نانوتکنولوژی چیست؟

نانوتکنولوژی چیست؟

نانوتکنولوژی تولید کارآمد مواد و دستگاهها و سیستمها با کنترل ماده در مقیاس طولی نانومتر، و بهره برداری از خواص و پدیده های نوظهوری است که در مقیاس نانو توسعه یافته اند. یک نانومتر چقدر است؟

یک نانومتر یک میلیاردم متر (9-m 10) است. این مقدار حدوداً چهار برابر قطر یک اتم است. مکعبی با ابعاد 5/2 نانومتر ممکن است حدود 1000 اتم را شامل شود. کوچکترین IC های 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 اندازه ای 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. فین من طی یک سخنرانی در انستیتو تکنولوژی کالیفرنیا در سال 1959 اشاره کرد که اصول و مبانی فیزیک امکان ساخت اتم به اتم چیز ها را رد نمی کند. وی اظهار داشت که می توان با استفاده از ماشین های کوچک ماشین هایی به مراتب کوچک تر ساخت و سپس این کاهش ابعاد را تا سطح خود اتم ادامه داد. همین عبارت های افسانه وار فاینمن من راهگشای یکی از جذاب ترین زمینه های نانو تکنولوژی یعنی ساخت روبوت هایی در مقیاس نانو شد. در واقع تصور در اختیار داشتن لشکری از نانوماشین هایی در ابعاد میکروب که هر کدام تحت فرمان یک پردازنده مرکزی هستند ، هر دانشمندی را به وجد می آورد. در رویای دانشمندانی مثل جی استورس هال (J.Storrs Hall) و اریک درکسلر (E.Drexler) این روبوت ها یا ماشین های مونتاژکن کوچک تحت فرمان پردازنده مرکزی به هر شکل دلخواهی درمی آیند. شاید در آینده ای نه چندان دور بتوانید به کمک اجرای برنامه ای در کامپیوتر، تختخوابتان را تبدیل به اتومبیل کنید و با آن به محل کارتان بروید. چرا این مقیاس طول اینقدر مهم است؟

خواص موجی شکل (مکانیک کوآنتمی) الکترونهای داخل ماده و اثر متقابل اتمها با یکدیگر از جابجایی مواد در مقیاس نانومتر اثر می پذیرند. با تولید ساختارهایی در مقیاس نانومتر، امکان کنترل خواص ذاتی مواد ازجمله دمای ذوب، خواص مغناطیسی، ظرفیت بار و حتی رنگ مواد بدون تغییر در ترکیب شیمیایی بوجود می آید. استفاده از این پتانسیل به محصولات و تکنولوژیهای جدیدی با کارایی بالا منتهی می شود که پیش از این میسر نبود. نظام سیستماتیک ماده در مقیاس نانومتری، کلیدی برای سیستمهای بیولوژیکی است. نانوتکنولوژی به ما اجازه می دهد تا اجزاء و ترکیبات را داخل سلولها قرارداده و مواد جدیدی را با استفاده از روشهای جدید خود_اسمبلی بسازیم. در روش خود_اسمبلی به هیچ روبات یا ابزار دیگری برای سرهم کردن اجزاء نیازی نیست. این ترکیب پرقدرت علم مواد و بیوتکنولوژی به فرایندها و صنایع جدیدی منتهی خواهد شد.

ساختارهایی در مقیاس نانو مانند نانوذرات و نانولایه ها دارای نسبت سطح به حجم بالایی هستند که آنها را برای استفاده در مواد کامپوزیت، واکنشهای شیمیایی، تهیه دارو و ذخیرة انرژی ایده ال می سازد. سرامیک های نانوساختاری غالباً سخت تر و غیرشکننده تر از مشابه مقیاس میکرونی خود هستند. کاتالیزورهای مقیاس نانو راندمان واکنشهای شیمیایی و احتراق را افزایش داده و به میزان چشمگیری از مواد زائد و آلودگی آن کم می کنند. وسایل الکترونیکی جدید، مدارهای کوچکتر و سریعتر و … با مصرف خیلی کمتر می توانند با کنترل واکنش ها در نانوساختار بطور همزمان بدست آیند. اینها تنها اندکی از فواید و مزایای تهیه مواد در مقیاس نانومتر است. منافع نانوتکنولوژی چیست؟

مفهوم جدید نانوتکنولوژی آنقدر گسترده و ناشناخته است که ممکن است روی علم و تکنولوژی در مسیرهای غیرقابل پیش بینی تأثیر بگذارد. محصولات موجود نانوتکنولوژی عبارتند از: لاستیکهای مقاوم در برابر سایش که از ترکیب ذرات خاک رس با پلیمرها بدست آمده اند، شیشه هایی که خودبخود تمیز میشوند, مواد دارویی که در مقیاس نانو ذرات درست شده اند، ذرات مغناطیسی باهوش برای پمپهای مکنده و روان سازها, هد دیسکهای لیزری و مغناطیسی که با کنترل دقیق ضخامت لایه ها از کیفیت بالاتری برخوردارند، چاپگرهای عالی با استفاده از نانو ذرات با بهترین خواص جوهر و رنگ دانه و …

قابلیتهای محتمل تکنیکی نانوتکنولوژی عبارتند از :

1- محصولات خوداسمبل
2- کامپیوترهایی با سرعت میلیاردها برابر کامپیوترهای امروزی
3- اختراعات بسیار جدید ( که امروزه ناممکن است)
4- سفرهای فضایی امن و مقرون به صرفه
5- نانوتکنولوژی پزشکی که درواقع باعث ختم تقریبی بیماریها، سالخوردگی و مرگ و میر خواهد شد.
6- دستیابی به تحصیلات عالی برای همه بچه‌های دنیا
7- احیاء و سازماندهی اراضی

