نانوتکنولوژی |مقالات|

[Marichka]

هر چند كه گفته مى شود نانوفناورى قابليت توليد و كاربرد فناورى هاى تميزتر را دارا است؛ اما در كاربرد نانومواد يا ريزمواد بايد احتياط لازم را به عمل آورد. مطالعات نشان مى دهد افرادى كه در معرض انتشار نانومواد قرار دارند ممكن است به عارضه هايى دچار شوند و همچنين تخليه نانوذرات به آب نيز سبب آلودگى هاى سمى زيست محيطى مى شود. در اين نوشتار جهت آشنايى بيشتر خوانندگان گرامى با ساير جنبه هاى علم و فناورى رو به رشد نانو يكى از كامل ترين و جديدترين مطالعاتى كه در زمينه خطرات نانوذرات انجام شده و هم اكنون در مجله Journal of Cleaner Production زير چاپ است؛ به صورت خلاصه ترجمه و ارائه شده است.
• • •
ويژگى بارز نانوفناورى استفاده آن از ذرات بسيار كوچكى است كه حداقل يكى از ابعاد آنها كمتر از ۱۰۰ نانومتر باشد. گفته شده است كه نانوفناورى مى تواند مواد زائد و آلودگى ها را از محيط حذف كند حتى مى تواند به طور فزاينده اى از مصرف و هدر رفتن منابع جلوگيرى كند كه اين خود مى تواند سبب شود قيمت تمام شده بسيارى از محصولات و فرآيندها كاهش يابد. از سوى ديگر نانوفناورى اين قابليت را دارد كه با فراهم آوردن امكان انتخاب گرى بالا در واكنش هاى شيميايى، بهره ورى در مصرف انرژى و كاهش توليد مواد زائد را موجب شود. با اين وجود مطالعات نشان مى دهد كه اين فناورى نوظهور آنچنان كه گفته مى شود بى خطر نيست. اصولاً ما با سه دسته نانومواد سروكار داريم. دسته اول كه مهم ترين و قديمى ترين آنها كربن سياه يا كربن بلاك است كه در ساختن لاستيك و نيز در صنايع چاپ به كار مى رود. كاربردهاى جديد اين نانوماده در صنايع ديگرى چون صنايع پوششى، نساجى، سراميك، شيشه و… گزارش شده است. تنها افرادى كه در اين صنايع كار مى كنند مى توانند در معرض اين دسته از نانومواد قرار بگيرند. دسته دوم شامل نانوذراتى است كه در مواد دارويى و آرايشى بهداشتى به كار مى روند كه بالنسبه عموم افراد ممكن است از آنها استفاده كنند. دسته سوم نانوذراتى هستند كه به صورت ناخواسته به عنوان محصول فرعى بعضى از فرآيندها- مانند سوختن سوخت هاى ديزلى، گداختن فلزات و حرارت دادن پليمرها توليد مى شوند، كه به اين دسته نانوذرات غيرتوليدى نيز گفته مى شود. امروزه بيشتر نانوذرات توليدى از اكسيدهاى فلزى، سيليكون و كربن ساخته مى شوند. بيشتر نانوذرات دارو رسان از چربى ها و ساختارهايى با پايه پلى اتيلن گليكول ساخته شده اند.

[Marichka]

