تبلیغات
فیزیک - نانو

فیزیک

دوشنبه 22 آذر 1389

نانو

نویسنده: امید مرکبی   

فناوری نانو از ابتدا تا کنون

نانوتكنولوژی، فناوری جدید است كه تمام دنیا را فرا گرفته است و به تعبیر دقیقتر "نانوتكنولوژی بخشی از آینده نیست بكله همه آینده است" . در این نوشتار بعد از تعریف نانوتكنولوژی و بیان كاربردهای آن دلایل و ضرورتهای توجه به این فناوری آورده شده است:

به ادامه مطلب مراجعه کنید 

 

تعریف نانوتكنولوژی و آشنایی با آن

نانوتكنولوژی، توانمندی تولید مواد، ابزارها و سیستمهای جدید با در دست گرفتن كنترل در سطوح ملكولی و اتمی و استفاده از خواص است كه در آن سطوح ظاهر می­شود. از همین تعریف ساده برمی­آید كه نانوتكنولوژی یك رشته جدید نیست، بلكه رویكردی جدید در تمام رشته هاست. برای نانوتكنولوژی كاربردهایی را در حوزه های مختلف از غذا، دارو، تشخیص پزشكی و بیوتكنولوژی تا الكترونیك، كامپیوتر، ارتباطات، حمل­و­نقل، انرژی، محیط زیست، مواد، هوافضا و امنیت ملی برشمرده اند.كاربردهای وسیع این عرصه به همراه پیامدهای اجتماعی، سیاسی و حقوقی آن، این فن ­ آوری را به­عنوان یك زمینه فرا رشته­ای و فرابخش مطرح نموده است.

هر چند آزمایش­ها و تحقیقات پیرامون نانوتكتولوژی از ابتدای دهه 80 قرن بیستم بطور جدی پیگیری شد، اما اثرات تحول آفرین، معجزه آسا و باورنكردنی نانوتكنولوژی در روند تحقیق و توسعه باعث گردید كه نظر تمامی كشورهای بزرگ به این موضوع جلب گردد و فناوری نانو را به عنوان یكی از مهمترین اولویتهای تحقیقاتی خویش طی دهه اول قرن بیست و یكم محسوب نمایند .

استفاده از این فن­آوری در كلیه علوم پزشكی، پتروشیمی، علوم مواد، صنایع دفاعی، الكترونیك، كامپوترهای كوانتومی و غیره باعث شده كه تحقیقات در زمینه نانو به­عنوان یك چالش اصلی علمی و صنعتی پیش روی جهانیان باشد. لذا محققین، اساتید و صنعتگران ایرانی نیز باید در یك بسیج همگانی، جایگاه، موقعیت و وضعیت خویش را در خصوص این موضوع مشخص نمایند و با یك برنامه­ریزی علمی دقیق و كارشناسانه به حضوری فعال و حتی رقابتی سالم در این جایگاه، عرض­اندام و ابراز وجود نمایند و برای چنین كاری طراحی یك برنامه منسجم، فراگیر و همه جانبه اجتناب­ناپذیر است.

نانوتكنولوژی و كاربردهای آن

علوم و فناوری نانو، عنصر ی اساسی در درك بهتر طبیعت در دهه‌های آتی خواهد بود. از جمله موارد مهم در آ ی نده، همكاریهای تحقیقاتی میان‌رشته‌ا‌ی، آموزش خاص و انتقال ایده‌ها و افراد به صنعت خواهد بود. بخشی از تأثیرات و كاربردهای نانوتكنولوژی به­شرح زیر می‌باشد:

1 – تولید ، مواد و محصولات صنعتی :

نانوتكنولوژی تغییر بنیانی مسیری است كه در آینده، موجب ساخت مواد و ابزارها خواهد شد. امكان سنتز بلوك‌های ساختمانی نانو با اندازه و تركیب به دقّت كنترل‌شده و سپس چیدن آنها در ساختارهای بزرگتر، كه دارای خواص و كاركرد منحصربه‌فرد باشند، انقلابی در مواد و فرآیندهای تولید آنها، ایجاد می‌كند. محقّقین قادر به ایجاد ساختارهایی از مواد خواهند شد كه در طبیعت نبوده و شیمی مرسوم نیز قادر به ایجادشان نبوده‌است. برخی از مزایای نانوساختارها عبارتست از: مواد سبك‌تر، قوی‌تر و قابل برنامه‌ریزی ؛ كاهش هزینة عمر كاری از طریق كاهش دفعات نقص فنّی ؛ ابزارهایی نوین بر پایة اصول و معماری جدید ؛ بكارگیری كارخانجات مولكولی یا خوشه‌ا‌ی كه مزیّت مونتاژ مواد در سطح نانو را دارند.

2- پزشكی و بدن انسان:

رفتار مولكولی در مقیاس نانومتر، سیستمهای زنده را اداره می‌كند. یعنی مقیاسی كه شیمی، فیزیك، زیست‌شناسی و شبیه‌سازی كامپیوتری، همگی به آن سمت درحال گرایش هستند.

•  فراتر از سهل‌شدن استفادة بهینه از دارو، نانوتكنولوژی می‌تواند فرمولاسیون و مسیرهایی برای رهایش دارو ( Drug Delivery ) تهیه كند، كه به‌نحو حیرت‌انگیزی توان درمانی داروها را افزایش می‌دهد.

•  مواد زیست‌سازگار با كارآیی بالا، از توانایی بشر در كنترل نانوساختارها حاصل خواهدشد. نانومواد سنتزی معدنی و آلی را مثل اجزای فعّال، می‌توان برای اعمال نقش تشخیصی (مثل ذرات كوانتومی كه برای مرئی‌سازی بكار می‌رود) درون سلولها وارد نمود.

