M.A.H.S.A
08-28-2011, 12:31 PM
تاریخچه
در حدود سال 1950 میلادی ، فیزیکدان معروف آمریکایی ، پروفسور ریچارد فاینمن پیشنهاد ساخت یک موتور الکتریکی با ابعاد کمتر از 1.64 اینج را داد و برای اولین بار کسی که موفق به ساخت آن شود جایزه 1000 دلاری تعیین نمود. سرانجام ویلیام مک لیلان با زحمت فراوان توانست بوسیله یک انبرک دستی و یک میکروسکوپ این کار را به انجام برساند. در واقع هدف فاینمن از این کار ایجاد انگیزه در موسسات آموزشی و تحقیقاتی بود تا توجه آنها را به دنیای میکروها و نانوها جلب کند.
فاینمن برای اولین بار و بطور جدی این بحث را در سال 1960 و در تکنولوژی کالیفرنیا (Caltech) طی یک سخنرانی با عنوان (There is plenty of 200m at the Bottom) مطرح کرد. در طی این سخنرانی فاینمن طریقه نگارش 24 جلد دایره المعارف Britanica را به صورت تئوری بر نوک یک سوزن توضیح داد و بدین ترتیب شاخه جدیدی از دانش پا به عرصه ظهور گذاشت.
http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/img/daneshnameh_up/2/28/nanotech-carbon.jpg
چقدر کوچک؟
تا به اینجا متوجه شدیم که علم فناوری نانو که مورد بحث ما میباشد، در مورد بسیار کوچکها صحبت می‌کند. اما می‌خواهیم بدانیم چقدر کوچک؟ یک نانو عبارتست از 9-10 متر ، اگر بخواهیم این اندازه را در ذهن خود مجسم کنیم باید بدانیم که اگر تعداد یک میلیون ذره یک نانومتری را در کنار هم قرار دهیم تنها طولی برابر با یک میلیمتر بدست می‌آید. به صورت کاملا دقیق هنگامی که ما از ابعاد نانومتری صحبت می‌کنیم. منظور ما ابعادی در اندازه اتمها و مولکولها میباشد.
نانو تکنولوژی یک علم هست؟
قبل از اینکه به توانمندیهای علم نانو تکنولوژی بپردازیم بهتر است که تعریف جامع و دقیقی از این علم ارائه دهیم تا چهارچوپ بحثمان مشخص گردد.
نانو تکنولوژی عبارتست از توانمندی تولید مواد ، ابزارها و سیستمهای جدید در اندازه‌های مولکولی و اتمی و در دست گرفتن کنترل این ساخته‌ها و استفاده از ویژگیهایی که در این ابعاد ظاهر می‌شود.
با استفاده از همین تعریف ساده مشخص می‌شود که نانو تکنولوژی کاربردهای متعددی را در زمینه‌های مواد غذایی ، دارو ، تشخیص پزشکی ، بیوتکنولوژی تا الکترونیک و کامپیوتر در ارتباطات ، حمل و نقل ، انرژی ، محیط زیست ، مواد ، هوافضا و امنیت ملی می‌توان برشمرد. خواننده به وضوح مشاهده می‌کند که بشر با یک انقلاب دیگری در تکنولوژی روبرو است. انقلابی که بسیار وسیعتر و گسترده‌تر از دو انقلاب دیگر (کشاورزی و صنعتی) است. البته گفتنی است که نانو تکنولوژی در کنار دو تحول عظیم دیگری یعنی ژنتیک و فناوری اطلاعات گام بسوی این انقلاب بر می‌دارد.
http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/img/daneshnameh_up/1/1a/C_nano_tube.jpg
پیشرفت بشر با نانو تکنولوژی
حال مفید به نظر می‌رسد که به گوشه‌ای از تحولاتی که پیش رو خواهیم داشت بپردازیم:
فناوری نانو الکترونیک
سازندگان تجهیزات الکترونیکی ، علاقه بسیاری به کوچک کردن ابعاد و بالا بردن قدرت محاسبات این تجهیزات دارند. ولی این امر با استفاده از فناوریهای معمولی تقریبا به مرز نهایی خود نزدیک شده است. اما فناوری نانو ، راه دیگری را پیش پا گذاشته و می‌توان گفت دنیای الکترونیک را دگرگون ساخته است. با استفاده از این فناوری ، نسل جدیدی از رایانه‌ها به نام رایانه کوانتومی به بازار خواهد آمد، که تقریبا 1000 برابر رایانه‌های امروزی قدرت خواهد داشت! با استفاده از این رایانه‌ها ، سرعت دستیابی به اطلاعات صدها برابر شده و طبعا برتری اطلاعاتی با دارندگان این تجهیزات خواهد بود.
