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.

نانوتکنولوژی و کاربردهای آن فناوری نانو، عنصری اساسی برای درک بهتر طبیعت در دهه‌های آینده خواهد بود.

همکاری‌های تحقیقاتی میان رشته‌ای، آموزش خاص و انتقال ایده‌ها و افراد به صنعت از جمله مزایای نانوتکنولوژی در آینده است.

بخشی از تأثیرات و کاربردهای نانوتکنولوژی به شرح زیر 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..

نانوتکنولوژی تغییراتی شگرف در استفاده از منابع طبیعی، انرژی و‌آب ایجاد می‌کند و پساب و آلودگی را کاهش می‌دهد.

نانوتکنولوژی می‌تواند کارایی، ذخیره‌سازی و تولید انرژی را تحت تأثیر قرار دهد مصرف آن را کاهش دهد.

برای مثال، شرکت‌های مواد شیمیایی، مواد پلیمری تقویت شده با نانوذرات را ساخته‌اند که می‌تواند جایگزین اجرای فلزی بدنه خودروها باشد.

استفاده گسترده از این نانوکامپوزیت‌ها سالیانه ۵/۱ میلیارد لیتر صرفه‌جویی در مصرف بنزین، ایجاد می‌کند.

روشنایی۱۰ سال آینده، تغییرات عمده‌ای خواهد داشت.

نیمه هادی‌های مورد استفاده در دیودهای نورانی در 10(LED به مقدار زیاد در ابعاد نانو تولید خواهد شد.

تقریباً ۲۰ درصد از کل برق تولیدی امریکا، صرف روشنایی (چه لامپ‌های التهابی معمولی و چه فلوئورسنت) می‌شود، اما مطابق پیش‌بینی‌ها در ۱۰ تا ۱۵ سال آینده، پیشرفت‌های نانوتکنولوژی، مصرف جهانی را بیش از ۱۰درصد کاهش می‌دهد و سالانه ۱۰۰ میلیارد دلار، صرفه‌جویی و ۲۰۰ میلیون تن، کاهش انتشار کربن را به همراه دارد.

4)هوا و فضا محدودیت‌های شدید سوخت برای حمل بار به مدار زمین و ماورای آن و ارسال فضاپیما برای مأموریت‌های طولانی به مناطق دور از خورشید، کاهش اندازه، وزن و توان مصرفی را اجتناب‌ناپذیر می‌کند.

مواد و ابزار نانوساختاری، امیدهایی را برای حل این مشکل، ایجاد کرده است.

نانو ساختن ،طراحی و ساخت مواد سبک‌وزن، پرقدرت و سکوهای اکتشافی سیاره‌ای یا خورشیدی، فراهم کرده است.

استفاده روزافزون از سیستم‌های کوچک شده خودکار به پیشرفت‌های شگرف در فناوری ساخت و تولید می‌انجامد.

توجه به اینکه محیط فضا، نیروی جاذبه کم و خلأ بالا دارد، توسعه نانوساختارها و سیستم‌های نانو که ساخت آنها در زمین ممکن نیست درفضا میسر خواهد شد.

۵)امنیت ملی برخی کاربردهای دفاعی نانوتکنولوژی عبارتند از: تسلط اطلاعاتی با نانوالکترونیک پیشرفته به عنوان قابلیتی مهم و نظامی، امکان آموزش مؤثر نیرو به کمک سیستم‌های واقعیت مجازی پیچیده و به دست آمده از الکترونیک نانوساختاری، استفاده بیشتر از اتوماسیون و رباتیک پیشرفته برای جبران کاهش نیروی انسانی نظامی، کاهش خطر برای سربازان و بهبود کارایی خودروهای نظامی، دستیابی به کارایی بالاتر (وزن کمتر و قدرت بیشتر) در صحنه‌های نظامی، کاهش نقص فنی و هزینه در عمر کاری تجهیزات نظامی، پیشرفت در شناسایی و مراقبت از عوامل شیمیایی، زیستی و هسته‌ای، بهبود طراحی در سیستم‌های کنترل و مدیریت عدم تکثیر سلاح‌های هسته‌ای، تلفیق ابزار نانو و میکرومکانیکی برای کنترل سیستم‌های دفاع هسته‌ای، فرصت‌های اقتصادی و نظامی مکمل یکدیگرند.

