X بستن تبلیغات
X بستن تبلیغات
header
متن مورد نظر

نانو فناوری چیست

- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

فناوری نانو عبارت است از هنر دستکاری مواد در مقیاس اتمی یا مولکولی و به خصوص ساخت قطعات و لوازم میکروسکوپی

نانوفناوری در برگیرنده پژوهش ها و فناوری هایی است که در گروه ۱۰۰-۱ نانو متر یعنی مقیاس اتمی ،‌ مولکول و ابر مولکولی انجام می شود

اهمیت ویژه نانو فناوری به دلیل نقش آفرینی و اثر گذاری گسترده آن در پهنه وسیعی از زندگی بشر است که شامل پزشکی،‌ نجوم، فیزیک و … می شود

چند نمونه از کاربردهای متعدد نانوفناوری

مقدمه:

نانو فناوری چیست؟

فناوری نانو عبارت است از هنر دستکاری مواد در مقیاس اتمی یا مولکولی و به خصوص ساخت قطعات و لوازم میکروسکوپی.

نانوفناوری در برگیرنده پژوهش ها و فناوری هایی است که در گروه ۱۰۰-۱ نانو متر یعنی مقیاس اتمی ،‌ مولکول و ابر مولکولی انجام می شود.

اهمیت ویژه نانو فناوری به دلیل نقش آفرینی و اثر گذاری گسترده آن در پهنه وسیعی از زندگی بشر است که شامل پزشکی،‌ نجوم، فیزیک و … می شود.

چند نمونه از کاربردهای متعدد نانوفناوری:

خواص میکروالکترونیک سیلیکون طی ۳۰ سال گذشته نقش محوری را در آفرینش حافظه و سرعت کامپیوترها برعهده داشته اند. لیکن با پیدایش نانو فناوری و استفاده از تک مولکول به عنوان قطعات الکترونیکی جدید باعث کمتر شدن اهمیت این شاخه علمی شده است . ساخت اولین نمونه های علمی « الکترونیک مولکول» نوید دستیابی به قطعات با ابعاد ده هزار مرتبه کوچکتر از اندازه های متعارف در میکروالکترونیک را می دهد.

گروه ی از محققین توانسته اند با افزودن لوله های نانوکربنی به تلیرهای نجاری موجود از شکل گیری الیاق بی نظم جلوگیری کرده و لذا ضایعات این محصول را به شدت کاهش دهند.

 

 

 

 

تاریخچه نانو

نقطه شروع و توسعه اولیه فناوری نانو به طور دقیق مشخص نیست. شاید بتوان گفت
نانوتکنولوژیست ها شیشه گران قرون وسطایی بوده اند که از قالب های قدیمی شکل دادن شیشه هایشان استفاده می کرده اند. البته این شیشه گران نمی دانند اضافه کردن طلا به شیشه رنگ آن تغییر می کند. در آن زمان برای ساخت شیشه های وسطایی از ذرات نانومتری طلا استفاده می شده است و با این کار شیشه های رنگی بدست می آمده است. این قبیل شیشه ها هم اکنون در بین شیشه های بسیار قدیم رنگی به وجود آمده در این شیشه ها بر پایه این حقیقت استوار است که مواد با ابعاد خواص مواد با ابعاد میکرو نمی باشند.

در واقع یافتن مثالهایی برای استفاده از نانو ذرات فلزی چندان سخت نیست. رنگدانه مشهور لیکرگوس در روم باستان (قرن چهارم بعد از میلاد) نمونه ای از آنهاست. این بریتانیا قرار دارد و بسته به جهت نور تابیده به آن رنگهای متفاوتی دارد. نور انعکاس است مقادیر بسیار اندکی از بلورهای فلزی ریز ۷۰۰ (nm) دارد، که حاوی نقره و طلا با نسبت به ۱ است حضور این نانوبلورها باعث رنگ ویژه جام لیکرگوس گشته است.

در سال ۱۹۵۹ ریچارد فاینمن مقاله ای را درباره قابلیت های فناوری نانو در آینده منتشر و
موقعیت هایی که توسط  بسیاری تا آن زمان کسب شده بود، ریچارد. پی . فاینمن را با این علم
می شناسند. فاینمن که بعدها جایزه نوبل را در فیزیک دریافت کرد در آن سو شام که توسط انجمن فیزیک آمریکا برگزار شده بود، سخنرانی کرد و ایده فناوری را برای مردم آشکار ساخت.

 

 

 

نانو فناوری محاسباتی

گسترش چشمگیر توانمندیهای رایانه ای در سالهای اخیر باعث شده است که روشهای محاسباتی در سطح گسترده ای برای پژوهشهای نانو فناوری بکارگرفته می شوند. سرعت وحافظه های موجود در مقایسه با ده سال گذشته و نیز امکان بکارگیری همزمان انبوهی از رایانه ها در شبکه های موازی،‌ پژوهشگران این حوزه را قادر ساخته است که خواص میکروسکوپیک انواع مواد را در مقیاس نانومتری ها روشهای مکاسیکی و حتی کوانتومی بررسی نمایند.

