موضوع : نانو تکنولوژی
نانوتكنولوژي چيست؟ نانوتكنولوژي توليد كارآمد مواد و دستگاهها و سيستمها با كنترل ماده در مقياس طولي نانومتر، و بهره برداري از خواص و پديده هاي نوظهوري است كه در مقياس نانو توسعه يافته اند.نانوتكنولوژي يا هنر ساخت مواد از اتم ها،توانايي كپي كرده دقيق اتم به صورت منحصر به فرد و قرار دادن آنها در جاي دلخواه مي باشد نانو تکنولوژي عبارتست از توانمندي توليد مواد ، ابزارها و سيستمهاي جديد در اندازه هاي مولکولي و اتمي و در دست گرفتن کنترل اين ساخته ها و استفاده از ويژگيهايي که در اين ابعاد ظاهر مي شود.
فناوری نانو یا نانوتکنولوژی رشته‌ای از دانش کاربردی و فناوری است که جستارهای گسترده‌ای را پوشش می‌دهد. موضوع اصلی آن نیز مهار ماده یا دستگاه‌های در ابعاد کمتر از یک میکرومتر، معمولاً حدود ۱ تا ۱۰۰ نانومتر است. در واقع نانو تکنولوژی فهم و به کارگیری خواص جدیدی از مواد و سیستمهایی در این ابعاد است که اثرات فیزیکی جدیدی - عمدتاً متاثر از غلبه خواص کوانتومی بر خواص کلاسیک - از خود نشان می‌دهند.
نانوتكنولوژي مطالعه ذرات در مقياس اتمي براي كنترل آنهاست. هدف اصلي اكثر تحقيقات نانوتكنولوژي شكل‌دهي تركيبات جديد يا ايجاد تغييراتي در مواد موجود است. نانوتكنولوژي در الكترونيك، زيست‌شناسي، ژنتيك، هوانوردي و حتي در مطالعات انرژي بكار برده ميشود.
فناوري نانو واژه‌اي است كلي كه به تمام فناوري هاي پيشرفته در عرصه كار با مقياس نانو اطلاق ميشود. معمولاً منظور از مقياس نانو ابعادي در حدود 1 تا nm100 است. (1 نانومتر يک ميليارديم متر است).
nano كلمه‌اي يوناني به معني كوچك است و براي تعيين مقدار يك ميليارديم يا 9- 10 يك كميت استفاده ميشود. چون يك اتم تقريباً10 نانومتر است، اين اصلاح براي مطالعه عمومي روي ذرات اتمي و مولكولي بكاربرده ميشود از موقعي كه اولين مقاله در دهه گذشته منتشر شد، از نانوتكنولوژي همانند چوبدست سحرآميزي براي ساخت كودكان طراح تا ماشينهاي توليد اكسيژن براي استعمار كره مريخ، تصور مي‌شد. هيجانات از واقعيات جلوتر بود، اما پيشرفت واقعي با مسائلي پيش‌پا افتاده شروع شد.چند سال پيش محققين در دانشگاههاي كاليفرنيا، رايس وMIT موفق به ساخت نانوذراتي شدند، كه به دانشمندان كمك مي‌كردند. تعدادي از اساتيد اين دانشگاهها شركتهايي تأسيس كردند، كه وسايل موردنياز براي تحقيقات مقياس نانو را مي‌ساختند. اكنون آنها به شدت دنبال حفاظت كارهايشان از طريق ثبت اختراع هستند، تا زمينه توليد فرايندهايشان را فراهم كنند. كاربردهاي علمي نانوعلم هنوز كم است. اما مقداري از توليدات اوليه اكنون وارد بازار مي‌شوند.
علم نانو و علوم مرتبط با آن جدید نیستند چرا که صدها سال است که شیمیدانان از تکنيک‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌هايي علم نانو در کار خود استفاده میکنند که بی‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌شباهت به تنکنيک‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌های امروزی نانو نيست. پنجره های رنگارنگ کلیساهای قرون وسطی، شمشیرهای یافت شده در حفاری های سرزمین های مسلمان همگی گویای این مطلب هستند که بشر مدت هاست که از برخی شگردهای این فناوری در بهینه کردن فرایندها و ساخت باکیفیت تر اشیاء بهره می برده است اما تنها به دلیل پیشرفت کم فناوری و نبود امکانات امروزی مانند میکروسکوپ نیروی اتمی، میکروسکوپ تونلی پیمایشی و غیره نتوانسته حوزه مشخصی برای این فناوری تعیین کند.
در سال 1959 دانشمندی به نام ریچارد فینمن که برنده جایزه نوبل بود, در انستیتو تکنولوژی کالیفرنیا سخنرانی مشهوری ایراد کرد. او در این سخنرانی گفت که ما می توانیم چیزهای کوچکی بسازیم که همان کاری را که ما می خواهیم انجام دهند. مثلاً می توان 25 هزار صفحه دایره المعارف بریتانیکا (دایره المعارف سال 1959) را در ابعاد یک سر سوزن جا داد و تمام کتاب های جهان را در جزوه ای 35 صفحه ای حفظ و نگهداری کرد.
