دانلود مقاله نانوتکنولوژی

نانوتکنولوژی

مقدمه

دل هر ذره را که بشکافی آفتابیش در میان بینی   که یکی هست و نیست جز او وحده و لا اله الا هو

بشر برای رسیدن به کمال راههای مختلفی را تجربه کرده و می کند و هر راه رسیدن را نامی داده و از آن جمله است:علوم طبیعی،علم ماوراءالطبیعه و ...

اگر باور داشته باشیم هر ذره که خلق شده رسیدن به کمال را بزرگترین هدف خود قرار داده است پس علوم مختلف یاد شده در پی جستجوی کمال هستند و انسان با اختراع وسایل مختلف فقط راه رسیدن به آن را فراهم نموده است.

نانوتکنولوژی از جمله علومی است که راه چندین ساله را به یکباره طی خواهد کرد،علمی که با شکافتن کوچکترین ذره ی دنیای بزرگ و شگرفی را در فرا راه ما قرار داده و در حال رسیدن به نقطه ای است که بزرگترین علوم را در کوچکترین ذره قرار دهد و انسان را از حیطه ی ظاهر به حیطه ی باطن بکشاند و آنچه نادیدنی است را نشانش دهد.

مطالب این جزوه خواصی را تفکیک کرده تا مطالعه کننده به راحتی به مطالب موردنظرش دست یافته و به آنچه می خواهد برسد.

در این جزوه سعی گردیده شمه ای ازاین علم در تمام گستره ها برای مخاطب داده شود تا خواننده بتواند به آنچه در نظر دارد دست یابد0

به امید آنکه روزی همه با این فناوری آشنایی لازم را پیدا کنند.

و در نهایت:

رسد آدمی به جایی که به جز خدا نبیند     بنگر تا چه حد است طیران آدمیت       

چکیده

نانوتکنولوژی، توانمندی تولید مواد، ابزار و سیستم‌های جدید با کنترل سطوح مولکولی و اتمی و استفاده از خواصی است که در آن سطوح ظاهر می‌شود. نانوتکنولوژی، رشته‌ای جدید نیست، بلکه رویکردی جدید به تمام رشته‌هاست. نانوتکنولوژی، در حوزه‌های مختلفی نظیر: غذا، دارو، تشخیص پزشکی، بیوتکنولوژی، الکترونیک، رایانه، ارتباطات، حمل و نقل، انرژی، محیط زیست، مواد، هوافضا و امنیت ملی، کاربرد دارد. کاربردهای وسیع و پیامدهای اجتماعی، سیاسی و حقوقی نانوتکنولوژی آن را به زمینه‌ای فرابخشی، تبدیل کرده است.

آزمایش و تحقیق در مورد نانوتکنولوژی از ابتدای دهه ۸۰ قرن بیستم به‌طور جدی پیگیری شد، اما آثار معجزه‌آسا و باور نکردنی آن در روند تحقیق و توسعه، توجه همه کشورهای بزرگ را به خود جلب کرد. این امر، فناوری نانو را به یکی از مهم‌ترین اولویت‌های تحقیقاتی در دهه اول قرن بیست و یکم، تبدیل کرد.

استفاده از فناوری نانو در علوم پزشکی، پتروشیمی، مواد، صنایع دفاعی، الکترونیک، رایانه‌های کوانتومی و غیره آن را به عنوان چالشی علمی و صنعتی برای جهانیان مطرح کرد. محققان، اساتید و صنعتگران ایرانی نیز باید در بسیجی همگانی، جایگاه، موقعیت و وضعیت خویش را در مورد این موضوع، مشخص کنند و با برنامه‌ریزی علمی و دقیق به حضوری فعال و رقابتی سالم در این جایگاه روی آورند. طراحی برنامه‌ای منسجم، فراگیر و همه جانبه برای این منظور، اجتناب‌ناپذیر است.

تاریخچه ی فناوری نانو

علم نانو و علوم مرتبط با آن جدید نیستند چرا که صدها سال است که شیمیدانان از تکنیک‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌هایی علم نانو در کار خود استفاده می‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌کنند که بی‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌شباهت به تنکنیک‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌های امروزی نانو نیست. پنجره های رنگارنگ کلیساهای قرون وسطی، شمشیرهای یافت شده در حفاری های سرزمین های مسلمان همگی گویای این مطلب هستند که بشر مدت هاست که از برخی شگردهای این فناوری در بهینه کردن فرایندها و ساخت باکیفیت تر اشیاء بهره می برده است اما تنها به دلیل پیشرفت کم فناوری و نبود امکانات امروزی مانند میکروسکوپ نیروی اتمی، میکروسکوپ تونلی پیمایشی و غیره نتوانسته حوزه مشخصی برای این فناوری تعیین کند.

