مقدمه ای بر نانو تکنولوژی

 
علیرضا لاجوردی‌پور,سمیه لاجوردی‌پور
اردیبهشت ماه 85 شماره 22

اشاره :
فناوری نانو یا نانوتکنولوژی امروزه به دلیل گستردگی حوزه های کاربرد ، تاثیرگذاری مستقیم بر اغلب صنایع و علوم ، به یک فناوری اولویت دار و استرتژیک برای تمامی کشورها محسوب می شود.


تعریف نانو و کاربردهای آن با ذکر مثال‌هایی در این مقاله می‌تواند شما را بیشتر با نانو تکنولوژی آشنا سازد و دلیل اهمیت دادن دوره قبلی دولت محترم جمهوری اسلامی ایران را به این تکنولوژی نشان دهد.باتوجه به رشد سریع نانو تکنولوژی در جهان و کسترش استفاده از این فناوری در تمامی زمینه‌ها ستاد ویژه توسعه فناوری نانو در کشور ، پیرو دستور رییس جمهور محترم دوره قبل در مورد توجه جدی به فناوری نانو و برنامه ریزی برای توسعه آن تشکیل شد. وظیفة اصلی این ستاد، تعیین مسیر حرکت و اولویت های ملی کشور، رفع موانع در زمان اجرا و خدمت‌رسانی به بخش‌های اجرایی (خصوصی و دولتی) برای توسعة فناوری نانو می‌باشد.
ما نیز بر آن شدیم تا مختصری درباره این پدیده منحصربفرد و در حال توسعه مطالبی هرچند کوتاه و در حد معرفی بنویسیم.

تعریف نانوتکنولوژی

در زبان علمی "نانو" یک پیشوند برای واحدهای اندازه‌گیری و معادل 10-9 می‌باشد.
بطور مثال یک نانومتر معادل یک میلیاردیم متر می‌باشد. این مقدار برابر با اندازه‌ مولکول های کوچک و یا بطور مثال اندازه‌ 20 اتم هیدروژن کنار هم می‌باشد. قطر یک اتم بین 1 / 0 تا 4 / . نانومتر است. یک ملکولDNA  قطری برابر با 2 نانومتر دارد (اما طول آن ممکن است بین چند صد نانومتر تا چندین متر باشد). ابعاد یک ویروس در بازه‌ یک تا صد نانومتر قرار دارد (به شکل 1 دقت کنید).

شکل1


دانشمندان در تعریف فناوری نانو و علم نانو توافق نظر ندارند. این عرصه‌‌ تحقیقاتی شامل رشته‌های دیگری نظیر فیزیک ، شیمی ، زیست‌شناسی و ... می‌باشد. عدم وجود یک تعریف قطعی ، نشان از نوظهور و در حال پیشرفت بودن این عرصه‌ علمی است.
علم نانو به مطالعه‌ پدیده‌های مشاهده شده در اشیاء ، ساختارها و سیستم هایی می‌پردازد که:
• ابعاد آنها حداقل در یک بعد در حدود چند نانومتر باشد.
• خواصشان  ناشی از این اندازه نانومتری آنها باشد (بطوریکه این خواص با خواص یک شیء ، سیستم یا ساختار مشابه اما با اندازه‌ی بزرگ متفاوت است).

