نانو فناوری
مقدمه :
"فضای زیادی در سطوح پایین وجود دارد " این گفته ریچارد فاینمن فیزیکدان بزرگ امریکایی در سال 1959 بود که برای اولین بار مفهومی نو را به دنیای علوم و فناوری معرفی کرد , مفهومی که این روز ها بعنوان نانو فناوری شناخته می شود و انتظار تحولاتی شگرف در زندگی با بکارگیری این فناوری می رود ( There"s plenty of room at the bottom).
در سال 1974 نوریو تانیگوچی استاد دانشگاه علوم تو کیو عبارت نانوفناوری را در مقاله برای اولین بار تعریف کرد و بدین ترتیب قدمها مدون شدن این فناوری را گذاشت . تعریفی که این روزها با تمامی گسترشی که یافته است اما هنوز به عنوان سنگ بنای مفهوم نانوفناوری شناخته می شود .
شاید بتوان گام اساسی بعد را به اریک دکسلر امریکایی نسبت داد ، که با انتشار کتابی به نام " موتور آفرینش : مبدا دوران فناوری نانو " در سال 1986 باعث شد توجهات زیادی به این فناوری توانا جلب شود. خیلی ها این کتاب را اولین کتاب منتشر شده در این زمینه می دانند . کتاب بعدی او یعنی " نانو سیستم ها ماشین های مولکولی چگونگی ساخت و محاسبات آنها " کتاب بعدی دکسلر بود که خود مفاهیم زیادی از نانئ تکنولوژِی را تبین نمود .
همچنین شایان ذکر است که با دو تحول عمده در دهه 80 میلادی توانایی بشر برای کار بروی این فناوری گسترش یافت که اولین مورد توسع و بسط علوم شاخه ای ( cluster science ) و دومین مورد ابداع و ساخت میکروسکوپ روبشی تونلی (STM) بود .
تعریف و شرح :
نانو در واقع پیشوندی از مقیاس است که برابر با -9^10 برابر از یک کمیت را به ما معرفی می نماید ، به فرض مثال هر نانومتر برابر است با یک میلیاردم متر و یا هر نانوگرم برابر است با یک میلیاردم گرم .
اما آنچه برای ما از این مقیاس حایز اهمیت گردید است ، کاربرد آن همراه با کمیت طول است یا به عبارت بهتر نانو متر . یک نانومتر قطر 10 اتم هیدروژن کنار یکدیگر است و 5 اتم سیلسیم که در کنار هم قرار گرفته اند اندازه ای برابر با یک نانو متر دارند ، همچنین یک DNA دارای قطری 2 نانو متری ست . و به زبانی ساده تر می توان گفت نسبت یک نانو متر به یک متر نسبت اندازه یک تیله کوچک به اندازه کره زمین است .
محدوده 1 تا 100 نانومتر محدوده ای از اندازه است که فناوری نانو بروی این محدوده از اندازه ها تمرکز دارد . آنچه این محدوده از کمیت طول را برای ما حائز اهمیت نموده ، خواص متفاوت و بدیعی ست که از مواد در این محدوده مشاهده نموده ایم در بین این خواص می توان ازبرخی از مهمترین آنها یعنی خواص الکتریکی، اپتیکی، مکانیکی، مقاومت فیزیکی و خوردگی مواد نامبرد. که این تغییر خواص بطور کلی به تغییر قوانین فیزیکی حاکم بر این ابعاد باز می گردد، از جمله این قوانین می توان مکانیک آماری و کوانتوم فیزیک را ذکر نمود .
اولین تعریف از این فناوری که به تانیگوچی باز می گردد عبارت است از :
"نانوفناوری اساساً شامل پردازش ، جداسازی ، ترکیب و تجزیه مواد در حد یک اتم و یا یک مولکول است "
این روز ها تعاریف متفاوتی بر حسب علوم و فناوری هایی که نانو فناوری در آن بکار می رود وجود دارد و در بسیاری از کتاب های مرجع نیز قابل دسترسی ست. از آن جمله می توان به تعریف زیر اشاره نمود :
نانوفناوری عبارت است از :
توسعه فناوری و تحقیقات در سطوح اتمی , مولکولی و یا ماکرومولکولی در مقیاس 1 تا 100 نانومتر
خلق و استفاده از ساختار ها و ابزار و سیستم هایی که به خاطر اندازه کوچک آنها خواص و عملکرد متفاوتی را نشان می دهند .
توانایی دستکاری و کنترل در ابعاد اتمی و مولکولی
بطور ساده فناوری نانو بررسی خواص مواد در ابعاد نانومتری جهت بکارگیری آنها در شاخه های مختلف علوم و فنون است تا بواسطه ی این فناوری برخی از کاربرد های جدید را از مواد معرفی و یا اینکه در برخی از کاربردهای موجود اصلاحاتی جهت کارکرد بهینه بوجود آوریم .
عناصری که از خود در ابعاد نانومتری خواص متفاوتی نسبت به مقیاس بزرگ خود نشان می دهند بعنوان عناصر پایه شناخته می شوند ، بدین جهت است که نانو فناوری را فناوری عناصر پایه نیز می خوانند. از مهمترین این عناصر عبارتند از نانو ذرات ، مثل نانو ذرات طلا ، نقره و مس و غیره ، نانوسیمهای ، نانونقطه ها ، نانو لوله های کربنی .