او گفت به شرطی می توان به این هدف دست پیدا کرد که کارها در مقیاس اتم و مولکول انجام شود و اتم ها را طوری که خودمان می خواهیم یکی یکی بچینیم. برای این که اتم ها را طوری که خودمان می خواهیم بچینیم, باید از دستگاه ها و ابزار اندازه گیری خاصی استفاده کنیم تا نسبت ها را کوچک کند. واژه (نانو) که در اول کلمه نانوتکنولوژی قرار دارد, به معنی یک بیلیونیوم هر مقیاسی است. مثلاً ننومتر, یک بیلیونیوم یک متر است.
در دهه 1980 در ابتدا ابزارهایی که بتوانند دوباره اتم ها و مولکول ها را بچینند ابداع شد. در سال 1981 در مرکز تحقیقات آی بی ام ((IBMدر سوییس تکنیکی ابداع شد که تصویر اتم و مولکول را بزرگ می کرد. این ابداع جایزه نوبل را برای سازندگانش به ارمغان آورد. در سال 1990 در مرکز تحقیقات المدن Almadanآی بی ام برای اولین بار دانشمندی اتم ها را حرکت داد و با اتم ها جمله This is funرا نوشت. به این ترتیب رؤیای دانشمندی که حدود 30 سال قبل از این تاریخ تئوری خودش را مطرح کرده بود به عمل درآمد. شرکت آی بی ام هنوز هم از نظر ثبت تعداد اختراعات مرتبط با فن آوری نانو اول است.
حالا انسان ها می توانند با شیوه خود طبیعت, جهان ماده را آن طوری که خودشان می خواهند بسازند. تنها کافی ست که مواد پایه ای جهان ماده که همان اتم و مولکول است را یک بار دیگر اتم به اتم و مولکول به مولکول بچینند. در حال حاضر هزاران دانشمند می توانند مولکول ها و اتم ها را در آزمایشگاه ها به اندازه بزرگ ببینند. آنها با رایانه های قدرتمندی کار می کنند تا تئوری هایشان درباره نانوتکنولوژی را ثابت کنند. به قول (هرست استومر) برنده جایزه نوبل:(ظهور نانوتکنولوژی می تواند به بشر تسلط لازم برای کنترل بی سابقه و کم نظیر بر جهان ماده را بدهد.) فن آوری نانو یکی از پنج فن آوری اصلی قرن 21 است و با خودش انقلاب صنعتی جدیدی به همراه می آورد. به شرط آن که بر رویش سرمایه گذاری شود.
نانوتکنولوژی به ما ابزاری داده تا با جعبه اسباب بازی طبیعت- اتم ها و مولکول ها بازی کنیم. با این تکنولوژی می توانیم چیزهای جدیدی را بدون محدودیت بیافرینیم. در قرن 21 نانوتکنولوژی تأثیر زیادی بر سلامتی, رفاه و امنیت مردم جهان به جا می گذارد. در سال 1997 کمیته دانشمندان و مهندسان و پروفسورهای تکنولوژی تأکید کردند که انتظار می رود تأثیر اجتماعی نانوتکنولوژی وسیع باشد. چون قابلیت پاسخگویی به بسیاری از حوزه ها را دارد. یعنی نانوتکنولوژی شرایط اجتماعی ویژه ای را با خود به همراه می آورد.
نانو تکنولوژی مهندسی سیستم های عملکردی در مقیاس مولکول است
در اینجا می خواهیم بحث تکنولوژی نانو (یا نانوتکنولوژی) را به زبان ساده بررسی کنیم.
نانو در اصطلاح علمی یعنی یک میلیاردم ( به طور کلی یک میلیاردم هر واحدی
نانو تکنولوژی یعنی فناوری یک میلیاردم متر یا تکنولوژی اتمها .
در زبان یونانی نانو بمعنای کوتوله و معادل یک میلیاردم می باشد یعنی ۵۰۰۰۰ بار نازکتر از ضخامت یک تار مو یعنی اندازه چندین اتم.
اگر انسان به این اندازه بزرگ شود ۲ میلیون کیلومتر طول قد او می شد یعنی به اندازه ۵ برابر فاصله ماه تا زمین. قطعات الکترونیکی هر روز کوچکتر می شوند . ما از لامپهای رادیوهای پدربزرگهامان به اجزای نیمه رسانا در مدارهای الکترونیکی رسیدیم ونهایتا کیتها ساخته شد که شامل میلیونها ترانزیستور می باشند. صنایع میکرو الکترونیک از بزرگ به کوچک رسیده اند روش کل به جزء ولی در نانوتکنولوژی از جزء به کل می رسند و بدین ترتیب می توان ساختارهای جدیدی ساخت این مواد که خواص جدیدی دارند مواد هوشمند نامیده میشوند.
بطور مثال اگر یک سطح ساخته شده از مولکولهای آب گریز داشته باشیم این سطح خودش را تمیز می کند چون آب با سطح برخورد نمی کند و آلودگی را از خودش دور می کند . دلیل خشک ماندن سطح برگ نیلوفر آبی نیز همین است.آب روی شیشه معمولی پخش می شود ولی آب روی سطحی با ساختار نانو نمی ماند با یکنواخت سازی سطوح می توان سطحی کاملا ضد خش را بوجود آورد . امروزه پنجره هایی ساخته می شود که شفافیتشان با جریان الکتریسیته تغییر می کند یا شیشه هایی که در دماهای بالا عایقند .