فناوری نانو و شیمی
با استفاده از فناوری نانو می‌توان کاتالیزورهایی با نسبت سطح به حجم بسیار بالا تولید کرده و راندمان را در واحدهای شیمیایی به میزان بسیار زیادی افزایش داد. سلولهای خورشیدی کوانتومی با استفاده از هیدروژن به عنوان سوخت تمیز ، نسل جدید باتریها ، پوششهای بسیار مقاوم ، رنگهای بی‌نیاز از شستشو و تحولات خارق‌العاده دیگر در دنیای شیمی و تولید ، از دیگر کاربردهای فناوری نانو ، می‌باشند که قابلیت ایجاد تحول در نحوه زندگی انسان خواهد داشت. به همین ترتیب ، می‌توان کاربردهای بسیاری را در سایر شاخه‌های علوم و فناوری برای فناوری نانو نام برد.
http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/img/daneshnameh_up/d/d4/nanotec2.JPG
فناوری نانو و پزشکی
همانگونه که می‌دانید روش معمولی درمان دارویی ، بدین صورت است که ماده موثر را وارد بدن می‌کنند و این ماده علاوه بر سلولهای مریض به سلولها و بافتهای سالم بدن نیز سرایت می‌کند. این امر ، باعث مصرف بسیار بالای دارو شده و مهمتر اینکه موجب آسیب رساندن به بافتهای سالم بدن نیز می‌گردد. محققان با استفاده از فناوری نانو ، در حال ساخت کپسولهایی با ابعاد نانومتری هستند که علاوه بر اندازه غیر قابل تصورشان قدرت تشخیص بافتهای مریض را داشته ، دقیقا روی این بافتها قرار گرفته و مقدار داروی لازم را به آنها می‌رسانند.
این پدیده را دارو رسانی (drug delivery) گویند. فناوری نانو همچنین راه را برای ساخت اندامکهای سازگار با بدن بسیار هموارتر ساخته و بسیاری از امراض غیر قابل علاج را درمان پذیر خواهد کرد. در مورد درمان سرطان نیز محققان در حال ساخت نانو ذراتی هستند که به محض ورود به بدن ، بافتهای سرطانی را حتی اگر به اندازه چند سلول باشند، شناسایی کرده و از بین می‌برند. این امر موجب خواهد شد که بافتهای سرطانی در همان روزهای ابتدای شکل گیری ، شناسایی شده و از بین بروند. بطور کلی در سالهای آینده پیشگیری ، تشخیص و درمان بیماریها نسبت به آنچه امروزه به عنوان پزشکی خوانده می‌شود، بسیار متفاوت خواهد شد.
http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/img/daneshnameh_up/7/70/nano_system.jpg
فناوری نانو و حمل و نقل
مواد جدیدی که از نانو ذرات ساخته شده‌اند، به میزان چشم گیری موجب کاهش وزن وسایل نقلیه خواهند شد. در خودروهای نسل آینده ، بجای فولاد ، از مواد مرکب یا نانو کامپوزیتهایی استفاده می‌شود که وزنی بسیار ناچیز و استحکام حیرت انگیز دارند (نسبت استحکام به وزن در این مواد در مقایسه با فولاد چند صد برابر بیشتر است).
کاهش وزن در وسایل نقلیه یعنی دستیابی به سرعتهای بالاتر ، کاهش مصرف سوخت ، کاهش تولید آلاینده‌ها و هزاران منفعت دیگر که به یمن کاهش آلودگی ، عاید بشر خواهد شد. هم‌اکنون با استفاده از این فناوری ، لاستیکهایی ساخته می‌شود که با دارا بودن درصدی از خاک رس ، مقاومت به سایش بسیار بالایی داشته و عمری چند برابر لاستیکهای معمولی دارند.
