نانو تکنولوژی

نانو تکنولوژی چیست؟

نانو تکنولوژی

نانو تکنولوژی یا به عبارتی فناوری مادون ریز در دو دهه اخیر پیشرفت هایی را در تکنولوژی وسایل و مواد با ابعاد بسیار کوچک به دست آورده است و به سوی تحولی فوق العاده که تمدن بشری را تا پایان این قرن دگرگون خواهد کرد، پیش می رود.     

             

برای احساس اندازه های مادون ریز ، قطر موی سر انسان را که یک دهم میلی متر است در نظر بگیرید ، یک نانو متر ۱۰۰ هزار برابر کوچک تر است. تکنولوژی و مهندسی در قرن جدید با وسایل اندازه گیری و تولیداتی سر و کار خواهند داشت که چنین ابعاد مادون ریزی دارند . در حال حاضر پروسه هایی در ابعاد چند مولکولی قابل طراحی و کنترل است . همچنین خواص مکانیکی ، شیمیایی ، الکتریکی ، مغناطیسی ، نوری و … مواد در لایه ها در حدود ابعاد نانو متر قابل درک و تحلیل و سنجش است .

نانو تکنولوژی در قرن حاضر مسیری را طی می کند که در آن مواد مادون ریز را باید ترکیب کرد تا دانه های بزرگ تر و کارآمد به وجود آورد . درست همان روشی که در طبیعت برای تولید کردن حاکم است .
مجموعه های طبیعی ، ترکیبی از دانه های مادون ریز قابل تشخیص با خواص مشابه و یا متفاوت با اندازه های در حدود نانو است .اکثر تحقیقات در فناوری های مادون ریز هم اکنون در درمان بیماری ها و یا دست یافتن به مواد جدید به ظهور رسیده است و موارد بسیاری در مرحله تحقیقات کاربردی و آزمایشی است . اکنون ساخت رایانه های بسیار کوچک تر و میلیون ها بار سریع تر در دستور کار شرکت های تحقیقاتی قرار دارد .

در بیانی کوتاه نانو تکنولوژی یک فرآیند تولید مولکولی است . همان طور که طبیعت مجموعه ها را به طور خودکار مولکول به مولکول ساخته و روی هم مونتاژ کرده است . ما هم باید برای تولید محصولات جدید با این اعتقاد که هر چه در طبیعت تولید شده ، قابل تولید در آزمایشگاه نیز هست ، نظیر طبیعت راهی پیدا کنیم . البته منظور این نیست که چند هسته از مواد را تولید کنیم و با رساندن انرژی و خوراک پس از چند سال یک نیروگاه از آن بسازیم که شهری را برق دهد . بلکه برای ترکیب و تکامل خودکار تولیدات مادون ریز که به نحوی در مجموعه های بزرگ تر مصرف دارد راهی بیابیم . در اندازه های مادون ریز روش ها و ابزار آلات متعارف فیزیکی جوابگو نیستند . برای ساختن ماشین های مولکولی باید روش پروسه های طبیعی را دنبال کرد که
بحث های مفصل و کارشناسانه ای را در پی دارد .

نانو تکنولوژی یک فناوری عام و فراگیر است

 در بسیاری از فناوری های دیگر کاربرد داشته و در بعضی از آنها ایجاد تحول می کند .

برخی از تأثیرات نانو تکنولوژی به اختصار در زیر آمده است :

نانو تکنولوژی چیست  تأثیر زیاد نانو تکنولوژی در تولید خلاقیت و کارآفرینی

–  تأثیر زیاد نانو تکنولوژی در رفاه و زندگی مردم

– تأثیر زیاد نانو تکنولوژی بر امنیت و دفاع ملی

– تأثیر نانو تکنولوژی در حفظ محیط زیست

–  نانو تکنولوژی تمام دستاوردهای گذشته بشر را که در ماده تحقق یافته است ، متحول می سازد 

–  نانو تکنولوژی باعث همگرایی رشته های علمی و تخصص های مختلف می شود .

