نانو تکنولوژی(مقالات مرتبط)

[Behzad AZ]

دانشمندان ايتاليايي موفق به توليد نانوروبشگر اپتيكي براي شناسايي سريع شكر در غذا با قابليت كنترل قند در غذاي افراد ديابتي شدند.
به گزارش سرويس فن‌آوري خبرگزاري دانشجويان ايران(ايسنا)، دانشمندان ايتاليايي با استفاده از قدرت آنتي‌اكسيداني غذا براي توليد نانوذرات طلا از محلولي با طلاي سه ظرفيت جهت توسعه يك حسگر قند تغيير رنگ دهنده مبتني بر غشاهاي نانواليافي نايلون بهره برده‌اند.
اين غشاءها با استفاده از الكتروريسندگي توليد شده و با يون‌هاي طلاي سه ظرفيتي اشباع شده‌اند.
اين حقيقت كه انرژي موجود در غذا مي‌تواند موجب احيا شدن يون‌هاي طلا به نانوذرات طلا شود، قبلا به اثبات رسيده است.
اخيرا از اين يافته‌ها براي احياي شكر نيز استفاده شده است.
دانشمندان دانشگاه ميلان مشاهده كرده‌اند كه در محيط قليايي (هيدروكسيد سديم 1/0 مولار)، آلدوز و كتوز مي‌توانند به عنوان تركيب احيا كننده عمل كنند.
اين محققان سطح غشاهاي نانواليافي الكتروريسيده را با يون‌هاي طلاي سه ظرفيتي اشباع كردند.
الكتروريسندگي امكان توليد سريع و كم هزينه غشاهاي محكم و ارزان را فراهم مي‌كند. الياف در هم پيچيده حاصل داراي مساحت بالايي بوده و قابليت تثبيت مقادير بالايي از محلول طلاي سه ظرفيتي را دارند.
رشد نانوذرات باعث مي‌شود غشاي شفاف در عرض يك دقيقه به رنگ بنفش درآيد. نقطه حاصل نشان‌دهنده حضور قند احيا كننده است.
اين گروه تحقيقاتي بر اين باورند كه چنين نانوروبشگر اپتيكي مي‌تواند نقش مهمي در كنترل قند (به‌عنوان مثال در نوشيدني‌ها و غذاهاي ديابتي) ايفا كند.
نتايج اين كار تحقيقاتي در مجله Nanotechnology منتشر شده است.

[Behzad AZ]

محققان دانشگاه صنعتي شريف با حل عددي جريان و انتقال حرارت درون ميكرو و نانومجاري كوتاه، به راهكاري مفيد براي پيش‌بيني عملكرد ميكرو و نانوتجهيزات دست يافتند.
به گزارش سرويس پژوهشي خبرگزاري دانشجويان ايران(ايسنا)، دكتر شيدوش وكيلي‌پور، دانش‌اموخته دكتري مهندسي هوافضاي دانشگاه صنعتي شريف و مجري طرح خاطرنشان كرد: با گسترش روزافزون سرعت پردازش و حجم حافظه رايانه‌ها، شبيه‌سازي‌هاي عددي، جايگاه ويژه‌اي در صنايع گوناگون به دست آورده است. امروزه مدل‌سازي عددي توانسته بسياري از هزينه‌هاي انجام آزمايش‌هاي تجربي را در صنايع مختلف كاهش دهد. انجام آزمايش و اندازه‌گيري در ابعاد ميكرو و نانو علاوه‌بر داشتن هزينه‌هاي هنگفت، در اغلب موارد غير ممكن است. حل عددي جريان و انتقال حرارت در ابعاد ريز، راه‌كاري مفيد براي پيش‌بيني عملكرد ميكرو و نانوتجهيزات در شرايط دست‌نيافتني در سطح آزمايشگاهي خواهد بود.
وي درباره ميكرو و نانومجرا‌هاي كوتاه گفت: «ميكرو و نانومجرا‌هاي كوتاه از جمله تجهيزاتي هستند كه به وفور در ميكرو و نانوسامانه‌هاي الكتريكي- مكانيكي به كار برده مي‌شوند. هم‌چنين به دليل طول كوتاه اين تجهيزات، نواحيِ در حال توسعه سرعت و دما در نزديكي دهانه ورودي، در عملكرد و بازده هيدروليكي و حرارتي ميكرو و نانومجرا‌هاي كوتاه، نقشي اساسي دارند. از اين رو، حل صحيح عددي ميدان‌هاي سرعت و دما در اين نواحي براي پيش‌بيني عملكرد ميكرو و نانومجراهاي كوتاه لازم است.»
وكيلي پورافزود: «هدف اصلي پژوهش، به دست آوردن نوعي شرط مرزي ورودي براي حل عددي ميدان‌هاي سرعت و دما با دقت مناسب درون ميكرو و نانومجرا‌هاي كوتاه، به‌خصوص در نواحي در حال توسعه، است.»
به گفته وي، روش عددي كه در اين پژوهش استفاده شده، از مزاياي هر دو روش اجزاي محدود و حجم محدود به خوبي بهره مي‌گيرد؛ از اين رو، به كمك توانمندي روش عددي حاضر و با استفاده از روش بقايي، جريان ورودي درون مجرا از دور دست مدل‌سازي مي‌شود. بدين ترتيب، نواحي در حال توسعه سرعتي و دمايي، تحت اثر شرايط صحيح‌تر به وجود آمده در مقطع ورودي مجرا (از نقطه نظر فيزيكي) با صحت بيشتري حل عددي مي‌شوند.
نتايج اين پژوهش مي‌تواند در طراحي و بهينه‌سازي ميكرو و نانوتجهيزات پزشكي ومهندسي كه از عبور سيال، درون مجاري استفاده مي‌كنند، مؤثر واقع شود.
به گزارش ستاد ويژه توسعه فن‌آوري نانو، جزئيات اين پژوهش كه به‌عنوان بخشي از پايان‌نامه دكتري شيدوش وكيلي‌پور و با همكاري دكتر مسعود دربندي انجام شده، در مجله (Journal of Heat Transfer (ASME(جلد 131، صفحات 044505-044501، سال 2009) منتشر شده است.

[Behzad AZ]

كاربردهاي پزشكي فناوري ‌نانو
اگر مي‌شد بخشي از يك سلول را كه شكسته و آسيب ديده است جدا كرد و آن را با يك ماشين بيولوژيكي مينياتوري تعويض كرد چه مي‌شد؟ يا اينكه چه مي‌شد اگر بشر مي‌توانست ماشين‌هاي بسيار كوچكي در حد و اندازه مولكول‌ها بسازد تا به وسيله آنها داروها دقيقا در جايي كه بايد به بافت‌هاي بدن تحويل داده شود؟ اينها سناريوي فيلم‌هاي علمي تخيلي‌ 30يا 40سال پيش نيستند بلكه تحقيقاتي هستند كه همين امروز دانشمندان روي آنها كار مي‌كنند و درصورتي كه به نتيجه برسند انقلابي در علم پزشكي و شيوه زندگي بشر ايجاد خواهند كرد؛ اينها امكاناتي هستند كه پزشكي نانو مي‌خواهد در اختيار بشر قرار بدهد.
پزشكي نانو در واقع كاربرد فناوري نانو در پيشگيري و درمان بيماري‌ها در بدن انسان است. اين دانش در حالت تكامل اين ظرفيت بالقوه را دارد كه علم پزشكي را كاملا دگرگون كند.
كاربردهاي ثبت شده و آزمايشگاهي پزشكي نانو، آزمايش‌هاي تشخيصي، شيمي‌درماني، پمپ‌هاي انسولين، تزريق‌هاي بدون سوزن، فعاليت‌هاي كمكي در بخش شنوايي، سنسورهاي مختلف پزشكي و سيستم تحويل دارو در بافت‌هاي بدن هستند.
يكي از مشكلاتي كه در حال حاضر در اين بخش پيش روي محققان قرار گرفته است، درك اثرات ذرات نانو بر محيط‌هاي زيستي در بدن و ميزان سمي بودن آنها درون بدن است. دولت‌هاي مختلف در سراسر جهان كارهاي زيادي در اين بخش انجام داده‌اند و تا سال 2006 حدود 130 نوع دارو و سيستم تحويل دارو در بدن به ثبت رسيده كه در آنها از فناوري نانو استفاده شده است.
انتظار مي‌رود در آينده نزديك فناوري نانو در بخش‌هاي مختلف پزشكي مانند بخش تحويل دارو به بافت‌هاي بدن، انواع و اقسام درمان‌ها و تصويربرداري‌هاي بسيار پر پيشرفته، انقلابي در علم پزشكي ايجاد كند.
سيستم تحويل دارو به بافت‌هاي بدن: در اين بخش محققان به دسترسي بيولوژيكي بافت‌ها به انواع داروها توجه مي‌كنند. منظور از دسترسي بيولوژيكي در اينجا ميزان حضور مولكول‌هاي خاصي از دارو است، با توجه به اينكه آيا آنها در بافت‌هاي خاص بدن مورد نياز هستند و اينكه دقيقا در كجا بيشترين كارايي را خواهند داشت. اين اهداف با استفاده از هدف‌يابي مولكولي به وسيله اجزايي كه مهندسي نانو در آنها وجود دارد، قابل تحقق است.
سرطان: قابليت‌هاي اجزاي نانو در بخش تومورشناسي يكي از رؤياهايي است كه سال‌هاي سال محققان در آرزوي آن بوده‌اند. استفاده از اين اجزا در تصوير‌برداري‌هاي پيشرفته مي‌تواند تصاويري استثنايي از مناطقي كه تومور در آنها ايجاد شده است، ارائه دهد. سايز اين اجزا همچنين به محققان اين امكان را داده است كه آنها را تا حد امكان به تومورها نزديك كنند و اطلاعات كافي از آنها به دست آورند. در تازه‌ترين تحقيقات محققان روي نانوذراتي كار مي‌كنند كه علاوه بر استفاده در عكسبرداري، از آنها مي‌توان براي درمان مستقيم تومورها استفاده كرد.
تصويربرداري: تعقيب جريان‌ها در بافت‌‌ها به پزشكان اين امكان را مي‌دهد كه ببينند جريان دارو به چه صورتي در بافت هدف انجام مي‌گيرد. تعقيب بخشي از سلول‌ها در بدن سخت است و به همين خاطر دانشمندان آنها را رنگ مي‌كنند. اما مشكل اينجاست كه سلول‌هايي كه بايد تحت تابش طول‌موج‌هاي مختلف از خود نور بتابانند، هميشه يكنواخت عمل نمي‌كنند و اين تصويربرداري‌ها را با مشكل روبه‌رو مي‌كند. دانشمندان با استفاده از برخي ذرات نانو كه به راحتي به فركانس‌هاي مختلف واكنش‌هاي تعريف شده مي‌دهند، مي‌توانند اين مشكل را حل كنند.
فناوري‌نانوي مولكولي يكي از زيرمجموعه‌هاي فناوري نانو است كه در آن به سازه‌هاي مولكولي توجه مي‌شود؛ ماشين‌هايي كه مي‌توانند ماده را در بخش‌هاي اتمي و مولكولي بازتعريف كنند. اين بخش از فناوري نانو كاملا نظري است و به‌نظر سال‌ها طول مي‌كشد تا به مرحله كاربرد برسد.
نانو روبات‌ها: نانوروبات‌ها وقتي كه به مرحله كاربردي برسند دنياي علم پزشكي را دگرگون خواهند كرد. با كاربردي شدن اين اجزا، نانوداروها با استفاده از آنها مي‌توانند وارد بدن شوند، بخش‌هاي آسيب ديده را شناسايي يا درمان كنند. در اين بخش به تازگي محققان در دانشگاه كارنگي ملون توانسته‌اند نانوموتوري توليد كنند كه به راحتي درون رگ‌هاي انسان حركت مي‌كند. اين اتفاق را مي‌توان نقطه عطفي در بخش پيشرفت نانوموتورها دانست.نانوروبات‌ها هنگام كار در بدن مي‌توانند توسط تصويربرداري ام‌آرآي ديده شوند. اين نانوربات‌ها ابتدا به بدن يك فرد تزريق مي‌شوند و پس از آن به بافتي كه براي آن تعريف شده است، مي‌روند.
ماشين‌هاي تعمير سلول: دكترها با استفاده از جراحي و داروها تنها بافت‌ها را تحريك مي‌كنند كه خود را التيام دهند. با استفاده از ماشين‌هاي سلولي اين روند با دستورات مستقيم ديگر همراه خواهند بود. در اين حالت با تزريق سوزن‌هاي خاصي كه باعث كشته شدن سلول‌ها نخواهند شد، ماشين‌هاي سلولي به سلول تزريق مي‌شوند. در اين صورت نانوماشين‌ها مي‌توانند با توجه به اين واقعيت كه سلول‌ها به مولكول‌هاي خارجي واكنش نشان مي‌دهند باعث ايجاد تغييراتي در كاركرد سلول‌هاي بيمار شوند و آنها را مستقيما براي بهبود تحريك كنند.

[Behzad AZ]

در طول تاريخ بشر از زمان يونان باستان، مردم و به‌خصوص دانشمندان آن دوره بر اين باور بودند كه مواد را مي‌توان آنقدر به اجزاء كوچك تقسيم كرد تا به ذراتي رسيد كه خردناشدني هستند و اين ذرات بنيان مواد را تشكيل مي‌دهند، شايد بتوان دموكريتوس فيلسوف يوناني را پدر فناوري و علوم نانو دانست چرا كه در حدود 400 سال قبل از ميلاد مسيح او اولين كسي بود كه واژة اتم را كه به معني تقسيم‌نشدني در زبان يوناني است براي توصيف ذرات سازنده مواد به كار برد.
با تحقيقات و آزمايش‌هاي بسيار، دانشمندان تاكنون 108 نوع اتم و تعداد زيادي ايزوتوپ كشف كرده‌اند. آنها همچنين پي برده اند كه اتم‌ها از ذرات كوچكتري مانند كوارك‌ها و لپتون‌ها تشكيل شده‌اند. با اين حال اين كشف‌ها در تاريخ پيدايش اين فناوري پيچيده زياد مهم نيست.
نقطه شروع و توسعه اوليه فناوري نانو به طور دقيق مشخص نيست. شايد بتوان گفت كه اولين نانوتكنولوژيست‌ها شيشه‌گران قرون وسطايي بوده‌اند كه از قالب‌هاي قديمي(Medieal forges) براي شكل‌دادن شيشه‌هايشان استفاده مي‌كرده‌اند. البته اين شيشه‌گران نمي‌دانستند كه چرا با اضافه‌كردن طلا به شيشه رنگ آن تغيير مي‌كند. در آن زمان براي ساخت شيشه‌هاي كليساهاي قرون وسطايي از ذرات نانومتري طلا استفاده مي‌‌شده است و با اين كار شيشه‌هاي رنگي بسيار جذابي بدست مي‌آمده است. اين قبيل شيشه‌ها هم‌اكنون در بين شيشه‌هاي بسيار قديمي يافت مي‌شوند. رنگ به‌وجودآمده در اين شيشه‌ها برپايه اين حقيقت استوار است كه مواد با ابعاد نانو داراي همان خواص مواد با ابعاد ميكرو نمي‌باشند.
در واقع يافتن مثالهايي براي استفاده از نانو ذرات فلزي چندان سخت نيست.رنگدانه‌هاي تزييني جام مشهور ليكرگوس در روم باستان ( قرن چهارم بعد از ميلاد) نمونه‌اي از آنهاست. اين جام هنوز در موزه بريتانيا قرار دارد و بسته به جهت نور تابيده به آن رنگهاي متفاوتي دارد. نور انعكاس يافته از آن سبز است ولي اگر نوري از درون آن بتابد، به رنگ قرمز ديده مي‌شود. آناليز اين شيشه حكايت از وجود مقادير بسيار اندكي از بلورهاي فلزي ريز700 (nm) دارد ، كه حاوي نقره و طلا با نسبت مولي تقريبا 14 به 1 است حضور اين نانوبلورها باعث رنگ ويژه جام ليكرگوس گشته است.
در سال1959 ريچارد فاينمن مقاله‌اي را دربارة قابليت‌هاي فناوري نانو در آينده منتشر ساخت. باوجود موقعيت‌هايي كه توسط بسياري تا آن زمان كسب‌شده بود، ريچارد. پي. فاينمن را به عنوان پايه گذار اين علم مي‌شناسند. فاينمن كه بعدها جايزه نوبل را در فيزيك دريافت كرد درآن سال در يك مهماني شام كه توسط انجمن فيزيك آمريكا برگزار شده بود، سخنراني كرد و ايده فناوري نانو را براي عموم مردم آشكار ساخت.
عنوان سخنراني وي «فضاي زيادي در سطوح پايين وجود دارد» بود.
سخنراني او شامل اين مطلب بود كه مي‌توان تمام دايره‌المعارف بريتانيكا را بر روي يك سنجاق نگارش كرد.يعني ابعاد آن به اندازه25000/1ابعاد واقعيش كوچك مي شود. او همچنين از دوتايي‌كردن اتم‌ها براي كاهش ابعاد كامپيوترها سخن گفت (در آن زمان ابعاد كامپيوترها بسيار بزرگتر از ابعاد كنوني بودند اما او احتمال مي‌داد كه ابعاد آنها را بتوان حتي از ابعاد كامپيوترهاي كنوني نيز كوچكتر كرد. او همچنين در آن سخنراني توسعه بيشتر فناوري نانو را پيش‌بيني نمود.
برخي از رويدادهاي مهم تاريخي در شكل گيري فناوري و علوم نانو
تاريخ رويدادهاي مهم در زمينه فناوري نانو
1857 مايكل فارادي محلول كلوئيدي طلا را كشف كرد
1905 تشريح رفتار محلول‌هاي كلوئيدي توسط آلبرت انيشتين
1932 ايجاد لايه‌هاي اتمي به ضخامت يك مولكول توسط لنگموير (Langmuir)
1959 فاينمن ايده " فضاي زياد در سطوح پايين " را براي كار با مواد در مقياس نانو مطرح كرد
1974 براي اولين بار واژه فناوري نانو توسط نوريو تانيگوچي بر زبانها جاري شد
1981 IBM دستگاهي اختراع كرد كه به كمك آن مي‌توان اتم‌ها را تك تك جا‌به‌جا كرد.
1985 كشف ساختار جديدي از كربن C60
1990 شركت IBM توانايي كنترل نحوه قرارگيري اتم‌ها را نمايش گذاشت
1991 كشف نانو لوله‌هاي كربني
1993 توليد اولين نقاط كوانتومي با كيفيت بالا
1997 ساخت اولين نانو ترانزيستور
2000 ساخت اولين موتور DNA
2001 ساخت يك مدل آزمايشگاهي سلول سوخت با استفاده از نانو لوله
2002 شلوارهاي ضدلك به بازار آمد
2003 توليد نمونه‌هاي آزمايشگاهي نانوسلول‌هاي خورشيدي
2004 تحقيق و توسعه براي پيشرفت در عرصه فناوري‌نانو ادامه دارد
فن آوري نانو چيست؟
فناوري‌نانو واژه‌اي است كلي كه به تمام فناوري‌هاي پيشرفته در عرصه كار با مقياس نانو اطلاق مي‌شود. معمولاً منظور از مقياس نانوابعادي در حدود 1nm تا 100nm مي‌باشد. (1 نانومتر يك ميليارديم متر است).
اولين جرقه فناوري نانو (البته در آن زمان هنوز به اين نام شناخته نشده بود) در سال 1959 زده شد. در اين سال ريچارد فاينمن طي يك سخنراني با عنوان «فضاي زيادي در سطوح پايين وجود دارد» ايده فناوري نانو را مطرح ساخت. وي اين نظريه را ارائه داد كه در آينده‌اي نزديك مي‌توانيم مولكول‌ها و اتم‌ها را به صورت مسقيم دستكاري كنيم.
واژه فناوري نانو اولين بار توسط نوريوتاينگوچي استاد دانشگاه علوم توكيو در سال 1974 بر زبانها جاري شد. او اين واژه را براي توصيف ساخت مواد (وسايل) دقيقي كه تلورانس ابعادي آنها در حد نانومتر مي‌باشد، به كار برد. در سال 1986 اين واژه توسط كي اريك دركسلر در كتابي تحت عنوان : «موتور آفرينش: آغاز دوران فناوري‌نانو»بازآفريني و تعريف مجدد شد. وي اين واژه را به شكل عميق‌تري در رساله دكتراي خود مورد بررسي قرار داده و بعدها آنرا در كتابي تحت عنوان «نانوسيستم‌ها ماشين‌هاي مولكولي چگونگي ساخت و محاسبات آنها» توسعه داد.
تفاوت اصلي فناوري نانو با فناوري‌هاي ديگر در مقياس مواد و ساختارهايي است كه در اين فناوري مورد استفاده قرار مي‌گيرند. البته تنها كوچك بودن اندازه مد نظر نيست؛ بلكه زماني كه اندازه مواد دراين مقياس قرار مي‌گيرد، خصوصيات ذاتي آنها از جمله رنگ، استحكام، مقاومت خوردگي و ... تغيير مي‌يابد. در حقيقت اگر بخواهيم تفاوت اين فناوري را با فناوري‌هاي ديگر به صورت قابل ارزيابي بيان نماييم، مي‌توانيم وجود "عناصر پايه" را به عنوان يك معيار ذكر كنيم. عناصر پايه در حقيقت همان عناصر نانومقياسي هستند كه خواص آنها در حالت نانومقياس با خواص‌شان در مقياس بزرگتر فرق مي‌كند.
اولين و مهمترين عنصر پايه، نانوذره است. منظور از نانوذره، همانگونه كه از نام آن مشخص است، ذراتي با ابعاد نانومتري در هر سه بعد مي‌باشد. نانوذرات مي‌توانند از مواد مختلفي تشكيل شوند، مانند نانوذرات فلزي، سراميكي، ... .


