X بستن تبلیغات
X بستن تبلیغات
header
متن مورد نظر

کاربرد نانو مواد در مشبک‌کاری (Perforation) صنایع بالادستی نفت

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

مقدمه

به دلایلی نظیر تولید از یک عمق خاص (جلوگیری از تولید آب یا گاز اضافی) و نه از تمام لایه و همچنین پایدارسازی دهانه چاه و جلوگیری از ارتباط لایه ها با یکدیگر، مقابل لایه نفت یا گاز یک لوله جداری قرار داده می شود و سپس مشبک کاری (Perforation) جهت مرتبط ساختن چاه و لایه مربوطه و در یک عمق خاص، انجام می شود. با مشبک کاری، لوله جداری به همراه سیمان پشت آن و بخشی از لایه مربوطه سوراخ می­شوند. سپس نفت یا گاز از طریق سوراخ های ایجاد شده به درون چاه راه پیدا می کند. سوراخ کردن لوله جداری معمولاً امروزه توسط Jet Perforator انجام می پذیرد که از دو فلز با جنس های متفاوت و مواد منفجره برای تولید نیروی کافی تشکیل شده است.

<!–[if gte mso 9]> Normal 0 false false false EN-US X-NONE AR-SA MicrosoftInternetExplorer4 <!–[if gte mso 9]> <!–[if gte mso 10]>
/* Style Definitions */
table.MsoNormalTable
{mso-style-name:\”Table Normal\”;
mso-tstyle-rowband-size:0;
mso-tstyle-colband-size:0;
mso-style-noshow:yes;
mso-style-priority:99;
mso-style-qformat:yes;
mso-style-parent:\”\”;
mso-padding-alt:0in 5.4pt 0in 5.4pt;
mso-para-margin:0in;
mso-para-margin-bottom:.0001pt;
mso-pagination:widow-orphan;
font-size:11.0pt;
font-family:\”Calibri\”,\”sans-serif\”;
mso-ascii-font-family:Calibri;
mso-ascii-theme-font:minor-latin;
mso-fareast-font-family:\”Times New Roman\”;
mso-fareast-theme-font:minor-fareast;
mso-hansi-font-family:Calibri;
mso-hansi-theme-font:minor-latin;
mso-bidi-font-family:Arial;
mso-bidi-theme-font:minor-bidi;}

کاربرد نانو مواد در مشبک‌کاری (Perforation ) صنایع بالادستی نفت

 

 نانوتکنولوژی به مواد و سیستم‌هایی مربوط می‌شود که ساختار و اجزای آن به دلیل ابعاد نانومتری، خواص، پدیده‌های فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی، رفتار جدیدی را نشان می‌دهند. مواد دارای اندازه ذره نانومقیاس در حوزه‌ای بین اثرات کوانتومی اتم‌ها و مولکول‌ها و خواص توده قرار می‌گیرند. 

 

 

مقدمه

به دلایلی نظیر تولید از یک عمق خاص (جلوگیری از تولید آب یا گاز اضافی) و نه از تمام لایه و همچنین پایدارسازی دهانه چاه و جلوگیری از ارتباط لایه ها با یکدیگر، مقابل لایه نفت یا گاز یک لوله جداری قرار داده می شود و سپس مشبک کاری (Perforation) جهت مرتبط ساختن چاه و لایه مربوطه و در یک عمق خاص، انجام می شود. با مشبک کاری، لوله جداری به همراه سیمان پشت آن و بخشی از لایه مربوطه سوراخ می­شوند. سپس نفت یا گاز از طریق سوراخ های ایجاد شده به درون چاه راه پیدا می کند. سوراخ کردن لوله جداری معمولاً امروزه توسط Jet Perforator انجام می پذیرد که از دو فلز با جنس های متفاوت و مواد منفجره برای تولید نیروی کافی تشکیل شده است.

یک فلز، استحکام کافی برای سوراخ کردن لوله جداری و سیمان را دارد و فلز دیگر باعث ذوب شدن فلز اول می شود تا سوراخ ایجاد شده درون لایه نفت یا گاز مسدود نشود. نهایتاً با فرآیند اسیدزنی، بقایای فلزات باقی مانده نیز خارج می شوند.

