close

آخرین اخبار از تحریم های آمریکا علیه ایران


اجاره ساعتی انواع خودروهای لوکس بدون ضامن


اجاره ویلای ارزان فقط با 50 تومن


اجاره ویلا

WordPress theme App Templates

نانوتکنولوژی

جمعه 9 شهريور 1397

نانوتکنولوژی

مقدمه

دل هر ذره را که بشکافی آفتابیش در میان بینی که یکی هست و نیست جز او وحده و لا اله الا هو

بشر برای رسیدن به کمال راههای مختلفی را تجربه کرده و می کند و هر راه رسیدن را نامی داده و از آن جمله است:علوم طبیعی،علم ماوراءالطبیعه و ...

اگر باور داشته باشیم هر ذره که خلق شده رسیدن به کمال را بزرگترین هدف خود قرار داده است پس علوم مختلف یاد شده در پی جستجوی کمال هستند و انسان با اختراع وسایل مختلف فقط راه رسیدن به آن را فراهم نموده است.

نانوتکنولوژی از جمله علومی است که راه چندین ساله را به یکباره طی خواهد کرد،علمی که با شکافتن کوچکترین ذره ی دنیای بزرگ و شگرفی را در فرا راه ما قرار داده و در حال رسیدن به نقطه ای است که بزرگترین علوم را در کوچکترین ذره قرار دهد و انسان را از حیطه ی ظاهر به حیطه ی باطن بکشاند و آنچه نادیدنی است را نشانش دهد.

مطالب این جزوه خواصی را تفکیک کرده تا مطالعه کننده به راحتی به مطالب موردنظرش دست یافته و به آنچه می خواهد برسد.

در این جزوه سعی گردیده شمه ای ازاین علم در تمام گستره ها برای مخاطب داده شود تا خواننده بتواند به آنچه در نظر دارد دست یابد0

به امید آنکه روزی همه با این فناوری آشنایی لازم را پیدا کنند.

و در نهایت:

رسد آدمی به جایی که به جز خدا نبیند بنگر تا چه حد است طیران آدمیت

چکیده

نانوتكنولوژی، توانمندی تولید مواد، ابزار و سیستم‌های جدید با كنترل سطوح مولكولی و اتمی و استفاده از خواصی است كه در آن سطوح ظاهر می‌شود. نانوتكنولوژی، رشته‌ای جدید نیست، بلكه رویكردی جدید به تمام رشته‌هاست. نانوتكنولوژی، در حوزه‌های مختلفی نظیر: غذا، دارو، تشخیص پزشكی، بیوتكنولوژی، الكترونیك، رایانه، ارتباطات، حمل و نقل، انرژی، محیط زیست، مواد، هوافضا و امنیت ملی، كاربرد دارد. كاربردهای وسیع و پیامدهای اجتماعی، سیاسی و حقوقی نانوتكنولوژی آن را به زمینه‌ای فرابخشی، تبدیل كرده است.

آزمایش و تحقیق در مورد نانوتكنولوژی از ابتدای دهه ۸۰ قرن بیستم به‌طور جدی پیگیری شد، اما آثار معجزه‌آسا و باور نكردنی آن در روند تحقیق و توسعه، توجه همه كشورهای بزرگ را به خود جلب كرد. این امر، فناوری نانو را به یكی از مهم‌ترین اولویت‌های تحقیقاتی در دهه اول قرن بیست و یكم، تبدیل كرد.

استفاده از فناوری نانو در علوم پزشكی، پتروشیمی، مواد، صنایع دفاعی، الكترونیك، رایانه‌های كوانتومی و غیره آن را به عنوان چالشی علمی و صنعتی برای جهانیان مطرح كرد. محققان، اساتید و صنعتگران ایرانی نیز باید در بسیجی همگانی، جایگاه، موقعیت و وضعیت خویش را در مورد این موضوع، مشخص كنند و با برنامه‌ریزی علمی و دقیق به حضوری فعال و رقابتی سالم در این جایگاه روی آورند. طراحی برنامه‌ای منسجم، فراگیر و همه جانبه برای این منظور، اجتناب‌ناپذیر است.

تاریخچه ی فناوری نانو

علم نانو و علوم مرتبط با آن جدید نیستند چرا که صدها سال است که شیمیدانان از تکنيک‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌هايي علم نانو در کار خود استفاده می‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌کنند که بی‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌شباهت به تنکنيک‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌های امروزی نانو نيست. پنجره های رنگارنگ کلیساهای قرون وسطی، شمشیرهای یافت شده در حفاری های سرزمین های مسلمان همگی گویای این مطلب هستند که بشر مدت هاست که از برخی شگردهای این فناوری در بهینه کردن فرایندها و ساخت باکیفیت تر اشیاء بهره می برده است اما تنها به دلیل پیشرفت کم فناوری و نبود امکانات امروزی مانند میکروسکوپ نیروی اتمی، میکروسکوپ تونلی پیمایشی و غیره نتوانسته حوزه مشخصی برای این فناوری تعیین کند.