رسیدن به ماده را از اتمها شروع می کنیم فرض کنید می توانیم آنها را ببینیم و ابزار لازم را در اختیار داریم ( میکروسکوپ قرن ۲۱ بر اساس پدیده کوانتوم ) . رد شدن توپ از دیوار در مکانیک کلاسیک غیر ممکن است ولی در مقیاس اتمی الکترونها می توانند از لایه ها و ساختارها رد شوند ، اساس کار این میکروسکوپ همین است . به کمک این وسیله سطح مواد را در مقیاس اتمی بررسی میکنیم قلب میکروسکوپ موازی سطح ماده حرکت می کند البته ماده باید رسانای جریان الکتریسیته باشد هرگاه نوک میکروسکوپ از روی یک اتم رد شود الکترونها از ماده وارد نوک میکروسکوپ می شوند بدین شکل جریان ضعیفی بوجود می آید هر چه این نوک به ماده نزدیکتر شود جریان قویتر می شود این جریان را بر حسب ارتفاع محاسبه می کنند نقطه به نقطه و خط به خط این کار انجام می شود و به این شکل تصویر توپوگرافی از سطح ماده بدست خواهد آمد. این تصویر کاملا دقیق بوده و می توان بوسیله آن نه تنها ماده را در مقیاس اتمی دید، بلکه می توان در مقیاس اتمی روی آن کار کرد .
در حقیقت میکروسکوپ الکترونی دقیقترین و بهترین ماشین ابزار دنیاست . با دادن بار الکتریکی می توان اتمها را یک به یک حرکت داد به این ترتیب می توان اجسام بزرگتری ساخت مانند آجر برای ساختن خانه ، قفسه ، سیم ، لوله در مقیاس نانوسکوپی . با استفاده از اتم کربن می توانیم ساختارهایی را بسازیم که قبلا وجود نداشتند.
یکی از ساختارهایی که از کربن می شناسیم گرافیت است که در آن اتمهای کربن بصورت شش ضلعی کنار هم قرار گرفته اند و ساختار ورقه ای ایجاد کرده اند . ودیگری الماس که در آن اتمهای کربن شکل چهارضلعی دارند و در سه جهت فضا تکرار شده اند .
ساختار جدیدی از کربن فولرن است که شامل ۶۰ اتم کربن می باشد. باکی بال شناخته شده ترین فولرن است که شبیه توپ فوتبال می باشد و از ۲۰ شش ضلعی و ۱۲ پنج ضلعی ساخته شده است لوله های بسیار باریک کربنی انواع مختلف فولرن می باشند که به نانوتیوب یا نانو لوله معروفنداین لوله ها بسیار مقاومند وقطر آنها حدود ۱/۴ نانومتر و طول آنها حدود ۱۰-۲۰ میکرون است در مقیاس اتمی میکرون طول زیادی است ولی در مقیاس معمولی خودمان ۱۰۰۰۰۰ بار نازکتر از مو !
برای ساخت لوله های کربنی دمای زیادی نیاز است تا اتمها بتوانند با هم ترکیب شوند که این دما از طریق سوختن گاز استیلن تامین می شود .
یکی از مقاومترین الیافی که بشر ساخته ۶ بار از فولاد سبکتر ولی مقاومت آن ۱۰۰ برابر فولاد است.
محققینی که قوه تخیل قوی دارند به فکر ساخت کابلهایی هستند که بتوان بوسیله آن به فضا رفت.
کاربرد عینی تر آن تلاش برای ساخت پروتزهای استخوان است از آنجا که این پروتزها از کربن هستند با بدن سازگاری دارند.
شیمیدانها و زیست شناسها بمنظور تشکیل خودبخودی درشت مولکولها بدنبال راههایی هستند که مولکولها در مکان مورد نظر آنها قرار گیرد .
سطحی را در نظر بگیرید که مولکولها بر روی آن دو منطقه با خواص متفاوت بوجود می آورند . سپس مولکولهایی فرستاده می شوند که یک منطقه را می شناسند و با بار الکتریکی متصل
می شوند .سپس سری بعدی مولکولها فرستاده می شود که روی سری قبل قرار می گیرند و کار ادامه پیدا می کند بدین ترتیب می توان سطوح واسطه ای بین مدارهای الکترونیکی دارای لایه ها و بافتهای زنده درشت مولکولها برقرار کرد یعنی می توان بافتهای زنده را به کامپیوترها متصل کرد.
با ربط دادن زیست شناسی به کامپیوترها می توان نابینا را بینا و ناشنوا را شنوا کرد ویا داروهایی را در شرایط بدنی هر بیمار آزمایش کرد.
برای نانوتکنولوژی باید یک شیمیدان ، زیست شناس ، فیزیکدان ومهندس الکترونیک بود .
محققان رویای نانو روباتها را دارند که می توانند سلولهای آلوده را شناسایی کنند و از بین ببرند نانو اجزایی که دارویی هستند و روی ویروسها اثر می کنند.در فناوری نانو برای ساخت دو روش در نظر گرفته می شود:
روش ساخت پایین به بالا و روش ساخت بالا به پایین.
در روش ساخت پایین به بالا، وسایل و مواد از سطح مولکولی بر اساس اصول شیمی مولکولی ساخته می شوند درست مانند یک دیوار که از روی هم گذاشتن آجر به آجر ساخته می شود.
در روش ساخت بالا به پایین، اشیاء نانویی بدون کنترل اتمی در مقادیر بزرگتر ساخته می شوند به این طریق که در ساخت آنها از تجهیزات پیشرفته این فناوری مانند میکروسکوپ اتمی و میکروسکوپ تونلی پیمایشی استفاده می شود تا فرآیند دستکاری و ایجاد پدیده ها و خصوصیات جدید در اشیاء نانویی ظهور یابند.
