• سلام دوستان کام به کام از اولین روز ماه مبارک رمضان دوباره شروع به فعالیت کرده است امید واریم که هیچ وقت دیگه این فعالیت قطع نشود و همیشه مستمر باشد با امید روزای بهتر

اشنایی با فناوری مهندسی نانو

yasi

عضو
اشنایی با فناوری مهندسی نانو



نانوتكنولوژي، فناوري جديد است كه تمام دنيا را فرا گرفته است و به تعبير دقيقتر "نانوتكنولوژي بخشي از آينده نيست بكله همه آينده است" . در اين نوشتار بعد از تعريف نانوتكنولوژي و بيان كاربردهاي آن دلايل و ضرورتهاي توجه به اين فناوري آورده شده است:





تعريف نانوتكنولوژي و آشنايي با آن




نانوتكنولوژي، توانمندي توليد مواد، ابزارها و سيستمهاي جديد با در دست گرفتن كنترل در سطوح ملكولي و اتمي و استفاده از خواص است كه در آن سطوح ظاهر مي*شود. از همين تعريف ساده برمي*آيد كه نانوتكنولوژي يك رشته جديد نيست، بلكه رويكردي جديد در تمام رشته هاست. براي نانوتكنولوژي كاربردهايي را در حوزه هاي مختلف از غذا، دارو، تشخيص پزشكي و بيوتكنولوژي تا الكترونيك، كامپيوتر، ارتباطات، حمل*و*نقل، انرژي، محيط زيست، مواد، هوافضا و امنيت ملي برشمرده اند.كاربردهاي وسيع اين عرصه به همراه پيامدهاي اجتماعي، سياسي و حقوقي آن، اين فن * آوري را به*عنوان يك زمينه فرا رشته*اي و فرابخش مطرح نموده است.


هر چند آزمايش*ها و تحقيقات پيرامون نانوتكتولوژي از ابتداي دهه 80 قرن بيستم بطور جدي پيگيري شد، اما اثرات تحول آفرين، معجزه آسا و باورنكردني نانوتكنولوژي در روند تحقيق و توسعه باعث گرديد كه نظر تمامي كشورهاي بزرگ به اين موضوع جلب گردد و فناوري نانو را به عنوان يكي از مهمترين اولويتهاي تحقيقاتي خويش طي دهه اول قرن بيست و يكم محسوب نمايند .
استفاده از اين فن*آوري در كليه علوم پزشكي، پتروشيمي، علوم مواد، صنايع دفاعي، الكترونيك، كامپوترهاي كوانتومي و غيره باعث شده كه تحقيقات در زمينه نانو به*عنوان يك چالش اصلي علمي و صنعتي پيش روي جهانيان باشد. لذا محققين، اساتيد و صنعتگران ايراني نيز بايد در يك بسيج همگاني، جايگاه، موقعيت و وضعيت خويش را در خصوص اين موضوع مشخص نمايند و با يك برنامه*ريزي علمي دقيق و كارشناسانه به حضوري فعال و حتي رقابتي سالم در اين جايگاه، عرض*اندام و ابراز وجود نمايند و براي چنين كاري طراحي يك برنامه منسجم، فراگير و همه جانبه اجتناب*ناپذير است.
[h=3]نانوتكنولوژي و كاربردهاي آن[/h]علوم و فناوري نانو، عنصر ي اساسي در درك بهتر طبيعت در دهه*هاي آتي خواهد بود. از جمله موارد مهم در آ ي نده، همكاريهاي تحقيقاتي ميان*رشته*ا*ي، آموزش خاص و انتقال ايده*ها و افراد به صنعت خواهد بود. بخشي از تأثيرات و كاربردهاي نانوتكنولوژي به*شرح زير مي*باشد:
[h=2]1 – توليد ، مواد و محصولات صنعتي :[/h]
نانوتكنولوژي تغيير بنياني مسيري است كه در آينده، موجب ساخت مواد و ابزارها خواهد شد. امكان سنتز بلوك*هاي ساختماني نانو با اندازه و تركيب به دقّت كنترل*شده و سپس چيدن آنها در ساختارهاي بزرگتر، كه داراي خواص و كاركرد منحصربه*فرد باشند، انقلابي در مواد و فرآيندهاي توليد آنها، ايجاد مي*كند. محقّقين قادر به ايجاد ساختارهايي از مواد خواهند شد كه در طبيعت نبوده و شيمي مرسوم نيز قادر به ايجادشان نبوده*است. برخي از مزاياي نانوساختارها عبارتست از: مواد سبك*تر، قوي*تر و قابل برنامه*ريزي ؛ كاهش هزينة عمر كاري از طريق كاهش دفعات نقص فنّي ؛ ابزارهايي نوين بر پاية اصول و معماري جديد ؛ بكارگيري كارخانجات مولكولي يا خوشه*ا*ي كه مزيّت مونتاژ مواد در سطح نانو را دارند.


