نانوتكنولوژي چيست ؟
كامپيوترها اطلاعات را تقريبا” بدون صرف هيچ هزينهأي باز توليد مينمايند. اقداماتي در دست اجراست تا دستگاههايي ساخته شوند كه تقريبا” بدون هزينه – شبيه عمل بيتها در كامپيوتر – اتمها را به صورت مجزا بهم اضافه كنند ( كنار هم قرار دهند). اين امر ساختن اتوماتيك محصولات را بدون نيروي كار سنتي همانند عمل كپي در ماشينهاي زيراكس ميسر ميكند. صنعت الكترونيك با روند كوچك سازي احياء مي گردد وكار در ابعاد كوچكتر منجر به ساخت ابزاري ميشود كه قادر به دستكاري اتمهاي منفرد مثل پروتئينها در سيب زميني و همانندسازي اتمهاي خاك، هوا و آب از خودشان ميگردد.
پيوند علم مواد ، شيمي و علوم مهندسي كه نانوتكنولوژي ناميده ميشود عرصه أي را بوجود ميآورد كه ماشين آلات خود تكثيركننده و محصولات خود اسمبل از اتمهاي اوليه ارزان ساخته شوند.
نانوتكنولوژي توليد مولكولي يا به زبان ساده‌تر ، ساخت اشياء اتم به اتم، مولكول به مولكول توسط بازوهاي روبات برنامه‌ريزي شده در مقياس نانومتريك است و نانومتر يك ميلياردم متر است
( پهناي معادل با 3 تا 4 اتم). نانوتكنولوژي ساخت ابزارهاي نوين مولكولي منحصر به فرد با بكارگيري خواص شيميايي كاملا” شناخته‌شده اتمها و مولكولها ( نحوه پيوند آنها به يكديگر) را ارائه مي‌دهد. مهارت مطرحه در اين تكنولوژي دستكاري اتمها بطور جداگانه و جاي دادن دقيق آنان در مكاني است كه براي رسيدن به ساختار دلخواه و ايده‌آل موردنياز مي‌باشد. اين قابليت تقريبا” حاصل شده است.
بازده پيش‌بيني شده از تسلط بر اين تكنولوژي بسيار فراتر از موفقيتهايي است كه تاكنون انسان بدانها نائل شده است.
قابليتهاي محتمل تكنيكي نانوتكنولوژي عبارتند از :
1- محصولات خوداسمبل
2- كامپيوترهايي با سرعت ميلياردها برابر كامپيوترهاي امروزي
3- اختراعات بسيار جديد ( كه امروزه ناممكن است)
4- سفرهاي فضايي امن و مقرون به صرفه
5- نانوتكنولوژي پزشكي كه درواقع باعث ختم تقريبي بيماريها، سالخوردگي و مرگ و مير خواهد شد.
6- دستيابي به تحصيلات عالي براي همه بچه‌هاي دنيا
7- احياي مجدد بسياري از حيوانات و گياهان منقرض‌شده
8- احياء و سازماندهي اراضي
دكترDrexler در همايش جهاني نظام علمي در زمينه نانوتكنولوژي اظهار كرده است: “در جهان اطلاعات ، تكنولوژيهاي ديجيتالي كپي‌برداري را سريع، ارزان، كامل و عاري از هزينه‌بري يا پيچيدگي محتوايي نموده‌اند. حال اگر همين وضعيت در جهان ماده اتفاق بيافتد چه ميشود. هزينه توليد يك تن
تري بيت تراشه‌هاي RAM تقريبا” معادل با هزينه بري ناشي از توليد همان مقدار فولاد ميشود”.
دكترSmalley رئيس هيئت تحقيقاتي دانشگاه رايس و كاشف Buckyballs مي‌گويد:
” نانوتكنولوژي روند زيانبار ناشي از انقلاب صنعتي را معكوس خواهد كرد”. در مقدمه مقاله نانوتكنولوژي كه توسط آقايان Peterson و Pergamit در سال 1993 نگاشته شده چنين آمده است :
” تصور كنيد قادريد با نوشيدن دارو كه در آب ميوه مورد علاقه‌تان حل شده است سرطان را معالجه كنيد . يك ابر كامپيوتر را كه به اندازه يك سلول انسان است در نظر بگيريد. يك سفينه فضايي 4 نفره كه به دور مدار زمين ميگردد با هزينه‌اي در حدود يك خودروي خانوادگي تجسم كنيد” .
موارد فوق، فقط تعداد محدودي از محصولات انتظار رفته از نانوتكنولوژي هستند. انسان در معرض يك انقلاب اجتماعي تسريع شده و قدرتمند است كه ناشي از علم نانوتكنولوژي است. در آينده نزديك گروهي از دانشمندان قادر به ساخت اولين آدم آهني با مقياس نانومتري مي‌گردند كه قادر به همانندسازي است. طي چند سال با توليد پنج ميليارد تريليون نانوروبات ، تقريبا” تمامي فرايندهاي صنعتي و نيروي كار كنوني از رده خارج خواهند شد. كالاهاي مصرفي به وفور يافت‌شده ، ارزان، شيك و با دوام خواهند شد. دارو يك جهش سريع و كوانتومي را به جلو تجربه خواهد نمود. سفرهاي فضايي و همانندسازي امن و مقرون به صرفه خواهند شد. به اين دلايل و دلائلي ديگر، سبكهاي زندگي روزمره در جهان بطور زيربنايي متحول خواهد شد و الگوي رفتاري انسانها تحت‌الشعاع اين روند قرار خواهد گرفت.