تعريف نانوتکنولوژي و آشنايي با آن
نانوتکنولوژي، توانمندي توليد مواد، ابزارها و سيستمهاي جديد با در دست گرفتن کنترل در سطوح ملکولي و اتمي و استفاده از خواص است که در آن سطوح ظاهر ميشود. از همين تعريف ساده برميآيد که نانوتکنولوژي يک رشته جديد نيست، بلکه رويکردي جديد در تمام رشته هاست. براي نانوتکنولوژي کاربردهايي را در حوزه هاي مختلف از غذا، دارو، تشخيص پزشکي و بيوتکنولوژي تا الکترونيک، کامپيوتر، ارتباطات، حملونقل، انرژي، محيط زيست، مواد، هوافضا و امنيت ملي برشمرده اند.کاربردهاي وسيع اين عرصه به همراه پيامدهاي اجتماعي، سياسي و حقوقي آن، اين فن آوري را بهعنوان يک زمينه فرا رشتهاي و فرابخش مطرح نموده است.
هر چند آزمايشها و تحقيقات پيرامون نانوتکتولوژي از ابتداي دهه 80 قرن بيستم بطور جدي پيگيري شد، اما اثرات تحول آفرين، معجزه آسا و باورنکردني نانوتکنولوژي در روند تحقيق و توسعه باعث گرديد که نظر تمامي کشورهاي بزرگ به اين موضوع جلب گردد و فناوري نانو را به عنوان يکي از مهمترين اولويتهاي تحقيقاتي خويش طي دهه اول قرن بيست و يکم محسوب نمايند .
استفاده از اين فنآوري در کليه علوم پزشکي، پتروشيمي، علوم مواد، صنايع دفاعي، الکترونيک، کامپوترهاي کوانتومي و غيره باعث شده که تحقيقات در زمينه نانو بهعنوان يک چالش اصلي علمي و صنعتي پيش روي جهانيان باشد. لذا محققين، اساتيد و صنعتگران ايراني نيز بايد در يک بسيج همگاني، جايگاه، موقعيت و وضعيت خويش را در خصوص اين موضوع مشخص نمايند و با يک برنامه­ريزي علمي دقيق و کارشناسانه به حضوري فعال و حتي رقابتي سالم در اين جايگاه، عرضاندام و ابراز وجود نمايند و براي چنين کاري طراحي يک برنامه منسجم، فراگير و همه جانبه اجتنابناپذير است.
نانوتكنولوژي و كاربردهاي آن علوم و فناوري نانو، عنصر ي اساسي در درك بهتر طبيعت در دهه‌هاي آتي خواهد بود. از جمله موارد مهم در آ ي نده، همكاريهاي تحقيقاتي ميان‌رشته‌ا‌ي، آموزش خاص و انتقال ايده‌ها و افراد به صنعت خواهد بود. بخشي از تأثيرات و کاربردهاي نانوتکنولوژي بهشرح زير مي‌باشد:
1 – توليد ، مواد و محصولات صنعتي : نانوتكنولوژي تغيير بنياني مسيري است كه در آينده، موجب ساخت مواد و ابزارها خواهد شد. امكان سنتز بلوك‌هاي ساختماني نانو با اندازه و تركيب به دقّت كنترل‌شده و سپس چيدن آنها در ساختارهاي بزرگتر، كه داراي خواص و كاركرد منحصربه‌فرد باشند، انقلابي در مواد و فرآيندهاي توليد آنها، ايجاد مي‌كند. محقّقين قادر به ايجاد ساختارهايي از مواد خواهند شد كه در طبيعت نبوده و شيمي مرسوم نيز قادر به ايجادشان نبوده‌است. برخي از مزاياي نانوساختارها عبارتست از: مواد سبك‌تر، قوي‌تر و قابل برنامه‌ريزي ؛ كاهش هزينة عمر كاري از طريق كاهش دفعات نقص فنّي ؛ ابزارهايي نوين بر پاية اصول و معماري جديد ؛ بكارگيري كارخانجات مولكولي يا خوشه‌ا‌ي كه مزيّت مونتاژ مواد در سطح نانو را دارند.
2- پزشکي و بدن انسان: رفتار مولكولي در مقياس نانومتر، سيستمهاي زنده را اداره مي‌كند. يعني مقياسي كه شيمي، فيزيك، زيست‌شناسي و شبيه‌سازي كامپيوتري، همگي به آن سمت درحال گرايش هستند.
• فراتر از سهل‌شدن استفادة بهينه از دارو، نانوتكنولوژي مي‌تواند فرمولاسيون و مسيرهايي براي رهايش دارو ( Drug Delivery ) تهيه كند، كه به‌نحو حيرت‌انگيزي توان درماني داروها را افزايش مي‌دهد.
• مواد زيست‌سازگار با كارآيي بالا، از توانايي بشر در كنترل نانوساختارها حاصل خواهدشد. نانومواد سنتزي معدني و آلي را مثل اجزاي فعّال، مي‌توان براي اعمال نقش تشخيصي (مثل ذرات كوانتومي كه براي مرئي‌سازي بكار مي‌رود) درون سلولها وارد نمود.
• افزايش توان محاسباتي بوسيلة نانوتكنولوژي، ترسيم وضعيت شبكه‌هاي ماكرومولكولي را در محيط‌هاي واقعي ممكن مي‌سازد. اينگونه شبيه‌سازي‌ها براي بهبود قطعات كاشته‌شدة زيست‌سازگار در بدن و جهت فرآيند كشف دارو، الزامي خواهدبود.
3- دوام‌پذيري منابع: كشاورزي، آب، انرژي، مواد و محيط زيست پاك: نانوتكنولوژي چنان چ ه ذكر شد، منجر به تغييرات ي شگرف در استفاده از منابع طبيعي، انرژي و آب خواهد شد و پس ا ب و آلودگي را كاهش خواهدداد. همچنين فنّاوري‌هاي جديد، امكان بازيافت و استفادة مجدد از مواد، انرژي و آب را فراهم خواه ن د كرد. در زمينه محيط زيست ، علوم و مهندسي نانو، مي‌تواند تأثير قابل ملاحظه‌ا‌ي ، در درك مولكولي فرآيندهاي مقياس نانو كه در طبيعت رخ مي‌دهد ؛ در ايجاد و درمان مسائل زيست‌محيطي از طريق كنترل انتشار آلاينده‌ها ؛ در توسعة فنّاوري‌هاي "سبز" جديد كه محصولات جانبي ناخواستة كمتري دارند و ي ا در جريانات و مناطق حاوي فاضلاب، داشته‌باشد. لازم به ذكراست، نانوتكنولوژي توان حذف آلودگي‌هاي كوچك از منابع آبي (كمتر از 200 نانومتر) و هوا (زير 20 نانومتر) و اندازه‌گيري و تخفيف مداوم آلودگي در مناطق بزرگتر را دارد.
در زمينه انرژي ، نانوتكنولوژي مي‌تواند به‌طور قابل ملاحظه‌ا‌ي كارآيي، ذخيره‌سازي و توليد انرژي را تحت تأثير قرار د ا د ه مصرف انرژي را پايين بياورد . به عنوان مثال، شركتهاي مواد شيميايي، مواد پليمري تقويت‌شده با نانوذرات را ساخته‌اند كه مي‌تواند جايگزين اجزاي فلزي بدنة اتومبيلها شود. استفاده گسترد ه ازاين نانوكامپوزيت‌ها مي‌تواند ساليانه 5/1 ميليارد ليتر صرفه‌جويي مصرف بنزين به ‌همراه داشته‌باشد .
يا انتظار مي‌رود تغييرات عمده‌ا‌ي در فنّاوري روشنايي در 10 سال آينده رخ دهد. مي‌توان نيمه‌هادي‌هاي مورد استفاده در ديودهاي نوراني ( LED ها) را به مقدار زياد در ابعاد نانو توليد كرد. در ا مريکا ، تقريبا" 20% كل برق توليدي، صرف روشنايي (چه لامپهاي التهابي معمولي و چه فلوئورسنت) مي‌شود. مطابق پيش‌بيني‌ها در 10 تا 15 سال آينده ، پيشرفتهايي از اين دست مي‌تواند مصرف جهاني را بيش از 10% كاهش دهد كه 100 ميليارد دلار در سال صرفه‌جويي و 200 ميليون تن كاهش انتشار كربن را به‌همراه خواهدداشت .
4 - هوا و فضا : محدوديت‌هاي شديد سوخت براي حمل بار به مدار زمين و ماوراي آن، و علاقه به فرستادن فضاپيما براي مأموريتهاي طولاني به مناطق دور از خورشيد ، كاهش مداوم اندازه، وزن و توان مصرفي را اجتناب‌ناپذير مي‌سازد. مواد و ابزارآلات نانوساختاري، اميد حل اين مشكل را بوجود آورده‌است.
"نانوساختن" ( Nanofabrication ) همچنين در طرّاحي و ساخت مواد سبك‌وزن، پرقدرت و مقاوم در برابر حرارت، موردنياز براي هواپيماها، راكت‌ها، ايستگاههاي فضايي و سكّوهاي اكتشافي سيّاره‌ا‌ي يا خورشيدي، تعيين‌كننده است. همچنين استفادة روزافزون از سيستمهاي كوچك‌شدة تمام خودكار، منجر به پيشرفتهاي شگرفي در فنّاوري ساخت و توليد خواهدشد. اين مسأله با توجه به اينكه محيط فضا، نيروي جاذبة كم و خلأ بالا دارد، موجب توسعة نانوساختارها و سيستمهاي نانو – كه ساخت آنها در زمين ممكن نيست- در فضا خواهدشد.