–  نانو تکنولوژی رقیب سایر فناوری ها نیست بلکه مکمل آنهاست .

 کاربردهای نانو تکنولوژی همه جا همراه با هزینه کمتر ، دوام و عمر بیشتر ، مصرف انرژی کمتر ، هزینه نگهداری کمتر و خواص بهتر است .

نانو تکنولوژی مولکولی، علمی است که ما را قادر به ساختن مواد از اتم ها می سازد و در این صورت ما توانایی آرایش دوباره مواد را با دقت اتمی خواهیم داشت .

نانو تکنولوژی ، توانمندی تولید مواد ، ابزارها و سیستم های جدید با در دست گرفتن کنترل در سطوح مولکولی واقعی و استفاده از خواصی است که در آن سطوح ظاهر می شود .

انقلابی که توسط نانو تکنولوژی در دهه های آینده به وجود خواهد آمد ، پیشرفت های غیرمنتظره ای را در عرصه های مختلف وعده می دهد . تحولات اقتصادی ، صنعتی و روش های مناسب حفظ سلامتی و ایجاد محیطی دلپذیر از پیامدهای این تکنولوژی است .

به کمک نانو تکنولوژی در آینده ای نه چندان دور !!!

– خانه هایی ساخته خواهد شد که آجرهای آن در صورت بروز هرگونه ترک خوردگی ، خودشان را ترمیم و بازسازی می کنند .

–  اتومبیل ها با لایه ای نازک اما به استحکام الماس پوشانده می شود که در مقابل هرگونه خراش و ضربه محافظت می شوند .

–  پزشکان صدها نوع بیماری را تنها با قرار دادن یک قطره خون در یک دستگاه تشخیص داده و پس از چند ثانیه نتیجه را دریافت می کنند .

لباس هایی تولید میشوند که در سرما و گرما دمای بدن را همواره در حالت تعادل نگه داشته و در تمام فصول قابل استفاده می باشند و به دلیل کیفیت بافت مولکولی کثیف نشده و نیازی به شستشو ندارند .

–  ظروف غذاخوری و لوازمی تولید می شود که برای تمیزکردن آنها نیاز به هیچ گونه ماده شوینده ای نیست و تنها با آب پاک می شوند .

–  کفش هایی تولید می شوند که با وجود صاف بودن کف آن هرگز بر روی یخ و برف نمی لغزند .

–  با استفاده از نانو تکنولوژی قادر خواهیم بود یک گلوله کالیبر ۴۵ را با یک سطح نازک و سبک مثل ورق کاغذ متوقف کنیم .

–  آسانسور فضایی از دیگر دستاوردهای نانو تکنولوژی است که انسان را از زمین به فضا می برد و از نظر تئوری می توان این آسانسور را با استفاده از CNT ساخت (CNT لوله های استوانه ای با ضخامت یک اتم هستند که دارای خاصیت فلزی یا نیمه فلزی هستند)

–  به کمک نانو تکنولوژی می توان حدود ۲۵۰ میلیون حرف نانومتری را که معادل ۳۰۰ کتاب ۳۰۰ صفحه ای است . بر روی سطح مقطع یک موی انسان نوشت .

نانو تکنولوژی می تواند تغییرات اساسی در زمینه تولید ، سلامتی بشر ، ذخایر انرژی ، پزشکی ، دارویی ، حمل و نقل ، کشاورزی ، ارتش و … ایجاد کند .بسیار مهم است که مردم برای پیشرفتی غیرمنتظره و تکنولوژیکی آماده شوند این موج به آرامی در راه است .