تعاريف :
– Assembler : يك ماشين مولكولي كه قابل برنامه‌ريزي‌شدن به‌منظور ساخت هر ساختار مولكولي يا وسيله از واحدهاي ساختماني شيميايي كوچكتر مي‌باشد. مانند كارخانة توليد ماشين كه با كامپيوتر كنترل ميشود.
– Atomic Force Microscope : يك وسيله كه قادر است با پروب کردن (Probing) سطوح، از آنهـا تصاويـري بـا دقـت مولكولي تهيـه كنـد.اين وسيله در واقع يـك نـوع ميل نزديك‌شونده (Proximal Probe) است.
– Biomolecular Nanotechnology : نانوتكنولوژي بيومولكولي، نانوتكنولوژي مربوط به سيستمهاي زنده. اين تكنولوژي، نتيجة توانايي ما براي بكارگيري بيومولكولها بعنوان اجزاي نانوتكنولوژي مولكولي مي‌باشد.
– Bottom up : پايين به بالا. ساختن چيزهاي بزرگ از اجزاي ساختماني كوچكتر. نانوتكنولوژي به دنبال اينست كه اتمها و مولكولها را بعنوان اجزاي ساختماني بكار گيرد. مزيت طراحي پايين به بالا، اينست كه پيوندهاي كووالانسي كه در يك مولكول وجود دارد، بسيار قويتر از پيوندهاي شيميايي ضعيفي است كه مولكولها را به هم پيوند مي‌دهد.
– Brownion Assembly : حركت موجي در يك سيال باعث ميشود مولكولها در حالات مختلفي نسبت به همديگر قرار گيرند. اگر مولكولها داراي سطح تماس مناسب باشند، مي‌توانند با هم تركيب شده و به شكل يك ساختار خاص درآيند. Brownion Assembly يك اسم ظاهرا” بي‌معني براي self-assembly است (چگونه يك ساختار مي‌تواند خودش را بسازد، وقتي خودش هنوز وجود ندارد؟).
– Causality : قانون علت و معلول. عليت در فيزيك، قانوني است كه توسط انيشتن ارائه شده‌است و چنين بيان مي‌دارد كه اطلاعات نمي‌توانند با سرعتي بيش از سرعت نور حركت كنند. آيا اين قانون نقض شده‌است؟
– Definition of Scanning Probe Microscopy : تعريف ميكروسكوپي با ميل تصويربردار. روشي براي مشاهدة ساختار نانومتري سطوح كه در آن از نيروهاي با برد كوتاه مانند نيروهاي تونلي (Tunneling)، نيروهاي اتمي، مولكولي، موضعي و غيره استفاده ميشود.
– Denderimer : درخت‌سان. درخت‌سان، يك پليمر شاخه‌دار است و اسم آن از لغت يوناني dendra-tree گرفته شده‌است.
– Disassembler : سيستمي از نانوماشينها كه مي‌تواند تعداد كمي از اتمهاي يك شيُء را بطور جداگانه دريافت كرده و ساختار آن را در سطح مولكولي نشان دهد.
– Electron Beam : پرتو الكتروني. جرياني از الكترونها كه با سرعت يكسان در يك جهت حركت مي‌كنند. مي‌توان با شتاب‌دادن و هم‌جهت‌كردن الكترونها بين يك كاتد و يك آند كه بين آنها خلأ مي‌باشد، يك پرتو الكتروني را توليد نمود. شايد بيشترين پرتو الكتروني موجود، همانهايي باشند كه در لوله‌هاي اشعة كاتدي موجود در دستگاه تلويزيون ايجاد مي‌شوند. پرتوهاي الكتروني مبناي تصويربرداري ميكروسكوپي الكتروني (Scanning Electron Microscopy) و چاپ الكتروني (Electron Beam Lithography) مي‌باشند.
– Electron Beam Lithography (EBL) : چاپ الكتروني. روشي براي ساختن سطوح نانومتري بوسيلة قراردادن سطوح حساس الكتريكي در مسير يك پرتو الكتروني. اين روش شبيه چاپ نوري (Photolithography) است، اما الكترونها را بيشتر از فوتون‌ها بكار مي‌برد. از آنجا كه طول موج الكترون خيلي كمتر از فوتون است، لذا شكست نور، مانعي براي شفافيت نيست. هرچند EBL خيلي گرانتر از چاپ نوري بوده و قابل رقابت با آن نيست، اما شفافيت آن بالاتر بوده و اخيرا” براي ساخت ماسكهاي ليتوگرافيكي بكار مي‌رود.
– Magnetic Force Microscopy (MFM) : ميكروسكوپي با نيروي مغناطيسي. يك روش براي مشاهدة مواضع مغناطيسي موضعي نزديك يك سطح.
– Micro-Electrohanical Systems (MEMS) : سيستمهاي ميكروالكتروني (که اغلب با نام ميكروسيستمها “MST” شناخته مي‌شوند) الكترونيك را با وسايل مكانيكي ميكرومتري تركيب كرده و ماشين‌آلات ميكروسكوپي را بوجود مي‌آورند. سيستمهاي نانوالكتروني (MEMS) به لحاظ كوچكتربودن، مهمتر بوده و يكي از اهداف نانوتكنولوژي مي‌باشند.
– Molecular Electronics : الكترونيك مولكولي. اين روزها هر سيستمي كه داراي وسايل الكتروني دقيق در مقياس نانومتري باشد، بخصوص اگر بيشتر از بخشهاي مولكولي مجزا ساخته شده‌باشد تا مواد به‌هم پيوسته، جزء وسايل نيمه‌هادي شناخته ميشود.
