شنبه ۱۸ اسفند ۹۷ ۰۹:۴۵
تعریف نانو تکنولوژی و آشنایی با آن
نانوتکنولوژی Nanotechnology
نانو تکنولوژی، توانمندی تلید مواد، ابزارها و سیستمهای جدید با در دست گرفتن کنترل در سطوح ملکولی و اتمی و استفاده از خواص است که در آن سطوح ظاهر میشود. از همین تعریف ساده برمیآید که نانوتکنولوژی یک رشته جدید نیست، بلکه رویکردی جدید در تمام رشته هاست. برای نانوتکنولوژی کاربردهایی را در حوزه های مختلف از غذا، دارو، تشخیص پزشکی و بیوتکنولوژی تا الکترونیک، کامپیوتر، ارتباطات، حملونقل، انرژی، محیط زیست، مواد، هوافضا و امنیت ملی برشمرده اند.کاربردهای وسیع این عرصه به همراه پیامدهای اجتماعی، سیاسی و حقوقی آن، این فن آوری را بهعنوان یک زمینه فرا رشتهای و فرابخش مطرح نموده است.
هر چند آزمايشها و تحقيقات پيرامون نانوتکتولوژي از ابتداي دهه ۸۰ قرن بيستم بطور جدي پيگيري شد، اما اثرات تحول آفرين، معجزه آسا و باورنکردني نانوتکنولوژي در روند تحقيق و توسعه باعث گرديد که نظر تمامي کشورهاي بزرگ به اين موضوع جلب گردد و فناوري نانو را به عنوان يکي از مهمترين اولويتهاي تحقيقاتي خويش طي دهه اول قرن بيست و يکم محسوب نمايند .
استفاده از اين فنآوري در کليه علوم پزشکي، پتروشيمي، علوم مواد، صنايع دفاعي، الکترونيک، کامپوترهاي کوانتومي و غيره باعث شده که تحقيقات در زمينه نانو بهعنوان يک چالش اصلي علمي و صنعتي پيش روي جهانيان باشد. لذا محققين، اساتيد و صنعتگران ايراني نيز بايد در يک بسيج همگاني، جايگاه، موقعيت و وضعيت خويش را در خصوص اين موضوع مشخص نمايند و با يک برنامه ريزي علمي دقيق و کارشناسانه به حضوري فعال و حتي رقابتي سالم در اين جايگاه، عرضاندام و ابراز وجود نمايند و براي چنين کاري طراحي يک برنامه منسجم، فراگير و همه جانبه اجتنابناپذير است.
کاربردهای فناوری نانو ( ریز ذره)
علوم و فناوري نانو، عنصر ي اساسي در درک بهتر طبيعت در دهه‌هاي آتي خواهد بود. از جمله موارد مهم در آ ي نده، همکاريهاي تحقيقاتي ميان‌رشته‌ا‌ي، آموزش خاص و انتقال ايدهها و افراد به صنعت خواهد بود. بخشي از تاثيرات و کاربردهاي نانوتکنولوژي بهشرح زير ميباشد:
۱ – توليد ، مواد و محصولات صنعتی : 
نانوتکنولوژي Nanotechnology
نانوتکنولوژي تغيير بنياني مسيري است که در آينده، موجب ساخت مواد و ابزارها خواهد شد. امکان سنتز بلوک‌هاي ساختماني نانو با اندازه و ترکيب به دقت کنترل‌شده و سپس چيدن آنها در ساختارهاي بزرگتر، که داراي خواص و کارکرد منحصربه‌فرد باشند، انقلابي در مواد و فرآيندهاي توليد آنها، ايجاد مي‌کند.
محققين قادر به ايجاد ساختارهايي از مواد خواهند شد که در طبيعت نبوده و شيمي مرسوم نيز قادر به ايجادشان نبوده‌است. برخي از مزاياي نانوساختارها عبارتست از: مواد سبک‌تر، قوي‌تر و قابل برنامه‌ريزي ؛ کاهش هزينة عمر کاري از طريق کاهش دفعات نقص فني ؛ ابزارهايي نوين بر پاية اصول و معماري جديد ؛ بکارگيري کارخانجات مولکولي يا خوشه‌ا‌ي که مزيت مونتاژ مواد در سطح نانو را دارند.
۲-نانوتکنولوژی در پزشکی و بدن انسان: 
نانوتکنولوژي در پزشکي
رفتار مولکولي در مقياس نانومتر، سيستمهاي زنده را اداره مي‌کند. يعني مقياسي که شيمي، فيزيک، زيست‌شناسي و شبيه‌سازي کامپيوتري، همگي به آن سمت درحال گرايش هستند.