امروزه فناوری نانو در ساخت پلیمرهایی با ساختار مولکولی، طراحی تراشه های کامپیوتری کاربرد دارد. همچنین از این فناوری در ساخت مواد آرایشی، انواع پوشش ها و روکش های محافظتی و لباسهای مقاوم نیز استفاده می شود.
در آخر لازم به ذکر است که:
فناوری نانو به سه صورت تعریف می شود:
1- فناوری نانو محدوده تحقیقات و مطالعه مواد و خصوصیات آنها در محدوده 1- 100 نانومتر را در بر می گیرد.
2- با کمک فناوری نانو ساختارهای نانویی می توان خلق کرد که خصوصیات آنها با ساختارهای ماکروسکوپی همان مواد متفاوت است.
3- با کمک فناوری نانو می توان در اتمها از طریق کنترل خصوصیات تغییراتی ایجاد کرد.
زمانی که مواد در مقیاس نانو مطالعه و بررسی می شوند واکنش ها و رفتار اتمها در مقایسه با حالتی که مطالعه در سطح مولکولی انجام می شوند کاملا متفاوت است چرا که در این قلمرو خصوصیات فیزیکی مواد تغییر می کند این درست مانند این است که توپی را در محفظه ای بیندازید و توپی دیگری را از آن محفظه بیرون آورید. تفاوت در قلمرو نانو به اندازه ای است که حتی رنگ، نقطه ذوب، خصوصیات شیمیایی و غیره مواد در خارج از این محدوده کاملا متفاوت است.
ميليونها سال است كه در طبيعت ساختارهاي بسيار پيچيده با ظرافت نانومتري ( ملكولي ) - مثل يك درخت يا يك ميكروب - ساخته مي شود. علم بشري اينك در آستانه چنگ اندازي به اين عرصه است، تا ساختارهائي بي نظير بسازد كه در طبيعت نيز يافت نمي شوند. فناوري نانو كاربردهايی را به منصه ی ظهور مي رساند كه بشر از انجام آن به كلي عاجز بوده است و پيامدهائي را در جامعه برجا مي گذارد كه بشر تصور آنها را هم نكرده است.
به عنوان مثال:
1- ساخت مواد بسيار سبك و محكم براي مصارف مرسوم يا نو
2- ورشكستگي صنايع قديمي همچون فولاد با ورود تجاري مواد نو
3- كاهش يافتن شديد تقاضا براي سوخت هاي فسيلي
4- همه گير شدن ابر كامپيوترهاي بسيار قوي، كوچك و كم مصرف
5- سلاحهاي سبك تر، كوچكتر، هوشمند تر، دوربردتر، ارزانتر و نامرئي تر براي رادار
6- شناسائي فوري كليه خصوصيات ژنتيكي و اخلاقي و استعدادهاي ابتلا به بيماري
7- ارسال دقيق دارو به آدرس هاي مورد نظر در بدن و افزايش طول عمر
8- از بين بردن كامل عوامل خطرناك جنگ شيميائي و ميكروبي
9- از بين بردن كامل ناچيز ترين آلاينده هاي شهري و صنعتي
10- سطوح و لباسهاي هميشه تميز و هوشمند
11- توليد انبوه مواد و ابزارهائي كه تا قبل از اين عملي و اقتصادي نبوده اند ،
12- و بسياري از موارد غير قابل پيش بيني ديگر!
ابداع کلمه نانوتکنولوژی
برای اولین بار کلمه نانوتکنولوژی توسط یک محقق ژاپنی به نام نوبوهیکو تانی گوچی در سال ۱۹۷۴ ابداع شد . بسیاری از ایده های ارائه شده در سخنرانی فاینمن از قبیل تهیه رونوشت الکترونیکی از کتابها ، تولید میکروسکوپهای الکترونی بسیار قوی و یا ساخت کامپیوترهای فوق العاده کوچک اکنون تا حد زیادی بوقوع پیوسته است . لیکن موارد دیگری مثل الگو برداری از روی موجودات زنده هنوز تا رسیدن به راهکارهای علمی راه طولانی در پیش دارند .
عناصر پايه در فناوري نانو
تفاوت اصلي فناوري نانو با فناوري‌هاي ديگر در مقياس مواد و ساختارهايي است كه در اين فناوري مورد استفاده قرار مي‌گيرند.البته تنها كوچك بودن اندازه مد نظر نيست؛ بلكه زماني كه اندازه مواد دراين مقياس قرار مي‌گيرد، خصوصيات ذاتي آنها از جمله رنگ، استحكام، مقاومت خوردگي و ... تغيير مي‌يابد. در حقيقت اگر بخواهيم تفاوت اين فناوري را با فناوري‌هاي ديگر به صورت قابل ارزيابي بيان نماييم، مي‌توانيم وجود (عناصر پايه) را به عنوان يك معيار ذكر كنيم. عناصر پايه در حقيقت همان عناصر نانومقياسي هستند كه خواص آنها در حالت نانومقياس با خواص‌شان در مقياس بزرگتر فرق مي‌كند.
اولين و مهمترين عنصر پايه، نانوذره است. منظور از نانوذره، همانگونه که از نام آن مشخص است، ذراتي با ابعاد نانومتري در هر سه بعد مي‌باشد. نانوذرات مي‌توانند از مختلفي تشکيل شوند، مانند نانوذرات فلزي، سراميکي، ...