کاربردهای درازمدت نانوتکنولوژی در زمینه‌های دیگر، پشتیبانی کننده امنیت ملی خواهد بود.

6)کاربرد نانوتکنولوژی در صنعت الکترونیک نانوتکنولوژی، ذخیره اطلاعات را در مقیاس فوق‌العاده کوچک، ممکن می‌کند.

فناوری نانو، ظرفیت ذخیره اطلاعات را در حد ۱۰۰۰ برابر یا بیشتر افزایش می‌دهد و در نهایت، ابزار ابرمحاسباتی کوچکی به اندازه ساعت مچی، ساخته خواهد شد.

اگر ظرفیت نهایی ذخیره اطلاعات به حدود یک ترابیت در هر اینچ ربع برسد، ذخیره ۵۰ عدد DVD .یا بیشتر در هارد دیسکی با ابعاد یک کارت اعتباری، ممکن خواهد شد.ساخت تراشه‌ها در اندازه‌هایی کوچک نظیر ۳۲ تا ۹۰ نانومتر و یا تولید دیسک‌های نوری ۱۰۰ گیگا بایتی در اندازه‌های کوچک از جمله این موارد است.

حسگر چیست؟

حسگر یک وسیله ی الکتریکی است که تغییرات فیزیکی یا شیمیایی را اندازه گیری می کند وآنها را به سیگنالهای الکتریکی تبدیل می نماید.

حسگرها درواقع ابزار ارتباط ربات با دنیای خارج وکسب اطلاعات محیطی ونیز داخلی می باشند، ویا به طور کلی ابزارهایی هستند که تحت شرایط خاص ازخود واکنشهای پیش بینی شده ومورد انتظار نشان می دهند.

شاید بتوان دماسنج را جزء اولین حسگرهایی دانست که بشرساخت.

ساختار کلی یک حسگر: درطراحی یک حسگر دانشمندان علوم مختلف مانند بیوشیمی، بیولوژی، الکترونیک، شاخه های مختلف شیمی و فیزیک حضوردارند.

قسمت اصلی یک حسگرشیمیایی یا زیستی عنصرحسگر آن می باشد.

عنصرحسگر در تماس با یک آشکارساز است.

این عنصرمسئول شناسایی و پیوند شدن با گونه ی مورد نظر در یک نمونه ی پیچیده است.

سپس آشکارساز سیگنالهای شیمیایی را که در نتیجه ی پیوند شدن عنصرحسگر با گونه ی موردنظر تولید شده است را به یک سیگنال خروجی قابل اندازه گیری تبدیل می کند.

حسگرهای زیستی بر اجزای بیولوژیکی نظیرآنتی بادی ها تکیه دارند.

آنزیمها ، گیرنده ها یا کل سلولها می توانند به عنوان عنصر حسگرمورد استفاده قرار گیرند.

خصوصیات حسگرها: یک حسگرایده آل باید خصوصیات زیررا داشته باشد: .1)سیگنال خروجی باید متناسب با نوع و میزان گونه ی هدف باشد .2)بسیار اختصاصی نسبت به گونه مورد نظر عمل کند .3)قدرت تفکیک و گزینش پذیری بالایی داشته باشد 4)تکرارپذیری و صحت بالایی داشته باشد.

5)سرعت پاسخ دهی بالایی داشته باشد.

( درحد میلی ثانیه) 6)عدم پاسخ دهی به عوامل مزاحم محیطی مانند دما ، قدرت یونی محیط و...

نانوحسگرها با پیشرفت علم در دنیا و پیدایش تجهیزات الکترونیکی و تحولات عظیمی که در چند دهه ی اخیر و درخلال قرن بیستم به وقوع پیوست نیاز به ساخت حسگرهای دقیق تر،کوچکتر و دارای قابلیتهای بیشتر احساس شد.

امروزه از حسگرهایی با حساسیت بالا استفاده می شود به طوریکه در برابر مقادیر ناچیزی از گاز، گرما و یا تشعشع حساس اند.

بالا بردن درجه ی حساسیت، بهره و دقت این حسگرها به کشف مواد و ابزارهای جدید نیاز دارد.