5- امنيت ملّي: برخي کاربردهاي دفاعي نانوتکنولوژي عبارتند از: تسلط اطّلاعاتي از طريق نانوالكترونيك پيشرفته بعنوان يك قابليت مهم نظامي ، امكان آموزش مؤثّرتر نيرو، به كمك سيستمهاي واقعيت مجازي پيچيده‌تر حاصله از الكترونيك نانوساختاري ، استفادة بيشتر از اتوماسيون و رباتيك پيشرفته براي جبران كاهش نيروي انساني نظامي، كاهش خطر براي سربازان و بهبود كارآيي خودروهاي نظامي ، دستيابي به كارآيي بالاتر (وزن كمتر و قدرت بيشتر) موردنياز در صحنه‌هاي نظامي و در عين‌حال تعداد دفعات نقص فنّي كمتر و ه ز ينة كمتر در عمر كاري تجهيزات نظامي ، پيشرفت در امر شناسايي و در نتيجه مراقبت عوامل شيميايي، زيستي و هسته‌ا‌ي ، بهبود طرّاحي در سيستمهاي مورد استفاده در كنترل و مديريت عدم تكثير سلاحهاي هسته‌ا‌ي ، تلفيق ابزارهاي نانو و ميكرومكانيكي جهت كنترل سيستمهاي دفاع هسته‌ا‌ي . در بسياري موارد، فرصتهاي اقتصادي و نظامي مكمّل هم هستند. كاربردهاي درازمدت نانوتكنولوژي در زمينه‌هاي ديگر، پشتيباني كننده امنيت ملّي است و بالعكس.
6- کاربرد نانوتکنولوژي در صنعت الکترونيک ذخيره‌سازي اطلاعات در مقياس فوق‌ العاده کوچک، با استفاده از اين فناوري مي‌توان ظرفيت ذخيره سازي اطلاعات را در حد 1000 برابر يا بيشتر افزايش دهد و نهايتاً به ساخت ابزارهاي ابرمحاسباتي به کوچکي يک ساعت مچي منتهي شود.
ظرفيت نهايي ذخيره اطلاعات به حدود يک ترابيت در هر اينچ ربع برسد، و اين امر موجب مي‌شود که ذخيره‌ سازي 50 عدد DVD يا بيشتر در يک هارد ديسک با ابعاد يک کارت اعتباري شود.
ساخت تراشه‌ها در اندازههاي فوقالعاده کوچک به عنوان مثال در اندازههاي 32 تا 90 نانو متر، توليد ديسک‌هاي نوري 100 گيگا بايتي در اندازههاي کوچک نيز ميباشد.
تاريخچه فناوري نانو در جهان
چهل سال پيش Richard Feynman ، متخصص کوانتوم نظري و دارنده جايزه نوبل، درسخنراني معروف خود در سال 1959 با عنوان " آن پايين فضاي بسياري هست "( Ther is plenty of room in the bottom ) به بررسي بعد رشد نيافته علم مواد پرداخت. وي درآن زمان اظهار داشت : "اصول فيزيک، تا آنجايي که من توانايي فهمش را دارم، بر خلاف امکان ساختن اتم به اتم چيزها حرفي نميزنند." او فرض را بر اين قرار داد که اگر دانشمندان فرا گرفتهاند که چگونه ترانزيستورها و ديگر سازهها را با مقياسهاي کوچک بسازند، پس ما خواهيم توانست که آنها را کوچک و کوچکتر کنيم. در واقع آنها به مرزهاي حقيقيشان در لبههاي نامعلوم کوانتوم نزديک خواهند بود بهطوري که يک اتم را در مقابل ديگري بهگونهاي قرار دهيم که بتوانيم کوچکترين محصول مصنوعي و ساختگي ممکن را ايجاد کنيم.
با استفاده از اين فرمهاي بسيار کوچک چه وسايلي ميتوانيم ايجاد کنيم؟
Feynman در ذهن خود يک "دکتر مولکولي" تصور کرد که صدها بار از يک سلول منحصربه فرد کوچکتر است و ميتواند به بدن انسان تزريق شود و درون بدن براي انجام کاري يا مطالعه و تاييد سلامتي سلولها و يا انجام اعمال ترميمي و بهطور کلي براي نگهداري بدن در سلامت کامل به سير بپردازد. در بحبوبه سالهاي صنعتي کلمه "بزرگ" از اهميت ويژهاي برخوردار بود. مثل علوم بزرگ، پروژه­هاي مهندسي بزرگ و غيره حتي کامپيوترها در دهه 1950 تمام طبقات ساختمان را اشغال مي­کردند. ولي از وقتي Feynman نظرات و منطق خود را بازگو کرد، جهان روندي بهسوي کوچک شدن در پيش گرفت.
Marvin Minsky تفکرات بسيار باروري داشت که ميتوانست به انديشههاي Feynman قوت ببخشد. Minsky پدر يابنده هوشهاي مصنوعي دهه 70-1960 جهان را در تفکراتي که مربوط به آينده مي­شد، رهبري ميکرد. در اواسط دهه 70 ، Eric Drexler که يک دانشجوي فارغ التحصيل بود، Minskey را بهعنوان استاد راهنما جهت تکميل پاياننامهاش انتخاب کرد و او نيز اين مسئوليت را بر عهده گرفت. Drexler سبت به وسايل بسيار کوچک Feynman علاقهمند شده بود و قصد داشت تا در مورد تواناييهاي آنها به کاوش بپردازد. Minskey نيز با وي موافقت کرد. Drexler در اوايل دهه 80، درجه استادي خود را در رشته علوم کامپيوتر دريافت کرده بود و گروهي از دانشجويان را به صورت انجمني به دور خود جمع نموده بود. او افکار جوانترها را با يک سري ايدهها که خودش "نانوتکنولوژي" نامگذاري کرده، مشغول ميداشت. Drexler اولين مقاله علمي خود را در مورد نانوتکنولوژي مولکولي (MNT) در سال 1981 ارايه داد. او کتاب Engin of Creation:The Coming Era of Nanotechnology را در سال 1986 به چاپ رساند. Drexler تنها درجه دکتري در نانوتکنولوژي را در سال 1991 از دانشگاه MIT دريافت داشت. او يک پيشرو در طرح نانوتکنولوژي است و هماکنون رئيس استيتو Foresight و Research Fellow ميباشد.
تعيين بودجههاي کلان در کشورهاي صنعتي براي تحقيقات در زمينه نانوتکنولوژي
بسياري از كشورهاي توسعه‌يافته و در حال توسعه (در حدود 30 كشور)، برنامه‌هايي را در سطح ملي براي پشتيباني از فعاليتهاي تحقيقاتي و صنعتي نانوتكنولوژي تدوين و اجرا مي‌نمايند. زيرا نانوتكنولوژي به عنوان انقلابي در شرف وقوع، آينده اقتصادي كشورها و جايگاه آنها در جهان را تحت تأثير جدي قرار خواهد داد و اين مس أ له در اين كشورها توسط صاحب‌نظران و محققان تبيين‌شده و براي مديران اجرايي به صورت يك امر شفاف و قطعي درآمده است. در بخشي از اين كشورها، در يكي دو سال اخير تحركات شديدي از طرف دولتها براي سرعت بخشيدن به توسعه نانوتكنولوژي صورت گرفته و فعاليتهايي كه تا قبل از اين به صورت خودجوش توسط محققان انجام مي‌گرفته است، با تشويق و حمايتهاي مستقيم دولت ادامه يافته‌اند كه در اين قسمت نمودار ستوني ميزان سرمايه گذاري دولتها آورده شده است:
اهميت مطرح شدن طرح
همانگونه كه اشاره شد بسياري از كشورهاي پيشرفته و در حال پيشرفت، برنامه‌هايي را براي پشتيباني از فعاليتهاي تحقيقاتي و صنعتي نانوتكنولوژي تدوين و اجرا مي‌نمايند. اما يك سوال مهم براي كشور ما و بسياري از كشورها كه هنوز به نانوتكنولوژي به عنوان تمدن آينده علمي توجه كافي نكرده‌اند، اين است كه آيا بايد با اين روند همراه شد يا نه؟ توجه به فضاي بسيار بزرگ و در حال ايجاد نانوتكنولوژي و حجم وسيع فعاليتهاي مربوط به آن در دنيا، اين باور را به انسان القاء مي‌كند كه دير يا زود بايد آينده را ديد و براي ورود به آن اقدام نمود.
١1) ورود كشورها به عرصه نانوتكنولوژي اجتناب‌ناپذير است. بسياري از صاحب‌نظران و محققان، نانوتكنولوژي را مساوي آين
محمد طلايي زاده