دومين عنصر پايه، نانوكپسول است. همان طوري كه از اسم آن مشخص است، كپسول‌هاي هستند كه قطر نانومتري دارند و مي‌توان مواد مورد نظر را درون آنها قرار داد و كپسوله كرد. سال‌هاست كه نانوكپسول‌ها در طبيعت توليد مي‌شوند؛ مولكول‌هاي موسوم به فسفوليپيدها كه يك سر آنها آبگريز و سر ديگر آنها آبدوست است، وقتي در محيط آبي قرار مي‌گيرند، خود به خود كپسول‌هايي را تشكيل مي‌دهند كه قسمت‌هاي آبگريز مولكول در درون آنها واقع مي‌شود و از تماس با آب محافظت مي‌شود. حالت برعكس نيز قابل تصور است.

عنصر پايه بعدي نانولوله كربني است. اين عنصر پايه در سال 1991 در شركت NEC كشف شدند و در حقيقت لوله‌هايي از گرافيت مي‌باشند. اگر صفحات گرافيت را پيچيده و به شكل لوله در بياوريم، به نانولوله‌هاي كربني مي‌رسيم. اين نانولوله‌ها داراي اشكال و اندازه‌هاي مختلفي هستند و مي‌توانند تك ديواره يا چند ديواره باشند. اين لوله‌ها خواص بسيار جالبي دارند كه منجر به ايجاد كاربردهاي جالب توجهي از آنها مي‌شود.


در حقيقت كاربرد فناوري نانو از كاربرد عناصر پايه نشأت مي‌گيرد. هر كدام از اين عناصر پايه، ويژگي‌هاي خاصي دارند كه استفاده از آنها در زمينه‌هاي مختلف، موجب ايجاد خواص جالبي مي‌گردد. مثلاً از جمله كاربردهاي نانوذرات مي‌توان به دارورساني هدفمند و ساده، بانداژهاي بي‌نياز از تجديد، شناسايي زود هنگام و بي‌ضرر سلول‌هاي سرطاني، و تجزيه آلاينده‌هاي محيط زيست اشاره كرد. همچنين نانولوله‌هاي كربني داراي كاربردهاي متنوعي مي‌باشند كه موارد زير را مي‌توان ذكر كرد:
• تصوير برداري زيستي دقيق
• حسگرهاي شيميايي و زيستي قابل اطمينان و داراي عمر طولاني
• شناسايي و جداسازي كاملاً اختصاصي DNA
• ژن‌درماني كه از طريق انتقال ژن به درون سلول توسط نانولوله‌ها صورت مي‌پذيرد.
• از بين بردن باكتري‌ها
اينها تنها مواردي از كاربردهاي بسيار زيادي هستند كه براي عناصر پايه قابل تصور مي‌باشند. كاربرد اين عناصر پايه در صنايع مختلف، در درخت ديگري به نام «درخت صنعت» آورده شده است كه با مراجعه به گروه مطالعاتي آينده‌انديشي، بخش درخت صنعت، مي‌توانيد آن را مشاهده كنيد.
در نهايت «درخت فناوري نانو» معرفي مي‌گردد كه فناوري نانو را به شكل يك زنجيره از رويكرد ساخت عناصر پايه تا كاربرد آنها، در يك درخت چهار سطحي نمايش مي‌دهد. با مراجعه به گروه مطالعاتي آينده‌انديشي، بخش درخت فناوري، مي‌توانيد آن را مشاهده كنيد.
دكتر ريچارد فيليپس فاينمن در 11 مي سال 1918 در منهتن نيويورك چشم به جهان گشود. فاينمن در طول سال‌هاي تحصيلش بر روي رياضيات و علوم بسيار مطالعه مي‌كرد زيرا پدرش مي‌خواست كه او يك معلم فيزيك شود. وي همچنين براي آزمايش در زمينه الكتريسيته يك آزمايشگاه در خانه‌اش برپا كرد. فاينمن از نمادهاي رياضياتي خودش براي توابع Sin، Cos، tanو F(x) استفاده مي‌كرد.
فاينمن در دبيرستان فار راك اوي (Far Rock away) به تحصيل پرداخت و در سال آخر دبيرستان برنده جايزه رياضي دانشگاه نيويورك شد. پس از اتمام دبيرستان او تمايل به ادامه تحصيل داشت اما به جز انستيتو تكنولوژي ماساچوست (MIT) بقيه دانشگاه‌ها به خاطر نمراتش و يهودي‌بودنش از پذيرش وي سرباز زدند. فاينمن در سال 1935 وارد MIT شد و در سال 1939 فارغ‌التحصيل ليسانس فيزيك گرديد. در سال 1942 وي پس از كاركردن بر روي ساخت بمب اتمي (1942-1941) دكتراي خود را از دانشگاه پرينستون دريافت نمود. او پس از دريافت مدرك دكترايش به لوس‌آلاموس (Los Alamos) رفت تا كار بر روي بمب اتمي را ادامه دهد. سپس فاينمن به رياست بخش تئوري منسوب شد. در سال 1945 فاينمن به عنوان استاد فيزيك تئوري در دانشگاه كرنل (Cornell) به فعاليت پرداخت. در بين سال‌هاي 1952 تا 1959 به عنوان استاد مهمان (Visiting Professor) درس فيزيك تئوري در انستيتو تكنولوژي كاليفرنيا (Caltech) به نام ريچارد چيس تولمن (Richard chase Tolman) مشغول به كار شد. بعد از آن سال تا زمان مرگش در سمت استاد فيزيك تئوري در آن دانشگاه مشغول كار بود.
جايزه آلبرت انيشتن از دانشگاه پرينستون به سال 1954، جايزه آلبرت انيشتن از كالج پزشكي و جايزه لورنس (Lawrence) در سال 1963 جوايزي بودكه ريچارد فاينمن موفق به اخذ آنها گرديد. وي در سال 1965 به خاطر توسعه‌دادن الكتروديناميك كوانتوم كه تئوري اثر متقابل ذرات و اتم‌ها را در ميدان‌هاي تشعشعي بيان مي‌كند به شهرت رسيد. وي در قسمتي از كارهايش آنچه را كه امروزه به نام "دياگرام فاينمن" ناميده مي‌شود، ترسيم نمود. اين دياگرام نمودار مكان- زمان اثر متقابل ذرات را نشان مي‌دهد. به خاطر اين كار وي جايزه نوبل را درآن سال به همراه جي- اسكوينجر (J-Schwinger) و اس. آي. توموناجا (S.I. Tomonaga) اخذ كرد.
بعدها در طول زندگيش هنگامي كه به گروه تحقيق حادثه انفجار شاتل چنجر پيوست و دو كتاب خاطراتش را كه پرفروش‌ترين كتاب‌ها شدند، منتشر كرد به چهره برجسته‌اي تبديل شد.
پروفسور فاينمن عضو انجمن فيزيك آمريكا، انجمن آمريكايي علوم پيشرفته و آكادمي ملي علوم بود. او همچنين در سال 1965 به عنوان عضو خارجي انجمن سلطنتي انگلستان انتخاب شد.
در سال1959 ايشان مقاله‌اي را درباره قابليت‌هاي فناوري نانو در آينده منتشر ساخت. فاينمن درآن سال در يك مهماني شام كه توسط انجمن فيزيك آمريكا برگزار شده بود، سخنراني كرد و ايده فناوري نانو را براي عموم مردم آشكار ساخت.
عنوان سخنراني وي اين بود «فضاي زيادي در سطوح پايين وجود دارد» باوجود موقعيت‌هايي كه توسط بسياري تا آن زمان كسب‌شده بود، ريچارد. پي. فاينمن را به عنوان پايه گذار اين علم مي‌شناسند.
سخنراني او شامل اين مطلب بود كه مي‌توان تمام دايره‌المعارف بريتانيكا را بر روي يك سنجاق نگارش كرد. يعني ابعاد آن را به اندازه 25000/1 ابعاد واقعيش كوچك كرد. او همچنين از دوتايي‌كردن اتم‌ها براي كاهش ابعاد كامپيوترها سخن گفت (در آن زمان ابعاد كامپيوترها بسيار بزرگتر از ابعاد كنوني بودند اما او احتمال مي‌داد كه ابعاد آنها را بتوان حتي از ابعاد كامپيوترهاي كنوني نيز كوچكتر كرد) او همچنين در آن سخنراني توسعه بيشتر فناوري نانو را پيش‌بيني نمود. وي در پايان سخنرانيش 1000 دلار براي اختراع اولين الكتروموتوري كه ابعادش حداكثر 64/1اينچ مكعب باشد، پيشنهاد داد. جايزه‌اي كه براي اولين كسي كه بتواند ابعاد يك صفحه كتاب را به اندازه ابعاد اصليش كوچك كند، تعيين كرد. ابعاد اين صفحه كتاب مي‌بايست به اندازه‌اي باشد كه بتوان آن را به كمك يك ميكروسكوپ الكتروني خواند. اين ايده‌ها در سال‌هاي 1960 و 1985 تحقق يافتند و جايزه‌هاي آنها نيز پرداخت شد.
ريچارد فاينمن با گوند هوارد (Gwenth Howarth) ازدواج كرد كه ثمره اين ازدواج يك پسر به نام كارل ريچارد (Corl Richard) (متولد 22 آوريل 1961) و يك دختر به نام ميشل كاترين (Michell Cathrine) (متولد 13 آگوست سال 1968) بود. متأسفانه فاينمن در سال 1988 به خاطر سرطان شكم در مركز پزشكي لوس‌آنجلس درگذشت. ياد فاينمن همواره به خاطر گشودن دريچه‌اي نو در قلمرو علم فيزيك به سوي ما، در ذهن‌ها باقي مي‌ماند.
روبرت اي فريتاس مدير تحقيقات موسسه ساخت مولكولي (Institute for Molecular Manufacturing) مي‌باشد. وي در رشته‌هاي فيزيك، روانشناسي و حقوق تحصيل كرده است و بيش از 150 مقاله‌ فني و عمومي با موضوعات مختلف علمي، مهندسي و حقوقي نوشته است. وي همچنين عهده‌دار نوشتن فصل‌هايي از كتاب‌هاي مختلف مي باشد.
او در سال 1980 گزارشي تحليلي درباره امكان ساخت كارخانه‌هاي فضايي تكثير شونده يعني كارخانه‌هايي كه بتوانند كارخانه‌هاي مشابه خودشان را به وجود آورند نوشت و سپس اولين تحقيق فني را كه به جزئياتي درباره نانوروبات‌هاي پزشكي پرداخته بود در مجله پزشكي (medical jarmal) منتشر ساخت.
اخيراً فريتاس كتاب نانوپزشكي را منتشر كرده است. اين كتاب اولين كتاب فني مي‌باشد كه درباره قابليت‌هاي نانوفناوري مولكولي در نانوروبات‌هاي پزشكي كه كاربردهاي پزشكي و دارويي دارند به بحث پرداخته است. جلد اول اين كتاب در سال 1999 توسط شركت Lands Bioscience منتشر شد. در اين زمان فريتاس محقق موسسه ساخت مولكولي واقع در ايالت كاليفرنيا بود. او در سال 2003 قسمت اول جلد دوم آن كتاب را توسط همان شركت منتشر ساخت. وي در آن زمان در شركت زيوكس zyvex به عنوان يك محقق مشغول به كار بود. زيوكس يك كمپاني در زمينه فناوري نانو مي‌باشد كه مركز آن در فاصله سال‌هاي 2000 تا 2004 در ريچاردسون تگزاس بود. فريتاس هم اكنون مشغول تكميل كردن قسمت دوم جلد دوم و جلد سوم كتاب نانوپزشكي مي‌باشد. همچنين وي به عنوان مشاور در زمينه‌هاي سنتز نانومكانيكي الماس و طراحي متصل كننده‌هاي مولكولي به عنوان مدير تحقيقات موسسه ساخت مولكولي مشغول به كار مي‌باشد.
در سال 2004 روبرت فريتاس و رالف مركل با همكاري يكديگر كتاب"سينماتيك ماشين‌هاي تكثير شونده" را منتشر نمودند. اين اولين كتابي است كه در زمينه فيزيك ماشين‌هاي تكثير شونده تاكنون به چاپ رسيده است.

[Behzad AZ]

هوا و آلاينده ها

هوا ضروري‌ترين ماده براي ادامه حيات موجود زنده است. درصد گازهاي موجود در هوا شامل 78 درصد ازت ، 19 درصد‌اكسيژن و به ترتيب 2، 1 و 3/0 درصد بخار آب، آرگون و دي‌اكسيد كربن و همچنين حدود 18 پي‌پي‌ام، گاز نئون، 5 پي‌پي‌ام هليوم، 1/5 پي‌پي‌ام متان و مجموعا 5/0 پي‌پي‌ام دي‌اكسيد ازت، هيدورژن و گزنون است. به طور كلي از آلوده‌كننده‌هاي مهم هوا مي توان "مونواكسيد كربن" ،" اكسيدهاي گوگرد"، "اكسيدهاي ازت"، "اكسيدكننده‌هاي فتوشيميايي"، "هيدروكربورها"، ذرات معلق در هوا و مواد راديو اكتيو را نام برد كه در اين مقاله به بررسي خواص مونواكسيد كربن مي پردازيم.