– Molecular Manipulator : سازندة مولكولي. وسيله‌ا‌ي شامل يك مكانيسم ميل‌محوري که داراي يك پوستة مولكولي روي يك سوزن مي‌باشد. وبراي استقرار دقيق مولكولها به کار مي‌رود. اين وسيله مي‌تواند بعنوان مبناي ايجاد ساختارهاي پيچيده بوسيلة آناليز مكاني مورد استفاده قرار گيرد.
– Molecular Manufacturing : ساخت مولكولي. ساخت با ماشين‌آلات مولكولي و كنترل مولكول به مولكول توليد از طريق آناليز شيميايي مکاني .
– Molecular hanics : مكانيك مولكولي. يك برنامة مكانيك مولكولي توسط نرمن آلينگر و همكارانش بوجود آمد؛ مدل MM2 يك تابع انرژي پتانسيل مولكولي است كه توسط روابط ، قوانين و پارامترهاي موجود در برنامه توضيح داده ميشود.
– NEMS : سيستمهاي نانو الكترومكانيكي. MEMS در مقياس نانومتري.
– Nano : يك پيشوند به معني9-10 يا يك‌ميلياردم.
– Nano Computer : نانوكامپيوتر. كامپيوتر ساخته‌شده از اجزاء (مكانيكي، الكترونيكي يا ساير مواد) در مقياس نانومتري.
– Nanoelectronics : نانوالكترونيك. الكترونيك در مقياس نانومتري، چه بوسيلة روشهاي معمولي ايجادشده باشد، چه توسط نانوتكنولوژي كه شامل الكترونيك مولكولي و وسايل با مقياس نانو باشد، مانند وسايل نيمه‌هادي امروزي.
– Nanoimprinting : نانوچاپ. گاهي چاپ نرم (Soft lithography) ناميده ميشود. روشي كه در اصل بسيار ساده بوده و بطور كل قابل مقايسه با چاپ قالبي مي‌باشد، اما در اين روش از قالبهايي در مقياس نانومتري استفاده ميشود . دو نوع نانوچاپ وجود دارد: يكي روشي كه از فشار براي ايجاد اثر قالبها روي سطح استفاده ميكند و ديگري كه شباهت بيشتري با printing press دارد و اساس آن استفاده از جوهر براي ايجاد اثر قالب روي سطح مي‌باشد. روشهاي ديگر مانند سياه‌قلم (etching) ممكن است در آينده ارائه شوند.
– Nano Lithography : نوشتن در مقياس نانو. اين كلمه از لغات يوناني nanos-dwarf ، lithos-rocks و grapho-to write حاصل شده‌است. اين لغت بطور تحت‌اللفظي به معناي “ريزنوشتن بر روي سنگ” مي‌باشد.
– Nano Machine : نانوماشين. يك ماشين مولكولي مصنوعي كه با ساخت مولكولي توليد ميشود.
– Nanomanufacturing : نانوساخت. شبيه ساخت مولكولي است.
– Nanotube : نانولوله. يك ساختار تك‌بعدي با شكل استوانه‌ا‌ي (يك شبكة محدب از اتمها که فقط شكلهاي 5 يا 6 وجهي دارند). نانولوله‌هاي كربني در سال 1991 توسط سوميو ايجيما كشف شدند كه مانند گرافيت لوله شده‌بودند. البته آنها را نمي‌توان واقعا” از اين طريق توليد كرد. نانولوله‌ها بر حسب جهتي كه لوله شوند، ممكن است به صورت هادي يا نيمه‌هادي عمل كنند. نانولوله‌ها نمونهاي از كاربرد تركيبات مولكولي در نانوتكنولوژي مي‌باشند.
– Nuclear Magnetic Resonance (NMR) : ارتعاش مغناطيسي هسته‌ا‌ي. يك روش تجزيه‌ا‌ي با كاربردهاي فراوان كه براي بررسي اتمي و اطلاعات ساختاري مولكولها بكار مي‌رود. اين روش شامل بكارگيري يك ميدان مغناطيسي قوي روي يك نمونه و اندازه‌گيري نحوة پاسخ‌دهي آن به امواج راديويي مي‌باشد (هرچه ميدان قويتر باشد، نتايج واضح‌تر است). نحوة پاسخ بستگي به ميزان جذب امواج توسط هسته‌ها به علت موقعيت اسپيني آنها دارد.
– Optical Tunneling : يك پديـدة مكانيك كوانتومي منتـج از تغييـر موضع فوتـون، كه باعث عبور نور از موانعي مانند يك سطح مشترك ميشود. احتمالا” اسحاق نيوتن اولين كسي بود كه اين پديده را مشاهده و ثبت نمود. اخيرا” اين اصل جهت غلبه بر دو محدوديت تئوري نور مورد استفاده قرار گرفته‌است. اين دو محدوديت عبارتند از “محدوديت سرعت” و “محدوديت شكست ميدان دور” (far-field diffraction limit).
– Photolithographic Mask : يك شابلون مورد استفاده در ليتوگرافي نوري كه باعث ميشود که سطوح حساس به نور به طور انتخابي در معرض نور قرار گيرند.
– Photolithography : ليتوگرافي نوري. كنده‌كاري با بكارگيري نور. اغلب با بكارگيري يك شابلون، سطح حساس به نور را به‌طور انتخابي در معرض نور قرار مي‌دهند و منطقة در معرض نور قرارگرفته، قلم‌كاري ميشود (كنده‌كاري به مفهوم شيميايي صورت مي‌گيرد).
– Positional Synthesis : آناليز موضعي. كنترل واكنشهاي شيميايي بوسيلة تعيين دقيق موضع مولكولهاي واكنش‌دهنده. مبناي اصلي اسمبل‌كننده‌ها.