در این صورت فناوری نانو مجموعه تکنیک‌هایی است که ساخت ، مشاهده  و اندازه‌گیری اشیاء ، ساختارها و سیستم‌های نانو مقیاس را ممکن می‌سازد ، همچنین فناوری نانو عرصه‌ مشاهده‌ کاربردهای علم نانو است.
ریچارد فینمن (برنده‌ی جایزه نوبل فیزیک در 1965) اولین دانشمندی است که به آنچه که ما امروزه علم و فناوری نانو می‌گوییم ، اشاره کرد.
 او در دسامبر 1959 ، طی یک سخنرانی در همایش سالانه جامعه‌ فیزیک آمریکا پرسید: "چه اتفاقی رخ می‌دهد اگر ما بتوانیم اتم‌های یک شیء را تک تک جابجا کنیم و دوباره آنها را به دلخواه بچینیم؟"
او کاربردهایی نظیر نوشتن حروف با استفاده از اتم‌های روی سطح یک شیء را نیز مورد ملاحظه قرار داد.
" تردیدی وجود ندارد که در انتهای یک سوزن ته‌گرد آنقدر جا هست که بتوان تمام دایرة‌المعارف 24 جلدی بریتانیکا را جا داد."
برای نوشتن حروف بوسیله‌ی اتم‌ها، کافی بود تا اختراع میکروسکوپ تونل‌زنی منتظر شد. در اوایل دهه 80 محققان در آزمایشگاه شرکت IBM ، میکروسکوپ تونل‌زنی STM را اختراع کردند. این میکروسکوپ از یک نوک فلزی بسیار ظریف جهت حرکت بر روی سطح شیء، استفاده می‌کند. بطوریکه این نوک فلزی با فاصله‌ چند نانومتری از سطح شیء جابجا می‌شود در نتیجه جریانی (موسوم به تونل‌زنی) بین نوک میکروسکوپ و سطح شیء برقرار می‌شود. پستی و بلندی‌های روی سطح شیء سبب افت و خیز این جریان می‌شوند بنابراین با اندازه‌گیری این جریان می‌توان یک تصویر شهودی از سطح جسم بدست آورد (به شکل 2 توجه کنید).
همچنین «گیفت اگلر» دانشمند مرکز تحقیقاتی آلمدن IBM موفق به استفاده از این میکروسکوپ بصورت یک "چنگال اتمی" شد. او توانست به کمک نوک ظریف میکروسکوپ، اتم‌ها را دستکاری و جابجا کند و سپس آنها را به دلخواه بر روی سطح بچیند. زمانی که او توانست عبارت IBM را با 35 اتم زنون بر روی سطح بلور نیکل بنویسد( به شکل 3 دقت کنید) ، پیشگویی ریچارد فینمن به تحقق پیوست. از این زمان به بعد، پیشرفت در زمینه علم و فناوری نانو آغاز شد.

شکل 2


شکل 3


در روزگاران گذشته ، کیمیاگران در رؤیای تبدیل مس به طلا مرارت‌های فروانی را متحمل شدند. اما با ظهور فیزیک هسته‌ای خط بطلانی بر این رؤیا کشیده شد. زیرا می‌توان ثابت کرد که چنین تبدیلی عملاً غیر ممکن است. ولی با ظهور نانوتکنولوژی رؤیای دیگری در ذهن دانشمندان شکل گرفت. اگر ما بتوانیم اتم‌های ذغال سنگ را آرایش مجدد دهیم وآنها را دوباره با شیوه‌ای جدید در کنار هم بچینیم خواهیم توانست از ذغال سنگ، الماس تولید کنیم! و یا حتی می‌توان ترکیبات گرانبهاتری مثل مولکول C60 (شکل4) و یا نانو لوله‌های کربنی ساخت.

شکل4


در حال حاضر کنترل خصوصیات اجسام نانو مقیاس، نقش مهمی در شاخه‌های مختلف علم همچون : فیزیک ، شیمی ، علم مواد ، زیست‌شناسی ، پزشکی ، مهندسی و شبیه‌سازی رایانه‌ای دارد.
میلیون‌ها سال است که در طبیعت ساختارهایی بسیار پیچیده با ابعاد نانومتری مثل یک میکروب ، ساخته می‌شود. علم بشری اینک در آستانه چنگ‌اندازی به این عرصه است، تا ساختارهایی بی‌نظیری بسازد که در طبیعت نیز یافت نمی‌شوند. فناوری نانو ، کاربردهایی را به معرض ظهور ‌رساند که بشر از انجام آنها به کلی عاجز بوده است.
فناوری نانو پیامدهایی را در جامعه برجای می‌گذارد که بشر تصوری از آنها ندارد، به عنوان مثال  کاهش شدید تقاضا برای سوخت‌های فسیلی ، شناسایی کلیه خصوصیات ژنتیکی و اخلاقی و استعدادهای ابتلا به بیماری در مدت چند دقیقه ، ارسال دقیق دارو به محل‌های مورد نظر در بدن ، تولید انبوه مواد و ابزارهایی که تا قبل از این عملی یا اقتصادی نبوده‌اند ، از بین بردن کامل عوامل خطرناک جنگ‌های شیمیایی و میکروبی ، سطوح و لباس‌های همیشه تمیز ، همه‌گیر شدن ابر رایانه‌های بسیار سریع ،کوچک و کم‌مصرف ، از بین بردن کامل ناچیزترین آلاینده‌های شهری و صنعتی ، درمان بیماری‌های لاعلاج فعلی- بطور مثال می‌توان با نانو ذرات ، سلول‌های سرطانی را مورد هدف قرار داده و آنها را از بین برد-‌ بینا کردن کور مادر زاد و بسیاری از موارد غیرقابل پیش‌بینی دیگر که همگی آنها به طول عمر بیشتر بشر خواهد انجامید.

