ بالا دارد، موجب توسعه نانوساختارها و سیستمهای نانو – که ساخت آنها در زمین ممکن نیست- در فضا خواهدشد.
5- امنیت ملّی:
برخی کاربردهای دفاعی نانوتکنولوژی عبارتند از: تسلط اطّلاعاتی از طریق نانوالکترونیک پیشرفته بعنوان یک قابلیت مهم نظامی، امکان آموزش مؤثّرتر نیرو، به کمک سیستمهای واقعیت مجازی پیچیدهتر حاصله از الکترونیک نانوساختاری، استفادهی بیشتر از اتوماسیون و رباتیک پیشرفته برای جبران کاهش نیروی انسانی نظامی، کاهش خطر برای سربازان و بهبود کارآیی خودروهای نظامی، دستیابی به کارآیی بالاتر (وزن کمتر و قدرت بیشتر) موردنیاز در صحنههای نظامی و در عینحال تعداد دفعات نقص فنّی کمتر و هز ینهی کمتر در عمر کاری تجهیزات نظامی، پیشرفت در امر شناسایی و درنتیجه مراقبت عوامل شیمیایی، زیستی و هستهای ، بهبود طرّاحی در سیستمهای مورد استفاده در کنترل و مدیریت عدم تکثیر سلاحهای هستهای ، تلفیق ابزارهای نانو و میکرومکانیکی جهت کنترل سیستمهای دفاع هستهای . در بسیاری موارد، فرصتهای اقتصادی و نظامی مکمّل هم هستند. کاربردهای درازمدت نانوتکنولوژی در زمینههای دیگر، پشتیبانیکنندهی امنیت ملّی است و بالعکس.