– Proximal Probs : ميلهاي نزديك‌شونده. يك مجموعه از وسايل با توانايي كنترل و تشخيص موضعي ريز، شامل تصويربرداري تونلي و ميكروسكوپهاي با نيروي اتمي؛ بطور كل يك تكنولوژي توانا در نانوتكنولوژي است.
– Quantum Computer : كامپيوتر كوانتومي. يك كامپيوتر كه به علت داشتن اجزاء مولكولي، اتمي و نانومتري داراي مزاياي خواص مكانيك كوانتومي مي‌باشد. كامپيوترهاي كوانتومي ممكن است در آينده‌ا‌ي نه‌چندان دور، صنعت كامپيوتر را دگرگون سازند.
– Quantum Dot : نقطة كوانتومي. يك وسيلة بسيار كوچك كه اضافه يا كم‌كردن يك الكترون باعث ايجاد تغيير قابل ملاحظه‌ا‌ي در آن شود.
– Quantum Mirage : سراب كوانتومي. يك خاصيت با مقياس نانو كه انتقال اطلاعات را در حين بكارگيري خاصيت موجي الكترونها، ممكن مي‌سازد. بنابراين كامپيوترهاي كوانتومي ممكن است به كابل بدان صورت كه ما مي‌شناسيم، احتياج نداشته‌باشند.
– Replication :همانند سازي. مكانيسمي كه براي كپي‌برداري از اطلاعات ژنتيكي سيستمهاي زنده بكار مي‌رود.
– Replicator : همانندساز. در بحث تكامل، يك همانندساز عبارتست از ماهيتي كه قابليت كپي‌كردن خود را داشته‌باشد (مانند ژن يا محتويات يك ديسك كامپيوتري). اين كپي شامل تمام تغييراتي است كه بر سر آن ماهيت آمده‌است. در يك ديد وسيعتر، يك همانندساز سيستمي است كه مي‌تواند خود را كپي كند ولي لازم نيست كه تمام تغييراتي را كه متحمل شده‌است، كپي نمايد. ژنهاي يك خرگوش از ديدگاه اول، همانندساز هستند (يعني تغييرات ژنتيكي به ارث برده مي‌شوند). خرگوش به خودي خود يك همانندساز است، اما فقط از ديدگاه دوم. يك شكاف ايجادشده در گوش خرگوش به ارث برده نمي‌شود.
– Restriction Enzyme : آنزيم مانع. هر آنزيمي كه DNA را در محلهاي خاصي قطع كند. اين آنزيم به بيولوژيست‌ها اين اجازه را مي‌دهد تا مواد ژنتيكي را به DNA وارد و يا از آن خارج سازند.
– Scanning Capacitance Microscopy : روشي براي نقشه‌برداري از ظرفيت موضعي يك سطح.
– Scanning Force Microscopy : روشي براي مشاهدة توپوگرافي نانومتري و ساير خواص يك سطح.اين روش همچنين به نام Atomic Force Microscopy(AFM) نيز ناميده ميشود.
– Scanning Near Field Optical Microscopy : روشي براي مشاهدة خواص نوري موضعي يك سطح كه ممكن است كوچكتر از طول موج نور بكاررفته باشند.
– Scanning Thermal Microscopy : روشي براي مشاهدة دماهاي محلي و گراديان دما در يك سطح.
– Scanning Tunneling Microscopy : وسيله‌ا‌ي جهت عكسبرداري از سطوح هادي با دقت اتمي، اين وسيله براي اتصال مولكولها به يك سطح بكار مي‌رود.
– Self-Assembler : خودچيدمان. يك نوع خاص از همانندسازها كه اقدام به خودچيدماني مينمايند بدون اينكه به انرژي خارجي يا اطلاعات ورودي نياز داشته‌باشند. در يك خودچيدمان، انتخاب مواد شروع (ورودي)، تعيين‌كنندة فرآيند بوده و اين مرحله هميشه در سطح انرژي بالاتري نسبت به محصول (خروجي) قرار دارد.
– Self-Assembly : خودچيدماني. يك روش ساخت كه در آن اجزاء در يك محصول، فاز گاز يا يك سطح مشترك تا رسيدن به حداقل انرژي بطور خودبه‌خود رشد يافته و تكثير مي‌شوند. اجزاء در يـك ساختـار خودچيدمانـي، موضـع قرارگيري خـود را بـر حسـب خـواص ساختـاري خويش (يا خواص شيميايي در سطح اتمي يا مولكولي) مي‌يابند. نيروي فعاليت لازم توسط اختلاف انرژي بين حالت اوليه و نهايي ايجاد ميشود. خودچيدماني فقط به مقياس مولكولي محدود نمي‌شود و مي‌توان آن را در هر مقياسي اجراء نمود و اين امر باعث شده‌است كه اين تكنيك، يك روش قوي توليد پايين به بالا (Bottom-up) در نانوتكنولوژي شود.
– Self-Replication : خود همانندسازي . عمل همانندسازي اشياء توسط خودشان مانند توليد بيولوژيكي است، با اين تفاوت كه اشياء خودهمانندسازي مي‌توانند كپي‌هاي دقيقي از خود ايجاد نمايند.
– Single Electron Transfer : انتقال تك‌الكترون. حضور يك الكترون در يك زمان بين دو الكترود. در حاليكه وسايل الكترونيكي معمولي با توده‌ا‌ي از الكترونها كار مي‌كنند، مدارهاي نانوالكتروني مي‌توانند با تعداد اندكي يا حتي يك الكترون فعاليت كنند.
– Superposition : سوپرموضع. يك پديدة مكانيك كوانتومي كه در آن يك شيء مي‌تواند بطور همزمان در دو موقعيت وجود داشته‌باشد.