•  افزایش توان محاسباتی بوسیلة نانوتكنولوژی، ترسیم وضعیت شبكه‌های ماكرومولكولی را در محیط‌های واقعی ممكن می‌سازد. اینگونه شبیه‌سازی‌ها برای بهبود قطعات كاشته‌شدة زیست‌سازگار در بدن و جهت فرآیند كشف دارو، الزامی خواهدبود.

3- دوام‌پذیری منابع: كشاورزی، آب، انرژی، مواد و محیط زیست پاك:

نانوتكنولوژی چنان چ ه ذكر شد، منجر به تغییرات ی شگرف در استفاده از منابع طبیعی، انرژی و آب خواهد شد و پس ا ب و آلودگی را كاهش خواهدداد. همچنین فنّاوری‌های جدید، امكان بازیافت و استفادة مجدد از مواد، انرژی و آب را فراهم خواه ن د كرد. در زمینه محیط زیست ، علوم و مهندسی نانو، می‌تواند تأثیر قابل ملاحظه‌ا‌ی ، در درك مولكولی فرآیندهای مقیاس نانو كه در طبیعت رخ می‌دهد ؛ در ایجاد و درمان مسائل زیست‌محیطی از طریق كنترل انتشار آلاینده‌ها ؛ در توسعة فنّاوری‌های "سبز" جدید كه محصولات جانبی ناخواستة كمتری دارند و ی ا در جریانات و مناطق حاوی فاضلاب، داشته‌باشد. لازم به ذكراست، نانوتكنولوژی توان حذف آلودگی‌های كوچك از منابع آبی (كمتر از 200 نانومتر) و هوا (زیر 20 نانومتر) و اندازه‌گیری و تخفیف مداوم آلودگی در مناطق بزرگتر را دارد.

در زمینه انرژی ، نانوتكنولوژی می‌تواند به‌طور قابل ملاحظه‌ا‌ی كارآیی، ذخیره‌سازی و تولید انرژی را تحت تأثیر قرار د ا د ه مصرف انرژی را پایین بیاورد . به عنوان مثال، شركتهای مواد شیمیایی، مواد پلیمری تقویت‌شده با نانوذرات را ساخته‌اند كه می‌تواند جایگزین اجزای فلزی بدنة اتومبیلها شود. استفاده گسترد ه ازاین نانوكامپوزیت‌ها 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 كرد. در ا مریكا ، تقریبا" 20% كل 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% كاهش دهد كه 100 میلیارد دلار در سال صرفه‌جویی و 200 میلیون تن كاهش انتشار كربن 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 ، كاهش مداوم اندازه، وزن و توان مصرفی را اجتناب‌ناپذیر می‌سازد. مواد و ابزارآلات نانوساختاری، امید حل این مشكل را بوجود آورده‌است.

"نانوساختن" ( Nanofabrication ) همچنین در طرّاحی و ساخت مواد سبك‌وزن، پرقدرت و مقاوم در برابر حرارت، موردنیاز برای هواپیماها، راكت‌ها، ایستگاههای فضایی و سكّوهای اكتشافی سیّاره‌ا‌ی یا خورشیدی، تعیین‌كننده است. همچنین استفادة روزافزون از سیستمهای كوچك‌شدة تمام خودكار، منجر به پیشرفتهای شگرفی در فنّاوری ساخت و تولید خواهدشد. این مسأله با توجه به اینكه محیط فضا، نیروی جاذبة كم و خلأ بالا دارد، موجب توسعة نانوساختارها و سیستمهای نانو – كه ساخت آنها در زمین ممكن نیست- در فضا خواهدشد.

5- امنیت ملّی:

برخی كاربردهای دفاعی نانوتكنولوژی عبارتند از: تسلط اطّلاعاتی از طریق نانوالكترونیك پیشرفته بعنوان یك قابلیت مهم نظامی ، امكان آموزش مؤثّرتر نیرو، به كمك سیستمهای واقعیت مجازی پیچیده‌تر حاصله از الكترونیك نانوساختاری ، استفادة بیشتر از اتوماسیون و رباتیك پیشرفته برای جبران كاهش نیروی انسانی نظامی، كاهش خطر برای سربازان و بهبود كارآیی خودروهای نظامی ، دستیابی به كارآیی بالاتر (وزن كمتر و قدرت بیشتر) موردنیاز در صحنه‌های نظامی و در عین‌حال تعداد دفعات نقص فنّی كمتر و ه ز ینة كمتر در عمر كاری تجهیزات نظامی ، پیشرفت در امر شناسایی و در نتیجه مراقبت عوامل شیمیایی، زیستی و هسته‌ا‌ی ، بهبود طرّاحی در سیستمهای مورد استفاده در كنترل و مدیریت عدم تكثیر سلاحهای هسته‌ا‌ی ، تلفیق ابزارهای نانو و میكرومكانیكی جهت كنترل سیستمهای دفاع هسته‌ا‌ی . در بسیاری موارد، فرصتهای اقتصادی و نظامی مكمّل هم هستند. كاربردهای درازمدت نانوتكنولوژی در زمینه‌های دیگر، پشتیبانی كننده امنیت ملّی است و بالعكس.

6- كاربرد نانوتكنولوژی در صنعت الكترونیك

ذخیره‌سازی اطلاعات در مقیاس فوق‌ العاده كوچك، با استفاده از این فناوری می‌توان ظرفیت ذخیره سازی اطلاعات را در حد 1000 برابر یا بیشتر افزایش دهد و نهایتاً به ساخت ابزارهای ابرمحاسباتی به كوچكی یك ساعت مچی منتهی شود.