دومين عنصر پايه، نانوكپسول است. همان طوري كه از اسم آن مشخص است، كپسول‌هاي هستند كه قطر نانومتري دارند و مي‌توان مواد مورد نظر را درون آنها قرار داد و كپسوله كرد. سال‌هاست كه نانوكپسول‌ها در طبيعت توليد مي‌شوند؛ مولكول‌هاي موسوم به فسفوليپيدها كه يك سر آنها آبگريز و سر ديگر آنها آبدوست است، وقتي در محيط آبي قرار مي‌گيرند، خود به خود كپسول‌هايي را تشكيل مي‌دهند كه قسمت‌هاي آبگريز مولكول در درون آنها واقع ميشود و از تماس با آب محافظت ميشود. حالت برعكس نيز قابل تصور است.
عنصر پايه بعدي نانولوله کربني است. اين عنصر پايه در سال 1991 در شركت NEC كشف شدند و در حقيقت لوله‌هايي از گرافيت مي‌باشند. اگر صفحات گرافيت را پيچيده و به شكل لوله در بياوريم، به نانولوله‌هاي كربني مي‌رسيم. اين نانولوله‌ها داراي اشكال و اندازه‌هاي مختلفي هستند و مي‌توانند تك ديواره يا چند ديواره باشند. اين لوله‌ها خواص بسيار جالبي دارند که منجر به ايجاد کاربردهاي جالب توجهي از آنها ميشود.
فایده نانوتکنولوژی چیست؟
بسیاری از مشکلات به آب مربوط است. بیشتر آب های قابل استفاده جهان به هدر می رود. چون تقریباً همه آب ها کاملاً خالص نیستند. صافی های فیزیکی با پرزهای با مقیاس نانو می تواند 100 درصد باکتری ها و ویروس ها را از بین ببرد. تکنولوژی جداسازی الکتریکی می تواند نمک ها و فلزات سنگین را جدا کند. توانایی بازیافت آب از هر منبع و برای هر نوع استفاده ای می تواند باعث شود تا بتوانیم مقدار زیادی آب ذخیره کنیم و بتوانیم از آب هایی که هم اینک غیر قابل استفاده هستند استفاده کنیم. می توانیم آلودگی پایین رودها و چشمه ها را کم کنیم. با فیلترهای مؤثر می توان جریان کثیف و زاید آب استفاده شده در صنعت و کشاورزی را صاف کرد. هزینه های این سیستم هم بسیار پایین است.
گلخانه های ارزان, آب, زمین و غذا را ذخیره می کند. کشاورزی که در حال گلخانه ای شدن است. بیشتر آب مورد استفاده در گلخانه ها را با گرفتن رطوبت از هوا و استفاده دوباره از آب های کشاورزی می توان تأمین کرد. کشاورزی گلخانه ای نیروی کار کمتری می خواهد و زمین خیلی کمتری نسبت به کشاورزی عادی لازم دارد و کمتر به شرایط آب و هوایی و اختلاف فصل ها و خشکی فصل ها وابسته است.
نانوتکنولوژی انرژی خورشید را در دسترس تر می کند. امروزه منبع انرژی, سوزاندن سوخت های با پایه کربن است. کربن باعث می شود دی اکسید کربن و سایر مواد زاید و غیر تجدید پذیر وارد جو شود. تولیدات مولکولی ارزان می تواند باعث شود که انرژی خورشید در مناطق مختلف جهان بیشتر مورد استفاده قرار بگیرد.
رایانه ها ارزان می شود به طوری که همه می توانند از آنها استفاده کنند. تولیدات مولکولی می تواند باعث شود یک سوپررایانه به اندازه یک مکعب یک میلی متری و با هزینه بسیار ناچیز تولید شود. رایانه ها و تلفن های سلولی به قدری ارزان می شوند که حتی فقیرترین انسان های روی زمین می توانند از آنها استفاده کنند و چنان توانایی های پردازشی ای دارند که حتی برای بی سوادان نیز قابل استفاده می شوند.
نانوتکنولوژی به محیط کمک می کند. بدی آب و هوا به دلایل زیادی برای بشر مشکل ساز است و یکی از این دلایل کشاورزی ست. در حالی که گلخانه ها به میزان زیادی استفاده از آب, خاک و از بین رفتن خاک را کم می کند. محصولات ننوتکنولوژی اجازه می دهد که انسان سوخت های دوست زمین نظیر انرژی خورشیدی را بیشتر به کار بگیرد.
پزشکی بیشتر پیشرفت می کند و در دسترس همه قرار می گیرد.وسایل پزشکی ارزان تر می شود. تحقیق و تشخیص در علم پزشکی هم به پاسخ سریع به بسیاری از بیماری های جدید کمک می کند.
مواد جديدي که از نانو ذرات ساخته شده اند، به ميزان چشم گيري موجب کاهش وزن وسايل نقليه خواهند شد. در خودروهاي نسل آينده ، بجاي فولاد ، از مواد مرکب يا نانو کامپوزيتهايي استفاده مي شود که وزني بسيار ناچيز و استحکام حيرت انگيز دارند نسبت استحکام به وزن در اين مواد در مقايسه با فولاد چند صد برابر بيشتر است.
