مقاله نانو فناوری

اختصاصی از یارا فایل مقاله نانو فناوری دانلود با لینک مستقیم و پرسرعت .

فرمت فایل : WORD (قابل ویرایش)

تعداد صفحات:72

فهرست مطالب:

نانو فناوری
بعضی کاربردهای نانوفناوری :
تکنولوژی نانو ؛ ورود به دنیای اتم
توسعه و پیشرفت نانو تکنولوژی در جهان
آشنایی با عرصه های فناوری زیستی نانو (نانو بیوتکنولوژی)
فناوری زیستی، مواد، فناوری زیستی نانو، فناوری همگرا
نانو تکنولوژی در صنعت نفت و انرژی
آلودگی
سنسورهای هیدروژن خود تمیز کننده
نانو الکترونیک
نانو حسگر چیست ؟
قیمت بالای مواد
عدم وجود ارتباط با دنیای واقعی
آنالیز نهایی
منابع :

نانو فناوری
نانو فناوری جدیدترین حوزه فناوری در دنیا مورد توجه اکثر کشورها قرار گرفته است. نانو فناوری در یک تعریف بسیار ساده یعنی تکنولوژی هایی که در ابعاد نانومتر عمل می کنند. نانومتر واحد اندازه گیری طور و برابر یک میلیاردم متر است. اندازه اتم ها و مولکولها در این محدوده قرار می گیرد. بنابراین با ورود به این فضای کوچک بشر می تواند در نحوه آرایش و چینش اتم ها و مولکولها دخالت کند و به ساخت مواد جدید و ساختارهای متفاوت با آنچه تاکنون وجود داشته است، بپردازد.
نانو فناوری که از دو کلمه نانو و فناوری تشکیل شده است به معنی، توسعه ، طراحی ، ساخت و استفاده از محصولاتی است که اندازه های آن در بازه یک تا 100 نانومتر قرار دارد.
در حقیقت نانوفناوری یک فناوری جدید نیست بلکه یک مقیاس جدید در فناوری ها و رویکردی جدید در تمام رشته ها است که این توانایی را به بشر می دهد تا بتواند دخالت خود را در ساختار مواد گسترش بدهد و در ابعاد بسیار ریز دست به ساخت و طراحی بزند. این فناوری می تواند در تمام فناوری هایی که بشر تاکنون بدان دست یافته است ، اثر گذار باشد.
اهمیت نانو فناوری :
اگر چه هنوز نانوفناوری در آغاز حیات خود بسر می برد ولی در همین چند سال اخیر امیدهای زیادی را در بین دانشمندان برای دستیابی با قابلیت بالا و ساخت محصولات با عمر و کیفیت بالا ایجاد کرده است. دانشمندان امیدوارند با گسترش فعالیت ها در نانو فناوری علاوه بر صرفه جویی هایی که در ارتقاء کیفیت محصولات سنتی ایجاد می کنند به مواد و محصولات با خواص جدید و چند منظوره دست یابند.
اگر بپذیریم که نانوفناوری توانمندی تولید مواد، ابزارها و سیستم های جدید با در دست گرفتن کنترل در سطوح مولکولی و اتمی و استفاده از خواص آن سطح است، آنگاه در خواهیم یافت که کاربردهای این فناوری در حوزه های مختلف اعم از غذا، دارو، تشخیص پزشکی، فناوری زیستی ، الکترونیک ، کامپیوتر ، اتباطات ، حمل و نقل ، انرژی ، محیط زیست ، مواد ، هوا و فضا، امنیت ملی ، خودرو و غیره خواهد بود. به گونه أی که به زحمت می توان عرصه أی را که از آن تأثیر نپذیرد، معرفی کرد.
تاریخچه ظهور نانوفناوری :
45 سال پیش ریچارد فایمن، متخصص کوانتوم نظری و دارنده جایزه نوبل، در سخنرانی خود با عنوان آن پایین فضای بسیار هست. به بررسی بعد رشد نیافته علم پرداخت. وی در آن زمان اظهار داشت اصول فیزیک تا آنجا که من توانایی فهمش را دارم، بر خلاف امکان ساختن اتم به اتم چیزها حرفی نمی زند. او فرض را بر این قرار داد که اگر دانشمندان توانستند ترانزیستورهایی به این کوچکی بسازند، پس باز هم می توانیم آنها را کوچکتر بسازیم. پس از آن سارون وینسکی، پدر علم هوش مصنوعی ، در دهه 1970ـ1960 جهان را در تفکراتی که مربوط به آینده می شد، رهبری کرد. تفکرات او می توانست به ایده های فایمن قوت ببخشد. در دهه 70 اریک درکسلر که یک دانشجوی فارغ التحصیل بود، مینسکی را به عنوان استاد راهنمای پایان نامه اش انتخاب کرد. او به وسایل بسیار کوچک فایمن علاقمند شده بود و قصد داشت در مورد توانایی های آنها به کاوش بپردازد. در کسلر در اوایل دهه 80 درجه استادی خود را در رشته علوم کامپیوتر دریافت کرد و گروهی از دانشجویان را به عنوان انجمنی دور خود جمع کرده و آنها را با ایده های خود بنام نانوفناوری آشنا کرد.
او اولین مقاله علمی خود را در زمینه نانوفناوری در سال 1981 و اولین کتاب خود را در این زمینه در سال 1986 چاپ کرد. درکسلر اولین درجه دکتری را در رشته نانوفناوری در سال 1991 از دانشگاه MIT دریافت کرد.
بعضی کاربردهای نانوفناوری :
نانوفناوری تغییر بنیانی مسیری است که در آینده موجب ساخت مواد جدید خواهد شد و انقلابی در مواد و فرآیند تولید آنها ایجاد خواهد کرد. محققان قادر به ایجاد ساختارهایی از مواد خواهند شد که در طبیعت نبوده و شیمی مرسوم نیز قادر به تولید آنها نیست. برخی از مزایای مواد نانو ساختار عبارت است از مواد سبک تر، قوی تر، مواد قابل برنامه ریزی کاهش هزینه های عمر کاری از طریق کاهش دفعات نقص فنی، ابزارهای نوین و …
یکی از اصلی ترین موضوعات مطرح در نانوفناوری، ساخت مواد با خواص جدید است. این مواد ارزش افزوده بسیار بالا و کارآیی بالاتری در تمام صنایع خواهند داشت که صنعت خودرو نیز از آن مستثنی نیست. نمونه هایی از کاربرد نانوفناوری در صنعت خودرو در زیر آمده است :
    شرکت های مواد شیمیایی ، مواد پلیمری تقویت شده با نانو ذرات را ساخته اند که می تواند جایگزین اجزای بدنه فلزی خودرو شود. این مواد از فولاد محکم تر و سبک ترند استفاده آنها در بدنه خودرو می تواند سالانه تا 5/1 میلیارد لیتر صرفه جویی در مصرف بنزین به همراه داشته باشد.
    با استفاده از نانوذرات، لاستیک های با عمر بالای 10 سال ساخته شده است.
    ساخت لاستیک ها با مقاومت سایشی بهتر
    ساخت قطعات موتور با عمر چند برابر
    کاهش مصرف سوخت خودرو
    ساخت باطری هایی با انرژی بالا و دوام بیشتر
    ساخت حسگرهای چند منظوره برای کنترل فرآیندهای مختلف در خودرو (انژکتور)
    ساخت کاتالیزورهای اگزوز خودرو جهت کاهش آلودگی هوا
    لایه های خیلی مهم با خصوصیات ویژه أی مثل رنگ پذیری الکتریکی یا پاک کنندگی برای استفاده در شیشه ها و آینه های خودرو
    سازگار کردن خودرو با محیط زیست
    جایگزین کردن سیاه تایرها با ذرات رس و پلیمرهای نانومتری برای ساخت تایرهای سازگار با محیط زیست و مقاوم در برابر ساییدگی
    تولید گریس برای کار در درجه حرارت های بسیار بالا
    ساخت شیشه های همیشه تمیز
تکنولوژی نانو ؛ ورود به دنیای اتم
اغلب از تکنولوژی نانو به عنوان ابزار یاد می شود که تغییرات شگرفی در آینده جهان ایجاد خواهد شد. در حالی که هنوز سالها زمان می خواهد که عموم مردم بتوانند از مزایای تکنولوژی نانو بهره مند شوند. دانشمندان امیدوارند که این تکنولوژی (که عبارت است از دستکاری اتم های مواد) سرانجام به اندازه همان جار و جنجالی که برایش به پا شده بتواند به پیشرفت صنایع چوبی، صنایع پزشکی ، الکترونیک و تولید ، کمک کند.
از تشخیص پزشکی دقیق تر گرفته تا عملکرد روان کامپیوترها، نانو تکنولوژی یا همان دستکاری اتم ها چالشی است که خود یک سری قوانین جدید دارد. دانشمندانی که با این ریزترین ذرات عالم هستی سر و کار دارند با دنیایی روبرو می شوند که به اندازه دنیای مطالعه و بررسی دورترین نقاط فضا خیره کننده و حیرت انگیز است.
جوزف استراشیو یکی از فیزیک دانهایی که مشغول بررسی و تحقیق روی تکنولوژی نانو هستند می گوید :
کسی که هرگز تصورش را هم نمی کرد که روزی بتوان اتمی را برداشته و به فاصله چند اتم جابجا کرد. این کار مثل است که ما با سیارات دیگر رفته یک سیاره را بگیریم و از مداری به مدار دیگر منتقل کنیم.
استراشیو و رابرت سلوتا از جمله فیزیکدان هایی هستند که در موسسه ملی استانداردها و تکنولوژی یا (National Institute of standard and Technology) NIST در گاتیبرگ ایالت مریلند در زمینه تکنولوژی نانو فعالیت می کنند.
یک نانومتر یعنی واحدی که دانشمندان در تکنولوژی نانو زیاد به کار می برند برابر است با یک میلیاردم متر و اگر 400000 عدد اتم ها در کنار هم قرار گیرند قطر آنها به اندازه قطر یک تار موی انسان خواهد شد.
یافته های حیرت آور
تکنولوژی نانو برخی اصول دیرینه فیزیک را برهم زد. اتم ها و ذراتی چون الکترون ها و فوتون ها همیشه مطابق اصول علمی مدون رفتار نمی کنند. سلوتا می گوید : ((هنگامی که وارد دنیایی به ابعاد نانو می شوید مسائل کاملاً فرق می کند)).
این مسائل برای زمینه هایی همچون الکترونیک هم می تواند مفید و هم مضر باشد. چرا که مدارها و سایر متعلقات ممکن است در ابعاد کوچک به همان شکلی که در اندازه های بزرگ کار کردند، عمل نکنند.
مشاهده اتم ها از طریق دستگاهی به نام میکروسکوپ اسکن تونلی انجام می گیرد. این ابزار اوایل دهه 1980 توسط گردبنینگ و هانیریش روهر از لابراتورهای مرکز تحقیقاتی IBM زوریخ اختراع شد. ایشان در سال 1986 به خاطر اختراع بزرگ خود مفتخر به دریافت جایزه نوبل فیزیک شدند.
اوایل دستگاه مذکور بیشتر همانند ابزار زمین شناسی که بیشتر برای دیدن اشیا برای اولین بار از آنها استفاده می شود، به کار می رفت. سلوتا می گوید : (( مثل اینکه گالیله در حال مشاهده ستارگان است اما این بار ما به درون می نگریستیم و می گفتیم، هی پسر این معرکه است من هرگز تصور انجام چنین کاری را هم نمی کردم)).
وی می افزاید : ((و حالا ما داریم همان گونه عمل می کنیم که انسان در اکثر مواقع عمل می کند یعنی اتم ها را به دلخواه خودمان مرتب می کنیم)).
میکروسکوپی که اکنون در آزمایشگاه NIST در گانیبرگ هشت سال طول کشید تا طراحیو ساخته شود. فیزیکدانان دریافته اند که اتم ها بیشتر سرما و سکون را ترجیح می دهند. درون میکروسکوپ آزمایشات در دمای منهای 455 درجه فارنهایت انجام می شوند. و از لرزش و رسیدن امواج الکتریکی، مغناطیسی و رادیویی به اتم ها جلوگیری می شود. درون دستگاه یک محیط فوق العاده خلاء ایجاد می شود تا از دخالت مولکول های سرگردان اکسیژن و هیدروژن در آزمایش جلوگیری شود. دستگاه ابتدائاً از عنصر مولیبدیوم که در مقابل تغییران شدید دما مقاوم است، ساخته شده است.
مشاهده رنگ انرژی
محققین چندین مشخصه غیر معمولی در این دنیا فوق العاده ریز کشف کرده اند. مثلاً به خاطر تفاوت انرژی، تغییر اندازه یک ساختار نانو موجب تغییر رنگ آن نیز می شود.
استراشیو می گوید : ((نور انرژی دارد و رنگ نور به انرژی آن بستگی دارد)).
این مشخصه برای محققین علوم پزشکی که به دنبال استفاده از فناوری نانو در تشخیص و درمان بهتر بیماری ها هستند، بسیار مفید خواهد بود. پژوهشگران در مطالعات سلولی (البته فعلاً بر روی سلول های غیر انسانی) از نانو کریستالهای نیمه رسانا به عنوان ابزار فلورسنت (شب نما) ساز برای تشخیص سلول های سرطانی استفاده می کنند.
پیتر بارکر رهبر پروژه أی در آزمایشگاهی مختص سرطان در NIST می گوید :
(( نانو کریستالها نوید پیشرفت های قابل توجهی در رنگ های ارگانیک (طبیعی می دهند)).
او می گوید : ((ذرات نانو امکان تشخیص سرطان سینه بطور دقیق تر، مطمئن تر و سریع تر فراهم می کنند.)) اما در تحقیقات پزشکی بیش از هر نوع کاربرد دیگر تکنولوژی نانو نیاز به نظارت اخلاقی و نیز ایمنی دارد. بعضی عناصر این تکنولوژی می توانند سمی باشند. بنابراین فعلاً آزمایش بر روی انسان خیلی زود است.
کشف اتم های پر سر و صدا
دانشمندانی که روی تکنولوژی نانو کار می کنند به کشف جالب دیگری نیز نایل آمده اند؛ آنها دریافتند که اتم ها سر و صدا ایجاد می کنند. اتم ها توسط یک جریان الکتریکی خاصی که به جریان تونلینگ (Tunneling) معروف است از موقعیتی به موقعیت دیگر جابجا می شوند. کنترل صدای این جابجایی نوعی سر و صدا شبیه ((فریاد اعتراض)) اتم ها را نشان می دهد.
سلوتا می گوید : (( جهش به جلو و عقب بین محل استقرار اتمها و جایی که ما می خواهیم آن را قرار بدهیم چنین صدایی را تولید می کند.))
یکی از اهداف محققین NIST ساخت مواد با هزاران اتم است بدین صورت که ساختار مورد نظر به میکروسکوپ داده شده و میکروسکوپ خود کار را تکمیل می کند. تصور اتم هایی که ذهت مجزایی دارند بحث های ترسناکی در حوزه داستان های تخیلی پیش آورده اند، همانند تصور نانو روبات هایی که از کنترل انسان خارج می شوند. استراشیو معتقد است وقتی نانو تکنولوژی همانند هر شاخه جدیدی از علم باید به مراقبت و استانداردهای اخلاقی مجهز شود، پس نباید نگران انحراف اتم ها بود. او می گوید : (( این که نانو روبات ها قادر به تکثیر خود بوده و دنیا را در کنترل خود بگیرند تصوری دور از ذهن است)).
هدف تحقیقات NIST ایجاد فرمولهایی کارآمد و عملی است که همه از تولید کنندگان گرفته تا پزشکان می توانند از آنها برای اهداف و تولیدات خاص خود استفاده کنند.
سلوتا معتقد است : (( نانو تکنولوژی زمینه أی است که در آن می توان پدیده های کوانتومی و بسیار کوچک را بررسی کرد در اصل یک میز کار بسیار کوچک است)).
اوزی لندمن استاد فیزیک تکنولوژیک می گوید که انتظار می رود 5 تا 10 سال طول می کشد تا بتوان از قطعات نانو در صنعت الکترونیک استفاده کرد و در علم پزشکی نیز این کاربرد احتمالاً از 5 تا 8 سال زمان می برد. او می افزاید : (( این تأخیر به علت جا ماندن کسی از کار یا عدم موفقیت کسی نیست، بلکه علت پیچیدگی و رمز آلود بودن زیاد این مقوله است.))