نانوتکنولوژي انقلاب صنعتي آينده

تاريخچه

در حدود سال 1950 ميلادي ، فيزيکدان معروف آمريکايي ، پروفسور ريچارد فاينمن پيشنهاد ساخت يک موتور الکتريکي با ابعاد کمتر از 1.64 اينج را داد و براي اولين بار کسي که موفق به ساخت آن شود جايزه 1000 دلاري تعيين نمود. سرانجام ويليام مک ليلان با زحمت فراوان توانست بوسيله يک انبرک دستي و يک ميکروسکوپ اين کار را به انجام برساند. در واقع هدف فاينمن از اين کار ايجاد انگيزه در موسسات آموزشي و تحقيقاتي بود تا توجه آنها را به دنياي ميکروها و نانوها جلب کند.

فاينمن براي اولين بار و بطور جدي اين بحث را در سال 1960 و در تکنولوژي کاليفرنيا (Caltech) طي يک سخنراني با عنوان (There is plenty of 200m at the Bottom) مطرح کرد. در طي اين سخنراني فاينمن طريقه نگارش 24 جلد دايره المعارف Britanica را به صورت تئوري بر نوک يک سوزن توضيح داد و بدين ترتيب شاخه جديدي از دانش پا به عرصه ظهور گذاشت.

چقدر کوچک؟

تا به اينجا متوجه شديم که علم فناوري نانو که مورد بحث ما مي باشد، در مورد بسيار کوچکها صحبت مي کند. اما مي خواهيم بدانيم چقدر کوچک؟ يک نانو عبارتست از 9-10 متر ، اگر بخواهيم اين اندازه را در ذهن خود مجسم کنيم بايد بدانيم که اگر تعداد يک ميليون ذره يک نانومتري را در کنار هم قرار دهيم تنها طولي برابر با يک ميليمتر بدست مي آيد. به صورت کاملا دقيق هنگامي که ما از ابعاد نانومتري صحبت مي کنيم. منظور ما ابعادي در اندازه اتمها و مولکولها مي باشد.

نانو تکنولوژي يک علم هست؟

قبل از اينکه به توانمنديهاي علم نانو تکنولوژي بپردازيم بهتر است که تعريف جامع و دقيقي از اين علم ارائه دهيم تا چهارچوپ بحثمان مشخص گردد.

نانو تکنولوژي عبارتست از توانمندي توليد مواد ، ابزارها و سيستمهاي جديد در اندازه هاي مولکولي و اتمي و در دست گرفتن کنترل اين ساخته ها و استفاده از ويژگيهايي که در اين ابعاد ظاهر مي شود.

با استفاده از همين تعريف ساده مشخص مي شود که نانو تکنولوژي کاربردهاي متعددي را در زمينه هاي مواد غذايي ، دارو ، تشخيص پزشکي ، بيوتکنولوژي تا الکترونيک و کامپيوتر در ارتباطات ، حمل و نقل ، انرژي ، محيط زيست ، مواد ، هوافضا و امنيت ملي مي توان برشمرد. خواننده به وضوح مشاهده مي کند که بشر با يک انقلاب ديگري در تکنولوژي روبرو است. انقلابي که بسيار وسيعتر و گسترده تر از دو انقلاب ديگر (کشاورزي و صنعتي) است. البته گفتني است که نانو تکنولوژي در کنار دو تحول عظيم ديگري يعني ژنتيک و فناوري اطلاعات گام بسوي اين انقلاب بر مي دارد.

پيشرفت بشر با نانو تکنولوژي

حال مفيد به نظر مي رسد که به گوشه اي از تحولاتي که پيش رو خواهيم داشت بپردازيم:

فناوري نانو الکترونيک

سازندگان تجهيزات الکترونيکي ، علاقه بسياري به کوچک کردن ابعاد و بالا بردن قدرت محاسبات اين تجهيزات دارند. ولي اين امر با استفاده از فناوريهاي معمولي تقريبا به مرز نهايي خود نزديک شده است. اما فناوري نانو ، راه ديگري را پيش پا گذاشته و مي توان گفت دنياي الکترونيک را دگرگون ساخته است. با استفاده از اين فناوري ، نسل جديدي از رايانه ها به نام رايانه کوانتومي به بازار خواهد آمد، که تقريبا 1000 برابر رايانه هاي امروزي قدرت خواهد داشت! با استفاده از اين رايانه ها ، سرعت دستيابي به اطلاعات صدها برابر شده و طبعا برتري اطلاعاتي با دارندگان اين تجهيزات خواهد بود.

