فناوری نانو

مقدمه:

در طول تاریخ بشر از زمان یونان باستان، مردم و بهخصوص دانشمندان آن دوره بر این باور بودند که مواد را میتوان آنقدر به اجزاء کوچک تقسیم کرد تا به ذراتی رسید که خردناشدنی هستند و این ذرات بنیان مواد را تشکیل میدهند.

فناوري نانو چيست؟

به طور كلي اين فناوري عبارت از كاربرد ذرات در ابعاد نانو است. از دو مسير به اين ابعاد مي توان دسترسي پيدا كرد. يك مسير دسترسي از بالا به پايين و ديگري طراحي و ساخت از پايين به بالا است. در نوع اول، ساختارهاي نانو با كمك ابزار و تجهيزات دقيق از خرد كردن ذرات بزرگ تر حاصل مي شوند. در طراحي و ساخت از پايين به بالا كه عموما آن را فناوري مولكولي نيز مي نامند، توليد ساختارها، اتم به اتم و يا مولكول به مولكول توليد و صورت مي گيرند. به عقيده مدير اجرايي موسسه نانوتكنولوژي انگلستان، فناوري نانو ادامه و گسترش روند مينياتوريزه كردن است و به اين طريق توليد مواد، تجهيزات و سامانه هايي با ابعاد نانو انجام مي شود. درحقيقت فناوري نانو به ما امكان ساخت طراحي موادي را مي دهند كه كاملا داراي خواص و اختصاصات جديد هستند.

چقدر کوچک؟

تا به اينجا متوجه شديم که علم فناوري نانو که مورد بحث ما ميباشد، در مورد بسيار کوچکها صحبت ميکند. اما ميخواهيم بدانيم چقدر کوچک؟ يک نانو عبارتست از 10 به توان -9 یا به عبارتی یک میلیاردیوم متر ، اگر بخواهيم اين اندازه را در ذهن خود مجسم کنيم بايد بدانيم که اگر تعداد يک ميليون ذره يک نانومتري را در کنار هم قرار دهيم تنها طولي برابر با يک ميليمتر بدست ميآيد. به صورت کاملا دقيق هنگامي که ما از ابعاد نانومتري صحبت ميکنيم. منظور ما ابعادي در اندازه اتمها و مولکولها ميباشد.

هنگامي که درباره نانو فناوري شروع به جستجو و مطالعه کنيد، به موضوعات و مواد مختلفي بر ميخوريد مانند:"نانولولهها ، شبيه سازي مولکولي ، نانو داروها ، سلولهاي سوختي ، کاتاليزورها ، نانو ذرات و ..." ، بنابراين ممکن است نانو فناوري رشتهاي کاملا گسترده به نظر آيد که موضوعات آن ربط چنداني به هم ندارند. بطور کلي مطالعات نانو فناوري را ميتوان به سه دسته تقسيم کرد. اگر چه روشهاي تحقيقاتي در آنها با يکديگر متفاوت است، اما اين سه شاخه کاملا به يکديگر مرتبط هستند و پيشرفت در يکي از شاخهها ميتواند در شاخههاي ديگر نيز کاملا مؤثر باشد. اين سه شاخه عبارتند از:

نانوتکنولوژي مرطوب:

اين شاخه به مطالعه سيستمهاي زندهاي ميپردازد که اساسا در محيطهاي آبي وجود دارند. در اين شاخه ساختمان مواد ژنتيکي ، غشاها و ساير ترکيبات سلولي در مقياس نانومتر مورد مطالعه قرار ميگيرد. پژوهشگران موفق شدهاند ساختارهاي زيستي فراواني توليد کنند که نحوه عملکرد آنها در مقياس نانويي کنترل ميشود. اين شاخه در برگيرنده علوم پزشکي ، دارويي و بطور کلي علوم و روشهاي مرتبط با زيست فناوري است.

نانوتکنولوژي خشک:

اين شاخه از علوم پايه شيمي و فيزيک مشتق ميشود و به مطالعه تشکيل ساختارهاي کربني ، سيليکون و مواد غير آلي و فلزي ميپردازد. نکته قابل توجه اين است که الکترونهاي آزاد که در فناوري مرطوب موجب انتقال مواد و انجام واکنشها ميگردند، در فناوري خشک خصوصيات فيزيکي ماده را پديد ميآورند. در نانو تکنولوژي خشک کاربرد مواد نانويي در الکترونيک ، مغناطيس و ابزارهاي نوري مورد مطالعه قرار ميگيرد. براي مثال طراحي و ساختن ميکروسکوپهايي که بتوان با استفاده از آنها مواد را در ابعاد نانومتر ديد.

نانوتکنولوژي محاسبهاي:

در بسياري از مواقع ابزار آزمايشگاهي موجود براي انجام برخي از آزمايشها در مقياس نانومتر مناسب نيستند و يا آنکه انجام اين آزمايشها بسيار گران تمام ميشود. در اين حالت از رايانهها براي شبيه سازي فرآيندها و واکنشهاي اتمها و مولکولها استفاده ميشود. شناختي که بوسيله محاسبه بدست ميآيد، باعث ميشود که زمان پيشرفت نانو تکنولوژي خشک به چند دهه کاهش يابد و البته تأثير مهمي در نانو تکنولوژي مرطوب نيز خواهد داشت.

فناوري نانو و فيزيک الکترونيک:

سازندگان قطعات الکترونيکي علاقه بسياري به کوچک کردن ابعاد و بالا بردن قدرت محاسبات اين تجهيزات دارند. اين امر با استفاده از فناوريهاي معمولي ، تقريبا به مرز نهايي خود نزديک شده است. اما فناوري نانو تکنولوژي ، راه ديگري را پيش پا گذاشته است، که ميتواند دنياي الکترونيک را دگرگون سازد. از جمله وسايل الکترونيکي که با استفاده از اين فناوري ساخته شده است، ميتوان به ديودهاي نوري ، رايانههاي کوانتومي و ترانزيستورهاي نانو اشاره کرد.

ساخت ديودهاي نوري با استفاده از مواد نانو موجب ميشود تا 80 درصد در هزينه برق صرفه جويي شود. يک گروه ديگر از محققان روش تازهاي موسوم به الگوي انتقال ابر شبکه استفاده کردهاند، که ساخت نيم هاديهاي نانومتري به قطر تنها 8 نانومتر را امکان پذير ميسازد.

نانو تکنولوژي در صنعت:

توپهاي تنيسي که با استفاده از کربن 60 ساخته شده و روانه بازار گرديده سبکتر و مستحکمتر از توپهاي عادي است. شرکتهاي ديگر با استفاده از مواد نانو پارچههايي توليد کردهاند که با يک بار تکان دادن آنها ميتوان حالت اتوي اوليه را به آنها بازگرداند و همه چين و چروکهايشان را از بين برد. با همين يکبار تکان همه گرد و خاکي که به اين پارچهها جذب شدهاند نيز پاک ميشوند. همچنين با استفاده از فناوري نانو ليوانهايي توليد شده که قابليت خود تميز کردن دارند.

PerSianTRaining...