[h=2]2- پزشكي و بدن انسان:[/h]
رفتار مولكولي در مقياس نانومتر، سيستمهاي زنده را اداره مي*كند. يعني مقياسي كه شيمي، فيزيك، زيست*شناسي و شبيه*سازي كامپيوتري، همگي به آن سمت درحال گرايش هستند.


• فراتر از سهل*شدن استفادة بهينه از دارو، نانوتكنولوژي مي*تواند فرمولاسيون و مسيرهايي براي رهايش دارو ( Drug Delivery ) تهيه كند، كه به*نحو حيرت*انگيزي توان درماني داروها را افزايش مي*دهد.
• مواد زيست*سازگار با كارآيي بالا، از توانايي بشر در كنترل نانوساختارها حاصل خواهدشد. نانومواد سنتزي معدني و آلي را مثل اجزاي فعّال، مي*توان براي اعمال نقش تشخيصي (مثل ذرات كوانتومي كه براي مرئي*سازي بكار مي*رود) درون سلولها وارد نمود.
• افزايش توان محاسباتي بوسيلة نانوتكنولوژي، ترسيم وضعيت شبكه*هاي ماكرومولكولي را در محيط*هاي واقعي ممكن مي*سازد. اينگونه شبيه*سازي*ها براي بهبود قطعات كاشته*شدة زيست*سازگار در بدن و جهت فرآيند كشف دارو، الزامي خواهدبود.
[h=2]3- دوام*پذيري منابع: كشاورزي، آب، انرژي، مواد و محيط زيست پاك:[/h]نانوتكنولوژي چنان چ ه ذكر شد، منجر به تغييرات ي شگرف در استفاده از منابع طبيعي، انرژي و آب خواهد شد و پس ا ب و آلودگي را كاهش خواهدداد. همچنين فنّاوري*هاي جديد، امكان بازيافت و استفادة مجدد از مواد، انرژي و آب را فراهم خواه ن د كرد. در زمينه محيط زيست ، علوم و مهندسي نانو، مي*تواند تأثير قابل ملاحظه*ا*ي ، در درك مولكولي فرآيندهاي مقياس نانو كه در طبيعت رخ مي*دهد ؛ در ايجاد و درمان مسائل زيست*محيطي از طريق كنترل انتشار آلاينده*ها ؛ در توسعة فنّاوري*هاي "سبز" جديد كه محصولات جانبي ناخواستة كمتري دارند و ي ا در جريانات و مناطق حاوي فاضلاب، داشته*باشد. لازم به ذكراست، نانوتكنولوژي توان حذف آلودگي*هاي كوچك از منابع آبي (كمتر از 200 نانومتر) و هوا (زير 20 نانومتر) و اندازه*گيري و تخفيف مداوم آلودگي در مناطق بزرگتر را دارد.
در زمينه انرژي ، نانوتكنولوژي مي*تواند به*طور قابل ملاحظه*ا*ي كارآيي، ذخيره*سازي و توليد انرژي را تحت تأثير قرار د ا د ه مصرف انرژي را پايين بياورد . به عنوان مثال، شركتهاي مواد شيميايي، مواد پليمري تقويت*شده با نانوذرات را ساخته*اند كه مي*تواند جايگزين اجزاي فلزي بدنة اتومبيلها شود. استفاده گسترد ه ازاين نانوكامپوزيت*ها مي*تواند ساليانه 5/1 ميليارد ليتر صرفه*جويي مصرف بنزين به *همراه داشته*باشد .
يا انتظار مي*رود تغييرات عمده*ا*ي در فنّاوري روشنايي در 10 سال آينده رخ دهد. مي*توان نيمه*هادي*هاي مورد استفاده در ديودهاي نوراني ( LED ها) را به مقدار زياد در ابعاد نانو توليد كرد. در ا مريكا ، تقريبا" 20% كل برق توليدي، صرف روشنايي (چه لامپهاي التهابي معمولي و چه فلوئورسنت) مي*شود. مطابق پيش*بيني*ها در 10 تا 15 سال آينده ، پيشرفتهايي از اين دست مي*تواند مصرف جهاني را بيش از 10% كاهش دهد كه 100 ميليارد دلار در سال صرفه*جويي و 200 ميليون تن كاهش انتشار كربن را به*همراه خواهدداشت .
[h=2]4 - هوا * و * فضا :[/h]محدوديت*هاي شديد سوخت براي حمل بار به مدار زمين و ماوراي آن، و علاقه به فرستادن فضاپيما براي مأموريتهاي طولاني به مناطق دور از خورشيد ، كاهش مداوم اندازه، وزن و توان مصرفي را اجتناب*ناپذير مي*سازد. مواد و ابزارآلات نانوساختاري، اميد حل اين مشكل را بوجود آورده*است.
"نانوساختن" ( Nanofabrication ) همچنين در طرّاحي و ساخت مواد سبك*وزن، پرقدرت و مقاوم در برابر حرارت، موردنياز براي هواپيماها، راكت*ها، ايستگاههاي فضايي و سكّوهاي اكتشافي سيّاره*ا*ي يا خورشيدي، تعيين*كننده است. همچنين استفادة روزافزون از سيستمهاي كوچك*شدة تمام خودكار، منجر به پيشرفتهاي شگرفي در فنّاوري ساخت و توليد خواهدشد. اين مسأله با توجه به اينكه محيط فضا، نيروي جاذبة كم و خلأ بالا دارد، موجب توسعة نانوساختارها و سيستمهاي نانو – كه ساخت آنها در زمين ممكن نيست- در فضا خواهدشد.
[h=2]5- امنيت ملّي:[/h]برخي كاربردهاي دفاعي نانوتكنولوژي عبارتند از: تسلط اطّلاعاتي از طريق نانوالكترونيك پيشرفته بعنوان يك قابليت مهم نظامي ، امكان آموزش مؤثّرتر نيرو، به كمك سيستمهاي واقعيت مجازي پيچيده*تر حاصله از الكترونيك نانوساختاري ، استفادة بيشتر از اتوماسيون و رباتيك پيشرفته براي جبران كاهش نيروي انساني نظامي، كاهش خطر براي سربازان و بهبود كارآيي خودروهاي نظامي ، دستيابي به كارآيي بالاتر (وزن كمتر و قدرت بيشتر) موردنياز در صحنه*هاي نظامي و در عين*حال تعداد دفعات نقص فنّي كمتر و ه ز ينة كمتر در عمر كاري تجهيزات نظامي ، پيشرفت در امر شناسايي و در نتيجه مراقبت عوامل شيميايي، زيستي و هسته*ا*ي ، بهبود طرّاحي در سيستمهاي مورد استفاده در كنترل و مديريت عدم تكثير سلاحهاي هسته*ا*ي ، تلفيق ابزارهاي نانو و ميكرومكانيكي جهت كنترل سيستمهاي دفاع هسته*ا*ي . در بسياري موارد، فرصتهاي اقتصادي و نظامي مكمّل هم هستند. كاربردهاي درازمدت نانوتكنولوژي در زمينه*هاي ديگر، پشتيباني كننده امنيت ملّي است و بالعكس.
[h=2]6- كاربرد نانوتكنولوژي در صنعت الكترونيك[/h]ذخيره*سازي اطلاعات در مقياس فوق* العاده كوچك، با استفاده از اين فناوري مي*توان ظرفيت ذخيره سازي اطلاعات را در حد 1000 برابر يا بيشتر افزايش دهد و نهايتاً به ساخت ابزارهاي ابرمحاسباتي به كوچكي يك ساعت مچي منتهي شود.
ظرفيت نهايي ذخيره اطلاعات به حدود يك ترابيت در هر اينچ ربع برسد، و اين امر موجب مي*شود كه ذخيره* سازي 50 عدد DVD يا بيشتر در يك هارد ديسك با ابعاد يك كارت اعتباري شود.
ساخت تراشه*ها در اندازه*هاي فوق*العاده كوچك به عنوان مثال در اندازه*هاي 32 تا 90 نانو متر، توليد ديسك*هاي نوري 100 گيگا بايتي در اندازه*هاي كوچك نيز مي*باشد.