کاهش وزن در وسايل نقليه يعني دستيابي به سرعتهاي بالاتر ، کاهش مصرف سوخت ، کاهش توليد آلاينده ها و هزاران منفعت ديگر که به يمن کاهش آلودگي ، عايد بشر خواهد شد. هم اکنون با استفاده از اين فناوري ، لاستيکهايي ساخته مي شود که با دارا بودن درصدي از خاک رس ، مقاومت به سايش بسيار بالايي داشته و عمري چند برابر لاستيکهاي معمولي دارند.
نانو تکنولوژی در ایران
در ایران چند سالی است که تکنولوژی نانو به عنوان یکی از مهمترین تحقیقات زیر بنایی کشور مورد توجه قرار گرفته است.
در کشور ما نیز برای برخورداری از فناوری های نوین تلاش هایی صورت گرفته است. در سال ۱۳۶۲ هجری شمسی (۱۹۸۴ میلادی) میرحسین موسوی (نخست وزیر وقت) با توجه به اهمیت فناوری روز دنیا «دفتر بررسی ها و مطالعات علمی و صنعتی» را تاسیس کرد.
هدف این دفتر، مشاوره علمی و صنعتی در زمینه تکنولوژی های نوین بود. این دفتر در زمان آقای هاشمی رفسنجانی نیز به کار خود ادامه داد، تا اینکه در زمان محمد خاتمی به «دفتر همکاری تکنولوژی» تغییر نام یافت. این دفتر علاوه بر مطالعه و تحقیق در زمینه تکنولوژی های نوین و مدیریت تکنولوژی در ایران، با دستگاه های کشور در زمینه بسط و گسترش فناوری روز دنیا همکاری می کند.
در چند سال اخیر برنامه ریزان کشور بنا بر اهمیت بسیار زیاد نانو تکنولوژی، سیاست های تشویقی خوبی را برای حمایت از تحقیقات در این بخش به کار گرفته اند. شاید آخرین اقدام دولت برای حمایت از نانو تکنولوژی، اختصاص بودجه ای برای تشویق محققان این بخش باشد. جشنواره خوارزمی نیز نشان می دهد که برخی مواقع تحقیقات بسیار موثری در این زمینه در ایران صورت می گیرد که البته با توجه به نقش این فناوری نوین در توسعه یافتگی کشورها، بسیار حائز اهمیت خواهد بود.
سه فناوری تسخیر کننده
تسخيركنندگان علم و فناوري آينده در سه گروه فناوري اطلاعات، نانوفناوري و زيست فناوري خلاصه مي شوند.
قرارگيري مقادير و حجم زيادي از اطلاعات در فضائي كوچك از ابعاد هم گرائي نانوفناوري و فناوري اطلاعات مي باشد از طرفي در زيست فناوري و يا به عبارتي براي زيست شناسان قرار گيري حجم زيادي از اطلاعات در يك فضاي بسيار كوچك موضوعي بسيار آشنا مي باشد.
در كوچكترين سلول انساني همه اطلاعات مربوط به يك موجود زنده از قبيل رنگ مو، رشد استخوان و عصب ها وجود دارد. حتي در قسمت بسيار كوچكي از سلول به نام DNA كه شامل حدوداً پنجاه اتم مي باشد همه اين اطلاعات ذخيره مي گردد ( نه تنها سطح يا به عبارتي تعداد
اتم ها بلكه نحوه قرار گرفتن اين زنجيره ها در ذخيره سازي اطلاعات زيستي اهميت دارد). شايد يكي از علل هم گرائي اين فناوري و فناوري اطلاعات وجود همين مسائل مشترك اين سه فناوري است.
تاريخچه
اگرچه عموما نانو ذرات يک اختراع از علوم جديد فرض کرده مي شوند اما در حقيقت آنها داراي يک تاريخ بسيار درازي هستند.
در طول تاريخ بشر از زمان يونان باستان، مردم و به خصوص دانشمندان آن دوره بر اين باور بودند كه مواد را مي‌توان آنقدر به اجزاء كوچك تقسيم كرد تا به ذراتي رسيد كه خردناشدني هستند و اين ذرات بنيان مواد را تشكيل مي‌دهند، شايد بتوان دموكريتوس فيلسوف يوناني را پدر فناوري و علوم نانو دانست چرا که در حدود 400 سال قبل از ميلاد مسيح او اولين كسي بود كه واژه اتم را كه به معني تقسيم نشدني در زبان يوناني است براي توصيف ذرات سازنده مواد به كار برد.
مخصوصا استفاده از نانوذرات توسط صنعتگران به قرن 9 در بين النهرين برمي گردد که براي ساختن اثر درخشندگي بر روي سطوح ظروف سفالي استفاده مي شد؛ همچنين شيشه‌گران قرون وسطايي از قالب‌هاي قديمي (Medieal forges) براي شكل دادن شيشه هايشان استفاده مي‌كرده‌اند. البته اين شيشه‌گران نمي‌دانستند كه چرا با اضافه كردن طلا به شيشه رنگ آن تغيير مي‌كند. در آن زمان براي ساخت شيشه هاي كليساهاي قرون وسطايي از ذرات نانومتري طلا استفاده مي‌‌شده است و با اين كار شيشه هاي رنگي بسيار جذابي بدست مي آمده است. اين قبيل شيشه ها هم اكنون در بين شيشه هاي بسيار قديمي يافت مي‌شوند. رنگ به وجود آمده در اين شيشه ها برپايه اين حقيقت استوار است كه مواد با ابعاد نانو داراي همان خواص مواد با ابعاد ميكرو نمي‌باشند.