اولین بار ریچارد فیمن در سال 1959 طی سخنرانی خود با بیان امکان به راه اندازی فرایندی برای دستکاری اتمها و مولکولها با استفاده از ابزارهای دقیق سبب شده تا افکار به سمت توسعه چنین امکانی متمایل شوند. در سال 1974، پروفسور نوریو تانیگوشی، مدرس دانشگاه علوم توکیو، نخستین بار واژه "فناوری نانو" را بکار گرفت. او در مقاله ای با نام "مفهوم اساسی فناوری نانو" اشاره می کند که فناوری نانو اساسا مجموعه ای از فرایندهای تفکیک، ادغام و تشکیل مواد در حد یک اتم یا یک مولکول است. در دهه 1980 ایده ی این تعریف به طور وسیع تر توسط دکتر درکسلر (نویسنده کتاب های موتور خلقت) مورد بررسی قرار گرفت.

فناوری نانو و نانوعلوم در اوایل دهه 1980 با تولد علم کلاستر و اختراع میکروسکوپ تونلی پیمایشی آغاز به کار کرد. این توسعه سبب کشف فلورین در سال 1986 و نانولوله های کربنی در مدت چند سال بعد شد.

تحول دیگر این فناوری مربوط به ساخت نانوکریستالهای نیمه هادی بود که منجر به افزایش شدید تعداد نانوذرات اکسید فلزی نقاط کوانتوم گردید. میکروسکوپ نیروی اتمی 5 سال بعد از میکروسکوپ تونلی پیمایشی اختراع شد تا با کمک آن بتوان اتمها را بررسی کرد.

فناوری نانو یک زمینه بین رشته ای است که در محدوده علوم کاربردی مختلفی نظیر فیزیک، مواد، الکترونیک و غیره وارد شده است. فناوری نانو خود به تنهایی علم نیست بلکه با استفاده از آن می توان به کاربردی کردن علوم مختلف کمک کرد. فناوری نانو به سه صورت تعریف می شود:

فناوری نانو محدوده تحقیقات و مطالعه مواد و خصوصیات آنها در محدوده 1- 100 نانومتر را در بر می گیرد.(1

. 2)با کمک فناوری نانو ساختارهای نانویی می توان خلق کرد که خصوصیات آنها با ساختارهای ماکروسکوپی همان مواد متفاوت است

. با کمک فناوری نانو می توان در اتمها از طریق کنترل خصوصیات تغییراتی ایجاد کرد(3

تعریف نانوتكنولوژی و آشنایی با آن

"نانو تكنولوژي" (Nanotechnology) نانو تکنولوژی در ترجمه لفظي، به معني تكنولوژي بسيار كوچك ( "نانو" به معني بسيار بسيار كوچك، مقياس10 به توان 9- بار كوچك تر) مي باشد. به وسيله مي توان در خواص مولكولهاي تشكيل دهنده مواد تغيير ايجاد نمود تا از اين مواد بهتر استفاده کرد.يا به عبارتي ديگر پيوند علم مواد، شيمي و علوم مهندسي فناوري نانو ناميده مي‌شود. هدف اين فناوري توليد مولکولي يا ساخت اتم به اتم و مولکول به مولکول اشياء توسط بازوهاي روبات برنامه‌ريزي شده در مقياس یک نانومتر است (نانومتر يک ميلياردم متر است يعني پهناي معادل با ۳ تا ۴ اتم.)زمانی که مواد در مقیاس نانو مطالعه و بررسی می شوند واکنش های و رفتار اتمها در مقایسه با حالتی که مطالعه در سطح مولکولی انجام می شوند کاملا متفاوت است چرا که در این قلمرو خصوصیات فیزیکی مواد تغییر می کند این درست مانند این است که در توپی را در محفظه ای بیندازید و توپی دیگری را از آن محفظه بیرون آورید. تفاوت در قلمرو نانو به اندازه ای است که حتی رنگ، نقطه ذوب، خصوصیات شیمیایی و غیره مواد در خارج از این محدوده کاملا متفاوت است.

در فناوری نانو برای ساخت دو روش در نظر گرفته می شود: روش ساخت پایین به بالا و روش ساخت بالا به پایین. در روش ساخت پایین به بالا، وسایل و مواد از سطح مولکولی بر اساس اصول شیمی مولکولی ساخته می شوند درست مانند یک دیوار که از روی هم گذاشتن آجر به آجر ساخته می شود.

در روش ساخت بالا به پایین، اشیاء نانویی بدون کنترل اتمی در مقادیر بزرگتر ساخته می شوند به این طریق که در ساخت آنها از تجهیزات پیشرفته این فناوری مانند میکروسکوپ اتمی و میکروسکوپ تونلی پیمایشی استفاده می شود تا فرایند دستکاری و ایجاد پدیده ها و خصوصیات جدید در اشیاء نانویی ظهور یابند.

امروزه فناوری نانو در ساخت پلیمرهایی با ساختار مولکولی، طراحی تراشه های کامپیوتری کاربرد دارد. همچنین از این فناوری در ساخت مواد آرایشی، انواع پوشش ها و روکش های محافظتی و لباسهای مقاوم نیز استفاده می شود.

تعریفی برای فناوری نانو ارائه می دهد که دربرگیرنده ی هر سه تعریف ذیل باشد:NNIالبته در حالیکه تعاریف زیادی برای فناوری نانو وجود دارد

.1)توسعه فناوري و تحقيقات در سطوح اتمي ، مولکولي و يا ماکرومولکولي در مقياس اندازه اي 1 تا 100 نانومتر

2)خلق و استفاده از ساختارها و ابزار و سيستمهايي که به خاطر اندازه کوچک يا حد ميانه آنها، خواص و عملکرد نويني دارند.

3)توانايي کنترل يا دستکاري در سطوح اتمي.

