ریزترین‌ریزها فناوری کوتوله

ریچارد فیلیپس فاینمن (۱۱ مه ۱۹۱۸ ـ ۱۵ فوریه ۱۹۸۸) از تأثیرگذارترین فیزیكدان های آمریكایی قرن بیستم بود. وی نظریه الكترو دینامیك كوانتوم را تا حد زیادی گسترش داد، او همچنین مدرسی تأثیرگذار و نوازنده موسیقی بود. وی در ساخت بمب اتم مشاركت داشت و بعدها یكی از افراد گروهی بود كه به بررسی واقعه انفجار فضاپیمای چلنجر پرداخت. وی در سال ۱۹۶۵ به دلیل تحقیقاتش در زمینه الكترودینامیك كوانتوم جایزه نوبل فیزیك را به همراه جولیان شووینگر و شین ایچیرو تومونگا دریافت كرد.
به طور كلی، فناوری نانو عبارت از كاربرد ذرات درابعاد نانو است. (پیشوند نانو یك پیشوند یونانی و به معنای كوتوله است) یك نانومتر ، یك میلیاردم متر است. برای دست یافتن به این ابعاد می توان از دو مسیر حركت كرد. یك مسیر دسترسی از بالا به پائین و دیگری طراحی و ساخت از پائین به بالا است. در نوع اول ، ساختارهای نانو با كمك ابزار و تجهیزات دقیق از خردكردن ذرات بزرگ تر حاصل می شوند ودر طراحی و ساخت از پائین به بالا كه عموماً آن را فناوری مولكولی نیز می نامند، تولید ساختارها، اتم به اتم و یا مولكول به مولكول تولید و صورت می گیرد.
هنگامی كه در باره فناوری نانو شروع به جست و جو و مطالعه می كنید، به موضوعها و مواد مختلفی برمی خورید مانند نانولوله ها، شبیه سازی مولكولی، نانوداروها، سلول های سوختنی ، نانو ذرات و غیره.
بنابراین ممكن است نانو فناوری رشته ای كاملاً گسترده به نظر آیدكه موضوعهای آن ربط چندانی به هم ندارند. به طور كلی، مطالعات نانو فناوری را می توان به سه دسته نانوتكنولوژی مرطوب ، نانوتكنولوژی خشك و نانوتكنولوژی محاسبه ای تقسیم كرد.
اگرچه روش های تحقیقاتی در آن ها با یكدیگر متفاوت است، امااین سه شاخه كاملاً به یكدیگر مرتبط هستند و پیشرفت دریكی از شاخه ها می تواند در شاخه ای دیگر نیز كاملاً مؤثر باشد.
● تاریخچه فناوری نانو
نخستین جرقه فناوری نانو در سال ۱۹۵۹ زده شد. دراین سال، ریچارد فاینمن در یك سخنرانی با عنوان فضای زیادی در سطوح پایین، ایده فناوری نانو را مطرح ساخت. وی این نظریه را ارائه داد كه در آینده ای نزدیك می توانیم مولكول ها و اتم ها را به صورت مستقیم دست كاری كنیم.
قبل از فاینمن، درحدود ۶۴ سال پیش، جان ون نیومن حدس زد كه روزی ساختن ماشین هایی كه بتوانند خودشان را كپی كنند، ممكن خواهد شد.
در سال ۱۹۹۱ ، دكتر اریك دریك سلر نخستین دكترا در رشته نانوتكنولوژی را از دانشگاه MITدریافت كرد و درسال ۱۹۹۶ مؤسسه Foresightكه در حال حاضر یكی از مؤسسات تحقیقات نانوتكنولوژی است، را پایه گذاری كرد. نخستین كسی كه واژه فناوری نانو بر زبان او جاری شد، نوریاتانیگوچی، استاد دانشگاه علوم توكیو بود كه در سال ۱۹۷۴ این واژه را برای توصیف ساخت مواد دقیقی كه تلورانس ابعادی آنها در حد نانومتر است ، به كار برد.
● اهمیت فناوری نانو
از نانو تكنولوژی ، بیوتكنولوژی و فناوری اطلاعات به عنوان سه قلمرو علمی نام برده می شودكه انقلاب سوم صنعتی را شكل می دهد، از همین روست كه كشورهای در حال توسعه كه اغلب از دو انقلاب جا مانده اند، می كوشند با سرمایه گذاری دراین سه قلمرو، عقب ماندگی خود را جبران كنند.
درحال حاضر ، ۴۵۰ شركت تحقیقاتی ـ تجاری در سراسر جهان و ۲۷۰ دانشگاه در اروپا، آمریكا و ژاپن با بودجه ای كه در مجموع به ۴ میلیارد دلار بالغ می شود ، سرگرم انجام تحقیقات در عرصه نانو تكنولوژی اند.
