آشنايي اجمالي با فناوري نانو :

تعاريف مختلف :

فناوري نانو عبارت است از هنر دستكاري مواد در مقياس اتمي يا مولكولي و به خصوص ساخت قطعات و لوازم ميكروسكوپي (مانند روبات‌هاي ميکروسکوپي)

فناوري نانو، توانمندي توليد مواد، ابزار و سيستم هاي جديد با درست گرفتن کنترل در سطوح مولکولي و اتمي واستفاده از خواص آنها است که در آن سطوح ظاهر مي شود . فناوري نانو يک رشته جديد نيست، بلکه رويکردي جديد در تمام رشتـه هاست .

فناري نانو فناوري است كه بر پايه دستكاري تك‌تك اتم‌ها و مولكول‌ها استوار است بدين منظور كه بتوان ساختاري پيچيده را با خصوصيات اتمي توليد كرد.

تعريف نانومتر :

يک نانومتر يک ميلياردم متر (m 10 ) است . اين مقدار حدوداً چهار برابر قطر يک اتم است . مکعبي با ابعاد 5/2 نانو متر ممکن است حدود 1000 اتم را شامل شود .

تاريخچه فناوري نانو و برخي رويدادهاي مهم اين صنعت :

در سال 1959 ريچارد فيليپس فاينمن مقاله اي را درباره قابليت هاي فناوري نانو در آينده منتشر ساخت.

واژه "فناوري نانو" براي اولين بار در يک مقاله علمي در سال 1974 به کار رفت، و اريک درکسلر ، مفاهيم فناوري نانو مولکولي را در انستيتوي فناوري ماساچوست درسال 1977 معرفي کرد.

در سال 1981 ميکروسکوپ تونل زني روبشي که دانشمندان را قادر به مشاهده جزئيات ساختار اتم ها ودستـکاري آنهـا مي نمود، اختراع شد.

در سال 1985 باکي بال ( کربن خالص کره اي شکل و تو خالي ) کشف شد .

در سال 1988 اولين درس دانشگاهي فناوري نانو عرضه شد .

در سال1990 IBM دستگاهي اختراع کرد که به کمک آن مي‌توان اتم‌ها را تک تک جا‌به‌جا کرد.

در سال1991 نانو لوله‌هاي کربني توسط دانشمندان ژاپني کشف شدند.

درسال 1993 اطلاعات مربوط به فناوري نانو مولکولي و محصولات مولکولي جمع آوري شد .

درسال 1993 اولين نقاط کوانتومي با کيفيت بالا توليد شد.

در سال1996 اولين کنفرانس اروپايي فناوري نانو برگزار شد .

در سال 1997 اولين نانو ترانزيستور ساخته شد.

در سال2000 اولين موتور DNA ساخته شد.

در سال2001 يک مدل آزمايشگاهي سلول سوخت با استفاده از نانو لوله توليد شد.

در سال 2002 شلوارهاي ضد لک مبتني برفناوري نانو به بازار عرضه شدند.

در سال 2003 نمونه‌هاي آزمايشگاهي نانوسلول‌هاي خورشيدي توليد شدند.

برخي اهداف فناوري نانو :

1- توسعه فناوري و تحقيقات در سطوح اتمي ، مولکولي و يا ماکرو مولکولي در مقياس اندازه هاي 1 تا 100 نانومتر.

2- خلق و استفاده از ساختارها ، ابزار و سيستمهايي که به خاطر اندازه کوچک آنها ، خواص و عملکرد جديدي دارند.

3- توانايي کنترل يا دستکاري درسطوح اتمي .

اهميت نانو ابعاد:

دلايل زيادي براي اهميت نانو ابعاد وجود دارد ، که بعضي از آنها به شرح زير است :

1- خصوصيات مواد در اندازه هاي نانو متري دچار تغييراتي مي شود و با طراحي مواد نانو متري تغيير در خصوصيات ماکروسکوپيک و ميکروسکوپيک ماده مانند رنگ ، خواص مغناطيسي، دماي ذوب و ... بدون تغيير ترکيبات شيميايي آن ممکن مي شود .

