نانوتكنولوژي توليد كارآمد مواد و دستگاهها و سيستمها با كنترل ماده در مقياس طولي نانومتر، و بهره برداري از خواص و پديده هاي نوظهوري است كه در مقياس نانو توسعه يافته اند.

يك نانومتر چقدر است؟

يك نانومتر يك ميلياردم متر (9-m 10) است. اين مقدار حدوداً چهار برابر قطر يك اتم است. مكعبي با ابعاد 5/2 نانومتر ممكن است حدود 1000 اتم را شامل شود. كوچكترين IC هاي امروزي با ابعادي در حدود 250 نانومتر در هر لايه به ارتفاع يك اتم، حدود يك ميليون اتم را در بردارند. در مقايسه يك جسم نانومتري با اندازه اي حدود 10 نانومتر، هزار برابر كوچكتر از قطر يك موي انسان است.

امكان مهندسي در مقياس مولكولي براي اولين بار توسط ريچارد فاينمن (R.Feynnman)، برنده جايزه نوبل فيزيك، مطرح شد. فين من طي يك سخنراني در انستيتو تكنولوژي كاليفرنيا در سال 1959 اشاره كرد كه اصول و مباني فيزيك امكان ساخت اتم به اتم چيز ها را رد نمي كند. وي اظهار داشت كه مي توان با استفاده از ماشين هاي كوچك ماشين هايي به مراتب كوچك تر ساخت و سپس اين كاهش ابعاد را تا سطح خود اتم ادامه داد. همين عبارت هاي افسانه وار فاينمن من راهگشاي يكي از جذاب ترين زمينه هاي نانو تكنولوژي يعني ساخت روبوت هايي در مقياس نانو شد. در واقع تصور در اختيار داشتن لشكري از نانوماشين هايي در ابعاد ميكروب كه هر كدام تحت فرمان يك پردازنده مركزي هستند ، هر دانشمندي را به وجد مي آورد. در روياي دانشمنداني مثل جي استورس هال (J.Storrs Hall) و اريك دركسلر (E.Drexler) اين روبوت ها يا ماشين هاي مونتاژكن كوچك تحت فرمان پردازنده مركزي به هر شكل دلخواهي درمي آيند. شايد در آينده اي نه چندان دور بتوانيد به كمك اجراي برنامه اي در كامپيوتر، تختخوابتان را تبديل به اتومبيل كنيد و با آن به محل كارتان برويد.

چرا اين مقياس طول اينقدر مهم است؟

خواص موجي شكل (مكانيك كوآنتمي) الكترونهاي داخل ماده و اثر متقابل اتمها با يكديگر از جابجايي مواد در مقياس نانومتر اثر مي پذيرند. با توليد ساختارهايي در مقياس نانومتر، امكان كنترل خواص ذاتي مواد ازجمله دماي ذوب، خواص مغناطيسي، ظرفيت بار و حتي رنگ مواد بدون تغيير در تركيب شيميايي بوجود مي آيد. استفاده از اين پتانسيل به محصولات و تكنولوژيهاي جديدي با كارايي بالا منتهي مي شود كه پيش از اين ميسر نبود. نظام سيستماتيك ماده در مقياس نانومتري، كليدي براي سيستمهاي بيولوژيكي است. نانوتكنولوژي به ما اجازه مي دهد تا اجزاء و تركيبات را داخل سلولها قرارداده و مواد جديدي را با استفاده از روشهاي جديد خود_اسمبلي بسازيم. در روش خود_اسمبلي به هيچ روبات يا ابزار ديگري براي سرهم كردن اجزاء نيازي نيست. اين تركيب پرقدرت علم مواد و بيوتكنولوژي به فرايندها و صنايع جديدي منتهي خواهد شد.

ساختارهايي در مقياس نانو مانند نانوذرات و نانولايه ها داراي نسبت سطح به حجم بالايي هستند كه آنها را براي استفاده در مواد كامپوزيت، واكنشهاي شيميايي، تهيه دارو و ذخيرة انرژي ايده ال مي سازد. سراميك هاي نانوساختاري غالباً سخت تر و غيرشكننده تر از مشابه مقياس ميكروني خود هستند. كاتاليزورهاي مقياس نانو راندمان واكنشهاي شيميايي و احتراق را افزايش داده و به ميزان چشمگيري از مواد زائد و آلودگي آن كم مي كنند. وسايل الكترونيكي جديد، مدارهاي كوچكتر و سريعتر و … با مصرف خيلي كمتر مي توانند با كنترل واكنش ها در نانوساختار بطور همزمان بدست آيند. اينها تنها اندكي از فوايد و مزاياي تهيه مواد در مقياس نانومتر است.