در حدود سال 1950 میلادی ، فیزیکدان معروف آمریکایی ، پروفسور ریچارد فاینمن پیشنهاد ساخت یک موتور الکتریکی با ابعاد کمتر از 1.64 اینج را داد و برای اولین بار کسی که موفق به ساخت آن شود جایزه 1000 دلاری تعیین نمود. سرانجام ویلیام مک لیلان با زحمت فراوان توانست بوسیله یک انبرک دستی و یک میکروسکوپ این کار را به انجام برساند. در واقع هدف فاینمن از این کار ایجاد انگیزه در موسسات آموزشی و تحقیقاتی بود تا توجه آنها را به دنیای میکروها و نانوها جلب کند.
فاینمن برای اولین بار و بطور جدی این بحث را در سال 1960 و در تکنولوژی کالیفرنیا (Caltech) طی یک سخنرانی با عنوان (There is plenty of 200m at the Bottom) مطرح کرد. در طی این سخنرانی فاینمن طریقه نگارش 24 جلد دایره المعارف Britanica را به صورت تئوری بر نوک یک سوزن توضیح داد و بدین ترتیب شاخه جدیدی از دانش پا به عرصه ظهور گذاشت.
http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/img/daneshnameh_up/2/28/nanotech-carbon.jpg
چقدر کوچک؟
تا به اینجا متوجه شدیم که علم فناوری نانو که مورد بحث ما میباشد، در مورد بسیار کوچکها صحبت می‌کند. اما می‌خواهیم بدانیم چقدر کوچک؟ یک نانو عبارتست از 9-10 متر ، اگر بخواهیم این اندازه را در ذهن خود مجسم کنیم باید بدانیم که اگر تعداد یک میلیون ذره یک نانومتری را در کنار هم قرار دهیم تنها طولی برابر با یک میلیمتر بدست می‌آید. به صورت کاملا دقیق هنگامی که ما از ابعاد نانومتری صحبت می‌کنیم. منظور ما ابعادی در اندازه اتمها و مولکولها میباشد.
نانو تکنولوژی یک علم هست؟
قبل از اینکه به توانمندیهای علم نانو تکنولوژی بپردازیم بهتر است که تعریف جامع و دقیقی از این علم ارائه دهیم تا چهارچوپ بحثمان مشخص گردد.
نانو تکنولوژی عبارتست از توانمندی تولید مواد ، ابزارها و سیستمهای جدید در اندازه‌های مولکولی و اتمی و در دست گرفتن کنترل این ساخته‌ها و استفاده از ویژگیهایی که در این ابعاد ظاهر می‌شود.
با استفاده از همین تعریف ساده مشخص می‌شود که نانو تکنولوژی کاربردهای متعددی را در زمینه‌های مواد غذایی ، دارو ، تشخیص پزشکی ، بیوتکنولوژی تا الکترونیک و کامپیوتر در ارتباطات ، حمل و نقل ، انرژی ، محیط زیست ، مواد ، هوافضا و امنیت ملی می‌توان برشمرد. خواننده به وضوح مشاهده می‌کند که بشر با یک انقلاب دیگری در تکنولوژی روبرو است. انقلابی که بسیار وسیعتر و گسترده‌تر از دو انقلاب دیگر (کشاورزی و صنعتی) است. البته گفتنی است که نانو تکنولوژی در کنار دو تحول عظیم دیگری یعنی ژنتیک و فناوری اطلاعات گام بسوی این انقلاب بر می‌دارد.
http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/img/daneshnameh_up/1/1a/C_nano_tube.jpg
پیشرفت بشر با نانو تکنولوژی
حال مفید به نظر می‌رسد که به گوشه‌ای از تحولاتی که پیش رو خواهیم داشت بپردازیم:
فناوری نانو الکترونیک
سازندگان تجهیزات الکترونیکی ، علاقه بسیاری به کوچک کردن ابعاد و بالا بردن قدرت محاسبات این تجهیزات دارند. ولی این امر با استفاده از فناوریهای معمولی تقریبا به مرز نهایی خود نزدیک شده است. اما فناوری نانو ، راه دیگری را پیش پا گذاشته و می‌توان گفت دنیای الکترونیک را دگرگون ساخته است. با استفاده از این فناوری ، نسل جدیدی از رایانه‌ها به نام رایانه کوانتومی به بازار خواهد آمد، که تقریبا 1000 برابر رایانه‌های امروزی قدرت خواهد داشت! با استفاده از این رایانه‌ها ، سرعت دستیابی به اطلاعات صدها برابر شده و طبعا برتری اطلاعاتی با دارندگان این تجهیزات خواهد بود.