تاريخچه فناوري نانو در جهان




چهل سال پيش Richard Feynman ، متخصص كوانتوم نظري و دارنده جايزه نوبل، درسخنراني معروف خود در سال 1959 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 فيزيك، تا آنجايي كه من توانايي فهمش را دارم، بر خلاف امكان ساختن اتم به اتم چيزها حرفي نمي*زنند."


او فرض را بر اين قرار داد كه اگر دانشمندان فرا گرفته*اند كه چگونه ترانزيستورها و ديگر سازه*ها را با مقياسهاي كوچك بسازند، پس ما خواهيم توانست كه آنها را كوچك و كوچك*تر كنيم. در واقع آنها به مرزهاي حقيقي*شان در لبه*هاي نامعلوم كوانتوم نزديك خواهند بود به*طوري كه يك اتم را در مقابل ديگري به*گونه*اي قرار دهيم كه بتوانيم كوچكترين محصول مصنوعي و ساختگي ممكن را ايجاد كنيم.




با استفاده از اين فرمهاي بسيار كوچك چه وسايلي مي*توانيم ايجاد كنيم؟
Feynman در ذهن خود يك "دكتر مولكولي" تصور كرد كه صدها بار از يك سلول منحصربه فرد كوچكتر است و مي*تواند به بدن انسان تزريق شود و درون بدن براي انجام كاري يا مطالعه و تاييد سلامتي سلولها و يا انجام اعمال ترميمي و به*طور كلي براي نگهداري بدن در سلامت كامل به سير بپردازد. در بحبوبه سالهاي صنعتي كلمه "بزرگ" از اهميت ويژه*اي برخوردار بود. مثل علوم بزرگ، پروژه*هاي مهندسي بزرگ و غيره حتي كامپيوترها در دهه 1950 تمام طبقات ساختمان