 دانشمندان نیز به تازگی بر این باورند که دوره کشف علوم جدید به پایان رسیده است. شاید موقع آن فرا رسیده، تا از زاویه ای دیگر به علوم مختلف نگاه کنیم. آنها معتقدند ما می توانیم با تغییر در خواص مولکولی مواد کارایی شان را بهبود دهیم. به همین دلیل از نانو بعنوان یک تکنولوژی و یا یک فن آوری نوین نام برده می شود، نه علمی که تازه بشر آنرا کشف کرده است. نانو تکنولوژی با نگاهی مجدد به وسایل، سیستم ها و موادی که تاکنون ساخته شده اند، سعی در برطرف کردن عیوب آنها دارد.

۲- تعریف فناوری نانو از منابع مختلف

یک نانومتر یک هزارم میکرون است و اگر بخواهیم احساس فیزیکی نسبت به آن داشته باشیم می‌توان گفت که یک نانومتر ۸۰۰۰۰/۱قطر موی انسان می ‌باشد اما این تعریف مقیاس نانو، نمی تواند مقایسه درستی باشد چرا که ضخامت موی انسان با توجه خصوصیات فردی هرانسان از چند ده میکرو متر تا چند صد میکرومتر متغیر می باشد.

بنابراین نیاز به یک استاندارد برای بیان مفهوم مقیاس نانو وجود دارد. با ایجاد ارتباط میان اندازه اتم‌ ها و مقیاس نانو می ‌توان یک نانومتر را راحت‌تر تصور کرد. یک نانومتر برابر قطر ۱۰ اتم هیدروژن و یا ۵ اتم سیلسیم می ‌باشد. درک این موضوع برای افراد معمولی نیز راحت‌ تر می ‌باشد. علی ‌رغم اینکه درک اندازه یک اتم برای افراد غیر علمی ساده نمی ‌باشد، با این حال اندازه دقیق اتم برای فهماندن این مقیاس زیاد اهمیت ندارد. چیزی که با این تشابه مشخص می ‌شود، این است که نانو فناوری عبارت است از:

 ۲-۱- دستکاری کوچکترین اجزاء ماده یا اتم‌ ها

فناوری نانو عبارت است از هنر دستکاری مواد در مقیاس اتمی یا مولکولی و به خصوص ساخت قطعات و لوازم میکروسکوپی (مانند روبات‌ های میکروسکپی)

فناری نانو فناوری است که بر پایه دستکاری تک‌ تک اتم ‌ها و مولکول ‌ها استوار است بدین منظور که بتوان ساختاری پیچیده را با خصوصیات اتمی تولید کرد.

تعریف فناوری نانو: توسعه و استفاده از ادوات و قطعاتی که اندازه آنها تنها چند نانومتر است. تحقیق بر روی قطعات و ادوات بسیار کوچک که خواص شان به خواص الکترونیکی این قطعات وابسته است و خواص الکتریکی آنها احتمالاً متأثر از حرکت تعداد معدودی الکترون در طی عملکرد قطعه می ‌باشد. این ادوات، سریع ‌تر از ادوات بزرگتر عمل می‌کنند. مسأله قابل توجه این است که می ‌توان چنین ساختارهای در ابعاد مولکولی را به کمک انتخاب مناسب مراحل واکنش‌ های شیمیایی تولید کرد. همچنین می ‌توان چنین ساختارهایی را از طریق دستکاری اتم ‌ها روی سطح به وسیله میکروسکوپ ‌های نیروی اتمی بدست آورد.

شاخه ای از علوم که هدف نهایی آن کنترل بر روی تک ‌تک اتم‌ ها و مولکول‌ ها می ‌باشد تا بتوان به کمک آن تراشه ‌های کامپیوتری و سایر ادواتی تولید کرد که هزاران بار کوچکتر از ادوات فعلی باشند که فناوری امروز امکان ساخت آنها را برای ما فراهم آورده است. در فناوری فعلی تولید مدارات نیمه هادی از روش لیتوگرافی برای ایجاد طرح مدار بر روی مواد نیمه هادی استفاده می‌ شود. پیشرفت شگرفی که در لیتوگرافی طی ۲ دهه اخیر رخ داده است به ما این امکان را می ‌دهد که با بهره‌گیری از دستگاه‌ های جدید بتوانیم مداراتی کوچکتر از ۱ میکرون (۱۰۰۰ نانومتر) را تولید کنیم.