 

نانوالیاف

هنگامی که قطرات الیاف پلیمری از میکرون به چند صدها نومترکاهش یابد، می توانند خواص شگفت انگیزی نسبت به حجم بسیار بالا، انعطاف پذیری مناسب و کارایی بالای مکانیکی در مقایسه با مواد شناخته شده بدست آورند.

الکتروریسی تنها روشی می باشد که می تواند نانوالیاف منفرد و قصد را با میزان تولید بالا تهیه نماید. در این روش نانو الیاف پلیمری می تواند مستقیماً از محلول پلیمری به نانوالیاف پلیمری تبدیل شوند.

پوشش زخم: نانوالیاف ساخته شده از پلیمرهای سازگار با بدن و با خواص و ساختارهای خاص می تواند برای معالجه زخم و یا سوختگی بکار رود . این الیاف می توانند به طور مستقیم بر روی زخم به همراه دارو، الکتروریسی شده تا بافت های آسیب دیده را حمایت و تشویق به باز سازی خود کند.

 

 

 

نانوذرات و نانوپودرها:

نانوذرات یکی از شاخه های وسیع فناوری نانواست که سبب گسترش و پیشرفت های صنعتی شده است . کندانس کردن بخار فلزات یکی از روشهای معمول برای تولید ذرات نانو است که علاوه بر کاهش هزینه تولید ، نسبت به روشهای دیگر محصول با خلوص بسیار بالایی را تولید کرد.

 

نانو سیالات

نانو سیال گونه جدیدی از محیط های انتقال حرارت است که توانایی بسیار بالایی در انتقال حرارت از خود نشان می دهند. این سیالات با افزودن ذرات فلزی و غیر فلزی در مقیاس نانو به سیال پایه تحت تکنیکهای خاص تولید می شود. این ذرات به صورت سوسپانسیون باقی می مانند و مساله ساییدگی در تجهیزات و خطوط انتقال ایجاد می نماید. ذرات معلق نانو در سیال سبب افزایش ضریب هدایت حرارتی شده و براثر حرکت ذرات انتقال حرارت جاره جایی بسیار افزایش می یابد. سیالات نانو کاربردهای فراوانی در مبدلهای حرارتی، صنایع هوا ،‌فضا، نیروگاهها و … دارند و تمامی موارد انرژی مصرفی هستیم را کاهش می دهند و با بهبود طراحی امکان تولید سیستمهای فشرده را ایجاد می نمایند. استفاده از نانو سیالات می توانند به دلیل شدت انتقال حرارت زیاد مصرف آب صنایع را به خود چشمگیر کاهش می دهند.

 

 

 

 

 

مصارف نانو فیزیک

دوام پذیری منابع

نانو تکنولوژی سبب تغییرات بسیاری در استفاده از منابع طبیعی،‌انرژی و آب خواهد شد و آلودگی را کاهش خواهد داد. همچنین و فناوری های جدید،‌ امکان بازیافت و استفاده مجدد از مواد انرژی و آب را فراهم خواهند کرد. در زمینه انرژی ، نانوتکنولوژی می تواند به طور قابل ملاحظه ای کارایی، ذخیره سازی و تولید انرژی را تحت تاثیر قرار داده و مصرف انرژی را پایین بیاورد.

 

هوا و فضا

محدودیت های شدید سوخت برای حمل بار به مدار زمین و ماورای آن،‌و علاقه به فرستادن فضا پیما برای ماموریت های طولانی به مناطق دور خورشید، کاهش مداوم اندازه ، وزن و توان مصرفی را اجتناب ناپذیر می سازد.

نانو ساختن ( Nanofabrication) همچنین در طراحی و ساخت مواد سبک وزن،‌پرقدرت و مقاوم در برابر حرارت مورد نیاز برای هواپیماها، راکت ها ،‌ایستگاه های فضایی و سکوهای اکتشافی
سیاره ای یا خورشیدی تعیین کننده است .

 

 

کاربرد نانوفیزیک در صنعت الکترونیک

ذخیره سازی اطلاعات در مقیاس فوق العاده کوچک با استفاده از این فناوری می توان ظرفیت ذخیره سازی اطلاعات را در حد ۱۰۰۰ برابر افزایش را در نهایتاً به ساخت ابزارهای ابر محاسباتی به کوچکی ساعت مچی منتهی شود. و این امر سبب ذخیره سازی ۵۰ عدد DVD یا بیشتر در یک هارددیسک با ابعاد یک کارت اعتباری شود.

 

کاربردهای فناوری نانو در زمینه آب

نانوفیلتراسیون

آب تصفیه شده به وسیله نانو فیلتراسیون به اندازه آب معدنی تصفیه شده ارزش دارد. با استفاده از نانو فیلتر مواد معدنی لازم برای سلامت انسان در آب باقی مانده و مواد سمی و مضر از آن حذف
می شود.

