فناوري نانو تكنولوژي چيست؟

[SURENA]

نانوتکنولوژي، فناوري جديد است کهتمام دنيا را فرا گرفته است و به تعبير دقيقتر "نانوتکنولوژي بخشي از آينده نيستبکله همه آينده است" . در اين نوشتار بعد از تعريف نانوتکنولوژي و بيان کاربردهايآن دلايل و ضرورتهاي توجه به اين فناوري آورده شده است:

تعريف نانوتکنولوژي و آشنايي با آن

نانوتکنولوژی، توانمندي توليد مواد، ابزارها و سيستمهاي جديد با در دست گرفتن کنترل در سطوح ملکولي و اتمي و استفاده از خواص است که در آنسطوح ظاهر مي شود. از همين تعريف ساده برمي آيد که نانوتکنولوژی يکرشته جديد نيست، بلکه رويکردي جديد در تمام رشته هاست. براي نانوتکنولوژيکاربردهايي را در حوزه های مختلف از غذا، دارو، تشخيص پزشکي و بيوتکنولوژي تاالکترونيک، کامپيوتر، ارتباطات، حمل و نقل، انرژي، محيط زيست،مواد، هوافضا و امنيت ملي برشمرده اند.کاربردهاي وسيع اين عرصه به همراه پيامدهاياجتماعي، سياسي و حقوقي آن، اين فنآوري را به عنوان يک زمينهفرا رشته اي و فرابخش مطرح نموده است.

هر چند آزمايش ها و تحقيقات پيرامون نانوتکتولوژياز ابتداي دهه 80 قرن بيستم بطور جدي پيگيري شد، اما اثرات تحول آفرين، معجزه آسا وباورنکردني نانوتکنولوژي در روند تحقيق و توسعه باعث گرديد که نظر تمامي کشورهايبزرگ به اين موضوع جلب گردد و فناوري نانو را به عنوان يکي از مهمترين اولويتهايتحقيقاتي خويش طي دهه اول قرن بيست و يکم محسوب نمايند .

استفاده از اين فن آوري در کليه علوم پزشکي، پتروشيمي، علوم مواد، صنايع دفاعي، الکترونيک، کامپوترهاي کوانتومي و غيره باعث شدهکه تحقيقات در زمينه نانو به عنوان يک چالش اصلي علمي و صنعتي پيش رويجهانيان 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 يکبرنامه ريزي علمي دقيق و کارشناسانه به حضوري فعال و حتي رقابتي سالم دراين جايگاه، عرض اندام و ابراز وجود نمايند و براي چنين کاري طراحي يکبرنامه منسجم، فراگير و همه جانبه اجتناب ناپذير است.

نانوتكنولوژي و كاربردهاي آن

علوم و فناوري نانو، عنصر ي اساسي در درك بهتر طبيعت دردهه‌هاي آتي خواهد بود. از جمله موارد مهم در آ ي نده، همكاريهاي تحقيقاتيميان‌رشته‌ا‌ي، آموزش خاص و انتقال ايده‌ها و افراد به صنعت خواهد بود. بخشي ازتأثيرات و کاربردهاي نانوتکنولوژي به شرح زير مي‌باشد:

1 – توليد ، مواد و محصولات صنعتي :

نانوتكنولوژي تغيير بنياني مسيري است كه در آينده، موجبساخت مواد و ابزارها خواهد شد. امكان سنتز بلوك‌هاي ساختماني نانو با اندازه وتركيب به دقّت كنترل‌شده و سپس چيدن آنها در ساختارهاي بزرگتر، كه داراي خواص وكاركرد منحصربه‌فرد باشند، انقلابي در مواد و فرآيندهاي توليد آنها، ايجاد مي‌كند. محقّقين قادر به ايجاد ساختارهايي از مواد خواهند شد كه در طبيعت نبوده و شيميمرسوم نيز قادر به ايجادشان نبوده‌است. برخي از مزاياي نانوساختارها عبارتست از: مواد سبك‌تر، قوي‌تر و قابل برنامه‌ريزي ؛ كاهش هزينة عمر كاري از طريق كاهش دفعاتنقص فنّي ؛ ابزارهايي نوين بر پاية اصول و معماري جديد ؛ بكارگيري كارخانجاتمولكولي يا خوشه‌ا‌ي كه مزيّت مونتاژ مواد در سطح نانو را دارند.

2- پزشکي و بدن انسان:

رفتار مولكولي در مقياس نانومتر، سيستمهاي زنده را ادارهمي‌كند. يعني مقياسي كه شيمي، فيزيك، زيست‌شناسي و شبيه‌سازي كامپيوتري، همگي به آنسمت درحال گرايش هستند.