اولین بار ریچارد فیمن در سال 1959 طی سخنرانی خود با بیان امکان به راه اندازی فرایندی برای دستکاری اتمها و مولکولها با استفاده از ابزارهای دقیق سبب شده تا افکار به سمت توسعه چنین امکانی متمایل شوند. در سال 1974، پروفسور نوریو تانیگوشی، مدرس دانشگاه علوم توکیو، نخستین بار واژه "فناوری نانو" را بکار گرفت. او در مقاله ای با نام "مفهوم اساسی فناوری نانو" اشاره می کند که فناوری نانو اساسا مجموعه ای از فرایندهای تفکیک، ادغام و تشکیل مواد در حد یک اتم یا یک مولکول است. در دهه 1980 ایده ی این تعریف به طور وسیع تر توسط دکتر درکسلر (نویسنده کتاب های موتور خلقت) مورد بررسی قرار گرفت.

فناوری نانو و نانوعلوم در اوایل دهه 1980 با تولد علم کلاستر و اختراع میکروسکوپ تونلی پیمایشی آغاز به کار کرد. این توسعه سبب کشف فلورین در سال 1986 و نانولوله های کربنی در مدت چند سال بعد شد.

تحول دیگر این فناوری مربوط به ساخت نانوکریستالهای نیمه هادی بود که منجر به افزایش شدید تعداد نانوذرات اکسید فلزی نقاط کوانتوم گردید. میکروسکوپ نیروی اتمی 5 سال بعد از میکروسکوپ تونلی پیمایشی اختراع شد تا با کمک آن بتوان اتمها را بررسی کرد.

فناوری نانو یک زمینه بین رشته ای است که در محدوده علوم کاربردی مختلفی نظیر فیزیک، مواد، الکترونیک و غیره وارد شده است. فناوری نانو خود به تنهایی علم نیست بلکه با استفاده از آن می توان به کاربردی کردن علوم مختلف کمک کرد. فناوری نانو به سه صورت تعریف می شود:

 فناوری نانو محدوده تحقیقات و مطالعه مواد و خصوصیات آنها در محدوده 1- 100 نانومتر را در بر می گیرد.(1

. 2)با کمک فناوری نانو ساختارهای نانویی می توان خلق کرد که خصوصیات آنها با ساختارهای ماکروسکوپی همان مواد متفاوت است

. با کمک فناوری نانو می توان در اتمها از طریق کنترل خصوصیات تغییراتی ایجاد کرد(3

 تعریف نانوتکنولوژی و آشنایی با آن

"نانو تکنولوژی" (Nanotechnology) نانو تکنولوژی در ترجمه لفظی، به معنی تکنولوژی بسیار کوچک ( "نانو" به معنی بسیار بسیار کوچک، مقیاس10 به توان 9- بار کوچک تر) می باشد. به وسیله   می توان در خواص مولکولهای تشکیل دهنده مواد تغییر ایجاد نمود تا از این مواد بهتر استفاده کرد.یا به عبارتی دیگر پیوند علم مواد، شیمی و علوم مهندسی فناوری نانو نامیده می‌شود. هدف این فناوری تولید مولکولی یا ساخت اتم به اتم و مولکول به مولکول اشیاء توسط بازوهای روبات برنامه‌ریزی شده در مقیاس یک نانومتر است (نانومتر یک میلیاردم متر است یعنی پهنای معادل با ۳ تا ۴ اتم.)زمانی که مواد در مقیاس نانو مطالعه و بررسی می شوند واکنش های و رفتار اتمها در مقایسه با حالتی که مطالعه در سطح مولکولی انجام می شوند کاملا متفاوت است چرا که در این قلمرو خصوصیات فیزیکی مواد تغییر می کند این درست مانند این است که در توپی را در محفظه ای بیندازید و توپی دیگری را از آن محفظه بیرون آورید. تفاوت در قلمرو نانو به اندازه ای است که حتی رنگ، نقطه ذوب، خصوصیات شیمیایی و غیره مواد در خارج از این محدوده کاملا متفاوت است.

در فناوری نانو برای ساخت دو روش در نظر گرفته می شود: روش ساخت پایین به بالا و روش ساخت بالا به پایین. در روش ساخت پایین به بالا، وسایل و مواد از سطح مولکولی بر اساس اصول شیمی مولکولی ساخته می شوند درست مانند یک دیوار که از روی هم گذاشتن آجر به آجر ساخته می شود.