رنگدانه هاي تزييني جام مشهور ليکرگوس در روم باستان ( قرن چهارم بعد از ميلاد) نمونه‌اي ازنانو ذرات فلزي است. اين جام هنوز در موزه بريتانيا قرار دارد و بسته به جهت نور تابيده به آن رنگهاي متفاوتي دارد. نور انعکاس يافته از آن سبز است ولي اگر نوري از درون آن بتابد، به رنگ قرمز ديده ميشود. آناليز اين شيشه حکايت از وجود مقادير بسيار اندکي از بلورهاي فلزي ريز (700nm) دارد، که حاوي نقره و طلا با نسبت مولي تقريبا 14 به 1 است حضور اين نانوبلورها باعث رنگ ويژه جام ليکرگوس گشته است.
اولين جرقه فناوري نانو (البته در آن زمان هنوز به اين نام شناخته نشده بود) در سال 1959 زده شد. در اين سال ريچارد فاينمن طي يك سخنراني با عنوان«فضاي زيادي در سطوح پايين وجود دارد» ايده فناوري نانو را مطرح ساخت. وي اين نظريه را ارائه داد كه در آينده‌اي نزديك مي‌توانيم مولكول‌ها و اتم ها را به صورت مستقيم دستكاري كنيم.
واژه فناوري نانو اولين بار توسط نوريوتاينگوچي استاد دانشگاه علوم توكيو در سال 1974 بر زبانها جاري شد. او اين واژه را براي توصيف ساخت مواد (وسايل) دقيقي كه تلورانس ابعادي آنها در حد نانومتر مي‌باشد، به كار برد. در سال 1986 اين واژه توسط كي اريك دركسلر در کتابي تحت عنوان: «موتور آفرينش: آغاز دوران فناوري نانو» بازآفريني و تعريف مجدد شد. وي اين واژه را به شكل عميق‌تري در رساله دكتراي خود مورد بررسي قرار داده و بعدها آن را در کتابي تحت عنوان (نانوسيستم ها ماشين هاي مولكولي چگونگي ساخت و محاسبات آنها) توسعه داد.
ابزارهای جدید برای کارهای ظریف
اگر شما از دانشمندان علوم سطح بپرسید که چه پیشرفتهای عمده دستگاهی باعث شده‌اند تا نانوتکنولوژی در خطوط مقدم تحقیقات علوم فیزیکی قرار گیرد، تقریبا همه آنها به داستان میکروسکوپ پروب اسکن‌کننده SPM (Scanning probe microscope): SPM در SPM یک پروب نانوسکوپی در ارتفاع ثابتی بر بالای بستری از اتمها حفظ می‌شود. این فاصله می‌تواند آنقدر کم باشد که الکترونهای اتمهای تیرک و سطح باهم تعامل داشته باشند. این تعاملات می‌تواند آنقدر قوی باشد، که اتمها از جا کنده شده و به جای دیگری بروند) اشاره میکنند. علیرغم تازه واردگی به عرصه تحلیل دستگاهی ، استفاده از میکروسکوپی تونل زنی اسکن‌کننده STM ، (Scanning tunneling microscope) STM : وسیله‌ای برای تهیه تصویر از اتمهای روی سطوح مواد ، که نقش مهمی در درک توپوگرافی و خواص الکتریکی مواد و رفتار قطعات میکرو الکترونیکی دارند.
STM بر خلاف یک میکروسکوپ نوری ، برای تهیه تصویر نیروهای الکتریکی را با یک پروب نازک شده به حد تیزی یک اتم آشکار می‌کند. پروب سطح را جاروب کرده ، بی‌نظمیهای الکتریکی حاصل از پوسته‌های الکترونی یا ابر الکترونی پیرامون اتمها را به کمک یک کامپیوتر به تصویر مبدل می‌کند. به دلیل یک اثر مکانیک کوانتومی موسوم به تونل‌زنی ، الکترونها می‌توانند بسادگی از تیرک به سطح و بالعکس بجهند. درجه وضوح تصاویر در حدود nm1 یا کمتر است. از STM می‌توان برای جابجایی تک به تک اتمها و تهیه نقشه‌های پر وضوح از سطوح مادی استفاده کرد ، میکروسکوپی نیروی اتمی (AFM) و دیگر تکنیکهای مشتق شده از این دو مورد اصلی در بسیاری از آزمایشگاهها ، به دلیل حجم زیاد اطلاعاتی که از مقیاس نانومتر بدست می‌دهند، متداول و حتی گریز ناپذیر شده است.
ریچارد فاینمن طی یک سخنرانی در همایش جامعه فیزیک آمریکا در 1959 در مؤسسه تکنولوژی کالیفرنیا که بعد در آنجا استاد فیزیک شد، ایده‌هایی بنیادی در زمینه کوچک سازی نوشتجات ، مدارها و ماشینها ایراد کرد: آنچه من می‌خواهم به شما بگویم ، مسئله دستکاری و کنترل اشیاء در مقیاس کوچک است. تردیدی وجود ندارد که در نوک یک سوزن آنقدر جا هست که بتوان تمام دایرة المعارف بریتانیکا را جا داد.