بررسي خواص گاز مونواكسيد كربن

با آغاز فصل سرما مردم تلاش مي‌كنند، كمتر در معرض سرما قرار بگيرند و براي گرم كردن محل سكونت و كار خود از وسايل گرم كننده‌، شامل بخاري گازي با دودكش و بدون دودكش، شومينه‌هاي گازي يا هيزمي، چراغ‌هاي خوراك پزي و غيره استفاده مي‌كنند كه بر اثر سوختن ناقص مواد و گازها در اين وسايل، گاز "مونوكسيد كربن" (CO) توليد مي‌شود كه اين گاز بسيار خطرناك و سمي است. از چند سال گذشته به دليل كمبود جا در خانه‌ها؛‌ برخي از كارخانه‌ها اقدام به توليد بخاري‌هاي بدون دودكش كرده‌اند كه جاي كمتري اشغال مي‌كند. بر خلاف تصورات رايج بيشتر مردم خطرات ناشي از آلاينده ها در مكانهاي بسته بيشتر از محيط هاي باز مي باشد اما از آنجا كه خلاف اين امر صورت مي گيرد و در زمستان كليه منافذ خانه بسته است، با توليد گاز منو اكسيد كربن مسموميت و به دنبال آن مرگ به همراه مي آيد.
ناقص سوزي و توليد CO
اصطلاحاً زماني كه شعله آتش زرد رنگ باشد، گفته مي شود كه اين نوع سوخت مونواكسيد كربن زيادي توليد مي كند كه براي محيط زيست بسيار خطرناك است و هر چه محيط محدود تر باشد قطعاً خطر آن هم بيشتر مي شود. ناقص سوختن يك اصطلاح علمي است كه بيشتر در شيمي به كار مي رود. ابن عبارت زماني استفاده مي شود كه اكسيژن كافي براي سوخت كامل يك ماده وجود نداشته باشد.



منابع و صنايع مونواكسيد كربن

آلودگي هوا يكي از پنج عامل اصلي تهديد كننده سلامت بشر هستند كه در چند دههء اخير مي توان با تراكم و نزديكي بيش از حد ساختمانها، عدم تهويهء مناسب هوا به منظور جلوگيري از اصراف انرژي ، استفاده از مواد مصنوعي و شيميائي در ساختمان ، مبلمان و وسايل شخصي همينطور استفاده از حشره كش ها، مواد شوينده، تميز كننده و ضد عفوني كننده دانست. مونو اكسيد كربن يك گاز بي رنگ و بو مي باشد كه در اثر سوخت ناكامل انرژي فسيلي و سوختن تركيبات آلي هيدروكربنها توليد و منتشر مي شود. اين گاز در هواي داخل در اثر دود سيگار ، بسته بودن محيط و نزديك بودن به گاراژ يا خيابان متراكم مي شود. از صنايع توليد گاز مونواكسيد كربن مي توان به اگزوز اتومبيل ها، دودكش كارخانه جات، دود حاصل از سوختن ذغال، آتش سوزي ها، گازهاي خانگي و فرآورده هاي نفتي اشره كرد. به طور كلي دود اتومبيل حاوي 7 درصد، بخاري نفتي 5 درصد و گاز مايع 4 درصد مونواكسيد كربن هستند. منبع اصلي توليد مونواكسيد در شهرها، وسايط نقليه موتوري است. البته فعاليت‌هاي صنعتي و احتراق ناقص سوخت در تأسيسات تجاري و دستگاه‌هاي حرارتي و سوختن زباله نيز به ميزان كمتر در توليد اين گاز سهيم هستند.



تاثيرات نامطلوب مونواكسيد كربن

مونو اكسيد كربن از طريق ريه وارد خون شده، با هموگلوبين تركيب مي شود و اجازه نمي دهد كه اكسيژن كافي به سلولها برسد. از علائم مونو اكسيد كربن مي توان آنفلوانزا، خستگي، سردرد، گيجي، حالت تهوع، ناراحتي روحي و تپش بالاي قلب را نام برد. مسوميت بالاي مو نو اكسيد كربن مي تواند به مرگ فوري منتهي شود. مسموميت آن با ميزان پائين براي خانمهاي حامله مي تواند عوارض جبران ناپذيري براي خانمهاي حامله به جاي گذارد كه به دليل دارا بودن همين خصايص، لقب قاتل پنهان گرفته است. اگر اين گاز در هوا پراكنده شود، گاز گرفتگي صورت گرفته، و مسموميت و مرگ به دنبال دارد كه آمار چشم گير اين مسموميت، توجه محققين و مخترعين را به خود جلب كرده است. جلوگيري از گسترش مضرات ناشي از آلودگي هوا در منازل ، مدارس ، مهد كودكها و محل بازي كودكان بدون كمك تمامي افراد جامعه و همكاري بخش خصوصي و سازمانهاي دولتي ذيربط امكان پذير نمي باشد.
اين آلاينده تأثير فراواني بر سلامتي موجودات زنده بر جاي مي‌گذارد. لازم به ذكر است، ميل تركيبي هموگلوبين خون كه عامل انتقال اكسيژن به بافت‌هاي بدن است، با مونواكسيد كربن دويست مرتبه بيشتر از ميل تركيبي آن با اكسيژن است. در نتيجه وجود مقدار كمي از اين گاز و تركيب آن با هموگلوبين خون موجب تشكيل كربوكسي هموگلوبين مي‌شود كه يك تركيب‌ پايدار است. اين تركيب از مقدار هموگلوبيني كه اكسيژن را به بافت‌هاي بدن مي‌رساند، مي‌كاهد و از جدا شدن اكسيژن و هموگلوبين از يكديگر جلوگيري مي‌كند. همچنين مونواكسيد كربن در خون، فشار نسبي گاز اكسيژن را كاهش داده و نيروي محركه انتشار در بافت‌هاي بدن را كم مي‌كند. مجموعه اين تغييرات، ايجاد مسموميت‌ها و حساسيت‌هاي زيادي از جمله تضعيف مركز اعصاب، حساسيت به نور و كاهش قدرت بينايي، كاهش قوه باصره و كنترل حركات اختياري را فراهم مي‌آورد.



آمار و نتايج مطالعات مضررات "CO"

طبق آمار سازمان بهداشت جهاني، وجود گازهاي آلاينده در هواي دم، منجر به افزايش مرگ و مير به ميزان بيش از 500 هزار نفر در هر سال، در سراسر جهان مي شود كه در اين راستا گزارشي در خصوص بسياري از اختلالات فيزيولوژيك، بيوشيميايي و جهش مولكولي ناشي از تماس با اين مواد وجود ندارد.
براساس آمارهاي وزارت بهداشت ميزان مرگ و مير سالانه شهروندان تهراني براثر آلودگي هوا بيش از 7 هزار نفر است كه از اين تعداد 4 هزار نفر بر اثر بيماريهاي ناشي از ذرات معلق در هوا و 3 هزار و 300 نفر براثر سرطان هاي ناشي از آلودگي هوا جان خود را از دست مي دهند.آمارها نشان مي دهد كه هر ساله براثر آلودگي هوا از هر 100 هزار نفر 62 نفر به بيماري هاي قلبي و تنفسي و 52 نفر نيز به سرطان مبتلا مي شوند كه به هيچ وجه مطلوب نيست. لذا بايستي اصول ايمني را جهت جلوگيري از حوادث رعايت كنيم. به گزارش سازمان جهاني بهداشت (WHO) سيگارنه تنها براي سيگاري‌ها بلكه براي افرادي هم كه سيگاري نيستند، اما در معرض دود سيگار ديگران قرار مي‌گيرند بسيار خطرناك است .براساس آمار اين سازمان، سالانه نزديك به 200هزار نفر بر اثر عواقب دود سيگار در محل كار جان مي‌بازند. مونو اكسيد كربن، گاز خطرناكي است كه مانع انتقال اكسيژن به خون مي‌شود. اين گاز ازسوخت خودروهاي بنزيني يا هنگام مصرف دخانيات توليد مي‌شود.در اروپا قانوني به اجرا گذاشته شده كه ميزان مونواكسيد كربن توليد شده توسط خودروها را محدود مي‌كند. در مقايسه با اين قانون، يك فرد سيگاري كه در روز 5 نخ سيگار مي‌كشد، به نسبت، مونواكسيد كربن بيشتري از يك خودرو توليد مي‌كند.



راه حل هاي موجود براي حل مشكلات گاز مونواكسيد كربن

گاز CO مشكلات و مضراتي از قبيل آلودگي هوا ، مشكلات استنشاق ، بيماريهاي قلبي-تنفسي و مشكلاتي ديگر پديد مي آورد كه در سالهاي اخير توجه مسئولين زيربط، محققين و مخترعين را به خود جلب كرده است در حالي كه با توجه به آمار بهداشت جهاني همه ساله نيم ميليون نفر بر اثر عدم رعايت حوادث ايمني و مضرات مونواكسيد كربن جان مي بازند. عليرغم اثرات نامطلوب آلاينده‌هاي هوا كه به برخي از آنها اشاره شد، تأثير هر آلاينده به غلظت و مدت تماس با آن بستگي دارد. براي مثال، يك آلاينده مانند منواكسيدكربن با غلظت زياد، در مدت كوتاه ممكن است اثر نامطلوبي نداشته باشد، در حالي كه غلظت پايين‌تري از اين آلاينده به مدت طولاني‌تر مي‌‌تواند باعث بروز عوارض متعددي مانند سرگيجه و تهوع شود.
بنابراين ميزان تاثير غلظت و مدت زمان تنفس گازها با يكديگر تفاوت دارند. در شرايطي كه بخواهيم مشخص كنيم كداميك از آلاينده‌ها داراي اثر نامطلوب بيشتري است، از شاخصي به نام استاندارد آلاينده استفاده مي كنيم.
بر اساس اين شاخص، وضعيت آلودگي هوا به پنج دسته تقسيم‌بندي شده است. حدود استانداردي بين 5 تا 50 بيانگر وضعيت هواي پاك، 51 تا 100 نشانگر هواي مجاز و استاندارد هوا بين 101 تا 199 هواي سالم و بين 200 تا 299 و بيش از 300 وضعيت هواي خيلي ناسالم و خطرناك را نشان مي‌دهند كه براي سنجش ميزان خطر گاز مونواكسيدكربن، بايد به حدود استاندارد آن در هوا توجه نمود تا در صورت وجود خطر، علت را بر طرف كرد.
به طور كلي عدم رعايت نكات ايمني بيشترين عامل مسموميت و مرگ بر اثر CO بوده است كه باعث ناسالم شدن هوا و عبور آن از مرز هواي مجاز است. رعايت اين نكات مي تواند گامي موثر براي پيشگيري از خطرات اين آلاينده باشد.
پيشگيري از مسموميت با گاز Coبسيار ساده است:
-استفاده از وسايل گرمايشي استاندارد در پيشگيري از اين مسموميت از اهميت بالايي برخوردار است و بخاري‌هاي بدون دودكش به هيچ عنوان از توليد گاز Co جلوگيري نمي كند بلكه به دليل بسته بودن منافذ در زمستان، باعث مسموميت و آلوده شدن هواي محيط مي شود.
-دقت و توجه به داغ بودن دودكش نيز بهترين آزمايش سلامت دودكش است. اگر لوله دودكش بخاري شما سرد است دليل آن خارج نشدن حاصل احتراق و ديگر گازهاي سمي مانند مونواكسيد كربن، از دودكش است. در صورت سرد بودن لوله دودكش بايد ضمن رفع نقص، به طور موقت با باز كردن قسمتي از درب يا پنجره، در محيط تهويه ايجاد كنيد.
-رنگ شعله بخاري و وسايل پخت و پز بايد آبي باشد و چنانچه رنگ شعله قرمز ،‌زرد يا نارنجي باشد، حتما نقص در سوخت رساني و كمبود اكسيژن در محيط است كه سريعا بايد تعمير و سوخت رساني شود. همان طور كه در قبل اشاره كرديم رنگ شعله زرد نشان از كمبود اكسيژن تركيبي است كه در اين حالت ناقص سوزي رخ داده و مونواكسيدكربن توليد مي شود
-در صورت استفاده از وسايل گرمايشي نبايد تمام منافذ خانه بسته باشند زيرا خطر مسموميت در محيط بسته و محدود بيشتر است.
-از نسب آبگرمكن در حمام و يا استفاده از شعله آشپزخانه براي گرم كردن بايد خود داري نمود.
علاوه بر راههاي فوق، راههاي بسياري براي كاهش خطرات CO وجود دارد كه از جمله آن ها مي توان به پركاربرد ترين آنها يعني "فيلتراسيون" اشاره نمود. امروزه نانو فيلتراسيون ها نقش بسيار مهمي در جدا سازي آلاينده هاي مضر موجود در هوا دارند. با فناوري نانو ميتوان نقايص مواد را در مقياس نانو متر بر طرف نمود و آنها را به شيوه مطلوب و قابل استفاده تغيير داد. در ابتدا لازم مي دانيم فناوري نانو را به طوري كامل شرح داده، و به دنبال راههاي اساسي براي كاهش خطرات CO باشيم.



تكنولوژي نانو ، راه برگزيده

نانو به راستي كوچك است چرا كه مقياس نانو متر به معناي يك ميلياردم متر است. (1000000000/1)
براي احساس اندازه هاي مادون ريز ، قطر موي سر انسان را كه يك دهم ميليمتر است در نظر بگيريد ، يك نانومتر صدهزار برابر كوچكتراست 9- ^ 10متر .
در واقع تكنولوژي نانو عبارت است از به كار گيري ابزارها و سيستم ها براي كنترل، شكل و طراحي، توصيف، توليد و كاربرد ساختارها در اندازه نانومتر. اهميت نانو مقياس به اين دليل است كه در نانو مقياس خواص جديدي به دست مي آوردند و مواد در اين مقياس كوچك اند. مواد توليد شده در مقياس نانو را بر اساس سه بعدي، دو بعدي و يك بعدي بودن آنها بررسي مي كنند.
تكنولوژي و مهندسي در قرن پيش رو با وسايل ، اندازه گيريها و توليداتي سروكار خواهد داشت كه چنين ابعاد مادون ريزي دارند. در دو دهه اخير، پيشرفتهاي تكنولوژي وسايل و مواد با ابعاد بسيار كوچك به دست آمده است و به سوي تحولي فوق العاده كه تمدن بشر را تا پايان قرن دگرگون خواهد كرد ، پيش مي رود . درحال حاضر پروسه هاي در ابعاد چند مولكول قابل طراحي و كنترل است . همچنين خواص مكانيكي ، شيميايي ، الكتريكي ، مغناطيسي ، نوري و... مواد در لايه ها در حدود ابعاد نانومتر قابل درك و تحليل و سنجش است . با تكنولوژي نانو قادر به تغيير مواد در جهت مطلوب و رفع نقايص مواد هستيم. درست همان روشي كه در طبيعت براي توليد كردن حاكم است. مجموعه هاي طبيعي ، تركيبي از دانه هاي مادون ريز قابل تشخيص با خواص مشابه و يا متفاوت با اندازه هاي در حدود نانو مي باشد.
در بياني كوتاه نانوتكنولوژي يك فرايند توليد مولكولي است . همانطور كه طبيعت مجموعه ها را بطور خودكار مولكول به مولكول ساخته و روي هم مونتاژ كرده است ، ما هم بايد براي توليد محصولات جديد ، با اين اعتقاد كه هرچه در طبيعت توليد شده قابل توليد در آزمايشگاه نيز هست ، نظير طبيعت راهي پيدا كنيم . البته منظور اين نيست كه چند هسته از مواد راپيدا كنيم و با رساندن انرژي و خوراك پس از چند سال يك نيروگاه از آن بسازيم كه شهري را برق دهد . بلكه براي تركيب و تكامل خودكار توليدات مادون ريزكه به نحوي در مجموعه هاي بزرگتر مصرف دارد ، راهي بيابيم . در اندازه هاي مادون ريز ، روشها و ابزارآلات متعارف فيزيكي مانند تراشيدن و خم كردن و سوراخ كردن و...جوابگو نيستند .

براي ساختن ماشينهاي ملكولي بايد روش پروسه هاي طبيعي را دنبال كرد .
با تهيه نقشه هاي ساختاري بدن يعني آرايش ژنها و DNA كه ژنم ناميده شده است و به موازات آن دست يافتن به تكنولوژي مادون ريز ، در دراز مدت تحولات بسياري در هستي ايجاد خواهد شد . توليد مواد جديد ، گياهان ، جانداران و حتي انسان متحول خواهد شد . اشكالات ساختاري موجودات در طبيعت رفع مي شود و با تركيب و خواص اورگانيك گياهان و جانوران ، موجودات جديدي با خواص فوق العاده و شخصيتهاي متفاوت بوجود خواهد آمد .آينده علوم و مهندسي كه چندين گرايشي Multi- Disciplinary )) است ، به طرف توليد ماشينهاي مولكولي سوق داده خواهد شد تا در نهايت بتواند مجموعه هاي كارآيي از پيوندهاي ارگانيك و سايبريك را عرضه نمايد. استفاده از اين روش به توليد و ساخت محصولات و ايجاد تكنولوژي‌هاي جديد با كارآيي بالا منجر مي‌شود. نانوتكنولوژي اين امكان را فراهم مي‌كند كه اجزا و تركيبات مواد شيميايي را در مقياس نانو در آورده و داخل سلول‌ها قرار داده و مواد جديدي را با استفاده از روش‌هاي جديد خود مونتاژ بسازيم. در اين روش به هيچ وسيله‌اي مانند يك روبات يا ابزار ديگري براي سرهم كردن اجزا نيازي نيست.
هستي را به رايانه ( سخت افزار ) و برنامه ( نرم افزار ) كه دو پديده مختلف ولي ادغام شده هستند ، مي توان تشبيه كرد . سخت افزار مصداق ماده ( اغلب اتم هيدروژن ) و نرم افزار يا برنامه ، قابليت نهفته در خلقت آن است .
اتم به نظر ساده و ابتدايي هيدروژن در طي ميلياردها سال با قابليت نهفته در خود توانسته است ميليونها نوع آرايش مختلف را در هستي بوجود آورد . بشر از بوجود آوردن اساس ماده عاجز است . ولي در برنامه ريزيهاي جديد و يافتن اشكال ديگري از آنچه در طبيعت وجود دارد ، پيش خواهد رفت . طبيعت را خواهد شناخت و به اصطلاح ، قفلهاي شگفت آور آن را باز خواهد كرد . احتمالا انسان در شرايط مناسبتري از درجه حرارت و فشار كه درتشكيل طبيعي مواد مختلف از هيدروژن لازم است ، بتواند اتمهاي مورد نباز خود را توليد كند ، سيارات ديگري را در نهايت در اختيار بگيرد و بعيد نيست كه نواده هاي دوردست ما بتوانند در نيمه هاي راه ابديت در اكثر نقاط جهان هستي و كهكشانها سكني گزينند.