فناوری نوین نانوتكنولوژی، تمام دنیا را فرا گرفته است. به بیان دیگر، «نانوتكنولوژی بخشی از آینده نیست بلكه همه آینده است». در این نوشتار بعد از تعریف نانوتكنولوژی و بیان كاربردهای آن دلایل و ضرورت‌های توجه به این فناوری، بیان شده است.

نانوتكنولوژی و كاربردهای آن

فناوری نانو، عنصری اساسی برای درك بهتر طبیعت در دهه‌های آینده خواهد بود. همكاری‌های تحقیقاتی میان رشته‌ای، آموزش خاص و انتقال ایده‌ها و افراد به صنعت از جمله مزایای نانوتكنولوژی در آینده است. بخشی از تأثیرات و كاربردهای نانوتكنولوژی به شرح زیر است:


1)تولید،مواد و محصولات صنعتی

نانوتكنولوژی تغییر بنیانی مسیری است كه در آینده، موجب ساخت مواد و ابزار خواهد شد. امكان سنتز بلوك‌های ساختمانی نانو با اندازه و تركیب به دقت كنترل شده و سپس چیدن آنها در ساختارهای بزرگ‌تر، كه دارای خواص و كاركرد منحصر به فرد باشند، انقلابی در مواد و فرایندهای تولید آنها، ایجاد می‌كند. محققان، ساختارهایی از مواد را ایجاد خواهند كرد كه در طبیعت وجود ندارد و شیمی مرسوم، قادر به ایجاد آنها نیست. برخی از مزایای نانوساختارها عبارتند از: مواد سبك‌تر، قوی‌تر و قابل برنامه‌ریزی، كاهش هزینه عمر كاری با كاهش دفعات نقص فنی، ابزار نوین بر پایه اصول و معماری جدید و به‌كارگیری كارخانه‌های مولكولی یا خوشه‌ای كه مزیت مونتاژ مواد در سطح نانو را دارند.

.2)پزشکی و بدن انسان

رفتار مولكولی در مقیاس نانومتر، سیستم‌های زنده را اداره كرده و مقیاسی را ایجاد می‌كند كه شیمی، فیزیك، زیست‌شناسی و شبیه‌سازی رایانه‌ای به آن سمت گرایش دارند.نانوتكنولوژی، فراتر از استفاده بهینه از دارو، فرمولاسیون و مسیرهایی برای رهایش داروتهیه می‌كند و توان درمانی داروها را به نحو حیرت‌انگیزی، افزایش می‌دهد.مواد زیست سازگار با كارایی بالا، از توانایی بشر در كنترل نانوساختارها به دست می‌آیند. نانو مواد سنتزی معدنی و آلی را می‌توان نظیر اجزای فعال، برای اعمال نقش تشخیصی، (مثل ذرات كوانتومی كه برای مرئی‌سازی به كار می‌رود) درون سلول‌ها وارد كرد.افزایش توان محاسباتی به وسیله نانوتكنولوژی، ترسیم وضعیت شبكه‌های ماكرومولكولی را در محیط‌های واقعی ممكن می‌كنند. این‌گونه شبیه‌سازی‌ها برای بهبود قطعات كاسته شده زیست سازگار در بدن و برای فرایند كشف دارو، الزامی هستند.

3)دوام‌پذیری منابع كشاورزی، آب، انرژی، مواد و محیط زیست پاك

نانوتكنولوژی تغییراتی شگرف در استفاده از منابع طبیعی، انرژی و‌آب ایجاد می‌كند و پساب و آلودگی را كاهش می‌دهد. همچنین فناوری‌های جدید، امكان بازیافت مجدد از مواد، انرژی و آب را فراهم خواهند كرد. نانوتكنولوژی، بر محیط زیست، تأثیری قابل توجه دارد. از آن جمله: ایجاد و درمان مسائل زیست محیطی با كنترل انتشار آلاینده‌ها، توسعه فناوری‌های «سبز» جدید كه محصولات جانبی كمتری دارند. نانوتكنولوژی، توان حذف آلودگی‌های كوچك از منابع آبی (كمتر از ۲۰۰ نانومتر) و هوا (زیر ۲۰ نانومتر) و اندازه‌گیری و تخفیف مداوم آلودگی را در مناطق بزرگ‌تر دارد..

نانوتكنولوژی می‌تواند كارایی، ذخیره‌سازی و تولید انرژی را تحت تأثیر قرار دهد مصرف آن را كاهش دهد. برای مثال، شركت‌های مواد شیمیایی، مواد پلیمری تقویت شده با نانوذرات را ساخته‌اند كه می‌تواند جایگزین اجرای فلزی بدنه خودروها باشد. استفاده گسترده از این نانوكامپوزیت‌ها سالیانه ۵/۱ میلیارد لیتر صرفه‌جویی در مصرف بنزین، ایجاد می‌كند. روشنایی۱۰ سال آینده، تغییرات عمده‌ای خواهد داشت. نیمه هادی‌های مورد استفاده در دیودهای نورانی در 10(LED به مقدار زیاد در ابعاد نانو تولید خواهد شد. تقریباً ۲۰ درصد از كل برق تولیدی امریكا، صرف روشنایی (چه لامپ‌های التهابی معمولی و چه فلوئورسنت) می‌شود، اما مطابق پیش‌بینی‌ها در ۱۰ تا ۱۵ سال آینده، پیشرفت‌های نانوتكنولوژی، مصرف جهانی را بیش از ۱۰درصد كاهش می‌دهد و سالانه ۱۰۰ میلیارد دلار، صرفه‌جویی و ۲۰۰ میلیون تن، كاهش انتشار كربن را به همراه دارد.