نانو حسگرها، حسگرهایی در ابعاد نانومتری هستند که به خاطرکوچکی و نانومتری بودن ابعادشان از دقت و واکنش پذیری بسیار بالایی برخوردارند به طوری که حتی نسبت به حضور چند اتم از یک گاز هم عکس‌العمل نشان می دهند.

انواع نانو حسگرها: نانوحسگرها براساس نوع ساختارشان به سه دسته ی نقاط کوانتومی ، نانولوله های کربنی و نانوابزارها تقسیم بندی می شوند: 1)استفاده از نقاط کوانتومی درتولید نانو حسگرها: نقاط کوانتومی به عنوان بلورهای نیمه هادی کوچک تعریف می شوند.

با کنترل ابعاد نقاط کوانتومی، میدان الکترومغناطیسی نور را دررنگها و طول موجهای مختلف، منتشرمی کند.

به عنوان مثال، نقاط کوانتومی از جنس آرسنیدکادمیوم با ابعاد 3 نانومتر نور سبز منتشر می کند؛ درحالی که ذراتی به بزرگی 5/5 نانومتر از همان ماده نور قرمز منتشرمی کند.

به دلیل قابلیت تولید نور در طول موجهای خاص نقاط کوانتومی ، این بلورهای ریز در ادوات نوری به کارمی روند.

دراین عرصه از نقاط کوانتومی در ساخت آشکارسازهای مادون قرمز، دیودهای انتشار دهنده ی نورمی توان استفاده نمود.

آشکارسازهای مادون قرمز از اهمیت فوق العاده ای برخوردارند.

مشکل اصلی این آشکارسازها مسئله ی خنک سازی آنهاست.

برای خنک سازی این آشکارسازها از اکسیژن مایع وخنک سازی الکترونیکی استفاده می شود.

این آشکارسازها برای عملکرد صحیح باید دردماهای بسیار پائین، نزدیک به 80 درجه کلوین کارکنند، بنابراین قابل استفاده در دمای اتاق نیستند، درصورتی که از آشکارسازهای ساخته شده با استفاده از نقاط کوانتومی می توان به راحتی در دمای اتاق استفاده کرد.

2)استفاده ازنانولوله ها درتولید نانوحسگرها: نانو لوله های کربنی تک دیواره و چند دیواره به علت داشتن خواص مکانیکی و الکترونیکی منحصر به فردشان کاربردهای متنوعی پیدا کردند که از جمله می توان به استفاده از آنها به عنوان حسگرهایی با دقت بسیار بالا برای تشخیص مواد در غلظتهای بسیار پائین و با سرعت بالا اشاره کرد.

به طورکلی کاربرد نانو لوله ها در حسگرها را می توان به دو دسته تقسیم کرد: الف ) نانولوله های کربنی به عنوان حسگرهای شیمیایی: این حسگرها می توانند دردمای اتاق غلظتهای بسیارکوچکی از مولکولهای گازی با حساسیت بسیاربالا را آشکارسازی کنند.

حسگرهای شیمیایی شامل مجموعه ای از نانولوله های تک دیواره هستند و میتوانند مواد شیمیایی مانند دی اکسید نیتروژن ( NO2 ) وآمونیاک ( NH3 ) را آشکارکنند.

هدایت الکتریکی یک نانولوله نیمه هادی تک دیواره که درمجاورت ppm200 از NO2 قرارداده می شود، می تواند در مدت چند ثانیه تا سه برابر افزایش یابد و به ازای اضافه کردن فقط 2% NH3 هدایت دو برابر خواهد شد.

حسگرهای تهیه شده ازنانولوله های تک دیواره دارای حساسیت بالایی بوده ودردمای اتاق هم زمان واکنش سریعی دارند.

این خصوصیات نتایج مهمی درکاربردهای تشخیصی دارند.

ب) نانولوله های کربنی به عنوان حسگرهای مکانیکی: هنگامی که یک نانولوله توسط جسمی به سمت بالا یا پائین حرکت می کند، هدایت الکتریکی آن تغییر می یابد.

این تغییر در هدایت الکتریکی، با تغییر شکل مکانیکی نانولوله کاملا ً متناسب است.

این اندازه گیری به وضوح امکان استفاده از نانولوله ها را به عنوان حسگرهای مکانیکی نشان می دهد.