• فراتر از سهل‌شدن استفادة بهينه از دارو، نانوتكنولوژيمي‌تواند فرمولاسيون و مسيرهايي براي رهايش دارو ( Drug Delivery ) تهيه كند، كهبه‌نحو حيرت‌انگيزي توان درماني داروها را افزايش مي‌دهد.

• مواد زيست‌سازگار با كارآيي بالا، از توانايي بشر دركنترل نانوساختارها حاصل خواهدشد. نانومواد سنتزي معدني و آلي را مثل اجزاي فعّال،مي‌توان براي اعمال نقش تشخيصي (مثل ذرات كوانتومي كه براي مرئي‌سازي بكار مي‌رود) درون سلولها وارد نمود.

• افزايش توان محاسباتي بوسيلة نانوتكنولوژي، ترسيم وضعيتشبكه‌هاي ماكرومولكولي را در محيط‌هاي واقعي ممكن مي‌سازد. اينگونه شبيه‌سازي‌هابراي بهبود قطعات كاشته‌شدة زيست‌سازگار در بدن و جهت فرآيند كشف دارو، الزاميخواهدبود.

3- دوام‌پذيري منابع: كشاورزي، آب، انرژي، مواد و محيطزيست پاك:

نانوتكنولوژي چنان چ ه ذكر شد، منجر به تغييرات ي شگرف دراستفاده از منابع طبيعي، انرژي و آب خواهد شد و پس ا ب و آلودگي را كاهش خواهدداد. همچنين فنّاوري‌هاي جديد، امكان بازيافت و استفادة مجدد از مواد، انرژي و آب رافراهم خواه ن د كرد. در زمينه محيط زيست ، علوم و مهندسي نانو، مي‌تواند تأثير قابلملاحظه‌ا‌ي ، در درك مولكولي فرآيندهاي مقياس نانو كه در طبيعت رخ مي‌دهد ؛ درايجاد و درمان مسائل زيست‌محيطي از طريق كنترل انتشار آلاينده‌ها ؛ در توسعةفنّاوري‌هاي "سبز" جديد كه محصولات جانبي ناخواستة كمتري دارند و ي ا در جريانات ومناطق حاوي فاضلاب، داشته‌باشد. لازم به ذكراست، نانوتكنولوژي توان حذف آلودگي‌هايكوچك از منابع آبي (كمتر از 200 نانومتر) و هوا (زير 20 نانومتر) و اندازه‌گيري وتخفيف مداوم آلودگي در مناطق بزرگتر را دارد.

در زمينه انرژي ، نانوتكنولوژي مي‌تواند به‌طور قابل ملاحظه‌ا‌ي كارآيي، ذخيره‌سازي و توليد انرژي را تحت تأثير قرار د ا د ه مصرف انرژيرا پايين بياورد . به عنوان مثال، شركتهاي مواد شيميايي، مواد پليمري تقويت‌شده بانانوذرات را ساخته‌اند كه مي‌تواند جايگزين اجزاي فلزي بدنة اتومبيلها شود. استفادهگسترد ه ازاين نانوكامپوزيت‌ها مي‌تواند ساليانه 5/1 ميليارد ليتر صرفه‌جويي مصرفبنزين به ‌همراه داشته‌باشد .

يا انتظار مي‌رود تغييرات عمده‌ا‌ي در فنّاوري روشنايي در 10 سال آينده رخ دهد. مي‌توان نيمه‌هادي‌هاي مورد استفاده در ديودهاي نوراني ( LED ها) را به مقدار زياد در ابعاد نانو توليد كرد. در ا مريکا ، تقريبا" 20% كل برقتوليدي، صرف روشنايي (چه لامپهاي التهابي معمولي و چه فلوئورسنت) مي‌شود. مطابقپيش‌بيني‌ها در 10 تا 15 سال آينده ، پيشرفتهايي از اين دست مي‌تواند مصرف جهاني رابيش از 10% كاهش دهد كه 100 ميليارد دلار در سال صرفه‌جويي و 200 ميليون تن كاهشانتشار كربن را به‌همراه خواهدداشت .

4- هوا و فضا :

محدوديت‌هاي شديد سوخت براي حمل بار به مدار زمين و ماورايآن، و علاقه به فرستادن فضاپيما براي مأموريتهاي طولاني به مناطق دور از خورشيد ،كاهش مداوم اندازه، وزن و توان مصرفي را اجتناب‌ناپذير مي‌سازد. مواد و ابزارآلاتنانوساختاري، اميد حل اين مشكل را بوجود آورده‌است.

