سيد فخرالدين افضلي علم و فناوري نانو ( نانو علم و نانو تکنولوژي) توانائي بدست گرفتن کنترل ماده در ابعاد نانومتري (ملکولي) و بهره برداري از خواص و پديده هاي اين بعد در مواد، ابزارها و سيستم هاي نوين است.
نانوتکنولوژي از کجا آمده است؟
براي اولين بار ريچارد فينمن برنده جايزه نوبل فيزيک پتانسيل نانوعلم را در يک سخنراني تکان دهنده با نام درپايين اتاقهاي زيادي وجود دارد ، مطرح کرد . فينمن اصرار داشت، که دانشمندان ساخت وسائلي را،که براي کار در مقياس اتمي لازم است، شروع کنند. اين موضوع مسکوت ماند، تا اينکه اريک درکسلر (دانشجوي تحصيلات تکميليMIT) نداي فينمن را شنيد و يک قالب کاري براي مطالعه وسايلي که توانايي حرکت دادن اشياء مولکولي و مکان آنها را با دقت اتمي دارند ايجاد کرد، که در سپتامبر در مقاله اي با نام پروتئين راهي براي توليدانبوه مولکولي ايجاد ميکند آن را ارائه داد. در نيم قرن گذشته شاهد حضور حدود پنج فناوري عمده بوديم، که باعث پيشرفت هاي عظيم اقتصادي در کشورهاي سرمايه گذار و ايجاد فاصله شديد بين کشورهاي جهان شد. متأسفانه در کشور ما بدليل فقدان جرات علمي و عدم تصميم گيري بموقع ، به اين فرصتها پس از گذشت ساليان طلائي آن بها داده مي شد که البته سودي هم براي ما به ارمغان نمي آورد، همچون فنآوري الکترونيک و کامپيوتر در دو سه دهه گذشته که امروزه عليرغم توانائي دانشگاهي و داشتن تجهيزات آن، هيچگونه حضور تجاري در بازارهاي چند صد ميلياردي آن نداريم. فناوري نانو جديدترين اين فرصتها ست، که کشور ما بايد براي حضور يا عدم حضور درآن خيلي سريع تصميم خود را اتخاذ کند. علم و فناوري نانو ( نانو علم و نانو تکنولوژي) توانائي بدست گرفتن کنترل ماده در ابعاد نانومتري (ملکولي) و بهره برداري از خواص و پديده هاي اين بعد در مواد، ابزارها و سيستم هاي نوين است. اين تعريف ساده خود دربرگيرنده معاني زيادي است. به عنوان مثال فناوري نانو با طبيعت فرا رشته اي خود، در آينده در برگيرنده همه ي فناوريهاي امروزين خواهد بود و به جاي رقابت با فن آوري هاي موجود، مسير رشد آنها را در دست گرفته و آنها را به صورت « يک حرف از علم» يکپارچه خواهد کرد. ميليونها سال است که در طبيعت ساختارهاي بسيار پيچيده با ظرافت نانومتري ( ملکولي ) - مثل يک درخت يا يک ميکروب - ساخته مي شود. علم بشري اينک در آستانه چنگ اندازي به اين عرصه است، تا ساختارهائي بي نظير بسازد که در طبيعت نيز يافت نمي شوند. فناوري نانو کاربردهاي را به منصه ظهور مي رساند که بشر از انجام آن به کلي عاجز بوده است و پيامدهائي را در جامعه برجا مي گذارد که بشر تصور آنها را هم نکرده است. به عنوان مثال: ساخت مواد بسيار سبک و محکم براي مصارف مرسوم يا نو ورشکستگي صنايع قديمي همچون فولاد با ورود تجاري مواد نو کاهش يافتن شديد تقاضا براي سوخت هاي فسيلي همه گير شدن ابر کامپيوترهاي بسيار قوي، کوچک و کم مصرف سلاحهاي سبک تر، کوچکتر، هوشمند تر، دوربردتر، ارزانتر و نامرئي تر براي رادار شناسائي فوري کليه خصوصيات ژنتيکي و اخلاقي و استعدادهاي ابتلا به بيماري ارسال دقيق دارو به آدرس هاي مورد نظر در بدن و افزايش طول