دانشمندان روش ساده ای برای تولید فیلترها با استفاده از نانولوله های کربنی توسعه داده اند که قادر به حذف موثر آلاینده های میکروو نانو مقیاس از آب و حذف هیدروکربنهای سنگین از نفت خام است .

استفاده از نانو لوله های کربنی در ساخت فیلترها سبب سهولت در تغییر کردن، افزایش استحکام،‌قابلیت استفاده محدود و مقاومت آنها در برابر گرما می شود.

 

شیرین سازی آب به وسیله نانو غشاها

محققان توانسته اند غشاهایی با حفره هایی از جنس نانولوله های کربنی ساخته اند که به کمک آنها امکان جداسازی ارزان تر گاز و مایع فراهم می شود.

این محققان توانسته اند روشی برای ساخت این غشاها بیابند که با سیستم های میکروالکترومکانیکی سازگار باشند در روش جداسازی غشایی آب شور داغ را روی ورقه نازکی از غشایی دارای سوراخ های ریز مرسوم به نانو حفره می ریزند،‌این حفره ها آنقدر کوچکند که تنها بخار آب می تواند از آنها عبور کند . آب ، مایع ، نمک ها و مواد معدنی دیگر در پشت غشا می مانند. در طرف دیگر محفظه ای از آب سرد قرار دارد که بخار با عبور از آن کندانس شده و دوباره به مایع تبدیل می شود.

ابزاری که در این روش به کار رفته اند عبارت است از : دستگاهی مستطیل شکل با مجموعه ای از غشاهای الیاف مانند توخالی که مایع به طور عرضی در آن جریان می یابد این غشاها به صورت هزاران لوله به شکل تار مو در آمده، سپس آنها را به صورت بسته هایی درون یک جعبه قرار
می دهند.

 

تصفیه آب به کمک نانو ذرات

به کار گیری این نانوذرات در حوضچه ها و استخرهای شنا می تواند به طور موثری فسفات موجود را از بین برده و در نتجه از رشد جلبک ها جلوگیری نمایند.

نانو ذرات آهن موجب اکسیده و در هم شکستگی ترکیبات آلوده کننده مانند: تری لرواتیلن،‌تتراکلرید کربن و … می شود.

 

تصفیه فاضلاب ها :

تصفیه فاضلاب به کمک نانو کاتالیزور نوری می تواند جایگزین مناسبی برای ضدعفونی بامکر شود تا موجودات زنده ریز و ترکیبات آلی را به طور همزمان حذف و فاضلاب را به یک منبع مناسب آب تبدیل کند.

این فرایند به دلیل امکان استفاده مجدد از کاتالیزورهای نوری،‌بسیار مقرون به صرفه است . ذرات کاتالیزوری چه به صورت همگن در محلول پراکنده شده و یا روی ساختارهای غشایی رسوب داده شود. می توانند مارالز تجزیه شیمیایی آلاینده ها مطمئن سازند.

 

استفاده از مایع ضد باکتری کلوئیدی نقره در متروی هنگ

ایستگاه های راه آهن و مترو لندن از یک اسپری ضدعفونی کننده غیر سمی کلوئیدی نقره برای جلوگیری از انتشار ویروس آنفولانزا در زمستان جاری استفاده خواهند کرد. این عمل بعد از اعلام استفاده این اسپری در متروی هنگ کنگ،‌ صورت گرفته است.

شرکت MTR اخیراً طرح خود را برای استفاده از اسپری پوشش دهنده نانوذرات تیتانیا ـ نقره روی بیشتر سطوح ریل های متروی هنگ کنگ اعلام کرد. به طور کلی ۵/۳ میلیون مسافر هر روز از متروی هنگ کنگ استفاده می کنند. بنابراین بیماری های سرما خوردگی به راحتی توسط سطح اشیا گسترش می یابند.

اسپری ضدعفونی کننده NSTDC تضمین کرده است که به صورت موثر،‌ گستره وسیعی از
باکتری ها،‌قارچ ها و ویروس ها (شامل ویروس HINI) را از بین می برد. شرکت MTR اعلام کرده است،‌قصد دارد روی همه سطوح نرده ها پله برقی، دستگاه های افزایش اعتبار بلیط،‌ دگمه های روی دستگاه صادر کننده بلیط،‌ و همه نرده ها نقره همچنین می تواند برای میله های فلزی و دستگیره های چرمی در داخل قطار کاربرد داشته باشند.

مدیر کیفیت و ایمنی شرکت MTR گفت: میکروب ها و بیماری ها ،‌اغلب به وسیله دست انتقال
می یابند. دست ها،‌ باکتری ها را از سطح عمومی برداشته و ممکن است از طریق مالیدن به چشمهایمان،‌بینی با دهان قبل از شستن آنها، به بدنمان وارد گردند.

یک سخنگوی موسسه حمل ونقل لندن گفت: متروی لندن توسط دولت و دیگر آژانس ها در حال توسعه اقداماتی برای مبارزه با آنفولانزا است . این اقدامات شامل امکان استفاده از اسپری NSTDC در ایستگاه های مترو است .

