نانوتکنولوژی چیست؟
| دسته بندی | سایر گروه های علوم پایه |
| فرمت فایل | doc |
| حجم فایل | 369 کیلو بایت |
| تعداد صفحات فایل | 120 |
نانوتکنولوژی چیست؟
از یک سلول منحصر به فرد کوچکتر است و می‌تواند به بدن انسان تزریق شود و درون بدن برای انجام کاری یا مطالعه و تایید سلامتی سلولها و یا انجام اعمال ترمیمی و به طور کلی برای نگهداری بدن در سلامت کامل به سیر بپردازد.
در بحبوحه‌ی سالهای صنعتی کلمه‌ی " بزرگ" از اهمیت ویژه‌ای برخوردار بود. مثل علوم بزرگ، پروژه‌های مهندسی بزرگ و … حتی کامپیوترها در دهه 1950 تمام طبقات ساختمان را اشغال می‌کردند. ولی از وقتی Feynman نظرات و منطق خود را بازگو کرد، جهان روندی به سوق کوچک شدن در پیش گرفت.
Marvin Minsky تفکرات بسیار باروری داشت که می‌توانست به اندیشه‌های Feynman قوت ببخشد. Minsky – پدر یابنده‌ی هوشهای مصنوعی – دهه 70-1960 جهان را در تفکراتی که مربوط به آینده می‌شد، رهبری می‌کرد. در اواسط دهه‌ی 70، Eric Drexler که یک دانشجوی فارغ‌التحصیل بود، Minsky را به عنوان استاد راهنما جهت تکمیل پایان نامه‌اش انتخاب کرد و او نیز این مسئولیت را برعهده گرفت. Drexler نسبت به وسایل بسیار کوچک Feynman علاقه‌مند شده بود و قصد داشت تا در مورد تواناییهای آنها به کاوش بپردازد. Minsky نیز با وی موافقت کرد. Drexler در اوایل دهه 80 ، درجه استادی خود را در رشته‌ی علوم کامپیوتر دریافت کرده بود و گروهی از دانشجویان را به صورت انجمنی به دور خود جمع نموده بود. او افکار جوانترها را با یک سری ایده‌ها که خودش " نانوتکنولوژی" نامگذاری کرده، مشغول می‌داشت.
Drexler اولین مقاله علمی خود را در مورد نانوتکنولوژی مولکولی ( MNT) در سال 1981 ارائه داد.
او کتاب " Engines of Creation : The Coming Era of Nanotechnology" را در سال 1986 به چاپ رساند. Drexler تنها درجه‌ی دکتری در نانوتکنولوژی را در سال 1991 از دانشگاه MIT دریافت داشت. او یک پیشرو در طرح نانوتکنولوژی است و هم اکنون رئیس انستیتو Foresight و Risearch Fellow می‌باشد.
Nano Technology magazine : Institute of Molecrlar Manufacturing
نانوتکنولوژی و همگرایی علمی
نانوتکنولوژی به سه شاخه جدا و در عین حال مرتبط با یکدیگر تقسیم می‌شود که بر اساس ساختارهای زیر تعریف می‌شوند:
1- نانوتکنولوژی مرطوب: این شاخه به مطالعه سیستم‌های زیست محیطی که اساساً در محیطهای آبی پیرامون وجود دارند، می‌پردازد و چگونگی مقیاس نانومتری ساختمان مواد ژنتیکی، غشاءها و سایر ترکیبات سلولی را مورد مطالعه قرار می‌دهد. موفقیت این رشته بوسیله ساختمانهای حیاتی فراوانی که تشکیل شده‌اند و نحوه عملکرد ساختمانشان در مقیاس نانویی نظارت می‌شود، به اثبات رسیده است. این شاخه دربرگیرنده علوم پزشکی ، دارویی، زیست‌محیطی و کلاً علوم مرتبط به Bio می‌باشد.
2- نانوتکنولوژی خشک: از علوم پایه شیمی و فیزیک مشتق می‌شود و به تمرکز روی تشکیل ساختمانهای کربنی، سیلیکون و دیگر مواد غیرآلی می‌پردازد. قابل تامل است که فن‌آوری خشک- مرطوب استفاده از مواد و نیمه هادیها را نیز می‌پذیرد. الکترونهای آزاد و انتقال‌دهنده در این مواد آنها را برای محیط مرطوب سودمند می‌سازد. اما همین الکترونها خصوصیات فیزیک فراهم می‌کنند که ساختارهای خشک از آنها در الکترونیک، مغناطیس و ابزارهای نوری استفاده می‌کنند. اثر دیگر که باعث پیشرفت ساختارهای خشک می‌شود این است که قسمتهای خود تکثیر مشابه ساختارهای مرطوب را دارا هستند.
3- نانوتکنولوژی تخمینی (محاسبه‌ای): به مطالعه‌ی مدلسازی و ساختن ظاهر ساختمانهای پیچیده در مقیاس نانویی توجه دارد. توانایی پیش‌بینی و تجزیه و تحلیل محاسبه‌ای در موفقیت نانوتکنولوژی بحرانی است زیرا طبیعت میلیونها سال وقت لازم دارد که نانوتکنولوژی مرطوب را بصورت کاربردی در آورد. شناختی که بوسیله محاسبه بدست می‌آید به ما اجازه می‌دهد که زمان پیشرفت نانوتکنولوژی خشک را به چند دهه کاهش دهیم که این تاثیر مهمی در نانوتکنولوژی مرطوب نیز دارد. نانوتکنولوژی تخمینی، پلی است برای ارتباط بین علوم مهندسی ، محاسباتی ، کامپیوتر و فن‌آوری جدید.
با توجه به ساختارهای عنوان شده برای نانوتکنولوژی، تاثیر متقابل آنها بر یکدیگر و لزوم مشارکت هر سه ساختار برای خلق و توسعه اکثر محصولات نانویی، واضح است که فن‌آوری برتر آینده نقطه تلاقی تفکر و عمل تمامی دانشمندان و محققان علوم مختلف است.
