نانو تکنولوژی چیست؟ (به زبان ساده)

اگر عضو یکی از شبکه‌های زیر هستید می‌توانید این مطلب را به شبکه‌ی خود ارسال کنید:

Twitter

Google

Yahoo

Delicious

بالاترین

دنباله

[05 Oct 2010]   [ ]

نانو تکنولوژی چیست؟

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.

nano كلمه‌اي يوناني به معني كوچك است و براي تعيين مقدار يك ميليارديم يا 9- 10 يك كميت استفاده مي‌شود. چون يك اتم تقريباً" 10 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.

اولین بار ریچارد فیمن در سال 1959 طی سخنرانی خود با بیان امکان به راه اندازی فرایندی برای دستکاری اتمها و مولکولها با استفاده از ابزارهای دقیق سبب شده تا افکار به سمت توسعه چنین امکانی متمایل شوند. در سال 1974، پروفسور نوریو تانیگوشی، مدرس دانشگاه علوم توکیو، نخستین بار واژه "فناوری نانو" را بکار گرفت. او در مقاله ای با نام "مفهوم اساسی فناوری نانو" اشاره می کند که فناوری نانو اساسا مجموعه ای از فرایندهای تفکیک، ادغام و تشکیل مواد در حد یک اتم یا یک مولکول است. در دهه 1980 ایده یاین تعریف به طور وسیع تر توسط دکتر درکسلر (نویسنده کتاب های موتور خلقت) مورد بررسی قرار گرفت.

فناوری نانو و نانوعلوم در اوایل دهه 1980 با تولد علم کلاستر و اختراع میکروسکوپ تونلی پیمایشی آغاز به کار کرد. این توسعه سبب کشف فلورین در سال 1986 و نانولوله های کربنی در مدت چند سال بعد شد.

تحول دیگر این فناوری مربوط به ساخت نانوکریستالهای نیمه هادی بود که منجر به افزایش شدید تعداد نانوذرات اکسید فلزی نقاط کوانتوم گردید. میکروسکوپ نیروی اتمی 5 سال بعد از میکروسکوپ تونلی پیمایشی اختراع شد تا با کمک آن بتوان اتمها را بررسی کرد.
فناوری نانو یک زمینه بین رشته ای است که در محدوده علوم کاربردی مختلفی نظیر فیزیک، مواد، الکترونیک و غیره وارد شده است. فناوری نانو خود به تنهایی علم نیست بلکه با استفاده از آن می توان به کاربردی کردن علوم مختلف کمک کرد.



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 استکه شبیه توپ فوتبال امی 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 فرایند 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 های 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 در 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.
سید فخرالدین افضلی می گوید:
در نيم قرن گذشته شاهد حضور حدود پنج فناوري عمده بوديم، كه باعث پيشرفت هاي عظيم اقتصادي در كشورهاي سرمايه گذار و ايجاد فاصله شديد بين كشورهاي جهان شد. متأسفانه در كشور ما بدليل فقدان جرات علمي و عدم تصميم گيري بموقع ، به اين فرصتها پس از گذشت ساليان طلائي آن بها داده مي شد كه البته سودي هم براي ما به ارمغان نمي آورد، همچون فنآوري الكترونيك و كامپيوتر در دو سه دهه گذشته كه امروزه عليرغم توانائي دانشگاهي و داشتن تجهيزات آن، هيچگونه حضور تجاري در بازارهاي چند صد ميلياردي آن نداريم. فناوري نانو جديدترين اين فرصتها ست، كه كشور ما بايد براي حضور يا عدم حضور درآن خيلي سريع تصميم خود را اتخاذ كند.

علم و فناوري نانو ( نانو علم و نانو تكنولوژي) توانائي بدست گرفتن كنترل ماده در ابعاد نانومتري (ملكولي) و بهره برداري از خواص و پديده هاي اين بعد در مواد، ابزارها و سيستم هاي نوين است. اين تعريف ساده خود دربرگيرنده معاني زيادي است. به عنوان مثال فناوري نانو با طبيعت فرا رشته اي خود، در آينده در برگيرنده همه ي فناوريهاي امروزين خواهد بود و به جاي رقابت با فن آوري هاي موجود، مسير رشد آنها را در دست گرفته و آنها را به صورت « يك حرف از علم» يكپارچه خواهد كرد.