دو روش کلی برای ساخت ساختار ها و مواد های مقیاس نانومتر وجود دارد :
روش بالا به پایین ( top-down) : در این روش مواد در ابعاد بزرگ و بصورت توده ای را با روش هایی نظیر لیتوگرافی اصلاح و شکل می دهیم، این روش همچون تراشیدن مجسم ای زیبا از یک تخته سنگ می باشد.
روش پایین به بالا ( bottom-up) : در این شیوه با استفاده از چیدن اتمها و مولکول ها در کنار یکدیگر ساختار مورد نظر را بوجود می آوریم، این روش همانند بنا کردن ساختمانی زیبا از آجر و مصالح است.
کاربرد :
کاربرد نانو فناوری بر اساس عناصر پایه و بکاربستن خواص جدید آنها در فناوری ها، علوم و صنایع مختلف نمود پیدا کرده است. و حتی این روز به درون خانه های مردم نیاز قدم گذاشته است .طبق آماری که در 21 اگوست 2008 تهیه شده است فقط در حدود 800 مورد کالای مصرفی در بازار های جهانی موجود بوده در حالی که بطور میانگین این عدد با رشدی در حدود 3 تا 4 کالای جدید در روز همراه است، از طرف دیگر به واسطه هزینه بالای تولید بسیاری از محصولات بر اساس فناوری نانو اینگونه محصولات همچنان وارد بازار نشده اند و بسیاری از محصولات این فناوری در صنایع بزرگ نظیر صنعت نفت ، تولیدات نظامی و تحقیقات بکار می رود.
از جمله مهمترین کاربردهای نانوفناوری این روز ها می توان کاربرد وسیع نانو مواد را برشمرد. نانو مواد جدیدی مثل نانو لوله های کربنی که دارای استحکام بالایی هستند، بعد از کشف شدن در دهه 80 میلادی به سرعت جایگاه خود را در صنایع مختلف باز کردند ، این ساختار یگانه دارای خواص مفید دیگری از قبیل فیلتراسیون فوق العاده و رسانش الکتریکی مناسبی می باشند و بو اسطه این خواص روز به روز بر استفاده آنها افزورده می شود .
از طرفی برخی مواد نانو متری نسبت به مقیاس بزرگ خود خواص متفاوت و در نتیجه کاربرد جدیدی را معرفی نموده اند ، بطور مثال نانو ذرات طلا که در مقیاس بزرگ فلز خنثی ست در ابعاد نانو متری به شدت فعال هستند و بعنوان کاتالیزور در صنایع نفت بکار گرفته می شوند، بعلاوه آنکه نانو ذرات طلا در این ابعاد رنگ متفاوتی از خود نشان می دهند .
برخی نانو مواد بواسطه اندازه شان دارای برهمکنشی با ساختار های زنده اند و از این رو قابل استفاده بعنوان نانو دارو و مواد ضد عفونی کننده هستند . از آن دست نانو ذرات نقره اند که در ساختار های ضد باکتری جدید کاربرد گسترده پیدا کرده اند .
ساختار های نانو متری همچنین کاربرد گسترده در الکترونیک پیدا کرده اند به گونه ای که این روزها در یک تراشه core2 بیش از 700,000,000 ترازیستور وجود دارد .
زیر شاخه :
می توان چنین گفت که نانو فناوری امروز وارد تمامی شاخه های علوم و فنون شده است و هر روز جنبه کاربردی جدیدی از آن مورد بهره برداری قرار می گیرد. از مهمترین زیر شاخه های نانو فناوری می توان نانو مواد ، نانو فیزیک ، فناوری زیستی نانو مقیاس و موارد بسیار دیگر را نامبرد . همچنین به واسطه ماهیت این فناوری نوین دانشمندان و متخصصان به پیوند علوم گوناگون پرداخته اند به فرض مثال این روز ها متخصصصان نانو مواد می بایست اصول کوانتوم را که از زیر شاخه های فیزیک است را بیاموزند .
خلاصه وضعیت در ایران :
نانو فناوری بعنوان یکی از علوم متحول کننده (turning point of technology ) شناخته می شود لذا براساس آنچه در باره این علوم مرسوم است بعنوان برنامه هایی دولتی و با سرمایه گذاری های دولتی پی گیری می شود . جمهوری اسلامی ایران در مورد این فناوری عکس العملی نسبتاً مناسب و به موقع نشان داد. در سال 1382 به دستور رئیس جمهور وقت ستاد ویژه توسعه فناوری نانو تشکیل شد و بلافاصله اولین سند راهبردی فناوری نانو با نام " سند راهبرد آینده" را تدوین نمود . که از اهداف آن سیاستگذاری کلان در این شاخه و هدفمند کردن بودجه علمی دولتی اختصاص یافته در این زمینه بود .
دانشگاه ها و مراکز تحقیقاتی عمده در این زمینه در ایران فعالند که از آن جمله دانشگاه صنعتی شریف و مرکز تحقیقات نظری فیزیک و ریاضی ایران را می توان نامبرد و خوشبختانه صنایع بسیاری در این زمینه در ایران فعالیت دارند که باعث شده ایران بعنوان کشوری قدرتمند در این زمینه فعال باشد .
برای کسب اطلاعات بیشتر بهتر است به یکی سایت های زیر مراجعه کنید :