2- از جمله خصوصيت مواد بيولوژيکي و زنده، سازماندهي منظم آنها در ابعاد نانومتري است و توسعه در زمينه نانو فناوري به ما اجازه خواهد داد که چيزهاي نانو ابعادي ساخت بشر را در داخل سلولهاي زنده قرار دهيم . همچنين اين کار باعث خواهد شد که با استفاده از خود چيني طبيعت بتوانيم مواد جديدي بسازيم . مطمئناً اين کار باعث ايجاد ترکيبات بيولوژي با علم مواد خواهد شد .

3- ترکيبات نانو متري داراي نسبت سطح به حجم بسيار زيادي هستند ( حجم کمي دارند اما سطح زيادي را پوشش مي دهند ) و لذا استفاده از آنها در مواد کامپوزيتي دارو رساني در بدن و ذخيره انرژي به شکل شيميايي ( مانند گاز طبيعي و هيدروژن ) بسيار ايده آل خواهد بود .

4- سيستم هاي ماکروسکوپيک ساخته شده ازنانو ساختارها مي توانند چگالي بسيار بيشتري نسبت به مواد ساخته شده از ميکروساختارها داشته باشند و همچنين هدايت الکتريکي بهتري دارند . با استفاده ازبرهمکنش نانو ساختارها مفاهيم جديدي در ابزارهاي الکترونيکي، مانند مدارهاي کوچکتر و سريعتر، کارايي بسيار پيشرفته تر و مصرف برق بسيار کمتر پديد مي آيد .

تفاوت فناوري نانو با فناوري ديگر

در فناوري نانو تنها کوچک بودن اندازه مد نظر نيست بلکه زماني که اندازه مواد در اين مقياس قرار مي گيرد، خصوصيات ذاتي آنها از جمله رنگ ، استحکام، مقاومت در برابر خوردگي و ... تغيير مي يابد .

در واقع اگر بخواهيم تفاوت اين فناوري را با فناوري هاي ديگر بيان نماييم ، مي توانيم وجود " عناصر پايه " را به عنوان يک معيار ذکر کنيم .

عناصر پايه در حقيقت همان عناصر نانو مقياسي هستند که خواص آنها در حالت نانو مقياس با خواص شان در مقياس بزرگتر فرق مي کند .

عناصر پايه:

1- نانو ذرات

اولين و مهمترين عنصر پايه، نانو ذره است . منظور از نانو ذره، ذراتي با ابعادي درحدود 1 تا 100 نانو متر و در هر سه بعد مي باشد . نانو ذرات مي توانند از مواد مختلفي تشکيل شوند، مانند نانو ذرات فلزي، سراميکي و ...

2- نانو لوله هاي کربني

اين عنصر پايه در سال 1991 توسط دانشمندان ژاپني کشف شد و در حقيقت لوله هايي از جنس گرافيت مي باشند . اين نانو لوله ها داراي اشکال و اندازه هاي مختلفي هستند ومي توانند تک ديواره يا چند ديواره باشند . اين لوله خواص بسيار جالبي دارند که منجر با ايجاد کاربردهاي قابل توجهي از آنها مي شوند .

3- نانو کپسولها

1- سومين عنصر پايه، نانوکپسول است . همان طوري که از اسم آن مشخص است ،کپسول هايي هستند که قطر نانومتري دارند و مي توان مواد مورد نظر را درون آنها قرار داد و کپسوله کرد .

شاخه هاي فناوري نانو :

فناوري نانو منحصر به يک رشته خاص نيست، بلکه رشته اي ميان رشته اي است يعني به علوم مختلف وابسته است و با استفاده از پيشرفتهاي علوم مختلف مي توان به پيشرفتهاي فناوري نانو دست يافت. بنابراين کاربردهاي متفاوتـي را مي توان براي اين فناوري متصور شد. مانند کاربردهاي الکترونيکي پزشکي، زيستي و ... که از نظر رشته اي ارتباط خاصي با يکديگر ندارند . لذا ممکن است فناوري نانو رشته اي کاملاً گسسته به نظر آيد که موضوعات آن هيچ ارتباطي با هم ندارند.