ظرفیت نهایی ذخیره اطلاعات به حدود یك ترابیت در هر اینچ ربع برسد، و این امر موجب می‌شود كه ذخیره‌ سازی 50 عدد DVD یا بیشتر در یك هارد دیسك با ابعاد یك كارت اعتباری شود.

ساخت تراشه‌ها در اندازه­های فوق­العاده كوچك به عنوان مثال در اندازه­های 32 تا 90 نانو متر، تولید دیسك‌های نوری 100 گیگا بایتی در اندازه­های كوچك نیز می­باشد.

تاریخچه فناوری نانو در جهان

چهل سال پیش Richard Feynman ، متخصص كوانتوم نظری و دارنده جایزه نوبل، درسخنرانی معروف خود در سال 1959 با عنوان " آن پایین فضای بسیاری هست "( Ther is plenty of room in the bottom ) به بررسی بعد رشد نیافته علم مواد پرداخت. وی درآن زمان اظهار داشت : "اصول فیزیك، تا آنجایی كه من توانایی فهمش را دارم، بر خلاف امكان ساختن اتم به اتم چیزها حرفی نمی­زنند." او فرض را بر این قرار داد كه اگر دانشمندان فرا گرفته­اند كه چگونه ترانزیستورها و دیگر سازه­ها را با مقیاسهای كوچك بسازند، پس ما خواهیم توانست كه آنها را كوچك و كوچك­تر كنیم. در واقع آنها به مرزهای حقیقی­شان در لبه­های نامعلوم كوانتوم نزدیك خواهند بود به­طوری كه یك اتم را در مقابل دیگری به­گونه­ای قرار دهیم كه بتوانیم كوچكترین محصول مصنوعی و ساختگی ممكن را ایجاد كنیم.

با استفاده از این فرمهای بسیار كوچك چه وسایلی می­توانیم ایجاد كنیم؟

Feynman در ذهن خود یك "دكتر مولكولی" تصور كرد كه صدها بار از یك سلول منحصربه فرد كوچكتر است و می­تواند به بدن انسان تزریق شود و درون بدن برای انجام كاری یا مطالعه و تایید سلامتی سلولها و یا انجام اعمال ترمیمی و به­طور كلی برای نگهداری بدن در سلامت كامل به سیر بپردازد. در بحبوبه سالهای صنعتی كلمه "بزرگ" از اهمیت ویژه­ای برخوردار بود. مثل علوم بزرگ، پروژه­های مهندسی بزرگ و غیره حتی كامپیوترها در دهه 1950 تمام طبقات ساختمان را اشغال می­كردند. ولی از وقتی Feynman نظرات و منطق خود را بازگو كرد، جهان روندی به­سوی كوچك شدن در پیش گرفت.

Marvin Minsky تفكرات بسیار باروری داشت كه می­توانست به اندیشه­های Feynman قوت ببخشد. Minsky پدر یابنده هوش­های مصنوعی دهه 70-1960 جهان را در تفكراتی كه مربوط به آینده می­شد، رهبری می­كرد. در اواسط دهه 70 ، Eric Drexler كه یك دانشجوی فارغ التحصیل بود، Minskey را به­عنوان استاد راهنما جهت تكمیل پایان­نامه­اش انتخاب كرد و او نیز این مسئولیت را بر عهده گرفت. Drexler سبت به وسایل بسیار كوچك Feynman علاقه­مند شده بود و قصد داشت تا در مورد تواناییهای آنها به كاوش بپردازد. Minskey نیز با وی موافقت كرد. Drexler در اوایل دهه 80، درجه استادی خود را در رشته علوم كامپیوتر دریافت كرده بود و گروهی از دانشجویان را به صورت انجمنی به دور خود جمع نموده بود. او افكار جوانترها را با یك سری ایده­ها كه خودش "نانوتكنولوژی" نامگذاری كرده، مشغول می­داشت. Drexler اولین مقاله علمی خود را در مورد نانوتكنولوژی مولكولی (MNT) در سال 1981 ارایه داد. او كتاب Engin of Creation:The Coming Era of Nanotechnology را در سال 1986 به چاپ رساند. Drexler تنها درجه دكتری در نانوتكنولوژی را در سال 1991 از دانشگاه MIT دریافت داشت. او یك پیشرو در طرح نانوتكنولوژی است و هم­اكنون رئیس استیتو Foresight و Research Fellow می­باشد.

تعیین بودجه­های كلان در كشورهای صنعتی برای تحقیقات در زمینه نانوتكنولوژی

بسیاری از كشورهای توسعه‌یافته و در حال توسعه (در حدود 30 كشور)، برنامه‌هایی را در سطح ملی برای پشتیبانی از فعالیتهای تحقیقاتی و صنعتی نانوتكنولوژی تدوین و اجرا می‌نمایند. زیرا نانوتكنولوژی به عنوان انقلابی در شرف وقوع، آینده اقتصادی كشورها و جایگاه آنها در جهان را تحت تأثیر جدی قرار خواهد داد و این مس أ له در این كشورها توسط صاحب‌نظران و محققان تبیین‌شده و برای مدیران اجرایی به صورت یك امر شفاف و قطعی درآمده است. در بخشی از این كشورها، در یكی دو سال اخیر تحركات شدیدی از طرف دولتها برای سرعت بخشیدن به توسعه نانوتكنولوژی صورت گرفته و فعالیتهایی كه تا قبل از این به صورت خودجوش توسط محققان انجام می‌گرفته است، با تشویق و حمایتهای مستقیم دولت ادامه یافته‌اند كه در این قسمت نمودار ستونی میزان سرمایه گذاری دولتها آورده شده است:

اهمیت مطرح شدن طرح

همانگونه كه اشاره شد بسیاری از كشورهای پیشرفته و در حال پیشرفت، برنامه‌هایی را برای پشتیبانی از فعالیتهای تحقیقاتی و صنعتی نانوتكنولوژی تدوین و اجرا می‌نمایند. اما یك سوال مهم برای كشور ما و بسیاری از كشورها كه هنوز به نانوتكنولوژی به عنوان تمدن آینده علمی توجه كافی نكرده‌اند، این است كه آیا باید با این روند همراه شد یا نه؟ توجه به فضای بسیار بزرگ و در حال ایجاد نانوتكنولوژی و حجم وسیع فعالیتهای مربوط به آن در دنیا، این باور را به انسان القاء می‌كند كه دیر یا زود باید آینده را دید و برای ورود به آن اقدام نمود.

١1) ورود كشورها به عرصه نانوتكنولوژی اجتناب‌ناپذیر است.

بسیاری از صاحب‌نظران و محققان، نانوتكنولوژی را مساوی آینده دانسته‌اند. به عنوان نمونه كمیته مشاوران رئیس‌جمهور آمریكا در علوم و فناوری در تأیید برنامه ملی نانوتكنولوژی برای سال 2001، از نانوتكنولوژی به عنوان محور آینده جهان یاد می‌كند. به دلیل تأثیرات این فناوری بر اكثر فناوریهای موجود، عقیده صاحب‌نظران این است كه متخصصان رشته‌های مختلف بدون گرایش به مباحث مقیاس نانو در دهه‌های آینده فرصتی برای رشد نخواهند داشت و شكوفایی بسیاری از فناوریهای مهم ازجمله فناوری اطلاعات و بیوتكنولوژی به عنوان دو دستاورد بسیار عظیم قرن بیستم بدون بهره‌گیری از نانوتكنولوژی دچار اختلال خواهند شد. از این جهت این مسئله برای دانشگاهیان، محققان و مسؤولان هر كشور امری حیاتی است.

2٢) دلایل اساسی ضرورت ورود كشور به عرصة نانوتكنولوژی

علاوه بر موضوع فوق، می‌توان دلایل زیر را برای اجتناب‌ناپذیری ورود كشورهایی چون ایران اقامه نمود:

١2-٢1) تاثیر اساسی نانوتكنولوژی در رشد و پیشرفت بسیاری از فناوریها

ماهیت فرارشته‌ای علوم و فناوری نانو به عنوان توانمندی تولید مواد، ابزارها و سیستمهای جدید با دقت اتم و مولكول، موجب تعریف كاربردهای بسیاری زیادی در عرصه‌های مختلف علمی و صنعتی شده است. برای نانوتكنولوژی كاربردهای بسیاری را در حوزه‌های دارو و غذا و بهداشت، درمان بیماریها، محیط‌زیست، انرژی، الكترونیك، كامپیوتر و اطلاعات، مواد، ساخت و تولید، هوافضا، بیوتكنولوژی و كشاورزی و امنیت ملی و دفاع برشمرده‌اند. به همین دلیل بر تمام فناوریها تأثیر گذاشته و دیر یا زود باید شاهد محصولات آنها بود. به عنوان نمونه در بخش پزشكی و بهداشت، یك زمینه كاری بسیار مهم، سیستم توزیع دارو در داخل بدن می‌باشد. مصرف دارو در حال حاضر به صورت حجمی است در حالی كه سلولهای خاصی از بدن نیازمند آن می‌باشند. در روش جدید دارو با وسایل ترزیق متفاوت با امروزه به صورت مستقیم به سمت سلولهای مشخص جهت‌گیری شده و دارو به محل نیاز تحویل داده می‌شود. با همین مكانیزم، بیماریهای بزرگ و كوچك در آغاز شكل‌گیری قابل تشخیص و درمان خواهند بود. یا در بخش مواد، پروژه‌هایی در دست كار می‌باشد كه موادی با وزن بسیار كم و خواص بسیار مناسب تولید شوند. كاربرد این مواد در ساختمان، خودرو، هواپیما و بسیاری از ملزومات زندگی انسانها دیده خواهد شد. بنابراین عرصه بسیار وسیع نانوتكنولوژی كه زندگی انسانها را نیز در برخواهد گرفت، خود القاءكننده این نتیجه خواهد بود كه نمی‌توان به روی آن چشم بست.

٢2-٢2) تأثیر نانوتكنولوژی بر امنیت جهانی

از نظر دفاعی، نانوتكنولوژی برای كشورها، هم فرصت است هم تهدید. به لحاظ كاربردهای بسیار زیادی كه این فناوری می‌تواند در امور نظامی داشته باشد، گرایش زیادی در بخش دفاعی كشورها به تحقیق و توسعه نانوتكنولوژی صورت گرفته است. این كاربردها از لباسهای مانع خطر تا پرنده‌های بسیار كوچك، تجهیزات اطلاعاتی و بسیاری موارد دیگر است كه هم‌اكنون با حمایت وزارتخانه‌های دفاع كشورهایی چون آمریكا، ژاپن و برخی كشورهای اروپایی به صورت پروژه‌های تحقیقاتی در حال انجام هستند. از این جهت این فناوری برای كشورها یك تهدید محسوب می‌شود. اما برای كشورهایی كه بتوانند با استفاده از روند موجود، جایگاهی را در آینده امنیت جهانی برای خود در نظر بگیرند، یك فرصت خواهد بود. با توجه به اینكه این كاربردها بسیار متنوع هستند، هر كشوری می‌تواند زمینه‌ای را برای پیشگامی در جهان سهم خود نماید و در آینده رقابتهای بین‌المللی نقشی داشته باشد.