● رویدادهای مهم در تاریخ فناوری نانو
▪ مایكل فاراده محلول كلوئیدی طلا را كشف كرد(۱۸۵۷)
▪ تشریح رفتار محلول كلوئیدی از سوی آلبرت انیشتین (۱۹۰۵)
▪ ایجاد لایه های اتمی به ضخامت یك مولكول توسط لنگمویر (۱۹۳۲)
▪ فاینمن ایده فضای زیاد در سطوح پائین را برای كار با مواد در مقیاس نانو مطرح كرد (۱۹۵۹)
▪ برای نخستین بار واژه فناوری نانو را نوریا و تانیگوچی بر زبان ها جاری كرد (۱۹۷۴)
▪ IBM دستگاهی اختراع كردكه به كمك آن می توان اتم ها را تك تك جا به جا كرد (۱۹۸۱)
▪ كشف ساختار جدیدی از كربن (۱۹۸۵)
▪ شركت IBM توانایی كنترل نحوه قرارگیری اتم ها را به نمایش گذاشت (۱۹۹۰)
▪ كشف نانولوله های كربنی (۱۹۹۱)
▪ تولید نخستین نقاط كوانتومی با كیفیت بالا (۱۹۹۳)
▪ ساخت نخستین نانو ترانزیستور (۱۹۹۷)
▪ ساخت نخستین موتور DNA) ۲۰۰۰)
▪ ساخت یك مدل آزمایشگاهی سلول سوخت با استفاده از نانولوله (۲۰۰۱)
▪ شلوارهای ضد لك به بازار آمد (۲۰۰۲)
▪ تولید نمونه های آزمایشگاهی نانوسلول های خورشیدی (۲۰۰۳)
▪ تحقیق و توسعه برای پیشرفت در عرصه نانو (۲۰۰۴)
● نمونه های عملی در سال های اخیر
برخی شركت ها از هم اكنون بهره برداری از برخی یافته های نانوتكنولوژی را آغاز كرده اند. به عنوان نمونه، شركت آرایشی oral از مواد نانو در محصولات آرایشی خود استفاده می كند تا بر میزان تأثیر آنها بیفزاید. ساخت دیودهای نوری با استفاده از مواد نانو موجب می شود تا ۸۰ درصد در هزینه برق صرفه جویی شود. توپ های تنیس كه با كربن ۶۰ ساخته شده و روانه بازار گردیده سبك تر و مستحكم تر از توپ های عادی است.
شركت های دیگر با استفاده از مواد نانو پارچه هایی تولید كرده اند كه با یك بار تكاندن آنها می توان حالت اتوی اولیه را به آنها بازگرداند و همه چین و چروك هایشان را زایل كرد. با همین یك بار تكان همه گرد و خاكی كه به این پارچه ها جذب شده اند نیز پاك می شوند. نوارهای زخم بندی هوشمندی با این مواد درست شده كه به محض مشاهده نخستین علائم عفونت در مقیاس مولكولی ، پزشكان را مطلع می سازند.
از همین نوع مواد همچنین لیوان هایی تولید شده كه قابلیت خود تمیزكردن دارند، لنزها و عدسی های عینك ساخته شده از جنس مواد نانو ضدخش هستند و یك گروه از محققان تا آنجا پیش رفته اند كه درصددند با مواد نانو پوشش های مناسبی تولید كنند كه سلول های حاوی ویروس های خطرناك نظیر ویروس ایدز رادر خود می پوشاند و مانع خروج آنها می شود.
● كاربردهای نانو تكنولوژی
▪ بخشی از تأثیرات و كاربردهای نانوتكنولوژی به شرح زیر است:
۱) تولیدمواد و محصولات صنعتی
محققان قادر به ایجاد ساختارهایی از موادند كه در طبیعت نبوده و شیمی مرسوم نیز قادر به ایجادشان نبوده است. برخی از مزایای نانو ساختارها عبارت است از مواد سبك تر، سخت تر و قابل برنامه ریزی، كاهش هزینه عمر كاری از طریق كاهش دفعات نقص فنی، ابزارهای نوین برپایه اصول و معماری جدید، به كارگیری كارخانجات مولكولی یا خوشه ای كه مزیت مونتاژ مواد در سطح نانو را دارند.