4)هوا و فضا

محدودیت‌های شدید سوخت برای حمل بار به مدار زمین و ماورای آن و ارسال فضاپیما برای مأموریت‌های طولانی به مناطق دور از خورشید، كاهش اندازه، وزن و توان مصرفی را اجتناب‌ناپذیر می‌كند. مواد و ابزار نانوساختاری، امیدهایی را برای حل این مشكل، ایجاد كرده است.

نانو ساختن ،طراحی و ساخت مواد سبك‌وزن، پرقدرت و سكوهای اكتشافی سیاره‌ای یا خورشیدی، فراهم كرده است. استفاده روزافزون از سیستم‌های كوچك شده خودكار به پیشرفت‌های شگرف در فناوری ساخت و تولید می‌انجامد. توجه به اینكه محیط فضا، نیروی جاذبه كم و خلأ بالا دارد، توسعه نانوساختارها و سیستم‌های نانو كه ساخت آنها در زمین ممكن نیست درفضا میسر خواهد شد.

۵)امنیت ملی

برخی كاربردهای دفاعی نانوتكنولوژی عبارتند از: تسلط اطلاعاتی با نانوالكترونیك پیشرفته به عنوان قابلیتی مهم و نظامی، امكان آموزش مؤثر نیرو به كمك سیستم‌های واقعیت مجازی پیچیده و به دست آمده از الكترونیك نانوساختاری، استفاده بیشتر از اتوماسیون و رباتیك پیشرفته برای جبران كاهش نیروی انسانی نظامی، كاهش خطر برای سربازان و بهبود كارایی خودروهای نظامی، دستیابی به كارایی بالاتر (وزن كمتر و قدرت بیشتر) در صحنه‌های نظامی، كاهش نقص فنی و هزینه در عمر كاری تجهیزات نظامی، پیشرفت در شناسایی و مراقبت از عوامل شیمیایی، زیستی و هسته‌ای، بهبود طراحی در سیستم‌های كنترل و مدیریت عدم تكثیر سلاح‌های هسته‌ای، تلفیق ابزار نانو و میكرومكانیكی برای كنترل سیستم‌های دفاع هسته‌ای، فرصت‌های اقتصادی و نظامی مكمل یكدیگرند. كاربردهای درازمدت نانوتكنولوژی در زمینه‌های دیگر، پشتیبانی كننده امنیت ملی خواهد بود.

6)كاربرد نانوتكنولوژی در صنعت الكترونیك

نانوتكنولوژی، ذخیره اطلاعات را در مقیاس فوق‌العاده كوچك، ممكن می‌كند. فناوری نانو، ظرفیت ذخیره اطلاعات را در حد ۱۰۰۰ برابر یا بیشتر افزایش می‌دهد و در نهایت، ابزار ابرمحاسباتی كوچكی به اندازه ساعت مچی، ساخته خواهد شد.

اگر ظرفیت نهایی ذخیره اطلاعات به حدود یك ترابیت در هر اینچ ربع برسد، ذخیره ۵۰ عدد DVD .یا بیشتر در هارد دیسكی با ابعاد یك كارت اعتباری، ممكن خواهد شد.ساخت تراشه‌ها در اندازه‌هایی كوچك نظیر ۳۲ تا ۹۰ نانومتر و یا تولید دیسك‌های نوری ۱۰۰ گیگا بایتی در اندازه‌های كوچك از جمله این موارد است.

حسگر چيست؟

حسگر يک وسيله ي الکتريکي است که تغييرات فيزيکي يا شيميايي را اندازه گيري مي کند وآنها را به سيگنالهاي الکتريکي تبديل مي نمايد. حسگرها درواقع ابزار ارتباط ربات با دنياي خارج وکسب اطلاعات محيطي ونيز داخلي مي باشند، ويا به طور کلي ابزارهايي هستند که تحت شرايط خاص ازخود واکنشهاي پيش بيني شده ومورد انتظار نشان مي دهند. شايد بتوان دماسنج را جزء اولين حسگرهايي دانست که بشرساخت.

ساختار کلي يک حسگر:

درطراحي يک حسگر دانشمندان علوم مختلف مانند بيوشيمي، بيولوژي، الکترونيک، شاخه هاي مختلف شيمي و فيزيک حضوردارند. قسمت اصلي يک حسگرشيميايي يا زيستي عنصرحسگر آن مي باشد. عنصرحسگر در تماس با يک آشکارساز است. اين عنصرمسئول شناسايي و پيوند شدن با گونه ي مورد نظر در يک نمونه ي پيچيده است. سپس آشکارساز سيگنالهاي شيميايي را که در نتيجه ي پيوند شدن عنصرحسگر با گونه ي موردنظر توليد شده است را به يک سيگنال خروجي قابل اندازه گيري تبديل مي کند. حسگرهاي زيستي بر اجزاي بيولوژيکي نظيرآنتي بادي ها تکيه دارند. آنزيمها ، گيرنده ها يا کل سلولها مي توانند به عنوان عنصر حسگرمورد استفاده قرار گيرند.

