کاربردهای نانو تکنولوژی چیست ؟

نانو تکنولوژی چیست؟

نانو تکنولوژی یعنی فناوری یک میلیاردم متر یا تکنولوژی اتمها . در زبان یونانی نانو بمعنای کوتوله و معادل یک میلیاردم می باشد یعنی 50000 بار نازکتر از ضخامت یک تار مو یعنی اندازه چندین اتم.
اگر انسان به این اندازه بزرگ شود 2 میلیون کیلومتر طول قد او می شد یعنی به اندازه 5 برابر فاصله ماه تا زمین.
قطعات الکترونیکی هر روز کوچکتر می شوند . ما از لامپهای رادیوهای پدربزرگهامان به اجزای نیمه رسانا در مدارهای الکترونیکی رسیدیم ونهایتا کیتها ساخته شد که شامل میلیونها ترانزیستور می باشند. صنایع میکرو الکترونیک از بزرگ به کوچک رسیده اند روش کل به جزء ولی در نانوتکنولوژی از جزء به کل می رسند و بدین ترتیب می توان ساختارهای جدیدی ساخت این مواد که خواص جدیدی دارند مواد هوشمند نامیده میشوند
بطور مثال اگر یک سطح ساخته شده از مولکولهای آب گریز داشته باشیم این سطح خودش را تمیز می کند چون آب با سطح برخورد نمی کند و آلودگی را از خودش دور می کند . دلیل خشک ماندن سطح برگ نیلوفر آبی نیز همین است.آب روی شیشه معمولی پخش می شود ولی آب روی سطحی با ساختار نانو نمی ماند با یکنواخت سازی سطوح می توان سطحی کاملا ضد خش را بوجود آورد . امروزه پنجره هایی ساخته می شود که شفافیتشان با جریان الکتریسیته تغییر می کند یا شیشه هایی که در دماهای بالا عایقند .
رسیدن به ماده را از اتمها شروع می کنیم فرض کنید می توانیم آنها را ببینیم و ابزار لازم را در اختیار داریم ( میکروسکوپ قرن 21 بر اساس پدیده کوانتوم ) . رد شدن توپ از دیوار در مکانیک کلاسیک غیر ممکن است ولی در مقیاس اتمی الکترونها می توانند از لایه ها و ساختارها رد شوند ، اساس کار این میکروسکوپ همین است . به کمک این وسیله سطح مواد را در مقیاس اتمی بررسی میکنیم قلب میکروسکوپ موازی سطح ماده حرکت می کند البته ماده باید رسانای جریان الکتریسیته باشد هرگاه نوک میکروسکوپ از روی یک اتم رد شود الکترونها از ماده وارد نوک میکروسکوپ می شوند بدین شکل جریان ضعیفی بوجود می آید هر چه این نوک به ماده نزدیکتر شود جریان قویتر می شود این جریان را بر حسب ارتفاع محاسبه می کنند نقطه به نقطه و خط به خط این کار انجام می شود و به این شکل تصویر توپوگرافی از سطح ماده بدست خواهد آمد. این تصویر کاملا دقیق بوده و می توان بوسیله آن نه تنها ماده را در مقیاس اتمی دید، بلکه می توان در مقیاس اتمی روی آن کار کرد .
در حقیقت میکروسکوپ الکترونی دقیقترین و بهترین ماشین ابزار دنیاست . با دادن بار الکتریکی می توان اتمها را یک به یک حرکت داد به این ترتیب می توان اجسام بزرگتری ساخت مانند آجر برای ساختن خانه ، قفسه ، سیم ، لوله در مقیاس نانوسکوپی . با استفاده از اتم کربن می توانیم ساختارهایی را بسازیم که قبلا وجود نداشتند.
یکی از ساختارهایی که از کربن می شناسیم گرافیت است که در آن اتمهای کربن بصورت شش ضلعی کنار هم قرار گرفته اند و ساختار ورقه ای ایجاد کرده اند . ودیگری الماس که در آن اتمهای کربن شکل چهارضلعی دارند و در سه جهت فضا تکرار شده اند .
ساختار جدیدی از کربن فولرن است که شامل 60 اتم کربن می باشد. باکی بال شناخته شده ترین فولرن استکه شبیه توپ فوتبال امی باشد و از 20 شش ضلعی و 12 پنج ضلعی ساخته شده است . لوله های بسیار باریک کربنی انواع مختلف فولرن می باشند که به نانوتیوب یا نانو لوله معروفنداین لوله ها بسیار مقاومند وقطر آنها حدود 1/4 نانومتر و طول آنها حدود 10-20 میکرون است در مقیاس اتمی میکرون طول زیادی است ولی در مقیاس معمولی خودمان 100000 بار نازکتر از مو !
برای ساخت لوله های کربنی دمای زیادی نیاز است تا اتمها بتوانند با هم ترکیب شوند که این دما از طریق سوختن گاز استیلن تامین می شود .
یکی از مقاومترین الیافی که بشر ساخته 6 بار از فولاد سبکتر ولی مقاومت آن 100 برابر فولاد است.
محققینی که قوه تخیل قوی دارند به فکر ساخت کابلهایی هستند که بتوان بوسیله آن به فضا رفت.
کاربرد عینی تر آن تلاش برای ساخت پروتزهای استخوان است از آنجا که این پروتزها از کربن هستند با بدن سازگاری دارند.
شیمیدانها و زیست شناسها بمنظور تشکیل خودبخودی درشت مولکولها بدنبال راههایی هستند که مولکولها در مکان مورد نظر آنها قرار گیرد .
سطحی را در نظر بگیرید که مولکولها بر روی آن دو منطقه با خواص متفاوت بوجود می آورند . سپس مولکولهایی فرستاده می شوند که یک منطقه را می شناسند و با بار الکتریکی متصل می شوند . سپس سری بعدی مولکولها فرستاده می شود که روی سری قبل قرار می گیرند و کار ادامه پیدا می کند بدین ترتیب می توان سطوح واسطه ای بین مدارهای الکترونیکی دارای لایه ها و بافتهای زنده درشت مولکولها برقرار کرد یعنی می توان بافتهای زنده را به کامپیوترها متصل کرد.
با ربط دادن زیست شناسی به کامپیوترها می توان نابینا را بینا و ناشنوا را شنوا کرد ویا داروهایی را در شرایط بدنی هر بیمار آزمایش کرد.
برای نانوتکنولوژی باید یک شیمیدان ، زیست شناس ، فیزیکدان ومهندس الکترونیک بود .
محققان رویای نانو روباتها را دارند که می توانند سلولهای آلوده را شناسایی کنند و از بین ببرند . نانو اجزایی که دارویی هستند و روی ویروسها اثر می کنند.