۲) پزشكی و بدن انسان
رفتار مولكولی در مقیاس نانومتر ، سیستم های زنده را می تواند اداره كند، سهل شدن استفاده بهینه از دارو، مواد زیست سازگار با كارآیی بالا، افزایش توان محاسباتی به وسیله نانو تكنولوژی .۳) دوام پذیری منابع كشاورزی ، آب ، انرژی ، مواد و محیط زیست
نانو تكنولوژی منجر به تغییراتی شگرف در استفاده از منابع طبیعی ، انرژی و آب خواهد شد و پساب و آلودگی را كاهش خواهد داد. همچنین فناوری های جدید امكان بازیافت و استفاده مجدد از مواد، انرژی و آب را فراهم خواهندكرد.
۴) هواو فضا
محدودیت های شدید سوخت برای حمل بار به مدارزمین و ماورای آن و علاقه به فرستادن فضاپیما برای مأموریت های طولانی به مناطق دور ازخورشید، كاهش مداوم اندازه، وزن و توان مصرفی را اجتناب ناپذیر می سازد. مواد و ابزار آلات نانو ساختاری امیدحل این مشكل را به وجود آورده است.
۵) امنیت ملی
برخی كاربردهای دفاعی نانوتكنولوژی عبارت اند از: امكان آموزش مؤثرتر نیرو به كمك سیستم های واقعیت مجازی پیچیده تر حاصل از الكترونیك نانوساختاری ، استفاده بیشتر از اتوماسیون و رباتیك پیشرفته برای جبران كاهش نیروی انسانی نظامی ـ كاهش خطر برای سربازان و بهبود كارآیی خودروهای نظامی ، پیشرفت در امر شناسایی و در نتیجه مراقبت عوامل شیمیایی
۶) صنعت الكترونیك
ذخیره سازی اطلاعات در مقیاس كوچك كه با استفاده از این فناوری می توان ظرفیت ذخیره سازی اطلاعات را در حد ۱۰۰۰برابر یا بیشتر افزایش داد و در نهایت به ساخت ابزارهای ابرمحاسباتی به كوچكی یك ساعت مچی منتهی شود.
۷) شكل گیری بازارهای بسیار بزرگ
شواهدموجود نشان می دهد كه درصد بالایی از بازارهای محصولات مختلف متكی بر نانوتكنولوژی خواهد بود و به همین دلیل دولت ها و شركت های بزرگ و كوچك به دنبال كسب جایگاهی برای خود دراین بازارها هستند.
● شاخه های اصلی نانوتكنولوژی
در دسته بندی علوم نانویی همچنان مسائل حل نشده زیادی وجود دارد. اما شاخه هایی كه در زیر آورده شده اند اساس نانوتكنولوژی را تشكیل می دهد:
▪ نانو روكش ها
▪ نانو مواد
▪ نانو پودرها
▪ نانولوله ها (نانوتیوب ها)
▪ نانو كامپوزیت ها
▪ مهندسی مولكولی
▪ نانو ماشین ها
▪ نانو الكترونیك
▪ نانو سنسورها
▪ نانوترانزیستورها
● نانوتكنولوژی در آینده
▪ به كمك نانوتكنولوژی در آینده ای نه چندان دور می توان خانه هایی ساخت كه آجرهای آن در صورت بروز هر گونه ترك خوردگی، خودشان را ترمیم و بازسازی كنند.
▪ اتومبیل ها با لایه ای نازك اما به استحكام الماس پوشانده می شود كه در مقابل هرگونه خراش و ضربه محافظت می شوند.
▪ پزشكان صدها نوع بیماری را تنها با قراردادن یك قطره خون در یك دستگاه تشخیص داده و پس ازچند ثانیه نتیجه را دریافت می كنند.
▪ لباس هایی تولید می شودكه در سرما و گرما دمای بدن را همواره در حالت تعادل نگه داشته، در تمام فصول قابل استفاده اند و به دلیل كیفیت بافت مولكولی كثیف نمی شوند و نیازی به شست و شو ندارند.
▪ ظروف غذاخوری و لوازمی تولید می شود كه برای تمیزكردن آنها نیازی به هیچ گونه ماده شوینده ای نیست و تنها با آب پاك می شوند.
▪ كفش هایی تولید می شوندكه با وجود صاف بودن كف آنها، هرگز بر روی یخ و برف نمی لغزند.
▪ با استفاده از نانوتكنولوژی قادر خواهیم بود یك گلوله كالیبر ۴۵ را با یك سطح نازك و سبك مثل ورق كاغذ متوقف كنیم.
▪ به كمك نانوتكنولوژی می توان حدود ۲۵۰ میلیون حرف نانومتری را كه معادل ۳۰۰كتاب ۳۰۰صفحه ای است ، بر روی سطح مقطع یك موی انسان نوشت.

وحید نقشینه

منبع : روزنامه ایران