 

پل مغناطیسی پیوند دهنده دنیای الکترونیک و مغناطیسی

محققان موسسه +MESA هلند موفق به وارد کردن لایه نازکی از گادولینیوم به درون ترانزیستورهای سیلیکونی شدند. یک لایه گادولینیوم با ضخامت کمتر از یک نانومتر قادر است دنیای مغناطیس را به الکترونیک پیوند دهند،‌به طوری که وارد کردن مستقیم یک عصر حافظه مغناطیسی درون یک ترانزیستور سیلیکونی امکان پذیر خواهد شد.

ترانزیستورها بلوک های اولیه ساختمانی فناوری اطلاعات و حافظه که با توان پردازش رابطه تنگاتنگی دارد، موضوعی جذاب و مرتبط با صرفه جویی انرژی می باشند. فناوری حافظه های مغناطیسی،‌ مانند حافظه های سخت( هاردیسک) از فناوری مدارات الکترونیکی مجزا است . ترکیب و ادغام این دو فناوری بسیار جالب توجه است. زیرا یک حافظه مغناطیسی جهت حفظ محتویات خود نیاز به انرژی مازادی ندارد: برای یک بار اطلاعات وارد بخش از حافظه شده و درون آن حفظ می شوند. یک لایه مغناطیسی قرار گرفته درون یک ترانزیستور منجر به ایجاد محصولی جدید و توانمند می گردد. که ترکیبی از حافظه و قدرت پردازش را با هم ارائه می کند. این مسئله برای کاهش مصرف انرژی در دستگاههایی مانند تلفن همراه اهمیت حیاتی دارد.

هر چند ترکیب مواد مغناطیسی و سیلیکون تاکنون امکان پذیر نبوده است ولی کار برای انواعی از نیمه هادی ها مانند آرسیند گالیوم انجام شده است. Ron jan sen می گوید: اکنون ما ثابت کردیم چرا این کار انجام پذیر نبوده است . اگر یک لایه از مواد مغناطیسی را مستقیماً روی سیلیکون قرار دهید،‌ یک سد روی آن تشکیل خواهد شد که مقاومت آن ۱۰۰ میلیون بار بیشتر خواهد بود و اطلاعات مغناطیسی تحت هیچ شرایطی قادر به عبور از این سد و قرارگرفتن درون سیلیکون نخواهد بود.

 

با در نظر گرفتن آن مسئله،‌ دانشمندان سعی در کاهش مقاومت این سد داشتند در نتیجه از محلول گادولینیوم که تابع کار پایین دارد، و یک الکترون به راحتی می تواند از میان آن عبور کرده و به درون سیلیکون وارد شود استفاده کردند.

لایه نازک گادولینیوم با فرآیند تبخیر تهیه شده وایجاد ضخامت های مختلف آن با دقت بالا امکان پذیر است مقاومت می تواند در محدوده بسیار وسیعی تا ۱۰۰ میلیون تغییر کند. مرحله بعد، اعمال ماده مغناطیسی است .

 

ترکیب نانو ذرات با آرسنیک جهت ساخت داروی ضد سرطان

تری اکسید آرسنیک،‌یکی از امید بخش ترین داروها برای درمان سرطان خود حاد برومیلوسیتیک( Promyelocytic) می باشد و می توان با کپسوله کردن این مواد درون نانوذرات مبتنی بر لیپیدها، کاربرد آنها را در این مورد تا حد زیادی افزایش داد.

این نانوذرات برای رها سازی با دارویی درون خود به سلول های نومور مورد نظر، طراحی شده اند. این مسئله یکی از یافته های دکتر ناماس آهالوران(O’Halloran) و همکارانش در دانشگاه Northwestern می باشد. اما باید گفت آنها اولین گروهی هستند که روش جدیدی برای قرار دادن مقدار زیادی از این داروی ضد سرطان در این نانوذرات و همچنین حفظ آن دردرون آنها تا رسیدن به محل تومور مورد نظر، ارائه داده اند.

کلید توسعه و تولید ترکیبی پایدار از این نانوذرات توسط این تیم یافت شد. آنها ابتدا نانوذرات را با نمک های فلزی از قبیل استات نیکل،‌ استات کبالت،‌استات مس با استات روی بارگذاری کرده و سپس تری اکسیدآرسنیک را به آنها اضافه می کردند.

 

به محض ورود تری اکسید آرسنیک به این نانوذرات،‌ترکیب نامحلولی با یون های فلزی موجود در داخل نانوذره ایجاد می کنند . این فرآیند باعث ایجاد اسید استیک می شود که به بیرون نانوذره انتقال پیدا می کند.

خروج این مولکول ها نیز امکان ورود مقدار بیشتری تری اکسیدآرسنیک را به داخل نانوذره،‌ ایجاد می کند و در نتیجه مقدار داروهای فعال شده درون نانوذره هر چه بیشتر افزایش پیدا می کند.

محققان فهمیدند که این نانوذرات هنگامی که منجمد شده و در ph خنثی قرار می گیرند تا بیش از ۶ ماه پایدار می باشند اما به محض اینکه در یک محیط اسیدی با ph پایین قرار می گیرند،‌به سرعت ناپایدار شده و بار دارویی خود را رها می کنند. سرعت وابسته است . محققان همچنین زیادی به فلز اولیه استفاده شده در کپسوله کردن تری اکسیدآرسینک اثرات سمی از خود نشان نداده اند. اما فلزات خاصی ممکن است در حین ترکیب با تری اکسید آرسنیک اثرات سینرژیستیک (هم نیروزادی) از خود نشان می دهند که برای بررسی این گونه اثرات به آزمایشات بیشتری احتیاج است.

در یکی از آزمایشات انجام شده برای تست کارایی این داروی کپسوله شده درون نانوذرات در از بین بردن سلول های سرطانی ، محققان دریافتند که برای کشتن همان میزان از سلول های سرطانی که هنگام استفاده از تری اکسید آرسنیک اثرات سینرژیستیک(هم نیروزادی) از خود نشان می دهند که برای بررسی این گونه اثرات به آزمایشات بیشتری احتیاج است.

در یکی از آزمایشات انجام شده برای تست کارایی این داوری کپسوله شده درون نانوذرات در از بین بردن سلول های سرطانی،‌ محققان دریافتند که برای کشتن همان میزان از سلول های سرطانی که هنگام استفاده از تری اکسید آرسنیک آزاد بین می روند، باید این داروی کپسوله شده زمان بیشتری در معرض سلول های قرار گیرد، که در این مدت زمان طولانی هنوز اثرات سمیت تری اکسید آرسنیک وجود دارد.

 

دارو رسانی به مغز به کمک نانوذرات

محققان در دانشگاه میشیگان و مرکز سرطان آن، از نانوذرات برای رساندن حجم زیادی از ذرات حساس به نور،‌ به نومورهای مغزی استفاده کرده اند. به علاوه، این ذرات می توانند برای تصویر برداری و ردیابی نومورها در حین درمان نیز به کار روند.

برای بررسی هر چه بیشتر این نظریات،‌ این محققان فوتوفرین( photofrin) و اکسید آهن را به نانوذرات طراحی شده برای هدف یابی تومورها، اضافه کردند. فوتوفرین یک PDT محسوب می شود می شود که به کمک این نانوذرات و از طریق جریان خون به سمت سلول های تومور حرکت کرده و در آنجا توسط نور فعال می شوند تا بتواند تومور مورد نظر را از بین ببرد. این در حالیست که اکسید آهن نیز به منظور بهبود کیفیت تصاویر MRI مورد استفاده قرار گرفته است . محققان این نانوذرات را در کاشت های سلولیو مدل های حیوانی مورد بررسی قرار دادند و مشاهده کردند که این نانوذرات به محل نومور مورد نظر رسیده و حجم بسیار کمی از آنها در بدن پراکنده می شوند. همین امر باعث شد تا داروهای مورد نظر در همان نقطه با نور فعال شده و در بقیه نقاط بدن حساسیت به نور وجود نداشته باشد( این مسئله یکی ازعوارض و معایب PDT محسوب می شود.

به کمک افزودن ذرات اکسید آهن به نانوذرات،‌ محققان موفق شدن تا از طریق تصویر برداری رسیدن کامل دارو به نومور را مشاهده کنند در این حالت عامل های کنتراست ۲ برابر حالت معمولی به محل نومور می رسند. این روش پتانسیل تشخیص زود هنگام نومورهای مغزی را نیز ایجاد می کند به علاوه این روش می تواند در تشخیص زمان مناسب مصرف دارو و یا تزریق دور بعدی آن کمک شایانی داشته باشد.

 

اگر بی خطر بودن دارورسانی به کمک نانوذرات، در بدن به اثبات برسد. دانشمندان قادر خواهند بود تا آزمایشات دوباره ای روی داروهایی که پیش از این به دلیل اثرات جانبی زیاد،  استفاده نمی شدند، ‌انجام دهند.

 

کنترل مسیر نور با بلورهای فوتونیکی

یکی از زمینه های کاربردی فناوری نانو که پیشرفت زیادی هم داشته،‌ بحث بلورهای فوتونیکی می باشد. پیش بینی می شود که بلورها با قابلیت کنترل پراکندگی نور، جایگزین روش هایی دیگر در قطعاتی مثل لیزرهای نمایشی،‌ مدارها و رایانه های کوانتومی شوند. اما فرآیند ساخت پیچیده آنها باعث عدم توسعه هر چه بیشتر این بلورها شده است.

لئون والدرینگ (Leon woldering) و تیم او از هلند اخیراً روش های جدیدی برای کنترل اندازه،‌ شکل و انعطاف پذیری شیمیایی آپال (شیشه های خاص) یک نوع بلور فوتونیکی در کوچکترین حد ممکن، ابداع کرده اند.  والدرینگ می گوید: ماهیت کار ما در واقع ایجاد توانایی کنترل شکل نانوذرات مشخص درون این شیشه های مصنوعی می باشد. ما نانوحفره هایی را درون ذرات منفرد کلوئیدی ایجاد کردیم و توانستیم موقعیت آنها را تغییر دهیم و همچنین قطر آنها را با دقت نانومتری تنظیم کنیم، در واقع ما موفق به ساخت نوعی از نانودانه ها شدیم.

این محققان از روشی با نام FIB focused ion beam milling برای سوراخ کردن و ایجاد
حفره هایی با عرض ۸۰ نانومتر در تک کلوئیدها روی شیشه های مصنوعی استفاده کردند.

 

تولید کوچکترین لوله آزمایش دنیا

Yates با همکاری J.kari Johnson استاد مهندس شیمی دانشگاه Pitt،‌تحقیقات وسیعی در مورد استفاده از نانولوله های کربنی تک جداره به عنوان لوله های آزمایشی کوچک انجام شده است .

در اواسط دهه ۹۰ میلادی،‌ریچارد اسمالی دریافت که نانولوله های کربنی تک جداره به دلیل نیروی جاذبه قوی که برای مولکول های قرار گرفته درون این نانولوله ها انتظار می رود،احتمالاً جاذب های خوبی خواهند بود.

 Yates روش های جدیدی برای اندازه گیری تعداد نسبی مولکول های جذب شده در داخل و خارج نانولوله ها توسعه داده است. از سوی دیگر، Johnson نتایج آزمایشات تجربی را بررسی نموده و از طریق مدل سازی مولکولی تئوری،‌ جزئیات بیشتری از آنچه آنها با آزمایشات تجربی قابل دستیابی است . فراهم می کند .

Yatesو Johnson به نتایج بسیار جالبی در مورد مولکول های آب محدود شده درون نانولوله های کربنی تک جداره دست یافتند . مولکول های آب درون نانولوله ها به شکل یک حلقه متشکل از هفت مولکول آب به یکدیگر پیوند می یابند.

و هم چنین دریافتند این حلقه ها همانند توده ای از شیرینی های گرد حلقه ای در طول نانولوله  کنار هم قرار می گیرند، این حلقه ها توسط پیوندهای هیدروژنی دیگری که در مقایسه با پیوندهای هیدروژنی موجود درون مولکول های هر حلقه، از کشش بسیار بیشتری برخوردار می باشند، به یکدیگر متصل می شوند.

 

تحقیق دیگری نشان داد که مولکول های فعال محدود شده نانولوله های نانولوله، از واکنش با اجزای فعالی مانند هیدروژن اتمی ( که یکی از فعال ترین اجزای شناخته شده در شیمی می باشد) به شدت محافظت می شوند.

این کار نشان میدهد که محققان می توانند برای محافظت مولکول ها از واکنش با هم، آنها را درون نانولوله ها ذخیره نمایند.

در این حالت مولکول های درون نانولوله می توانند به راحتی با یکدیگر واکنش دهند. Yates
می گوید: این امر می تواند یک ابزار جدید برای تمرکز روی شیمی فعال در آزمایشگاه فراهم آورد.

این کار را می توان با جدا کردن یک مولکول از دیگری و فرار دادن آن درون نانولوله به انجام رساند».

 

کاربردهای مواد نانوساختار در حفظ محیط زیست:

از نانوساختارهایی مثل پلیمرهای زیستی می توان برای تولید تراشه های الکترونیکی استفاده کرد. پلیمر یا مولکول درشت، از اتصال چند مولکول کوچک به وجود می آید.

این مولکول های کوچک باید پیوندهای دو یا چندگانه داشته باشند و به این منظور باید بتواند به یکدیگر متصل شوند.

طبق اطلاعات موجود، برای تولید هر گرم ریزتراشه ۳۲ مگابایتی ،‌ به مصرف ۸۵۰ گرم سوخت فسیلی و مواد شیمیایی و۱۶ کیلوگرم آب نیاز است. با استفاده از فرآیندهای نانو می توان شیوه مرسوم در تولید تراشه های نیمه هادی را تا حد بسیار زیادی بهبود بخشد.

علاوه بر این،‌ استفاده از فناوری نانو منجر به تولید مواد بی خطر به جای مواد سمی موجود اشاره می شود. برای مثال، مانیتورهای ساخته شده از مواد نانو ساختار بسیار کم خطرتر از انواع مشابه ساخته شده از لوله های اشعه کاتدی (که حاوی مواد سمی اند) است و راندمان بالاتری هم دارد . نمایشگرهای ساخته شده از کریستال مایع ضمن کوچک بودن،‌حاوی سرب نیستند و مصرف انرژی آنها بسیار کمتر از انواع مشابه کاتدی است . علاوه بر این،‌استفاده از نانولوله های کربنی در نمایشگرهای کامپیوتری به کاهش مصرف فلزات سنگین در آنها کمک می کند و از این طریق از آسیب به محیط زیست می کاهد.

نمایشگرهای ساخته شده از کریستال مایع. از نمایشگرها به حفظ محیط زیست کمک می کنند. گزارش های زیادی درباره استفاده از نانو ذرات برای تصفیه آلاینده های زیست محیطی ارائه شده است . در صورت استفاده از روش های متداول برای تصفیه حلال های آلی حاوی ترکیبات کلردار مانند تری کلرواتیلن،‌ همواره مقداری دی کلر و اتیلن و وینیل کلراید در اثر واکنش های جانبی ایجاد می شوند که بسیار مضرند. با استفاده از ذرات دو فلزی نانوساختار(دوفلز با ابعاد نانو) تولید این گونه محصولات جانبی ذرات عملاً به صفر می رسد.

نانو ذرات کربنی. این نانوذرات می توانند انقلابی در فناوری به وجود آورند.

علاوه بر موارد فوق، نانو ذراتی مانند دی اکسید تیتانیم واکسید روی که به وسیله نور فعال می شوند، استفاده های گوناگونی در حذف آلودگی های آلی از محیط های مختلف یافته اند. این گونه مواد بسیار فراوان و ارزانند و سمیت آنها ناچیز است.

بسیاری از محققان علاقه مندند تا با درستکاری سطوح ذرات نانو ساختار بتوانند آنها را نسبت به نور مرئی حساس کنند. در حال حاضر این ذرات تنها با کمک اشعه ماوراء بنفش تنها ۵% از نور خورشید را نور ماوراء بنفش تشکیل می دهد) حساسیت نشان می دهند. این امر باعث افزایش حساسیت فتوکاتالیست ها و در نتیجه بهبود حذف آلاینده ها و خواص پاک کنندگی سطح می شود. علاوه بر این ذرات نانوساختار انعطاف پذیری زیادی در تصفیه آلاینده ها دارند. به عنوان مثال،‌ از ذرات نانو ساختار برای تصفیه فوری خاک،‌رسوبات،‌ضایعات ،‌جامد،‌تصفیه آب و پسماندهای مایع استفاده
می شود.

تحقیقات نشان می دهند که ذرات دوفلزی نانوساختار مانند آهن ـ پلادیم،‌آهن،‌ نقره و روی ـ پلادیم کاربردهای زیادی در تصفیه و پالایش آلوده کننده های محیط زیست،‌مانند آفت کش های کلرینه با منشأ آلی و حلال های آلی هالوژنه، یافته اند.

تجربه نشان داده است که استفاده از ذرات نانوساختار دوفلزی موجب می شود تا کلیه
هیدروکربن های حاوی ترکیبات کلردار که بسیار سمی اند،‌ به هیدروکربن های بی خطر برای محیط زیست تبدیل شوند. به علاوه،‌ شواهد بسیاری مبین این واقعیت است که ذرات نانوساختار با پایه آهنی، قادر به تجزیه آلودگی های بسیار پایدار همچون ترکیبات پرکلرات ها،‌نیترات ها، فلزات سنگین (نیکل و جیوه) و مواد رادیواکتیو مانند دی اکسید اورانیوم هستند. آلودگی های ناشی از ترکیبات رادیواکتیو را می توان با استفاده از فناوری نانو برطرف کرد.

 

ساخت کلیدهای نانویی توسط دانشمندان ایالت کالیفرنیا

دانشمندان ایالت کالیفرنیا اولین کلید الکتریکی ساخته شده از نانو لوله های کربنی را تولید کردند. آنها امیدوارند با جایگزینی این کلیدها به جای کلیدهای الکتریکی رایج در تراشه های کامپیوتری، قطعات سریع تر و ارزان تری بسازند.

قبل از استفاده از ذرات کاتالیستی آهن تقویت شده با تیتانیوم، ترانزیستورهای جدید از نانولوله های مستقیم (تک شاخه) ساخته می شدند اما استفاده از این ذرات کاتالیستی باعث ایجاد شیوه جدیدی در رشد نانولوله ها می شود، که شبیه به فرایند شاخه شاخه شدن درختان است؛ به گونه ای که برای ساخت یک لوله Y شکل، ذرات کاتالیست در محل انشعاب نانولوله اصلی قرار داده می شوند.

در حال حاضر کمترین ضخامت ترانزیستورها در حدود ۱۰۰ نانومتر است اما این نانولوله های Y شکل می توانند به نازکی تنها چند نانومتر باشند.

Prabhakar Bandaru استاد مهندسی دانشگاه ساندیاگو کالیفرنیا اظهار داشت : اندازه کوچک و رفتار کلیدزنی مهیج این نانولوله ها آنها را به گزینه های مناسبی در ایجاد نسل جدیدی از ترانزیستورها تبدیل کرده است.

وی افزود: این پدیده به طرز سریع و موثری نانولوله های Y شکل را به کوچک ترین ترانزیستورهای کنونی تبدیل می کند که سرعت کلیدزنی آنها بسیار بالا است و قابلیت گیت کردن سه جانبه را نیز دارا هستند. در تلاش های پیشین برای ساخت ترانزیستورهای مبتنی بر نانولوله های کربنی، از گیت های فلزی مجزا به عنوان اجزای داخلی استفاده می شد.

