- ارسال ها
- 442
- لایک ها
- 423
- امتیاز
- 0
معرفی:
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 می‌توان به کاربردی کردن علوم مختلف کمک کرد. فناوری نانو به سه صورت تعریف می‌شود:
1- فناوری نانو محدوده تحقیقات و مطالعه مواد و خصوصیات آن‌ها در محدوده 1- 100 نانومتر را در بر می‌گیرد.
2- با کمک فناوری نانو ساختارهای نانویی می‌توان خلق کرد که خصوصیات آن‌ها با ساختارهای ماکروسکوپی همان مواد متفاوت است.
3- با کمک فناوری نانو می‌توان در اتم‌ها از طریق کنترل خصوصیات تغییراتی ایجاد کرد.
زمانی که مواد در مقیاس نانو مطالعه و بررسی می‌شوند واکنش‌های و رفتار اتم‌ها در مقایسه با حالتی که مطالعه در سطح مولکولی انجام می‌شوند کاملاً متفاوت است چرا که در این قلمرو خصوصیات فیزیکی مواد تغییر می‌کند 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 کاملاً متفاوت است.
در فناوری نانو برای ساخت دو روش در نظر گرفته می‌شود:
1- روش ساخت پایین به بالا
2- روش ساخت بالا به پایین
در روش ساخت پایین به بالا، وسایل و مواد از سطح مولکولی بر اساس اصول شیمی مولکولی ساخته می‌شوند درست مانند یک دیوار که از روی هم گذاشتن آجر به آجر ساخته می‌شود.
در روش ساخت بالا به پایین، اشیاء نانویی بدون کنترل اتمی در مقادیر بزرگ‌تر ساخته می‌شوند به این طریق که در ساخت آن‌ها از تجهیزات پیشرفته این فناوری مانند میکروسکوپ اتمی و میکروسکوپ تونلی پیمایشی استفاده می‌شود تا فرایند دست‌کاری و ایجاد پدیده‌ها 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 پوشش‌ها و روکش‌های محافظتی و لباس‌های مقاوم نیز استفاده می‌شود. نانو پیشوندی یونانی و دارای علامت n در سیستم استاندارد بین‌المللی واحدها است.یک نانومتر ) یک میلیاردیم متر یا 9-10متر۱۰ به توان منفی نه) است. برای سنجش طول پیوندهای مولکول‌ها، یا فاصله‌ی بسیار بسیار کوچک میان دو اتم به کار می‌رود اگر بخواهیم برای دریافتن مفهوم اندازه‌ی یک نانومتر نسبت به متر، سنجشی انجام دهیم می‌توانیم اندازه‌ی آن را مانند اندازه‌ی یک تیله به کُره‌ی زمین بدانیم. نانومتر و تمام اشیاء و موجوداتی که اندازه‌ی آن‌ها در حد 1 تا 100 نانومتر باشد، اشیاء و موجودات نانو مقیاس نامیده می‌شوند.
به طور کلی موادی که حداقل یکی از ابعاد آن‌ها (طول- عرض- ارتفاع) در مقیاس ۱ الی ۱۰۰ نانومتر باشد، مواد نانویی یا نانو مواد خوانده می‌شوند و این مباحث در قالب موضوعات مربوط به نانو فن‌آوری یا نانو تکنولوژی جای می‌گیرد. فن‌آوری نانو یا نانوتکنولوژی یا نانوتکنولوژی رشته‌ای از دانش کاربردی و فن‌آوری است که بخش‌های گسترده‌ای را پوشش می‌دهد. موضوع اصلی آن نیز مهار ماده یا دستگاه‌ها در ابعاد حدود ۱ تا ۱۰۰ نانومتر است. در واقع نانو فن‌آوری فهم و به کار گیری خواص جدیدی از مواد و سیستم‌هایی در این ابعاد است که اثرات فیزیکی جدیدی – عمدتاً متأثر از غلبه خواص خاص فیزیکی بر خواص معمول فیزیکی (غلبه خواص کوانتومی بر کلاسیک) است از خود نشان می‌دهند. هنگامی که درباره‌ی نانو فن‌آوری شروع به جستجو و مطالعه می‌کنیم، به موضوعات و مواد مختلفی بر می‌خوریم مانند:« نانو لوله‌ها»، شبیه سازی مولکولی، نانو داروها، سلول‌های سوختی، کاتالیزورها، نانو ذرات و.... بنابراین ممکن است نانو فن‌آوری رشته ای کاملاً گسترده به نظر آید که موضوعات آن ربط چندانی به هم ندارند. از آنجا که نانو فن‌آوری یک دانش به شدت میان‌رشته‌ای است و به رشته‌هایی چون فیزیک کاربردی، مهندسی شیمی، پزشکی، مهندسی مواد،ابزارهای نیم رسانا، شیمی ابر مولکول و حتی مهندسی مکانیک، مهندسی برق و نیز مربوط می‌شود. به طور کلی مبحث اصلی و کاربردی این علم در دو شاخه قرار می‌گیرد.
این دو شاخه عبارتند از:
نانوتکنولوژی خشک: این شاخه از علوم پایه‌ی شیمی و فیزیک مشتق می‌شود وجود الکترون‌های آزاد در اتم‌های پایه‌ی این فن‌آوری خصوصیات فیزیکی ماده‌ی نانویی را پدید می‌آورد.
نانوتکنولوژی مرطوب: این شاخه به مطالعه‌ی سیستم‌های زنده در محیط مرطوب می‌پردازد.
نکته قابل توجه اینست که الکترون‌های آزاد اتم‌های اولیه موجب انتقال مواد و انجام واکنش‌ها می‌گردند. در هر دو شاخه‌ی ذکر شده تحقیقات و مطالعات فن‌آوری نانو با روش‌های تحقیقاتی متفاوت صورت می‌پذیرد، اما این دو شاخه کاملاً به یکدیگر مرتبط هستند و پیشرفت در یکی می‌تواند در شاخه‌ی دیگر نیز کاملاً موثر باشد و کاربردهای آن نقش گسترده‌ای در دانش‌های گوناگون خواهد داشت که از موردهای مهم آن می‌توان به کاربردهایش در پزشکی برای ساخت داروهای بدون اثرهای جانبی اشاره کرد که تنها بر یک بافت ویژه تأثیر می‌گذارند، کاربرد نانو مواد در شیمی و ساخت نانو جوراب‌ها ، نانو لوله‌های کربنی و نانو ترانزیستورها در الکترونیک و فیزیک که موجب ساخت کامپیوتر های بسیار کوچک و ... می‌شوند، اشاره کرد. هنگامی که درباره نانو فن‌آوری شروع به جستجو و مطالعه می‌کنیم، به موضوعات و مواد مختلفی بر می‌خوریم مانند:"نانو لوله‌ها، شبیه سازی مولکولی، نانو داروها، سلول‌های سوختی، کاتالیزورها، نانو ذرات و..." بنابراین ممکن است نانو فن‌آوری رشته‌ای کاملاً گسترده به نظر آید که موضوعات آن ربط چندانی به هم ندارند. روش مطالعه، تحقیق، ساخت و تولید فرآورده‌های نانویی و مباحث نانو فن‌آوری با توجه به شاخه کاربردی با یکدیگر متفاوت بوده و مفاهیم اولیه خود را دارا می‌باشند.
سه شاخه اساسی و اصلی بکار گیری نانو فن‌آوری عبارتند از:
نانوتکنولوژی در فیزیک:کاربرد مواد نانویی در الکترونیک، مغناطیس و ابزارهای نوری مورد مطالعه قرار می‌گیرد. برای مثال طراحی و ساختن میکروسکوپ‌هایی که بتوان با استفاده از آن‌ها مواد را در ابعاد نانومتر دید.
نانوتکنولوژی در شیمی:این شاخه از علوم پایه شیمی مشتق می‌شود و به مطالعه تشکیل ساختارهای کربنی، سیلیکون و مواد غیر آلی و فلزی می‌پردازد.
نانوتکنولوژی در زیست شناسی:نانو زیست فن‌آوری روی سیستم‌های زنده‌ای کار می‌کند که اساساً در محیط‌های آبی وجود دارند. در این شاخه ساختمان مواد ژنتیکی، غشاها و سایر ترکیبات سلولی در مقیاس نانومتر مورد مطالعه قرار می‌گیرد. پژوهشگران موفق شده‌اند ساختارهای زیستی فراوانی تولید کنند که نحوه عملکرد آن‌ها در مقیاس نانویی کنترل می‌شود. این شاخه دربرگیرنده‌ی علوم پزشکی،دارویی و به طور کلی علوم و روش‌های مرتبط با زیست فن‌آوری است.
در هر سه شاخه‌ی ذکر شده تحقیقات و مطالعات فن‌آوری نانو با روش‌های تحقیقاتی خاص انجام می‌شود. روش مطالعه، تحقیق، ساخت و تولید فرآورده‌های نانویی و مباحث نانو فن‌آوری با توجه به شاخه کاربردی (فیزیک- شیمی- زیست شناسی) با یکدیگر متفاوت می‌باشد.
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 می‌توان به کاربردی کردن علوم مختلف کمک کرد. فناوری نانو به سه صورت تعریف می‌شود:
1- فناوری نانو محدوده تحقیقات و مطالعه مواد و خصوصیات آن‌ها در محدوده 1- 100 نانومتر را در بر می‌گیرد.
2- با کمک فناوری نانو ساختارهای نانویی می‌توان خلق کرد که خصوصیات آن‌ها با ساختارهای ماکروسکوپی همان مواد متفاوت است.
3- با کمک فناوری نانو می‌توان در اتم‌ها از طریق کنترل خصوصیات تغییراتی ایجاد کرد.
زمانی که مواد در مقیاس نانو مطالعه و بررسی می‌شوند واکنش‌های و رفتار اتم‌ها در مقایسه با حالتی که مطالعه در سطح مولکولی انجام می‌شوند کاملاً متفاوت است چرا که در این قلمرو خصوصیات فیزیکی مواد تغییر می‌کند 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 کاملاً متفاوت است.
در فناوری نانو برای ساخت دو روش در نظر گرفته می‌شود:
1- روش ساخت پایین به بالا
2- روش ساخت بالا به پایین
در روش ساخت پایین به بالا، وسایل و مواد از سطح مولکولی بر اساس اصول شیمی مولکولی ساخته می‌شوند درست مانند یک دیوار که از روی هم گذاشتن آجر به آجر ساخته می‌شود.
در روش ساخت بالا به پایین، اشیاء نانویی بدون کنترل اتمی در مقادیر بزرگ‌تر ساخته می‌شوند به این طریق که در ساخت آن‌ها از تجهیزات پیشرفته این فناوری مانند میکروسکوپ اتمی و میکروسکوپ تونلی پیمایشی استفاده می‌شود تا فرایند دست‌کاری و ایجاد پدیده‌ها 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 پوشش‌ها و روکش‌های محافظتی و لباس‌های مقاوم نیز استفاده می‌شود. نانو پیشوندی یونانی و دارای علامت n در سیستم استاندارد بین‌المللی واحدها است.یک نانومتر ) یک میلیاردیم متر یا 9-10متر۱۰ به توان منفی نه) است. برای سنجش طول پیوندهای مولکول‌ها، یا فاصله‌ی بسیار بسیار کوچک میان دو اتم به کار می‌رود اگر بخواهیم برای دریافتن مفهوم اندازه‌ی یک نانومتر نسبت به متر، سنجشی انجام دهیم می‌توانیم اندازه‌ی آن را مانند اندازه‌ی یک تیله به کُره‌ی زمین بدانیم. نانومتر و تمام اشیاء و موجوداتی که اندازه‌ی آن‌ها در حد 1 تا 100 نانومتر باشد، اشیاء و موجودات نانو مقیاس نامیده می‌شوند.
به طور کلی موادی که حداقل یکی از ابعاد آن‌ها (طول- عرض- ارتفاع) در مقیاس ۱ الی ۱۰۰ نانومتر باشد، مواد نانویی یا نانو مواد خوانده می‌شوند و این مباحث در قالب موضوعات مربوط به نانو فن‌آوری یا نانو تکنولوژی جای می‌گیرد. فن‌آوری نانو یا نانوتکنولوژی یا نانوتکنولوژی رشته‌ای از دانش کاربردی و فن‌آوری است که بخش‌های گسترده‌ای را پوشش می‌دهد. موضوع اصلی آن نیز مهار ماده یا دستگاه‌ها در ابعاد حدود ۱ تا ۱۰۰ نانومتر است. در واقع نانو فن‌آوری فهم و به کار گیری خواص جدیدی از مواد و سیستم‌هایی در این ابعاد است که اثرات فیزیکی جدیدی – عمدتاً متأثر از غلبه خواص خاص فیزیکی بر خواص معمول فیزیکی (غلبه خواص کوانتومی بر کلاسیک) است از خود نشان می‌دهند. هنگامی که درباره‌ی نانو فن‌آوری شروع به جستجو و مطالعه می‌کنیم، به موضوعات و مواد مختلفی بر می‌خوریم مانند:« نانو لوله‌ها»، شبیه سازی مولکولی، نانو داروها، سلول‌های سوختی، کاتالیزورها، نانو ذرات و.... بنابراین ممکن است نانو فن‌آوری رشته ای کاملاً گسترده به نظر آید که موضوعات آن ربط چندانی به هم ندارند. از آنجا که نانو فن‌آوری یک دانش به شدت میان‌رشته‌ای است و به رشته‌هایی چون فیزیک کاربردی، مهندسی شیمی، پزشکی، مهندسی مواد،ابزارهای نیم رسانا، شیمی ابر مولکول و حتی مهندسی مکانیک، مهندسی برق و نیز مربوط می‌شود. به طور کلی مبحث اصلی و کاربردی این علم در دو شاخه قرار می‌گیرد.
این دو شاخه عبارتند از:
نانوتکنولوژی خشک: این شاخه از علوم پایه‌ی شیمی و فیزیک مشتق می‌شود وجود الکترون‌های آزاد در اتم‌های پایه‌ی این فن‌آوری خصوصیات فیزیکی ماده‌ی نانویی را پدید می‌آورد.
نانوتکنولوژی مرطوب: این شاخه به مطالعه‌ی سیستم‌های زنده در محیط مرطوب می‌پردازد.
نکته قابل توجه اینست که الکترون‌های آزاد اتم‌های اولیه موجب انتقال مواد و انجام واکنش‌ها می‌گردند. در هر دو شاخه‌ی ذکر شده تحقیقات و مطالعات فن‌آوری نانو با روش‌های تحقیقاتی متفاوت صورت می‌پذیرد، اما این دو شاخه کاملاً به یکدیگر مرتبط هستند و پیشرفت در یکی می‌تواند در شاخه‌ی دیگر نیز کاملاً موثر باشد و کاربردهای آن نقش گسترده‌ای در دانش‌های گوناگون خواهد داشت که از موردهای مهم آن می‌توان به کاربردهایش در پزشکی برای ساخت داروهای بدون اثرهای جانبی اشاره کرد که تنها بر یک بافت ویژه تأثیر می‌گذارند، کاربرد نانو مواد در شیمی و ساخت نانو جوراب‌ها ، نانو لوله‌های کربنی و نانو ترانزیستورها در الکترونیک و فیزیک که موجب ساخت کامپیوتر های بسیار کوچک و ... می‌شوند، اشاره کرد. هنگامی که درباره نانو فن‌آوری شروع به جستجو و مطالعه می‌کنیم، به موضوعات و مواد مختلفی بر می‌خوریم مانند:"نانو لوله‌ها، شبیه سازی مولکولی، نانو داروها، سلول‌های سوختی، کاتالیزورها، نانو ذرات و..." بنابراین ممکن است نانو فن‌آوری رشته‌ای کاملاً گسترده به نظر آید که موضوعات آن ربط چندانی به هم ندارند. روش مطالعه، تحقیق، ساخت و تولید فرآورده‌های نانویی و مباحث نانو فن‌آوری با توجه به شاخه کاربردی با یکدیگر متفاوت بوده و مفاهیم اولیه خود را دارا می‌باشند.
سه شاخه اساسی و اصلی بکار گیری نانو فن‌آوری عبارتند از:
نانوتکنولوژی در فیزیک:کاربرد مواد نانویی در الکترونیک، مغناطیس و ابزارهای نوری مورد مطالعه قرار می‌گیرد. برای مثال طراحی و ساختن میکروسکوپ‌هایی که بتوان با استفاده از آن‌ها مواد را در ابعاد نانومتر دید.
نانوتکنولوژی در شیمی:این شاخه از علوم پایه شیمی مشتق می‌شود و به مطالعه تشکیل ساختارهای کربنی، سیلیکون و مواد غیر آلی و فلزی می‌پردازد.
نانوتکنولوژی در زیست شناسی:نانو زیست فن‌آوری روی سیستم‌های زنده‌ای کار می‌کند که اساساً در محیط‌های آبی وجود دارند. در این شاخه ساختمان مواد ژنتیکی، غشاها و سایر ترکیبات سلولی در مقیاس نانومتر مورد مطالعه قرار می‌گیرد. پژوهشگران موفق شده‌اند ساختارهای زیستی فراوانی تولید کنند که نحوه عملکرد آن‌ها در مقیاس نانویی کنترل می‌شود. این شاخه دربرگیرنده‌ی علوم پزشکی،دارویی و به طور کلی علوم و روش‌های مرتبط با زیست فن‌آوری است.
در هر سه شاخه‌ی ذکر شده تحقیقات و مطالعات فن‌آوری نانو با روش‌های تحقیقاتی خاص انجام می‌شود. روش مطالعه، تحقیق، ساخت و تولید فرآورده‌های نانویی و مباحث نانو فن‌آوری با توجه به شاخه کاربردی (فیزیک- شیمی- زیست شناسی) با یکدیگر متفاوت می‌باشد.