2٣-٢3) شكل‌گیری بازارهای بسیار بزرگ

شواهد موجود نشان می‌دهد كه درصد بالایی از بازارهای محصولات مختلف متكی بر نانوتكنولوژی خواهد بود و به همین دلیل دولتها و شركتهای بزرگ و كوچك به دنبال كسب جایگاهی برای خود در این بازارها هستند. میهیل روكو، رئیس كمیته علوم و فناوری نانو در ریاست‌جمهوری آمریكا طی مقاله‌ای در ماه می سال 2001، پتانسیل نانوتكنولوژی برای تغییر چشمگیر در اقتصاد جهانی را یادآوری نموده است. بر مبنای پیش‌بینی وی و بخش دیگری از صاحب‌نظران در ده الی 15 سال آینده نانوتكنولوژی بازار نیمه‌هادی را به طور كامل تحت تأثیر قرار خواهد داد. خبرهایی نیز كه اخیراً از شركتهای اصلی سازنده پردازنده‌های كامپیوتر در آمریكا و ژاپن منتشر شده است، از ورود پردازنده‌های حاوی یك میلیارد نانوترانزیستور تا قبل از 10 سال آینده حكایت دارد. به عنوان مثال شركت اینتل اعلام نموده است كه در سال 2007 پردازنده‌های متكی بر نانوترانزیستور را با قدرت و سرعت بسیار بیشتر و مصرف كمتر نسبت به آخرین دستاوردهای امروزی نیمه‌هادی‌ها وارد بازار خواهد كرد.

در بخش دارو نیز پیش‌بینی شده است تا 10 الی 15 سال آینده نیمی از این صنعت متكی بر نانوتكنولوژی خواهد بود كه خود نیاز به وسایل تزریق جدید و آموزشهای پزشكی روزآمد خواهد داشت یا در مورد موادشیمیایی، فقط ذكر بازار 100 میلیارد دلاری كاتالیستها كه تا 10 سال آینده به طور كامل متكی بر كاتالیستهای نانوساختاری خواهد بود برای نشان دادن اهمیت بحث كافی است. از هم‌اكنون بازار بزرگی برای بكارگیری مواد جدید در محصولات فعلی در حال شكل‌گیری است. موادی كه می‌توانند خواص جدید و فوق‌العاده‌ای به محصولات موجود بخشیده و موجب كاهش قیمت آنها شوند. به عنوان نمونه نانولوله‌های كربنی ( Carbon Nanotubes ) با وزن بسیار كمتر و استحكام بسیار بیشتر نسبت به موادی چون فولاد، بخش زیادی از صنایع را در آینده تحت تاثیر قرار خواهد داد.

در كنار این پیش‌بینی‌ها، این سؤال باید مطرح شود كه جایگاه كشورهایی كه به نانوتكنولوژی دسترسی ندارند، در بازارهای آینده و اقتصاد جهانی چه خواهد بود. با توجه به اینكه سهم هر كشور یا بنگاه در زمان شكل‌گیری یك بازار تثبیت می‌شود، زمان سرمایه‌گذاری برای رسیدن به جایگاه مناسب، همین امروز است.

بیونانوفناوری
برخی از صاحب نظران، بیونانوتكنولوژی را به عنوان زیرمجموعه ای از نانوتكنولوژی، به این صورت تعریف كرده اند: «مطالعه و ایجاد ارتباط بین زیست‌شناسی مولكولی و نانوتكنولوژی مولكولی». برخی دیگر نیز آن را به عنوان زیرمجموعه ای از بیوتكنولوژی بدین شكل تعریف كرده اند: «به كارگیری پتانسیل بالقوه زیست‌شناسی در ساخت و سازماندهی ساختارهای پیچیده با استفاده از مواد ساده و با دقت در حد اتم». در این زمینه، تنها تفاوتی كه بین بیونانوتكنولوژی و بیوتكنولوژی وجود دارد این است كه طراحی و ساخت در مقیاس نانو جزء لاینفك پروژه های بیونانوتكنولوژی است در حالی كه در پروژه های بیوتكنولوژی، نیازی به فهم و طراحی در حد نانو نیست.
چنان كه ملاحظه می شود برخلاف تعریف «بیوتكنولوژی» كه به معنی فناوری استفاده از موجودات و اجزای موجودات زنده در راستای نیازهای صنایع مختلف است بیونانوتكنولوژی، هم كاربرد ابزارهای بیولوژیكی به عنوان سازمان دهنده و ماده اولیه جهت ساخت محصولات و مواد نانویی، مورد توجه است و هم كاربرد محصولات تولیدی تكنولوژی نانو، جهت مطالعه وقایع درون سلول های زنده و تشخیص و معالجه بیماری ها. آنچه مسلم است این است که ظهور این زمینه تحقیقاتی، حاصل تغییر عقیده بسیاری از محققان در استفاده از راهكارهای پایین به بالا به جای استفاده از راهكار بالا به پایین جهت ساخت وسایل و مواد بسیار ریز است.
 

رویکرد ساختن از بالا به پایین و ساختن از پایین به بالا در فناوری نانو
از اهداف مهم فناوری نانو ــ و شاید مهم‌ترین آنها ــ به وجود آوردن ساختارهایی از مواد است که در آنها آرایش مولکول‌ها از پیش طراحی شده باشد. روش‌های مرسوم تولید، مثل روش ذوب فلزات و سرد کردن آنها در قالب، چنین امکانی را فراهم نمی‌کنند. پس چگونه می‌توان چنین ساختارهایی را به وجود آورد؟ برای تولید چنین ساختارهایی معمولاً دو رویکرد متفاوت ساختن از بالا به پایین و ساختن از پایین به بالا وجود دارد. در سایت مقاله‌ای در توضیح آن نوشته شده که برای مطالعه آن کافی است روی این لینک کلیک کنید .