فناوري نانو و شيمي

با استفاده از فناوري نانو مي توان کاتاليزورهايي با نسبت سطح به حجم بسيار بالا توليد کرده و راندمان را در واحدهاي شيميايي به ميزان بسيار زيادي افزايش داد. سلولهاي خورشيدي کوانتومي با استفاده از هيدروژن به عنوان سوخت تميز ، نسل جديد باتريها ، پوششهاي بسيار مقاوم ، رنگهاي بي نياز از شستشو و تحولات خارق العاده ديگر در دنياي شيمي و توليد ، از ديگر کاربردهاي فناوري نانو ، مي باشند که قابليت ايجاد تحول در نحوه زندگي انسان خواهد داشت. به همين ترتيب ، مي توان کاربردهاي بسياري را در ساير شاخه هاي علوم و فناوري براي فناوري نانو نام برد.

فناوري نانو و پزشکي

همانگونه که مي دانيد روش معمولي درمان دارويي ، بدين صورت است که ماده موثر را وارد بدن مي کنند و اين ماده علاوه بر سلولهاي مريض به سلولها و بافتهاي سالم بدن نيز سرايت مي کند. اين امر ، باعث مصرف بسيار بالاي دارو شده و مهمتر اينکه موجب آسيب رساندن به بافتهاي سالم بدن نيز مي گردد. محققان با استفاده از فناوري نانو ، در حال ساخت کپسولهايي با ابعاد نانومتري هستند که علاوه بر اندازه غير قابل تصورشان قدرت تشخيص بافتهاي مريض را داشته ، دقيقا روي اين بافتها قرار گرفته و مقدار داروي لازم را به آنها مي رسانند.

اين پديده را دارو رساني (drug delivery) گويند. فناوري نانو همچنين راه را براي ساخت اندامکهاي سازگار با بدن بسيار هموارتر ساخته و بسياري از امراض غير قابل علاج را درمان پذير خواهد کرد. در مورد درمان سرطان نيز محققان در حال ساخت نانو ذراتي هستند که به محض ورود به بدن ، بافتهاي سرطاني را حتي اگر به اندازه چند سلول باشند، شناسايي کرده و از بين مي برند. اين امر موجب خواهد شد که بافتهاي سرطاني در همان روزهاي ابتداي شکل گيري ، شناسايي شده و از بين بروند. بطور کلي در سالهاي آينده پيشگيري ، تشخيص و درمان بيماريها نسبت به آنچه امروزه به عنوان پزشکي خوانده مي شود، بسيار متفاوت خواهد شد.

فناوري نانو و حمل و نقل

مواد جديدي که از نانو ذرات ساخته شده اند، به ميزان چشم گيري موجب کاهش وزن وسايل نقليه خواهند شد. در خودروهاي نسل آينده ، بجاي فولاد ، از مواد مرکب يا نانو کامپوزيتهايي استفاده مي شود که وزني بسيار ناچيز و استحکام حيرت انگيز دارند (نسبت استحکام به وزن در اين مواد در مقايسه با فولاد چند صد برابر بيشتر است).

کاهش وزن در وسايل نقليه يعني دستيابي به سرعتهاي بالاتر ، کاهش مصرف سوخت ، کاهش توليد آلاينده ها و هزاران منفعت ديگر که به يمن کاهش آلودگي ، عايد بشر خواهد شد. هم اکنون با استفاده از اين فناوري ، لاستيکهايي ساخته مي شود که با دارا بودن درصدي از خاک رس ، مقاومت به سايش بسيار بالايي داشته و عمري چند برابر لاستيکهاي معمولي دارند.