البته باید توجه داشت که این مدارات هنوز از میلیون ‌ها اتم تشکیل شده ‌اند. بیشتر دانشمندان بر این باور هستند که لیتوگرافی به مرزهای محدود کننده فیزیکی خود نزدیک شده است. بنابر این برای کوچکتر کردن اندازه نیمه‌ هادی ‌ها می ‌بایست از فناوری ‌های جدیدی که می‌ توانند تک ‌تک اتم‌ ها را سازماندهی کنند، استفاده کرد و طبعاً چنین فناوری جزء محدوده فناوری نانو محسوب می‌ شود. اگر چه تحقیق در زمینه فناوری نانو به زمانی باز می‌گردد که ریچاردپی فاینمن طی سخنرانی کلاسیک خود در سال ۱۹۵۹ به این فناوری اشاره کرد اما عبارت فناوری نانو اولین بار توسط کی‌اریک درکسلر در سال ۱۹۸۶ در کتابی از وی با عنوان موتورهای آفرینش بسط داده شد.

در مقالات و نوشته های عمومی واژه فناوری نانو گاهی به هر فرآیند کوچکتر از اندازه‌ های میکرون اطلاق می‌گردد که می‌ تواند فرآیند لیتوگرافی را نیز شامل شود. به خاطر همین بسیاری از دانشمندان هنگامی که می ‌خواهند درباره فناوری نانو به معنی واقعی و علمی کلمه صحبت کنند از آن به عنوان فناوری نانو مولکولی یاد می‌کنند که به معنی فناوری نانو در ابعاد مولکولی می ‌باشد.

فناوری نانو که گاه به آن فناوری ساخت مولکولی نیز گفته می ‌شود، شاخه‌ ای از مهندسی است که با طراحی و ساخت مدارات الکترونیکی و اداوات مکانیکی بسیار کوچک (در ابعاد مولکولی) سر و کار دارد. پژوهشگاه فناوری نانو انگلستان تعریف فناوری نانو را بدین گونه بیان می‌کند: قلمروی از علم و فناوری که به ابعاد و تلورانس ‌های ۱/۰ تا ۱۰۰ نانو مترمی ‌پردازد در جایی که این ابعاد و یا تلورانس ‌ها بتواند نقش مهمی در خواص قطعه ایفاء‌ کند.

بحث فناوری نانو اغلب مشابه بحث سیستم‌ های میکرو مکانیکی-  الکترونیکی می ‌باشد(MEMS)
در واقع فناوری نانو زیر مجموعه MEMS است و MEMS به فناوری‌های بزرگتر از ابعاد مولکولی (ابعاد نانو) نیز می ‌پردازد.

۳- نانو تکنولوژی چیست ؟

در حالی که تعاریف زیادی برای فناوری نانو وجود دارد ، ‌‌NNI تعریفی را برای فناوری نانو ارائه می دهد که در برگیرنده هر سه تعریف ذیل باشد.

 ۱) توسعه فناوری و تحقیقات در سطوح اتمی ، مولکولی و یا ماکرو مولکولی در مقیاس اندازه ای ۱ تا ۱۰۰ نانومتر.
۲) خلق و استفاده از ساختارها و ابزار و سیستم هایی که به خاطر اندازه کوچک یا حد میانه آنها، خواص عملکرد نوینی دارند.

۳) توانایی کنترل یا دستکاری در سطوح اتمی .

۴- تاریخچه فناوری نانو

در طول تاریخ بشر از زمان یونان باستان، مردم و به ‌خصوص دانشمندان آن دوره بر این باور بودند که مواد را  می ‌توان آنقدر به اجزاء کوچک تقسیم کرد تا به ذراتی رسید که خردناشدنی هستند و این ذرات بنیان مواد را تشکیل می‌ دهند، شاید بتوان دموکریتوس فیلسوف یونانی را پدر فناوری و علوم نانو دانست چرا که در حدود ۴۰۰ سال قبل از میلاد مسیح او اولین کسی بود که واژه اتم را که به معنی تقسیم ‌نشدنی در زبان یونانی است برای توصیف ذرات سازنده مواد به کار برد.