عمر از بين بردن کامل عوامل خطرناک جنگ شيميائي و ميکروبي از بين بردن کامل ناچيز ترين آلاينده هاي شهري و صنعتي سطوح و لباسهاي هميشه تميز و هوشمند توليد انبوه مواد و ابزارهائي که تا قبل از اين عملي و اقتصادي نبوده اند ، و بسياري از موارد غير قابل پيش بيني ديگر! دکترDrexler در همايش جهاني نظام علمي در زمينه نانوتکنولوژي اظهار کرده است: در جهان اطلاعات ، تکنولوژيهاي ديجيتالي کپي برداري را سريع، ارزان، کامل و عاري از هزينه بري يا پيچيدگي محتوايي نموده اند. حال اگر همين وضعيت در جهان ماده اتفاق بيافتد چه مي شود. هزينه توليد يک تن تري بيت تراشه هاي RAM تقريبا معادل با هزينه بري ناشي از توليد همان مقدار فولاد مي شود . دکترSmalley رئيس هيئت تحقيقاتي دانشگاه رايس و کاشف Buckyballs مي گويد: نانوتکنولوژي روند زيانبار ناشي از انقلاب صنعتي را معکوس خواهد کرد . در مقدمه مقاله نانوتکنولوژي که توسط آقايان Peterson و Pergamit در سال نگاشته شده چنين آمده است : تصور کنيد قادريد با نوشيدن دارو که در آب ميوه مورد علاقه تان حل شده است سرطان را معالجه کنيد . يک ابر کامپيوتر را که به اندازه يک سلول انسان است در نظر بگيريد. يک سفينه فضايي نفره که به دور مدار زمين مي گردد با هزينه اي در حدود يک خودروي خانوادگي تجسم کنيد . موارد فوق، فقط تعداد محدودي از محصولات انتظار رفته از نانوتکنولوژي هستند. انسان در معرض يک انقلاب اجتماعي تسريع شده و قدرتمند است که ناشي از علم نانوتکنولوژي است. در آينده نزديک گروهي از دانشمندان قادر به ساخت اولين آدم آهني با مقياس نانومتري مي گردند که قادر به همانندسازي است. طي چند سال با توليد پنج ميليارد تريليون نانوروبات ، تقريبا تمامي فرايندهاي صنعتي و نيروي کار کنوني از رده خارج خواهند شد. کالاهاي مصرفي به وفور يافت شده ، ارزان، شيک و با دوام خواهند شد. دارو يک جهش سريع و کوانتومي را به جلو تجربه خواهد نمود. سفرهاي فضايي و همانندسازي امن و مقرون به صرفه خواهند شد. به اين دلايل و دلائلي ديگر، سبکهاي زندگي روزمره در جهان بطور زيربنايي متحول خواهد شد و الگوي رفتاري انسانها تحت الشعاع اين روند قرار خواهد گرفت.
سه فناوري تسخيرکننده :
از طرفي شايد بتوان گفت تسخيرکنندگان علم و فناوري آينده در سه گروه فناوري اطلاعات، نانوفناوري و زيست فناوري خلاصه مي شوند. قرارگيري مقادير و حجم زيادي از اطلاعات در فضائي کوچک از ابعاد هم گرائي نانوفناوري و فناوري اطلاعات مي باشد از طرفي در زيست فناوري و يا به عبارتي براي زيست شناسان قرار گيري حجم زيادي از اطلاعات در يک فضاي بسيار کوچک موضوعي بسيار آشنا مي باشد. در کوچکترين سلول انساني همه اطلاعات مربوط به يک موجود زنده از قبيل رنگ مو، رشد استخوان و عصب ها وجود دارد. حتي در قسمت بسيار کوچکي از سلول به نام DNA که شامل حدوداً پنجاه اتم مي باشد همه اين اطلاعات ذخيره مي گردد ( نه تنها سطح يا به عبارتي تعداد اتم ها بلکه نحوه قرار گرفتن اين زنجيره ها در ذخيره سازي اطلاعات زيستي اهميت دارد). شايد يکي از علل هم گرائي اين فناوري و فناوري اطلاعات وجود همين مسائل مشترک اين سه فناوري است.