X از فرایند مشبک کاری.

کاربرد نانو تکنولوژی در این بخش

۱- نانومواد

جنس مواد بکار رفته در ابزار مشبک کاری اهمیت حیاتی در انجام این فرایند دارد و در این میان نانو مواد در این حیطه پتانسیل خوبی جهت بکار گرفته شدن دارد.

۲-مواد نانوساختار

در این بخش امکان استفاده از یک سری مواد نانوساختار که پس از عملیات مشبک کاری پس از زمان مشخصی از بین می روند، استفاده کرد. یعنی در این فرآیند نیازی به فلز دوم برای از بین بردن فلز اول وجود ندارد.

۳-نانوپوششها

پیشرفت های اخیر در زمینه مهندسی سطح با استفاده از پوشش های هوشمند و تکنولوژی های پوشش دهی کنترل بهتر اصطکاک و سایش را در تماس های سطحی ارائه می دهد. در برخی از پوشش ها به علت جذب سولفورها و فسفرها باعث کاهش ویسکوزیته شده و خواص روانروی بهتری را در سیال موجب می شوند. جدید ترین تکنولوژی های در دست انجام منجر به تولید نانوکامپوزیت ها و نانوپوشش های ابرساختار شده است که به افزایش عمر قطعه پوشش داده شده و کاربردهای دیگر تولید خواهد پرداخت. گاهی این پوشش ها طوری طراحی می شوند که با موادی که به عنوان مثال در لوله های نفت حرکت می کنند واکنش داده و یک لایه مرزی بسیار سخت و متراکم را تشکیل می دهند که هم باعث عدم خوردگی می شود و هم جلوگیری از اصطکاک می کند. گاهی پوشش هایی که خاصیت روغنکاری در حالت جامد دارند باعث بهبود خواص سطحی می شوند که باعث لغزش آسان روی سطوح پوشش داده می گردند.

در سال های اخیر گونه ای از پوشش های نانوساختار که از فازهای فلزی و سرامیکی تشکیل شده اند، تولید گشته اند. این پوشش ها معمولاًٌ با روش PVD یا MBE تولید می شوند. این پوشش ها به علت نانوساختار بودنشان و هموژنیته یکسان آن در طول پوشش به طور قابل توجهی چندکاره[۱] می باشند.

این پوشش ها علاوه بر سختی بالا، ضریب اصطکاک پایین را دارا بوده و خواص هدایت الکتریکی یا حرارتی بالایی دارند. سختی آنها در حد ۴۰ تا ۶۰ گیگاپاسکال و ضریب اصطکاک آنها ۴/۰ ۳/۰ در مقایسه با سطح فولاد می باشد. [۱]

برایان بورن و کنث گراهام کوان از شرکت MCDONNELL BOEHNEN HULBERT & BERGHOFF LLP با ترکیب ۹۰% وزنی پودر تنگستن و ۱۰% وزنی پودر بایندر (Binder) که بصورت هرمی شکل داده شده است ، موفق به تولید گلوله هایی((Jet perforator شده اند که برای مشبک سازی لوله های جداری مناسب هستند . این مواد ساختار کریستالی دارند که اندازه دانه هایشان بین ۲۵ نانو متر تا ۱ میکرون است. [۲]

 

زمینه های تحقیقاتی نانو مواد

 

 در این مقاله زمینه های نانو مواد مورد بررسی قرار گرفته و چهار روش ساخت نانو مواد توضیح داده شده است. در اینجا به رونمای زینتر کردن، رسوب شیمیایی بخار،رسوب فیزیکی بخار و بعضی از روشهای الکترو شیمیایی اشاره شده است. 