محصولات و زمینه های فعالیت بیونانوتكنولوژی
برخی از محصولات و زمینه های فعالیت بیونانوتكنولوژی عبارتند از:
۱ بیونانوماشین ها: مهم ترین زمینه كاربرد بیونانوتكنولوژی، ساخت بیونانوماشین ها ماشین های مولكولی با ابعادی در حد نانومتر است. در یك باكتری هزاران بیونانوماشین مختلف وجود دارد. نمونه آنها، ریبوزوم دستگاه بسته بندی پروتئین است كه محصولات نانومتری پروتئین ها را تولید می كند. از خصوصیات خوب بیونانوماشین ها به عنوان مثال حسگرهای نوری یا آنتی بادی ها، امكان هیبریدكردن آنها با وسایل سیلیكونی با استفاده از فرآیند میكرولیتوگرافی است. به این ترتیب با ایجاد پیوند بین دنیای نانویی بیونانوماشین و دنیای ماكروی كامپیوتر، امكان حسگری مستقیم و بررسی وقایع نانویی را می توان به وجود آورد. نمونه كاربردی این سیستم، ساخت شبكیه مصنوعی با استفاده از پروتئین باكتریورودوپسین است.
۲ مواد زیستی: كاربرد دیگر بیونانوتكنولوژی، ساخت مواد زیستی مستحكم و زیست تخریب پذیر است. از جمله این مواد می توان به DNA و پروتئین ها اشاره كرد. موارد كاربرد این مواد و به خصوص در زمینه پزشكی متعدد است. از جمله موارد كاربرد این مواد، استفاده از آنها به عنوان بلوك های سازنده نانومدارها ودر نهایت ساخت وسایل نانویی Nano-Device است.
۳ موتورهای بیومولكولی: موتورهای بیومولكولی، موتورهای محركه سلول هستند كه معمولا از دو یا چند پروتئین تشكیل شده اند و انرژی شیمیایی عموما به شكل ATP را به حركت مكانیكی تبدیل می كنند. از جمله این موتورها، می توان به پروتئین میوزین اشاره کرد که باعث حركت فیلامنت ها می شود،( پروتئین های درگیر در تعمیر DNA یا ویرایش RNA به عنوان مثال، آنزیم های برشی و ATPase). از این موتورها در ساخت نانوروبات ها و شبكه هادی ها و ترانزیستورهای مولكولی قابل استفاده در مدارهای الكترونیكی استفاده می شود.

نانوبیوتكنولوژی و رابطه آن با بیونانوتكنولوژی
اما نانوبیوتكنولوژی نیز واژه دیگری است كه در سال های اخیر، محققان و صاحب نظران در كتب، مقالات و كنفرانس ها به كار می برند. طبق تعریف برخی از این محققان، نانوبیوتكنولوژی، زیرمجموعه ای از نانوتكنولوژی است كه در آن از ابزارها و فرآیندهای نانویی و میكرونی برای ساخت و تهیه محصولاتی استفاده می شود كه در مطالعه سیستم های زنده استفاده می شوند. برخی دیگر از محققان، نانوبیوتكنولوژی را زمینه ای از نانوتكنولوژی می دانند كه در آن از سیستم های بیولوژیكی موجود، همچون سلول، اجزای سلولی، اسیدهای نوكلئیك و پروتئین ها برای ایجاد ساختارهای نانویی تلفیقی مركب از مواد آلی و معدنی استفاده می شود.

بیونانو یا نانوبیو؟
اگر به مفهوم و هدف دو زیرشاخه نانوتكنولوژی یعنی بیونانوتكنولوژی و نانوبیوتكنولوژی نگاه شود، می‌‌‌‌توان فهمید كه اهداف هر دو شاخه یعنی تولید محصولاتی كه جهت مطالعه سیستم های زنده به كار می روند و همچنین فرآیندها و مقیاس فعالیت هر دو شاخه یعنی مقیاس های در سطح نانو، تقریبا یكسان است. بنابراین می توان این دو شاخه را به صورت كلی با نام نانوبیوتكنولوژی نامید. منتها زمانی كه به طور صرف، از الگوها و مواد زیستی جهت ساخت وسایل در ابعاد نانو استفاده می شود، بهتر است پیشوند «بیو» مقدم بر پیشوند «نانو» بیاید. در این حالت، كاربرد واژه بیونانوتكنولوژی تخصصی تر از واژه نانوبیوتكنولوژی خواهد بود.
درواقع می‌‌‌‌توان بیونانوتكنولوژی را شكلی خاص از نانوبیوتكنولوژی دانست كه مبنای آن، استفاده از موادزیستی برای مثال پروتئین ها یا DNA جهت ساخت وسایل نانویی است.
اما در هنگام استعمال واژه نانوبیوتكنولوژی، استفاده از ابزارهای نانویی در كاربردهای بیولوژیك نیز مورد نظر خواهد بود.

مقدار عددی نانو

"نانو" پیشوندی یونانی است که معنای ۱۰ به توان منفی نه را دارد. یک نانو یک میلیاردیم است، کاربرد این واژه امروزه بیشتر در فناوری نانو است.

علامت اختصاری نانو در سیستم متریک n می باشد.