"نانوساختن" ( Nanofabrication ) همچنين در طرّاحي و ساختمواد سبك‌وزن، پرقدرت و مقاوم در برابر حرارت، موردنياز براي هواپيماها، راكت‌ها،ايستگاههاي فضايي و سكّوهاي اكتشافي سيّاره‌ا‌ي يا خورشيدي، تعيين‌كننده است. همچنين استفادة روزافزون از سيستمهاي كوچك‌شدة تمام خودكار، منجر به پيشرفتهايشگرفي 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 – كهساخت آنها در زمين ممكن نيست- در فضا خواهدشد.

5- امنيت ملّي:

برخي کاربردهاي دفاعي نانوتکنولوژي عبارتند از: تسلطاطّلاعاتي از طريق نانوالكترونيك پيشرفته بعنوان يك قابليت مهم نظامي ، امكان آموزشمؤثّرتر نيرو، به كمك سيستمهاي واقعيت مجازي پيچيده‌تر حاصله از الكترونيكنانوساختاري ، استفادة بيشتر از اتوماسيون و رباتيك پيشرفته براي جبران كاهش نيرويانساني نظامي، كاهش خطر براي سربازان و بهبود كارآيي خودروهاي نظامي ، دستيابي بهكارآيي بالاتر (وزن كمتر و قدرت بيشتر) موردنياز در صحنه‌هاي نظامي و در عين‌حالتعداد دفعات نقص فنّي كمتر و ه ز ينة كمتر در عمر كاري تجهيزات نظامي ، پيشرفت درامر شناسايي و در نتيجه مراقبت عوامل شيميايي، زيستي و هسته‌ا‌ي ، بهبود طرّاحي درسيستمهاي مورد استفاده در كنترل و مديريت عدم تكثير سلاحهاي هسته‌ا‌ي ، تلفيقابزارهاي نانو و ميكرومكانيكي جهت كنترل سيستمهاي دفاع هسته‌ا‌ي . در بسياري موارد،فرصتهاي اقتصادي و نظامي مكمّل هم هستند. كاربردهاي درازمدت نانوتكنولوژي درزمينه‌هاي ديگر، پشتيباني كننده امنيت ملّي است و بالعكس.

6- کاربرد نانوتکنولوژي در صنعت الکترونيک

ذخيره‌سازي اطلاعات در مقياس فوق‌ العاده کوچک، با استفادهاز اين فناوري مي‌توان ظرفيت ذخيره سازي اطلاعات را در حد 1000 برابر يا بيشترافزايش دهد و نهايتاً به ساخت ابزارهاي ابرمحاسباتي به کوچکي يک ساعت مچي منتهيشود.

ظرفيت نهايي ذخيره اطلاعات به حدود يک ترابيت در هر اينچربع برسد، و اين امر موجب مي‌شود که ذخيره‌ سازي 50 عدد DVD يا بيشتر در يک هاردديسک با ابعاد يک کارت اعتباري شود.

ساخت تراشه‌ها در اندازه هاي فوق العادهکوچک به عنوان مثال در اندازه هاي 32 تا 90 نانو متر، توليد ديسک‌هاي نوري100 گيگا بايتي در اندازه هاي کوچک نيز مي باشد.

تاريخچه فناوري نانو در جهان

چهل سال پيش Richard Feynman ، متخصص کوانتوم نظري و دارندهجايزه نوبل، درسخنراني معروف خود در سال 1959 با عنوان " آن پايين فضاي بسياري هست "( Ther is plenty of room in the bottom ) به بررسی بعد رشد نيافته علم موادپرداخت. وي درآن زمان اظهار داشت : "اصول فيزيک، تا آنجايي که من توانايي فهمش رادارم، بر خلاف امکان ساختن اتم به اتمچيزها حرفي نمي زنند." او فرض را براين قرار داد که اگر دانشمندان فرا گرفته اند که چگونه ترانزيستورها و ديگر سازههارا با مقياسهاي کوچک بسازند، پس ما خواهيم توانست که آنها را کوچک وکوچک تر کنيم. در واقع آنها به مرزهاي حقيقيشان در لبههاي نامعلوم کوانتومنزديک خواهند بود به طوري که يک اتم را در مقابل ديگري گونه اي قرار دهيم کهبتوانيم کوچکترين محصول مصنوعي و ساختگي ممکن را ايجاد کنيم.