– Top-Down : بالا به پايين. مدل‌كردن و ساختن مواد كوچك با بكارگيري وسايل بزرگتري به ترتيب مانند دست، ابزار و اشعة ليزر.
منبع : http://www.nanotechnews.com
علم نانو تكنولوژي
نانو تكنولوژي و كاربردهاي آن
• از زماني كه كه فايمن , فيزيكدان بر جسته آمريكايي , ايده كار با اتمها و مولكولها را مطرح كرد محققان جهان به كار در اين عرصه روي آوردند.
براي نانو تكنولوژي كاربردهايي را در حوضه هاي مختلف از غذا و دارو و تشخيص پزشكي و يوتكنولوژي تا الكترونيك و كامپيوتر , ارتباطات , حمل و نقل , انرژي , محيط زيست , مواد , هوا فضا و امنيت ملي بر شمرده اند , كاربردهاي وسيع اين عرصه به همراه اثرات اجتماعي , سياسي و حقوقي آن , اين فناوري را به عنوان يك زمينه فرا رشته اي و فرا بخشي مطرح نموده اند .
• علوم و فناوري نانو، عنصري اساسي در درك بهتر طبيعت در دهه‌هاي آتي خواهدبود. ازجمله موارد مهم در آينده، همكاريهاي تحقيقاتي ميان‌رشته‌ا‌ي، آموزش خاص و انتقال ايده‌ها و افراد به صنعت خواهدبود. بخشي از تأثيرات و کاربردهاي نانوتکنولوژي به شرح زير مي‌باشد
1- توليد مواد وفراورده هاي صنعتي: (مواد سبك تر , مستحكم تر , قابل برنامه ريزي و هوشمند , كاهش هزينه ها , افزايش عمر , ابزارهاي جديد بر پايه اصول و معماري جديد , ساخت مولكولي و…)
2- پزشكي , داروسازي و مراقبت هاي بهداشتي (توسعه نانو بيو حسگرها و تكنولوژي هاي تصوير برداري جديد براي تشخيص زودتر و درمان بيماري هايي مثل سرطان , روش هاي بيماري شناسي و درمان كارآمدتر و ارزان , دارو هاي جديد , كمك به بينايي و شنوايي , مواد جديد سازگار با محيط زيست كه باعث افزايش زمان نگهداري اندام مصنوعي مي گردد , استفاده از دستگاههاي پزشكي كوچك و هوشمند , ارسال دارو به طور مستقيم به سلولهاي آسيب ديدهو…)
3- الكترونيك و كامپيوتر :(تراشه ها وكامپيوتر هاي سريعتر با نانو ترازيستورها , حافظه هاي با ظرفيت بسيار بالا , پهناي باند ارتباطي بالا , نسل هاي جديد از رديابها , پردازنده ها و نانو دستگاه ها و…)
4- منابع طبيعي و محيط زيست (تخليص و نمك زداي آب , كاهش با تغيير در خودرو ها , تايرهاي سازگار با محيط زيست , استفاذه از نانو پودرها براي رفع آلودگي , استفاده از سيستم هاي نانو روباتيك و هوشمند براي مديريت فاضلاب هاي محيط زيستي و هسته اي…)
5- انرژي(بهبود تبديل انرژي خورشيدي به الكتريسيته , بهبود تبديل انرژي هيدروژن به انرژي گرمايي , ذخيره ايمن هيدروژن و…)
6- ابزارهاي نظامي و امنيت ملي (سلاح هاي جديد , هوشمندي بيشتر , مهمات نظامي , تسلط بيشتر بر اطلاعات , ابزارهاي محافظت در برابر سلاح هاي ميكروبي وشيميايي و…)
علوم و مهندسي نانو , منجر به درك بهتر طبيعت , پيشرفت در پژوهش و آموزس پايه و تغييرات عمده در توليدات صنعتي , اقتصاد , بهداشت , مديريت محيط زيست و حفظ منابع طبيعي خواهد شد .به گونه اي كه در 10 تا 15 سال آينده يك بازار جهاني بيش از 1000 ميليارد دلاري در سال را ايجاد خواهد كرد و جهان را براي رسيدن به توسعه پايدار اميدوار ساخته است.
نانو تكنولوژي چيست؟
نانوتكنولوژي، توانمندي توليد مواد، ابزارها و سيستمهاي جديد با در دست گرفتن كنترل در سطوح مولكولي و اتمي و استفاده از خواصي است كه در آن سطوح ظاهر ميشود. از همين تعريف ساده بر ميآيد كه نانوتكنولوژي يك رشته جديد نيست، بلكه رويكردي جديد در تمام رشته هاست براي كشور ما نانو تكنولوژي در همه زمينه ها و از جمله موارد نظامي بعنوان يك فرصت ودر عين حال يك تهديد تلقي مي شود به اين دليل كه به علت فاصله كم ما با دنيا فرصت خوبي براي تفوق جهاني در اين رشته داريم و از طرف ديگر اگر دست بكار نشويم فاصله ديگر كشورها با ما افزايش خواهد يافت ودر برابر اين پيشرفت جهاني منفعل خواهيم شد.
فناوري نانو جهان ئگرگون خواهد كرد و افراد در ربراي سهيم شدن در اين حركت نو به ايجاد سايتهاي مختلف ارائه گزارش هاي ويژه و محصولاتي با پيشوند نانو مي پردازند .فناوري نانو به ساخت چيزهايي كه كوچكتر يا مقاومت پذيرترند مي پردازند ؛ساخت چيزهايي نو يا داراي ويژگي هاي اضافي ويا توليد ماشين هايي كه به توليد نمونهاي جديد از خود منجر خواهد شد .