یا می توان با استفاده از مواد واسط مانند پلیمرها در فاصله ی میان نانولوله های کربنی وسیستم، نانولوله های کربنی را برای ساخت بیوحسگرها توسعه داد.

شبیه سازی های دینامیکی نشان می دهد که برخی پلیمرها مانند پلی اتیلن می توانند به صورت شیمیایی با نانولوله کربنی پیوند یابند.

همچنین مولکول بنزن نیز می تواند به وسیله ی پیوندهای واندروالس روی نانولوله ی کربنی جذب شود.

این تحقیقات کاربردهای بسیار متنوع و وسیع نانولوله ها ی کربنی را نشان می دهد.

تحقیق دراین زمینه هنوزدرحال توسعه وپیشرفت است ومطمئنا ً درآینده ای نه چندان دور شاهد به کارگیری آنها درابزارها و صنایع مختلف خواهیم بود.

3)استفاده ازنانو ابزارها درتولید نانوحسگرها: با استفاده از این حسگرها شناسایی مقادیر بسیار کم آلودگی شیمیایی یا ویروس و باکتری در سامانه ی کشاورزی وغذایی ممکن است.

تحقیقات درزمینه ی نانوابزارها جزء پژوهشهای علمی به روز دنیاست.

نانو حسگرها و کنترل آلودگی هوا: یکی از نیازهای مهم و اساسی در ارتباط با کنترل آلودگی محیط زیست، پایش مستمرآلودگی هواست.

با استفاده از نانوحسگرها پیشرفت مؤثری در زمینه ی کنترل آلودگی هوا صورت گرفته است.

یکی از این راهکارها اختراع غبارهای هوشمند می باشد.

غبارهای هوشمند مجموعه ای از حسگرهای پیشرفته به صورت نانو رایانه های بسیارسبک هستند که به راحتی ساعتها درهوا معلق باقی می مانند.

این ذرات بسیار ریز از سیلیکون ساخته می شوند و می توانند ازطریق بی سیم موجود درخود اطلاعات موجود در خود را به یک پایگاه مرکزی منتقل کنند.

سرعت این انتقال حدود یک کیلوبایت در ثانیه است.

هم چنین حسگرهایی از جنس نانولوله های تک لایه ساخته شده اند که می توانند مولکولهای گازهای سمی را جذب کنند و همچنین آنها قادر به شناسایی تعداد معدودی از گازهای مهلک موجود درمحیط هستند.

محققان معتقدند این نانوحسگرها برای شناسایی گازهای بیوشیمیایی جنگی و آلاینده های هوا کاربرد خواهند داشت.

مبارزه با انتشار گازهای سمی: انتشار و پخش گازهای مهلک و سمی یکی از خطرات روزمره زندگی صنعتی است.

متأسفانه هشدار دهنده‌های موجود در صنعت اغلب بسیار دیر موفق به شناسائی این‌گونه گازهای نشتی می‌شوند.

نانوحس‌گرها که از نانوتیوب‌های تک لایه به ضخامت حدود یک نانومتر ساخته شده‌اند و می‌توانند مولکول‌های گازهای سمی را جذب کنند.

آنها هم‌چنین قادر به شناسائی تعداد معدودی از مولکول‌های گازهای مهلک در محیط هستند.

محققان مدعی‌اند که این حس‌گرها برای شناسائی به هنگام گازهای بیوشیمیائی جنگی، آلاینده‌های هوا و حتی مولکول‌های آلی موجود در فضا کاربرد خواهند داشت.

جذابیت‌های نانوحسگرها به طور صریح این قبیل مزایای نانوحسگرها باعث شده است که به عنوان فرصتی وسوسه‌انگیز برای بازار تلقی شوند.

نانوحسگرها به طور ذاتی کوچک‌تر و حساس‌تر از سایر حسگرها می‌باشند.

همچنین این ظرفیت را دارند که قیمت تمام شده آنها کمتر از قیمت تمام‌شده حسگرهای موجود در بازار باشد.

برای مثال اگر قیمت حسگرهای صنعتی متداول امروزی، چند 10 هزار دلار باشند برای نانوحسگرهایی که بتوانند همان کار را انجام دهند به صورت نظری چند 10 دلار برآورد می‌شود.

