نانو تكنولوژی علم خواص عجیب مواد

 



از نانوتكنولوژی، بیوتكنولوژی و فناوری اطلاع رسانی به عنوان سه قلمرو علمی نام می برند كه انقلاب سوم صنعتی را شكل می دهد. از همین روست كه كشورهای در حال توسعه كه اغلب از دو انقلاب قبل جا مانده اند، می كوشند با سرمایه گذاری در این سه قلمرو، عقب ماندگی خود را جبران كنند. همان گونه كه در این گزارش می خوانید، نانوتكنولوژی كاربردهای گسترده ای در تمام حیطه های زندگی دارد و از این رو توسعه آن می تواند به بهبود و تسهیل زندگی كمك فراوان كند.

اتم سنگ بنای بنیادی ماده است و در نتیجه اتم ها بسیار كوچك هستند. توصیف و تصور جهان در سطح اتم و ملكول دشوار است. این حیطه از علم به قدری عجیب است كه بخشی خاص از فیزیك به آن اختصاص یافته شده كه مكانیك كوانتم نام دارد. هدف این علم برای توصیف رخدادها در سطح اتم است.اگر قرار بود توپ تنیس را به طرف دیوار پرتاب كنید و توپ از آن بگذرد و به سوی دیگر دیوار برود، حتماً تعجب می كردید. اما این دقیقاً همان اتفاقی است كه در مقیاس كوانتم رخ می دهد. در مقیاس بسیار كوچك، خواص ماده مانند رنگ، مغناطیس و توانایی انتقال برق نیز به شكل غیرمنتظره تغییر می كند. دیدن جهان اتم به معنای عادی كلمه میسر نیست، چون خواص آن كوچكتر از طول موج نور قابل دیدن است. اما در سال 1981 پژوهشگران شركت آی بی ام نوعی میكروسكوپ ساختند كه نام آن STM بود. اسم این میكروسكوپ در واقع از یك خاصیت در مكانیك كوانتم گرفته شده بود كه در میكروسكوپ یاد شده به كار می رود. این دستگاه می توانست پستی و بلندی های در مقایس جهان نانو را نشان دهد. میكروسكوپ STM این امكان را به دانشمندان داد كه برای اولین بار اتم ها و ملكول ها را ببینند. تصاویر این میكروسكوپ به زیبایی و وضوح تصاویر طبیعت اما در مقیاس تصورناپذیر نانومتر بود.

یك نانومتر یك میلیاردیم متر یا حدوداً به طول 10 اتم هیدروژن است. با وجودی كه دانشمندان از سال های دهه 1950 درباره بررسی مواد در این مقیاس تلاش كرده بودند، آنان ناچار شدند تا اختراع میكروسكوپ STM صبر كنند تا به هدف خود برسند.

عموماً در این باره توافق وجود دارد كه نانوتكنولوژی اشیاء بین یك تا 100 نانومتر را در بر می گیرد، هر چند كه این تعریف تا حدی قراردادی است. برخی افراد اجسامی به كوچكی یك دهم نانومتر را نیز در نظر می گیرند كه به اندازه پیوند بین دو اتم كربن است. در دیگر سوی این گستره در اجسام بزرگتر از 50 نانومتر قوانین فیزیك كلاسیك صدق می كند.

مواد بسیاری هستند كه دارای خواص اجسام در مقیاس نانو هستند اما اسم نانوتكنولوژی به آنها اطلاق نمی شود. نانوتكنولوژی در پی آن است تا از خواص عجیب اجسام در مقیاس بسیار كوچك استفاده كند.

جورج اسمیت سرپرست بخش علم مواد در دانشگاه آكسفورد گفت در مقیاس نانو، خواص «جدید، هیجان انگیز و متفاوتی» یافت می شود. با كوچك تر شدن اجسام، نسبت بین فضای سطح و حجم آن افزایش می یابد. این امر بدان علت مهم است كه اتم های موجود در سطح یك ماده معمولاً بیشتر از اتم های مركز آن واكنش نشان می دهند. از این رو، اگر نقره به ذرات بسیار كوچك تبدیل شود، خواص ضدمیكروبی پیدا می كند كه در حجم انبوه آن وجود ندارد. یك شركت با تولید ذرات ریز از تركیب اكسید سدیم از این خاصیت استفاده می كند و ماده ای تولید می كند كه خاصیت كاتالیزوری آن بیشتر است.

در این جهان نادیدنی، ذرات كوچك طلا در دمای چند صد درجه پایین تر ذوب می شود و مس كه معمولاً رسانای خوب الكتریسیته است، ممكن است در لایه های نازك و در مجاورت میدان مغناطیسی مقاوم شود.

الكترون ها (مانند همان توپ تنیس خیالی) می توانند از نقطه ای به نقطه دیگر بجهند و ملكول ها می توانند همدیگر را از مسافت های متوسط جذب كنند. این خاصیت به برخی حشرات اجازه می دهد روی سقف راه بروند، چون موهای ریز كف پایشان به سقف می چسبد.

اما یافتن خواص جدید در مقیاس نانو گام نخست است. گام بعدی استفاده از این دانش است. توانایی ساخت اجسام با دقت اتمی این امكان را به دانشمندان می دهد كه موادی با خواص بهتر یا جدید نوری، مغناطیسی، حرارتی یا الكتریك تولید كنند.

اكنون انواع جدیدی از ماده تولید می شود. مثلاً شركت نانوسونیك در ویرجینیا لاستیك فلزی تولید كرده است. این ماده مانند لاستیك انعطاف و انحنا می پذیرد اما الكتریسیته را مانند فلزی محكم منتقل می كند. مركز تحقیقاتی جنرال الكتریك در پی ساخت سرامیك انعطاف پذیر است. در صورت موفقیت، از این ماده می توان در ساخت قطعات موتور جت استفاده كرد و موتورهایی ساخت كه در دمای بیشتر با كارایی بهتری كار كند. چندین شركت مشغول كار روی موادی هستند كه روزی به صورت رنگ به سلول های خورشیدی بدل خواهد شد.

از آنجایی كه نانوتكنولوژی كاربردهای گسترده ای دارد، بسیاری از افراد فكر می كنند این علم اهمیتی به مانند برق یا پلاستیك پیدا كند. مطالعات نشان می دهد نانو تكنولوژی با بهبود مواد و محصولات و تولید مواد كاملاً جدید بر تمام صنایع تأثیر خواهد گذاشت. افزون براین، فعالیت در حد كوچكترین مقیاس ها به پیشرفت های مهم در عرصه هایی مانند الكترونیك، انرژی و پزشكی زیستی خواهد انجامید.

آغاز نانوتكنولوژی

نانو تكنولوژی از یك رشته علمی خاص مشتق نمی شود. با وجودی كه نانو تكنولوژی بیشترین وجه مشترك را با علم مواد دارد، خواص اتم و ملكول شالوده بسیاری از علوم است و در نتیجه دانشمندان حوزه های علمی به آن جذب می شوند. برآورد می شود در سراسر جهان حدود 000/20 نفر در نانو تكنولوژی كار می كنند. تحقیقات در مقیاس بسیار ریز در رشته های الكترونیك، نوروبیوتكنولوژی به ترتیب نانوالكترونیك، نانو اپتیكس و نانو بیوتكنولوژی نیز نامیده می شود.

پیشوند نانو از كلمه یونانی به معنای كوتوله مشتق می شود. براساس برآورد شركت لاكس ریسرچ در نیوریورك، بودجه كل تحقیق و توسعه نانو تكنولوژی دولت ها و شركت ها در سراسر جهان در سال 2004 بیش از 6/8میلیارد دلار بود. نیمی از این بودجه از جانب دولت ها تأمین می شد. اما به پیش بینی لاكس ریسرچ در سال های آینده، شركت ها احتمالاً بودجه بیشتری از دولت ها صرف این علم خواهند كرد.

در آمریكا، پس از طرح فرستادن انسان به كره ماه، نانو تكنولوژی بیشترین بودجه را از دولت فدرال دریافت كرده است. در سال ،2004 دولت آمریكا 6/1میلیارد دلار صرف نانو تكنولوژی كرد، یعنی دو برابر بودجه طرح ژنوم انسان در اوج انجام آن. در سال 2005 قرار است 982میلیون دلار دیگر صرف آن شود. در مكان دوم بودجه نانو تكنولوژی ژاپن قرار دارد. بسیاری از كشورهای در حال توسعه مانند هند، چین، آفریقای جنوبی و برزیل جزو كشورهایی هستند كه بیشترین بودجه را در این زمینه صرف می كنند.

در خلال شش سال پیش از ،2003 سرمایه گذاری در نانو تكنولوژی توسط سازمان های دولتی هفت برابر شده است. این حجم سرمایه گذاری انتظارات را به اندازه ای افزایش داده است كه شاید قابل تحقق نباشد. برخی معتقدند شركت های نانو تكنولوژی مانند حباب شركت های اینترنت در سال های اخیر از بین خواهند رفت. اما دلایلی وجود دارد كه نشان می دهد درباره مخاطرات آن گزافه گویی شده است. سرمایه گذاران خصوصی اكنون بسیار محتاط تر از دوره رونق شركت های اینترنت هستند و بیشتر پولی كه دولت ها در این زمینه اختصاص می دهند، صرف علوم پایه و فناوری هایی می شود كه تا سال ها در اختیار همگان قرار نخواهد گرفت.

با این حال كیفیت برخی محصولات موجود با كاربرد نانو تكنولوژی بهبود یافته است و در چند سال آینده بر تعداد آنها افزوده خواهد شد. مثلاً با افزودن ذرات ریز نقره، بانداژ ضد سوختگی خاصیت ضد میكروبی پیدا كرده است. با اتصال ملكول های ایجاد كننده مانع به فیبر پنبه، پارچه هایی تولید شده است كه ضد لكه و بو است. راكت های تنیس با افزودن ذرات ریز تقویت شده است. در درازمدت نانو تكنولوژی به نوآوری های بزرگتری خواهد انجامید، از جمله انواع جدید حافظه كامپیوتر، فناوری پزشكی و روش های تولید انرژی بهتر مانند سلول های خورشیدی.

طرفداران این فناوری می گویند نانو تكنولوژی به تولید انرژی پاك و تولید بدون مواد زائد و غیره خواهد انجامید. مخالفان آن معتقدند نانوتكنولوژی باعث ایجاد نوعی نظام شناسایی بین المللی و آسیب به فقرا، محیط زیست و سلامت انسان خواهد شد. به نظر می رسد هر دو گروه در مورد استدلال های خود گزافه گویی می كنند، اما به هرحال باید از نانو تكنولوژی استقبال كرد.

منبع: اكونومیست

نوشته شده در تاریخ سه شنبه 17 آبان 1390    | توسط: سیدمحمدامین شاهمرادی    |    | نظرات()