 

   

امروزه علاقه بسیاری به ساخت مواد سرامیکی با استفاده از نانوپودرهای با ابعاد ۱ تا ۱۰۰ نانومتر بوجود آمده است. تئوری‌ها نشان می‌دهد که نرخ چگال‌شدن به‌شدت به اندازه ذرات بستگی دارد. بنابراین، با توجه به این موضوع با کاهش اندازه ذرات از میکرومتر به سمت نانومتر، زمان زینترکردن در یک دمای مشخص کاهش خواهد یافت. در حقیقت بسیاری از آزمایشات این تئوری را حمایت می‌کنند. به عنوان مثال آقای رودز (Rhodes) قطعات فشرده‌شده از نانوپودرهای زیرکونیا را تولید کرد که چگالی آنها در حدود چگالی تئوری بود اما دمای زینترکردن، بسیار کمتر از دمای زینترکردن پودرهای درشت بود. اخیراً آقای کاندان (Skandan) و همکارانش، نانوپودرهای تیتانیا را در دمای ۸۰۰ درجه سلسیوس زینتر کردند. این دما بسیار کمتر از دمای زینترکردن پودرهای معمولی تیتانیا می‌باشد. نتایج فوق نشان می‌دهد که نانوذرات می‌توانند مزیت‌های قابل توجهی را در ساخت قطعات سرامیکی داشته باشند و علاوه بر این کاهش زمان و دمای زینترکردن می‌تواند جلوی رشد دانه‌ها را بگیرد زیرا اندازه دانه‌ها یکی از پارامترهای بسیار مهم در خواص قطعه می‌باشد. اثبات شده است که با کاهش اندازه دانه، استحکام تسلیم مواد بالا می‌رود. با کاهش اندازه دانه‌ها به سمت ابعاد نانومتری، مرز دانه‌ها در قطعات افزایش خواهد یافت. بنابراین تعداد اتم‌های موجود در فصل مشترک دانه‌ها نسبت به اتم‌های موجود در شبکه کریستالی قابل توجه خواهد بود. بنابراین خواص کلی ماده از اتم‌های موجود در مرز دانه‌ها تأثیر خواهد پذیرفت. بنابراین خواص فیزیکی بهبودیافته‌ای را از قطعات سرامیکی ساخته‌شده از نانوپودرها انتظار خواهیم داشت.

یکی از مسائل بسیار مهم در ساخت مواد نانوساختاری رسیدن به ماکزیمم چگالش پودرها و در عین حال حفظ‌شدن ساختار دانه‌ها در ابعاد نانومتری می‌باشد. در حال حاضر چگالی در حدود ۹۵% چگالی واقعی با نانوذرات در حدود ۱۰ تا ۲۰ نانومتر قابل حصول است. اما چگالی‌های بالاتر با افزایش اندازه دانه بالاتر از ۵۰ نانومتر قابل حصول می‌باشد. برای کاهش رشد دانه‌ در حین زینترشدن، باید چگالی خام قطعه فشرده‌شده بالا باشد و اندازه حفرات آن کوچک باشد. زیرا برای حذف حفرات بزرگ نیاز به رشد دانه می‌باشد. بنابراین قبل از فرآیند زینترکردن نانوپودرهای فشرده‌شده، باید به چگالی بالایی دست پیدا کنیم.یکی از روش‌های رسیدن به این هدف استفاده از فشار بالا می‌باشد. با این حال می‌دانیم که رسیدن به چگالی خام بالا با استفاده از نانوپودرهای سرامیکی بسیار مشکل می‌باشد. علت این مسئله وجود نیروهای متعددی مثل نیروهای واندروالس می‌باشد. بنابراین قطعات خام فشرده‌شده در دمای اتاق بعد از فرآیند فشرده‌سازی چگالی بالایی نخواهد داشت. چگالی خام پائین قطعات فشرده‌شده از نانوپودرها به خاطر دو مسأله می‌باشد:

۱- وجود حفرات برزگ به علت مجتمع ‌شدن نانوپودرها، زیرا شکستن آنها در تکنیک‌های رایج فشرده‌سازی به علت پدیده پل‌زنی ممکن نمی‌باشد.

۲- فشرده‌شدن غیرهمگن ذرات به خاطر وجود نیروهای اصطکاکی.

برای بدست‌آوردن ساختار مطلوب و در ابعاد نانو در قطعه خام، آگلومره‌شدن ذرات در حین ساخت باید حداقل باشد. اخیراً پودر ZrO۲ –Y۲O۳ %mol۳ را با چگالی کامل و در دمای پائین پخت کرده‌اند. این محققین تأکید کرده‌اند که شیب چگالی در قطعه خام، غیرهمگنی و مجتمع ذرات در قطعه قبل از پخت‌شدن نباید وجود داشته باشد. زیرا منجر به تولید عیوبی در قطعه پخت‌شده خواهد شد.

نتایج آنها همچنین نشان می‌دهد که تغییر دما در حدود ?۷۰ تأثیر مهمی را در سرعت افزایش چگالی خواهد داشت. با توجه به این نتایج مشخص می‌شود که شرایط فرآوری نانوپودها باید به دقت رعایت شود.

در تحقیقی دیگر از فشار بالا برای بدست‌آوردن حداکثر چگالی خام و ساختار در ابعاد نانو استفاده شده است. به عنوان مثال فشار اعمالی در حدود GPa۱ بوده است که این فشار نیاز به تجهیزات خاصی دارد. برای مثال به منظور بدست‌آوردن حداکثر چگالی در یک نانوپودر از پیستون‌هایی از جنس کاربید تنگستن و کبالت استفاده شده است. همچنین برای فشارهای بالاتر از الماس‌ استفاده شده است. اخیراً بررسی شده است که چگالش نانوپودرها در قطعه خام با استفاده از مواد روانساز که به ذرات اجازه لغزیدن روی هم را می‌دهد، بهبود خواهد یافت. یک روانساز مناسب فشرده‌شدن پودرها را به مقدار زیادی بهبود خواهد بخشید. البته نکته مهم در انتخاب روانساز می‌باشد. زیرا نانوپودرها فعالیت شیمیایی بسیار بالایی دارند. از طرفی روانساز باید توانایی نفوذ به داخل حفرات بین نانوپودرها را داشته باشد. بنابراین روانساز باید ماده‌ای با جرم مولکولی بسیار پائین باشد.

محققین بررسی کرده‌اند که بهبود چگالش نانوپودرها توسط روانسازهایی که مایع تک‌مولکولی ساده هستند عملی می‌باشد. آنها نانوذرات نیترید سیلیکون را در دمای نیتروژن مایع توسط روانساز LN۲ فشردند.

 

 

نانو تکنولوژی علم خواص عجیب مواد

 

 از نانوتکنولوژی، بیوتکنولوژی و فناوری اطلاع رسانی به عنوان سه قلمرو علمی نام می برند که انقلاب سوم صنعتی را شکل می دهد. از همین روست که کشورهای در حال توسعه که اغلب از دو انقلاب قبل جا مانده اند، می کوشند با سرمایه گذاری در این سه قلمرو، عقب ماندگی خود را جبران کنند. 

 

     

همان گونه که در این گزارش می خوانید، نانوتکنولوژی کاربردهای گسترده ای در تمام حیطه های زندگی دارد و از این رو توسعه آن می تواند به بهبود و تسهیل زندگی کمک فراوان کند.

اتم سنگ بنای بنیادی ماده است و در نتیجه اتم ها بسیار کوچک هستند. توصیف و تصور جهان در سطح اتم و ملکول دشوار است. این حیطه از علم به قدری عجیب است که بخشی خاص از فیزیک به آن اختصاص یافته شده که مکانیک کوانتم نام دارد. هدف این علم برای توصیف رخدادها در سطح اتم است.اگر قرار بود توپ تنیس را به طرف دیوار پرتاب کنید و توپ از آن بگذرد و به سوی دیگر دیوار برود، حتماً تعجب می کردید. اما این دقیقاً همان اتفاقی است که در مقیاس کوانتم رخ می دهد. در مقیاس بسیار کوچک، خواص ماده مانند رنگ، مغناطیس و توانایی انتقال برق نیز به شکل غیرمنتظره تغییر می کند. دیدن جهان اتم به معنای عادی کلمه میسر نیست، چون خواص آن کوچکتر از طول موج نور قابل دیدن است. اما در سال ۱۹۸۱ پژوهشگران شرکت آی بی ام نوعی میکروسکوپ ساختند که نام آن STM بود. اسم این میکروسکوپ در واقع از یک خاصیت در مکانیک کوانتم گرفته شده بود که در میکروسکوپ یاد شده به کار می رود. این دستگاه می توانست پستی و بلندی های در مقایس جهان نانو را نشان دهد. میکروسکوپ STM این امکان را به دانشمندان داد که برای اولین بار اتم ها و ملکول ها را ببینند. تصاویر این میکروسکوپ به زیبایی و وضوح تصاویر طبیعت اما در مقیاس تصورناپذیر نانومتر بود. یک نانومتر یک میلیاردیم متر یا حدوداً به طول ۱۰ اتم هیدروژن است. با وجودی که دانشمندان از سال های دهه ۱۹۵۰ درباره بررسی مواد در این مقیاس تلاش کرده بودند، آنان ناچار شدند تا اختراع میکروسکوپ STM صبر کنند تا به هدف خود برسند. عموماً در این باره توافق وجود دارد که نانوتکنولوژی اشیاء بین یک تا ۱۰۰ نانومتر را در بر می گیرد، هر چند که این تعریف تا حدی قراردادی است. برخی افراد اجسامی به کوچکی یک دهم نانومتر را نیز در نظر می گیرند که به اندازه پیوند بین دو اتم کربن است. در دیگر سوی این گستره در اجسام بزرگتر از ۵۰ نانومتر قوانین فیزیک کلاسیک صدق می کند. مواد بسیاری هستند که دارای خواص اجسام در مقیاس نانو هستند اما اسم نانوتکنولوژی به آنها اطلاق نمی شود. نانوتکنولوژی در پی آن است تا از خواص عجیب اجسام در مقیاس بسیار کوچک استفاده کند. جورج اسمیت سرپرست بخش علم مواد در دانشگاه آکسفورد گفت در مقیاس نانو، خواص «جدید، هیجان انگیز و متفاوتی» یافت می شود. با کوچک تر شدن اجسام، نسبت بین فضای سطح و حجم آن افزایش می یابد. این امر بدان علت مهم است که اتم های موجود در سطح یک ماده معمولاً بیشتر از اتم های مرکز آن واکنش نشان می دهند. از این رو، اگر نقره به ذرات بسیار کوچک تبدیل شود، خواص ضدمیکروبی پیدا می کند که در حجم انبوه آن وجود ندارد. یک شرکت با تولید ذرات ریز از ترکیب اکسید سدیم از این خاصیت استفاده می کند و ماده ای تولید می کند که خاصیت کاتالیزوری آن بیشتر است. در این جهان نادیدنی، ذرات کوچک طلا در دمای چند صد درجه پایین تر ذوب می شود و مس که معمولاً رسانای خوب الکتریسیته است، ممکن است در لایه های نازک و در مجاورت میدان مغناطیسی مقاوم شود. الکترون ها (مانند همان توپ تنیس خیالی) می توانند از نقطه ای به نقطه دیگر بجهند و ملکول ها می توانند همدیگر را از مسافت های متوسط جذب کنند. این خاصیت به برخی حشرات اجازه می دهد روی سقف راه بروند، چون موهای ریز کف 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 امکان را به دانشمندان می دهد که موادی با خواص بهتر یا جدید نوری، مغناطیسی، حرارتی یا الکتریک تولید کنند.

اکنون انواع جدیدی از ماده تولید می شود. مثلاً شرکت نانوسونیک در ویرجینیا لاستیک فلزی تولید کرده است. این ماده مانند لاستیک انعطاف و انحنا می پذیرد اما الکتریسیته را مانند فلزی محکم منتقل می کند. مرکز تحقیقاتی جنرال الکتریک در پی ساخت سرامیک انعطاف پذیر است. در صورت موفقیت، از این ماده می توان در ساخت قطعات موتور جت استفاده کرد و موتورهایی ساخت که در دمای بیشتر با کارایی بهتری کار کند. چندین شرکت مشغول کار روی موادی هستند که روزی به صورت رنگ به سلول های خورشیدی بدل خواهد شد. از آنجایی که نانوتکنولوژی کاربردهای گسترده ای دارد، بسیاری از افراد فکر می کنند این علم اهمیتی به مانند برق یا پلاستیک پیدا کند. مطالعات نشان می دهد نانو تکنولوژی با بهبود مواد و محصولات و تولید مواد کاملاً جدید بر تمام صنایع تأثیر خواهد گذاشت. افزون براین، فعالیت در حد کوچکترین مقیاس ها به پیشرفت های مهم در عرصه هایی مانند الکترونیک، انرژی و پزشکی زیستی خواهد انجامید.

آغاز نانوتکنولوژی

نانو تکنولوژی از یک رشته علمی خاص مشتق نمی شود. با وجودی که نانو تکنولوژی بیشترین وجه مشترک را با علم مواد دارد، خواص اتم و ملکول شالوده بسیاری از علوم است و در نتیجه دانشمندان حوزه های علمی به آن جذب می شوند. برآورد می شود در سراسر جهان حدود ۰۰۰/۲۰ نفر در نانو تکنولوژی کار می کنند. تحقیقات در مقیاس بسیار ریز در رشته های الکترونیک، نوروبیوتکنولوژی به ترتیب نانوالکترونیک، نانو اپتیکس و نانو بیوتکنولوژی نیز نامیده می شود. پیشوند نانو از کلمه یونانی به معنای کوتوله مشتق می شود. براساس برآورد شرکت لاکس ریسرچ در نیوریورک، بودجه کل تحقیق و توسعه نانو تکنولوژی دولت ها و شرکت ها در سراسر جهان در سال ۲۰۰۴ بیش از ۶/۸میلیارد دلار بود. نیمی از این بودجه از جانب دولت ها تأمین می شد. اما به پیش بینی لاکس ریسرچ در سال های آینده، شرکت ها احتمالاً بودجه بیشتری از دولت ها صرف این علم خواهند کرد. در آمریکا، پس از طرح فرستادن انسان به کره ماه، نانو تکنولوژی بیشترین بودجه را از دولت فدرال دریافت کرده است. در سال ،۲۰۰۴ دولت آمریکا ۶/۱میلیارد دلار صرف نانو تکنولوژی کرد، یعنی دو برابر بودجه طرح ژنوم انسان در اوج انجام آن. در سال ۲۰۰۵ قرار است ۹۸۲میلیون دلار دیگر صرف آن شود. در مکان دوم بودجه نانو تکنولوژی ژاپن قرار دارد. بسیاری از کشورهای در حال توسعه مانند هند، چین، آفریقای جنوبی و برزیل جزو کشورهایی هستند که بیشترین بودجه را در این زمینه صرف می کنند. در خلال شش سال پیش از ،۲۰۰۳ سرمایه گذاری در نانو تکنولوژی توسط سازمان های دولتی هفت برابر شده است. این حجم سرمایه گذاری انتظارات را به اندازه ای افزایش داده است که شاید قابل تحقق نباشد. برخی معتقدند شرکت های نانو تکنولوژی مانند حباب شرکت های اینترنت در سال های اخیر از بین خواهند رفت. اما دلایلی وجود دارد که نشان می دهد درباره مخاطرات آن گزافه گویی شده است. سرمایه گذاران خصوصی اکنون بسیار محتاط تر از دوره رونق شرکت های اینترنت هستند و بیشتر پولی که دولت ها در این زمینه اختصاص می دهند، صرف علوم پایه و فناوری هایی می شود که تا سال ها در اختیار همگان قرار نخواهد گرفت. با این حال کیفیت برخی محصولات موجود با کاربرد نانو تکنولوژی 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 میکروبی پیدا کرده است. با اتصال ملکول های ایجاد کننده مانع به فیبر پنبه، پارچه هایی تولید شده است که ضد لکه و بو است. راکت های تنیس با افزودن ذرات ریز تقویت شده است. در درازمدت نانو تکنولوژی به نوآوری های بزرگتری خواهد انجامید، از جمله انواع جدید حافظه کامپیوتر، فناوری پزشکی و روش های تولید انرژی بهتر مانند سلول های خورشیدی. طرفداران این فناوری می گویند نانو تکنولوژی به تولید انرژی پاک و تولید بدون مواد زائد و غیره خواهد انجامید. مخالفان آن معتقدند نانوتکنولوژی 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 کنند، اما به هرحال باید از نانو تکنولوژی استقبال کرد.