در مقياس نانو , ويژگي هاي معمولي مواد تغيير مي كند . و رفتار سطوح , رفته رفته بر رفتار توده ايي ماده غالب مي شود وقلمروي كاملا نوين به رويمان گشوده خواهد شد( مقياس نانو) .
ساخت مواد در مقياس اتمي , ويژگي هاي آنها را تغيير مي دهد , درباره مواد , اشياء در مقياس نانو شروع به تغيير رفتار ميكند.
نانو تفريبا همه چيززندگي ما را تحت تاثير قرار خواهد داد .از داروهاي كه مصرف ميكنيم تا توان
رايانه هايمان ؛ منابع انرژي مورد نيازمان ؛ غذاي كه ميخوريم ؛ ماشيني كه مي رانيم ؛ خانه هاي كه در آن زندگي مي كنيم و لباسي كه بر تن داريم ومهمتر آنكه در هر زمينهاي كه تصور تغييري را در آن داشته باشيم تاثيرات جديدي به وجود خواهد آورد كه كسي فكرش را هم نميكند.
جادوي نانو قسمت اول :
وقتي از ميكرومهندسي يا مهندسي در مقياس ميكرو صحبت مي شود، اغلب داستان هاي علمي تخيلي را در ذهن تداعي مي كند. براي مثال روبوت هاي كوچكي كه اعمال ترميمي را در اعماق بدن انسان انجام مي دهند. شايد با شنيدن چنين جمله اي چشمان هر سرمايه گذاري كم فروغ شود، اما ميكرومهندسي از مدت ها پيش رنگ و بويي كاملا حقيقي به خود گرفته است. امروزه مي توان كاربرد هاي موفق بسياري براي اين زمينه از تكنولوژي برشمرد كه هر ماه بر تعداد آنها افزوده مي شود. محققان در قالب شركت ها، آزمايشگاه هاي ملي و كمپاني هاي نوپاي كوچك صدها اختراع قابل توجه را به نام خود ثبت مي كنند. مخترعان با بكارگيري همين تكنولوژي ها براي حك كردن خطوط مدار روي تراشه هاي نيمه رسانا، نسل جديدي از ميكروسنسور ها، ميكرو كار انداز ها، ميكروماشين ها، ميكروآينه ها و ديگر وسايل كوچك را توليد كرده اند. اين اختراع هاي به ظاهر كوچك اثر بسيار بزرگي در تمامي صنايع از خودروسازي گرفته تا مهندسي پزشكي، كامپيوتر و ارتباطات به جاي گذاشته اند.
پتانسيل اين تكنولوژي گام به گام در حال شكوفايي است. پيش از اين سگدست هاي كوچك را ديده ايم كه چگونه باعث باد شدن كيسه هواي ايمني اتومبيل ها مي شوند. همچنين شاهد تراشه هايي با پوشش مواد محرك زيست شناختي بوده ايم كه با انجام يك آ زمايش تقريبا تمامي بيماري هاي ژنتيكي يا عوامل بيماري زا در شيوع بيماري ها را تشخيص مي دهد. حتي تئوري موتور هاي كوچك نيز به سرعت شمايلي عملي به خود گرفته است. به تازگي محققان جعبه دنده كوچكي ساختند كه نيروي چرخ دنده هايي به اندازه ميكرون را با نرخ يك به سه ميليون افزايش مي دهد.
واژه نانوتكنولوژي از پيشوند يوناني نانو گرفته شده است. در گفتار علمي مدرن يك نانومتر معادل يك ميلياردم متر است، در حدود مجموع قطر ده اتم كه كنار هم چيده شده باشند. امكان مهندسي در مقياس مولكولي براي اولين بار توسط ريچارد فاينمن (R.Feynnman)، برنده جايزه نوبل فيزيك، مطرح شد. فين من طي يك سخنراني در انستيتو تكنولوژي كاليفرنيا در سال 1959 اشاره كرد كه اصول و مباني فيزيك امكان ساخت اتم به اتم چيز ها را رد نمي كند. وي اظهار داشت كه مي توان با استفاده از ماشين هاي كوچك ماشين هايي به مراتب كوچك تر ساخت و سپس اين كاهش ابعاد را تا سطح خود اتم ادامه داد. همين عبارت هاي افسانه وار فاينمن من راهگشاي يكي از جذاب ترين زمينه هاي نانو تكنولوژي يعني ساخت روبوت هايي در مقياس نانو شد. در واقع تصور در اختيار داشتن لشكري از نانوماشين هايي در ابعاد ميكروب كه هر كدام تحت فرمان يك پردازنده مركزي هستند ، هر دانشمندي را به وجد مي آورد. در روياي دانشمنداني مثل جي استورس هال (J.Storrs Hall) و اريك دركسلر (E.Drexler) اين روبوت ها يا ماشين هاي مونتاژكن كوچك تحت فرمان پردازنده مركزي به هر شكل دلخواهي درمي آيند. شايد در آينده اي نه چندان دور بتوانيد به كمك اجراي برنامه اي در كامپيوتر، تختخوابتان را تبديل به اتومبيل كنيد و با آن به محل كارتان برويد.