پیشوندهای سیستم متریک

۱۰n

پیشوند

علامت اختصاری

مقیاس کوچک

مقیاس بزرگ

معادل ده‌دهی در نحوه‌ی نگارش SI

۱۰۲۴

یوتا

Y

سپتیلیون

کادریلیون

‎ ۱ ۰۰۰ ۰۰۰ ۰۰۰ ۰۰۰ ۰۰۰ ۰۰۰ ۰۰۰ ۰۰۰

۱۰۲۱

زتا

Z

سکستیلیون

تریلیارد (هزار تریلیون)

‎ ۱ ۰۰۰ ۰۰۰ ۰۰۰ ۰۰۰ ۰۰۰ ۰۰۰ ۰۰۰

۱۰۱۸

اگزا

E

کوینتیلیون

تریلیون

‎ ۱ ۰۰۰ ۰۰۰ ۰۰۰ ۰۰۰ ۰۰۰ ۰۰۰

۱۰۱۵

پتا

P

کادریلیون

بیلیارد (هزار میلیارد)

‎ ۱ ۰۰۰ ۰۰۰ ۰۰۰ ۰۰۰ ۰۰۰

۱۰۱۲

ترا

T

تریلیون

بیلیون

‎ ۱ ۰۰۰ ۰۰۰ ۰۰۰ ۰۰۰

۱۰۹

گیگا

G

بیلیون

میلیارد (هزار میلیون)

‎ ۱ ۰۰۰ ۰۰۰ ۰۰۰

۱۰۶

مگا

M

میلیون

‎ ۱ ۰۰۰ ۰۰۰

۱۰۳

کیلو

k

هزار

‎ ۱ ۰۰۰

۱۰۲

هکتو

h

صد

۱۰۰

۱۰۱

دکا

da

ده

۱۰

۱۰۰

(none)

(none)

یک

۱

‎ ۱۰۱

دسی

d

دهم

۰٫۱

‎ ۱۰۲

سانتی

c

یک صدم

۰٫۰۱

‎ ۱۰۳

میلی

m

هزارم

۰٫۰۰۱

‎ ۱۰۶

میکرو

µ (u)

یک میلیونم

‎ ۰٫۰۰۰ ۰۰۱

‎ ۱۰۹

نانو

n

میلیاردم

میلیاردم

‎ ۰٫۰۰۰ ۰۰۰ ۰۰۱

‎ ۱۰۱۲

پیکو

p

تریلیونم

میلیاردم

‎ ۰٫۰۰۰ ۰۰۰ ۰۰۰ ۰۰۱

‎ ۱۰۱۵

فمتو

f

کادریلیونم

بیلیاردیم

‎ ۰٫۰۰۰ ۰۰۰ ۰۰۰ ۰۰۰ ۰۰۱

‎ ۱۰۱۸

آتو

a

کوینتیلیونم

تریلیونم

‎ ۰٫۰۰۰ ۰۰۰ ۰۰۰ ۰۰۰ ۰۰۰ ۰۰۱

‎ ۱۰۲۱

زپتو

z

سکستلنیوم

تریلیاردم

‎ ۰٫۰۰۰ ۰۰۰ ۰۰۰ ۰۰۰ ۰۰۰ ۰۰۰ ۰۰۱

‎ ۱۰۲۴

یوکتو

y

سپتیلیونم

کادریلیونم

‎ ۰٫۰۰۰ ۰۰۰ ۰۰۰ ۰۰۰ ۰۰۰ ۰۰۰ ۰۰۰ ۰۰۱

 

اثرات فناوری‌نانو در زمینه انرژی

 

امروزه نانومواد مبنای رویكرد رشد سریع بخش ذخیره انرژی در دنیا است. در واقع فناوری‌نانو امكان ارتقای بسیاری از ویژگی‌های كلیدی فناوری‌های انرژی، برای تحقق توسعه پایدار و عرضه پایدار انرژی در آینده را فراهم می‌كند.
در كوتاه‌مدت، اثرات فناوری‌نانو در بخش انرژی عمدتا شامل بهبود كارایی فناوری‌های موجود خواهد بود. برای مثال شركت‌های زیادی در زمینه «فناوری‌نانوی سبز» سرمایه‌گذاری می‌كنند تا محصولات زیست‌سازگار و ذخیره‌كننده انرژی تولید كنند.
كاهش انتشار كربن از دیگر اولویت‌های تحقیقاتی اصلی شركت‌های فعال در حوزه فناوری‌نانو است. بعضی شركت‌ها نیز در زمینه بازار سوخت پاك فعالیت می‌كنند.
زمینه‌های ذخیره انرژی نیز شامل فناوری‌هایی مانند عایق‌بندی بهتر، كاهش وزن خودروها با استفاده از نانولوله‌های كربنی و نانوفیبرها در مواد كامپوزیتی است.
دربلندمدت فناوری‌نانو به ارتقای استفاده از منابع انرژی تحول‌ساز جدید مانند هیدروژن و پانل‌های خورشیدی كمك خواهد كرد. پیل‌های خورشیدی پلاستیكی كارا بسیار مفید بوده زیرا كه آنها در مقایسه با پانل‌های خورشیدی سیلیكون رایج، ارزا‌‌‌‌‌‌ن تر و سبك‌تر هستند، اما آنها باید حداقل 8 درصد از وزن خود را كاهش دهند تا برای استفاده در ژنراتورهای نیروی الكتریسیته مقرون‌صرفه باشند.
فرایندهای جدید تولید انرژی با كاربردهای جدید فناوری‌نانو در پیل‌های سوختی هیدروژن توسعه خواهند یافت. بخش صنعت نیز از تحقیقات این بخش بیشترین استفاده را خواهد كرد.