نانو چیست؟
همین‌طور که خودتان بهتر می‌دانید، نانو واحد اندازه‌گیری، برابر با یک میلیاردیم متر یا 9-10 است. در اصل کلمه "نانو" یک واژه یونانی بمعنای "قد کوتاه"! می‌باشد.(نه به اندازه یک میلیاردیم متر!). برای تصور این اندازه می‌توان گفت که نانو برابر با یک هزارم قطر موی انسان است.

تکنولوژی چیست؟
توانایی استفاده از منابع برای تبدیل آن‌ها به محصول(کالا یا خدمات) یکی از تعاریف تکنولوژی‌ست.

نانوتکنولوژی چیست؟
طراحی، ساخت، توسعه و استفاده از محصولاتی که اندازه آن‌ها در بازه 1nm تا 100nm قرار دارند را نانو تکنولوژی گویند. در حقیقت اینجا صحبت از ریز شدن است که این کار تماس بیشتر، فعالیت بیشتر و افزایش مساحت را ممکن می‌سازد. نانو یک مقیاس جدید در فناوری‌ها و یک رویکرد جدید در تمام رشته‌ها است و این توانایی را به بشر می‌دهد تا دخالت خود را در ساختار مواد گسترش دهد و در ابعاد بسیار ریز به طراحی و ساخت دست بزند و در تمام فن‌آوری‌هایی که بشر در حال حاضر به آن دست یافته، اثر بگذارد.
انقلاب نانو از کجا سرچشمه می‌گیرد؟
کوانتم نظری انقلاب نانو به حدود 40 سال قبل بر می‌گردد، زمانی که در سال 1959 "فایمن" در هنگام گرفتن جایزه نوبل، نظریه جدیدی مطرح کرد!(بابا عجب خوره‌ای بوده!) او در سخنرانی معروف خود در همان سال به عنوان "فضاهای زیادی در پایین وجود دارند" به بررسی بعد رشد نیافته مواد پرداخت. فایمن فرض را بر این قرار داد که اگر دانشمندان فراگرقته‌اند که چگونه ترانزیستورها و دیگر سازه‌ها را در مقیاس‌های کوچک بسازند، پس ما خواهیم توانست آن‌ها را کوچک و کوچک‌تر کنیم. او در ذهن خود یک دکتر مولکولی تصور کرد که صدها بار از یک سلول کوچک تر است و می‌تواند به بدن انسان تزریق شود ‌و درون بدن به مطالعه سلامت سلول‌ها و انجام اعمال ترمیمی بپردازد!