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 كاربردهاي را به منصه 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:

o ساخت مواد بسيار سبك و محكم براي مصارف مرسوم يا نو

o ورشكستگي صنايع قديمي همچون فولاد با ورود تجاري مواد نو

o كاهش يافتن شديد تقاضا براي سوخت هاي فسيلي

o همه گير شدن ابر كامپيوترهاي بسيار قوي، كوچك و كم مصرف

o سلاحهاي سبك تر، كوچكتر، هوشمند تر، دوربردتر، ارزانتر و نامرئي تر براي رادار

o شناسائي فوري كليه خصوصيات ژنتيكي و اخلاقي و استعدادهاي ابتلا به بيماري

o ارسال دقيق دارو به آدرس هاي مورد نظر در بدن و افزايش طول عمر

o از بين بردن كامل عوامل خطرناك جنگ شيميائي و ميكروبي

o از بين بردن كامل ناچيز ترين آلاينده هاي شهري و صنعتي

o سطوح و لباسهاي هميشه تميز و هوشمند

o توليد انبوه مواد و ابزارهائي كه تا قبل از اين عملي و اقتصادي نبوده اند ،

o و بسياري از موارد غير قابل پيش بيني ديگر!

دكترDrexler در همايش جهاني نظام علمي در زمينه نانوتكنولوژي اظهار كرده است: "در جهان اطلاعات ، تكنولوژيهاي ديجيتالي كپي‌برداري را سريع، ارزان، كامل و عاري از هزينه‌بري يا پيچيدگي محتوايي نموده‌اند. حال اگر همين وضعيت در جهان ماده اتفاق بيافتد چه مي‌شود. هزينه توليد يك تن ‌تري بيت تراشه‌هاي RAM تقريبا" معادل با هزينه بري ناشي از توليد همان مقدار فولاد مي‌شود".

دكترSmalley رئيس هيئت تحقيقاتي دانشگاه رايس و كاشف Buckyballs مي‌گويد:

" نانوتكنولوژي روند زيانبار ناشي از انقلاب صنعتي را معكوس خواهد كرد". در مقدمه مقاله نانوتكنولوژي كه توسط آقايان Peterson و Pergamit در سال 1993 نگاشته شده چنين آمده است :

" تصور كنيد قادريد با نوشيدن دارو كه در آب ميوه مورد علاقه‌تان حل شده است سرطان را معالجه كنيد . يك ابر كامپيوتر را كه به اندازه يك سلول انسان است در نظر بگيريد. يك سفينه فضايي 4 نفره كه به دور مدار زمين مي‌گردد با هزينه‌اي در حدود يك خودروي خانوادگي تجسم كنيد" .

موارد فوق، فقط تعداد محدودي از محصولات انتظار رفته از نانوتكنولوژي هستند. انسان در معرض يك انقلاب اجتماعي تسريع شده و قدرتمند است كه ناشي از علم نانوتكنولوژي است. در آينده نزديك گروهي از دانشمندان قادر به ساخت اولين آدم آهني با مقياس نانومتري مي‌گردند كه قادر به همانندسازي است. طي چند سال با توليد پنج ميليارد تريليون نانوروبات ، تقريبا" تمامي فرايندهاي صنعتي و نيروي كار كنوني از رده خارج خواهند شد. كالاهاي مصرفي به وفور يافت‌شده ، ارزان، شيك و با دوام خواهند شد. دارو يك جهش سريع و كوانتومي را به جلو تجربه خواهد نمود. سفرهاي فضايي و همانندسازي امن و مقرون به صرفه خواهند شد. به اين دلايل و دلائلي ديگر، سبكهاي زندگي روزمره در جهان بطور زيربنايي متحول خواهد شد و الگوي رفتاري انسانها تحت‌الشعاع اين روند قرار خواهد گرفت.

از طرفي شايد بتوان گفت 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.

---

مطلب‌های دیگر از همین نویسنده در سایت آینده‌نگری:

منبع:

نسخه‌ی چاپی ارسال اين مطلب به دوستان

---

[نظر دهید]    [تعداد نظرهای ثبت شده در پیوند با این مطلب: 0] 

.

---