فناوری نانو و شیمی
با استفاده از فناوری نانو می‌توان کاتالیزورهایی با نسبت سطح به حجم بسیار بالا تولید کرده و راندمان را در واحدهای شیمیایی به میزان بسیار زیادی افزایش داد. سلولهای خورشیدی کوانتومی با استفاده از هیدروژن به عنوان سوخت تمیز ، نسل جدید باتریها ، پوششهای بسیار مقاوم ، رنگهای بی‌نیاز از شستشو و تحولات خارق‌العاده دیگر در دنیای شیمی و تولید ، از دیگر کاربردهای فناوری نانو ، می‌باشند که قابلیت ایجاد تحول در نحوه زندگی انسان خواهد داشت. به همین ترتیب ، می‌توان کاربردهای بسیاری را در سایر شاخه‌های علوم و فناوری برای فناوری نانو نام برد.
http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/img/daneshnameh_up/d/d4/nanotec2.JPG
فناوری نانو و پزشکی
همانگونه که می‌دانید روش معمولی درمان دارویی ، بدین صورت است که ماده موثر را وارد بدن می‌کنند و این ماده علاوه بر سلولهای مریض به سلولها و بافتهای سالم بدن نیز سرایت می‌کند. این امر ، باعث مصرف بسیار بالای دارو شده و مهمتر اینکه موجب آسیب رساندن به بافتهای سالم بدن نیز می‌گردد. محققان با استفاده از فناوری نانو ، در حال ساخت کپسولهایی با ابعاد نانومتری هستند که علاوه بر اندازه غیر قابل تصورشان قدرت تشخیص بافتهای مریض را داشته ، دقیقا روی این بافتها قرار گرفته و مقدار داروی لازم را به آنها می‌رسانند.
این پدیده را دارو رسانی (drug delivery) گویند. فناوری نانو همچنین راه را برای ساخت اندامکهای سازگار با بدن بسیار هموارتر ساخته و بسیاری از امراض غیر قابل علاج را درمان پذیر خواهد کرد. در مورد درمان سرطان نیز محققان در حال ساخت نانو ذراتی هستند که به محض ورود به بدن ، بافتهای سرطانی را حتی اگر به اندازه چند سلول باشند، شناسایی کرده و از بین می‌برند. این امر موجب خواهد شد که بافتهای سرطانی در همان روزهای ابتدای شکل گیری ، شناسایی شده و از بین بروند. بطور کلی در سالهای آینده پیشگیری ، تشخیص و درمان بیماریها نسبت به آنچه امروزه به عنوان پزشکی خوانده می‌شود، بسیار متفاوت خواهد شد.
http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/img/daneshnameh_up/7/70/nano_system.jpg
فناوری نانو و حمل و نقل
مواد جدیدی که از نانو ذرات ساخته شده‌اند، به میزان چشم گیری موجب کاهش وزن وسایل نقلیه خواهند شد. در خودروهای نسل آینده ، بجای فولاد ، از مواد مرکب یا نانو کامپوزیتهایی استفاده می‌شود که وزنی بسیار ناچیز و استحکام حیرت انگیز دارند (نسبت استحکام به وزن در این مواد در مقایسه با فولاد چند صد برابر بیشتر است).
کاهش وزن در وسایل نقلیه یعنی دستیابی به سرعتهای بالاتر ، کاهش مصرف سوخت ، کاهش تولید آلاینده‌ها و هزاران منفعت دیگر که به یمن کاهش آلودگی ، عاید بشر خواهد شد. هم‌اکنون با استفاده از این فناوری ، لاستیکهایی ساخته می‌شود که با دارا بودن درصدی از خاک رس ، مقاومت به سایش بسیار بالایی داشته و عمری چند برابر لاستیکهای معمولی دارند.