• فراتر از سهل‌شدن استفادة بهينه از دارو، نانوتکنولوژي ميتواند فرمولاسيون و مسيرهايي براي رهايش دارو ( Drug Delivery ) تهيه کند، که به‌نحو حيرت‌انگيزي توان درماني داروها را افزايش مي‌دهد.
• مواد زیست سازگار با کارآيي بالا، از توانايي بشر در کنترل نانوساختارها حاصل خواهدشد. نانومواد سنتزي معدني و آلي را مثل اجزاي فعال، مي‌توان براي اعمال نقش تشخيصي (مثل ذرات کوانتومي که براي مرئي‌سازي بکار مي‌رود) درون سلولها وارد نمود.
• افزايش توان محاسباتي بوسيلة نانوتکنولوژي، ترسيم وضعيت شبکه های ماکروملکولی را در محيط‌هاي واقعي ممکن مي‌سازد. اينگونه شبيه‌سازي‌ها براي بهبود قطعات کاشته‌شدة زيست‌سازگار در بدن و جهت فرآيند کشف دارو، الزامي خواهدبود.
۳- دوام‌پذيري منابع: کشاورزی ، آب، انرژي، مواد و محيط زيست پاک:
نانوتکنولوژي چنان چه ذکر شد، منجر به تغييراتي شگرف در استفاده از منابع طبيعي، انرژي و آب خواهد شد و پس اب و آلودگي را کاهش خواهدداد. همچنين فناوري‌هاي جديد، امکان بازيافت و استفادة مجدد از مواد، انرژي و آب را فراهم خواه ن د کرد. در زمينه محيط زيست ، علوم و مهندسي نانو، ميتواند تاثير قابل ملاحظه‌ا‌ي ، در درک مولکولي فرآيندهاي مقياس نانو که در طبيعت رخ مي‌دهد ؛ در ايجاد و درمان مسائل زيست‌محيطي از طريق کنترل انتشار آلاينده‌ها ؛ در توسعة فناوری سبز جديد که محصولات جانبي ناخواستة کمتري دارند و ي ا در جريانات و مناطق حاوي فاضلاب، داشته‌باشد. لازم به ذکراست، نانوتکنولوژي توان حذف آلودگي‌هاي کوچک از منابع آبي (کمتر از ۲۰۰ نانومتر) و هوا (زير ۲۰ نانومتر) و اندازه‌گيري و تخفيف مداوم آلودگي در مناطق بزرگتر را دارد.
فناوری نانو در کشاورزی
در زمينه انرژي ، نانوتکنولوژي ميتواند بهطور قابل ملاحظه‌ا‌ي کارآيي، ذخيره‌سازي و توليد انرژي را تحت تاثير قرار د ا د ه مصرف انرژي را پايين بياورد . به عنوان مثال، شرکتهاي مواد شيميايي، مواد پليمري تقويت‌شده با نانوذرات را ساخته‌اند که ميتواند جايگزين اجزاي فلزي بدنة اتومبيلها شود. استفاده گسترد ه ازاين نانوکامپوزيت‌ها ميتواند ساليانه ۵/۱ ميليارد ليتر صرفه‌جويي مصرف بنزين به همراه داشته‌باشد .
يا انتظار مي‌رود تغييرات عمده‌ا‌ي در فناوري روشنايي در ۱۰ سال آينده رخ دهد. مي‌توان نيمه‌هادي‌هاي مورد استفاده در ديودهاي نوراني ( LED ها) را به مقدار زياد در ابعاد نانو توليد کرد. در ا مريکا ، تقريبا” ۲۰% کل برق توليدي، صرف روشنايي (چه لامپهاي التهابي معمولي و چه فلوئورسنت) مي‌شود. مطابق پيش‌بيني‌ها در ۱۰ تا ۱۵ سال آينده ، پيشرفتهايي از اين دست ميتواند مصرف جهاني را بيش از ۱۰% کاهش دهد که ۱۰۰ ميليارد دلار در سال صرفه‌جويي و ۲۰۰ ميليون تن کاهش انتشار کربن را به‌همراه خواهدداشت .
۴ – تکنولوژي نانو در هوا و فضا :
محدوديت‌هاي شديد سوخت براي حمل بار به مدار زمين و ماوراي آن، و علاقه به فرستادن فضاپيما براي ماموريتهاي طولاني به مناطق دور از خورشيد ، کاهش مداوم اندازه، وزن و توان مصرفي را اجتنابناپذير مي‌سازد. مواد و ابزارآلات نانوساختاري، اميد حل اين مشکل را بوجود آورده‌است.