کاربردهای نانوتکنولوژی:
1) تولید مواد و محصولات: نانوتکنولوژی تغییر بنیادی مسیری است که در آینده موجب ساخت مواد و ابزارها خواهد شد. امکان سنتز بلوک‌های ساخنمانی نانو، با اندازه و ترکیب به دقت کنترل شده و چیدن آن‌ها در ساختارهای بزرگ‌تر که دارای خواص و کارکرد منحصر بفرد باشند، انقلابی در مواد و فرآیندهای تولید آن‌ها ایجاد می‌کند که محققین قادر به ایجادشان نبوده‌اند. مواد سبک‌تر، قوی‌تر، قابل برنامه‌ریزی و کاهش هزینه عمرِِِ ِکاری از طریق کاهش دفعات نقص فنی، از مزایای نانو ساختارها می‌باشد.

2) پزشکی و بدن انسان: فراتر از آسان‌کردن استفاده بهینه از دارو و کپسوله کردن داروها( PLA,PLGA) نانو‌تکونولوژی می‌تواند فرمول‌هایی برای رهایش دارو(Drug Deliverg) تهیه کند که به نحوه حیرت‌انگیزی توان داروها را افزایش می‌دهد.

3) نانو در طراحی و ساختن مواد سبک وزن، پرقدرت و مقاوم در‌ برابر ‌حرارت که مورد نیاز هواپیماها، راکت‌ها، ایستگاه‌های فضایی و سکوهای اکتشافی سیاره‌ای یا خورشیدی، نقش تعیین کننده‌ای دارد و با توجه به اینکه محیط فضا دارای نیروی جاذبه کم و خلا زیاد است، با نانو می‌توان ایجاد ساختارهایی که در زمین ممکن نیست را در فضا میسر کرد.

4) با استفاده از این فن‌آوری می‌توان ظرفیت ذخیره‌سازی اطلاعات را در حد 1000 برابر یا بیشتر افزایش داد. به طور مثال با این فن‌آوری می‌توان 50 عدد DVD را در یک هارد دیسک به ابعاد یک کارت اعتباری ذخیره کرد.
دیگر مزیت‌های نانو: نانوتکنولوژی موجب تغییرات شگرف در استفتده از منابع طبیعی، انرژی و آب خواهد شد. آلودگی آب را کاهش خواهد داد. امکان بازیافت و استفتده مجدد از مواد، انرژی و آب را فراهم خواهد کرد.
در زمینه انرژی نیز نانو تکنولوژی می‌تواند به طور قابل ملاحظه‌ای کارایی، ذخیره‌سازی و تولید انرژی را تحت تاثیر قرار داده و مصرف انرژی را پایین بیاورد.

از مزایای تولید با اجزای ریز:
- دقت زیاد (حتی در حد یک اتم)
- اتلاف انرژی حداقل
- حداقل ایجاد
- حداکثر استفاده از منابع اولیه
تاثیر اقتصادی نانونکنولوژی: برآورد بازار نانو در تقسیم‌بندی آینده کشورها مهم است. بازار فن‌آوری نانو در سال 2005 حدود 200 میلیار دلار بوده و رشد سالانه آن تا سال 2011 حدود 30 درصد خواهد بود.
صنعت دارو: 100 میلیار دلار صنعت نیمه‌هادی: 100 میلیار دلار مصرف انرژِی: 100 میلیار دلار کاتلیت‌ها در صنایع شیمیایی و نفت: 100 میلیار دلار مواد و فرآیند‌های نانو ساختاری: در حد 340 میلیارد دلار! محصولات هوافضای حاصل از نانوتکنولوژی: 70 میلیار دلار

نتیجه اخلاقی: بسیاری از صاحب‌نظران، نانوفن‌آوری را مساوی آینده دانسته‌اند. به‌دلیل تاثیرات این تکنولوژی بر اکثر صنایع و تکنولوژی‌های موجود، متخصصان رشته‌های مختلف بدون گرایش به مباحث نانو، در دهه‌های آینده فرصتی برای رشد نخواهند داشت. به همین دلیل این مساله برای دانشگاهیان و محققان هر کشور ضروری است. به عبارت دیگر می‌توان گفت که اولویت هر کشور در صنعت و فن‌آوری است و بدون تسلط بر ابعاد نانو، در صنعت و فناوری دنیای جدید حرفی برای گفتن نخواهد داشت.