[Mohammad Hosseyn]

نانوتكنولوژي چيست؟ نانوتكنولوژي توليد كارآمد مواد و دستگاهها و سيستمها با كنترل ماده در مقياس طولي نانومتر، و بهره برداري از خواص و پديده هاي نوظهوري است كه در مقياس نانو توسعه يافته اند.

يك نانومتر چقدر است؟ يك نانومتر يك ميلياردم متر (9-m 10) است. اين مقدار حدوداً چهار برابر قطر يك اتم است. مكعبي با ابعاد 5/2 نانومتر ممكن است حدود 1000 اتم را شامل شود. كوچكترين IC هاي امروزي با ابعادي در حدود 250 نانومتر در هر لايه به ارتفاع يك اتم، حدود يك ميليون اتم را در بردارند. در مقايسه يك جسم نانومتري با اندازه اي حدود 10 نانومتر، هزار برابر كوچكتر از قطر يك موي انسان است.

امكان مهندسي در مقياس مولكولي براي اولين بار توسط ريچارد فاينمن (R.Feynnman)، برنده جايزه نوبل فيزيك، مطرح شد. فين من طي يك سخنراني در انستيتو تكنولوژي كاليفرنيا در سال 1959 اشاره كرد كه اصول و مباني فيزيك امكان ساخت اتم به اتم چيز ها را رد نمي كند. وي اظهار داشت كه مي توان با استفاده از ماشين هاي كوچك ماشين هايي به مراتب كوچك تر ساخت و سپس اين كاهش ابعاد را تا سطح خود اتم ادامه داد. همين عبارت هاي افسانه وار فاينمن من راهگشاي يكي از جذاب ترين زمينه هاي نانو تكنولوژي يعني ساخت روبوت هايي در مقياس نانو شد. در واقع تصور در اختيار داشتن لشكري از نانوماشين هايي در ابعاد ميكروب كه هر كدام تحت فرمان يك پردازنده مركزي هستند ، هر دانشمندي را به وجد مي آورد. در روياي دانشمنداني مثل جي استورس هال (J.Storrs Hall) و اريك دركسلر (E.Drexler) اين روبوت ها يا ماشين هاي مونتاژكن كوچك تحت فرمان پردازنده مركزي به هر شكل دلخواهي درمي آيند. شايد در آينده اي نه چندان دور بتوانيد به كمك اجراي برنامه اي در كامپيوتر، تختخوابتان را تبديل به اتومبيل كنيد و با آن به محل كارتان برويد.

چرا اين مقياس طول اينقدر مهم است؟ خواص موجي شكل (مكانيك كوآنتمي) الكترونهاي داخل ماده و اثر متقابل اتمها با يكديگر از جابجايي مواد در مقياس نانومتر اثر مي پذيرند. با توليد ساختارهايي در مقياس نانومتر، امكان كنترل خواص ذاتي مواد ازجمله دماي ذوب، خواص مغناطيسي، ظرفيت بار و حتي رنگ مواد بدون تغيير در تركيب شيميايي بوجود مي آيد. استفاده از اين پتانسيل به محصولات و تكنولوژيهاي جديدي با كارايي بالا منتهي مي شود كه پيش از اين ميسر نبود. نظام سيستماتيك ماده در مقياس نانومتري، كليدي براي سيستمهاي بيولوژيكي است. نانوتكنولوژي به ما اجازه مي دهد تا اجزاء و تركيبات را داخل سلولها قرارداده و مواد جديدي را با استفاده از روشهاي جديد خود_اسمبلي بسازيم. در روش خود_اسمبلي به هيچ روبات يا ابزار ديگري براي سرهم كردن اجزاء نيازي نيست. اين تركيب پرقدرت علم مواد و بيوتكنولوژي به فرايندها و صنايع جديدي منتهي خواهد شد.

ساختارهايي در مقياس نانو مانند نانوذرات و نانولايه ها داراي نسبت سطح به حجم بالايي هستند كه آنها را براي استفاده در مواد كامپوزيت، واكنشهاي شيميايي، تهيه دارو و ذخيرة انرژي ايده ال مي سازد. سراميك هاي نانوساختاري غالباً سخت تر و غيرشكننده تر از مشابه مقياس ميكروني خود هستند. كاتاليزورهاي مقياس نانو راندمان واكنشهاي شيميايي و احتراق را افزايش داده و به ميزان چشمگيري از مواد زائد و آلودگي آن كم مي كنند. وسايل الكترونيكي جديد، مدارهاي كوچكتر و سريعتر و … با مصرف خيلي كمتر مي توانند با كنترل واكنش ها در نانوساختار بطور همزمان بدست آيند. اينها تنها اندكي از فوايد و مزاياي تهيه مواد در مقياس نانومتر است.

منافع نانوتكنولوژي چيست؟ مفهوم جديد نانوتكنولوژي آنقدر گسترده و ناشناخته است كه ممكن است روي علم و تكنولوژي در مسيرهاي غيرقابل پيش بيني تأثير بگذارد. محصولات موجود نانوتكنولوژي عبارتند از: لاستيكهاي مقاوم در برابر سايش كه از تركيب ذرات خاك رس با پليمرها بدست آمده اند، شيشه هايي كه خودبخود تميز ميشوند, مواد دارويي كه در مقياس نانو ذرات درست شده اند،ذرات مغناطيسي باهوش براي پمپهاي مكنده و روان سازها, هد ديسكهاي ليزري و مغناطيسي كه با كنترل دقيق ضخامت لايه ها از كيفيت بالاتري برخوردارند، چاپگرهاي عالي با استفاده از نانو ذرات با بهترين خواص جوهر و رنگ دانه و …

قابليتهاي محتمل تكنيكي نانوتكنولوژي عبارتند از :

1- محصولات خوداسمبل

2- كامپيوترهايي با سرعت ميلياردها برابر كامپيوترهاي امروزي

3- اختراعات بسيار جديد ( كه امروزه ناممكن است)

4- سفرهاي فضايي امن و مقرون به صرفه

5- نانوتكنولوژي پزشكي كه درواقع باعث ختم تقريبي بيماريها، سالخوردگي و مرگ و مير خواهد شد.

6- دستيابي به تحصيلات عالي براي همه بچه‌هاي دنيا

7- احياء و سازماندهي اراضي

8- ...


منبع :[ برای مشاهده لینک ، لطفا با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ] & mollasadra

[Mohammad Hosseyn]

همه چيز درباره نانو تكنولوژي

در دو دهه اخير، پيشرفتهاي تكنولوژي وسايل و مواد با ابعاد بسيار كوچك به دست آمده است و به سوي تحولي فوق العاده كه تمدن بشر را تا پايان قرن دگرگون خواهد كرد ، پيش مي رود . براي احساس اندازه هاي مادون ريز ، قطر موي سر انسان را كه يك دهم ميليمتر است در نظر بگيريد ، يك نانومتر صدهزار برابر كوچكتراست 9- 10متر . تكنولوژي و مهندسي در قرن پيش رو با وسايل ، اندازه گيريها و توليداتي سروكار خواهد داشت كه چنين ابعاد مادون ريزي دارند . درحال حاضر پروسه هاي در ابعاد چند مولكول قابل طراحي و كنترل است . همچنين خواص مكانيكي ، شيميايي ، الكتريكي ، مغناطيسي ، نوري و... مواد در لايه ها در حدود ابعاد نانومتر قابل درك و تحليل و سنجش است . تكنولوژي درقرن گذشته در هرچه ريزتر كردن دانه هاي بزرگتر پيشرفت چشمگيري داشت ، بطوريكه به مزاح گفته شد كه ديگر كشف ذرات ريز اتمي ((Sub-Atomic)) نه تنها جايزه نوبل ندارد ، بلكه به آن جريمه هم تعلق مي گيرد ! تكنولوژي نو درقرن حاضر مسير عكس را طي مي كند . يعني مواد مادون ريز را بايد تركيب كرد تا دانه هاي بزرگتر كارآمد به وجود آ ورد .


درست همان روشي كه در طبيعت براي توليد كردن حاكم است . مجموعه هاي طبيعي ، تركيبي از دانه هاي مادون ريز قابل تشخيص با خواص مشابه و يا متفاوت با اندازه هاي در حدود نانو است .


اثر تحقيقات در فناوريهاي مادون ريز هم اكنون در درمان بيماريها و يا دست يافتن به مواد جديد به ظهور رسيده است . موارد بسياري در مرحله تحقيقات كاربردي و آزمايشي است .اكنون ساخت رايانه هاي بسيار كوچكتر و ميليونها بار سريعتر در دستور كار شركتهاي تحقيقاتي قرار دارد .


در بياني كوتاه نانوتكنولوژي يك فرايند توليد مولكولي است . همانطور كه طبيعت مجموعه ها را بطور خودكار مولكول به مولكول ساخته و روي هم مونتاژ كرده است ، ما هم بايد براي توليد محصولات جديد ، با اين اعتقاد كه هرچه در طبيعت توليد شده قابل توليد در آزمايشگاه نيز هست ، نظير طبيعت راهي پيدا كنيم . البته منظور اين نيست كه چند هسته از مواد راپيدا كنيم و با رساندن انرژي و خوراك پس از چند سال يك نيروگاه از آن بسازيم كه شهري را برق دهد . بلكه براي تركيب و تكامل خودكار توليدات مادون ريزكه به نحوي در مجموعه هاي بزرگتر مصرف دارد ، راهي بيابيم . در اندازه هاي مادون ريز ، روشها و ابزارآلات متعارف فيزيكي مانند تراشيدن و خم كردن و سوراخ كردن و...جوابگو تيستند .


براي ساختن ماشينهاي ملكولي بايد روش پروسه هاي طبيعي را دنبال كرد .


با تهيه نقشه هاي ساختاري بدن يعني آرايش ژنها و DNA كه ژنم ناميده شده است و به موازات آن دست يافتن به تكنولوژي مادون ريز ، در دراز مدت تحولات بسياري در هستي ايجاد خواهد شد . توليد مواد جديد ، گياهان ، جانداران و حتي انسان متحول خواهد شد . اشكالات ساختاري موجودات در طبيعت رفع مي شود و با تركيب و خواص اورگانيك گياهان و جانوران ، موجودات جديدي با خواص فوق العاده و شخصيتهاي متفاوت بوجود خواهد آمد .آينده علوم و مهندسي كه چندين گرايشي Multi- Disciplinary )) است ، به طرف توليد ماشينهاي مولكولي سوق داده خواهد شد تا در نهايت بتواند مجموعه هاي كارآيي از پيوندهاي ارگانيك و سايبريك را عرضه نمايد .


هستي را به رايانه ( سخت افزار ) و برنامه ( نرم افزار ) كه دو پديده مختلف ولي ادغام شده هستند ، مي توان تشبيه كرد . سخت افزار مصداق ماده ( اغلب اتم هيدروژن ) و نرم افزار يا برنامه ، قابليت نهفته در خلقت آن است .


اتم به نظر ساده و ابتدايي هيدروژن در طي ميلياردها سال با قابليت نهفته در خود توانسته است ميليونها نوع آرايش مختلف را در هستي بوجود آورد . بشر از بوجود آوردن اساس ماده عاجز است . ولي در برنامه ريزيهاي جديد و يافتن اشكال ديگري از آنچه در طبيعت وجود دارد ، پيش خواهد رفت . طبيعت را خواهد شناخت و به اصطلاح ، قفلهاي شگفت آور آن را باز خواهد كرد . احتمالا انسان در شرايط مناسبتري از درجه حرارت و فشار كه درتشكيل طبيعي مواد مختلف از هيدروژن لازم است ، بتواند اتمهاي مورد نباز خود را توليد كند ، سيارات ديگري را در نهايت در اختيار بگيرد و بعيد نيست كه نواده هاي دوردست ما بتوانند در نيمه هاي راه ابديت در اكثر نقاط جهان هستي و كهكشانها سكني گزينند.


به احتمال زياد قبل از پايان هزاره سوم انسانها در بدن خود انواع لوازم مصنوعي و ديجيتالي راخواهند داشت. . از بيماري ، پيري ، درد ستون فقرات ، كم حافظه اي و... رنج نخواهند برد .قابليت فهم و تحليل اطلاعات در مغز آنها در مقايسه با امروز بي نهايت خواهد شد . در هزاره هاي آينده انسانهاي طبيعي مانند امروز احتمالا براي مطالعات پژوهشي نگهداري شده و به نمونه هاي آزمايشگاهي و بطور حتم قابل احترام تبديل خواهند شد و مردمان آينده از اينهمه درد و ناراحتي كه اجداد آنها در هزاره هاي قبل كشيده اند ، متعجب و متاثر خواهند بود .


اكنون جا دارد همگام با تحولات جديد در مهندسي و علوم ، دانشگاهها و مراكز تحقيقاتي بطور جدي به پژوهشهاي تكنولوژي مادون ريز مشغول شوند تا حداقل ما هم بتوانيم مرزهاي دانش روز را به نسلهاي آينده تحويل دهيم و در تشكلهاي جديد هستي سهمي داشته باشيم . باشد هرچه زودتر به خود آييم و عمق شكوهمند و معجزه آساي انديشه بشررا دريابيم و از كوتاه بيني و افكار فرسوده موروثي فاصله بگيريم . گفته شيخ اجل سعدي در آينده مصداق واقعي تري خواهد داشت :


چه انتظاري بايد از نانوتكنولوژي داشت :


اين تكنولوژي جديد توانايي آن را دارد كه تاثيري اساسي بر كشورهاي صنعتي در دهه هاي آينده بگذارد . در اينجا به برخي از نمونه هاي عملي در زمينه نانوتكنولوژي كه بر اساس تحقيقات و مشاهدات بخش خصوصي به دست آمده است ، اشاره مي شود .


انتظار مي رود كه مقياس نانومتر به يك مقياس با كارايي بالا و ويژگيهاي منحصربفرد ، طوري ساخته خواهند شد كه روش شيمي سنتي پاسخگوي اين امر نمي تواند باشد .


· نانوتكنولوژي مي تواند باعث گسترش فروش سالانه 300 ميليارد دلار براي صنعت نيمه هاديها و 900 ميليون دلار براي مدارهاي مجتمع ، طي 10 تا 15 سال آينده شود .


· نانوتكنولوژي ، مراقبتهاي بهداشتي ، طول عمر ، كيفيت و تواناييهاي جسمي بشر را افزايش خواهد داد .


· تقريبا نيمي از محصولات دارويي در 10 تا 15 سال آينده متكي به نانوتكنولوژي خواهد بود كه اين امر ، خود 180 ميليارد دلار نقدينگي را به گردش درخواهد آورد .


· كاتاليستهاي نانوساختاري در صنايع پتروشيمي داراي كاربردهاي فراواني هستند كه پيش بيني شده است اين دانش ، سالانه 100 ميليارد دلار را طي 10 تا 15 سال آينده تحت تاثير قرار دهد .


· نانوتكنولوژي موجب توسعه محصولات كشاورزي براي يك جمعيت عظيم خواهد شد و راههاي اقتصادي تري را براي تصويه و نمك زدايي آب و بهينه سازي راههاي استفاده از منابع انرژيهاي تجديد پذير همچون انرژي خورشيدي ارائه نمايد . بطور مثال استفاده از يك نوع انباره جريان گذرا با الكترودهاي نانولوله كربني كه اخيرا آزمايش گرديد ، نشان داد كه اين روش 10 بار كمتر از روش اسمز معكوس ، آب دريا را نمك زدايي مي كند .


· انتظار مي رود كه نانوتكنولوژي نياز بشر را به مواد كمياب كمتر كرده و با كاستن آلاينده ها ، محيط زيستي سالمتر را فراهم كند . براي مثال مطالعات نشان مي دهد در طي 10 تا 15 سال آينده ، روشنايي حاصل از پيشرفت نانوتكنولوژي ،مصرف جهاني انرژي را تا 10 درصد كاهش داده ، باعث صرفه جويي سالانه 100 ميليارد دلار و همچنين كاهش آلودگي هوا به ميزان 200 ميليون تن كربن شود.


در چند سال گذشته بازارچند ميليارد دلاري برپايه نانوتكنولوژي كسترش يافته اند . براي مثال در ايالات متحده ، IBM براي هد ديسكهاي سخت ، يك سري حسگرهاي مغناطيسي را ابداع كرده است .


Eastern Kodak و 3M تكنولوژي ساخت فيلمهاي نازك نانو ساختاري را به وجود آورده اند . شركت Mobil كاتاليستهاي نانو ساختاري را براي دستگاههاي شيميايي توليد كرده است و شركت Merck ، داروهاي نانوذره اي را عرضه كرده است . تويوتا در ژاپن مواد پليمري تقويت شده نانوذره اي را براي خودروها و Samsung Electronics در كره ، در حال كار بر روي سطح صفحات نمايش توسط نانولوله هاي كربني هستند . بشر درست در ابتداي مسير قرار دارد و فقط چندين محصول تجاري از نانوساختارهاي يك بعدي بهره مي گيرند ( نانو ذرات ، نانو لوله ها ، نانو لايه و سوپر لاستيكها ) . نظزيات جديد و روشهاي مقرون به صرفه توليد نانوساختارهاي دو و سه بعدي از موضوعات مورد بررسي آينده مي باشند.


نانو تكنولوژي يا كاربرد فناوري در مقياس يك ميليونيم متر، جهان حيرت انگيزي را پيش روي دانشمندان قرار داده است كه در تاريخ بشريت نظيري براي آن نمي توان يافت. پيشرفتهاي پرشتابي كه در اين عرصه بوقوع مي پيوندد، پيام مهمي را با خود به همراه آورده است: بشر در آستانه دستيابي به توانايي هاي بي بديلي براي تغيير محيط پيرامون خويش قرار گرفته است و جهان و جامعه اي كه در آينده اي نه چندان دور به مدد اين فناوري جديد پديدار خواهد شد، تفاوت هايي بنيادين با جهان مالوف آدمي در گذشته خواهد داشت.


به گزارش ايرنا نانو تكنولوژي نظير هر فناوري ديگري چونان يك تيغ دولبه است كه مي توان از آن در مسير خير و صلاح و يا نابودي و فنا استفاده به عمل آورد. گام اول در راه بهره گيري از اين فناوري شناخت دقيق تر خصوصيات آن و آشنايي با قابليت هاي بالقوه اي است كه در خود جاي داده است. در خصوص نانو تكنولوژي يك نكته را مي توان به روشني و بدون ابهام مورد تاكيد قرار داد: اين فناوري جديد هنوز، حتي براي متخصصان، شناخته شده نيست و همين امر هاله ابهامي را كه آن را در برگرفته ضخيمتر مي كند و راه را براي گمانزني هاي متنوع هموار مي سازد.


كساني بر اين باورند كه اين فناوري نظير هيولايي فرانكشتين در داستان مري شلي و يا همانند جعبه پاندورا در اسطوره هاي يونان باستان، مرگ و نابودي براي ابناي بشر درپي دارد. در مقابل گروهي نيز معتقدند كه به مدد توانايي هاي حاصل از اين فناوري مي توان عالم را گلستان كرد.


در حال حاضر 450 شركت تحقيقاتي- تجاري در سراسر جهان و 270 دانشگاه در اروپا، آمريكا و ژاپن با بودجه اي كه در مجموع به 4 ميليارد دلار بالغ مي شود سرگرم انجام تحقيقات در عرصه نانو تكنولوژي هستند. در اين قلمرو اتمها و ذرات رفتاري غيرمتعارف از خود به نمايش مي گذارند و از آنجا كه كل طبيعت از همين ذرات تشكيل شده، شناخت نحوه عمل آنها، به يك معنا شناخت بهتر نحوه شكل گيري عالم است. به اين ترتيب دانشمنداني كه در اين قلمرو به كاوش مشغولند، به يك اعتبار با ذهن و ضمير خالق هستي و نقشه شگفت انگيز او در خلقت عالم آشنايي پيدا مي كنند، اما از آنجا كه دانايي توانايي به همراه مي آورد، شناسايي رازهاي هستي مي تواند توان فوق العاده اي را در اختيار كاشفان اين رازها قرار دهد. تحقيق در قلمرو نانو تكنولوژي از اواخر دهه 1950 آغاز شد و در دهه 1990 نخستين نتايج چشمگير از رهگذر اين تحقيقات عايد گرديد.


از جمله آنكه يك گروه از محققان شركت آي بي ام موفق شدند35 اتم گزنون را بر روي يك صفحه از جنس نيكل جاي دهند و با كمك اين تك اتمها نامي را بر روي صفحه نيكلي درج كنند. محققان ديگر به بررسي درباره ساختارهاي ريز موجود در طبيعت نظير تار عنكبوت ها و رشته هاي ابريشم پرداختند تا بتوانند موادي نازك تر و مقاوم تر توليد كنند. در اين ميان ساخت يك نوع مولكول جديد كربن موسوم به باكمينسترفولرين يا كربن- 60 راه را براي پژوهشهاي بعدي هموارتر كرد. محققان با كمك اين مولكول كه خواص حيرت انگيز آن هنوز در درست بررسي است، لوله هاي موئينه اي در مقياس نانو ساخته اند كه مي تواند براي ايجاد ساختارهاي مختلف در تراز يك ميليونيم متر مورد استفاده قرار گيرد. بررسي هايي كه در ابعاد نانو بر روي مواد مختلف صورت گرفته و خواص تازه اي را آشكار كرده است. به عنوان مثال ذرات سيليكن در اين ابعاد از خود نور ساطع مي كنند و لايه هاي فولاد در اين مقياس از استحكام بيشتري در قياس با صفحات بزرگتر اين فلز برخوردارند.


برخي شركتها از هم اكنون بهره برداري از برخي يافته هاي نانوتكنولوژي را آغاز كرده اند. به عنوان نمونه شركت آرايشي اورال از مواد نانو در محصولات آرايشي خود استفاده مي كند تا بر ميزان تاثير آنها بيفزايد. ساخت ديودهاي نوري با استفاده از مواد نانو موجب مي شود تا 80درصد در هزينه برق صرفه جويي شود. توپهاي تنيسي كه با كربن 60 ساخته شده و روانه بازار گرديده سبكتر و مستحكمتر از توپهاي عادي است. شركتهاي ديگر با استفاده از مواد نانو پارچه هايي توليد كرده اند كه با يك بار تكاندن آنها مي توان حالت اتوي اوليه را به آنها بازگرداند و همه چين و چروكهايشان را زايل كرد. با همين يك بار تكان همه گردوخاكي كه به اين پارچه ها جذب شده اند نيز پاك مي شوند. نوارهاي زخم بندي هوشمندي با اين مواد درست شده كه به محض مشاهده نخستين علائم عفونت در مقياس مولكولي، پزشكان را مطلع مي سازند.


از همين نوع مواد همچنين ليوانهايي توليد شده كه قابليت خود- تميزكردن دارند. لنزها و عدسيهاي عينك ساخته شده از جنس مواد نانو ضد خش هستند و يك گروه از محققان تا آنجا پيش رفته اند كه درصددند با مواد نانو پوششهاي مناسبي توليد كنند كه سلولهاي حاوي ويروسهاي خطرناك نظير ويروس ايدز را در خود مي پوشاند و مانع خروج آنها مي شود. مهمترين نكته درباره موقعيت كنوني فناوري نانو آن است كه اكنون دانشمندان اين توانايي را پيدا كرده اند كه در تراز تك اتمها به بهره گيري از آنها بپردازند و اين توانايي بالقوه مي تواند زمينه ساز بسياري از تحولات بعدي شود. يك گروه از برجسته ترين محققان در حوزه نانوتكنولوژي بر اين اعتقادند كه مي توان بدون آسيب رساندن به سلولهاي حياتي، در درون آنها به كاوش و تحقيق پرداخت. شيوه هاي كنوني براي بررسي سلولها بسيار خام و ابتدايي است و دانشمندان براي شناخت آنچه كه در درون سلول اتفاق مي افتد ناگزيرند سلولها را از هم بشكافند و در اين حال بسياري از اطلاعات مهم مربوط به سيالهاي درون سلول يا ارگانلهاي موجود در آن از بين مي رود.


يك گروه از محققان كه در گروهي موسوم به اتحاد سيستمهاي زيستي گرد آمده اند، سرگرم تكميل ابزارهاي ظريفي هستند كه هدف آن بررسي اوضاع و احوال درون سلول در زمان واقعي و بدون آسيب رساندن به اجزاي دروني سلول يا مداخله در فعاليت بخشهاي داخلي آن است. ابزاري كه اين گروه مشغول ساخت آن هستند رديف هايي از لوله ها يا سيمهاي بسيار ظريفند كه قادرند وظايف مختلفي را به انجام برسانند از جمله آنكه هزاران پروتئيني را كه به وسيله سلولها ترشح مي شود شناسايي كند. گروههاي ديگر از محققان نيز به نوبه خود سرگرم توليد دستگاهها و ابزارهاي ديگر براي انجام مقاصد علمي ديگر هستند.


به عنوان نمونه يك گروه از محققان سرگرم تكميل فيبرهاي نوري در ابعاد نانو هستند كه قادر خواهند بود مولكولهاي مورد نظر را شناسايي كنند. گروهي نيز دستگاهي را دردست ساخت دارند كه با استفاده از ذرات طلا مي تواند پروتئين هاي معيني را فعال سازد يا از كار بيندازد. به اعتقاد پژوهشگران براي آنكه بتوان از سلولها در حين فعاليت واقعي آنها اطلاعات مناسب به دست آورد، بايد شيوه تنظيم آزمايشها را مورد تجديدنظر اساسي قرار داد. سلولها در فعاليت طبيعي خود امور مختلفي را به انجام مي رسانند: از جمله انتقال اطلاعات و علائم و داده ها ميان خود، ردوبدل كردن مواد غذايي و بالاخره سوخت و ساز و اعمال حياتي. يك گروه از روش تازه اي موسوم به الگوي انتقال ابر - شبكه استفاده كرده اند كه ساخت نيمه هاديهاي نانومتري به قطر تنها 8 نانومتر را امكان پذير مي سازد. هريك از اين لوله هاي بسيار ريز بالقوه مي توانند يك پادتن خاص يا يك اوليگو نوكلئو اسيد و يا يك بخش كوچك از رشته دي ان اي بر روي خود جاي دهند.


با كمك هر تراشه مي توان 1000 آزمايش متفاوت بر روي يك سلول انجام داد. براي دستيابي به موفقيت كامل بايد بر برخي از محدوديتها غلبه شود، ازجمله آنكه درحال حاضر براي بررسي سلولها بايد آنها را در درون مايعي قرار داد كه مصنوعاً محيط زيست طبيعي سلولها را بازسازي مي كند، اما يون موجود در اين مايع مي تواند سنجنده هاي موئينه را از كار بيندازد. براي رفع مشكل، محققان سلولها را درون مايعي جاي مي دهند كه چگالي يون آن كمتر است. گروههاي ديگري از محققان نيز در تلاشند تا ابزارهاي مناسب در مقياس نانو براي بررسي جهان سلولها ابداع كنند. يكي از اين ابزارها چنانكه اشاره شد يك فيبر نوري است كه ضخامت نوك آن 40 نانومتر است و بر روي نوك نوعي پادتن جا داده شده كه قادر است خود را به مولكول مورد نظر در درون سلول متصل سازد. اين فيبر نوري با استفاده از فيبرهاي معمولي و تراش آنها ساخته شده و بر روي فيبر پوششي از نقره اندود شده تا از فرار نور جلوگيري به عمل آورد. نحوه عمل اين فيبر نوري درخور توجه است.


از آنجاكه قطر نوك اين فيبر نوري، از طول موج نوري كه براي روشن كردن سلول مورد استفاده قرار مي گيرد به مراتب بزرگتر است، فوتونهاي نور نمي توانند خود را تا انتهاي فيبر برسانند، درعوض در نزديكي نوك فيبر مجتمع مي شوند و يك ميدان نوري بوجود مي آورند كه تنها مي تواند مولكولهايي را كه در تماس با نوك فيبر قرار مي گيرند تحريك كند. به نوك اين فيبر نوري يك پادتن متصل است و محققان به اين پادتن يك مولكول فلورسان مي چسبانند و آنگاه نوك فيبر را به درون يك سلول فرو مي كنند. در درون سلول، نمونه مشابه مولكول فلورسان نوك فيبر، اين مولكول را كنار مي زند و خود جاي آن را مي گرد. به اين ترتيب نوري كه از مولكول فلورسان ساطع مي شد از بين مي رود و فضاي درون سلول تنها با نوري كه به وسيله ميدان موجود در فيبر نوري بوجود مي آيد روشن مي شود و درنتيجه محققان قادر مي شوند يك تك مولكول را در درون سلول مشاهده كنند.


مزيت بزرگ اين روش در آن است كه باعث مرگ سلول نمي شود و به دانشمندان اجازه مي دهد درون سلول را در هنگام فعاليت آن مشاهده كنند. نانو تكنولوژي همچنين به محققان امكان مي دهد كه بتوانند رويدادهاي بسيار نادر يا مولكولهاي با چگالي بسيار كم را مشاهده كنند. به عنوان مثال بلورهاي مينياتوري نيمه هاديهاي فلزي در يك فركانس خاص از خود نور ساطع مي كنند و از اين نور مي توان براي مشخص كردن مجموعه اي از مولكولهاي زيستي و الصاق برچسب براي شناسايي آنها استفاده كرد. به نوشته هفته نامه علمي نيچر چاپ انگلستان يك گروه از محققان دانشگاه ميشيگان نيز توانسته اند سنجنده خاصي را تكميل كنند كه قادر است حركت اتمهاي روي را در درون سلولها دنبال كند و به دانشمندان در تشخيص نقايص زيست عصبي مدد رساند.


از ابزارهاي در مقياس نانو همچنين مي توان براي عرضه مؤثرتر داروها در نقاط موردنظر استفاده به عمل آورد. در آزمايشي كه بتازگي به انجام رسيده نشان داده شده است كه حمله به سلولهاي سرطاني با استفاده از ذرات نانو 100برابر بازده عمل را افزايش مي دهد. محققان اميدوارند در آينده اي نه چندان دور با استفاده از نانو تكنولوژي موفق شوند امور داخلي هر سلول را تحت كنترل خود درآورند. هم اكنون گامهاي بلندي در اين زمينه برداشته شده و به عنوان نمونه دانشمندان مي توانند فعاليت پروتئينها و مولكول دي ان اي را در درون سلول كنترل كنند. به اين ترتيب نانو تكنولوژي به محققان امكان مي دهد تا اطلاعات خود را درباره سلولها يعني اصلي ترين بخش سازنده بدن جانداران به بهترين وجه كامل سازند.