فاینمن برای به تفکر واداشتن محققین و تأکید نمودن بر عقیده‌اش مبنی بر امکان فیزیکی چنین معجزه‌ای ، جایزه‌هایی 1000 دلاری برای اولین افرادی که به اهداف مشخص شده‌ای در کوچک سازی کتابها و موتورهای الکتریکی دست یابند تعیین کرد. فاینمن تأکید کرد: (من در حال خلق ضد جاذبه نیستم که به فرض روزی اگر قوانین (فیزیک) آنچه ما می‌پنداریم، نبودند عملی شود. من صحبت از چیزی می‌کنم اگر قوانین آنچه ما می‌پنداریم باشند، عملی خواهد بود. ما به آن دست پیدا نکرده‌ایم چون خیلی ساده هنوز در صدد انجام آن نبوده‌ایم.
نانوتکنولوژی از کجا آمده است؟
برای اولین بار ریچارد فاینمن برنده جایزه نوبل فیزیک پتانسیل نانو علم را در یک سخنرانی تکان دهنده با نام (درپایین اتاقهای زیادی وجود دارد)، مطرح کرد. فاینمن اصرار داشت، که دانشمندان ساخت وسائلی را ، که برای کار در مقیاس اتمی لازم است، شروع کنند. این موضوع مسکوت ماند، تا اینکه اریک درکسلر (دانشجوی تحصیلات تکمیلی MIT)ندای فاینمن را شنید و یک قالب کاری برای مطالعه (وسایلی که توانایی حرکت دادن اشیاء مولکولی و مکان آنها را با دقت اتمی دارند) ایجاد کرد، که در سپتامبر 1981 در مقاله‌ای با نام( پروتئین راهی برای تولید انبوه مولکولی ایجاد می‌کند) آن را ارائه داد.
درکسلر آن را با کتابی بنام )موتورهای خلقت( دنبال کرد و توسعه مفهوم نانو تکنولوژی را همانند یک کوشش علمی ادامه داد. اولین نشانه‌های ثبت شده از این مفهوم نانو تکنولوژی تغییر مکان دادن اشیا مولکولی ، در سال 1989 بود، موقعی که دانشمندی در مرکز تحقیقات آلمان IBM اتمهای منفرد گزنون را روی صفحه نیکل حرکت داد، تا نام IBM را روی سطح نیکل نقش کند.
وضعیت جهانی نانوتکنولوژی
از فناوری نانو به عنوان (رنسانس فناوری)و (روان کننده جریان سرمایه گذاری)یاد می‌شود. ورود محصولات متکی بر این فناوری جهشی بس عظیم در رفاه و کیفیت زندگی و توانائیهای دفاعی و زیست محیطی به همراه خواهد داشت و موجب بروز جابجائی های بزرگ اقتصادی خواهد شد. هم اکنون بخشهای دولتی و خصوصی کشورهای مختلف جهان شامل ژاپن ، آمریکا ، اتحادیه اروپا ، چین ، هند ، تایوان ، کره جنوبی ، استرالیا ، اسرائیل و روسیه در رقابتی تنگاتنگ بر سر کسب پیشتازی جهانی در لااقل یک حوزه از این فناوری به سر می‌برند.
هم اکنون روی هم رفته حدود 30 کشور دنیا در زمینه فناوری نانو دارای (برنامه ملی)یا درحال تدوین آن هستند، وطی پنج سال گذشته بودجه تحقیق و توسعه در امر فناوری نانو را به 5/3 برابر افزایش داده‌اند. کشورهای ژاپن و آمریکا نیز فناوری نانو را اولین اولویت کشور خود در زمینه فناوری اعلام کرده اند.
تفاوت بین نانو علم و نانو تکنولوژی چیست؟
نانو علم صرفا تحقیق است، ولی نانو تکنولوژی کاربرد تحقیقات برای حل مسائل و ساخت مواد جدید است.
آیا نانو تکنولوژی خیالی‌تر از علم است؟
از موقعی که اولین مقاله در دهه گذشته منتشر شد، از نانو تکنولوژی همانند چوبدست سحر آمیزی برای ساخت کودکان طراح تا ماشینهای تولید اکسیژن برای استعمار کره مریخ ، تصور می‌شد. هیجانات از واقعیات جلوتر بود، اما پیشرفت واقعی با مسائلی پیش پا افتاده شروع شد. چند سال پیش محققین در دانشگاههای کالیفرنیا، رایس وMIT موفق به ساخت نانوذراتی شدند، که به دانشمندان کمک می‌کردند. تعدادی از اساتید این دانشگاهها شرکتهایی تأسیس کردند، که وسایل موردنیاز برای تحقیقات مقیاس نانو را می‌ساختند. اکنون آنها به شدت دنبال حفاظت کارهایشان از طریق ثبت اختراع هستند، تا زمینه تولید فرآیندهایشان را فراهم کنند. کاربردهای علمی نانو علم هنوز کم است. اما مقداری از تولیدات اولیه اکنون وارد بازار میشوند.
کارهای علمی انجام شده بوسیله نانو تکنولوژی چیست؟
بیشترین کار علمی روی ایجاد تغییراتی در مواد شیمیایی یا نقشه برداری از ترکیبات زیستی ، مانند DNA و سلولهای سرطانی است. بعضی از اولین محصولات تجاری، بهبود تولیدات شیمیایی کنونی یا روشهای پزشکی است.
نظرات شما عزیزان:
خبرنامه وب سایت:
آمار
وب سایت: