دانلود مقاله تاریخچه فناوری نانو

تاریخچه فناوری نانو در طول تاریخ بشر از زمان یونان باستان، مردم و به‌خصوص دانشمندان آن دوره بر این باور بودند که مواد را می‌توان آنقدر به اجزاء کوچک تقسیم کرد تا به ذراتی رسید که خردناشدنی هستند و این ذرات بنیان مواد را تشکیل می‌دهند، شاید بتوان دموکریتوس فیلسوف یونانی را پدر فناوری و علوم نانو دانست چرا که در حدود 400 سال قبل از میلاد مسیح او اولین کسی بود که واژه اتم را که به معنی تقسیم‌نشدنی در زبان یونانی است برای توصیف ذرات سازنده مواد به کار برد.

با تحقیقات و آزمایش‌های بسیار، دانشمندان تاکنون 108 نوع اتم و تعداد زیادی ایزوتوپ کشف کرده‌اند.

آنها همچنین پی برده اند که اتم‌ها از ذرات کوچکتری مانند کوارک‌ها و لپتون‌ها تشکیل شده‌اند.

با این حال این کشف‌ها در تاریخ پیدایش این فناوری پیچیده زیاد مهم نیست.

نقطه شروع و توسعه اولیه فناوری نانو به طور دقیق مشخص نیست.

شاید بتوان گفت که اولین نانوتکنولوژیست‌ها شیشه‌گران قرون وسطایی بوده‌اند که از قالب‌های قدیمی(Medieal forges) برای شکل‌دادن شیشه‌هایشان استفاده می‌کرده‌اند.

البته این شیشه‌گران نمی‌دانستند که چرا با اضافه‌کردن طلا به شیشه رنگ آن تغییر می‌کند.

در آن زمان برای ساخت شیشه‌های کلیساهای قرون وسطایی از ذرات نانومتری طلا استفاده می‌‌شده است و با این کار شیشه‌های رنگی بسیار جذابی بدست می‌آمده است.

این قبیل شیشه‌ها هم‌اکنون در بین شیشه‌های بسیار قدیمی یافت می‌شوند.

رنگ به‌وجودآمده در این شیشه‌ها برپایه این حقیقت استوار است که مواد با ابعاد نانو دارای همان خواص مواد با ابعاد میکرو نمی‌باشند.

در واقع یافتن مثالهایی برای استفاده از نانو ذرات فلزی چندان سخت نیست.رنگدانه‌های تزیینی جام مشهور لیکرگوس در روم باستان ( قرن چهارم بعد از میلاد) نمونه‌ای از آنهاست.

این جام هنوز در موزه بریتانیا قرار دارد و بسته به جهت نور تابیده به آن رنگهای متفاوتی دارد.

نور انعکاس یافته از آن سبز است ولی اگر نوری از درون آن بتابد، به رنگ قرمز دیده می‌شود.

آنالیز این شیشه حکایت از وجود مقادیر بسیار اندکی از بلورهای فلزی ریز700 (nm) دارد ، که حاوی نقره و طلا با نسبت مولی تقریبا 14 به 1 است حضور این نانوبلورها باعث رنگ ویژه جام لیکرگوس گشته است.

در سال1959 ریچارد فاینمن مقاله‌ای را درباره قابلیت‌های فناوری نانو در آینده منتشر ساخت.

باوجود موقعیت‌هایی که توسط بسیاری تا آن زمان کسب‌شده بود، ریچارد.

پی.

فاینمن را به عنوان پایه گذار این علم می‌شناسند.

فاینمن که بعدها جایزه نوبل را در فیزیک دریافت کرد درآن سال در یک مهمانی شام که توسط انجمن فیزیک آمریکا برگزار شده بود، سخنرانی کرد و ایده فناوری نانو را برای عموم مردم آشکار ساخت.

عنوان سخنرانی وی «فضای زیادی در سطوح پایین وجود دارد» بود.

سخنرانی او شامل این مطلب بود که می‌توان تمام دایره‌المعارف بریتانیکا را بر روی یک سنجاق نگارش کرد.یعنی ابعاد آن به اندازه25000/1ابعاد واقعیش کوچک می شود.

او همچنین از دوتایی‌کردن اتم‌ها برای کاهش ابعاد کامپیوترها سخن گفت (در آن زمان ابعاد کامپیوترها بسیار بزرگتر از ابعاد کنونی بودند اما او احتمال می‌داد که ابعاد آنها را بتوان حتی از ابعاد کامپیوترهای کنونی نیز کوچکتر کرد.

او همچنین در آن سخنرانی توسعه بیشتر فناوری نانو را پیش‌بینی نمود.

برخی از رویدادهای مهم تاریخی در شکل گیری فناوری و علوم نانو مایکل فارادی محلول کلوئیدی طلا را کشف کرد تشریح رفتار محلول‌های کلوئیدی توسط آلبرت انیشتین ایجاد لایه‌های اتمی به ضخامت یک مولکول توسط لنگمویر (Langmuir) فاینمن ایده " فضای زیاد در سطوح پایین " را برای کار با مواد در مقیاس نانو مطرح کرد برای اولین بار واژه فناوری نانو توسط نوریو تانیگوچی بر زبانها جاری شد IBM دستگاهی اختراع کرد که به کمک آن می‌توان اتم‌ها را تک تک جا‌به‌جا کرد.