خصوصيات حسگرها:

يک حسگرايده آل بايد خصوصيات زيررا داشته باشد:

.1)سيگنال خروجي بايد متناسب با نوع و ميزان گونه ي هدف باشد

.2)بسيار اختصاصي نسبت به گونه مورد نظر عمل کند

.3)قدرت تفکيک و گزينش پذيري بالايي داشته باشد

4)تکرارپذيري و صحت بالايي داشته باشد.

5)سرعت پاسخ دهي بالايي داشته باشد. ( درحد ميلي ثانيه)

6)عدم پاسخ دهي به عوامل مزاحم محيطي مانند دما ، قدرت يوني محيط و...


نانوحسگرها

با پيشرفت علم در دنيا و پيدايش تجهيزات الکترونيکي و تحولات عظيمي که در چند دهه ي اخير و درخلال قرن بيستم به وقوع پيوست نياز به ساخت حسگرهاي دقيق تر،کوچکتر و داراي قابليتهاي بيشتر احساس شد. امروزه از حسگرهايي با حساسيت بالا استفاده مي شود به طوريکه در برابر مقادير ناچيزي از گاز، گرما و يا تشعشع حساس اند. بالا بردن درجه ي حساسيت، بهره و دقت اين حسگرها به کشف مواد و ابزارهاي جديد نياز دارد. نانو حسگرها، حسگرهايي در ابعاد نانومتري هستند که به خاطرکوچکي و نانومتري بودن ابعادشان از دقت و واکنش پذيري بسيار بالايي برخوردارند به طوري که حتي نسبت به حضور چند اتم از يک گاز هم عکس‌العمل نشان مي دهند.

انواع نانو حسگرها:

نانوحسگرها براساس نوع ساختارشان به سه دسته ي نقاط کوانتومي ، نانولوله هاي کربني و نانوابزارها تقسيم بندي مي شوند:

1)استفاده از نقاط کوانتومي درتوليد نانو حسگرها:

نقاط کوانتومي به عنوان بلورهاي نيمه هادي کوچک تعريف مي شوند. با کنترل ابعاد نقاط کوانتومي، ميدان الکترومغناطيسي نور را دررنگها و طول موجهاي مختلف، منتشرمي کند. به عنوان مثال، نقاط کوانتومي از جنس آرسنيدکادميوم با ابعاد 3 نانومتر نور سبز منتشر مي کند؛ درحالي که ذراتي به بزرگي 5/5 نانومتر از همان ماده نور قرمز منتشرمي کند. به دليل قابليت توليد نور در طول موجهاي خاص نقاط کوانتومي ، اين بلورهاي ريز در ادوات نوري به کارمي روند. دراين عرصه از نقاط کوانتومي در ساخت آشکارسازهاي مادون قرمز، ديودهاي انتشار دهنده ي نورمي توان استفاده نمود. آشکارسازهاي مادون قرمز از اهميت فوق العاده اي برخوردارند. مشکل اصلي اين آشکارسازها مسئله ي خنک سازي آنهاست. براي خنک سازي اين آشکارسازها از اکسيژن مايع وخنک سازي الکترونيکي استفاده مي شود. اين آشکارسازها براي عملکرد صحيح بايد دردماهاي بسيار پائين، نزديک به 80 درجه کلوين کارکنند، بنابراين قابل استفاده در دماي اتاق نيستند، درصورتي که از آشکارسازهاي ساخته شده با استفاده از نقاط کوانتومي مي توان به راحتي در دماي اتاق استفاده کرد.

2)استفاده ازنانولوله ها درتوليد نانوحسگرها:

نانو لوله هاي کربني تک ديواره و چند ديواره به علت داشتن خواص مکانيکي و الکترونيکي منحصر به فردشان کاربردهاي متنوعي پيدا کردند که از جمله مي توان به استفاده از آنها به عنوان حسگرهايي با دقت بسيار بالا براي تشخيص مواد در غلظتهاي بسيار پائين و با سرعت بالا اشاره کرد.

به طورکلي کاربرد نانو لوله ها در حسگرها را مي توان به دو دسته تقسيم کرد:

الف ) نانولوله هاي کربني به عنوان حسگرهاي شيميايي:

اين حسگرها مي توانند دردماي اتاق غلظتهاي بسيارکوچکي از مولکولهاي گازي با حساسيت بسياربالا را آشکارسازي کنند. حسگرهاي شيميايي شامل مجموعه اي از نانولوله هاي تک ديواره هستند و ميتوانند مواد شيميايي مانند دي اکسيد نيتروژن ( NO2 ) وآمونياک ( NH3 ) را آشکارکنند. هدايت الکتريکي يک نانولوله نيمه هادي تک ديواره که درمجاورت ppm200 از NO2 قرارداده مي شود، مي تواند در مدت چند ثانيه تا سه برابر افزايش يابد و به ازاي اضافه کردن فقط 2% NH3 هدايت دو برابر خواهد شد. حسگرهاي تهيه شده ازنانولوله هاي تک ديواره داراي حساسيت بالايي بوده ودردماي اتاق هم زمان واکنش سريعي دارند. اين خصوصيات نتايج مهمي درکاربردهاي تشخيصي دارند.