به احتمال زياد قبل از پايان هزاره سوم انسانها در بدن خود انواع لوازم مصنوعي و ديجيتالي را خواهند داشت. از بيماري ، پيري ، درد ستون فقرات ، كم حافظه اي و... رنج نخواهند برد .قابليت فهم و تحليل اطلاعات در مغز آنها در مقايسه با امروز بي نهايت خواهد شد. در هزاره هاي آينده انسانهاي طبيعي مانند امروز احتمالا براي مطالعات پژوهشي نگهداري شده و به نمونه هاي آزمايشگاهي و بطور حتم قابل احترام تبديل خواهند شد و مردمان آينده از اينهمه درد و ناراحتي كه اجداد آنها در هزاره هاي قبل كشيده اند ، متعجب و متاثر خواهند بود .

اكنون جا دارد همگام با تحولات جديد در مهندسي و علوم ، دانشگاهها و مراكز تحقيقاتي بطور جدي به پژوهشهاي تكنولوژي مادون ريز مشغول شوند تا حداقل ما هم بتوانيم مرزهاي دانش روز را به نسلهاي آينده تحويل دهيم و در تشكلهاي جديد هستي سهمي داشته باشيم . باشد هرچه زودتر به خود آييم و عمق شكوهمند و معجزه آساي انديشه بشررا دريابيم و از كوتاه بيني و افكار فرسوده موروثي فاصله بگيريم . گفته شيخ اجل سعدي در آينده مصداق واقعي تري خواهد داشت :
اين تكنولوژي جديد توانايي آن را دارد كه تاثيري اساسي بر كشورهاي صنعتي در دهه هاي آينده بگذارد . در اينجا به برخي از نمونه هاي عملي در زمينه نانوتكنولوژي كه بر اساس تحقيقات و مشاهدات بخش خصوصي به دست آمده است ، اشاره مي شود .
انتظار مي رود كه مقياس نانومتر به يك مقياس با كارايي بالا و ويژگيهاي منحصربفرد ، طوري ساخته خواهند شد كه روش شيمي سنتي پاسخگوي اين امر نمي تواند باشد .



فوايد نانو تكنولوژي

مهمترين فياده هاي نانوتكنولوژي عبارتند از :
1- كاهش مصرف انرژي
2-توليد انرژي تجديد پذير يا كاراكتر(با بهره وري بيشتر)
3-كاهش مصرف منابع در فاز توليد يا مصرف
4-كاربرد در برنامه هاي پاكسازي زيست محيطي
5-كاهش اثرات زيست محيطي صنعت خودرو سازي
6-بهبود دادن فرآيند بازيافت

فرصت هاي زيست محيطي مرتبط با نانو تكنولوژي


1-توليد مواد و محصولاتي گوناگون بدون توليد محصولات جانبي و خطرناك
2-محصولات نانو تكنولوژي از عناصر ساده و فراوان مانند كربن ساخته شده اند.
3-مواد كمتري نياز است زيرا مواد نانو قوي تر و نازك تر هستند.
4-حفاظت از منابع از طريق توليد محصولات مينياتوري
5-صرفه جويي در مصرف انرژي و جلوگيري از اتلاف، از طريق كاهش حجم و وزن محصولات
نانوتكنولوژي مي تواند باعث گسترش فروش سالانه 300 ميليارد دلار براي صنعت نيمه هاديها و 900 ميليون دلار براي مدارهاي مجتمع ، طي 10 تا 15 سال آينده شود.
همچنين نانوتكنولوژي ، مراقبتهاي بهداشتي ، طول عمر ، كيفيت و تواناييهاي جسمي بشر را افزايش خواهد داد .
-تقريبا نيمي از محصولات دارويي در 10 تا 15 سال آينده متكي به نانوتكنولوژي خواهد بود كه اين امر ، خود 180 ميليارد دلار نقدينگي را به گردش درخواهد آورد .
-كاتاليستهاي نانوساختاري در صنايع پتروشيمي داراي كاربردهاي فراواني هستند كه پيش بيني شده است اين دانش ، سالانه 100 ميليارد دلار را طي 10 تا 15 سال آينده تحت تاثير قرار دهد .
-نانوتكنولوژي موجب توسعه محصولات كشاورزي براي يك جمعيت عظيم خواهد شد و راههاي اقتصادي تري را براي تصويه و نمك زدايي آب و بهينه سازي راههاي استفاده از منابع انرژيهاي تجديد پذير همچون انرژي خورشيدي ارائه نمايد . بطور مثال استفاده از يك نوع انباره جريان گذرا با الكترودهاي نانولوله كربني كه اخيرا آزمايش گرديد ، نشان داد كه اين روش 10 بار كمتر از روش اسمز معكوس ، آب دريا را نمك زدايي مي كند.
-انتظار مي رود كه نانوتكنولوژي نياز بشر را به مواد كمياب كمتر كرده و با كاستن آلاينده ها ، محيط زيستي سالمتر را فراهم كند . براي مثال مطالعات نشان مي دهد در طي 10 تا 15 سال آينده ، روشنايي حاصل از پيشرفت نانوتكنولوژي ،مصرف جهاني انرژي را تا 10 درصد كاهش داده ، باعث صرفه جويي سالانه 100 ميليارد دلار و همچنين كاهش آلودگي هوا به ميزان 200 ميليون تن كربن شود.

-در چند سال گذشته بازارچند ميليارد دلاري برپايه نانوتكنولوژي كسترش يافته اند . براي مثال در ايالات متحده ، IBM براي هد ديسكهاي سخت ، يك سري حسگرهاي مغناطيسي را ابداع كرده است .
بنا بر اين استفاده از نانو مواد و تكنولوژي نانو در صنايع، مي تواند گامي موثر در جهت صرفه جويي و پيش برد اهداف در جهت مطلوب كردن مواد، باشد.


فيلترهاي نانويي

از تكنولوژي نانو در تهيه فيلتر استفاده مي‌شود. اين فيلترها با كاربردهاي مختلف براي استفاده در يخچال، اتومبيل، محيط خانه و بيمارستان‌ها و مراكز درماني براي حذف باكتري، قارچ، بو و تركيبات آلي فرار مورد استفاده قرار مي‌گيرند.
فيلترهاي نانو نقره، فيلترهاي ضدميكروب
فيلترهاي نانو نقره داراي قدرت بسيار بالايي در حذف ميكروارگانيسم‌ها و ميكروب‌هاي بيماري‌زا هستند. استفاده از اين فيلترها در مكان‌هايي مانند بيمارستان و مراكز عمومي‌ كه احتمال وجود آلودگي‌هاي ميكروبي زياد است اهميت و كاربرد زيادي دارند:
رفع بو و مواد فرار با فيلترهاي نانوكربن
علاوه بر نقره از ذرات نانويي كربن نيز براي از بين بردن بو و مواد فرار استفاده مي‌شود. فيلترهاي نانو كربن با دارا بودن ساختارهاي نانو كربني كه داراي نسبت سطح به حجم بالايي هستند، بوها و مواد فرار را به خوبي جذب مي‌كنند. قدرت جذب اين فيلترها 15 برابر بيشتر از كربن فعال است و علاوه بر بو تركيبات آلي فرار را نيز حذف مي‌كنند.
فيلترهاي نانو هيبريد، فيلترهاي ضدقارچ
يكي ديگر از موارد كاربرد نانوتكنولوژي در ساخت فيلترهاي نانو هيبريد است كه فرآيند تهويه و تصفيه هوا را به خوبي انجام مي‌دهند و براي از بين بردن ميكروب‌ها در محيط‌هاي مختلف مانند محيط‌هاي نگهداري مواد غذايي، سرويس‌هاي بهداشتي، رستوران‌ها و آشپزخانه‌ها به كار برده مي‌شوند. اين فيلترها حاوي نانو ذرات هيبريد مواد آلي و معدني است و پايداري خوبي دارند.




تكنولوژي نانو فيلتراسيون و استفاده از آن

يكي از كاربردهاي فناوري نانو استفاده از نانو فيلترها است كه گام مؤثري در حفظ محيط زيست و صرفه جويي در انرژي شناخته مي شود. از تكنولوژي نانو در تهيه فيلتر استفاده مي‌شود. اين فيلترها با كاربردهاي مختلف براي استفاده در يخچال، اتومبيل، محيط خانه و بيمارستان‌ها و مراكز درماني براي حذف باكتري، قارچ، بو و تركيبات آلي فرار مورد استفاده قرار مي‌گيرند. گازهاي مضري مانند فرمالدئيد، تولوئن و بنزن كه از مبلمان، موكت، فرش، لوازم چوبي و چرمي، وسايل پلاستيكي، سطوح رنگ شده، لوازم آرايش و ... متصاعد مي‌شوند سبب بسياري از سردردها، سرگيجه، سوزش چشم، مشكلات تنفسي و تشديد آسم مي‌گردند و مقدار اين گازها در محيط خانه 2 تا 5 برابر محيط خارج است كه نانو فيلتراسيون مي تواند نقش مهم و موثري در رفع اين مشكلات داشته باشد. نانوتكنولوژي نيز يكي از نمونه‌هاي جديد پيشرفت علم و تكنولوژي است كه گسترش و كاربرد زيادي به ويژه در بهداشت و سلامت انسان‌ها داشته است. نانو فيلترها براساس منافذشان به3 گروه: ميكرو، اولترا و نانوفيلترها طبقه بندي شده اند. غشاهاي نانو فيلتراسيون معمولاً از2 لايه تشكيل مي شود. لايه هاي نازك و متراكم عمل جداسازي و لايه محافظ، عمل حفاظت در برابر فشار سيستم را انجام مي دهد. غشاها در اشكال مختلف مارپيچي، صفحه اي، لوله اي و فيبري هستند. نانوفيلتراسيون يك فرآيند جداسازي تحت فشار ما بين اسمز معكوس و اولترا فيلتراسيون است. نانو فيلتراسيون نسبت به اسمز معكوس و اولترا فيلتراسيون برتري دارد، چرا كه در اولترا فيلتراسيون مقدار آلاينده هاي مصرفي نسبت به حد مجاز بالاتر بوده و در اسمز معكوس ميزان خلوص آب حاصله بيشتر از حد محصول است كه پيامد آن افزايش قيمت اين روش است.
توليد فيلترها
دانشمندان روش ساده اي براي توليد فيلترها با استفاده از نانو لوله هاي كربني ابداع كرده اند كه حتي قادر به حذف هيدروكربن هاي سنگين از نفت خام مي باشد. ساخت فيلترها از نانولوله هاي كربني فوايدي مانند سهولت نظافت، افزايش استحكام، قابليت مصرف مجدد و مقاومت آنها در برابر حرارت، دارا مي باشد.
برخي از شركت هاي صنعتي در حال استفاده از نانوفيلترهاي اكسيد آلومينيم با اندازه دو نانو متر براي تصفيه آب هستند. فيلترهاي نانو سرام قادرند باكتريها، نمكها عناصر كدر كننده، مواد راديو اكتيو و فلزات سنگين را از آب حذف كنند. اين نوع فيلترها در 5PH تا 9 بهترين عملكرد را دارند. حداكثر4 بار فشار را مي توان به فيلترها اعمال كرد كه منجر به شدت جريان9 تا10 ليتر بر ساعت به ازاي هر سانتي متر مربع از فيلتر خواهد شد. در حال حاضر، هزينه هر مترمربع فيلتر يك دلار است كه ممكن است اين مقدار به3 دلار نيز برسد. بنا به گفته كارشناسان، فيلترهاي نانو سرام، نيازي به تصفيه پيشين يا پسين، تميز كردن و شارژ مجدد فيلتر ندارند.
فيلترهايي از جنس نانو الياف
برخلاف فيلترهاي معمولي ، لايه الياف نانو توانايي فيلتراسيون ذرات در مقياس ميكرون را دارد كه با استفاده از آن مي توان فيلترهاي ارزان قيمت و با كارايي بالا به دست آورد.
مكانيزم فيلتراسيون الياف نانو با الياف معمولي متفاوت است. همين ويژگي سبب گسترش محدوده كاربرد اين الياف در جوانب مختلف زندگي روزمره انسان ها شده است. با كاهش قطر الياف پليمري از ميكرومتر به نانومتر، خواص منحصر به فردي مانند نسبت سطح به حجم بسيار بالا، انعطاف پذيري و خواص مكانيكي عالي در الياف ايجاد مي شود كه سبب گسترش كاربرد آنها خواهد شد.



نانو الياف و فيلتراسيون
در سالهاي اخير، نانو الياف به علت دارا بودن ويژگي هاي منحصر به فرد در صنايع مختلف از جمله فيلتراسيون هوا مورد توجه قرار گرفته اند. در يك طرح پژوهشي دوساله ، لايه هاي مختلفي از الياف نانو با قطر و ضخامت مختلف به روش الكتروريسي تهيه شده و در يك سيستم آزمايشگاهي آزمون فيلتر كه براي تعيين ويژگي هاي فيلتر طراحي و ساخته شده بود، بررسي و آزمايش شد. نتايج به دست آمده از اين طرح تحقيقاتي كه از سوي محققان واحد علوم و تحقيقات دانشگاه آزاد اسلامي انجام شد، نشان مي دهد فيلترهاي ساخته شده از الياف نانو قابليت بسيار بالايي در فيلتراسيون ذرات آلوده دارند و از راندمان بالاتري در مقايسه با فيلترهاي سلولزي معمولي برخوردارند. با استفاده از الياف نانو مي توان فيلترهاي تميز شونده با راندمان بالا و وزن كمتر طراحي و توليد كرد كه در نتيجه سبب مي شود تفاوت محسوسي را در روش فيلتراسيون نسبت به استفاده از فيلترهاي متداول اليافي ايجاد كنيم.تاكنون روشهاي متعددي براي توليد الياف نانومتري در نظر گرفته شده است كه از ميان آنها روش الكتروريسندگي علاوه بر سادگي از بازده بالاتري برخوردار است و در واقع مي توان گفت اين روش تنها روشي است كه در آينده مي توان از آن براي توليد نانو الياف به صورت هم جهت و پيوسته استفاده كرد. در روشهاي محصول توليد الياف با قطر بزرگتر ابتدا مذاب پليمري با اعمال نيروهاي مكانيكي تحت كشش قرار مي گيرد و از داخل حديده خارج مي شود و نهايتاً رشته اي از الياف به دست مي آيد. قطر الياف نانو به پارامترهاي مختلفي مانند غلظت پليمر، ولتاژ الكتريكي اعمال شده ، فاصله ، دبي جريان ، قطر سوزن و نوع جمع كننده بستگي دارد.



نانو الياف در خدمت فناوري

ويژگي متمايز اين الياف سبب مي شود نانو الياف پلميري به عنوان مواد مناسبي در زمينه هاي مختلف صنعتي استفاده شوند كه از آن جمله مي توان به كاربرد اين الياف در ساخت نانو كامپوزيت هاي پليمري ، صنايع فيلتراسيون ، نظامي و پزشكي اشاره كرد.امروزه استفاده از الياف نانو براي ساخت لباسهاي محافظ در مقابل عوامل شيميايي و بيولوژيكي ، ساخت فيلترهايي با ويژگي هاي متفاوت و همچنين نانو كامپوزيت هاي پليمري به صورت كاربردي مطرح شده است. پيش بيني مي شود استفاده از اين الياف در فيلتراسيون تحول عظيمي را در اين بخش به وجود آورد.
به گفته توكلي ، اگر از يك فيلتر با كيفيت بالا در فرآيند فيلتراسيون هوا استفاده شود، ذرات تا مقياس 300 نانومتر در اين سطح محبوس خواهند شد و بازده اين فرآيند به 99.97 درصد ارتقاء خواهد يافت.
هر چند اندازه منافذ قرار گرفته روي اين گونه فيلترها كوچك و ضخامت فيلتر در محدوده اي است كه اجزاي فوق العاده كوچك را نيز به دام مي اندازد؛ اما در اين نوع فيلتراسيون لازم است جريان هوا با فشار وارد شود. در غير اين صورت توانايي فيلتراسيون كاهش مي يابد و همانند يك فيلتر معمولي عمل مي كند.با استفاده از لايه نازكي از الياف نانو مي توان فرايند فيلتراسيون را در فشار هواي معمولي و جريان هواي كم با كيفيتي مشابه فيلترهايي از جنس الياف شيشه اي انجام داد.
قطر الياف نانوي مورد استفاده در اين نوع فيلترها به كمتر از يك ميكرون مي رسد كه همين امر باعث زياد شدن نسبت سطح به حجم ، كوچك شدن منافذ و در نهايت تخلخل بالا مي شود. اين فيلترها مي توانند با وجود كارايي بسيار بالا در فيلتراسيون ذرات ريز، افت فشار را نيز به حداقل برساند. اين ويژگي سبب افزايش كارايي فيلتر، كاهش افت فشار و افزايش طول عمر آن مي شود.
براي مثال ، نانو فيلترهاي مورد استفاده در صنايع خودروسازي سبب صرفه جويي در مصرف سوخت و انرژي ، سوختن كامل بنزين در موتور، كاهش آلودگي هوا و مشكلات زيست محيطي و كاهش هزينه ها مي شود. اين در حالي است كه با ورود هواي تميز به داخل موتور اتومبيل ، بازده موتور افزايش و ورود ذرات آلوده به داخل موتور كاهش مي يابد.