نانوحسگرها همچنین هزینه جاری را نیز کاهش می‌دهند؛ زیرا به طور ذاتی برق کمتری مصرف می‌کنند.

درنهایت از آنجایی که نانوحسگرها هزینه‌های خرید و اجرا را کاهش می‌دهند؛ ممکن است به‌کارگیری آنها به صورت آرایه‌ها و توده‌ها مقرون به صرفه باشد و همچنین بتوانند به شکل فراگیر و حتی اضافی در قطعات کاربرد پیدا کنند؛ به طوری‌که اگر یک نانوحسگر از کار بیفتد و از مدار خارج شود بتوان از آن صرف نظر کرد و ضریب امنیت در حد مطلوبی باقی بماند، زیرا تعداد زیادی نانوحسگر دیگر در سیستم می‌توانند کار آن را به عهده بگیرند.

در بخش نظامی و امنیت ملی نیز احتیاج به حسگرهای بسیار حساسی است که بتوانند به صورت گسترده توزیع شوند تا به کمک آنها بتوان تشعشعات و بیوسم‌های زیستی را مورد بررسی قرار داد.

در زمینه پزشکی نیاز به حسگرهای بسیار حساسی به صورت آزمایشگاه‌هایی بر روی تراشه است که بتوانند کوچک‌ترین علائم نشان‌دهنده سرطان را شناسایی کنند.

در صنایع هوافضا احتیاج به نانوحسگرهایی است که در بدنه هواپیماها به عنوان سیستم هشداردهنده ثابت قرار بگیرند و مشخص کنند که چه زمانی هواپیما احتیاج به تعمیرات دارد.

در صنایع اتومبیل می‌توان از نانوحسگرها برای مصرف بهینه سوخت استفاده کرد.

همچنین در اتومبیل‌های گران‌قیمت می‌توان برای بهبود وضعیت صندلی و وضعیت کنترل‌های موجود به تناسب حالت‌های مختلف بدن، این نانوحسگرها را مورد استفاده قرار داد.

آینده نگری: می توان انتظار داشت که در آینده با ترکیب محرک ها و نانوحسگرها بتوان مواد هوشمندی ساخت که در فرآیندهای تولید سیستم های پیچیده نقش های مهمی ایفا کرده و فناوری جدید دیگری را پایه ریزی کنند.

گرچه موانعی مانند افزایش قیمت، اطمینان پذیری از تاثیر آنها و نیز اطمینان از کاربرد آنها در زمینه های صلح آمیز نیز باید از سر راه برداشته شوند.

هدف نهایی نانو تعیین بودجه‌های کلان در کشورهای صنعتی برای تحقیقات در زمینه نانوتکنولوژی بسیاری از کشورهای توسعه یافته و در حال توسعه، برنامه‌هایی را در سطح ملی برای پشتیبانی از فعالیت‌های تحقیقاتی و صنعتی نانوتکنولوژی تدوین و اجرا می‌کند.

نانوتکنولوژی به عنوان انقلابی در شرف وقوع، آینده اقتصادی کشورها و جایگاه آنها را در جهان، تحت تأثیر قرار خواهد داد.

صاحب‌نظران و محققان کشورهای مخالف این امر را تبیین کرده‌اند.

در بخشی از این کشورها، در ۲ سال اخیر تحرکات شدیدی از سوی دولت‌ها برای سرعت‌بخشی به توسعه نانوتکنولوژی انجام شده است و فعالیت‌های خودجوش محققان، با تشویق و حمایت‌های مستقیم دولت، ادامه یافته است.

نمودار یک، میزان سرمایه‌گذاری دولت‌ها را نشان می‌دهد.

● اهمیت مطرح شدن طرح بسیاری از کشورهای پیشرفته و در حال پیشرفت، برنامه‌هایی را برای پشتیبانی از فعالیت‌های تحقیقاتی و صنعتی نانوتکنولوژی تدوین و اجرا می‌کنند، اما سؤالی مهم برای کشور ما و کشورهایی که هنوز به نانوتکنولوژی به؟؟؟

توجه نکرده‌اند، این است که آیا باید با این روند همراه شد یا خیر؟

فضای بسیار بزرگ نانوتکنولوژی و حجم وسیع فعالیت‌های مربوط به آن در دنیا، این باور را به انسان القا می‌کند که دیر یا زود باید آینده‌نگری کرده و برای ورود به آن اقدام کرد.