با تحقیقات و آزمایش ‌های بسیار، دانشمندان تاکنون ۱۰۸ نوع اتم و تعداد زیادی ایزوتوپ کشف کرده‌ اند. آنها همچنین پی برده اند که اتم‌ ها از ذرات کوچکتری مانند کوارک ‌ها و لپتون‌ ها تشکیل شده ‌اند. با این حال این کشف ‌ها در تاریخ پیدایش این فناوری پیچیده زیاد مهم نیست.

نقطه شروع و توسعه اولیه فناوری نانو به طور دقیق مشخص نیست. شاید بتوان گفت که اولین نانوتکنولوژیست ‌ها شیشه‌ گران قرون وسطایی بوده‌ اند که از قالب ‌های قدیمی(Medieal forges)  برای شکل‌ دادن شیشه‌ هایشان استفاده می‌کرده ‌اند. البته این شیشه‌گران نمی‌ دانستند که چرا با اضافه‌کردن طلا به شیشه رنگ آن تغییر می‌کند.

در آن زمان برای ساخت شیشه ‌های کلیساهای قرون وسطایی از ذرات نانومتری طلا استفاده می ‌‌شده است و با این کار شیشه‌ های رنگی بسیار جذابی بدست می ‌آمده است. این قبیل شیشه ها هم ‌اکنون در بین شیشه‌ های بسیار قدیمی یافت می ‌شوند. رنگ به ‌وجود آمده در این شیشه ‌ها بر پایه این حقیقت استوار است که مواد با ابعاد نانو دارای همان خواص مواد با ابعاد میکرو نمی باشد.           نانو تکنولوژی چیست

در واقع یافتن مثال هایی برای استفاده از نانو ذرات فلزی چندان سخت نیست. رنگدانه‌ های تزیینی جام مشهور لیکرگوس در روم باستان ( قرن چهارم بعد از میلاد) نمونه ‌ای از آنهاست .

این جام هنوز در موزه بریتانیا قرار دارد و بسته به جهت نور تابیده به آن رنگ های متفاوتی دارد. نور انعکاس یافته از آن سبز است ولی اگر نوری از درون آن بتابد، به رنگ قرمز دیده می ‌شود. آنالیز این شیشه حکایت از وجود مقادیر بسیار اندکی از بلورهای فلزی ریز ۷۰۰ (nm) دارد ، که حاوی نقره و طلا با نسبت مولی تقریبا ۱۴ به ۱ است حضور این نانو بلورها باعث رنگ ویژه جام لیکرگوس گشته است.

شاید تاریخچه نانو به سال ۱۹۵۹ بر می‌گردد . زمانی که ریچارد فانیمن استاد دانشگاه کلتک با محاسباتش نشان داد که تمام اطلاعات دایره المعارف بریتانیا را می ‌توان روی نوک یک سوزن جا داد .

وی در همان سال جایزه‌ای هزار دلاری برای کسی که بتواند یک صفحه دایره المعارف را در حجمی به اندازه نوک سوزن جا دهد ، تعیین کرد و این نقطه شروع نانو تکنولوژی بود ؛ البته اولین کسی که نام نانو را به کار برد ، اریک درکسلر بود که در تز دکترای خود در سال ۱۹۹۱ روی خواص مواد ، هنگامی که مقیاس کوچک می شود کار کرد.     

بدون برچسب

مطالب مرتبط

عایق حرارتی مناسب چه ویژگی های دارد  
آب‌بندی چاله آسانسور
بازار محصولات دانش بنیان
رفع نم و رطوبت بدون تخریب
بام سبز چیست
بالا