آينده در تسخير نانو

انسان ها در معرض يك انقلاب اجتماعي قدرتمند و تسريع شده قرار گرفته اند كه تا حدودي ناشي از توسعه نانو فناوري در زمينه هاي مختلف زندگي است. در آينده اي نه چندان دور، دانشمندان قادر به ساخت اولين آدم آهني در مقياس نانو مي شوند كه حتي مي تواند همانندسازي كند و طي چند سال با توليد 5 ميليارد تريليون نانو روبات ، تقريبا تمامي فرآيندهاي صنعتي و نيروي كار كنوني از رده خارج خواهد شد. با اين تحول عظيم ، كالاهاي مصرفي به وفور يافت مي شود، در حالي كه ارزان ، شيك و بادوام خواهد بود. دارو درماني جهشي سريع و كوانتومي را تجربه مي كند، سفرهاي فضايي مقرون به صرفه خواهد شد و به طور كلي سبك زندگي در جهان به صورت زيربنايي متحول شده و الگوهاي رفتاري انسان ها نيز بناچار تحت تاثير اين روند قرار خواهد گرفت. مطالعات انجام شده نشان مي دهد با توجه به امكانات و قابليت هاي موجود در كشور، دستيابي به دانش فني توليد اين مواد در مقياس صنعتي و نيمه صنعتي امكان پذير خواهد بود.


نتيجه جداسازي مونواكسيد كربن به روش نانو فيلتراسيون

در محيط اطراف ما همواره انواع باكتري‌ها، قار‌چ‌ها، ويروس‌ها، گازهاي مضر و بوهاي نامطبوع وجود دارند. همچنين عوامل ميكروبي مانند ويروس‌ها و باكتري‌ها از علل مهم سرماخوردگي و عفونت‌هاي تنفسي به ويژه در كودكان، سالمندان و بيماران ريوي مي‌باشند. با توليد فيلترهاي نانو مي توان با حبس گاز CO در ابعاد نانومتر، از پخش شدن آن در هوا و نيز تنفس آن جلوگيري نمود و خطرات ان را كاهش داد. بنابراين با كاهش خطرات و مضرات اين گاز روبرو خواهيم بود.

[Behzad AZ]

امولسيفايرها در صنعت غذا انتخاب امولسيفايرها
ر انتخاب امولسيفايرها سه نكته بايد مدنظر قرار گيرد.
1) مشكل موردنظر كه قرار بر رفع آن با استفاده از امولسيفايرها است بايد توسط طراحان مواد غذايي مشخص شود.
3) مشخص كردن اين‌كه امولسيفاير چه كاري مي‌تواند براي رفع اين مشكل انجام دهد.
3) تصميم گرفتن در اين مورد كه آيا يك امولسيفاير مشكل موردنظر را حل خواهد كرد، كه اين امر از طريق تست كردن كار امولسيفاير در سيستم موردنظر امكان‌پذير است.پس از طي اين مراحل مي‌توان امولسيفاير يا سيستم امولسيفايري موردنظر را انتخاب كرد و سطح مورد نياز و مناسب آن را نيز محاسبه كرد.نكات زير را به هنگام انتخاب يك امولسيفاير بايد مورد توجه قرار داد. قيمت: طراحان مواد غذايي ممكن است بدون توجه به قيمت امولسيفاير يا ديگر اجزا، محصولي را با يك امولسيفاير با كارايي كامل طراحي و فرموله كنند. بنابراين هزينه و قيمت اجزا بايد از ابتدا مورد توجه قرار گيرد. همچنين فرم امولسيفايرها نيز بايد با دقت انتخاب شود. در كارخانه استفاده از چربي‌هاي پلاستيكي و امولسيفايرها ممكن است مشكل‌تر باشد زيرا كارگران بايد اين اجزا را از درون ظروف مورد كاربرد به سختي تراشيده و استخراج كنند. اگرچه استفاده از امولسيفايرهاي پودري آسان‌تر است و بخشي از هزينه‌ها را نيز كاهش مي‌دهد ولي در تمام موارد قابل استفاده نيست.چربي كم:‌ طراحان مواد غذايي بايد آگاه باشند كه آيا مصرف‌كنندگان، مواد غذايي بدون چربي يا با مقادير كم چربي را ترجيح مي‌دهند. در واقع مي‌توان با استفاده از مقادير اندك امولسيفايرها محصولات نانوايي بسيار خوب و در عين حال كم‌چرب توليد كرد. نقش امولسيفايرها در اين جا روان‌سازي، ايجاد بافت نرم و يكنواخت و ايجاد احساس خوب دهاني است. موارد ذكر شده از مشخصات محصولات پرچرب است كه با استفاده از امولسيفايرها در حضور مقادير كم‌چربي مقدور شده است.نخستين نكته كه در گسترش محصولات نانوايي كم‌چرب، بايد مدنظر قرار گيرد قدرت عمل محصول است، متخصصان معتقدند كه اگر محصول از قدرت عمل لازم برخوردار نباشد قادر نخواهد بود در بازار به رقابت بپردازد. به عبارت ديگر محصول بايد رضايت‌ مشتري را تامين كند. مهم‌ترين فاكتور در موفقيت محصولات نانوايي كم‌چرب، طعم و مزه است. اگر آنها طعم خوبي نداشته باشند، مشتري استقبال خوبي نخواهد كرد.اثر طعم مي‌تواند به عنوان يك مشكل در محصولاتي كه ميزان چربي آنها كاهش يافته است مطرح شود. در اين محصولات اثر اوليه طعم كاهش مي‌يابد تا هنگامي كه ناگهان محو مي‌شود. امولسيفايرها مي‌توانند اين مشكل را با طولاني كردن اثر طعم حل كنند.قوانين و مقررات: در هر كشوري قوانين متفاوتي براي استفاده از امولسيفايرهاي مواد غذايي وجود دارد. گرچه به‌طور كلي در آمريكا قوانين سختي براي بيشتر امولسيفايرها وجود ندارد، اما براي تعدادي از انها به وسيله FDA (اداره غذا و داروي آمريكا) قوانيني اعمال شده است و در موارد متفاوت حدود مصرف آنها تعيين شده است.كازير (Kazier) در اين ارتباط مي‌گويد براي مونو و دي‌گليسيريدها قانوني وجود ندارد در حالي كه روي پلي سوربات‌ها قوانين سخت‌تري اعمال مي‌شود. به عنوان مثال SSL در محصولات نانوايي به ميزان نيم درصد وزن آرد در آمريكا استفاده مي‌شود در حالي كه در كانادا اين رقم در حدود 375 هزارم درصد است.

طبيعي بودن: بيشتر نانواها در توليدات خود از مونو و دي‌گليسيريدها استفاده مي‌كنند و تعداد بسيار كمي تمايل به توليد محصولات كاملا طبيعي دارند. لسيتين به ويژگي‌هاي مكانيكي و پراكندگي مناسب شورتنينگ در محصولات نانوايي كمك مي‌كند. لسيتين يك نوآوري طبيعي است مانند روغن سويا و مصرف‌كنندگان تصور مثبتي از سالم بودن لسيتين در ذهن دارند. در محصولات توليد شده با استفاده از مخمر مي‌توان از مخلوط پودري لسيتين هيدروفيليك و مونوگليسيريدها استفاده كرد كه اين امر سبب مي‌شود تا خمير بهتري نسبت به حالت استفاده محض از مونوگليسيريدها به دست آيد. ضمن اينكه اين مخلوط مي‌تواند به عنوان يك مهاركننده پديده بياتي نيز عمل كند.سينرژيسم يا اثر تقويت‌كنندگي: امولسيفايرها معمولا به صورت مخلوط و همراه با يكديگر بهتر كار مي‌كنند. به عنوان مثال سيستم امولسيفاير يك كيك معمولا مخلوطي از دو يا سه امولسيفاير مثل PGmE , MDG و لسيتين است. براي نان ممكن است از مخلوط EMG و MDG ستفاده شود.

چشم‌انداز آينده

امولسيفايرها از اجزاي ضروري محصولات نانوايي هستند و چندين فاكتور در چگونگي كاربرد و استفاده آنها نقش دارد كه به شرح زير است:

چربي كم: محصولات كم‌چرب با استفاده از مخلوط امولسيفايرها هم‌چنان در حال توليد شدن است. نايتلي مي‌گويد بيشتر افرادي كه در زمينه‌ گسترش اين مواد غذايي كم‌چرب فعال‌اند به دنبال يافتن فرمولاسيون‌هاي متفاوت هستند. معمولا در نهايت در محصولات نانوايي كم‌چرب دو دسته از مواد حضور دارند؛ كربوهيدرات‌ها و ژل‌هاي پروتئيني كه هيچ‌يك داراي كالري‌هاي چربي نيستند. همچنين به اين محصولات امولسيفايرهايي مثل مونو و دي‌گليسيريدها اضافه مي‌شوند.

آنزيم‌ها و امولسيفايرها: همان‌طور كه قبلا ذكر شد، آنزيم‌ها نرم‌كننده‌هاي حقيقي مغز هستند. در اين زمينه نظر نايتلي بر اين اساس است كه ابتدا براي مشروط كردن خمير بايد مقادير متداولي از مونو و دي‌گليسيريدها (عامل ضد بياتي) 50 تا 75 درصد وزن آرد را افزود و سپس اگر اين ميزان رضايت‌بخش نبود و به دنبال افزايش مدت زمان نگهداري محصول هستيم بايد آنزيم‌ها را اضافه كرد. براي بعضي از مواد كه افزايش سطح MDG بسيار گران‌قيمت و هزينه‌بر است افزودن مقادير اندك آنزيم اقتصادي‌تر است.معمولا مصرف‌كنندگان از توليد MDG به‌طور طبيعي در غذاهاي حاوي چربي اطلاع ندارند. نايتلي مي‌افزايد يك غذاي پرچرب حاوي MDG،‌ لسيتين، ليپوپروتئين‌ها و گليكوليپيدها است كه هريك نقش و كارايي خود را دارند.چنانچه براي حمل و نقل و توزيع محصولات نانوايي نياز به طي كردن مسافت‌هاي طولاني‌تر باشد كه پايه زمان ماندگاري يك تا دو روز افزايش يابد، با افزودن امولسيفايرها مي‌توان مدت‌زمان نگهداري را افزايش داد. به اين ترتيب توليد‌كنندگان بايد حداكثر مجاز و اقتصادي MDG را همراه با آنزيم مناسب به كار گيرند.

محصولات سالم: در ترتيلاها امولسيفايرها سبب افزايش انعطاف و مدت‌زمان نگهداري محصول مي‌شوند. يكي از مشتري‌ها با مراجعه به نايتلي از كيفيت ترتيلاهايش شكايت كرد. وي در اين زمينه مي‌گويد: قبل از توليد محصولات در مقياس‌هاي كارخانه‌اي با تجهيزات فني و كارخانه‌اي، بانوان مكزيكي عمليات كشش ترتيلاها را در 360 درجه انجام مي‌دادند كه مانع از ايجاد انعطاف‌پذيري مورد نياز بود و سپس ترتيلاها به هنگام پيچيدن ترك مي‌خورد. اين مشكل امروز با افزودن MDG حل شده است و اين ترتيلاهاي بسته‌بندي شده مدت‌زمان نگهداري هفت روزه در سوپرماركت را دارد. فروش محصولاتي مثل نان شيريني حلقوي در سال گذشته 57 درصد رشد داشته است. اين امر در نتيجه كمك امولسيفايرها براي طولاني كردن مدت‌زمان نگهداري اين محصول است كه به سرعت سفت مي‌شود.

تغيير در الگوهاي مصرف: مصرف‌كنندگان آمريكايي اكنون مانند اروپايي‌ها نان مصرف مي‌كنند و درحال خريد ميزان زيادي از محصولات نانوايي تازه مثل نان‌هايي از اكليل كوهي و خميرترش هستد و آنها را نيز همان روز مصرف مي‌كنند. يكي از مديران نانوايي‌ها در ساحل غربي بيان مي‌كند مردم بين 29/2 دلار براي هر قرص نان با خمير ترش (olde world) و 99/4 دلار براي قرص نان زيتون مي‌پردازند كه همه اين نان‌ها داراي امولسيفاير در فرمولاسيون خود هستند.بنابراين روند مصرف به سوي محصولات سالم‌تر با ميزان كم‌تر چربي، شكر و سديم (نمك) است.
HLB هنوز از جايگاه خوبي برخوردار است )ويژگي هيدروفيليك (آب‌دوست بودن) ‌و ليپوفيليك (چربي دوست بودن) امولسيفايرها گاهي به صورت تعادل هيدروفيليك/ليپوفيليك(HLB) مطرح مي‌شود. اين تعادل از صفر تا 20 تغيير مي‌كند كه مقياس ميزان تمايل به سمت آب يا روغن را نشان مي‌دهد. امولسيفايرهايي كه غالبا ليپوفيليك هستند ميزان HLB پاييني داشته و تمايل به تشكيل امولسيون‌هاي آب در روغن دارند.در گذشته HLB مقياس متداول براي انتخاب امولسيفايرها در فرمول‌هاي نانوايي بود. اما اين سيستم‌ معايبي دارد. از آن جمله كه HLB ميزان توانايي امولسيفاير در كاهش كشش سطحي تنها در يك سيستم ساده را نشان مي‌دهد. از آنجا كه امولسيفايرها در مواد غذايي نانوايي نقش‌هاي چندگانه به عهده دارند، اين نقش HLB سبب محدوديت استفاده آن مي‌شود ولي HLB هنوز هم در انتخاب امولسيفاير در محصولاتي مثل كيك كه پديده امولسيفيكاسيون در آن مهم است، حرف اول را مي‌زندهمان‌طور كه قبلا ذكر شده ساختار سلولي يك پروتئين به وسيله پروتئين‌ها تشكيل مي‌شود. يكنواختي و تماميت اين ديواره‌ها حجم كيك و ظاهر يكنواخت مغز كيك را رقم مي‌زند. ويژگي‌هاي امولسيفيكاسيون امولسيفايرها سبب جاگيري آنها در سطح قطرات چربي شده و مانع از هم گسيختگي لايه پروتئيني مي‌شود. بنابراين يافتن يك امولسيفاير با ويژگي‌هاي امولسيون‌كنندگي مناسب شامل ويژگي HLB، مستقيما كيفيت يك كيك را تحت‌تاثير قرار مي‌دهد.

• امولسيفايرها زيرمجموعه‌اي از مواد سورفكتانت يا مواد فعال در سطح هستند كه استفاده گسترده‌اي در محصولات غذايي دارند.

• هدف از افزودن امولسيفايرها به فرمول‌هاي نان، ‌بهبود قابليت كار با خمير و درنهايت افزايش كيفيت محصول است.

• امولسيفايرها علاوه بر ايجاد مغز نرم‌تر سبب تشكيل كريستال‌هاي مجدد آميلوز يا پديده برگشت (Retrogradation) مي‌شود و تعويق انداختن سرعت بياتي نان مي‌شود.

• امولسيفايرها با پوشش دادن سلول‌هاي هوا در كف، سبب استحكام و پايداري سيستم كف مي‌شوند.سبب مي شوند و به هنگام هم زدن ، ميزان هواي ورودي به خمير افزايش پيدا كند

. • شورتنينگ به عنوان يك آنتي‌فوم (ضد كف) مطرح است كه تمايل به از هم گسيختن سلول‌هاي كف دارد. امولسيفايرها با پوشش دادن سطح خارجي ذرات چربي، سبب حفاظت ديواره‌هاي سلولي لايه پروتئيني شده و از گسيختگي اين لايه جلوگيري مي‌كند.

• انتخاب يك امولسيفاير براي يك سيستم كيك به نوع چربي به كار رفته در فرمولاسيون، تجهيزات توليد و شرايط برچسب‌زني بستگي دارد.

• مي‌توان با استفاده از مقادير اندك امولسيفايرها محصولات نانوايي بسيار خوب و در عين حال كم‌چرب توليد كرد.

• امولسيفايرها معمولا به صورت مخلوط و همراه با يكديگر بهتر كار مي‌كنند

• امولسيفايرهايي كه غالبا ليپوفيليك هستند ميزان HLB پاييني داشته و تمايل به تشكيل امولسيون‌هاي آب در روغن دارند.

[Behzad AZ]

كاربرد هاي نانوتكنولوژي

يكي از پيشوندهاي مقياس اندازه گيري در سيستم SI نانو به معني يك ميلياردم واحد آن مقياس است.براي مثال يك نانومتر معادل يك ميلياردم متر است. با توجه به اينكه يك سلول بدن بيش از صدها نانومتر است مي توان به كوچكي اين مقياس پي برد. از آنجايي كه علوم نانو بخش وسيعي برگرفته از مباحث شيمي، فيزيك، بيولوژي، پزشكي، مهندسي و الكترونيك را در بر مي گيرد،‌گروه بندي آن بسيار پيچيده است.