منافع نانوتكنولوژي چيست؟

مفهوم جديد نانوتكنولوژي آنقدر گسترده و ناشناخته است كه ممكن است روي علم و تكنولوژي در مسيرهاي غيرقابل پيش بيني تأثير بگذارد. محصولات موجود نانوتكنولوژي عبارتند از: لاستيكهاي مقاوم در برابر سايش كه از تركيب ذرات خاك رس با پليمرها بدست آمده اند، شيشه هايي كه خودبخود تميز ميشوند, مواد دارويي كه در مقياس نانو ذرات درست شده اند، ذرات مغناطيسي باهوش براي پمپهاي مكنده و روان سازها, هد ديسكهاي ليزري و مغناطيسي كه با كنترل دقيق ضخامت لايه ها از كيفيت بالاتري برخوردارند، چاپگرهاي عالي با استفاده از نانو ذرات با بهترين خواص جوهر و رنگ دانه و …

قابليتهاي محتمل تكنيكي نانوتكنولوژي عبارتند از :

1- محصولات خوداسمبل
2- كامپيوترهايي با سرعت ميلياردها برابر كامپيوترهاي امروزي
3- اختراعات بسيار جديد ( كه امروزه ناممكن است)
4- سفرهاي فضايي امن و مقرون به صرفه
5- نانوتكنولوژي پزشكي كه درواقع باعث ختم تقريبي بيماريها، سالخوردگي و مرگ و مير خواهد شد.
6- دستيابي به تحصيلات عالي براي همه بچه‌هاي دنيا
7- احياء و سازماندهي اراضي
8- ...

كاربردهاي نانوتكنولوژي

دارورساني: استفاده از نانوذرات براي جذب از راه پوست و چشمها (خيلي لذت بخش‌تر از تزريقات) و استنشاق، به منظور در امان ماندن از تخريب دارو توسط آنزيمهاي معده كه خوشبختانه در شش ها وجود ندارند؛ نانوكپسول ها براي پخش تدريجي دارو در بدن مورد استفاده قرار مي گيرند.

انرژي خورشيدي: پيلهاي خورشيدي با دوام‌تر و كاراتر با اميد كاهش واقعي قيمتها هم‌اكنون در حال پيشرفت هستند. برخي از اين پيلها حتي هيدروژن توليد خواهند كرد.

پيلهاي سوختي: شركتNEC اميدوار است كه اين پيلها را در سالهاي 2003 تا 2004 به بازار عرضه كند.

صفحات نمايش و صفحات الكترونيكي كاغذي: انتظار مي‌رود كه نمايشگرهاي صفحات الكترونيكي مبتني بر گسيل ميدان از نانولوله‌هاي كربني در دو سال آينده نمايشگرهاي كريستال مايع را كنار بزند.

نانولوله‌ها: نانولوله‌هاي چند جداره ـ نوع پست و ارزان ـ هم‌اكنون در حال ورود به كامپوزيتها هستند؛ البته نه به منظور بهبود خواص بلكه با هدف كاهش وزن اين تركيبات. نانولوله‌هاي تك جداره نيز در زمان طولاني‌تر اثر خيلي بزرگتري خواهند داشت.

كاتاليزور: كاتاليزور، كه افراد آنرا در صنعت با نام نانوتكنولوژي پير مي‌خوانند، بخصوص پس از پيشرفتهاي اخير كه در امر انرژي حاصل شده است، به شدت مورد توجه واقع شده است.

نانوكامپوزيتها: نانوكامپوزيتهايي اغلب بر پايه خاك رس براي كاربردهاي ساختاري با استحكام بالا يا خصوصيات تازه به صنايع خودرو و هوافضا راه يافته‌اند.

تكنولوژيهاي ذخيره‌سازي: حافظه مغناطيسي با قابليت دسترسي اتفاقي(RAM) و هارد ديسكهاي ترابايتي نانولوله‌اي در چند سال آينده وارد بازار خواهند شد.

مواد توده‌اي نانوكريستالي يا فولادهاي شامل نانوذرات: بعضي شركتها هم‌اكنون فولادهايي را كه نانوذرات كربن در طي مرحله رول كردن به آن افزوده شده است را مورد استفاده قرار مي‌دهند.

لايــــه نشاني‌: از سازندگان اتومبيل گرفته تا معمارها مشغول تحقيق بر روي لايه‌هاي خيــــلي محكم با خصـــوصيات ويژه‌اي مثل الكتروكـروميـك (رنگ‌پذيري الكتريكي) يا خود پاك‌كنندگي هستند.

حسگرها: مطالعات فراواني در زمينة حسگرهاي بيوشيميايي كه از نانوسيمها و نانولوله‌ها ساخته شده‌اند در حال انجام است.

آناليززيستي: ابزارهايي كه از ميكروسكوپهاي نيروي اتمي استفاده مي‌كنند و نقاط كوانتومي هم‌اكنون در حال آماده‌سازي براي عرضه به بازار هستند.

منسوجات: نانوفيبرها هم‌اكنون در پوشش‌هاي مقاوم در برابر گرما، قابل استفاده هستند. به زودي نانوفيبرهايي كه از طريق الكتريكي بافته شده‌اند و فيبرهايي كه با نانولوله‌ها بهبود يافته‌اند نيز به بازار ارائه خواهند شد. اين فقط نمونه‌اي از كاربردهاي فراوان و قابل حصول نانوتكنولوژي مي‌باشد.

منبع : هوپا

قطار شيمي

http://www.parsidoc.com

تاريخ بروز رساني : شنبه 19/06/90 ساعت 13:51