گاهي اوقات اختراع مادر احتياج است. سال ميلادي گذشته محققان دانشگاه بركلي كاليفرنيا در شماره 24 جولاي 2003 مجله نيچر شاهكار خود يعني ساخت كوچك ترين موتور جهان را گزارش كردند. اما اين اختراع آنها را با اين پرسش مواجه كرد كه با اين موتور كوچك چه مي شود كرد؟ اين موتور با روتوري از جنس طلا كه روي شفتي از نانوتيوب كربن سوار مي شود و با طول 500 نانومتر يعني 300 بار كوچك تر از قطر موي انسان، كوچك ترين موتور سنتزي است كه تاكنون ساخته شده است. كوچكي اين موتور به حدي است كه مي توان آن را روي يك ويروس قرار داد و براي ديدن حركت اش نيازمند ميكروسكوپ كاوش الكترونيكي هستيد. (نوعي ميكروسكوپ الكتروني كه با حركت پرتوي از الكترون هاي متمركز در امتداد شي و خواندن الكترون هاي جدا شده و نيز الكترون هاي ثانويه توليد شده توسط آن شي، تصويري سه بعدي از آن در لوله اشعه كاتدي تشكيل مي دهد.) به گفته آلكس زتل (A.Zettl) ، فيزيكدان دانشگاه بركلي كه تيم تحت هدايت او اين نانوموتور جديد را ساخت، «هنوز طبيعت اندكي جلوتر از ما است. در واقع موتورهاي زيست شناختي وجود دارند كه هم اندازه يا كمي كوچك تر از اين موتور هستند، اما ما دركار پيشي گرفتن از آنها هستيم.»
جادو نانو قسمت دوم :
اين پروژه سدشكن تنها پانزده سال پس از ادعاي تيم ديگري از دانشمندان بركلي مبني بر ساخت اولين موتور در مقياس ميكرو انجام شد. در واقع ابعاد آن موتور در حدود 100 ميكرون يا به اندازه قطر موي انسان بود كه مي توان آن را نوعي گاليور در دنياي لي لي پوتي نانوتكنولوژي به شمار آورد. در سال 1988 ريچارد مولر (R.Muller)، پروفسور الكترونيك و همكارانش در مركز سنسور و كارانداز دانشگاه بركلي (BSAC)، اولين ميكروموتور فعال جهان را از جنس سيليكون ساختند. در حالي كه سيستم ميكروالكترومكانيكي آن موتور هنوز در انتظار كاربرد هاي قابل توجه صنعتي به سر مي برد. پروفسور مولر معتقد است كه ديگر سيستم هايي از اين دست امروزه پيش پا افتاده محسوب مي شوند. در واقع شتاب سنج هاي ميكروالكترو مكانيكي كه بخشي از آن بر پايه تكنولوژي ميكروماشين كاري استوار است و اكنون تقريبا در سيستم كيسه هواي ايمني تمامي اتومبيل ها و تنظيم كننده هاي ضربان قلب به كار مي رود، در همين مركز ساخته شده اند. همچنين مي توان به صف ميكرو آينه هايي كه با كريستال مايع در صفحه هاي نمايش فوق مدرن رقابت مي كنند نيز اشاره كرد. به گفته مولر «حتي در زمان اختراع ميكرو موتور آن وسيله بيشتر نمايشي بود. براي اثبات مهارت طراحان در ساخت مكانيسم هاي فعالي در ابعاد ميكرومتر به طور مشابه موفقيت پروفسور زتل نيز نشان دهنده كنترل حركت در مقياس نانومتر است كه قلمرو نويني براي دستكاري هاي كنترل شده مي گشايد. هم اكنون برخي كاربرد هاي حياتي اين موتور در فعل و انفعال با نمونه هاي زيست شناختي به لحاظ ابعادي مشابه به چشم مي خورد كه مي تواند فوق العاده مهيج باشد.» به گفته زتل «كار مولر الهام دهنده واقعي ما در اين راه بود. او كار جالبي انجام داد، زماني كه به موتور او حين حركت نگاه كردم كاري هنرمندانه و بسيار زيبا بود. اما امروز همان موتور در نظرم تبديل به هيولايي شده است.» شفت اين موتور جديد از يك نانوتيوب منفرد كه ضخامت به اندازه چند اتم كربن يعني بين 5 تا 10 نانومتر است تشكيل مي شود. در واقع نانوتيوب ها ساختار هايي شبيه ني هستند كه از يك ورقه بدون درز گرافيت با ضخامت تنها يك مولكول تشكيل شده اند. اين ساختار ها به خاطر ويژگي هاي بي همتايشان توجه دانشمندان را به شدت جلب كرده اند. براي مثال نانوتيوب ها 100 برابر قوي تر از فولاد هستند. مي توان از آنها هم به عنوان عايق و هم به عنوان نيمه رسانا استفاده كرد. همچنين شواهدي نظري وجود دارد كه مي توان از آنها به عنوان سيستم هاي ذخيره هيدروژن فشرده براي سوخت پاك اتومبيل هاي مجهز به پيل سوختي نيز استفاده كرد. اما پرسش اصلي كه زتل و همكارانش پس از ساخت اين موتور با آن مواجه شدند اين است كه اكنون با اين نانوموتور جديد چه مي شود كرد؟ به گفته آدام فني مور (A.Fennimore)، يكي از دانشجو هاي دوره دكترا در تيم زتل، «براي من بسيار دشوار است كه به درستي مقصدي براي آن تعريف كنم. اما كاملا روشن است كه مي توان اين موتور را در جايي روي يك وسيله مكانيكي سوار كرد. در واقع ايده هاي متفاوت بسياري درباره موارد استفاده آن وجود دارد.»