يكي از پيشوندهاي مقياس اندازه گيري در سيستم SI نانو به معني يك ميلياردم واحد آن مقياس است.براي مثال يك نانومتر معادل يك ميلياردم متر است. با توجه به اينكه يك سلول بدن بيش از صدها نانومتر است مي توان به كوچكي اين مقياس پي برد. از آنجايي كه علوم نانو بخش وسيعي برگرفته از مباحث شيمي، فيزيك، بيولوژي، پزشكي، مهندسي و الكترونيك را در بر مي گيرد،‌گروه بندي آن بسيار پيچيده است. دانشمندان، علوم نانو را به چهار گروه شامل مواد (گروه اول)، مقياسها (گروه دوم)، تكنولوژي الكترونيك، اپتوالكترونيك، اطلاعات و ارتباطات (گروه سوم) و بيولوژي و پزشكي (گروه چهارم) طبقه بندي كرده اند. اين طبقه بندي باعث سهولت در بررسي اين علوم شده است البته تداخل برخي از بخش ها در يكديگر طبيعي است. برنامه هاي توسعه اين تكنولوژي به سه بخش كوتاه مدت (كمتر از پنج سال)، ميان مدت( بين۱۵-۵ سال) و بلند مدت (بيش از۲۰ سال) تقسيم بندي شده است. مواد نانو (nanomaterials) قابليت كنترل ساختار تشكيل دهنده مواد پيشرفته (از فولادهاي ساخته شده در اوايل قرن۱۹ تا انواع بسيار پيشرفته امروزي) در ابعاد كوچك و كوچكتر،‌ در اندازه هاي ميكرو و نانو بوده است. هر قدر بتوانيم اين مواد را در ابعاد ريزتر و كنترل شده اي توليد كنيم خواهيم توانست مواد جديدي را با قابليت و عملكردهاي بسيار عالي به دست آوريم. تاكنون تعاريف متعددي از مواد نانو ارائه شده است اما در يك تعريف جامع مي توان گفت موادي در اين گروه قرار مي گيرند كه يكي از ابعاد اضلاع آنها از۱۰۰ نانومتر كوچكتر باشد. يكي از اين گروهها »لايه ها« است. لايه ها يك بعدي هستند كه در دو بُعد ديگر توسعه مي يابند مانند فيلم هاي نازك و پوششها. برخي از قطعات كامپيوتر جزو اين گروه هستند. گروه بعدي شامل موادي است كه داراي دو بعد هستند و در يك بعد ديگر گسترش مي يابند و شامل لوله ها و سيمها مي شوند. گروه مواد سه بعدي در نانو شامل ذرات، نقطه هاي كوانتمي (ذرات كوچك مواد نيمه هاديها) و نظاير آنها مي شوند. دو ويژگي مهم، مواد نانو را از ديگر گروهها متمايز مي سازد كه عبارتند از افزايش سطح مواد و تاثيرات كوانتمي. اين عوامل مي توانند باعث ايجاد تغييرات و يا به وجود آمدن خواص ويژه اي مانند تاثير در واكنشها، مقاومت مكانيكي و مشخصه هاي ويژه الكتريكي در مواد نانو شوند. همانگونه كه اندازه اين مواد كاهش مي يابد، تعداد بيشتري از اتمها در سطح قرار خواهند گرفت. براي مثال، اتم هاي موادي به اندازه۳۰ نانومتر به ميزان۵ درصد،۱۰ نانومتر به ميزان۲۰ درصد و۳ نانومتر به ميزان۵۰ درصد در سطح قرار دارند. در نتيجه مواد نانو با ذرات كوچكتر در مقايسه با مواد نانو با ذرات بزرگتر داراي سطح بيشتري در واحد جرم هستند. با توجه به ازدياد سطح در اين مواد، تماس ماده با ساير عناصر بيشتر شده و موجب افزايش واكنش با آنها مي شود. اين عمل منجر به تغييرات عمده در شرايط مكانيكي و الكترونيكي اين مواد خواهد شد. براي مثال سطوح بين ذرات كريستالها در بيشتر فلزات باعث تحمل فشارهاي مكانيكي بر آن مي شود. اگر اين فلزات در مقياس نانو ساخته شوند، با توجه به ازدياد سطح بين كريستالها، مقاومت مكانيكي آن به شدت افزايش مي يابد. براي مثال فلز نيكل در مقياس نانو مقاومتي بيشتر از فولاد سخت شده دارد. به موازات تاثيرات ازدياد سطح، اثرات كوانتمي با كاهش اندازه مواد (به مقياس نانو) موجب تغيير در خواص اين مواد مي شود (تغيير در خواص بصري، الكتريكي و جاذبه). موادي كه تحت تاثير اين تغييرات قرار مي گيرند ذرات كوانتمي، ليزرهاي كوانتمي براي الكترونيك بصري هستند. همانگونه كه بيش از اين گفته شد مواد نانو، به سه گروه يك، دو و سه بُعدي طبقه بندي شده اند. مواد نانوي يك بعدي: اين مواد شامل فيلم هاي بسيار نازك و سطوح مهندسي است و در ساخت ابزار الكتريكي و شيميايي و مدارهاي الكترونيكي ساده و مركب كاربرد وسيعي دارند. امروزه كنترل ضخامت لايه ها تا اندازه يك اتم صورت مي پذيرد و ساختار اين لايه ها حتي در مواد پيچيده اي مانند روانكارها شناخته شده است. لايه هاي مونو كه قطر آنها به اندازه يك ملكول و يا يك اتم است، در علوم شيمي كاربرد وسيعي دارند. يكي از كاربردهاي اين لايه ها ساخت سطوحي است كه خود را بازسازي كنند. مواد نانوي دوبعدي: به تازگي كاربرد مواد نانوي دو بعدي در توليد سيم و لوله ها افزايش يافته و توجه دانشمندان را به دليل وجود خواص ويژه مكانيكي و الكترونيكي به خود جلب كرده است. در زير به چند نمونه ساخته شده در اين گروه اشاره مي شود. نانو لوله هاي كربني، CNTs : از رول كردن ورقهاي گرافيتي يك يا چند لايه ساخته شده و قطر آنها چند نانو و طولشان چند ميكرومتر است.ساختار مكانيكي اين مواد مانند الماس بسيار سخت است اما در محورهاي خود نرم و تاشو هستند.همچنين اين مواد هادي الكتريكي بسيار عالي هستند. نوع غير عالي نانو لوله هاي كربني مانند موليبيد يوم دي سولفايد پس از CNTs ساخته شده است. اين مواد داراي ويژگي هاي منحصر به فردي همچون روانكاري، مقاومت در برابر ضربات امواج شوكها، واكنشهاي كاتاليزي و ظرفيت بالا در ذخيره هيدروژن و ليتيم هستند. لوله هاي مواد پايه اكسيدي مانند اكسيد تيتانيم، براي كاربردهاي كاتاليزي، كاتاليزرهاي نوري و ذخيره انرژي به صورت تجاري به بازار عرضه شده اند. نانو سيمها: اين سيمها از قرار گرفتن ذرات بسيار ريز از مواد مختلف به صورت خطي ساخته مي شوند. نانوسيمهاي نيمه هادي از سيليكون، نيترات گاليم و فسفات اينديوم ساخته شده و داراي قابليتهاي بسيار خوب نوري، الكتريكي و مغناطيسي است و نوع سيليكوني اين سيمها مي تواند بخوبي در يك شعاع بسيار كوچك بدون آسيب رساني به ساختار سيم خم شود. اين سيمها براي ثبت مغناطيسي اطلاعات در حافظه كامپيوترها، وسايل نانوالكترونيكي و نوري و اتصال مكانيكي ذرات كوانتمي به كار مي روند. بيوپليمرها: انواع گوناگون بيوپليمرها، مانند ملكولهاي DNA ، در خودسازي نانوسيمها در توليد مواد بسيار پيچيده به كار مي روند. همچنين اين مواد داراي قابليت اتصال نانو و بيوتكنولوژي براي ساخت سنسور و موتورهاي كوچك هستند. مواد نانوي سه بعدي: اين مواد به آن گروه تعلق دارد كه قطري كمتر از۱۰۰ نانومتر داشته باشند. مواد نانوي سه بعدي در اندازه هاي بزرگتر ساختار متفاوتي داشته و طيف وسيعي از مواد را در جهان تشكيل مي دهند و صدها سال است كه به صورت طبيعي در زمين يافت مي شوند. مواد توليد شده از عوامل فتوشيميايي، فعاليت هاي آتش فشانها، مواد محترق از پختن غذا، مواد متصاعد از احتراق سوخت ماشين ها و مواد آلاينده توليد شده در صنايع جزو اين گروه از مواد هستند. اين مواد به علت رفتار متفاوت در واكنش هاي شيميايي و بصري بسيار مورد توجه قرار دارند. براي مثال اكسيد تيتانيوم و روي كه بصورت شفاف و فرانما، جاذب و منعكس كننده نور ماوراي بنفش در صفحات خورشيدي به كار مي روند در ابعاد نانو هستند. اين مواد كاربردهاي بسيار ويژه اي در ساخت رنگها و داروها (به ويژه داروهايي كه تجويز آنها فقط براي يك عضو مشخص بدن و بدون تاثير بر ساير اعضاست) دارند. مواد نانوي سه بُعدي شامل مواد بسياري مي شود كه به چند نمونه از آنها اشاره مي كنيم. كربن۶۰ (فوله رنس Fullerenes) : در اوايل سال۱۹۸۰ گروه جديدي از تركيبات كربني بنام كربن۶۰، ساخته شد. كربن۶۰ ، كروي شكل، به قطر۱ نانومتر و شامل۶۰ اتم كربن است كه به علت شباهت ساختار مولكولي آن با گنبدهاي كروي ساخته شده توسط مهندس معماري بنام بوخ مينستر فولر بنام »فوله رنس« نامگذاري شد. در سال۱۹۹۰ ، روش هاي ساخت كوانتم هاي كربن۶۰ با مقاومت حرارتي ميله هاي گرافيتي در محيط هليم بدست آمد. اين ماده در ساخت بلبرينگ هاي مينياتوري و مدارهاي الكترونيكي كاربرد وسيعي دارند. دِن دريمرز (Dendrimers) : دن دريمرز از يك ملكول پليمر كروي تشكيل شده و با يك روش سلسله مراتبي خود سازي توليد مي شوند. انواع گوناگوني از اين مواد به اندازه هاي چند نانومتر وجود دارند. دن دريمرز در ساخت پوششها، جوهر و حمل دارو به بدن كاربرد فراواني دارند. همچنين در تصفيه خانه ها به منظور بدام انداختن يونهاي فلزات كه مي توان به وسيله فيلترهاي مخصوص از آب جدا شوند از اين مواد استفاده مي شود. ذرات كوانتمي: مطالعات در مورد ذرات كوانتمي در سال۱۹۷۰ شروع شد و در سال۱۹۸۰ اين گروه از مواد نانوي نيمه هادي ساخته شدند. اگر ذرات اين نيمه هادي ها به اندازه كافي كوچك شوند، تاثيرات كوانتمي ظاهر شده و مي توانند ميزان انرژي الكترونها و حفره ها را كاهش دهند. از آنجايي كه انرژي با طول موج ارتباط مستقيم دارد در نتيجه خواص نوري مواد بصورت بسيار حساس قابل تنظيم خواهد شد و مي توان با كنترل ذرات، جذب يا دفع طول موج خاص در يك ماده را امكان پذير ساخت. به تازگي با ردگيري مولكولهاي بيولوژي با كنترل سطح انرژي اين ماده، كاربردهاي جديدي از آن كشف شده است. در حال حاضر استفاده از مواد نانو رو به افزايش است و به علت خواص بسيار ويژه آنها، تحقيقات در يافتن مواد جديد همچون گذشته ادامه دارد.

[Behzad AZ]

سنتز نانوذرات اكسيد سرب در حضور امواج اولتراسونيك

نانوذرات اكسيد سرب(II)ازواكنش نيترات سرب با كربنات سديم در حضور امواج اولتراسونيك و افزودني پلي وينيل پيروليدون (PVP) به عنوان جهت دهنده سنتز شد. با فزايش كربنات سديم به نيترات سرب، رسوب كربنات سرب تشكيل مي شود كه پس از جداسازي، در دماي C° 320 براي دو ساعت قرار گرفته تا بعد از دست دادن CO2 تبديل به PbO شود. اثر عوامل مختلف نظير غلظت واكنشگرها، دماي سنتز و اثر چند افزودني مختلف به روش "يك عامل در يك زمان" بررسي شد. سنتز اكسيد سرب در شرايط بهينه شده شامل نيترات سرب M 1/0، كربنات سديم M 2/0، دماي ºC40 وPVP با غلظت g/l 6 منجر به تشكيل نانوذرات اكسيد سرب با يك ساختار بسيار متخلخل مي شود. مورفولوژي و اندازه ذرات سنتز شده بوسيله دستگاه ميكروسكوپ الكترني (SEM) بررسي شد.
مقدمه
اكسيدهاي سرب به دليل كاربرد متنوع مورد توجه فراوان قرار دارد( بخصوص PbO و PbO2) كه در اين ميان دي اكسيد سرب به روش هاي متفاوتي توليد شده است اما توليد نانو ذرات اكسيد سرب PbO) ) به صورت محدود مورد بررسي قرار گرفته است كه از آن جمله ميتوان به توليد نانو ساختاربه روش اسپري كه هدف آن افزايش سطح تماس آن در باتريهاي همراه با يون ليتيم ]1[ ميباشد را نام برد.
2. بخش تجربي
2-1- مواد
براي توليد نانوذرات اكسيد سرب از نيترات سرب وكربنات سرب وPVP كه ساخت كمپاني Loba Chemie از كشور هند ميباشد، استفاده شد.
2-2- دستگاهها
براي سنتزاز دستگاه اولتراسونيك با مدل TECNO_GAZ ،TECNA6 از كشور ايتاليا استفاده شد. براي بررسي مورفولوژي و اندازه ذرات از دستگاه ميكروسكوپ الكتروني (SEM) مدل XL30 ساخت كمپاني فيليپس ازكشور هلند استفاده شد. روكش دهي نانوذرات با طلا به منظور تهيه عكسهاي الكتروني با دستگاه لايه گذاري طلا ساخت شركت Bal-Tek كشور سوئيس استفاده شد.
2-3- روش
ابتدا نيترات سرب را با غلظت 1/. مولار تهيه كرده مقدارcc100 از آن را داخل بالن cc 500 ريخته ومقدار 10 گرم PVP بدان اضافه كرده وپس از حل شدن داخل اولتراسونيك قرار داده ودر دماي C°40 مقدار cc100 كربنات سديم 2/. مولار به آن اضافه شد. رسوب كربنات سرب سفيد رنگ بسرعت تشكيل شد كه بعد از يك ساعت، با آب مقطر و اتانول شستشو داده شده و سپس صاف شد. به مدت يك ساعت در داخل اتانول با امواج اولتراسونيك هم زده شد. آنگاه دوباره صاف شده و به مدت 2 ساعت درداخل كوره C°320 گذاشته شد تا با آزاد شدن CO2 تبديل به PbO شود. بعد از سنتز هر نمونه، ساختار و اندازه ذرات سنتز شده توسط دستگاه ميكروسكوپ الكتروني مشاهده و بررسي شد.
3. نتايج وبحث
بهينه سازي شرايط سنتز نانو ذرات اكسيد سرب به منظور دسترسي به نانو ساختار منظم با بررسي اثر غلظت واكنشگرها، دما ومقدار PVP بررسي شد.
3-1- اثر حضور امواج اولتراسونيك
با سنتز يك نمونه در حضور امواج اولتراسونيك و يك نمونه ديگر بدون حضور اين امواج مشاهده شد كه تابش امواج اولتراسونيك بر محلول سنتز اكسيد سرب منجر به تشكيل ساختار منظم و ريزتري مي شود.
3-2- اثر غلظت واكنشگرها
غلظت نيترات سرب از M 01/0 تا M 1 و غلظت كربنات سديم از M 02/0 تا M 2 تغيير داده شد و اثر اين تغييرات با تهيه عكس ميكروسكوپ الكتروني از هر نمونه مشاهده شد. به عنوان نمونه تغييرات ساختار در 2 مورد از نمونه ها نشان داده مي شود. هنگامي كه سنتز در محلول شامل M 1 نيترات سرب و M 2 مولار كربنات سديم در دماي C°40 و بدون حضور افزودني انجام مي شود ساختاري مطابق شكل 1 بدست مي آيد. همان طور كه در شكل 1 ديده مي شود، ذرات ساختاري ناهماهنگ و اندازه هاي بزرگتر از 100 نانومتر دارند.
وقتي از محلول سنتز با غلظت 1/. مولار از نيترات سرب و 2/0 مولار كربنات سديم در دماي C°40 و بدون حضور افزودني استفاده مي شود، ساختار نمونه به سمت تشكيل نانوذرات سوق داده مي شود كه تصوير SEM اين نمونه در شكل 2 نشان داده شده است.
نتايج حاصل از آزمايشات اين قسمت نشان داد كه اگر اكسيد سرب در محلول حاوي M 1/. از نيترات سرب و M 2/. كربنات سديم سنتز شود، ساختارهاي منظم با اندازه ذراتي كمتر از 100 نانومتر حاصل مي شود.
3-3- اثر دماي سنتز
سنتز اكسيد سرب در غلظت M 1/. از نيترات سرب و M 2/. كربنات سديم و بدون حضور افزودني در چند دماي مختلف در گستره C°0 تا C°70 انجام شد. نتايج نشان داد كه در دماي سنتز C°40 ساختار منظم تر با اندازه ريزتر بدست مي آيد. براي نشان دادن اثر دما، تصاوير SEM دو نمونه از سنتزها در شكل 3 و 4 نشان داده شده است.
3-4- بررسي اثر افزودني هاي مختلف
پس از بهينه سازي اثر غلظت واكنشگرها و دما، سنتز در حضور افزودني هاي سديم دودسيل سولفات (SDS)، سديم بنزن سولفونات (SDBS)، ستيل تري متيل آمونيوم برميد (CTAB)، پلي وينيل الكل (PVA) و پلي وينيل پيروليدون (PVP) ]4[ انجام شد. با بررسي تصاوير ميكروسكوپ الكتروني نمونه هاي حاصل، مشخص شد كه بهترين كارآيي مربوط به PVP است به همين ديل اين افزودني به عنوان يك افزودني جهت دهنده ساختار انتخاب شده و اثر تغيير غلظت آن بر روي مورفولوژي و اندازه ذرات حاصل بررسي شد. غلظت PVP از g/l 5/0 تا g/l 6 تغيير داده شد. تصاوير ميكروسكوپ الكتروني سه مورد از نمونه هاي تهيه شده در حضور مقادير مختلف PVP در شكلهاي 5 تا 7 نشان داده شده است. شكل 5 و 6 تصاوير ميكروسكوپ الكتروني نمونه هايي را نشان مي دهند كه به ترتيب در غلظت g/l 5/0 (كمتر از مقدار بهينه) و g/l 6 (بيشتر از مقدار بهينه) سنتز شده اند. با مقايسه ين دو تصوير با تصوير نشان داده شده در شكل 7 مشخص مي شود كه در غلظت g/l 1 از جهت دهنده ساختاري PVP پودر اكسيد سرب با يك ساختار بسيار منظم و متخلخل و با اندازه ذرات در كستره 20 تا 40 نانومتر بدست مي آيد.