کشف ساختار جدیدی از کربن C60 شرکت IBM توانایی کنترل نحوه قرارگیری اتم‌ها را نمایش گذاشت کشف نانو لوله‌های کربنی تولید اولین نقاط کوانتومی با کیفیت بالا ساخت اولین نانو ترانزیستور ساخت اولین موتور DNA ساخت یک مدل آزمایشگاهی سلول سوخت با استفاده از نانو لوله شلوارهای ضدلک به بازار آمد تولید نمونه‌های آزمایشگاهی نانوسلول‌های خورشیدی تحقیق و توسعه برای پیشرفت در عرصه فناوری‌نانو ادامه دارد تعریف فناوری نانو از منابع مختلف یک نانومتر یک هزارم میکرون است و اگر بخواهیم احساس فیزیکی نسبت به آن داشته باشیم می‌توان گفت که یک نانومتر 80000/1قطر موی انسان می‌باشد اما این تعریف مقیاس نانو، نمی تواند مقایسه درستی باشد چرا که ضخامت موی انسان با توجه خصوصیات فردی هرانسان از چند ده میکرومتر تا چند صدمیکرومتر متغیر می‌باشد.

بنابراین نیاز به یک استاندارد برای بیان مفهوم مقیاس نانو وجود دارد.

با ایجاد ارتباط میان اندازه اتم‌ها و مقیاس نانو می‌توان یک نانومتر را راحت‌ترتصورکرد.

یک نانومتر برابر قطر 10 اتم هیدروژن و یا 5 اتم سیلسیم می‌باشد.

درک این موضوع برای افراد معمولی نیز راحت‌تر می‌باشد.

علی‌رغم اینکه درک اندازه یک اتم برای افراد غیرعلمی ساده نمی‌باشد، با اینحال اندازه دقیق اتم برای فهماندن این مقیاس زیاد اهمیت ندارد.

چیزی که با این تشابه مشخص می‌شود، این است که نانوفناوری عبارت است از: دستکاری کوچکترین اجزاء ماده یا اتم‌ها فناوری نانو عبارت است از هنر دستکاری مواد در مقیاس اتمی یا مولکولی و به خصوص ساخت قطعات و لوازم میکروسکوپی (مانند روبات‌های میکروسکپی) فناری نانو فناوری است که بر پایه دستکاری تک‌تک اتم‌ها و مولکول‌ها استوار است بدین منظور که بتوان ساختاری پیچیده را با خصوصیات اتمی تولید کرد.

تعریف فناوری نانو: توسعه و استفاده از ادوات و قطعاتی که اندازه آنها تنها چند نانومتر است.

تحقیق بر روی قطعات و ادوات بسیار کوچک که خواصشان به خواص الکترونیکی این قطعات وابسته است و خواص الکتریکی آنها احتمالاً متأثر از حرکت تعداد معدودی الکترون در طی عملکرد قطعه می‌باشد.

این ادوات، سریع‌تر از ادوات بزرگتر عمل می‌کنند.

مسأله قابل توجه این است که می‌توان چنین ساختارهای در ابعاد مولکولی را به کمک انتخاب مناسب مراحل واکنش‌های شیمیایی تولید کرد.

همچنین می‌توان چنین ساختارهایی را از طریق دستکاری اتم‌ها روی سطح به وسیله میکروسکوپ‌ های نیروی اتمی بدست آورد.

شاخه‌ای از علوم که هدف نهایی آن کنترل بر روی تک‌تک اتم‌ ها و مولکول‌ ها می‌باشد تا بتوان به کمک آن تراشه‌های کامپیوتری و سایر ادواتی تولید کرد که هزاران بار کوچکتر از ادوات فعلی باشند که فناوری امروز امکان ساخت آنها را برای ما فراهم آورده است.

در فناوری فعلی تولید مدارات نیمه هادی از روش لیتوگرافی برای ایجاد طرح مدار بر روی مواد نیمه هادی استفاده می‌شود.

پیشرفت شگرفی که در لیتوگرافی طی 2 دهه اخیر رخ داده است به ما این امکان را می‌دهد که با بهره‌گیری از دستگاه‌های جدید بتوانیم مداراتی کوچکتر از 1 میکرون (1000 نانومتر) را تولید کنیم.

البته باید توجه داشت که این مدارات هنوز از میلیون‌ها اتم تشکیل شده‌اند.

بیشتر دانشمندان بر این باور هستند که لیتوگرافی به مرزهای محدودکننده فیزیکی خود نزدیک شده است.

بنابر این برای کوچکتر کردن اندازه نیمه‌هادی‌ها می‌بایست از فناوری‌های جدیدی که می‌توانند تک‌تک اتم‌ها را سازماندهی کنند، استفاده کرد شاخه‌ای از علوم که هدف نهایی آن کنترل بر روی تک‌تک اتم‌ها و مولکول‌ها می‌باشد تا بتوان به کمک آن تراشه‌های کامپیوتری و سایر ادواتی تولید کرد که هزاران بار کوچکتر از ادوات فعلی باشند که فناوری امروز امکان ساخت آنها را برای ما فراهم آورده است.

بنابر این برای کوچکتر کردن اندازه نیمه‌هادی‌ها می‌بایست از فناوری‌های جدیدی که می‌توانند تک‌تک اتم‌ها را سازماندهی کنند، استفاده کرد و طبعاً چنین فناوری جزء محدوده فناوری نانو محسوب می‌شود.

اگر چه تحقیق در زمینه فناوری نانو به زمانی باز می‌گردد که ریچاردپی فاینمن طی سخنرانی کلاسیک خود در سال 1959 به این فناوری اشاره کرد اما عبارت فناوری نانو اولین بار توسط کی‌اریک درکسلر در سال 1986 در کتابی از وی با عنوان موتورهای آفرینش بسط داده شد.

در مقالات و نوشته های عمومی واژه فناوری نانو گاهی به هر فرآیند کوچکتر از اندازه‌های میکرون اطلاق می‌گردد که می‌تواند فرآیند لیتوگرافی را نیز شامل شود.