ب) نانولوله هاي کربني به عنوان حسگرهاي مکانيکي:

هنگامي که يک نانولوله توسط جسمي به سمت بالا يا پائين حرکت مي کند، هدايت الکتريکي آن تغيير مي يابد. اين تغيير در هدايت الکتريکي، با تغيير شکل مکانيکي نانولوله کاملا ً متناسب است. اين اندازه گيري به وضوح امکان استفاده از نانولوله ها را به عنوان حسگرهاي مکانيکي نشان مي دهد. يا مي توان با استفاده از مواد واسط مانند پليمرها در فاصله ي ميان نانولوله هاي کربني وسيستم، نانولوله هاي کربني را براي ساخت بيوحسگرها توسعه داد. شبيه سازي هاي ديناميکي نشان مي دهد که برخي پليمرها مانند پلي اتيلن مي توانند به صورت شيميايي با نانولوله کربني پيوند يابند. همچنين مولکول بنزن نيز مي تواند به وسيله ي پيوندهاي واندروالس روي نانولوله ي کربني جذب شود. اين تحقيقات کاربردهاي بسيار متنوع و وسيع نانولوله ها ي کربني را نشان مي دهد. تحقيق دراين زمينه هنوزدرحال توسعه وپيشرفت است ومطمئنا ً درآينده اي نه چندان دور شاهد به کارگيري آنها درابزارها و صنايع مختلف خواهيم بود.

3)استفاده ازنانو ابزارها درتوليد نانوحسگرها:

با استفاده از اين حسگرها شناسايي مقادير بسيار کم آلودگي شيميايي يا ويروس و باکتري در سامانه ي کشاورزي وغذايي ممکن است. تحقيقات درزمينه ي نانوابزارها جزء پژوهشهاي علمي به روز دنياست.

نانو حسگرها و کنترل آلودگي هوا:

يکي از نيازهاي مهم و اساسي در ارتباط با کنترل آلودگي محيط زيست، پايش مستمرآلودگي هواست. با استفاده از نانوحسگرها پيشرفت مؤثري در زمينه ي کنترل آلودگي هوا صورت گرفته است. يکي از اين راهکارها اختراع غبارهاي هوشمند مي باشد. غبارهاي هوشمند مجموعه اي از حسگرهاي پيشرفته به صورت نانو رايانه هاي بسيارسبک هستند که به راحتي ساعتها درهوا معلق باقي مي مانند. اين ذرات بسيار ريز از سيليکون ساخته مي شوند و مي توانند ازطريق بي سيم موجود درخود اطلاعات موجود در خود را به يک پايگاه مرکزي منتقل کنند. سرعت اين انتقال حدود يک کيلوبايت در ثانيه است. هم چنين حسگرهايي از جنس نانولوله هاي تک لايه ساخته شده اند که مي توانند مولکولهاي گازهاي سمي را جذب کنند و همچنين آنها قادر به شناسايي تعداد معدودي از گازهاي مهلک موجود درمحيط هستند. محققان معتقدند اين نانوحسگرها براي شناسايي گازهاي بيوشيميايي جنگي و آلاينده هاي هوا کاربرد خواهند داشت.

مبارزه با انتشار گازهاي سمي:

انتشار و پخش گازهاي مهلک و سمي يکي از خطرات روزمره زندگي صنعتي است. متأسفانه هشدار دهنده‌هاي موجود در صنعت اغلب بسيار دير موفق به شناسائي اين‌گونه گازهاي نشتي مي‌شوند. نانوحس‌گرها که از نانوتيوب‌هاي تک لايه به ضخامت حدود يک نانومتر ساخته شده‌اند و مي‌توانند مولکول‌هاي گازهاي سمي را جذب کنند. آنها هم‌چنين قادر به شناسائي تعداد معدودي از مولکول‌هاي گازهاي مهلک در محيط هستند. محققان مدعي‌اند که اين حس‌گرها براي شناسائي به هنگام گازهاي بيوشيميائي جنگي، آلاينده‌هاي هوا و حتي مولکول‌هاي آلي موجود در فضا کاربرد خواهند داشت.

جذابيت‌هاي نانوحسگرها

به طور صريح اين قبيل مزاياي نانوحسگرها باعث شده است که به عنوان فرصتي وسوسه‌انگيز براي بازار تلقي شوند. نانوحسگرها به طور ذاتي کوچک‌تر و حساس‌تر از ساير حسگرها مي‌باشند. همچنين اين ظرفيت را دارند که قيمت تمام شدة آنها کمتر از قيمت تمام‌شده حسگرهاي موجود در بازار باشد.

براي مثال اگر قيمت حسگرهاي صنعتي متداول امروزي، چند 10 هزار دلار باشند براي نانوحسگرهايي که بتوانند همان کار را انجام دهند به صورت نظري چند 10 دلار برآورد مي‌شود. نانوحسگرها همچنين هزينه جاري را نيز کاهش مي‌دهند؛ زيرا به طور ذاتي برق کمتري مصرف مي‌کنند.

درنهايت از آنجايي که نانوحسگرها هزينه‌هاي خريد و اجرا را کاهش مي‌دهند؛ ممکن است به‌کارگيري آنها به صورت آرايه‌ها و توده‌ها مقرون به صرفه باشد و همچنين بتوانند به شکل فراگير و حتي اضافي در قطعات کاربرد پيدا کنند؛ به طوري‌که اگر يک نانوحسگر از کار بيفتد و از مدار خارج شود بتوان از آن صرف نظر کرد و ضريب امنيت در حد مطلوبي باقي بماند، زيرا تعداد زيادي نانوحسگر ديگر در سيستم مي‌توانند کار آن را به عهده بگيرند.