شکل5


فناوری نانو در قرن بیست و یکم شاخه‌ای استراتژیک از علوم و مهندسی خواهد بود که فناوری‌های مورد استفاده کنونی در ساخت و تولید ، پزشکی ، تولید انرژی ، صنایع نظامی ، مدیریت محیط زیست ، حمل و نقل ، ارتباطات ، ‌محاسبات و آموزش را از نو پی‌ریزی خواهد کرد. یکی از تحولات قرن بیست و یکم ، تأثیر فناوری نانو بر بهداشت ، ثروت و امنیت مردم جهان خواهد بود که اثرات آن لااقل به اندازه اثرات تمام محصولات قرن گذشته نظیر آنتی‌بیوتیک‌ها ، مدارات مجتمع و پلیمرهای ساخت بشر است.
ساخت ، ترکیب و مجتمع سازی مواد و قطعات در مقیاس نانو انقلابی در علم و فناوری ایجاد می‌کند بطوریکه این انقلاب همانند انقلاب صنعتی از قابلیت دگرگون‌سازی کیفیت زندگی و طول عمر و متحول‌سازی کار و صنعت برخوردار است.

جدول

دانشمندان معتقدند که این انقلاب علمی و فنی جدید با حضور و تعامل چهار حوزه‌ زیر شکل می‌گیرد:
•فناوری اطلاعات ، که پردازش اطلاعات با سرعت بالا را ممکن می‌سازد.
•زیست‌شناسی و ژنتیک مولکولی ، که پروژه ژنوم انسانی نقطه‌ اوج آن است.
• فناوری نانو، که امکان دخالت در بافت اتمی مواد را از طریق قراردادن اتم‌ها در کنار هم و تولید نانوساختارها میسر می‌سازد.
•علوم شناختی ، که ساز و کارهای کسب آگاهی در موجودات زنده را مشخص می‌کند.

این چهار حوزه ماهیتاً ارتباطی تنگاتنگ با یکدیگر دارند و از هم اکنون می‌توان مشخصه‌ دوران پسامدرن در علم و فناوری را تلفیق این چهار حوزه در یک ساختار علمی واحد دانست. بطوریکه این ساختار علمی واحد منجر به همگرایی دانش‌های بنیادی و پیدایش فناوری جدید خواهد شد.
ترکیب سه حوزه‌ فناوری اطلاعات ، فناوری نانو و زیست‌شناسی مولکولی منجر به ایجاد رشته‌ی کاملاً نوینی بنام الکترونیک مولکولی شده است که در آن با استفاده از مولکول DNA می‌توان سیم‌های مدار پردازشگر بیولوژیک ( BioChips ) را تهیه کرد و نهایتاً از ژن‌های مستقر بر روی مولکول DNA برای انتقال و انباشت اطلاعات استفاده نمود.

سخن پایانی
کوتاه سخن این که ، فناوری نانو یکی از فناوری‌های نوظهور در قرن حاضر است که انتظار می‌رود تحولی عظیم در بخش‌های مختلف برای بشر ایجاد کند و رقابت‌های صنعتی را بهبود دهد.
در سراسر جهان سرمایه‌گذاری‌های عمومی در تحقیق و توسعه این فناوری از مرز ۴۰۰ میلیون یورو در سال ۱۹۹۷ به ۳ میلیارد یورو در سال 2004 افزایش یافته است. با توجه به شتاب روز افزون جهانی برای رشد و توسعه‌ی فناوری نانو ، در کشور ما نیز در برنامه‌ پنج‌ساله‌ی چهارم به فناوری نانو توجه شده است.
در راستای تحقق قانون برنامه چهارم توسعه اقتصادی ، اجتماعی و فرهنگی جمهوری اسلامی ایران ، بند ب ماده ۴۲ جهت مدیریت کلان فناوری نانو در کشور ، ستاد ویژه توسعه فناوری نانو به دستور رئیس جمهور سابق تأسیس شده است. این ستاد ارائه‌ی چشم‌انداز ، ارائه تسهیلات ، ایجاد بازار ، رفع مشکلات و ایجاد زمینه مناسب برای فعالیت بخش خصوصی و تولید ثروت در جامعه را جزو اهم اهداف خود قرار داده است.

منابع:
سایت اینترنتی
www.nanomicro.recherche.gouv.fr/en/menu_vulgarisation.shtml
فصلنامه‌ اخبار (نشریه‌ی خبری پژوهشگاه دانش های بنیادی)؛ شماره‌  31
نانوتکنولوژی؛ نشر طراح؛ زمستان 83
برنامه پیشگامی ملی نانوتکنولوژی؛ کمیته مطالعات سیاست نانوتکنولوژی؛ اسفند 80
سایت ستاد ویژه توسعه فناوری نانو ایران 
www.nano.ir

  
نویسنده : ali gooliof ; ساعت ۱۱:٤٤ ‎ق.ظ روز ۱۳۸٧/٢/٢٤
تگ ها :