نتيجه گيري

با سنتز اكسيد سرب در حضور امواج اولتراسونيك و افزودني PVP ذرات بسيار متخلخل با ساختار بسيار يكنواخت و اندازه ذرات نانومتري حاصل مي شود.

[Behzad AZ]

كاربرد نانو در صنايع دريايي

قدرت دریایی هر کشور از عناصر مختلفی تشکیل می شود. این عناصر می توانند با ناوگان نظامی، ناوگان تجاری، ناوگان صیادی، ناوگان شناورهای مردمی ، مراکز آموزش دریایی و صنایع دریایی تشکیل شوند. یکی از قسمتهای مهم این قدرت دریایی، بخش صنایع دریایی است .

مقدمه :
امروزه بحث‌هاي بسياري در زمينه فناوري‌نانو ، كاربردها، مزايا ودورنماي آيندة آن مطرح است. صنايع دريايي حوزة وسيعي از صنايع از قبيل ساخت كشتي؛ زيردريايي و سكوهاي دريايي را شامل مي‌شود كه اغلب آنها در كشور ايران نوپا هستند. فناوري‌نانو در بخش‌هاي مختلف صنايع دريايي كاربردهاي ارزنده‌اي دارد كه مي‌تواند صنايع دريايي كشور ايران را با تحول زيادي روبه‌رو كند. از طرفي شناسايي نيازهاي گستردة صنايع دريايي مي‌تواند بازار خوبي براي محصولات فناوري‌نانو در ايران باشد و زمينة رشد خوبي را نيز براي آن فراهم كند. در اين مقاله برخي كاربردهاي فناوري‌نانو در صنايع دريايي مورد ارزيابي قرار گرفته و در انتها نيز جايگاه صنايع دريايي دركشورايران آورده شده است.
قدرت دريايي هر كشور از عناصر مختلفي تشكيل مي شود. اين عناصر مي توانند با ناوگان نظامي، ناوگان تجاري، ناوگان صيادي، ناوگان شناورهاي مردمي ، مراكز آموزش دريايي و صنايع دريايي تشكيل شوند. يكي از قسمتهاي مهم اين قدرت دريايي، بخش صنايع دريايي است . قبل از اينكه بخواهيم درباره كاربردهاي فناوري نانو در صنايع دريايي سخني به ميان آوريم؛بهتر است تا درباره چيستي اين فناوري اندكي بدانيم. از نانو، بيوتكنولوژي و فناوري اطلاع رساني به عنوان سه قلمرو علمي نام مي برند كه انقلاب سوم صنعتي را شكل مي دهد. از همين روست كه كشورهاي در حال توسعه كه اغلب از دو انقلاب قبل جا مانده اند، مي كوشند با سرمايه گذاري در اين سه قلمرو، عقب ماندگي خود را جبران كنند. همان گونه كه در اين گزارش مي خوانيد، نانوتكنولوژي كاربردهاي گسترده اي در تمام حيطه هاي زندگي دارد و از اين رو توسعه آن مي تواند به بهبود و تسهيل زندگي كمك فراوان كند.
نانو مطالعه ذرات در مقياس اتمي براي كنترل آنهاست. هدف اصلي اكثر تحقيقات نانو شكل‌ دهي تركيبات جديد يا ايجاد تغييراتي در مواد موجود است. نانو در الكترونيك ، زيست ‌شناسي ، ژنتيك ، هوانوردي و حتي در مطالعات انرژي بكار برده مي‌شود.در نيم قرن گذشته شاهد حضور حدود پنج فناوري عمده بوديم، كه باعث پيشرفتهاي عظيم اقتصادي در كشورهاي سرمايه گذار و ايجاد فاصله شديد بين كشورهاي جهان شد. در ايران بدليل فقدان تصميم گيري بموقع ، به اين فرصتها پس از گذشت ساليان طولائي آن بها داده مي‌شد ، همچون فنآوري الكترونيك و كامپيوتر در دو سه دهه گذشته كه امروزه عليرغم توانايي دانشگاهي و داشتن تجهيزات آن ،ايران هيچگونه حضور تجاري در بازارهاي چند صد ميلياردي آن ندارد. فناوري نانو با طبيعت فرا رشته‌اي خود ، در آينده در برگيرنده همه فناوريهاي امروزين خواهد بود و به جاي رقابت با فن آوريهاي موجود ، مسير رشد آنها را در دست گرفته و آنها را بصورت «يك حرف از علم» يكپارچه خواهد كرد.
ميليونها سال است كه در طبيعت ساختارهاي بسيار پيچيده با ظرافت نانومتري (ملكولي) _مثل يك درخت يا يك ميكروب_ ساخته مي‌شود . علم بشري اينك در آستانه چنگ اندازي به اين عرصه است، تا ساختارهائي بي‌نظير بسازد كه در طبيعت نيز يافت نمي‌شوند. فناوري نانو كاربردهاي را به منصه ظهور مي‌رساند كه بشر از انجام آن به كلي عاجز بوده است و پيامدهائي را در جامعه بر جا مي‌گذارد كه بشر تصور آنها را هم نكرده است.
آغاز نانوتكنولوژي :
علم نانو و علوم مرتبط با آن جديد نيستند چرا كه صدها سال است كه شيميدانان از تكنيك‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌� ��‌‌هايي علم نانو در كار خود استفاده مي‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌� ��كنند كه بي‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌� ��شباهت به تنكنيك‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌� �‌‌‌هاي امروزي نانو نيست. پنجره هاي رنگارنگ كليساهاي قرون وسطي، شمشيرهاي يافت شده در حفاري هاي سرزمين هاي مسلمان همگي گوياي اين مطلب هستند كه بشر مدت هاست كه از برخي شگردهاي اين فناوري در بهينه كردن فرايندها و ساخت باكيفيت تر اشياء بهره مي برده است اما تنها به دليل پيشرفت كم فناوري و نبود امكانات امروزي مانند ميكروسكوپ نيروي اتمي، ميكروسكوپ تونلي پيمايشي و غيره نتوانسته حوزه مشخصي براي اين فناوري تعيين كند.
نانو تكنولوژي از يك رشته علمي خاص مشتق نمي شود. با وجودي كه نانو تكنولوژي بيشترين وجه مشترك را با علم مواد دارد، خواص اتم و ملكول شالوده بسياري از علوم است و در نتيجه دانشمندان حوزه هاي علمي به آن جذب مي شوند. برآورد مي شود در سراسر جهان حدود 000/20 نفر در نانو تكنولوژي كار مي كنند.
پيشوند نانو از كلمه يوناني به معناي كوتوله مشتق مي شود. براي اولين بار ريچارد فاينمن برنده جايزه نوبل فيزيك پتانسيل نانو علم را در يك سخنراني تكان‌ دهنده با نام «درپايين اتاقهاي زيادي وجود دارد»، مطرح كرد. فاينمن اصرار داشت، كه دانشمندان ساخت وسائلي را كه براي كار در مقياس اتمي لازم است، شروع كنند.
اين موضوع مسكوت ماند، تا اينكه اريك دركسلر نداي فاينمن را شنيد و يك قالب ‌كاري براي مطالعه «وسايلي كه توانايي حركت دادن اشياء مولكولي و مكان آنها را با دقت اتمي دارند»ايجاد كرد، كه در سپتامبر 1981 در مقاله‌اي با نام«پروتئين راهي براي توليد انبوه مولكولي ايجاد مي‌كند» آن را ارائه داد.دركسلر آن را با كتابي بنام «موتورهاي خلقت» دنبال كرد و توسعه مفهوم نانو تكنولوژي را همانند يك كوشش علمي ادامه داد. اولين نشانه‌هاي ثبت ‌شده از اين مفهوم نانو تكنولوژي تغيير مكان دادن اشيا مولكولي ، در سال 1989 بود، موقعي كه دانشمندي در مركز تحقيقات آلمادن IBM اتمهاي منفرد گزنون را روي صفحه نيكل حركت داد، تا نام IBM را روي سطح نيكل نقش كند.
براساس برآورد شركت لاكس ريسرچ درنيوريورك، بودجه كل تحقيق و توسعه نانو تكنولوژي دولت ها و شركت ها در سراسر جهان در سال 2004 بيش از 6/8ميليارد دلار بود. نيمي از اين بودجه از جانب دولت ها تأمين مي شد. اما به پيش بيني لاكس ريسرچ در سال هاي آينده، شركت ها احتمالاً بودجه بيشتري از دولت ها صرف اين علم خواهند كرد. .در خلال شش سال پيش از 2003 سرمايه گذاري در نانو تكنولوژي توسط سازمان هاي دولتي هفت برابر شده است. اين حجم سرمايه گذاري انتظارات را به اندازه اي افزايش داده است كه شايد قابل تحقق نباشد. برخي معتقدند شركت هاي نانو تكنولوژي مانند حباب شركت هاي اينترنت در سال هاي اخير از بين خواهند رفت. اما دلايلي وجود دارد كه نشان مي دهد درباره مخاطرات آن گزافه گويي شده است. سرمايه گذاران خصوصي اكنون بسيار محتاط تر از دوره رونق شركت هاي اينترنت هستند و بيشتر پولي كه دولت ها در اين زمينه اختصاص مي دهند، صرف علوم پايه و فناوري هايي مي شود كه تا سال ها در اختيار همگان قرارنخواهد گرفت. با اين حال كيفيت برخي محصولات موجود با كاربرد نانو تكنولوژي بهبود يافته است و در چند سال آينده بر تعداد آنها افزوده خواهد شد. مثلاً با افزودن ذرات ريز نقره، بانداژ ضد سوختگي خاصيت ضد ميكروبي پيدا كرده است. با اتصال ملكول هاي ايجاد كننده مانع به فيبر پنبه، پارچه هايي توليد شده است كه ضد لكه و بو است.
راكت هاي تنيس با افزودن ذرات ريز تقويت شده است. در درازمدت نانو تكنولوژي به نوآوري هاي بزرگتري خواهد انجاميد، از جمله انواع جديد حافظه كامپيوتر، فناوري پزشكي و روش هاي توليد انرژي بهتر مانند سلول هاي خورشيدي.
طرفداران اين فناوري مي گويند نانو تكنولوژي به توليد انرژي پاك و توليد بدون مواد زائد و غيره خواهد انجاميد. مخالفان آن معتقدند نانوتكنولوژي باعث ايجاد نوعي نظام شناسايي بين المللي و آسيب به فقرا، محيط زيست و سلامت انسان خواهد شد. به نظر مي رسد هر دو گروه در مورد استدلال هاي خود گزافه گويي مي كنند، اما به هرحال بايد از نانو تكنولوژي استقبال كرد.
همچنين از فناوري نانو به عنوان«رنسانس فناوري» و«روان كننده جريان سرمايه گذاري» ياد مي‌شود. ورود محصولات متكي بر اين فناوري جهشي بس عظيم در رفاه و كيفيت زندگي و توانائيهاي دفاعي و زيست محيطي به همراه خواهد داشت و موجب بروز جابجائيهاي بزرگ اقتصادي خواهد شد. هم اكنون بخشهاي دولتي و خصوصي كشورهاي مختلف جهان شامل ژاپن ، آمريكا ، اتحاديه اروپا ، چين ، هند ، تايوان ، كره جنوبي ، استراليا و روسيه در رقابتي تنگاتنگ بر سر كسب پيشتازي جهاني در لااقل يك حوزه از اين فناوري به سر مي‌برند.هم اكنون روي هم رفته حدود 30 كشور دنيا در زمينه فناوري نانو داراي «برنامه ملي»يا درحال تدوين آن هستند، و طي پنچ سال گذشته بودجه تحقيق و توسعه در امر فناوري نانو را به 3.5 برابر افزايش داده‌اند. كشورهاي ژاپن و آمريكا نيز فناوري نانو را اولين اولويت كشور خود در زمينه فناوري اعلام كرده اند.
نانو در صنايع دريايي :
فناوري‌نانو در دهه اخير از سوي كشور ايران ،مورد توجه جدي قرار گرفته است. همزمان با آن صنايع دريايي نيز دچار تحولات اساسي شده و سرمايه‌گذاري‌هاي هنگفتي در آن انجام شده است. امروزه ثابت شده است كه صنايع دريايي مي‌تواند عامل مهمي در رشد و توسعه در مناطق ساحلي ايران باشد. ايران با داشتن 2900 كيلومتر مرز آبي، در شمال و جنوب ؛در زمينه صنايع دريايي، كشوري در حال توسعه محسوب مي‌شود، در حالي كه برخي از كشورهاي اروپايي با كمتر ازيك پنجم اين مرز آبي، جزو كشورهاي قدرتمند در زمينه صنايع دريايي قرار دارند و به واسطه اين توانمندي، سلطه خود را بر دنيا تحميل كرده‌اند.
صنايع دريايي شامل حوزه وسيعي از صنايع مي‌شود كه هر كدام مي‌توانند پشتوانه و مهد توسعه علم و فناوري باشند. سه دسته‌بندي كلي صنا‌يع دريايي عبارتند از:

2. صنايع كشتي‌سازي شامل : ساخت انواع كشتي‌ها از قبيل كشتي‌هاي كانتينربر، نفتكش‌هاي غول پيكر، ناوچه‌ها و زيردريايي‌. در اين زمينه شركت‌هاي بزرگي نظير صدرا، ايزوايكو، اروندان و فجر درايران شكل گرفته‌اند كه هر يك تجربه ساخت ده‌ها فروند شناور دارند.
   
3. صنايع فرا ساحل : شامل ساخت سكوهاي ثابت و متحرك دريايي و لوله‌گذاري در دريا مي‌شود كه در پروژه‌هاي عظيم نفت و گاز به خصوص در حوزه‌هاي پارس جنوبي، ابوذر و ميادين بزرگ نفتي كاربرد دارند. شركت‌هاي بزرگي از قبيل تأسيسات دريايي، صدف و صدرا در اين زمينه شكل گرفته‌اند كه تجربه ساخت ده‌ها سكوي ثابت و متحرك دريايي و صدها كيلومتر لوله‌گذاري دريايي را در كارنامه فعاليت خود دارند.
   
4. صنايع ساحلي و بندري : شامل ساخت اسكله، موج‌شكن و سازه‌هاي نزديك ساحل (پايانه‌هاي نفتي) كه در بنادر شهيد رجايي، باهنر، بوشهر، امام خميني و جزيره خارك تجارب بسياري در اين زمينه اندوخته شده است كه از جمله آنها مي‌توان به قرارگاه سازندگي نوح و شركت صدرا اشاره كرد.
   

فناوري‌نانو در زمينه صنايع دريايي، به خصوص ساخت شناورها از اهميت خاصي برخوردار است و كاربردهاي آن را مي‌توان به‌طور كلي شامل موارد زير دانست:

1- ايجاد پوشش‌هاي مناسب در برابر اثرات محيط دريا
2- توليد مواد جديد براي ساخت بدنه و اجزاي آن به‌منظور افزايش استحكام
3- توليد مواد جديد براي افزايش قابليت عملكرد شناور مانند سوخت‌هاي جديد، باتري‌هاي با ذخيره انرژي بسيار بالا و پيل‌هاي سوختي.
صنايع دريايي گستره وسيعي از صنايع مانند شناورهاي سطحي (كشتي‌ها)، زيرسطحي (زيردريايي‌ها) ، سكوهاي دريايي و كليه صنايع مرتبط با دريا را در برمي‌گيرد.برخي از پتانسيل‌هاي كاربردفناوري‌نانو در اين صنايع عبارتنند از:

2. كليه تحولاتي كه در فناوري كامپيوتر، الكترونيك و مخابرات براساس فناوري‌نانو ايجاد مي‌گردد، قطعاً بر صنايع دريايي تأثير‌ مي‌گذارد؛ زيرا اين صنايع مانند ساير صنايع، وابستگي بسياري به اين فناوري‌ها دارند.چرا كه امروزه استفاده از وسايل الكترونيكي و كامپيوتري از اجزاي لاينفك شناورهاي دريايي و دركل تجهيزات دريايي شده است.
   
   
3. الكترودهاي جوشكاري دما پايين : اين الكترودها با استفاده از فناوري‌نانو، داراي دماي كاري بسيار پاييني نسبت به الكترودهاي جوشكاري موجود هستند. مواد اين الكترودها به‌گونه‌اي است كه در ازاي حرارت اندك، اتحاد مولكولي مستحكمي را بين مولكول‌هاي دو قطعه فلز ايجاد مي‌كنند و عملكردي شبيه چسب‌هاي حرارتي معمولي خواهند داشت. اين الكترودها تأثير شگرفي بر فناوري جوشكاري، به خصوص جوشكاري آلومينيوم خواهند داشت. كاربرد و حجم زياد جوشكاري در صنايع دريايي مي‌تواند عاملي براي تأثير فوق‌العاده فناوري‌نانو در اين زمينه باشد.
   
   
4. سوخت : كشتي و كليه شناورها براي تأمين قدرت حركت در دريا، معمولاً چندين تن سوخت حمل مي‌كنند و كشتي‌هاي اقيانوس‌پيما نيز در طول مسير دريانوردي مجبور هستند، چندين بار براي سوخت‌گيري توقف كنند. فناوري‌نانو با ارائه سوخت‌هاي پرانرژي، كشتي‌ها را از توقف‌هاي متعدد در دريا و حمل چندين تن سوخت بي‌نياز خواهد كرد. اين سوخت‌ها به‌صورت بسته‌هاي پرانرژي مولكولي است كه از اثرات مولكول‌ها بريكديگر، انرژي زيادي آزاد مي‌كنند، به صورتي كه يك ليتر از اين سوخت‌ها، معادل ده‌ها ليتر سوخت معمولي انرژي آزاد مي‌كند. از آنجا كه ذرات نانومتري موجب افزايش سرعت سوخت و يكنواختي آن مي‌گردد، در سوخت‌هاي جديد مي‌توان جهت افزايش قدرت سوخت از آنها استفاده كرد.
   