●.

ورود کشورها به عرصه نانوتکنولوژی، اجتناب‌ناپذیر است صاحب‌نظران و محققان، نانوتکنولوژی را مساوی آینده دانسته‌اند.

کمیته مشاوران رئیس‌جمهور امریکا در علوم فناوری در تأیید برنامه ملی نانوتکنولوژی برای سال ۲۰۰۱، از نانوتکنولوژی به عنوان محور آینده جهان یاد می‌کند.

صاحب‌نظران به دلیل تأثیرات این فنوری بر بیشتر فناوری‌های موجود، معتقدند متخصصان رشته‌های مختلف بدون گرایش به مباحث مقیاس نانو در دهه‌های آینده فرصتی برای رشد ندارند.

آنها شکوفایی فناوری‌های مهم نظیر فناوری اطلاعات و بیوتکنولوژی را بدون بهره‌گیری از نانوتکنولوژی مختل می‌دانند.

● دلایل ضرورت ورود کشور به عرصه نانوتکنولوژی مهم‌ترین دلایل ضرورت توجه کشورهایی نظیر ایران به نانوتکنولوژی به قرار زیر است: : 1)تأثیر اساسی نانوتکنولوژی بر رشد و پیشرفت بسیاری از فناوری‌ها ماهیت فرارشته‌ای فناوری نانو به عنوان توانمندی تولید مواد، ابزار و سیستم‌های جدید با دقت اتم و مولکول، موجب تعریف کاربردهای بسیاری در عرصه‌های مختلف علمی و صنعتی شده است.

نانوتکنولوژی کاربردهای بسیاری در حوزه‌های دارو، غذا، بهداشت، درمان بیماری‌ها، محیط‌زیست، انرژی، الکترونیک، رایانه، اطلاعات، مواد، ساخت، تولید، هوافضا، بیوتکنولوژی، کشاورزی، امنیت ملی و دفاع دارد.

این فناوری بر تمام فناوری‌ها تأثیر می‌گذارد و دیر یا زود باید شاهد محصولات آنها بود.

برای مثال در بخش پزشکی و بهداشت، زمینه کاری بسیار مهم، سیستم توزیع دارو در داخل بدن است.

مصرف فعلی دارو به صورت حجمی است در حالی که سلول‌های خاصی از بدن نیازمند آن هستند.

دارو در روش تزریق با وسایل جدید به صورت مستقیم و به سلول‌های مشخص، تحویل داده می‌شود.

بنابراین، بیماری‌های بزرگ و کوچک با این مکانیزم در آغاز شکل‌گیری، درمان می‌شوند.

در بخش مواد نیز پروژه‌هایی در حال اجراست که موادی با وزن بسیار کم و خواص مناسب، تولید می‌کنند.

این مواد در ساختمان، خودرو، هواپیما و دیگر ملزومات زندگی انسان‌ها کاربرد دارند.

بنابراین، نانوتکنولوژی عرصه‌ای وسیع از زندگی انسان‌ها را در برخواهد گرفت و نمی‌توان از آن چشم‌پوشی کرد.

2)تأثیر نانوتکنولوژی بر امنیت جهانی نانوتکنولوژی به لحاظ دفاعی هم فرصت است و هم تهدید، این فناوری کاربردهای زیاد در امور نظامی دارد.

بخش دفاعی کشورهای مختلف به تحقیق و توسعه نانوتکنولوژی، گرایش دارند.

این کاربردها از لباس‌های محافظ تا پرنده‌های بسیار کوچک، تجهیزات اطلاعاتی و بسیاری موارد دیگر است و هم‌اکنون با حمایت وزارتخانه‌های دفاع کشورهایی نظیر: امریکا، ژاپن و دیگر کشورهای اروپایی به صورت پروژه‌های تحقیقاتی در حال انجام است.

این فناوری از این جهت برای کشورها تهدید محسوب می‌شود، اما برای کشورهایی که با استفاده از روند موجود، جایگاهی را در آینده امنیت جهانی برای خود در نظر بگیرند، فرصت خواهد بود.