“نانوساختن” ( Nanofabrication ) همچنين در طراحي و ساخت مواد سبک‌وزن، پرقدرت و مقاوم در برابر حرارت، موردنياز براي هواپيماها، راکت‌ها، ايستگاههاي فضايي و سکوهاي اکتشافي سياره‌ا‌ي يا خورشيدي، تعيين‌کننده است. همچنين استفادة روزافزون از سيستمهاي کوچک‌شدة تمام خودکار، منجر به پيشرفتهاي شگرفي در فناوري ساخت و توليد خواهدشد. اين مساله با توجه به اينکه محيط فضا، نيروي جاذبة کم و خلا بالا دارد، موجب توسعة نانوساختار ها و سيستمهاي نانو – که ساخت آنها در زمين ممکن نيست- در فضا خواهدشد.
۵- کاربرد ریزذره ها در صنایع نظامی و امنيت ملي:
برخي کاربردهاي دفاعي ریز ذره ها عبارتند از: تسلط اطلاعاتي از طريق نانوالکترونيک پيشرفته بعنوان يک قابليت مهم نظامي ، امکان آموزش موثرتر نيرو، به کمک سيستمهاي واقعيت مجازي پيچيده‌تر حاصله از الکترونيک نانوساختاري ، استفادة بيشتر از اتوماسيون ونانوربات های پيشرفته براي جبران کاهش نيروي انساني نظامي، کاهش خطر براي سربازان و بهبود کارآيي خودروهاي نظامي ، دستيابي به کارآيي بالاتر (وزن کمتر و قدرت بيشتر) موردنياز در صحنه‌هاي نظامي و در عين‌حال تعداد دفعات نقص فني کمتر و ه ز ينة کمتر در عمر کاري تجهيزات نظامي ، پيشرفت در امر شناسايي و در نتيجه مراقبت عوامل شيميايي، زيستي و هسته‌ا‌ي ، بهبود طراحي در سيستمهاي مورد استفاده در کنترل و مديريت عدم تکثير سلاحهاي هسته‌ا‌ي ، تلفيق ابزارهاي نانو و ميکرومکانيکي جهت کنترل سيستمهاي دفاع هسته‌ا‌ي . در بسياري موارد، فرصتهاي اقتصادي و نظامي مکمل هم هستند. کاربردهاي درازمدت نانوتکنولوژي در زمينه‌هاي ديگر، پشتيباني کننده امنيت ملي است و بالعکس.
۶- کاربرد نانوتکنولوژي در صنعت الکترونیک
فناوری نانو در صنعت
ذخيره‌سازي اطلاعات در مقياس فوق العاده کوچک، با استفاده از اين فناوري مي‌توان ظرفيت ذخيره سازي اطلاعات را در حد ۱۰۰۰ برابر يا بيشتر افزايش دهد و نهايتاً به ساخت ابزارهاي ابرمحاسباتي به کوچکي يک ساعت مچي منتهي شود.
ظرفيت نهايي ذخيره اطلاعات به حدود يک ترابيت در هر اينچ ربع برسد، و اين امر موجب مي‌شود که ذخيره سازي ۵۰ عدد DVD يا بيشتر در يک هارد ديسک با ابعاد يک کارت اعتباري شود.
ساخت تراشه‌ها در اندازههاي فوقالعاده کوچک به عنوان مثال در اندازههاي ۳۲ تا ۹۰ نانو متر، توليد ديسک‌هاي نوري ۱۰۰ گيگا بايتي در اندازههاي کوچک نيز ميباشد.
تاریخچه فناوری نانو در جهان
چهل سال پيش Richard Feynman ، متخصص کوانتوم نظري و دارنده جايزه نوبل، درسخنراني معروف خود در سال ۱۹۵۹ با عنوان ” آن پايين فضاي بسياري هست “( Ther is plenty of room in the bottom ) به بررسي بعد رشد نيافته علم مواد پرداخت. وي درآن زمان اظهار داشت : “اصول فيزيک، تا آنجايي که من توانايي فهمش را دارم، بر خلاف امکان ساختن اتم به اتم چيزها حرفي نميزنند.” او فرض را بر اين قرار داد که اگر دانشمندان فرا گرفتهاند که چگونه ترانزيستورها و ديگر سازهها را با مقياسهاي کوچک بسازند، پس ما خواهيم توانست که آنها را کوچک و کوچکتر کنيم. در واقع آنها به مرزهاي حقيقيشان در لبههاي نامعلوم کوانتوم نزديک خواهند بود بهطوري که يک اتم را در مقابل ديگري بهگونهاي قرار دهيم که بتوانيم کوچکترين محصول مصنوعي و ساختگي ممکن را ايجاد کنيم.