Interview: Nano Technology Magazine
نانوتکنولوژی مرطوب:
الف) نانوتکنولوژی و فراپزشکی:
نانوتکنولوژی به عنوان یک دانش پایه در تولیدات صنعتی بشر، زمینه‌های مختلف دنیای فن‌آوری را تحت تاثیر قرار خواهد داد. پزشکی و درمان یکی از موارد مهم است که انسان در طول تاریخ برای حفظ بقا به عنوان مسئله‌ای اساسی به آن نظر داشته است، تا آنجا که طبیبان همواره جدای از دستمزد اقتصادی ، از اعتبار اجتماعی و گاه از تقدیس هم برخوردار بوده‌اند. در پی تلاشهایی که در تاریخ حیات بشر صورت گرفته، امروزه پیشرفتهای شگرفی در غلبه بر بیماریها و حفظ سلامتی به دست آمده است که مناسب است برای روشن‌تر شدن اوضاع پزشکی عصر خود مواردی را یادآوری کنیم.
متخصان امروزه موفق شده‌اند بسیاری از بیماریهای واگیردار نظیر وبا، طاعون و موارد متعدد دیگر را که در گذشته دسته دسته قربانی می‌گرفتند، درمان کنند. با شناخت سلول ، DNA و سپس ویروسها امروزه بسیاری از بیماریهایی که ویژگی تکامل دارند هم درمان می‌شوند. بعضی بیماریهای مسری که شاید ساده‌ترین آنها سرماخوردگی باشد قادرند متناسب با دارویی که آنها را از بین می‌برد، تکامل پیدا کنند و برای بار دوم از یک دارو صدمه نبینند؛ اکنون به جایی رسیده‌ایم که چنین بیماریهایی را هم با داروی تکامل یافته از بین می‌بریم!
در کنار شناخت بیماریها و روشهای درمان امروزه چنان آگاهی و دسترسی دقیقی نسبت به اجزای بدن حاصل شده که می‌توانیم اندامهایی را به بدن پیوند بزنیم و یا عضوهای مصنوعی را جایگزین قضوهای از کار افتاده نماییم. این به معنای پایان راه حفظ سلامتی نبوده و نیست. با اندکی تعمق خطارت نه چندان کوچکی را در کنار خود و در حیطه‌ی پزشکی امروز مشاهده خواهیم کرد. داروهایی که برای درمان بیماریها ساخته‌ایم، خود آسیبهای دیگری به سلامت بدن وارد می‌سازد و بدین دلیل که محیط و هدف خود را به طور دقیق نمی‌شناسند و قدرت حرکت به سوی هدف خود _ خلاف حرکت طبیعی مواد در بدن- را ندارند ناگزیر از درمان حدودی می‌باشند و این یعنی نجات به بهای یک ضرر کوچکتر؛ که البته این ضرر کوچکتر می‌تواند مولد زیانهایی حتی بزرگتر از مشکلات اولیه باشد. علاوه بر این ، ظهور بیماریهایی نظیر ایدز با ویروس مرموز HIV که داروهای کنونی از شناسایی و نابود کردن آن عاجزند به همراه گسترش روزافزون آن در میان مردم جهان ، مشکل بسیار بزرگی محسوب می‌شود. دیگر آنکه اعضای پیوندی و اندامهای مصنوعی هنوز کارایی بافتهای طبیعی و اولیه را پیدا نکرده‌اند. برای مثال باید گفت اگر اکنون دست یک کارگر زیر تیغ دستگاههای صنعتی قطع شود خوشبختانه می‌توانیم دست را به بدن متصل کنیم و به حیات بازگردانیم، اما متاسفانه همه قابلیتهای اولیه را نخواهد داشت، زیرا هنوز دقت لازم برای اتصال اعصاب و بافتهای جدا شده را مطابق حالت طبیعی به دست نیاورده‌ایم.
توجه به موارد فوق احتمالاً شما را برای شیندن یک پیش‌بینی قریب‌الوقوع در دنیای " فراپزشکی" آینده برانگیخته است." انقلاب صنعتی آینده" در پزشکی هم دگرگونی عظیمی به همراه خواهد داشت. پژوهش‌های انجام شده ساختاری را ارائه می‌کند که می‌تواند پیشرفت حیرت‌انگیزی را در صنعت دارو و درمان بیماریها و آسیبهای زیستی ایجاد کند. " ماشینهای مولکولی هوشمند" نمونه‌ی بسیار کوچک یک سیستم شناساگر ، ترمیم کننده و متحرک بسیار دقیقند که می‌توانند تمام مشکلات مذکور در پزشکی امروز را برطرف سازند. این ماشینها با اطلاعات کامل از ساختار بدن و حتی اجزای سلولهای بدن به راحتی قادر به حفاظت جسم در برابر باکتریها، میکروبها و ویروسهای بیماری‌زا خواهند بود. مثلاً با داشتن اطلاعات دقیق از DNA ، سلولهای بدن می‌توانند مهاجمین را قبل از آسیب زدن به سلولها سالم شناسایی کرده و از بین ببرند.
ماشینهای مولکولی هوشمند ( مجموعه‌ای از مولکولهای متصل و برنامه‌ریزی شده که به وسیله موتورهای مولکولی حرکت می‌کنند و قابلیت انجام اعمال سودمند و دقیق در مقیاس درون سلولی دارند) می‌توانند مواد دارویی لازم برای بیماریهای خاص را دریافت و تا محل سلولهای بیمار حمل کنند و پس از شناسایی تک‌تک آنها دارو در اثر داده و با حداقل ماده مورد نیاز و آسیب جانبی بیماری را درمان نمایند. در عین حال این ماشینها با ابعاد کوچک خود می‌توانند از دیواره‌ی سلولها عبور کرده و حتی اجزای سلولها را هم ترمیم نمایند. با چنین قابلیتهایی نانو ماشینهای مولکولی به راحتی می‌توانند حتی ویروس HIV را از مقایسه اطلاعات آن با DNA بدن انسان شناسایی کرده و از بین ببرند.
اضاف بر روشهای درمانی خارق‌العاده ، نانوتکنولوژی امکان ایجاد ساختارهای زیستی عجیبی را فراهم می‌سازد. مثلاً می‌توانیم بافتهای آن چنان مقاومی در بدن بسازیم که با افتادن از یک ساختمان بلند کوچترین خدشه‌ای در عملکردشان وارد نشود و سلامت خود را حفظ کنند و این یعنی ….!
نانوتکنولوژی مولکولی ، نامی است که به یک نوع فن‌آوری تولیدی اطلاق می‌شود. همانطور که از نامش پیداست ، نانوتکنولوژی مولکولی، هنگامی محقق می‌شود که ما توانایی ساختن چیزها را از اتمها داشته باشیم و در این صورت ما توانایی آرایش دوباره مواد را با دقت اتمی خواهیم داشت.
هدف نانوتکنولوژی ساختن مولکول به مولکول آینده است . همانطور که وسایل مکانیکی به ما اجازه می‌دهند که چیزی فراتر از نیروی فیزیکی خود به دست آوریم، علم نانویی و تولید در مقیاس نانو هم، سبب می‌شود تا ما بتوانیم پارا بفراتر از محدودیتهای اندازه‌ای که به طور طبیعی موجود است، بگذاریم و درست روی واحدهای ساختاری مواد کار کنیم, جایی که خاصیت مواد مشخص می‌شود و با تغییر در آن واحدها می‌توان تغییرات خواص را ایجادکرد. برای کنترل ساختار مواد، باید یک سیستم کامل و ارزان قیمت در اختیار داشته باشیم. فرض اصلی در نانوتکنولوژی این است که تقریباً همه ساختارهای با ثبات شیمیایی که از نظر قوانین فیزیک رد نمی‌شوند را می‌توان ساخت.
ماهیت نانوتکنولوژی، عبارت است از توانایی کار کردن در تراز اتمی، مولکولی و فراتر از مولکولی، در ابعاد بین 1 تا 100 نانومتر، با هدف ساخت و دخل و تصرف در چگونگی آرایش اتمها یا مولکولها و با استفاده از مواد, وسایل و سیستمهایی با تواناییهای جدید و اعمال تازه که ناشی از ابعاد کوچک ساختارشان می‌باشد. همه مواد و سیستمها زیربنای ساختاری خود را در مقیاس نانو ترتیب می‌دهند. در اینجا مثالهایی را ذکر می‌کنیم. یک مولکول آب دارای قطر حدود 1 نانومتر است. قطر یک نانوتیوب تک لایه 2/1 نانومتر می‌باشد. کوچکترین ترانزیستورها به اندازه 2 نانومتر می‌باشند. مولکول DNA ، 5/2 نانومتر پهنا دارد و پروتئینها بین 1 تا 20 نانومتر هستند. قطر ATP ، 10 نانومتر بوده و یک وسیله مولکولی نیز ممکن است در حدود چند نانومتر باشد.
کنترل مواد در مقیاس نانویی به معنای ساختن ساختارهای بنیانی در مقیاسی است که خواص اساسی معین می‌شود. تا آنجایی که ما از طبیعت اطلاعات در دست داریم، این آخرین مقیاس تولید است. نانوتکنولوژی ، اتحاد ساختارهای نانویی در جهت ایجاد ساختارهای بزرگتر را که می‌توانند در صنعت، پزشکی و حفاظت محیط‌زیست استفاده شوند، شامل می‌شود.
دانشمندان اخیراً این توانایی را پیدا کرده‌اند که بتوانند اتمها را به طور مستقیم مشاهده کرده و دستکاری کنند ولی این تنها بخش کوچکی از تکنیکهایی است که در علم نانویی و همچنین فن‌آوری، به دست آمده است. هنوز چند دهه به توانایی تولید محصولات تجاری باقی است ولی مدلهای تئوری کامپیوتری و محاسباتی، نشان می‌دهند که دستیابی به سیستم‌های تولید مولکولی امکانپذیر است. چرا که این مدلها، قوانی فیزیکی کنونی را نقض نمی‌کنند. امروزه دانشمندان وسایل و تکنیکهای زیادی را که برای تبدیل نانوتکنولوژی از مدلهای کامپیوتری به واقعیت لازم است ، اختراع و تدبیر می‌کنند.
دقت به عنوان منفعت ماشینهای مولکولی مدنظر می‌باشد و همچنین یکی از کلیدهای مهم برای درک لزوم پیشرفت در زمینه این فن‌آوری است. دقت در اینجا به این معناست که برای هر اتم جایی وجود دارد و هر اتم در جایگاه خودش است. ما از ماشینهای دقیق برای تولید محصولات با دقت مساوی، استفاده خواهیم کرد. فن‌آوری تا به حال هرگز چنین کنترل دقیقی نداشته است و همه فن‌آوریهای کنونی ما، فن آوریهای بزرگ هستند. امروزه ما تکه یا توده‌ای از چیزی را در مقابل خود قرار می‌دهیم و به آن چیزی اضافه کرده و یا از آن تکه‌هایی را کم می‌کنیم و در نهایت وسیله مورد نظرمان را با این اعمال ایجاد می‌کنیم. در واقع ما وسایلمان را از سر هم کردن قسمتهای مختلف تولید می‌کنیم بدون آنکه نسبت به ساختمان مولکولی آنها توجهی داشته باشیم. در گذشته ساخت با دقت اتمی، تنها در محصولات کریستالها یا در سازمان‌های زنده‌ی زیستی مانند ریبوزومها که پروتئین مورد نیاز موجود زنده را فراهم می‌کنند و یا DNA که اطلاعات مورد نیاز برای ایجاد موجود زنده را حمل می‌کند، دیده شده است. ما در جریان پیشرفت نانوتکنولوژی روندی به سوی دستیابی به درجه‌ای از کنترل سیستمها که قبلاً تنها در طبیعت موجود بوده، در پیش رو داریم.
منفعتهای دیگر وقتی نمایان می‌شوند که اندازه‌ی وسایل قابل ساخت را مورد توجه قرار می‌دهیم. وقتی ما در مقیاس اتمی کار کنیم، می‌توانیم دستگاههایی بسازیم که می‌توانند به جاهای غیرقابل تصور از نظر کوچکی بروند.
دو وسیله‌ی بسیار حساس که هنوز ساخته نشده‌اند در نانوتکنولوژی عبارتند از :
1- نانوکامپیوتر 2- نانواسمبلر.
نانو کامپیوتر ماشینی مولکولی است که قادر است یک رشته اعمالی را به اجرا در آورد و آنها را اداره کند و در نهایت نتیجه‌ای را تولید نماید. در عمل این وسیله تا حدی با میکروپردازش‌گرهای امروزی متفاوت است، اگر چه شباهتهای نادری با کامپیوترهای قدیمی و مکانیکی که توسط Charles Babbage در دوره‌ی ویکتوریا طراحی شده بود، دارد. همچنین دارای دستگاه ثبت‌کننده‌ای است که چیزی شبیه ماشینهای جمع‌کننده ( Adding Machine) به وجود می‌آورد. البته ماشین جمع‌کننده‌ای که میلیونها بار کوچکتر و بیلیونها بار سریعتر از میکروپردازش‌گرهایی که تاکنون طراحی شده است. وقتی یک نانوکامپیوتر وجود داشته باشد در این صورت به وجود آوردن نانواسمبلر نیز امکانپذیر خواهد بود. نانواسمبلر وسیله‌ای ساخته شده در تراز اتمی است که می‌تواند اتمها را برای بیشتر شکلهایی که مورد نظر می‌باشد، دقیقاً نظم‌دهی و آرایش کند. امروزه کارکردن در تراز اتمی به نیروی اتمی میکروسکوپی گران قیمت (AFM) نیاز دارد که از میدان الکتریکی برای هل دادن اتمها به سمت جایگاهشان استفاده می‌کند. ولی نانواسمبلر می‌تواند به سادگی اتمها را از جایگاهشان خارج کرده و آنها را همانند دستگاه بافندگی صنعتی، در محل مورد نظر به یکدیگر پیوند دهد. در سلولهای ما، ریبوزومها کاری شبیه به این را انجام می‌دهند؛ DNA را به صورت RNA کپی کرده و سپس آمینواسید صحیح را جهت ساخت پروتئینها جمع‌آوری می‌کنند. نانواسمبلری که یک نانو کامپیوتر را در هسته‌ی خود در بردارد ، تقریباً همین کار را انجام می‌دهد . نانواسمبلر در واقع یک هدف نهایی و مهم در نانوتکنولوژی است. وقتی یک نانواسمبلر کامل در دسترس باشد، تقریباً همه چیز ممکن می‌شود و این مهمترین و بزرگترین خواسته‌ی انجمن نانوتکنولوژی است.
شصت سال پیش John Von Neumann ( کسی که همراه Alan Turing، زمینه علم کامپیوتر را پایه‌گذاری کرد.) حدس زد که روزی ساختن ماشین‌هایی که بتوانند خودشان را کپی کنند، ممکن خواهد شد. یک نوع تکرارکننده‌ی خودبه خودی که می‌تواند ما را از یک مثال ساده‌ی ذهنی به سمت اجتماعی از کپی‌های کامل هدایت کند. اگر چه ماشین مورد نظر Von Neumann در تئوری ساده به نظر می‌رد ولی هرگز ساخته نشده است. در مقیاس ماکرومولکولی ساختن یک کپی از ماشین بسیار ساده‌تر از تهیه کردن ماشینی است که بتواند خود را کپی کند ولی در تراز مولکولی ، این موازنه برعکس است یعنی تهیه کردن ماشینی که بتواند خود را کپی کند بارها ساده‌تر از ساختن ماشین دیگری با استفاده از تراشه‌هاست.
این مزیت بزرگی است که وقتی تنها یک اسمبلر داریم، می‌توانیم هر تعداد که بخواهیم ، ایجاد کنیم. همچنین این بدان معناست که نانواسمبلر یک آفت کامل است. اگر به طور عمدی یا تصادفی یک نانواسمبلر در محیط آزاد شود، تنها با راهنمای چگونگی تکثیر شدن ، تمام سطح سیاره یعنی گیاهان، حیوانات و سنگها و صخره‌ها در عرض مدتی کمتر از هفتاد و دوساعت (72) به ماده‌ی لزج و چسبناک خاکستری رنگ (gray goo) از naniteها (nano unite) مبدل خواهد شد. Drexler معتقد است مشکل gray goo تا حد زیادی خیالی است ولی امکان سناریوی غبار خاکستری را تصدیق می‌کند که باعث برگشت یا تکرار naniteها می‌گردد و زمین را در روکشی که مادون میکروسکوپی است، خفه می‌کند و در اینجا ما با یک خطر فن‌آوری که در تاریخ بی‌سابقه است ، مواجهیم. علیرغم این مسائل، کسانی که روی نانوتکنولوژی مولکولی کار می‌کنند، در حال مطالعه برای ساختن دستگاهی در مقیاس اتمی هستند و به نظر می‌رسد به زودی اطلاعات کافی برای ساخت نانوکامپیوتر و نانواسمبلر را به دست می‌آوریم .
این مسائل اجتناب‌ناپذیر و مطرح شده در نانوتکنولوژی باعث شد تا Drexler، یک زیربنای علمی و آموزشی ایجاد کند و آن انستیو Foresight است که به عنوان یک محل شناخته شده و یک مرکز تفکر در مورد نانوتکنولوژی عمل می‌کند. در طی 14 سال برپایی Foresight ، این انستیتو به صورت تحقیقات نانوتکنولوژی درآمده است. در اواسط اکتبر 2000، انستیتو Foresight ، کنفرانس سالانه‌ی خود را در هتلی در Santa Clara برگزار کرد. در آنجا زمزمه‌ای جدید به گوش می‌رسید؛ پیشرفتهای اخیر در سازه‌های با مقیاس مولکولی که حاصل ابتکار در برخی ترکیبات اصلی و بنیانی که Drexler در نانوسیستم توصیف کرده است، می‌باشد. همانند ترکیباتی که در ساختمان نانو کامپیوترها و نانواسمبلرها ضروری است. چیز دیگری که در کنفرانس به دست آمدن یک کپی ا ز داروی نانویی Robert Freitas بود. طب نانویی بیش از پیش در تلاش برای جامه‌ی عمل پوشاندن به وعده‌های Feynman (دارنده‌ی جایزه نوبل برای طرح فن‌آوری در مقیاس کوچک) در مورد " دکتر بسیار کوچک" است و قدم به قدم موانع فن‌آوری را از سر راه برمی‌دارد. موانعی که برای رسیدن به وسایل نانوپزشکی باید بر آنها فائق آمد.
هم‌اکنون کنگره‌ی آمریکا نسبت به سرمایه‌گذاری در هر نوع تحقیق و توسعه (R & D) بدون سوددهی زودرس در پزشکی و ارتش مخالفت دارد ولی دولت آمریکا سرمایه‌گذاری برای تحقیقات نانوتکنولوژی را دوبرابر کرده است. قسمتی از این سرمایه برای اهداف مرکز تحقیقات ناسا در Mountain View کالیفرنیا صرف خواهد شد؛ جایی که تیم کوچکی روی طرح نانوکامپیوترها کار می‌کنند. حال این سئوال در ذهن نقش می‌بندد که چرا ناسا توجه خود را معطوف به نانوتکنولوژی کرده است؟ در پاسخ می‌توان گفت که " اندازه" ، مهمترین دلیل می‌باشد. کامپیوترهای رایج مثل آنجه که در Mars Pathfinder پایه‌گذاری شده، هم بزرگند و هم به اندازه کافی قدرتمند نیستند و دیگر اینکه مستعد انجام خطا هستند. با استفاده از وسیله‌ی نانویی به اندازه یک حشره که به اصطلاح حشره‌ی نانویی( nanobat) خوانده می‌شود، ناسا می‌تواند 100 میلیون چشم و گوش را در بسته‌ای به وزن چند گرم، به سطح مریخ بفرستد. حتی اگر نیمی از آن حشره‌های نانویی دچار اشکال شوند و یا کار نکنند، باز هم کسی چیزی از دست نمی‌دهد. چرا که هنوز 50 میلیون دیگر باقی مانده است. برای ساختن یک عدد از این حشره‌های نانویی ، محققان باید مشکلات بر سر راه نانوکامپیوترها را حل کنند و این همان نکته‌ای است که گروه تحقیق ناسا بر روی آن متمرکز شده است.
بررسی‌های انجام شده حاکی از آن است که نانوتکنولوژی تمام جنبه‌های زندگی ما را تحت تاثیر قرار خواهد داد. یک سری اتفاقات جالب در علم پزشکی و دارویی مورد انتظار است. نانوتکنولوژی حتی بر روی هوایی که تنفس می‌کنیم و آبی که می‌نوشیم نیز موثر است. با مطالعه بر روی پیامدهای نانوتکنولوژی می‌توان دریافت که این نوع فن‌آوری ما را به سمت پیشرفت در راه رسیدن به سیستمهایی بهتر، سریعتر ، مستحکمتر، کوچکتر و ارزان‌تر سوق می‌دهد.
Foresight FAQ Nanotechnology Information
MECHANICAL ENGINEERING: Janrary 2001
Nano Technology magazine : Institute of Molcular Manrfacturing.
پیشگامان نانوتکنولوژی
چهل سال پیش Richard Feynman ، متخصص کوانتوم نظری و دارنده‌ی جایزه‌ی نوبل، درسخنرانی معروف خود در سال 1959 با عنوان " آن پایین فضای بسیاری هست" به بررسی بعد رشد نیافته علم مواد پرداخت. وی در آن زمان اظهار داشت، " اصول فیزیکن تا آنجایی که من توانایی فهمش را دارم، بر خلاف امکان ساختن اتم به اتم چیزها حرفی نمی‌زنند". او فرض را بر این قرار داد که اگر دانشمندان فراگرفته‌اند که چگونه ترانزیستورها و دیگر سازه‌ها را با مقیاسهای کوچک، بسازند پس ما خواهیم توانست کا آنها را کوچک و کوچکتر کنیم. در واقع آنها به مرزهای حقیقی‌شان در لبه‌های نامعلوم کانتوم نزدیک خواهند شد و فقط هنگامی این کوچک شدن متوقف می‌شود که خود اتمها تا حد زیادی ناپایدار شده و غیر قابل فهم گردند. Feynman فرض کرد وقتی زبان یا سبک خاص اتمها کشف گردد، طراحی دقیق مولکولها امکانپذیر خواهد بود و به طوری که یک اتم را در مقابل دیگری به گونه‌ای قرار دهیم که بتوانیم کوچکترین محصول مصنوعی و ساختگی ممکن را ایجاد کنیم.
با استفاده از این فرمهای بسیار کوچک چه وسایلی می‌توانیم ایجاد کنیم؟
. Feynmanدر ذهن خود یک " دکتر مولکولی" تصور کرد که صدها بار
پیش بینی پیشرفت نانوتکنولوژی با کمک شاخص های علم و فناوری
| دسته بندی | الکترونیک و مخابرات |
| بازدید ها | 31 |
| فرمت فایل | doc |
| حجم فایل | 116 کیلو بایت |
| تعداد صفحات فایل | 49 |
*پیش بینی پیشرفت نانوتکنولوژی با کمک شاخص های علم و فناوری*
فهرست
مقالة ویژه: پیش‌بینی پیشرفت نانوتکنولوژی با کمک شاخصهای علم و فناوری 1
مرکز جدید نانوتکنولوژی ارتش آمریکا 11
همکاری تایوان با کانادا در زمینة نانوتکنولوژی 14
گزارشی از شرکتهای نانوتکنولوژی ژاپن 16
تلاش برای توسعة نانوتکنولوژی در اروپا 18
سرمایه‌گذاری در نانوتکنولوژی 18
امتیازی برای ساخت حسگرهای زیستی 20
اولین نمایشگاه بین‌المللی نانوتکنولوژی در سوئیس 21
اندازه‌گیری؛ چالشی در نانوتکنولوژی 23
ذخیرة 250 ترابیت در یک اینچ مربع 25
حسگرهای هیدروژنی جدید 27
تولید هزاران کیلو نانوذرات در یک شرکت نانومواد 28
دو موفقیت بزرگ در ترانزیستور تک سلولی 30
تهیة زیروژلهای کروموفوریک 32
توسعة کریستال فوتونیک 34
انستیتو نانوتکنولوژی نظامی 35
اختراع ابزار آشکارسازی DNA با درجة تفکیک بالا 42
پیش‌بینی پیشرفت نانوتکنولوژی با کمک شاخصهای علم و فناوری
چکیده
قرار است نانوتکنولوژی یکی از فناوریهای کلیدی و کارآمد قرن 21 شود. قابلیت اقتصادی آن، حاکی از وجود بازاری بالغ بر چندصد میلیارد یورو برای این فناوری در دهة بعد است. بنابراین نانوتکنولوژی موجب جهت‌دهی فعالیتهای بسیاری از بخشهای صنعتی و تعداد زیادی از شرکتها در جهت آماده‌سازی آنها برای این رقابت جدید شده است. در همین زمان دولتمردان در بخشهای تحقیق و توسعه در سراسر دنیا نیز در حال اجرای برنامه‌های تحقیقاتی خاص در زمینة نانوتکنولوژی هستند تا آیندة کشورهای خود را به وضعیتی مطلوب برسانند. هدف این مقاله، استفاده از شاخصهای تکنولوژیکی و علمی برای پیش‌بینی پیشرفت اقتصادی و مقایسة وضعیت کشورهای مختلف است.
1- مقدمه
علوم نانو در دو دهه گذشته، پیشرفت بزرگی حاصل کرده است. ما شاهد کشفیات علمی و پیشرفتهای تکنولوژیکی مهمی بوده‌ایم. به عنوان مثال، این پیشرفتها شامل اختراع میکروسکوپ تونل‌زنی پیمایشگر (STM) در سال 1982 ]1[ یا کشف فولرینها در سال 1985 می‌باشد]2[. در حال حاضر تعداد اندکی از محصولات مبتنی بر نانوتکنولوژی به استفادة تجاری رسیده‌اند. با این وجود، آیا دانش واقعی علمی، جوابگوی اشتیاق جهانی نسبت به این فناوری هست ؟ تا چه حد احتمال دارد که بازار جهانی در طی 10 تا 15 سال آینده به هزار میلیارد دلار در سال برسد]3[؟
ارزیابی قابلیت فناوریهای تکامل یافته کار آسانی نیست و برای یک فناوری جدید مثل نانوتکنولوژی، این کار دشوارتر است. البته در پیش‌بینی سعی می‌شود از شاخصهایی استفاده شود که توانشان در پیش‌بینی قابلیت دیگر فناوریهای جدید به اثبات رسیده باشد. دو تا از واضح‌ترین شاخصهای پیش‌بینی، تعداد مقاله‌های علمی و تعداد اختراعات ثبت شده هستند. اولی معمولاً شاخص خوبی برای فعالیتهای علمی و دومی برای قابلیت انتقال نتایج علمی به کاربردهای عملی است. شکل 1 تکامل تدریجی انتشارات و اختراعات نانوتکنولوژی از شروع دهة 1980 تا 1998 را نشان می‌دهد. اطلاعات انتشارات جهانی نانوتکنولوژی از داده‌های Science Citation Index (SCI) اقتباس شده است. اختراعات نانو، آنهایی هستند که در European Patent Office (EPO) در مونیخ ثبت شده‌اند. اختراعاتEPO داده‌های بسیاری از کشورها را در بر می‌گیرد. از نظر گسترة کار و هزینة بالا، منطقی به نظر می‌رسد که مخترعین از اختراعات به صورت تجاری بهره‌برداری کنند. لیستی از کلمات کلیدی علوم و فناوری نانو جهت دستیابی به انتشارات، اختراعات و روشها منتشر شده‌است]4[.
دانلود پاورپوینت مهندسی مواد: شیشه های خود تمییز شونده
| دسته بندی | پاورپوینت |
| بازدید ها | 23 |
| فرمت فایل | zip |
| حجم فایل | 2081 کیلو بایت |
| تعداد صفحات فایل | 31 |
پاورپوینتی کامل به همراه نمودارها و عکس ها و توضیحات جامع و کامل و طرحی زیبا.وِیژه ارائه درکلاس و کارعملی و تحقیقی در گرایش مهندسی مواد و متالوژی.
دانلود تحقیق درباره نانو تکنولوژی و الکترونیک بیومولکولی
| دسته بندی | زیست شناسی |
| بازدید ها | 9 |
| فرمت فایل | doc |
| حجم فایل | 1188 کیلو بایت |
| تعداد صفحات فایل | 41 |
*تحقیق درباره نانو تکنولوژی و الکترونیک بیومولکولی*
چکیده
تجربه پیشرفتهای سریع در دو دهه اخیردر بیو تکنولوژی, الکترونیک و سیستم‌های کامپیوتری فرصت‌های جدیدی را در اختیار بشر قرار داده است تا با به اشتراک گذاشتن آنها پیشرفتهای تکنولوژیکی جدیدی را فراهم سازد. نانوتکنولوژی از تلاقی این حرکت‌ها حاصل آمده است یکی از موضوعات اصلی در نانوتکنولوژی نانوالکترونیک است که به دو بخش الکترونیک مولکولی والکترونیک بیومولکولی تقسیم می‌شود. در الکترونیک بیومولکولی هدف بر این اصل استوار است که امکان ایجاد سیستمها و کامپیوترهای مختلف در اثر اختلاف مبانی فیزیک و ریاضی با دانستنی‌های زیست شناسی به‌وجود آید.
مقدمه
هرچیزی که درپیرامون ما قرار دارد از اتمها ساخته شده است یعنی می‌توانیم اتمها را به نوعی کوچکترین واحد سازنده مواد بنامیم.ازعصر حجر گرفته تا اعصار بعد از آن(مس، برنزوآهن)که پشت سرهم در زمانهای مختلف پدید آمده‌اند و در حال حاضر هم که عصر سیلیکون‌ها در جریان است بشر را همواره متوجه این مسأله کرده است که چگونه و با چه اصولی میلیاردها اتم در کنارهمدیگر قرارمی‌گیرند و بطورهم زمان، یک شکل ومدل خاصی را ایجاد می‌کنند تا شی ماکروسکوپیک به‌وجود آید.حتی در حال حاضر در دنیای پیشرفته میکروالکترونیک یک تراشه کامپیوتر با بالاترین تکنولوژی وکوچکترین حجم وقتی با یک اتم مقایسه می‌شود مثل یک کوهستان در مقابل یک خرده سنگ است. تکنولوژی حاصل از قرن بیستم شاید درحال حاضر خیالی باشد ولی حالت واقعی به خود می‌گیرد وقتی که تصور کنیم در قرن بیست ویکم بشر قادر خواهد بود اجسامی در بالاترین سطح از نظر کیفیت کنترلی تولید کند که حدحسایست آنها هم اتمی باشد. طبیعت برای میلیونها سال است که این نقش را با ظرافت کامل انجام می‌دهد ومصالح ساختمانی را با دقت اتمی در کنار هم قرار می‌دهد. هر موجود زنده‌ای از سلول‌هایی ساخته شده است که مملو از نانو ماشین‌هایی[1] همچون پروتئینها، DNA، RNAوغیره می‌باشند. و هر کدام از این نانوماشین‌ها مجموعه‌ای از مولکولها و اتمها هستند که تغییر در جایگاه هر کدام از آنها می‌تواند باعث خسارت واختلال در عملکردشان شوند. نانوتکنولوژی، علم ساختن مجموعه‌هایی همانند ماشینها، غذاها، خانه‌ها وسفینه‌های فضایی می‌باشد که با تجمع وجای گیری مناسب اتمها ومولکولها به وجود می‌آیند. با اتحاد فرآورده‌ها و معلومات شیمی وتوانایی‌های مهندسی و ماشینهای خود سامان ده خودساز،امکان تولید کالاهای مورد نیاز در زندگی روزمره از مواد خام ارزان قیمت فراهم می‌شود.
شکل1. شماتیک از نحوه قراردادن اتمها در کنار همدیگر
نانوتکنولوژی، علم دستکاری مولکولی واتمی می‌باشد. به عبارت‌ساده‌تر، اجزای ساختاری یک مجموعه را از حد اتم یا مولکول برنامه‌ریزی می‌کند.یک نانو متر 9-10 متر است (عرض 3 یا 4 اتم) واگر بخواهیم آن را خوب تجسم کنیم می‌توانیم یک توپ فوتبال را در اندازةجهان تصور کنیم. در این صورت، اتم‌های آن قابل رویت خواهند بود و هر کدام از اتمها در اندازه یک حبه انگور مشخص و نمایان خواهند شد.
دانلود بررسی فرآیند تولید و کاربرد الیاف فوق ظریف و نانو
| دسته بندی | نساجی |
| بازدید ها | 6 |
| فرمت فایل | doc |
| حجم فایل | 5961 کیلو بایت |
| تعداد صفحات فایل | 149 |
به منظور تولید الیاف نانو دو روش کلی وجود دارد، روش اول، تولید الیاف با استفاده از کاتالیزور می باشد که در این روش الیاف در بستر مخصوص یا محلول اختصاص داده شده منعقد می شوند، استفاده از کاتالیزور شناور برای تولید مناسب تر از کاتالیزور دانه دار شده
می باشد زیرا میزان کاتالیزور موجود در بستر محلول همواره تحت کنترل می باشد. روش دیگر تولید الکتروریسی می باشد که می توان نانو الیاف منفرد و ممتد را به میزان تولید بالا تهیه نمود. در این روش نانو الیاف پلیمری می توانند مستقیماً از محلول پلیمری به نانو الیاف پلیمری تبدیل شوند.
الکتروریسی ریسیدن نانو الیاف پلیمری تا قطر چند ده نانو متر، روشی است که تکیه بر نیروهای الکترواستاتیکی دارد. در این فرآیند، بین قطره ای از محلول پلیمری یا مذاب که در نوک نازل آویزان است و یک صفحه فلزی جمع کننده پتانسیل الکتریکی اعمال می شود. با بالا رفتن میدان الکتریکی قطره پلیمری شروع به کشیده شدن می کند تا اینکه این نیرو بر نیروی تنش سطحی قطره غلبه کرده و یک جت شارژ شده بسیار نازک از محلول پلیمری از سطح قطره خارج شده و به سمت فلز جمع کننده سرعت می گیرد. پس از طی مسیر کوتاهی دافعه متقابل شارژهای حمل شده در سطح جت، آنرا خم کرده و جت، مسیر خود را بصورت مارپیچ و حلقه ای ادامه خواهد داد. بدین ترتیب جت در فاصله کم نازل تا جمع کننده
می تواند مسیر بسیار زیادی را طی کرده، تا نیروهای الکتریکی آنرا هزاران بار کشیده و ظریف نمایند.
استفاده از این تکنولوژی های جدید ما را در انجام کارهایی که زمانی غیر ممکن
می نموده رهنمون می سازد، در سال های اخیر از این شیوه برای ساخت الیاف نانو در محدوده وسیعی از پلیمرها و در کاربردهای مختلف نظیر ساخت فیلترها، تقویت در کامپوزیت ها، کامپوزیت های شفاف، نانو الیاف کربن، نانو الیاف هادی، نانو الیاف توخالی، نانو الیاف سرامیکی، سنسورهای بسیار حساس، قالب برای رشد بافت زنده بدن، پر کردن بافت های آسیب دیده، بافت های ضد باکتری، حمل دارو، پوشش زخم، ماسک های آرایشی و ... به کار رفته است
فهرست مطالب
چکیده................................. 1
فصل اول : نانو تکنولوژی و تاریخچه تولید الیاف نانو
1-1)مقدمه............................. 3
2-1)نانو مواد و طبقه بندی آنها ....... 4
1-2-1)نانو فیلمهای نازک.......... 5
2-2-1)نانو پوششها................ 6
3-2-1)نانو خوشه ها............... 7
4-2-1)نانو سیمها ونانو لوله ها... 8
5-2-1)روزنه های نانو............. 9
6-2-1)نانو ذرات.................. 9
3-1)الیاف نانو........................ 10
4-1)تاریخچه تولید الیاف نانو.......... 11
فصل دوم : روشهای تولید الیاف نانو
1)تهیه الیاف نانو به روش کا تا لیزور شناور 18
اثر سولفور...................... 21
اثر دمای تبخیر ماده خام......... 23
اثر هیدروژن..................... 25
2)ریسندگی الکترو اسپینینگ............. 27
1-2)تئوری و فرایند ریسندگی الکترو اسپینینگ27
2-2)ریسندگی الکترو اسپینینگ...... 29
1-2-2)ریسندگی الکترو اسپری... 29
2-2-2)ریسندگی الکترو مذاب.... 30
3-2-2)ریسندگی الکترو محلول... 32
3-2)شروع جریان سیال پلیمری وتشکیل مخروط تیلور 35
4-2)ناپایداری خمشی............... 36
5-2)ریسندگی الیاف نانو پلیمری.... 38
6-2)ساختار ومورفولوژی الیاف نانو پلیمری38
7-2)پارامترهای فرایند و مورفولوژی لیف 39
1-7-2)ولتاژ اعمال شده......... 39
2-7-2)فاصله جمع کننده-نازل.... 40
3-7-2)شدت جریان پلیمر.......... 41
4-7-2)محیط ریسندگی............. 41
8-2)پارامترهای محلول............. 42
1-8-2)غلظت محلول.............. 42
2-8-2)رسانایی محلول........... 43
3-8-2)فراریت حلال.............. 43
4-8-2)اثر ویسکوزیته........... 44
9-2)خواص الیاف نانو.............. 45
1-9-2)خواص حرارتی............. 45
2-9-2)خواص مکانیکی............ 46
10-2)مزایای ریسندگی الکترو....... 46
11-2)معایب ریسندگی الکترو........ 48
12-2)بررسی اهداف ایده ال در ریسندگی الکترو49
13-2)ریسندگی الیاف دو جزئی پهلو به پهلو51
14-2)خصوصیات الیاف الکترو ریسیده شده 53
15-2)ریسندگی الکتریکی الیاف نانو از محلولهای پلیمری54
16-2)ریسندگی الکترو الیاف پر شده با نانو تیوبهای کربن58
17-2)تعیین خصوصیات مکانیکی و ساختاری الیاف کربن الکترو ریسیده شده68
فصل سوم : کاربردهای مختلف الیاف نانو و نانوتکنولوژی در صنعت نساجی
مقدمه................................. 84
1-3)الیاف نانو گرافیت و کربن.......... 85
2-3)نمونه بافت و تزریق دارو........... 85
3-3)الیاف نانو با خاصیت کا تا لیزوری.. 87
4-3)فیلتراسیون........................ 88
5-3)کاربرد های کامپوزیتی.............. 90
6-3)کاربرد های پزشکی.................. 91
1-6-3)پیوندهای شیمیایی............ 91
2-6-3)نمونه بافت.................. 92
3-6-3)پوشش زخم.................... 93
4-6-3)تزریق دارو.................. 94
5-6-3)دندانپزشکی.................. 94
7-3)مواد آرایشی....................... 95
8-3)لباس محافظتی...................... 96
9-3)کاربرد الکتریکی و نوری............ 97
10-3)کشاورزی.......................... 97
11-3)کاربردهای نانو تکنولوژی در نساجی. 98
1-11-3)دفع آب(ابگریزی)........... 98
2-11-3)محافظت در برابر اشعه uv.... 100
3 -11-3)ضد باکتری101
4-11-3)آنتی استاتیک103
5-11-3)ضد چروک104
12-3)کنترل کیفیت در تولید کامپوزیتهای الیاف نانو الکترو اسپان105
توزیع یکنواختی الیاف نانو106
سنجش الیاف بصورت اتوماتیک108
آزمایش مقاومت در برابر عوامل محیطی109
دستگاه آزمایش خمیدگی DL110
13-3)الیاف نانو کامپوزیت الکترو اسپان برای تشخیص بیو لوژیکی اوره111
14-3)تاثیر افرودن الیاف کربن بر روی خواص مکانیکی و کریستالی شدن پلی پروپیلن116
ضمیمه 125
نتیجه 129
منابع و مآخذ131