 

 

نانو تکنولوژی – انقلاب نوین صنعتی

 

  ننانوتکنولوژی یا به عبارتی فناوری مادون ریز در دو دهه اخیر پیشرفتهایی را در تکنولوژی وسایل و مواد با ابعاد بسیار کوچک به دست آورده است و به سوی تحولی فوق العاده که تمدن بشری را تا پایان این قرن دگرگون خواهد کرد، پیش می رود. 

 

   

ننانوتکنولوژی یا به عبارتی فناوری مادون ریز در دو دهه اخیر پیشرفتهایی را در تکنولوژی وسایل و مواد با ابعاد بسیار کوچک به دست آورده است و به سوی تحولی فوق العاده که تمدن بشری را تا پایان این قرن دگرگون خواهد کرد، پیش می رود.برای احساس اندازه های مادون ریز ، قطر موی سر انسان را که یک دهم میلی متر است در نظر بگیرید ، یک نانو متر ۱۰۰ هزار برابر کوچک تر است (۹-۱۰ متر)، تکنولوژی و مهندسی در قرن جدید با وسایل اندازه گیری و تولیداتی سر و کار خواهند داشت که چنین ابعاد مادون ریزی دارند .در حال حاضر پروسه هایی در ابعاد چند مولکولی قابل طراحی و کنترل است . همچنین خواص مکانیکی ، شیمیایی ، الکتریکی ، مغناطیسی ، نوری و … مواد در لایه ها در حدود ابعاد نانو متر قابل درک و تحلیل و سنجش است . این تکنولوژی در قرن حاضر مسیری را طی می کند که در آن مواد مادون ریز را باید ترکیب کرد تا دانه های بزرگ تر و کارآمد به وجود آورد . درست همان روشی که در طبیعت برای تولید کردن حاکم است . مجموعه های طبیعی ، ترکیبی از دانه های مادون ریز قابل تشخیص با خواص مشابه و یا متفاوت با اندازه های در حدود نانو است .۶۴ سال پیش «Jon von neumann»حدس زد که روزی ساختن ماشینهایی که بتوانند خودشان را کپی کنند ، ممکن خواهد شد . در سال ۱۹۹۱ دکتر «Eric Drexler» اولین دکترا در رشتهٔ نانوتکنولوژی را از دانشگاه «Mit» دریافت داشت و در سال ۱۹۹۶ مؤسسهٔ «Foresight» که در حال حاضر یکی از مؤسسات به نام تحقیقات نانوتکنولوژی است، را پایه گذاری کرد .اکثر تحقیقات در فناوری های مادون ریز هم اکنون در درمان بیماری ها و یا دست یافتن به مواد جدید به ظهور رسیده است و موارد بسیاری در مرحلهٔ تحقیقات کاربردی و آزمایشی است . اکنون ساخت رایانه های بسیار کوچک تر و میلیون ها بار سریع تر در دستور کار شرکت های تحقیقاتی قرار دارد . در بیانی کوتاه نانوتکنولوژی یک فرآیند تولید مولکولی است . همان طور که طبیعت مجموعه ها را به طور خودکار مولکول به مولکول ساخته و روی هم مونتاژ کرده است . ما هم باید برای تولید محصولات جدید با این اعتقاد که هر چه در طبیعت تولید شده ، قابل تولید در آزمایشگاه نیز هست ، نظیر طبیعت راهی پیدا کنیم . البته منظور این نیست که چند هسته از مواد را تولید کنیم و با رساندن انرژی و خوراک پس از چند سال یک نیروگاه از آن بسازیم که شهری را برق دهد . بلکه برای ترکیب و تکامل خودکار تولیدات مادون ریز که به نحوی در مجموعه های بزرگ تر مصرف دارد راهی بیابیم . در اندازه های مادون ریز روشها و ابزار آلات متعارف فیزیکی جوابگو نیستند . برای ساختن ماشینهای مولکولی باید روش پروسه های طبیعی را دنبال کرد که بحث های مفصل و کارشناسانه ای را در پی دارد .