کامپیوترها اطلاعات را تقریبا" بدون صرف هیچ هزینه‌ ای باز تولید می‌نمایند. اقداماتی در دست اجراست تا دستگاههایی ساخته شوند که تقریبا" بدون هزینه - شبیه عمل بیت ها در کامپیوتر - اتمها را به صورت مجزا بهم اضافه کنند ( کنار هم قرار دهند). این امر ساختن اتوماتیک محصولات را بدون نیروی کار سنتی همانند عمل کپی در ماشین های زیراکس میسر می کند. صنعت الکترونیک با روند کوچک سازی احیاء می گردد وکار در ابعاد کوچکتر منجر به ساخت ابزاری میشود که قادر به دستکاری اتم‌های منفرد مثل پروتئین ها در سیب زمینی و همانندسازی اتمهای خاک، هوا و آب از خودشان می گردد.

پیوند علم مواد ، شیمی و علوم مهندسی که نانوتکنولوژی نامیده میشود عرصه ای را بوجود می آورد که ماشین آلات خود تکثیرکننده و محصولات خود اسمبل از اتمهای اولیه ارزان ساخته شوند.

نانوتکنولوژی تولید مولکولی یا به زبان ساده‌تر ، ساخت اشیاء اتم به اتم، مولکول به مولکول توسط بازوهای روبات برنامه‌ریزی شده در مقیاس نانومتریک است و نانومتر یک میلیاردم متر است ( پهنای معادل با 3 تا 4 اتم). نانوتکنولوژی ساخت ابزارهای نوین مولکولی منحصر به فرد با بکارگیری خواص شیمیایی کاملا" شناخته ‌شده اتمها و مولکولها ( نحوه پیوند آنها به یکدیگر) را ارائه می‌دهد. مهارت مطرحه در این تکنولوژی دستکاری اتمها بطور جداگانه و جای دادن دقیق آنان در مکانی است که برای رسیدن به ساختار دلخواه و ایده‌آل مورد نیاز می ‌باشد. این قابلیت تقریبا" حاصل شده است.

بازده پیش‌بینی شده از تسلط بر این تکنولوژی بسیار فراتر از موفقیتهایی است که تاکنون انسان بدانها نائل شده است.

قابلیتهای محتمل تکنیکی نانوتکنولوژی عبارتند از :
1- محصولات خوداسمبل
2- کامپیوترهایی با سرعت میلیاردها برابر کامپیوترهای امروزی
3- اختراعات بسیار جدید ( که امروزه ناممکن است)
4- سفرهای فضایی امن و مقرون به صرفه
5- نانوتکنولوژی پزشکی که درواقع باعث ختم تقریبی بیماریها، سالخوردگی و مرگ و میر خواهد شد.
6- دستیابی به تحصیلات عالی برای همه بچه‌های دنیا
7- احیای مجدد بسیاری از حیوانات و گیاهان منقرض‌شده
8- احیاء و سازماندهی اراضی

دکترDrexler در همایش جهانی نظام علمی در زمینه نانوتکنولوژی اظهار کرده است:

“در جهان اطلاعات ، تکنولوژیهای دیجیتالی کپی‌برداری را سریع، ارزان، کامل و عاری از هزینه‌بری یا پیچیدگی محتوایی نموده‌اند. حال اگر همین وضعیت در جهان ماده اتفاق بیافتد چه می‌شود. هزینه تولید یک تن ‌تری بیت تراشه‌های RAM تقریبا" معادل با هزینه بری ناشی از تولید همان مقدار فولاد می‌شود”.
دکترSmalley رئیس هیئت تحقیقاتی دانشگاه رایس و کاشف Buckyballs می‌گوید:
" نانوتکنولوژی روند زیانبار ناشی از انقلاب صنعتی را معکوس خواهد کرد".

 در مقدمه مقاله نانوتکنولوژی که توسط آقایان Peterson و Pergamit در سال 1993 نگاشته شده چنین آمده است :
" تصور کنید قادرید با نوشیدن دارو که در آب میوه مورد علاقه‌تان حل شده است سرطان را معالجه کنید . یک ابر کامپیوتر را که به اندازه یک سلول انسان است در نظر بگیرید. یک سفینه فضایی 4 نفره که به دور مدار زمین می‌گردد با هزینه‌ای در حدود یک خودروی خانوادگی تجسم کنید" .

موارد فوق، فقط تعداد محدودی از محصولات انتظار رفته از نانوتکنولوژی هستند. انسان در معرض یک انقلاب اجتماعی تسریع شده و قدرتمند است که ناشی از علم نانوتکنولوژی است. در آینده نزدیک گروهی از دانشمندان قادر به ساخت اولین آدم آهنی با مقیاس نانومتری می‌گردند که قادر به همانندسازی است. طی چند سال با تولید پنج میلیارد تریلیون نانوروبات ، تقریبا" تمامی فرایندهای صنعتی و نیروی کار کنونی از رده خارج خواهند شد. کالاهای مصرفی به وفور یافت‌شده ، ارزان، شیک و با دوام خواهند شد. دارو یک جهش سریع و کوانتومی را به جلو تجربه خواهد نمود. سفرهای فضایی و همانندسازی امن و مقرون به صرفه خواهند شد. به این دلایل و دلائلی دیگر، سبکهای زندگی روزمره در جهان بطور زیربنایی متحول خواهد شد و الگوی رفتاری انسانها تحت‌الشعاع این روند قرار خواهد گرفت.

مرجع