در روش ساخت بالا به پایین، اشیاء نانویی بدون کنترل اتمی در مقادیر بزرگتر ساخته می شوند به این طریق که در ساخت آنها از تجهیزات پیشرفته این فناوری مانند میکروسکوپ اتمی و میکروسکوپ تونلی پیمایشی استفاده می شود تا فرایند دستکاری و ایجاد پدیده ها و خصوصیات جدید در اشیاء نانویی ظهور یابند.

امروزه فناوری نانو در ساخت پلیمرهایی با ساختار مولکولی، طراحی تراشه های کامپیوتری کاربرد دارد. همچنین از این فناوری در ساخت مواد آرایشی، انواع پوشش ها و روکش های محافظتی و لباسهای مقاوم نیز استفاده می شود.

تعریفی برای فناوری نانو ارائه می دهد که دربرگیرنده ی هر سه تعریف ذیل باشد:NNIالبته در حالیکه تعاریف زیادی برای فناوری نانو وجود دارد

 .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.

 3)توانایی کنترل یا دستکاری در سطوح اتمی.

فناوری نوین نانوتکنولوژی، تمام دنیا را فرا گرفته است. به بیان دیگر، «نانوتکنولوژی بخشی از آینده نیست بلکه همه آینده است». در این نوشتار بعد از تعریف نانوتکنولوژی و بیان کاربردهای آن دلایل و ضرورت‌های توجه به این فناوری، بیان شده است.

1)تولید،مواد و محصولات صنعتی 

نانوتکنولوژی تغییر بنیانی مسیری است که در آینده، موجب ساخت مواد و ابزار خواهد شد. امکان سنتز بلوک‌های ساختمانی نانو با اندازه و ترکیب به دقت کنترل شده و سپس چیدن آنها در ساختارهای بزرگ‌تر، که دارای خواص و کارکرد منحصر به فرد باشند، انقلابی در مواد و فرایندهای تولید آنها، ایجاد می‌کند. محققان، ساختارهایی از مواد را ایجاد خواهند کرد که در طبیعت وجود ندارد و شیمی مرسوم، قادر به ایجاد آنها نیست. برخی از مزایای نانوساختارها عبارتند از: مواد سبک‌تر، قوی‌تر و قابل برنامه‌ریزی، کاهش هزینه عمر کاری با کاهش دفعات نقص فنی، ابزار نوین بر پایه اصول و معماری جدید و به‌کارگیری کارخانه‌های مولکولی یا خوشه‌ای که مزیت مونتاژ مواد در سطح نانو را دارند.

.2)پزشکی و بدن انسان

رفتار مولکولی در مقیاس نانومتر، سیستم‌های زنده را اداره کرده و مقیاسی را ایجاد می‌کند که شیمی، فیزیک، زیست‌شناسی و شبیه‌سازی رایانه‌ای به آن سمت گرایش دارند.نانوتکنولوژی، فراتر از استفاده بهینه از دارو، فرمولاسیون و مسیرهایی برای رهایش داروتهیه می‌کند و توان درمانی داروها را به نحو حیرت‌انگیزی، افزایش می‌دهد.مواد زیست سازگار با کارایی بالا، از توانایی بشر در کنترل نانوساختارها به دست می‌آیند. نانو مواد سنتزی معدنی و آلی را می‌توان نظیر اجزای فعال، برای اعمال نقش تشخیصی، (مثل ذرات کوانتومی که برای مرئی‌سازی به کار می‌رود) درون سلول‌ها وارد کرد.افزایش توان محاسباتی به وسیله نانوتکنولوژی، ترسیم وضعیت شبکه‌های ماکرومولکولی را در محیط‌های واقعی ممکن می‌کنند. این‌گونه شبیه‌سازی‌ها برای بهبود قطعات کاسته شده زیست سازگار در بدن و برای فرایند کشف دارو، الزامی هستند.

3)دوام‌پذیری منابع کشاورزی، آب، انرژی، مواد و محیط زیست پاک

نانو تکنولوژی تغییراتی شگرف در استفاده از منابع طبیعی، انرژی و‌آب ایجاد می‌کند و پساب و آلودگی را کاهش می‌دهد. همچنین فناوری‌های جدید، امکان بازیافت مجدد از مواد، انرژی و آب را فراهم خواهند کرد. نانوتکنولوژی، بر محیط زیست، تأثیری قابل توجه دارد. از آن جمله: ایجاد و درمان مسائل زیست محیطی با کنترل انتشار آلاینده‌ها، توسعه فناوری‌های «سبز» جدید که محصولات جانبی کمتری دارند. نانوتکنولوژی، توان حذف آلودگی‌های کوچک از منابع آبی (کمتر از ۲۰۰ نانومتر) و هوا (زیر ۲۰ نانومتر) و اندازه‌گیری و تخفیف مداوم آلودگی را در مناطق بزرگ‌تر دارد..