ابزارهاي جديد براي کارهاي ظريف :
اگر شما از دانشمندان علوم سطح بپرسيد که چه پيشرفتهاي عمده دستگاهي باعث شده اند تا نانوتکنولوژي در خطوط مقدم تحقيقات علوم فيزيکي قرار گيرد، تقريبا همه آنها به داستان ميکروسکوپ پروب اسکن کننده SPM (Scanning probe microscope SPM: در SPM يک پروب نانوسکوپي در ارتفاع ثابتي بر بالاي بستري از اتم ها حفظ مي شود. اين فاصله مي تواند آن قدر کم باشد که الکترون هاي اتم هاي تيرک و سطح با هم تعامل داشته باشند. اين تعاملات مي تواند آن قدر قوي باشد، که اتم ها از جا کنده شده و به جاي ديگري بروند.) اشاره مي کنند. عليرغم تازه واردگي به عرصه تحليل دستگاهي، استفاده از ميکروسکوپي تونل زني اسکن کننده STM (Scanning tunneling microscope STM : وسيله اي براي تهيه تصوير از اتمهاي روي سطوح مواد، که نقش مهمي در درک توپوگرافي و خواص الکتريکي مواد و رفتار قطعات ميکروالکترونيکي دارند. STM بر خلاف يک ميکروسکوپ نوري، براي تهيه تصوير نيروهاي الکتريکي را با يک پروب نازک شده به حد تيزي يک اتم آشکار مي کند. پروب سطح را جاروب کرده، بي نظمي هاي الکتريکي حاصل از پوسته هاي الکتروني يا ابرالکتروني پيرامون اتم ها را به کمک يک کامپيوتر به تصوير مبدل مي کند. به دليل يک اثر مکانيک کوانتومي موسوم به «تونل زني»، الکترون ها مي توانند به سادگي از تيرک به سطح و بالعکس بجهند. درجه وضوح تصاوير در حدود nm يا کمتر است. از STM مي توان براي جابجايي تک به تک اتم ها و تهيه نقشه هاي پروضوح از سطوح مادي استفاده کرد.) ، ميکروسکوپي نيروي اتمي (AFM) و ديگر تکنيکهاي مشتق شده از اين دو مورد اصلي در بسياري از آزمايشگاهها ، به دليل حجم زياد اطلاعاتي که از مقياس نانومتر به دست مي دهند، متداول و حتي گريزناپذير شده است. ريچارد فينمن طي يک سخنراني در همايش جامعه فيزيک آمريکا در در مؤسسه تکنولوژي کاليفرنيا که بعد در آنجا استاد فيزيک شد ايده هايي بنيادي در زمينه کوچک سازي نوشتجات، مدارها و ماشين ها ايراد کرد : آنچه من مي خواهم به شما بگويم، مسئله دستکاري و کنترل اشياء در مقياس کوچک است. ترديدي وجود ندارد که در نوک يک سوزن آنقدر جا هست که بتوان تمام دايره المعارف بريتانيکا را جا داد. فينمن براي به تفکر واداشتن محققين و تاکيد نمودن بر عقيده اش مبني بر امکان فيزيکي چنين معجزه اي ، جايزه هايي دلاري براي اولين افرادي که به اهداف مشخص شده اي در کوچک سازي کتابها و موتورهاي الکتريکي دست يابند تعيين کرد. فينمن تاکيد کرد : من در حال خلق ضد جاذبه نيستم که به فرض روزي اگر قوانين (فيزيک) آنچه ما مي پنداريم، نبودند عملي شود. من صحبت از چيزي مي کنم اگر قوانين آنچه ما مي پنداريم باشند، عملي خواهد بود. ما به آن دست پيدا نکرده ايم چون خيلي ساده هنوز درصدد انجام آن نبوده ايم.