البته تيم دانشگاه بركلي اولين گروهي نيستند كه عهده دار ساخت نانوموتور ها شده اند. اما برخي تلاش هاي اخير منجر به ساخت موتورهايي به مراتب بزرگ تر شده است. ديگراني هم كه پيش از اين به ابعاد موتور زتل نزديك شده بودند، براي به كار انداختن اختراع شان مجبور به استفاده از ميدان مغناطيسي يا ليزر بودند. از آنجايي كه نانوموتور بركلي مشابه الكتروموتورهاي معمولي از جريان الكتريكي بهره مي گيرد، انتظار مي رود كاربردهاي گسترده تري داشته باشد. يكي از اين كاربردهاي احتمالي و البته پيش پا افتاده استفاده از آنها به عنوان دستگاه ميكروسيالي براي به حركت درآوردن سيالات در مقياس كوچك است.
جادوي نانو قسمت آخر :
ميكروسكوپ كاوش الكتروني دانشگاه بركلي مي تواند در هر 33 ميلي ثانيه يك تصوير بگيرد. در واقع با اين محدوديت هيچ راهي براي فهميدن اين مسئله كه آيا شفت موتور سريع تر از 30 بار در ثانيه مي چرخد وجود ندارد. البته زتل معتقد است كه حركت موتور سريع تر از اين است. به گفته وي «به لحاظ تئوري مي توان از اين موتور به عنوان يك نوسان ساز مايكروويو استفاده كرد كه براي رسيدن به اين منظور موتور بايد حركتي الاكلنگي با نرخ دست كم يك ميليارد بار در ثانيه داشته باشد.»
به گفته زتل دنياي نانو، دنيايي اسرارآميز است و نيروهاي معمولي در آن به شيوه اي كه در الكتروموتورهاي معمولي مثل آنچه در جاروبرقي منزلتان يافت مي شود، اثر نمي كنند. براي مثال جاذبه مطلقا هيچ نقشي در آن ايفا نمي كند. همچنين از آنجايي كه اجزاي نانوموتور تقريبا فاقد جرم هستند، اساسا خبري از اثرات اينرسي نيز به چشم نمي خورد. به بيان ديگر ميدان هاي الكتريكي باقي مانده اثر قدرتمندي دارند. در واقع زماني كه منبع انرژي الكتريكي قطع شود روتور تقريبا بي درنگ از حركت مي ايستد، اتفاقي كه در الكتروموتورهاي عادي هرگز رخ نمي دهد. در تشريح اين پديده بايد گفت كه هر بار الكتريكي باقي مانده در دستگاه پس از قطع جريان به عنوان يك نيروي بازدارنده عمل مي كند. ساخت نانوموتوري در مقياس اتمي به هيچ وجه كار كوچكي نيست. تيم زتل كار را با استفاده از قوس الكتريكي براي توليد گروهي از نانوتيوب هاي چندجداره كربن كه ساختاري تودرتو شبيه يك تره فرنگي در مقياس نانو دارند، شروع كردند. سپس اين نانوتيوب ها روي سطح صاف يك ويفر سيليكون (قطعه دواري با ضخامت بسيار كم از موارد نيمه رسانا مثل سيليكون خالص كه مي توان مدار مجتمعي را روي آن تشكيل داد) قرار گرفتند. محققان در گام بعدي به كمك ميكروسكوپ نيروي اتمي كه مي تواند اتم هاي منفرد را نشان دهد، بهترين نانوتيوب را انتخاب كردند. سپس از ليتوگرافي پرتوالكترون براي شكل دهي روتور طلايي، گيره ها و دو استاتور در اطراف نانوتيوب انتخاب شده استفاده شد. زماني كه بار الكتريكي 50 ولتي اعمال شد روتور شروع به حركت كرد. در ابتدا موتور تنها 20 درجه انحراف در هر طرف نشان مي داد. اما با اعمال يك شوك فوق العاده قوي از جريان مستقيم به استاتورها، تيم بركلي توانست نانوتيوب تودرتو را آزاد كند تا به عنوان ياتاقاني تقريبا بدون اصطكاك عمل كند. يكي ديگر از مشكلاتي كه محققان در آينده با آن روبه رو مي شوند، ساده سازي فرايند ساخت نانوموتورها است. به گفته زتل «هنوز پرسش هاي بنيادين بسياري وجود دارد كه تلاش مي كنيم پاسخي براي آنها بيابيم.»
نانوتكنولوژي هنوز از جنس علمي تخيلي است. در واقع هيچ كسي انتظار ندارد حتي با وجود اختراع نانوموتور به زودي لشكر روبوت هاي مونتاژكن از هيچ آزمايشگاهي خارج شوند يا ماشين هاي بسيار كوچكي كه از اتم ها ساخته شده اند و مي توانند داخل بدن انسان حركت كنند موجب درمان در سطوح اتمي يا مولكولي شوند. اما در اذهان عمومي و برخي از دانشمندان اين نگراني موج مي زند كه ممكن است نانوتكنولوژي از كنترل مخلوقاتش عاجز بماند و آنها به طور بي پاياني تكثير يابند و پايان حيات خاكي را رقم بزنند. به طور يقين ما از چنين عاقبتي به كلي دوريم اما مردم درگيرودار بحث هايي از اين نوع كه به ندرت به مسائل تكنولوژيكي كشيده مي شود، چنين دورنمايي را به تصوير مي كشند.
نانوتكنولوژي علم توليد اتم به اتم و مولكول به مولكول اشياي كوچك است. تاكنون ميلياردها دلار صرف تحقيق و توسعه در اين زمينه شده است و محصولات فراواني روانه بازار مصرف شده اند كه هيچكدام نشاني از بروز فاجعه نداشتند. اما آنچه در اين ميان ضروري به نظر مي رسد مطالعات بيشتر درباره اثرات زيست شناختي و محيطي نانو تكنولوژي است كه در اين راستا گام هايي از سوي طلايه داران اين تكنولوژي اسرارآميز برداشته شده است.