به خاطر همین بسیاری از دانشمندان هنگامی که می‌خواهند درباره فناوری نانو به معنی واقعی و علمی کلمه صحبت کنند از آن به عنوان فناوری نانومولکولی یاد می‌کنند که به معنی فناوری نانو در ابعاد مولکولی می‌باشد.

فناوری نانو که گاه به آن فناوری ساخت مولکولی نیز گفته می‌شود، شاخه‌ای از مهندسی است که با طراحی و ساخت مدارات الکترونیکی و اداوات مکانیکی بسیار کوچک (در ابعاد مولکولی) سر و کار دارد.

پژوهشگاه فناوری نانو انگلستان تعریف فناوری نانو را بدین گونه بیان می‌کند: قلمروی از علم و فناوری که به ابعاد و تلورانس‌های 1/0 تا 100 نانو مترمی‌پردازد در جایی که این ابعاد و یا تلورانس‌ها بتوانند نقش مهمی در خواص قطعه ایفاء کنند.

بحث فناوری نانو اغلب مشابه بحث سیستم‌های میکرو مکانیکی- الکترونیکی می‌باشد(MEMS) در واقع فناوری نانو زیر مجموعه MEMS است و MEMS به فناوری‌های بزرگتر از ابعاد مولکولی (ابعاد نانو) نیز می‌پردازد.

نانوتکنولوژی چیست ؟

در حالی که تعاریف زیادی برای فناوری نانو وجود دارد ، ‌‌NNI تعریفی را برای فناوری نانو ارائه می دهد که در برگیرنده هر سه تعریف ذیل باشد.

1- توسعه فناوری و تحقیقات در سطوح اتمی ، مولکولی و یا ماکرومولکولی در مقیاس اندازه ای 1 تا 100 نانومتر.

2 – خلق و استفاده از ساختارها و ابزار و سیستمهایی که به خاطر اندازه کوچک یا حد میانه آنها، خواص و عملکرد نوینی دارند .

قابلیتهای محتمل تکنیکی نانوتکنولوژی محصولات خود_اسمبل کامپیوترهایی با سرعت میلیاردها برابر کامپیوترهای امروزی اختراعات بسیار جدید (که امروزه ناممکن است) سفرهای فضایی امن و مقرون به صرفه نانوتکنولوژی پزشکی که در واقع باعث ختم تقریبی بیماریها ، سالخوردگی و مرگ و میر خواهد شد.

دستیابی به تحصیلات عالی برای همه بچه‌های دنیا احیاء و سازماندهی اراضی برخی کاربردها مدلسازی مولکولی و نانوتکنولوژی در سازمان دهی و دستکاری مواد در مقیاس نانو ، لازم است تمامی ابزار موجود جهت افزایش کارایی مواد و وسایل بکار گرفته شود.

یکی از این ابزار ، شیمی تحلیلی ، خصوصا مدل ‌سازی مولکولی و شبیه ‌سازی است.

امروزه ابزار تحقیقاتی فراگیری مانند روشهای شیمی تحلیلی مزیتهای فراوانی نسبت به روشهای تجربی دارند.

میهیل یورکاز شرکتContinental Tire North America می‌گوید:"روشهای تجربی مستلزم بهره‌گیری از نیروی انسانی ، شیمیایی ، تجهیزات ، انرژی و زمان است.

شیمی تحلیلی این امکان را برای هر فرد مهیا می‌سازد که فعالیتهای شیمیایی چندگانه‌ای را در 24 ساعت شبانه ‌روز انجام دهد.

شیمیدانها می‌توانند با انجام آزمایشها توسط رایانه ‌، احتمال فعالیتهای غیرمؤثر را از بین ببرند و گستره احتمالی موفقیتهای آزمایشگاهی را وسعت دهند.نتیجه نهایی این امر ، کاهش اساسی در هزینه‌های آزمایشگاهی (مانند مواد ، انرژی ، تجهیزات) و زمان است." از طرف دیگر ، در شیمی تحلیلی سرمایه‌ گذاری اولیه جهت تهیه نرم‌افزار و هزینه‌های وابسته از جمله سخت‌افزار جدید ، آموزش و تغییرات پرسنل بسیار بالا خواهد بود.

ولی با بکار گیری هوشمندانه این ابزار می‌توان هریک از هزینه‌های اولیه را نه تنها از طریق صرفه‌جویی در هزینه آزمایشگاه بلکه بوسیله فراهم نمودن دانشی که منجر به بهینه ‌سازی فرآیندها و عملکردها می‌شود، جبران ساخت.این موضوع برای شیمیدانها بسیار مناسب است، ولی روشهای شبیه‌سازی چطور می‌توانند برای نانوتکنولوژیستها مفید واقع شود؟

محدودیتهای آزمایشگر در مقیاس نانو ، زمانی آشکار می‌شود که شگفتی جهان دانشمندان نظری وارد عمل می‌شود.

در اینجا هنگامی که دانشمندان قصد قرار دادن هر یک از اتمها را در محل مورد نظر دارند قوانین کوانتوم وارد صحنه می‌شود.

پیش‌بینی رفتار و خواص در محدودهای از ابعاد برای نانوتکنولوژیستها حیاتی است.مدل‌سازی رایانه‌ای با بکارگیری قوانین اولیه مکانیک کوانتوم و یا شبیه‌سازیهای مقیاس میانی ، دانشمندان را به مشاهده و پیش‌بینی رفتار در مقیاس نانو و یا حدود آن قادر می‌سازد.

مدلهای مقیاس میانی با بکارگیری واحدهای اصلی بزرگتر از مدلهای مولکولی که نیازمند جزئیات اتمی است، به ارائه خواص جامدات ، مایعات و گازها میپردازند.

روشهای مقیاس میانی در مقیاسهای طولی و زمانی بزرگتری نسبت به شبیهسازی مولکولی عمل می‌کنند.

می‌توان این روشها را برای مطالعه مایعات پیچیده ، مخلوطهای پلیمر و مواد ساخته‌شده در مقیاس نانو و میکرو بکار برد.

مدل ‌سازی خاک‌ رس محققین دانشگاه لندن در انگلستان و دانشگاه Paris Sud در فرانسه ، شبیه‌سازیهایی بر اساس مکانیک کوانتوم برای مطالعه و کامپوزیتهای خاک ‌رس–پلیمر بکار برده‌اند.

امروزه این ترکیبات یکی از موفق‌ترین مواد نانوتکنولوژی هستند، زیرا بطور همزمان مقاومت بالا و شکل‌پذیری از خود نشان می‌دهند؛ خواصی که معمولاً در یکجا جمع نمی‌شوند.

نانو کامپوزیتهای پلیمر–خاک رس می‌توانند با پلیمریزاسیون در جا تهیه شوند؛ فرآیندی که شامل مخلوط کردن مکانیکی خاک معدنی با مونومر مورد نیاز است.

بنابراین مونومر در لایه درونی جای‌گذاری می‌شود (خودش را در لایه‌های درون ورقه‌های سفال جای می‌دهد) و تورق کل ساختار را افزایش می‌دهد.

پلیمریزاسیون ادامه می‌یابد تا سبب پیدایش مواد پلیمری خطی و همبسته گردد.

دانشمندان با بکارگیری Castep (یک برنامه مکانیک کوانتوم که نظریه کارکردی چگالی را بکار می‌گیرد) تحول کشف شده در این روش را که پلیمریزاسیون میان ‌گذار خود کاتالیست نامیده می‌شود مطالعه کردند.

این پروژه ، دانشی نظری در زمینه ساز و کار این فرآیند جدید را بوسیله مشخص کردن نقش سفال در کامپوزیت فراهم نمود.

ضروری است که دانش حاصل از شبیه‌سازیها ، جهت کنترل و مهندسی نمودن فعل و انفعالات پلیمر-سیلیکات به کمک دانشمندان آید.

دانشمندان در شرکت BASF شبیه‌ سازیهای مقیاس میانی را برای بررسی علم و رفتار ریزواره‌ها بکاربردند.

ریزواره‌ها ذراتی کروی شکل با ابعاد نانو هستند که به صورت خود به خود در محلولهای کوپلیمری ایجاد می‌شوند و در زمینه‌هایی مانند سنسورها وسایل آرایشی و دارو رسانی کاربرد دارند.

دانشمندانBASF با بکار گیری esoDyn ، یک ابزار شبیه ‌سازی برای پیش‌بینی ساختارهای مقیاس میانی مواد متراکم محلولهای تغلیظ ‌شده کوپلیمرهای آمفی‌فیلیک را بررسی کردند.شبیه‌سازیها مشخص نمود که کدام شرایط مولکولی و فرمولی به شکل‌گیری "ریزواره‌های معکوس" مانند نانو ذرات آب در یک محیط فعال منتهی‌ میشود.

چنین نتایجی برای درک رفتار عوامل فعال سطحی ضروری هستند.

به کمک روشهایی مانند پرتاب محلول در آزمایشگاه می‌توان به نتایجی در این زمینه دست یافت، اما دستیابی به این نتایج ماهها به طول می‌انجامد، درحالی که آزمایشهای شبیه‌سازی شده تنها طی چند روز نتیجه می‌دهند.

محدودیتهای این روشها چیست؟

در حالیکه امروزه ابزار مدلسازی در سطح کوانتومی و مقیاس میانی به خوبی توسعه یافته‌اند، همچنان محدودیتهایی در این عرصه وجود دارد.

برای مثال کاربردهایی در زمینه وسایل الکترونیک مستلزم انجام محاسبات مکانیک کوانتوم برای تعداد اتمهایی بیش از روشهای حاضر می‌باشد که بیش از توان عملیاتی منابع محاسبه‌گر فعلی است.

همچنین مدلسازی کل وسایل امکان‌پذیر نیست، بویژه عملکردها و خواص آنها..

نانولوله‌های کربنی نانولوله‌های کربنی با وزنی در حدود وزن فولاد ، صد برابر مستحکم‌تر از آن بوده ، دارای رسانش الکتریکی معادل با مس و رسانایی گرمایی هم‌ارز با الماس می‌باشند.

نانوفیلترها می‌توانند به جداسازی مواد در میدان‌های نفتی کمک کنند و کاتالیست‌های نانو می‌توانند تأثیر چندین میلیارد دلاری در فرآیند پالایش بدنبال داشته باشند.از سایر مزایای نانولوله‌های کربنی می‌توان به کاربرد آن‌ها در تکنولوژی اطلاعات (‌ IT ) نظیر ساخت پوشش‌های مقاوم در مقابل تداخل‌های الکترومغناطیسی ، صفحه‌های نمایش مسطح ، مواد مرکب جدید و تجهیزات الکترونیکی با کارآیی زیاد اشاره نمود.

علم نانو ، یک تحول بزرگ در مقیاس بسیار کوچک بسیاری از محققان و سیاستمداران جهان معتقدند که علم نانو می‌تواند تحولات اساسی در صنعت جهانی ایجاد نماید.

صنعت نفت نیز از پیشرفت این تکنولوژی بهره‌مند خواهد گشت.

علم نانو می‌تواند به بهبود تولید نفت و گاز با تسهیل جدایش نفت و گاز در داخل مخزن کمک نماید.

این کار با درک بهتر فرآیندها در سطوح مولکولی امکان‌پذیر می‌باشد.

با توجه به اینکه نانو مربوط به ابعادی در حدود متر می‌باشد، نانوتکنولوژی به مفهوم ساخت مواد و ساختارهای جدید توسط مولکول‌ها و اتم‌ها در این مقیاس می‌باشد.

خوشبختانه کاربردهای عملی نانو در صنعت نفت جایگاه‌ ویژه ‌ای دارند.

نانوتکنولوژی دیدگاه‌های جدید جهت استخراج بهبودیافته نفت فراهم کرده است.

این تکنولوژی به جدایش موثرتر نفت و آب کمک می‌کند .

با افزودن موادی در مقیاس نانو به مخزن می‌توان نفت بیشتری آزاد نمود.

همچنین می‌توان با گسترش تکنیک‌های اندازه‌گیری توسط سنسورهای کوچک ،‌ اطلاعات بهتری درباره مخزن بدست آورد.

آلودگی نفت و نانوتکنولوژی آلودگی توسط مواد شیمیایی و یا گازهای آلاینده یک مبحث بسیار دشوار در تولید نفت و گاز می‌باشد.

نتایج بدست‌آمده از تحقیقات دانشمندان حاکی از آن است که نانوتکنولوژی می‌تواند تا حد مطلوبی به کاهش آلودگی کمک کند.

در حال حاضر فیلترها و ذراتی با ساختار نانو در حال توسعه می‌باشند که می‌توانند ترکیبات آلی را از بخار نفت جدا سازند.

این نمونه‌ها علیرغم اینکه اندازه‌ای در حدود چند نانومتر دارند، دارای سطح بیرونی وسیعی بوده و قادر به کنترل نوع سیال گذرنده از خود می‌باشند.همچنین کاتالیست‌هایی با ساختار نانو جهت تسهیل در جداسازی سولفید هیدروژن ، آب ، منوکسیدکربن و دی‌اکسید کربن از گاز‌طبیعی در صنعت نفت بکار گرفته می‌شوند.

در حال حاضر مطالعاتی بر روی نمونه‌هایی از خاک رس در ابعاد نانو و جهت ترکیب با پلیمرهایی صورت می‌پذیرد که بتوانند هیدروکربنها را جذب نمایند.

بنابراین می‌توان باقیمانده‌های نفت را از گل حفاری جدا نمود.سنسورهای هیدروژن ، خود تمیز کننده خواص فوتوکاتالیستی نانوتیوب‌های تیتانیا در مقایسه با هر فرمی از تیتانیا بارزتر می‌باشد، بطوریکه آلودگی‌های ایجادشده تحت تابش اشعه ماوراء بنفش بطور قابل توجهی از بین می‌روند تا اینکه سنسورها بتوانند حساسیت اصلی خود را نسبت به هیدروژن حفظ نماید.

تحقیقات انجام‌گرفته در این زمینه حاکی از آن است که نانوتیوب‌های تیتانیا دارای یک مقاومت الکتریکی برگشت‌پذیر می‌باشند، بطوریکه اگر هزار قطعه از آن‌ها در مقابل یک میلیون‌ اتم هیدروژن قرار بگیرند، مقاومت الکتریکی آن در حدود یکصد میلیون درصد افزایش می‌یابد.

یک نانومتر چقدر است؟

یک نانومتر یک میلیاردم متر (10-9 m) است.

این مقدار حدودا چهار برابر قطر یک اتم است.

مکعبی با ابعاد 2.5 نانومتر ممکن است حدود 1000 اتم را شامل شود.

کوچکترین آی سیهای امروزی با ابعادی در حدود 250 نانومتر در هر لایه به ارتفاع یک اتم ، حدود یک میلیون اتم را در بردارند.

در مقایسه یک جسم نانومتری با اندازه‌ای حدود 10 نانومتر ، هزار برابر کوچکتر از قطر یک موی انسان است.امکان مهندسی در مقیاس مولکولی برای اولین بار توسط ریچارد فاینمن (R.Feynnman) ، برنده جایزه نوبل فیزیک مطرح شد.

فاینمن طی یک سخنرانی در انستیتو تکنولوژی کالیفرنیا در سال 1959 اشاره کرد که اصول و مبانی فیزیک امکان ساخت اتم به اتم چیزها را رد نمی‌کند.

وی اظهار داشت که می‌توان با استفاده از ماشینهای کوچک ماشینهایی به مراتب کوچکتر ساخت و سپس این کاهش ابعاد را تا سطح خود اتم ادامه داد.

همین عبارتهای افسانه وار فاینمن راهگشای یکی از جذابترین زمینه‌های نانو تکنولوژی یعنی ساخت روباتهایی در مقیاس نانو شد.

در واقع تصور در اختیار داشتن لشکری از نانو ماشینهایی در ابعاد میکروب که هر کدام تحت فرمان یک پردازنده مرکزی هستند، هر دانشمندی را به وجد می‌آورد.

در رویای دانشمندانی مثل جی استورس هال (J.Storrs Hall) و اریک درکسلر (E.Drexler) این روباتها یا ماشینهای مونتاژکن کوچک تحت فرمان پردازنده مرکزی به هر شکل دلخواهی در می‌آیند.

شاید در آینده‌ای نه چندان دور بتوانید به کمک اجرای برنامه ای در کامپیوتر ، تخت خوابتان را تبدیل به اتومبیل کنید و با آن به محل کارتان بروید.

کاربردهای فناوری نانو در حقیقت کاربرد فناوری نانو از کاربرد عناصر پایه نشأت می‌گیرد.

هر کدام از این عناصر پایه، ویژگی‌های خاصی دارند که استفاده از آنها در زمینه‌های مختلف، موجب ایجاد خواص جالبی می‌گردد.

مثلاً از جمله کاربردهای نانوذرات می‌توان به دارورسانی هدفمند و ساده، بانداژهای بی‌نیاز از تجدید، شناسایی زود هنگام و بی‌ضرر سلول‌های سرطانی، و تجزیه آلاینده‌های محیط زیست اشاره کرد.

همچنین نانولوله‌های کربنی دارای کاربردهای متنوعی می‌باشند که موارد زیر را می‌توان ذکر کرد:• تصویر برداری زیستی دقیق • حسگرهای شیمیایی و زیستی قابل اطمینان و دارای عمر طولانی • شناسایی و جداسازی کاملاً اختصاصی DNA • ژن‌درمانی که از طریق انتقال ژن به درون سلول توسط نانولوله‌ها صورت می‌پذیرد.

• از بین بردن باکتری‌ها اینها تنها مواردی از کاربردهای بسیار زیادی هستند که برای عناصر پایه قابل تصور می‌باشند.

کاربرد این عناصر پایه در صنایع مختلف، در درخت دیگری به نام «درخت صنعت» آورده شده است که با مراجعه به گروه مطالعاتی آینده‌اندیشی، بخش درخت صنعت، می‌توانید آن را مشاهده کنید.در نهایت «درخت فناوری نانو» معرفی می‌گردد که فناوری نانو را به شکل یک زنجیره از رویکرد ساخت عناصر پایه تا کاربرد آنها، در یک درخت چهار سطحی نمایش می‌دهد.

با مراجعه به گروه مطالعاتی آینده‌اندیشی، بخش درخت فناوری، می‌توانید آن را مشاهده کنید.

پیشرفت های جدید در نانوتکنولوژی موجب طرح سوالات جدید در حوزه سیاست عمومی شده است چت اینترنتی وزارت امور خارجه با شرکت یکی از متخصصین مربوط به اجسام بسیار ریز شریل پلرین نویسنده فایل واشنگتن واشنگتن – با در نظر گرفتن این که نانوتکنولوژی (علمی مربوط به مقیاس های بسیار کوچک اتم ها و مولکل ها) هر روزه در حال کسب پیشرفت های مهم در زمینه فیزیک، زیست شناسی، و پزشکی، است، پژوهشگران و وضع کنندگان مقررات در سرتاسر دنیا در حال بررسی خطرات احتمالی آن هستند.

نانوتکنولوژی شامل تصویرسازی، اندازه گیری، استفاده از، و تولید اجسام در مقیاس های بین 1 و 100 نانومتر است.

یک نانومتر یک میلیاردم متر است؛ ضخامت یک برگ کاغذ 100.000 نانومتر است.

ادوارد سامولسکی، شیمیدان فیزیکی دانشگاه کارولینای شمالی، در چت اینترنتی که به مدت یکهفته توسط وزارت امور خارجه از 6 الی 10 فوریه برگزار شد، اظهار داشت، "طبیعت انسان او را وامی دارد که در محیطش کاوش کند، از جمله چیزهای بسیار پرمخاطره مانند اصلاحات ژنتیکی، هم جوشی هسته ای، سلولهای ریشه ای، و موضوع صحبت ما در این مقاله – اجسام در مقیاس نانو." سامولسکی یک سال با وزارت امور خارجه به عنوان عضو هیات علمی جفرسون جهت ارائه تخصص در زمینه های مختلف علوم و فناوری ای که بر سیاست گذاری ایالات متحده تاثیر می گذارند، همکاری می نماید.

او اضافه می کند، "الان ابزاری در اختیار داریم که می توانیم اتمها را به میل خود تغییر دهیم و ساختارهایی در مقیاس های نانو بسازیم.

در عین حال، در مورد پیش بینی خطرات احتمالی نیز مهارت بهتری پیدا کرده ایم، و، در نهایت، بخاطر پیشرفت نوع بشر، باید توانایی مان را در کنترل عوارض جنبی تمام پدیده های جدیدا کشف شده، افزایش دهیم." نزدیک به80 محصول مصرفی که حاوی مواد تولید شده توسط نانوتکنولوژی می باشند اکنون در بازارها عرضه می شوند، از جمله پارچه های ضد لک، لوازم آرایش، کرم های ضد آفتاب، راکت و توپ تنیس، توپ گلف، مرهم های مختلف سوختگی و جراحت ها، فیلترهای آب، پوشش های محافظ و کاهش دهنده تشعشع روی شیشه عینک و شیشه ماشین، جوهر، و بسیاری مواد دیگر.

بیش از 600 قطعه الکترونیکی، مواد خام، فناوری و تحقیقات مربوط به انتقال دارو، نرم افزارها و پردازش کننده ها در پژوهش های مربوط به نانوتکنولوژی، تغییر مواد در مقیاس نانو، و تولید مواد در مقیاس نانو مورد استفاده قرار می گیرند.

تاریخچه پیدایش نانوتکنولوژی نانوتکنولوژی به عنوان یک سوژه صحبت پس از شام توسط مرحوم ریچارد فاینمن، برنده جایزه نوبل فیزیک و نویسنده کتاب پرفروش و استاد انستیتو تکنولوژی کالیفرنیا، در سال 1959 آغاز شد.

او ماشینهای مولکلی ای را توصیف کرد که می توانند با دقت بسیار بالا، در مقیاس اتم ها، مواد مختلف تولید کنند.

تقریبا دو دهه بعد، طبق وب سایت موسسه نانوتک فورسایت، واژه "نانوتکنولوژی" برای اولین بار در یک مقاله علمی در سال 1974 به کار رفت، و مهندس و نویسنده، اریک درکسلر، مفاهیم نانوتکنولوژی مولکلی را در انستیتوی تکنولوژی ماساچوست در سال 1977 معرفی کرد.

میکروسکوپ اسکن کننده-نقب زننده – که دانشمندان را قادر می سازد جزییات ساختار اتم ها را مشاهده و ساختارها را دستکاری کنند – در سال 1981 اختراع شد، "باکی بال" (کربن خالص کره ای شکل و توخالی) در سال 1985 اختراع شد، اولین درس دانشگاهی نانوتکنولوژی در سال 1988 عرضه شد، و "نانوتیوب" (اتم های کربن که لوله های توخالی بزرگتر را تشکیل می دهند) در سال 1991 اختراع شد.

در ایالات متحده، اداره سیاست علوم و تکنولوژی کاخ سفید جمع آوری اطلاعات مربوط به نانوتکنولوژی مولکلی و محصولات مولکلی را در سال 1993 آغاز کرد، و اولین کنفرانس اروپایی نانوتکنولوژی در سال 1996 برگزار شد.

بین سالهای 1997 و 2000، ناسا کار بر روی نانوتکنولوژی محاسبه ای را آغاز کرد، اولین کنفرانس NSF برگزار شد، اولین شرکت نانوتکنولوژی (زای وکس در تگزاس) تاسیس شد، اولین دستگاه نانومکانیک بر اساس DNA تولید شد، و سپس رئیس جمهور کلینتون طرح ملی نانوتکنولوژی ایالات متحده (NNI) را اعلام کرد -- هماهنگ کننده 25 اداره کشور در امر پژوهش و توسعه نانوتکنولوژی.

سازماندهی فعالیت های گوناگون تحقیقاتی تحت نظارت NNI منجر به بزرگترین سرمایه گذاری دولت در زمینه تحقیقات علوم فیزیکی، از زمان برنامه فضایی کشور تا کنون، شده است.

از سال 2001، بودجه تحقیقات و توسعه نانوتکنولوژی 175 درصد افزایش یافته و به 3/1 میلیارد دلار در سال 2007 رسیده است.

کل سرمایه در نظر گرفته شده برای تحقیقات و توسعه نانوتکنولوژی در شش سال ریاست جمهوری بوش بالغ بر 5/6 میلیارد دلار بوده است.

NSF پیش بینی می کند بازار جهانی کالاها و خدماتی که از نانوتکنولوژی استفاده می کنند به یک تریلیارد دلار در سال 2015 دلار افزایش خواهد یافت و 2 میلیون نفر در این زمینه شاغل خواهند شد.

میهیل روکو، مشاور ارشد NSF و از اعضای کمیسیون فرعی شورای ملی علم و تکنولوژی ایالات متحده در امور علوم، مهندسی و فناوری در مقیاس نانو، می گوید، "تا سال 2015، نیمی از محصولات جدید با استفاده از علوم و مهندسی در مقیاس های نانو تولید خواهند شد." مقررات مربوط به نانوتکنولوژی در اکتبر 2005، سازمان حفاظت محیط زیست ایالات متحده (EPA) تولید یک نوع از نانوتیوب کربنی را تحت مقررات "معافیت از انتشار و پرتودهی پایین" قانون کنترل مواد سمی (TSCA) تائید کرد.

این اولین باری بود که این سازمان ماده شیمیایی را تائید می کرد که بطور مشخص "نانو" تعریف شده بود.

تمام مقررات اصلی دولت در رابطه با محیط زیست، بهداشت، و ایمنی، مانند TSCA، پیش از بوجود آمدن مواد و محصولات "نانویی" وضع شده اند.

این اهمیت دارد زیرا، در مقیاس های نانو، خواص فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی این مواد به گونه ای اساسی متفاوت از خواص اتم ها و مولکل های مستقل و مواد اولیه حجیم هستند.

در نتیجه، برخی متخصصین شک دارند که مقررات فعلی جهت نظارت بر نانوتکنولوژی کافی و مناسب باشد – فناوری ای که دربرگیرنده طیف وسیعی از فناوری ها، فرایندها و محصولات است.

یک گزارش، اسپانسر شده توسط مرکز پروژه بین المللی وودرو ویلسون در امور نانوتکنولوژی های نوظهور و نوشته شده توسط مشاور ارشد جی.

کلارنس دیویس، به مسئله کنترل اثرات مضر احتمالی نانوتکنولوژی می پردازد.

دیویس، یکی از مقامات سابق EPA که نسخه اصلی TSCA را نوشته است، در کتاب "کنترل اثرات نانوتکنولوژی"، به این نتیجه می رسد که پرداختن به مسئله نانوتکنولوژی با استفاده از مقررات کنونی کار دشواری است و ممکن است به قوانین جدید جهت کنترل خطرات احتمالی نانوتکنولوژی نیاز باشد.

در این فاصله، طبق اطلاعیه رسمی EPA، این سازمان اینک طرح کننده اصلی دستورالعمل های تحقیقاتی جهت کاربردها و معانی محیط زیستی نانوتکنولوژی است.

کمک های مالی بالغ بر 11 میلیون دلار برای 32 پروژه تحقیقاتی در رابطه با کاربرد نانوتکنولوژی جهت حفاظت از محیط زیست توسط EPA تامین شده است، و 12 پروژه تحقیقاتی بر مطالعه اثرات مضر احتمالی نانوتکنولوژی متمرکز هستند در دسامبر 2005، این سازمان پیش نویس گزارش نانوتکنولوژی را تهیه کرد، که در آن سوالات اساسی ای که باید جهت تضمین مزایای بالقوه محیط زیستی، بهداشتی، و اقتصادی نانوتکنولوژی مورد بررسی قرار گیرند، مشخص شده اند.

این گزارش مزایای پیش بینی شده و روشهای کنترل اثرات منفی احتمالی نانوتکنولوژی را ارائه کرده است.

انتظار می رود گزارش نهایی در اوائل سال 2006 منتشر شود.

از لحاظ بین المللی، جلسه افتتاحیه "سازمان بین المللی استاندارد (ISO – عمده ترین سازمان در تهیه استانداردهای جهانی)، کمیته فنی 229 – نانوتکنولوژی ها" در شهر لندن در ماه نوامبر برگزار شد.

در این جلسه، شرکت کنندگان تصمیم گرفتند که 229ISO/TC استانداردهای بین المللی نانوتکنولوژی را توسط سه گروه کاری تهیه خواهد کرد: واژگان فنی و نام گذاری واژگان و اصطلاحات فنی (به ریاست کانادا)، مقیاس گذاری و توصیف خصوصیات (به ریاست ژاپن)، و بهداشت، ایمنی و محیط زیست (به ریاست ایالات متحده).

اطلاعات بیشتر درباره نانوتکنولوژی در http://www.nano.gov موجود است .

کاربردهای فناوری نانو در کشاورزی فناوری نانو هیچ زمینه علمی را به حال خود رها نکرده است .

علوم کشاورزی نیز از این قاعده جدا نیستند .تا به حال کاربردهای متعددی از فناوری نانو در کشاورزی ، صنایع غذایی و علوم دامی مطرح شده است.

رابطه میان فناوری نانو وعلوم کشاورزی در زمینه های زیر قابل بررسی است : 1- نیاز به امنیت در کشاورزی و سیستم های تغذیه ای 2- ایجاد سیستم های هوشمند برای پیشگیری و درمان بیماریهای گیاهی 3- خلق وسایل جدید برای پیشرفت در تحقیقات بیولوژی و سلولی 4- بازیافت ضایعات حاصل از محصولات کشاورزی از بین تدابیر موجود در مدیریت آفات کشاورزی استفاده از آفت کش ها و سموم سریعترین و ارزان ترین روش برای واکنش به یک وضیت اضطراری است .

روش های کنترل زیستی در حال حاضر بسیار هزینه بر هستند .

در این روش ها کنترل آفت از طریق یکی از دشمنان طبیعی آن آفت صورت می گیرد .

امروزه مصرف بی رویه آفت کش ها مشکلات زیادی را ایجاد کرده اند این مشکلات شامل اثرات سوء بر سلامت انسان ( ایجاد مسمومیت های حاد یا بیماری های مزمن ) ، تاثیر این مواد بر حشرات گرده افشان و حیوانات اهلی مزارع و همچنین ورود این مواد به آب و خاک و تاثیر مستقیم وغیر مستقیم آن در این نظام های زیستی می باشد .

مصرف بی رویه آفت کش ها محصولات کشاورزی را نیز به منبع ذخیره سم تبدیل می کند مهمترین سوال در زمینه استفاده از آفت کش ها این است که :چقدر از این سموم استفاده کنیم ؟

استفاده از داروهای (سموم) هوشمند در ابعاد نانو می تواند راه حل مناسبی باشد .

این داروها که قابلیت حرکت در گیاه را دارند در بسته هایی که حاوی نشانی خاصی هستند قرار میگیرند .برچسب نشانی یک کد مولکولی است که بر روی بسته نصب شده و به بسته اجازه میدهد که به بخشی از گیاه که مورد حمله عامل بیماری یا آفت قرار گرفته تحویل داده شود .

این ناقلین در ابعاد نانو همچنین دارای خود تنظیمی نیز می باشند به این معنی که دارو فقط به میزان لازم به بافت گیاهی تحویل داده می شود .

دقت در ردیابی بافت هدف و میزان اندک اما موثر دارو باعث می شود استفاده از سموم در کشاورزی به حداقل برسد .همه ما میدانیم که پیشگیری بر درمان مقدم است .

بیماری های گیاهی نیز ازروی علائمی مانند تغییر رنگ یا تغییر شکل اندام ها شناسایی می شوند ولی مسئله اینجاست که این علائم مدتها پس از ورود عامل بیماری به بافت گیاه بروز پیدا می کنند به همین خاطر با سریعترین اقدام ها برای جلوگیری از شیوع بیماری باز هم مقداری از محصول از بین می رود .

در نتیجه نیاز به ابزاری که به کمک آن بتوان در همان مراحل ابتدایی ورود عامل بیماری، آن را کنترل و مهار کرد بسیار ضروری به نظر میرسد.

نانو حسگرهای زیستی ابزارهایی هستند که که از تلفیق ابزارهای شیمیایی ، فیزیکی و زیستی بدست آمده اند.

تصویر ورود یک نانوحسگر زیستی به درون یک سلول این حسگرها شامل ترکیبات زیستی مانند یک سلول ، آنزیم و یا آنتی بادی متصل به یک مبدل انرژی هستند و قادرند که تغییرات ایجاد شده در مولکول های اطراف خود را گزارش دهند .

این گزارش ها توسط سیگنالهایی که مبدل انرژی به تناسب با مقدار آلودگی تولید میکند دریافت می شوند.

بنابراین اگر تجمع زیادی از عامل بیماری در اطراف این حسگرها وجود داشته باشد سیگنال های قوی فرستاده می شوند .

ارزیابی حضور آلاینده ها در محیط توسط حسگرها در چند دقیقه میسر است اما با استفاده از روش های رایج حداقل 48 ساعت زمان برای تشخیص نیاز است .

استفاده از نانوحسگرهای زیستی در بسته های غذایی نیز کاربرد که در صورت شروع فساد مواد غذایی می توانند هشدار دهنده باشند