در بخش نظامي و امنيت ملي نيز احتياج به حسگرهاي بسيار حساسي است که بتوانند به صورت گسترده توزيع شوند تا به کمک آنها بتوان تشعشعات و بيوسم‌هاي زيستي را مورد بررسي قرار داد. در زمينه پزشکي نياز به حسگرهاي بسيار حساسي به صورت آزمايشگاه‌هايي بر روي تراشه است كه بتوانند کوچک‌ترين علائم نشان‌دهندة سرطان را شناسايي کنند. در صنايع هوافضا احتياج به نانوحسگرهايي است که در بدنة هواپيماها به عنوان سيستم هشداردهنده ثابت قرار بگيرند و مشخص کنند که چه زماني هواپيما احتياج به تعميرات دارد.

در صنايع اتومبيل مي‌توان از نانوحسگرها براي مصرف بهينه سوخت استفاده کرد. همچنين در اتومبيل‌هاي گران‌قيمت مي‌توان براي بهبود وضعيت صندلي و وضعيت کنترل‌هاي موجود به تناسب حالت‌هاي مختلف بدن، اين نانوحسگرها را مورد استفاده قرار داد.

آينده نگري:

مي توان انتظار داشت که در آينده با ترکيب محرک ها و نانوحسگرها بتوان مواد هوشمندي ساخت که در فرآيندهاي توليد سيستم هاي پيچيده نقش هاي مهمي ايفا کرده و فناوري جديد ديگري را پايه ريزي کنند. گرچه موانعي مانند افزايش قيمت، اطمينان پذيري از تاثير آنها و نيز اطمينان از کاربرد آنها در زمينه هاي صلح آميز نيز بايد از سر راه برداشته شوند.

هدف نهایی نانو

تعیین بودجه‌های كلان در كشورهای صنعتی برای تحقیقات در زمینه نانوتكنولوژی

بسیاری از كشورهای توسعه یافته و در حال توسعه، برنامه‌هایی را در سطح ملی برای پشتیبانی از فعالیت‌های تحقیقاتی و صنعتی نانوتكنولوژی تدوین و اجرا می‌كند.

نانوتكنولوژی به عنوان انقلابی در شرف وقوع، آینده اقتصادی كشورها و جایگاه آنها را در جهان، تحت تأثیر قرار خواهد داد. صاحب‌نظران و محققان كشورهای مخالف این امر را تبیین كرده‌اند. در بخشی از این كشورها، در ۲ سال اخیر تحركات شدیدی از سوی دولت‌ها برای سرعت‌بخشی به توسعه نانوتكنولوژی انجام شده است و فعالیت‌های خودجوش محققان، با تشویق و حمایت‌های مستقیم دولت، ادامه یافته است. نمودار یك، میزان سرمایه‌گذاری دولت‌ها را نشان می‌دهد.

● اهمیت مطرح شدن طرح

بسیاری از كشورهای پیشرفته و در حال پیشرفت، برنامه‌هایی را برای پشتیبانی از فعالیت‌های تحقیقاتی و صنعتی نانوتكنولوژی تدوین و اجرا می‌كنند، اما سؤالی مهم برای كشور ما و كشورهایی كه هنوز به نانوتكنولوژی به؟؟؟ توجه نكرده‌اند، این است كه آیا باید با این روند همراه شد یا خیر؟ فضای بسیار بزرگ نانوتكنولوژی و حجم وسیع فعالیت‌های مربوط به آن در دنیا، این باور را به انسان القا می‌كند كه دیر یا زود باید آینده‌نگری كرده و برای ورود به آن اقدام كرد.


●. ورود كشورها به عرصه نانوتكنولوژی، اجتناب‌ناپذیر است

صاحب‌نظران و محققان، نانوتكنولوژی را مساوی آینده دانسته‌اند. كمیته مشاوران رئیس‌جمهور امریكا در علوم فناوری در تأیید برنامه ملی نانوتكنولوژی برای سال ۲۰۰۱، از نانوتكنولوژی به عنوان محور آینده جهان یاد می‌كند. صاحب‌نظران به دلیل تأثیرات این فنوری بر بیشتر فناوری‌های موجود، معتقدند متخصصان رشته‌های مختلف بدون گرایش به مباحث مقیاس نانو در دهه‌های آینده فرصتی برای رشد ندارند. آنها شكوفایی فناوری‌های مهم نظیر فناوری اطلاعات و بیوتكنولوژی را بدون بهره‌گیری از نانوتكنولوژی مختل می‌دانند.


● دلایل ضرورت ورود كشور به عرصه نانوتكنولوژی

مهم‌ترین دلایل ضرورت توجه كشورهایی نظیر ایران به نانوتكنولوژی به قرار زیر است:

: 1)تأثیر اساسی نانوتكنولوژی بر رشد و پیشرفت بسیاری از فناوری‌ها

ماهیت فرارشته‌ای فناوری نانو به عنوان توانمندی تولید مواد، ابزار و سیستم‌های جدید با دقت اتم و مولكول، موجب تعریف كاربردهای بسیاری در عرصه‌های مختلف علمی و صنعتی شده است. نانوتكنولوژی كاربردهای بسیاری در حوزه‌های دارو، غذا، بهداشت، درمان بیماری‌ها، محیط‌زیست، انرژی، الكترونیك، رایانه، اطلاعات، مواد، ساخت، تولید، هوافضا، بیوتكنولوژی، كشاورزی، امنیت ملی و دفاع دارد. این فناوری بر تمام فناوری‌ها تأثیر می‌گذارد و دیر یا زود باید شاهد محصولات آنها بود. برای مثال در بخش پزشكی و بهداشت، زمینه كاری بسیار مهم، سیستم توزیع دارو در داخل بدن است. مصرف فعلی دارو به صورت حجمی است در حالی كه سلول‌های خاصی از بدن نیازمند آن هستند. دارو در روش تزریق با وسایل جدید به صورت مستقیم و به سلول‌های مشخص، تحویل داده می‌شود. بنابراین، بیماری‌های بزرگ و كوچك با این مكانیزم در آغاز شكل‌گیری، درمان می‌شوند. در بخش مواد نیز پروژه‌هایی در حال اجراست كه موادی با وزن بسیار كم و خواص مناسب، تولید می‌كنند. این مواد در ساختمان، خودرو، هواپیما و دیگر ملزومات زندگی انسان‌ها كاربرد دارند. بنابراین، نانوتكنولوژی عرصه‌ای وسیع از زندگی انسان‌ها را در برخواهد گرفت و نمی‌توان از آن چشم‌پوشی كرد.

2)تأثیر نانوتكنولوژی بر امنیت جهانی

نانوتكنولوژی به لحاظ دفاعی هم فرصت است و هم تهدید، این فناوری كاربردهای زیاد در امور نظامی دارد. بخش دفاعی كشورهای مختلف به تحقیق و توسعه نانوتكنولوژی، گرایش دارند. این كاربردها از لباس‌های محافظ تا پرنده‌های بسیار كوچك، تجهیزات اطلاعاتی و بسیاری موارد دیگر است و هم‌اكنون با حمایت وزارتخانه‌های دفاع كشورهایی نظیر: امریكا، ژاپن و دیگر كشورهای اروپایی به صورت پروژه‌های تحقیقاتی در حال انجام است. این فناوری از این جهت برای كشورها تهدید محسوب می‌شود، اما برای كشورهایی كه با استفاده از روند موجود، جایگاهی را در آینده امنیت جهانی برای خود در نظر بگیرند، فرصت خواهد بود. با توجه به تنوع كاربردهای نانوتكنولوژی، در آینده رقابت بین‌المللی كشورها نقش مؤثر دارد.

● نتیجه گیری

شواهد نشان می‌دهد كه درصدی بالا از بازار محصولات مختلف بر نانوتكنولوژی، متكی خواهد بود. دولت‌ها و شركت‌های بزرگ و كوچك به دنبال كسب جایگاهی برای خود در این بازارها هستند. میهیل روكو، رئیس كمیته علوم و فناوری نانو در ریاست جمهوری امریكا بر پتانسیل نانوتكنولوژی برای تغییر چشمگیر اقتصاد جهانی تأكید كرده است. وی معتقد است نانوتكنولوژی در ده الی ۱۵ سال آینده، بازار نیمه هادی را به طور كامل تحت تأثیر قرار خواهد داد.

سازندگان پردازنده‌های رایانه در امریكا و ژاپن از ورود پردازنده‌های حاوی یك میلیارد نانوترانزیستور تا پیش از ۱۰ سال آینده خبر داده‌اند. برای مثال شركت اینتل اعلام كرده است در سال ۲۰۰۷ پردازنده‌های متكی بر نانوترانزیستور را با قدرت و سرعت بیشتر و مصرف كمتر به بازار، عرضه خواهد كرد.

نیمی از صنعت دارو تا ۱۵ سال آینده بر نانوتكنولوژی، متكی خواهد بود و به وسایل تزریق جدید و آموزش‌های پزشكی روزآمد، نیاز خواهد داشت. مواد شیمیایی نیز دارای بازار ۱۰۰ میلیارد دلاری كاتالیست‌ها هستند و تا ۱۰ سال آینده بر كاتالیست‌های نانوساختاری، متكی خواهد بود.

از هم‌اكنون بازاری برای به‌كارگیری مواد جدید در محصولات، شكل گرفته است. این مواد، خواص جدید و فوق‌العاده‌ای به محصولات می‌بخشند و قیمت آنها را كاهش می‌دهند. مثلاً نانو لوله‌های كربنی با وزن كمتر و استحكام بیشتر نسبت به موادی نظیر فولاد، بخش‌های از صنایع را تحت تأثیر قرار خواهد داد.

از آنجا كه سهم هر كشور یا بنگاه در زمان شكل‌گیری بازار، تثبیت می‌شود، زمان سرمایه‌گذاری برای دستیابی به جایگاه مناسب، امروز است. سؤالی كه پیش می‌آید این است: جایگاه كشورهایی كه به نانوتكنولوژی دسترسی ندارند، در بازارهای آینده و اقتصاد جهانی چه خواهد بود؟


منابع و مآخذ:

WWW.NANOCLUB.IR

WWW.IRANNANO.ORG

WWW.SMSM.IR

WWW.MIS1.IUIEDU.COM

فهرست مطالب

عنوان صفحه

مقدمه

چکیده

تاریخچه ی فناوری نانو

تعریف نانوتكنولوژی و آشنایی با آن

نانوتكنولوژی و كاربردهای آن

1)تولید،مواد و محصولات صنعتی

2)پزشکی و بدن انسان

3)دوام‌پذیری منابع كشاورزی، آب، انرژی، مواد و محیط زیست پاك

4)هوا و فضا &l