وضعيت جهاني :
از فناوري نانو به عنوان رنسانس فناوري و روان کننده جريان سرمايه گذاري ياد مي شود.ورود محصولات متکي بر اين فناوري جهشي بس عظيم در رفاه و کيفيت زندگي و توانائي هاي دفاعي و زيست محيطي به همراه خواهد داشت و موجب بروز جابجائي هاي بزرگ اقتصادي خواهد شد . هم اکنون بخش هاي دولتي و خصوصي کشورهاي مختلف جهان شامل ژاپن ، آمريکا، اتحاديه اروپا، چين، هند، تايوان، کره جنوبي، استراليا، اسرائيل و روسيه در رقابتي تنگاتنگ بر سر کسب پيشتازي جهاني در لااقل يک حوزه از اين فناوري به سر ميبرند . هم اکنون روي هم رفته حدود کشور دنيا در زمينه فناوري نانو داراي برنامه ملي يا درحال تدوين آن هستند، وطي پنچ سال گذشته بودجه تحقيق و توسعه در امر فناوري نانو را به / برابر افزايش داده اند. کشورهاي ژاپن و آمريکا نيز فناوري نانو را اولين اولويت کشور خود در زمينه فناوري اعلام کرده اند . امّا بطور کلي و خلاصه اينکه:
نانوتکنولوژي چست؟
نانوتکنولوژي مطالعه ذرات در مقياس اتمي براي کنترل آنهاست. هدف اصلي اکثر تحقيقات نانوتکنولوژي شکل دهي ترکيبات جديد يا ايجاد تغييراتي در مواد موجود است. نانوتکنولوژي در الکترونيک، زيست شناسي، ژنتيک، هوانوردي و حتي در مطالعات انرژي بکار برده ميشود.
چرا Nano ؟
nano کلمه اي يوناني به معني کوچک است و براي تعيين مقدار يک ميليارديم يا - يک کميت استفاده مي شود. چون يک اتم تقريباً نانومتر است، اين اصلاح براي مطالعه عمومي روي ذرات اتمي و مولکولي بکاربرده ميشود.
تفاوت بين نانوعلم و نانوتکنولوژي چيست؟
نانو علم صرفا تحقيق است ولي نانوتکنولوژي کاربرد تحقيقات براي حل مسائل و ساخت مواد جديد است. درکسلر آن را با کتابي بنام موتورهاي خلقت دنبال کرد و توسعه مفهوم نانوتکنولوژي را همانند يک کوشش علمي ادامه داد. اولين نشانه هاي ثبت شده از اين مفهوم نانوتکنولوژي تغيير مکان دادن اشيا مولکولي، در سال بود، موقعي که دانشمندي در مرکز تحقيقات آلمادنIBM اتمهاي منفردگزنون را روي صفحه نيکل حرکت داد، تا نام IBM را روي سطح نيکل نقش کند.
آيا نانوتکنولوژي خيالي تر از علم است؟
از موقعي که اولين مقاله در دهه گذشته منتشر شد، از نانوتکنولوژي همانند چوبدست سحرآميزي براي ساخت کودکان طراح تا ماشينهاي توليد اکسيژن براي استعمار کره مريخ، تصور مي شد. هيجانات از واقعيات جلوتر بود، اما پيشرفت واقعي با مسائلي پيش پا افتاده شروع شد.چند سال پيش محققين در دانشگاههاي کاليفرنيا، رايس وMIT موفق به ساخت نانوذراتي شدند، که به دانشمندان کمک مي کردند. تعدادي از اساتيد اين دانشگاهها شرکتهايي تأسيس کردند، که وسايل موردنياز براي تحقيقات مقياس نانو را مي ساختند. اکنون آنها به شدت دنبال حفاظت کارهايشان از طريق ثبت اختراع هستند، تا زمينه توليد فرايندهايشان را فراهم کنند. کاربردهاي علمي نانوعلم هنوز کم است. اما مقداري از توليدات اوليه اکنون وارد بازار مي شوند.
کارهاي علمي انجام شده بوسيله نانوتکنولوژي چيست؟
بيشترين کار علمي روي ايجاد تغييراتي در مواد شيميايي يا نقشه برداري از ترکيبات زيستي، مانند DNA و سلولهاي سرطاني است. بعضي ازاولين محصولات تجاري، بهبود توليدات شيميايي کنوني يا روشهاي پزشکي است.
منبع :
www.sharghian.com نقل از: http://www.hupaa.com/Data/P .php
لطفا منتظر باشید ...