برخي محققين فناوري نانو، اين حوزه را به سه رشته تقسيم بندي مي کنند که عبارتند از :

• نانو فناوري مرطوب

• نانو فناوري خشک

• نانو فناوري محاسباتي

نانو فناوري مرطوب :

اين شاخه به مطالعه سيستم هاي زنده اي مي پردازد که اساساً در محيط هاي آبي وجود دارند . دراين شاخه ساختمان مواد ژنتيکي، غشاء ها و ساير ترکيبات سلولي در مقياس نانو متر مورد مطالعه قرار مي گيرند . پژوهشـگران موفـق شده اند ساختارهاي زيستي فراواني توليد کنند که بتوان نحوه عملکرد آنها را در مقياس نانويي کنترل کرد . اين شاخه در برگيرنده علوم پزشکي، دارويي و به طور کلي علوم و روشهاي مرتبط با زيست فناوري است .

نانو فناوري خشک:

اين شاخه ، از علوم پايه مانند شيمي و فيزيک مشتق مي شود و به مطالعه ساختارهاي مواد از قبيل کربن ، سيليکون و مواد غير آلي و فلزي مي پردازد . نکته قابل توجه اين است که الکترونهاي آزاد که در فناوري مرطوب موجب انتقال مواد و انجام واکنشها مي شوند ،در فناوري خشک خصوصيات فيزيکي ماده را پديد مي آورند . در نانو فناوري خشک کاربرد مواد نانويي در الکترونيک، مغناطيس و ابزارهاي نوري مورد مطالعه قرار مي گيرد. براي مثال طراحي و ساختن ميکروسکوپ هايي که بتوان با استفاده از آنها مواد را در ابعاد نانو متر مورد مطالعه قرار داد .

نانوفناوري محاسباتي:

در بسياري ازمواقع ابزار آزمايشگاهي موجود براي انجام برخي از آزمايشهاي نانومتريک مناسب نيستند و لذا در مواردي چنين، از رايانه ها براي شبيه سازي فرآيندها و واکنش هاي اتم ها و مولکول ها استفاده مي شود . شناختي که به وسيله محاسبه به دست مي آيد، باعث مي شود که زمان لازم براي پيشرفت نانو فناوري خشک بطور محسوسي کاهش يابد والبته تاثير مهمي در نانو فناوري مرطوب نيز خواهد داشت .

روش هاي ساخت در فناوري نانو:

اصولا در فناوري نانو دو روش براي ساخت محصولات نانويي وجود دارد :

الف : روش پايين به بالا:

منظور از پايين به بالا ،چينش اتم به اتم، مولکول به مولکول از يک ماده کنار هم بطور دلخواه جهت ايجاد و ساخت مواد جديد نانومتري است . در اين روش که خود شامل شيوه هاي مختلف توليد است، مواد جديد با چينش اتمي خاص و منحصر بفرد مي توانند ساخته شوند .

ب : روش بالا به پايين:

در اين روش براي رسيدن به نانو مواد، بايد ذرات وترکيبات بزرگتر ماده را با استفاده از روش هاي متداول مانند خرد کردن در چند مرحله به مواد در مقياس نانومتري تبديل کنيم .

دانشمندان براي ساخت انبوه محصولات نانويي به دنبال يافتن روش هايي هستند که بتوانند بصورت خود به خودي يا خود تکثيري، خود چيني و غيره مواد نانو متري را توليد کند .

خود چيني:

خود چيني عبارتست ازجذب اتم ها و مولکولهاي مواد بطور هوشمندانه توسط خود آنها و بصورت خود به خودي به منظور ايجاد ساختار به هم پيوسته و منظم .

درپايان ضمن تشکر از وقتي که شما ميهمان محترم چهارمين سمينار آموزشي شبکه علمي ، در اختيار ما قرارداديد دو نکته را خاطر نشان مي سازيم:

1- در حال حاضر ستاد ويژه توسعه فناوري نانو رياست جمهوري اقدامات ارزنده اي در خوزه اقدامات حمايتي و اطلاع رساني در اين صنعت نموده است که برخي از اطلاعات کاربردي را مي توان از آدرس www.nano.ir رؤيت نمود.

2- با عنايت به پيشرفت روز افزون فناوري نانو ممکن است اطلاعات مندرج در اين مرقومه جامع تر شده باشد لذا قصور ما را به حساب توسعه برق آساي اين دانش بگذاريد و با راهنمايي هاي خود ما را ياري فرمائيد.

دبيرخانه سمينارهاي آموزشي شبکه علمي www.itseminar.ir