با توجه به تنوع کاربردهای نانوتکنولوژی، در آینده رقابت بین‌المللی کشورها نقش مؤثر دارد.

● نتیجه گیری شواهد نشان می‌دهد که درصدی بالا از بازار محصولات مختلف بر نانوتکنولوژی، متکی خواهد بود.

دولت‌ها و شرکت‌های بزرگ و کوچک به دنبال کسب جایگاهی برای خود در این بازارها هستند.

میهیل روکو، رئیس کمیته علوم و فناوری نانو در ریاست جمهوری امریکا بر پتانسیل نانوتکنولوژی برای تغییر چشمگیر اقتصاد جهانی تأکید کرده است.

وی معتقد است نانوتکنولوژی در ده الی ۱۵ سال آینده، بازار نیمه هادی را به طور کامل تحت تأثیر قرار خواهد داد.

سازندگان پردازنده‌های رایانه در امریکا و ژاپن از ورود پردازنده‌های حاوی یک میلیارد نانوترانزیستور تا پیش از ۱۰ سال آینده خبر داده‌اند.

برای مثال شرکت اینتل اعلام کرده است در سال ۲۰۰۷ پردازنده‌های متکی بر نانوترانزیستور را با قدرت و سرعت بیشتر و مصرف کمتر به بازار، عرضه خواهد کرد.

نیمی از صنعت دارو تا ۱۵ سال آینده بر نانوتکنولوژی، متکی خواهد بود و به وسایل تزریق جدید و آموزش‌های پزشکی روزآمد، نیاز خواهد داشت.

مواد شیمیایی نیز دارای بازار ۱۰۰ میلیارد دلاری کاتالیست‌ها هستند و تا ۱۰ سال آینده بر کاتالیست‌های نانوساختاری، متکی خواهد بود.

از هم‌اکنون بازاری برای به‌کارگیری مواد جدید در محصولات، شکل گرفته است.

این مواد، خواص جدید و فوق‌العاده‌ای به محصولات می‌بخشند و قیمت آنها را کاهش می‌دهند.

مثلاً نانو لوله‌های کربنی با وزن کمتر و استحکام بیشتر نسبت به موادی نظیر فولاد، بخش‌های از صنایع را تحت تأثیر قرار خواهد داد.

از آنجا که سهم هر کشور یا بنگاه در زمان شکل‌گیری بازار، تثبیت می‌شود، زمان سرمایه‌گذاری برای دستیابی به جایگاه مناسب، امروز است.

سؤالی که پیش می‌آید این است: جایگاه کشورهایی که به نانوتکنولوژی دسترسی ندارند، در بازارهای آینده و اقتصاد جهانی چه خواهد بود؟

منابع و مآخذ: WWW.NANOCLUB.IR WWW.IRANNANO.ORG WWW.SMSM.IR WWW.MIS1.IUIEDU.COM فهرست مطالب عنوان صفحه مقدمه چکیده تاریخچه ی فناوری نانو تعریف نانوتکنولوژی و آشنایی با آن نانوتکنولوژی و کاربردهای آن 1)تولید،مواد و محصولات صنعتی 2)پزشکی و بدن انسان 3)دوام‌پذیری منابع کشاورزی، آب، انرژی، مواد و محیط زیست پاک 4)هوا و فضا ۵)امنیت ملی 6)کاربرد نانوتکنولوژی در صنعت الکترونیک حسگر چیست؟

ساختار کلی یک حسگر خصوصیات حسگرها نانوحسگرها انواع نانو حسگرها 1)استفاده از نقاط کوانتومی درتولید نانو حسگرها 2)استفاده ازنانولوله ها درتولید نانوحسگرها 3)استفاده ازنانو ابزارها درتولید نانوحسگرها نانو حسگرها و کنترل آلودگی هوا مبارزه با انتشار گازهای سمی جذابیت‌های نانوحسگرها آینده نگری هدف نهایی نانو اهمیت مطرح شدن طرح ورود کشورها به عرصه نانوتکنولوژی، اجتناب‌ناپذیر است دلایل ضرورت ورود کشور به عرصه نانوتکنولوژی 2)تأثیر نانوتکنولوژی بر امنیت جهانی نتیجه گیری منابع و مآخذ