با استفاده از اين فرمهاي بسيار کوچک چه وسايلي ميتوانيم ايجاد کنيم؟
Feynman ( مخترع نانو تکنولوژی) در ذهن خود يک “دکتر مولکولي” تصور کرد که صدها بار از يک سلول منحصربه فرد کوچکتر است و ميتواند به بدن انسان تزريق شود و درون بدن براي انجام کاري يا مطالعه و تاييد سلامتي سلولها و يا انجام اعمال ترميمي و بهطور کلي براي نگهداري بدن در سلامت کامل به سير بپردازد. در بحبوبه سالهاي صنعتي کلمه “بزرگ” از اهميت ويژهاي برخوردار بود. مثل علوم بزرگ، پروژههاي مهندسي بزرگ و غيره حتي کامپيوترها در دهه ۱۹۵۰ تمام طبقات ساختمان را اشغال ميکردند. ولي از وقتي Feynman نظرات و منطق خود را بازگو کرد، جهان روندي بهسوي کوچک شدن در پيش گرفت.
Marvin Minsky تفکرات بسيار باروري داشت که ميتوانست به انديشه هاي Feynman قوت ببخشد. Minsky پدر يابنده هوشهاي مصنوعي دهه ۷۰-۱۹۶۰ جهان را در تفکراتي که مربوط به آينده ميشد، رهبري ميکرد. در اواسط دهه ۷۰ ، Eric Drexler که يک دانشجوي فارغ التحصيل بود، Minskey را بهعنوان استاد راهنما جهت تکميل پاياننامهاش انتخاب کرد و او نيز اين مسئوليت را بر عهده گرفت. Drexler سبت به وسايل بسيار کوچک Feynman علاقهمند شده بود و قصد داشت تا در مورد تواناييهاي آنها به کاوش بپردازد.
Minskey نيز با وي موافقت کرد. Drexler در اوايل دهه ۸۰، درجه استادي خود را در رشته علوم کامپيوت
ر دريافت کرده بود و گروهي از دانشجويان را به صورت انجمني به دور خود جمع نموده بود. او افکار جوانترها را با يک سري ايدهها که خودش “نانوتکنولوژي” نامگذاري کرده، مشغول ميداشت. Drexler اولين مقاله علمي خود را در مورد نانوتکنولوژي مولکولي (MNT) در سال ۱۹۸۱ ارايه داد. او کتاب Engin of Creation:The Coming Era of Nanotechnology را در سال ۱۹۸۶ به چاپ رساند. Drexler تنها درجه دکتري در نانوتکنولوژي را در سال ۱۹۹۱ از دانشگاه MIT دريافت داشت. او يک پيشرو در طرح نانوتکنولوژي است و هماکنون رئيس استيتو Foresight و Research Fellow ميباشد.
ر دريافت کرده بود و گروهي از دانشجويان را به صورت انجمني به دور خود جمع نموده بود. او افکار جوانترها را با يک سري ايدهها که خودش “نانوتکنولوژي” نامگذاري کرده، مشغول ميداشت. Drexler اولين مقاله علمي خود را در مورد نانوتکنولوژي مولکولي (MNT) در سال ۱۹۸۱ ارايه داد. او کتاب Engin of Creation:The Coming Era of Nanotechnology را در سال ۱۹۸۶ به چاپ رساند. Drexler تنها درجه دکتري در نانوتکنولوژي را در سال ۱۹۹۱ از دانشگاه MIT دريافت داشت. او يک پيشرو در طرح نانوتکنولوژي است و هماکنون رئيس استيتو Foresight و Research Fellow ميباشد.تعيين بودجه هاي کلان در کشورهاي صنعتي براي تحقيقات در زمينه نانوتکنولوژي
بسياري از کشورهاي توسعه‌يافته و در حال توسعه (در حدود ۳۰ کشور)، برنامه‌هايي را در سطح ملي براي پشتيباني از فعاليتهاي تحقيقاتي و صنعتي نانوتکنولوژي تدوين و اجرا مي‌نمايند.
نانوتکنولوژي
زيرا ریزذره ها به عنوان انقلابي در شرف وقوع، آينده اقتصادي کشورها و جايگاه آنها در جهان را تحت تاثير جدي قرار خواهد داد و اين مس ا له در اين کشورها توسط صاحب‌نظران و محققان تبيين‌شده و براي مديران اجرايي به صورت يک امر شفاف و قطعي درآمده است. در بخشي از اين کشورها، در يکي دو سال اخير تحرکات شديدي از طرف دولتها براي سرعت بخشيدن به توسعه نانوتکنولوژي صورت گرفته و فعاليتهايي که تا قبل از اين به صورت خودجوش توسط محققان انجام مي‌گرفته است، با تشويق و حمايتهاي مستقيم دولت ادامه يافته‌اند که در اين قسمت نمودار ستوني ميزان سرمايه گذاري دولتها آورده شده است:
- ۳۱۶ بازديد
- ۰ نظر