 

نانوتکنولوژی یک فناوری عام و فراگیر می باشد که در بسیاری از فناوری های دیگر کاربرد داشته و در بعضی از آنها ایجاد تحول می کند . برخی از تأثیرات نانوتکنولوژی به اختصار در زیر آمده است :

– تأثیر زیاد نانوتکنولوژی در تولید خلاقیت و کارآفرینی

– تأثیر زیاد نانوتکنولوژی در رفاه و زندگی مردم

-تأثیر زیاد نانوتکنولوژی بر امنیت و دفاع ملی

-تأثیر نانوتکنولوژی در حفظ محیط زیست

– نانوتکنولوژی تمام دستاوردهای گذشتهٔ بشر را که در ماده تحقق یافته است ، متحول می سازد .

– نانوتکنولوژی باعث همگرایی رشته های علمی و تخصص های مختلف می شود .

– نانوتکنولوژی رقیب سایر فناوریها نیست بلکه مکمل آنهاست .

کاربردهای نانوتکنولوژی همه جا همراه با هزینهٔ کمتر ، دوام و عمر بیشتر ، مصرف انرژی کمتر ، هزینهٔ نگهداری کمتر و خواص بهتر است .

نانوتکنولوژی مولکولی ، علمی است که ما را قادر به ساختن مواد از اتم ها می سازد و در این صورت ما توانایی آرایش دوبارهٔ مواد را با دقت اتمی خواهیم داشت .

نانوتکنولوژی ، توانمندی تولید مواد ، ابزارها و سیستمهای جدید با در دست گرفتن کنترل در سطوح مولکولی واقعی و استفاده از خواصی است که در آن سطوح ظاهر می شود .

انقلابی که توسط نانوتکنولوژی در دهه های آینده به وجود خواهد آمد ، پیشرفتهای غیرمنتظره ای را در عرصه های مختلف وعده می دهد . تحولات اقتصادی ، صنعتی و روشهای مناسب حفظ سلامتی و ایجاد محیطی دلپذیر از پیامدهای این تکنولوژی است .

به کمک نانوتکنولوژی در آینده ای نه چندان دور !!!

– خانه هایی ساخته خواهد شد که آجرهای آن در صورت بروز هرگونه ترک خوردگی ، خودشان را ترمیم و بازسازی می کنند .

– اتومبیل ها با لایه ای نازک اما به استحکام الماس پوشانده می شود که در مقابل هرگونه خراش و ضربه محافظت می شوند .

– پزشکان صدها نوع بیماری را تنها با قرار دادن یک قطره خون در یک دستگاه تشخیص داده و پس از چند ثانیه نتیجه را دریافت می کنند .

– لباس هایی تولید می شود که در سرما و گرما دمای بدن را همواره در حالت تعادل نگه داشته و در تمام فصول قابل استفاده می باشند و به دلیل کیفیت بافت مولکولی کثیف نشده و نیازی به شستشو ندارند .

– ظروف غذاخوری و لوازمی تولید می شود که برای تمیزکردن آنها نیاز به هیچ گونه مادهٔ شوینده ای نیست و تنها با آب پاک می شوند .

– کفش هایی تولید می شوند که با وجود صاف بودن کف آن هرگز بر روی یخ و برف نمی لغزند .

– با استفاده از نانوتکنولوژی قادر خواهیم بود یک گلولهٔ کالیبر ۴۵ را با یک سطح نازک و سبک مثل ورق کاغذ متوقف کنیم .

– آسانسور فضایی از دیگر دستاوردهای نانوتکنولوژی است که انسان را از زمین به فضا می برد و از نظر تئوری می توان این آسانسور را با استفاده از CNT ساخت (CNT لوله های استوانه ای با ضخامت یک اتم هستند که دارای خاصیت فلزی یا نیمه فلزی هستند)

– به کمک نانوتکنولوژی می توان حدود ۲۵۰ میلیون حرف نانومتری را که معادل ۳۰۰ کتاب ۳۰۰ صفحه ای است . بر روی سطح مقطع یک موی انسان نوشت .

نانوتکنولوژی می تواند تغییرات اساسی در زمینهٔ تولید ، سلامتی بشر ، ذخایر انرژی ، پزشکی ، دارویی ، حمل و نقل ، کشاورزی ، ارتش و … ایجاد کند .بسیار مهم است که مردم برای پیشرفتی غیرمنتظره و تکنولوژیکی آماده شوند این موج به آرامی در راه است .

 

منبع: پدیدا بزرگترین مرجع علمی ایرانیان

ارسال نظر