 

                    باتری‌های کارآمدتر با نانوذرات گل‌شکل

طبق یافته‌های اخیر، «توان گل(Flower Power)» می‌تواند موجب افزایش عمر و توان باتری‌های مورد استفاده در تلفن همراه، رایانه همراه و پخش‌کننده موسیقی دیجیتال گردد. اخیراً محققان با استفاده از نانولوله‌های کربنی، نانوذرات قاصدک‌مانندی ساخته‌اند که کارایی بهتری نسبت به مواد باتری معمولی دارند. گفته می‌شود که ممکن است توان مورد نیاز نسل بعدی ابزارهای الکترونیکی را این نانوذرات گل‌شکل یا «نانوگل‌ها» تأمین كنند.
بنا به ادعای شیمی‌دانان، نانوذرات گل‌شکلی که عملکرد الکترونیکی بسیار بهتری نسبت به مواد باتری معمولی دارند، در حال ساخت و توسعه هستند. گاوپینگ کاو و همکارانش خاطرنشان ساختند که نانوگل‌ها، مواد جدیدی نیستند. پیش از این نیز، محققان انواع مختلفی از نانوذرات گل‌شکل را با استفاده از مواد متفاوتی چون اکسید منگنز‌ـ‌یکی از اجزای فلزی اصلی که موجب پیدایش توان، در باتری‌های معمولی می‌گردد‌ـ ساخته بودند. با این حال این محققان عنوان می‌کنند كه اشکال قدیمی نانوگل‌ها برای نسل‌های آینده محصولات الکتریکی که به توان و عمر باتری بیشتری نیازمندند، مناسب نیستند.
در این تحقیق، دانشمندان ابتدا خوشه‌هایی از نانولوله‌های کربنی را رشد دادند، سپس اکسید منگنز را با یک روش پوشش‌دهی ساده و ارزان به نام «رسوب‌دهی الکتریکی(electrodeposition)» بر روی نانولوله‌های مذکور نشاندند و به این ترتیب، خوشه‌های نانومقیاسی ساختند که زیر یک میکروسکوپ الکترونی، شبیه قاصدک‌های بسیار کوچک بودند.
این محققان می‌گویند که نتیجه این فرایند، یک سیستم باتری با ظرفیت ذخیره انرژی بالاتر، عمر طولانی‌تر و بازده بیشتر نسبت به مواد باتری معمولی بوده‌است.
نتایج این تحقیق در نشریه Nano Letters به چاپ رسیده‌است.

 

نانو تكنولوژی در خودرو GINA شركت BMW

 

 

 

 

(نانو تكنولوژی و خودرو)- نانو خودرو جینا (GINA) محصول شركت BMW آلمان

شركت BMW آلمان با استفاده از تكنولوژی نانو خودرو جدید خود با نام GINA طراحی و در موزه شركت به نمایش گذاشته است.

 

 

نانو خودرو:

         

 

نانو تكنولوژی در سال های اخیر نشان داده است كه می تواند یكی از مفید ترین فن آوری های نوین جهت رسیدن به آرزوهای دیرین بشر و مستمسك اصلی شركت های بزرگ تولیدی برای نیل به اهداف متعالی خود در زمینه های مختلف باشد.

خودرو سازی بعنوان یكی از بسترهای بالقوه جهت برخورداری از نانو تكنولوژی كه می تواند از فن آوری نانو در بخشهای مختلف این صنعت استفاده و مسیر توسعه را با سرعت بیشتری طی نماید مطرح گردیده است.

شركت BMW آلمان با استفاده از تكنولوژی نانو خودرو جدید خود با نام GINA طراحی و در موزه شركت به نمایش گذاشته است.

نانو خودرو GINA (جینا) محصول جدید BMW فصل جدیدی را در طراحی خودرو گشوده است كه شاید مهمترین شاخص آن طراحی خودرو های با قابلیت تغییر شكل بدنه در زمان كوتاه و با سرعت بالا و هزینه پایین می باشد.

 

نانو خودرو جینا با استفاده از یك پارچه از جنس نانو كه بعنوان بدنه بر روی بازوهای هیدرولیكی متحرك كشیده شده می تواند قابلیت تغییر طرح بدنه (Face Lift) را در مدت زمان كوتاهی صورت دهد.

 

مزایای این خودرو:

1.       پایین آمدن هزینه بدنه

2.       سبك تر شدن خودرو

3.       تغییر طرح خودرو با استفاده از بازوهای هیدرولیكی

4.       تغییر رنگ خودرو با هزینه بسیار پایین

5.       ذخیره طرح های مختلف بدنه در حافظه بازوهای هیدرولیك

6.       كاهش هزینه ناشی از خسارت های تصادف

7.       كاهش مرگ و میر ناشی از تصادف

8.       تغییر Trim داخلی خودرو

9.       اضافه یا حذف نمودن صندلی های خودرو

نانو تكنولوژی تمام آینده است. این یك شعار نیست زیرا كه این فناوری در مدت زمانی كوتاه توانسته است بسیاری از نا ممكن ها را ممكن كند.

نانو خودرو جینا می تواند نقطه عطفی در بكارگیری نانو تكنولوژی در عرصه صنایع مختلف به حساب آید.

پایان

امید مرکبی

تقدیم به جناب اقای صفری

نظرات() 
 
لبخندناراحتچشمک
نیشخندبغلسوال
قلبخجالتزبان
ماچتعجبعصبانی
عینکشیطانگریه
خندهقهقههخداحافظ
سبزقهرهورا
دستگلتفکر
  • ابر برچسبها

آمار وبلاگ

  • کل بازدید :
  • بازدید امروز :
  • بازدید دیروز :
  • بازدید این ماه :
  • بازدید ماه قبل :
  • تعداد نویسندگان :
  • تعداد کل پست ها :
  • آخرین بازدید :
  • آخرین بروز رسانی :