وی گفت: ما معتقدیم این کشف بیانگر نمونه ای از نقش فناوری نانو در کوچک سازی اشیا است. در مقیاس نانو می توان عملکردها را با هم ترکیب کرد، طوری که در مورد این ترانزیستور برای دارا بودن سه جزء گیت، خروجی و منبع مجبور نیستیم هر یک را به صورت جداگانه بسازیم و سپس بهم اسمبل کنیم.

در اتصالات الکتریکی، الکترون ها از یکی از بازوهای Y حرکت می کنند و ابتدا به داخل ذرات کاتالیست قرار گرفته در محل انشعاب جریان می یابند و سپس وارد بازوی دیگر شده و نهایتاً به بیرون جریان پیدا می کنند. با اعمال یک ولتاژ مشخص به نانولوله پایه می توان این حرکت را کنترل کرد، یا به قول مهندسان طراحی تراشه های الکتریکی، جریان الکترون ها را گیت کرد، یعنی یک ولتاژ تغذیه مثبت، جریان را به سمت تولید سیگنال «روشن» تحریک می کند و سیگنال «خاموش» از طریق معکوس کردن جریان تا توقف حرکت الکترون ها ایجاد می گردد.

 

برخی از رویدادهای مهم تاریخی در شکل گیری فناوری و علوم نانو

تاریخ

رویدادهای مهم در زمینه فناوری نانو

۱۸۵۷

مایکل فارادی محلول کلوئیدی طلا را کشف کرد.

۱۹۰۵

تشریح رفتار محلول های کلوئیدی توسط آلبرت انیشتین

۱۹۳۲

ایجاد لایه های اتمی به ضخامت یک مولکول توسط لنگمویر (Langmuir)

۱۹۵۹

فاینمن ایده «فضای زیاد در سطوح پایین» را برای کار با مواد در مقیاس نانو

۱۹۷۴

برای اولین بار واژه فناوری نانو توسط نوریو تانیگوچی بر زبانها جاری شد

۱۹۸۱

IBM دستگاهی اختراع کرد که به کمک آن می توان اتم ها را تک تک جابجا کرد.

۱۹۸۵

کشف ساختار جدیدی از کربن C60

۱۹۹۰

شرکت IBM توانایی کنترل نحوه قرارگیری اتم ها را نمایش گذاشت

۱۹۹۱

کشف نانو لوله های کربنی

۱۹۹۳

تولید اولین نقاط کوانتومی با کیفیت بالا

۱۹۹۷

تولید اولین نانو ترانزیستور

۲۰۰۰

ساخت اولین موتور DNA

۲۰۰۱

ساخت یک مدل آزمایشگاهی سلول سوخت با استفاده از نانو لوله

۲۰۰۲

شلوارهای ضد لک به بازار آمد

۲۰۰۳

تولید نمونه های آزمایشگاهی نانو سلول های خورشیدی

۲۰۰۴

تحقیق و توسعه برای پیشرفت در عرصه فناوری نانو ادامه دارد.

 

 

نتیجه گیری:

فناوری نانوفیزیک فناوری است که برپایه ی دستکاری تک تک اتمها و مولکولها استوار است، بدین منظور که بتوان ساختاری را با خصوصیات اتمی، تولید کرد.

فناوری نانو فیزیک، هنر دستکاری مواد در مقیاس اتمی و یا مولکولی، به منظور ساخت قطعات و لوازم میکروسکوپی است.

امروزه از نانوفیزیک در زمینه های بسیاری استفاده می شود که از حیطه آن می توان به کاربرد آن در زمینه آب که عبارت است از تصفیه و شیرین سازی آن می باشد، کاربرد آن در زمینه پزشکی که شامل ساخت داروهای ضد سرطانی و داروسازی به مغز می باشد، کاربرد آن در زمینه مغناطیسی و الکترونیک و ارتباط دادن این دو با یکدیگر می باشد، و کاربرد آن در آزمایشگاه که در ساخت وسایل آزمایشگاهی در مقیاس کوچک، استفاده از آن در انجام آزمایشات می باشد و …

پژوهشگران اخیراً در زمینه هوا و فضا از نانوفیزیک بهره برده اند.

استفاده از نانوفیزیک در علوم مختلف باعث افزایش بازده و کارایی این علوم شده است.

 

 

منابع و مآخذ:

 

۱ـ سایت اینترنتی www.padida.ir

۲ـ سایت اینترنتی www.goohle.com

۳ـ کتاب دکتر علی اسلامی فر و دکتر آرزو آقاخانی

۴ـ سایت اینترنتی www.persian.nznodetalis.com

۵ـ سایت اینترنتی www.indiamart.com

۶- سایت اینترنتی www. Mass.gov

۷- سایت اینترنتی www. Ill.fr/dif/3d-cry – stals

۸- سایت اینترنتی www. Monrecc.edu

۹- سایت اینترنتی www.making the modern world.org

۱۰- سایت اینترنتی www.nautilus.fis.us.pt

۱۱- سایت اینترنتی ternet.comwww.btin

 

ارسال نظر