   
5. نانو فايبرگلاس و نانوكامپوزيت‌ها : ماده فايبرگلاس با آرايش تار و پودي (ماتريسي) ، استحكام زيادي دارد. در اين مواد، الياف شيشه به صورت تارهاي نازك و تحت شرايط خاصي توليد شده و به صورت متفاوتي به هم بافته مي‌شوند؛ رايج‌ترين نوع آنها الياف بافته شده به‌صورت حصيري و الياف سوزني است. فناوري‌نانو با اعمال آرايش تار و پودي بين مولكول‌ها، نانو فايبرگلاس‌هاي بسيار محكم و سبكي ايجاد مي‌كند كه نسبت به فايبرگلاس‌هاي امروزي برتري بسياري دارند. نانوكامپوزيت‌ها دسته جديدي از مواد مورد مطالعه جهاني است كه شامل پليمرهاي قديمي تقويت شده با ذرات نانومتري مي‌شود. كامپوزيت‌ها با داشتن آرايش‌هاي مولكولي متفاوت، كاربردهاي وسيع‌تر و جديدتري را تجربه خواهند كرد. از جمله خواص مهم كامپوزيت‌ها، استحكام زياد در عين وزن كم، مقاومت بالا در برابر خوردگي و خاصيت جذب امواج راداري است. اين خاصيت به منظور ساخت هواپيماها و زيردريايي‌هايي كه به وسيله رادار قابل شناسايي نيستند، مورد استفاده قرار مي‌گيرد .
   
   
6. جاذب‌هاي ارتعاشي : جاذب‌هاي ارتعاشي امروزي، موادي حجيم و سنگين هستند. فناوري‌نانو با ارائه جاذب‌هاي ارتعاشي جديد، تحول عميقي را در اين زمينه ايجاد خواهد كرد. اين نانومواد، انرژي ارتعاشي را به مقدار بسيار بالايي در بين شبكه مولكولي خود ذخيره مي‌كنند و ساختارهاي مولكولي ويژه آنها، تا حد زيادي از انتقال انرژي ارتعاشي به مولكول‌هاي جانبي جلوگيري مي‌كند؛ بدين ترتيب ارتعاش به خوبي مهار مي‌شود. اين مواد در كشتي‌هاي مسافربري، شناورهاي نظامي و زيردريايي‌ها كاربردهاي بسياري دارند و اغلب در زير موتورها و اجزاي دوار شناورها نصب مي‌گردند.
   
   
7. جاذب‌هاي صوتي : اين جاذب‌ها نيز مانند جاذب‌هاي ارتعاشي، علي‌رغم سبك و نازك بودن، انرژي صوت را به‌طور كامل ميرا مي‌كنند. جاذب‌هاي صوتي امروزي با وجود سنگين و حجيم بودن، نسبت به فركانس و جهت صوت برخوردي، بازدهي متفاوتي دارند. فناوري‌نانو انواعي از جاذب‌هاي صوتي را ارائه مي‌كند كه ساختار مولكولي آنها با جهت برخورد صوت و فركانس صوت قابل تطابق باشد؛ به گونه‌اي كه بتوانند بيشترين مقدار انرژي صوت را جذب كنند. اين مواد در كشتي‌هاي مسافربري، شناورهاي نظامي و زيردريايي‌ها كاربردهاي بسياري دارند و قسمت داخلي يا خارجي بدنه از اين مواد پوشيده مي‌شود.
   
   
8. رنگ‌هاي دريايي : خوردگي بسيار زياد محيط دريا به خصوص درياهاي آب شور مانند خليج فارس، از معضلات اساسي نگهداري سكوهاي دريايي و كشتي‌هاست. شرايط خاص محيط دريا ايجاب مي‌كند كه به‌طور متوسط، هر سه سال يك‌بار بدنه سكوها و كشتي‌ها رنگ‌آميزي شود. فناوري‌نانو رنگ‌هاي جديد بسيار مقاوم در برابر خوردگي و اثرات محيط ارائه مي‌نمايد كه با توجه به طول عمر شناورها و دوام بيش از 20 سال اين رنگ‌ها بر بدنه شناورها، مي‌توان اين امر را به معناي مادام‌العمر بودن اين رنگ‌ها دانست.
   
   
9. جاذب‌هاي انرژي موج دريا و نور آفتاب : فناوري ‌نانو نسل جديدي از مواد را ارائه مي‌كند كه همانند سلول‌هاي فتوالكتريك انرژي موج دريا و نور آفتاب را جذب مي‌كنند و به مثابه منبع تأمين انرژي خواهند بود. ويژگي منحصر به فرد اين مواد اين است كه همانند پوشش‌هاي معمولي دريايي قابل اتصال به بدنه شناور هستند كه مي‌تواند مدت دوام شناور در دريا را چندين برابر نمايد و از انرژي‌هاي محيط استفاده كند. استفاده از اين منابع انرژي مزيت‌هاي زيست‌محيطي نيز دارد.
   
   
10. نانوفيلتراسيون : از جمله ويژگي‌هاي اين فناوري مي‌توان به جذب ذرات بسيار ريز محيط اشاره كرد كه در جذب مونوكسيد و دي‌اكسيد كربن كاربرد دارند. پوشش داخلي زيردريايي‌ها در زير آب محيطي بسته و مناسب با بكارگيري اين فناوري است. مطابق اين فناوري، بلورهاي اكسيد تيتانيوم نيمه‌رسانا كه اندازه‌ شان فقط 40 نانومتر است به‌وسيله نور ماوراء بنفش شارژ شده، براي حذف آلودگي‌هاي آلي استفاده مي شوند.
    
    
11. نانومورفولوژي : با استفاده از فناوري‌نانو مي‌توان مواد بسيار مقاوم در برابر آتش ساخت كه در اشتعال ناپذيري به خاك تشبيه مي‌شوند. استفاده از اين مواد در شناورها به منظور ايمني در برابر آتش‌سوزي بسيار حائز اهميت است. در شناورهاي نظامي خطر آتش سوزي بسيار زياد است؛ لذا استفاده از اين فناوري بسيار حياتي است.
    
    
12. تحول در فناوري پيل سوختي : پيل سوختي در شناورها به خصوص شناورهاي زيرسطحي و زيردريايي‌ها، كاربردهاي وسيعي دارد. امروزه روش‌هاي مختلفي براي ذخيره‌سازي هيدروژن مورد نياز در پيل سوختي استفاده مي‌شود ؛ (از جمله به صورت مايع كه دماي بسيار پايين يا فشار بسيار بالايي نياز دارد) ، هيدرات فلزي (كه وزن بسيار زيادي را به شناور تحميل مي‌كند) و كربن فعال (كه استفاده از آن معضل زياد و بازده كمي دارد) . اكنون مي توان از نانولوله‌هاي كربني براي ذخيره هيدروژن استفاده كرد ؛ زيرا ديگر نيازي به دماي پايين، فشار بسيار بالا و تحمل وزن سنگين نخواهد داشت ؛‌ اين كار تحول عظيمي را در فناوري پيل سوختي ايجاد خواهد كرد.
    
    
13. باتري‌هاي با ذخيره انرژي بسيار بالا : امروزه انواع مختلفي از باتري‌هاي قابل شارژ وجود دارند كه داراي وزن زياد و ذخيره انرژي اندكي هستند . اين باتري‌ها در شناورها به خصوص در قايق‌هاي تفريحي، زيردريايي‌ها و كشتي‌ها (به عنوان منبع برق اضطراري) كاربردهاي حياتي و مهمي دارند، امّا انرژي اندكي كه ذخيره مي‌كنند زمان ماندن زيردريايي‌هاي ديزل الكتريك در زير آب را محدود مي‌كنند. در موقع حركت سطحي كه ديزل قادر به فعاليت است، انرژي الكتريكي توليد شده ديزل در باتري‌ها ذخيره مي‌شود و در موقع حركت در زير سطح آب كه به علت دسترسي نداشتن به هوا امكان كار براي ديزل وجود ندارد، از اين انرژي الكتريكي استفاده مي‌شود. فناوري‌نانو با ارائه باتري‌هاي با ذخيره انرژي بسيار بالا، زيردريايي‌هاي ديزل الكتريك را قادر مي‌كند تا ده‌ها برابرِ زمان فعلي خود در زير آب بمانند. علاوه بر آن فناوري‌نانو با كاهش وزن بسته‌هاي باطري، كاربردهاي ارزنده‌اي در فناوري هوافضا، هواپيماهاي بدون سرنشين، اتومبيل و شناورهاي تفريحي كوچك پديد مي‌آورد.
    
    
14. گرافيت و سراميك : فناوري‌نانو با ارائه مواد بسيار مستحكم كه ده‌ها برابر مقاوم‌تر از فولاد هستند، تأثير چشمگيري در ساخت سازه‌هاي دريايي و صنايع دريايي خواهد داشت. سراميك‌ها از جمله اين موادند كه در بدنه شناورهاي زير دريايي آب عميق (حدود 11 هزار متر) به‌كار خواهند رفت. اين مواد با داشتن استحكام فوق‌العاده، وزن سبك، مقاومت بسيار زياد در برابر خوردگي و دوام در شرايط دمايي بسيار متغير، گزينه بسيار مناسبي براي سازه‌هاي عظيم دريايي به خصوص غوطه‌ور شونده‌ها و زيردريايي‌ها هستند.در ايران صنايع دريايي به معناي واقعي خود؛ يعني ساخت سكوهاي ثابت و متحرك دريايي، كشتي‌هاي اقيانوس پيما، زيردريايي‌ها و غيره، حدوديك دهه از عمرشان مي‌گذرد و صنعتي نوپا محسوب مي‌گردد. فناوري‌ نانو نيز در دنيا قدمت چنداني ندارد و از معدود فناوري‌هايي است كه در همان بدو مطرح شدنش در دنيا، در ايران نيز مطرح شده است. فناوري‌نانو با توجه به تأثيرات شگرفي كه در همه صنايع دارد، مورد توجه قرار گرفته است. صنايع دريايي در حال رسيدن به دوران تكامل خود در ايران است و فناوري‌نانو هم مي‌تواند به تكامل هدفمند و روزافزون آن كمك كند. كاربردهايي از فناوري‌نانو كه بيان شد، تنها گوشه‌اي از كاربردهاي گسترده آن در صنايع دريايي است و آينده، اين كاربردها را قطعي‌تر و مشخص‌تر خواهد كرد؛ لذا مديران كليه بخش‌هاي صنعتي از جمله صنايع دريايي نبايد خود را نسبت به فناوري‌نانو بيگانه بدانند، بلكه همواره بايد پيشرفت‌هاي اين شاخه از دانش و فناوري مولكولي را در دنيا زير نظر داشته، از پيشرفت اين فناوري جديد ،حمايت‌هاي مادي و معنوي لازم را به عمل آورند. چه بسا كه ورود فناوري‌نانو به هر صنعتي، تحولات شگرفي را باعث شود و غافلگيري و ورشكستگي رقبا را به دنبال داشته باشد. از طرف ديگر، نهادهاي مرتبط بايد پيشرفت‌هاي روز دنيا در زمينه فناوري‌نانو را به صنايع مربوطه معرفي كنند كه اين امر مستلزم شناخت نيازهاي هر بخش از صنعت در زمينه فناوري‌نانو است. لازم است، متوليان فناوري‌نانو بايك تقسيم‌بندي منطقي در صنايع موجود ، نيازهاي هريك را به تفكيك بررسي كنند و با شناسايي نيازهاي بازار، توسعه فناوري‌نانو را جهت‌دهي نمايند. به علاوه، پشتوانه مالي مناسبي نيز براي توسعه فناوري‌نانو فراهم نمايند، زيرا نشناختن نيازها به معناي بيراهه رفتن فناوري‌نانواست.
    

[Behzad AZ]

كاربردهاي نانو در حوزه علوم دامي

استفاده از نانوذرات نقره (نانوسيلورها) در افزايش بهداشت دام و جايگاههاي پرورش دام و طيور
نانوذرات نقره به عنوان ضدعفوني كننده قوي ( ضد ياكتري و ضد ميكروب ) مطرح بوده و با توجه به پايداري آنها و عدم مصرف اين ذرات (عدم نياز به تهيه مجدد) استفاده از آنها در ضدعفوني كردن جايگاههاي نگهداري دام و طيور كاربرد گسترده اي يافته است.
استفاده از نانوفيلترها به منظور فرآوري محصولات لبني
در فرآوري محصولات لبني، استفاده از فيلترها بسيار مرسوم است. نانوفيلترها، امكان عبور انتخابي ذرات خاص را فراهم آورده و از اين رو فرآوري مورد نظر را ممكن مي سازند.

استفاده از نانوكپسولها بعنوان پوششي براي آنزيمهاي خوراكي و داروهاي دامي
با توجه به كاربرد برخي آنزيمها و پروتئين هاي خاص در جيره هاي دام و طيور كه بمنظور افزايش عملكرد و تاثير در بافتي مشخص استفاده مي شوند و معمولا در دستگاه گوارش بخوبي جذب نمي شوند، لذا استفاده از نانوكپسولها براي پوشش دار كردن و محافظت از آنها تا رسيدن به بافت هدف، موثر خواهد بود.

استفاده از نانوحسگرها در بخشهاي مختلف سيستمهاي پرورش دام و طيور و شناسايي انفرادي دامها

استفاده از نانوحسگرها و نانوبيوحسگرها در ماشين‌هاي شيردوشي

شتاب تحقيقاتي در اصلاح نژاد انواع دام ، طيور و آبزيان مؤثر

توليد خوراك‌هاي غيربيولوژيك و داروهاي دامي

نانو واكسيناسيون DNA با استفاده از نانوكپسول‌ها و روش‌هاي التراسوند

كاربردهاي نانو در حوزه صنايع غذايي

استفاده از نانوفيلتراسيون در صنايع غذايي به منظور تشخيص متابوليت هاي كنترل كيفي و تشخيص عوامل بيماريزا و تحولي اساسي در بسته بندي مواد غذايي و انبارداري

بهسازي ثبات مواد غذايي
اين روش براي تركيبات خاص فعال مثل طعم ها كه با ساير تركيبات مواد غذايي واكنش مي دهند استفاده مي شود و به اين مواد عمر ماندگاري بالاتري مي دهند

حفاظت در برابر اكسيداسيون مواد غذايي

توليد غذاهاي مولكولي توسط رباط ها با سه عنصر اصلي اكسيژن، كربن و هيدروژن

كاربردهاي نانو در حوزه ماشين آلات كشاورزي

كاربرد در پوششهاي بدنه ادوات و ماشينها و ابزارهاي كشاورزي و حتي شيشه ها براي افزايش در برابر خوردگي و سائيدگي و انعكاس امواج ماوراء بنفش

توليد قطعات مكانيكي مستحكم تر با استفاده از نانوروكش ها و استفاده از بيوحسگرها در ماشين آلات هوشمند جهت مبارزه مكانيكي – شيميايي با علف هاي هرز

بهينه سازي ميزان و شكل سموم مصرفي و وسايل سم پاشي

توليد روكش هاي نانويي ياتاقانها براي كاهش اصطكاك

توليد قطعات مختلف موتورماشينهاي كشاورزي مقاوم به ساييدگي، خوردگي ، حرارت و كاهش اصطكاك

استفاده از آنها در توليد سوختهاي جايگزين و آلودگي كمتر محيط زيست

تا كنون محصولات مختلف نانويي در دنيا توليد شده و برخي از آنها به شكل تجاري در دسترس قرار گرفته است .
از جمله كارهاي صورت گرفته در نانوتكنولوژي سبز مي توان به موارد زير اشاره كرد:
استفاده تايلند از اين فناوري به منظور توليد نوع جديدي از برنج (بي تفاوت نسبت به طول شب ، پاكوتاه و معطر ) و ابريشم ( ضد آب و با قدرت جذب كمتر گرد و غبار )
توليد نوعي نانوبرنج توسط شركت نانورايس ايتاليا كه 2 برابر وزن خود آب جذب مي كند .
توليد نانو كودها و نانو سم ها در مقياس آزمايشگاهي

در ايران نيز موسسات مختلفي در اين زمينه در حال كار مي باشند . كه از اين بين مي توان به پژوهشكده مهندسي جهاد اشاره نمود كه با محوريت قرار دادن توليد نانوپودرها گام بلندي را در اين زمنه برداشته است. مانند توليد پودر دي اكسيد تيتانيم در ابعاد نانو جهت گندزدايي و نگهداري مواد غذايي و استفاده به عنوان فوتوكاتاليست و تصفيه آب و يا توليد نانوپودر طلا در مقياس نانو جهت استفاده هاي بيولوژيك.
از ديگر موسسات پيشگام در اين زمينه مي توان به مؤسسه تحقيقات واكسن و سرم سازي رازي، موسسه گياه‌پزشكي كشور، موسسه تحقيقات خاك و آب، موسسه تحقيقات شيلات ايران، موسسه تحقيقات جنگلها و مراتع و پژوهشكده بيوتكنولوژي اشاره نمود.كاربرد هاي فناوري نانو در علوم كشاورزي و صنايع وابسته به آن گسترشي روز افزون دارد ،كه ادامه ي اين روند در آينده اي نه چندان دور توليد و توزيع مواد غذايي سالم ، ارزان و با كيفيت را براي استفاده ي همه ي ملل دنيا محقق خواهد كرد.