[Mohammad Hosseyn]

آيا نانوتكنولوژي واقعي است؟


پيشگفتار

بحث بسيار مهمي اكنون در جمع محققين نانوتكنولوژي nanotechnology در جريان است. اين بحث به نام جدل دركسلر-اسماليDrexler-Smalley debate خوانده ميشود، و برروي موضوع اسمبلي مولوكوليmolecular assembly متمركز است. اريك دركسلرEric Drexler بيست سال پيش نانوتكنولوژي را بنيانگذاري كرد، و رئيس هيئت مديره موسسه فورسايت است. ريچارد اسمالي از برندگان جايزه نوبل در شيمي و محقق نانوتكنولوژي در 10 سال گذشته بوده است، و بر روي امكانات كاربردي ننوتوب كربنيcarbon nanotubes كار كرده است. جالب است كه يكي از برجسته ترين نظريه پردازان عصر ما، كه از شخصيت هاي دانش هوش مصنوعي است، يعني ري كورزويل Ray Kurzweil، اين جدل دركسلر-اسمالي را با دقت مورد خطاب قرار داده است. مقاله كورزويل شرح جز به جز تكنيكي اين جدل است، و او به شكل علمي نشان ميدهد كه چرا مهم است كه از ديدگاه دركسلر حمايت شود. به نظر من، جدل دركسلر- اسمالي، اهميتي در فراسوي تعلقات عرصه هاي ويژه تحقيقاتي آن ها دارد، نظير بحث هاي مشابه 20 سال پيش در عرصه هوش مصنوعي، وقتيكه از سوئي مكارتيMcCarthy و مينسكيMinsky معتقد بودند هوش مصنوعي امكان پذير است، و از سوي ديگر، كساني نظير درايفوسDreyfus و سرلSearle، يا امكانAI را نفي ميكردند و يا آنرا خيلي ضعيف مي ديدند. من درباره منازعات هوش مصنوعي در جاي ديگر نوشته ام. بيست سال بعد يعني امروز، آشكار است كه هوش مصنوعي امكان پذير است، اگرچه با هوش طبيعي يكي نيست، اما از بسياري جنبه ها، مثلأ براي كار كردن با مقادير زياد اطلاعات، از هوش طبيعي هم پرقدرت تر است. بنابراين واقعأ هوش *مصنوعي* است، و نه به مفهوم تحقير آميز كلمه. به همينگونه الماس مصنوعي ننوتك ميتواند يك آفرينش جديد باشد، حتي بهتر از اصل، چه از نظر زيبائي، چه از نظر دوام، و يا از لحاظ خواص ديگر.
آيا كشورهاي توسعه نيافته بايستي به اين موضوع فكر كنند؟
آنچه كه در اين منازعات مهم است اين است كه اگر مردم اين نظر را به پذيرند كه خلق مجدد جهان غير ممكن است، آنچه كه مخالفين نانوتكنولوژي تبليغ ميكنند، ممكن است كه ما يك فرصت تاريخي را از دست بدهيم، فرصتي كه ميتواند از انقلاب كامپيوتري 20 سال گذشته نيز مهمتر باشد. ممكن است به پرسيد كه اين جدل چه اهميتي براي كشورهاي توسعه نيافته نظير ايران دارد، و اينكه چرا روشنفكران ايراني بايستي اصلأ نگران اين موضوع بوده و در اين رابطه به خود زحمت دهند؟ همانگونه كه سالها پيش، براي بسيارنياز ورود به منازعات هوش مصنوعي و جامعه فراصنعتي مايه شگفتي بود، وقتي كه حتي جامعه صنعتي نيز به سختي در ايران توسعه يافته است. اما امروز، همه به اهميت كامپيوتر، اينترنت و اقتصاد گلوبال براي ايران اذعان دارند، و اينكه چرا موضوعاتي نظير ملحق شدن به سازمان جهاني تجارتWTO اهميت بسيار زيادي براي ايران حال و اينده ايران دارد، وحتي بسياري از روشنفكران ايران هم اكنون در اين تلاش ها فعال هستند. به همينگونه نانوتكنولوژي ميتواند مهمترين تكنولوژي اي باشد كه حتي سلول هاي سوختيfuel cells تازه خلق كند، و به عصر نفت پايان دهد، و نه تنها بر اقتصاد كشورهاي توليد كننده نفت نظير ايران، تأثير جدي بگذارد، بلكه كل توليد صنعتي در سطح جهاني، كه بر توليد انرژي استوار است را دگرگون كند، و تأثير جدي بر فقر و ثروت در هر نقطه جهان بگذارد. و هيچ دليلي ندارد كه دانشمندان كشوري نظير ايران در توسعه نانوتكنولوژي شركت نكنند، وقتيكه اين تكنولوژي نه تنها برروي كشورهاي توسعه يافته، بلكه برروي بازده توليد جهاني در فراسوي يك مقياس بزرگ order of magnitude تأثير گذار است. آنجه در بالا ذكر كردم دليل آن است كه چرا بنظر من، دنبال كردن جدل دركسلر-اسمالي، براي روشنفكران ايران مهم است.
اسمبلي مولوكوليMolecular Assembly چيست؟
اولين بروسه هاي توليدي مانوفاكتور در پايان قرون وسطي در اروپاي اواخر سالهاي 1500 شكل گرفتند. اين توليد عبارت بود از ساختن اشيأ از مواد اوليه با دست يا با ماشين آلات به طور سيستماتيك همراه تقسيم كار. سپس اختراع ماشين بخار در قرن هجدهم، ماشين آلات متحرك را بوجود اورد، كه با نيروي مهار شده توسط اين موتور ها به حركت در ميآمدند. مانوفاكتور به كارخانه توسعه يافت، و بدينگونه سيماي كره زمين طي دويست سال بعد از آن، كاملأ دگرگون شد. امروز نانوتكنولوژي درباره اسمبلي مولوكولي است، كه نوع مينياتوري مانوفاكتور است، و ميتواند اساسأ دنيا را از نوبيآفريند، آنهم با بازدهي بهتر، و نتيجه آن نه تنها ميتواند به وابستگي به مواد خام طبيعي پايان دهد، بلكه ممكن است توسعه صنعتي را كامل كند. آنگونه كه دنيل بل بخوبي نشان داده، جامعه صنعتي اساسأ عصر انرژي تمدن بشر بود، توليدي با ماشين آلات متحرك كه از انرژي مهار شده استفاده ميكردند. در نتيجه نانوتكنولوژي ميتواند بطور موفقيت آميزي مابقي توليد كشاورزي و صنعتي را كامل كند، و نه تنها از طريق حل مسأله انرژي، بلكه همچنين، از طريق افزودن هوش به موضوعات اين تمدن هاي بشري. به طور خلاصه ميتواند به تمام فعاليت هاي توليدي كه در شيوه هاي توليد ماقبل صنعتي هستند كمك كند كه به توليد هوشمند فراصنعتي برسند، هم آنگونه كه برنامه هاي كامپيوتري هوشمند در توليدات تكنولوژي نوينhigh tech امروز به كار برده ميشوند. يعني پس از توسعه ننوتك، اينگونه توليدات هوشمند براي همه فعاليت هاي توليدي به كار خواهند رفت. عبارات زير آنگونه ايست كه كورزويل استفاده از هوش را در ننوتك توضيح ميدهد، با استفاده از اصطلاح *نرم افزار* به معني وسيع كلمه:
"هرچند پيكربندي هايconfigurations بسياري پيشنهاد شده، يك اسمبلر نوعيtypical assembler، به صورت يك واحد روي ميزي توصيف شده، كه ميتواند هر محصولي كه از نظر فيزيكي ممكن، و ما برايش توصيف ترم افزاري داشته باشيم را، توليد كند. محصولات ميتوانند از كامپيوتر باشند تا لباس، آثار هنري باشند تا غذاي پخته شده. محصولات بزرگتر، نظير اثاثيه، ماشين، و حتي خانه نيز ميتوانند به صورت قايسيmodular ساخته شوند، يا از طريق ساختن اسمبلرهاي بزرگتر. آنچه كه از اهميت ويژه برخوردار است اسمبلري است كه كه ميتواند كپي خود را خلق كند. هزينه افزوده براي ساختن هر محصول فيزيكي، كه شامل هزينه خود اسمبلر هم ميشود، چند پنيpennies براي هر پوند خواهد بود، اساسأ قيمت مواد خام آن. البته هزينه واقعي در ارزش اطلاعاتي خواهد بود كه هر محصول را توصيف ميكند ، يعني نرم افزاري كه پروسه اسمبلي را كنترل ميكند. در نتيجه هر چيز با ارزش در جهان، از جمله خود اشيأ فيزيكي، اساسأ از اطلاعات تشكيل ميشوند. ما ازامروز از چنين شرايطي چندان دور نيستيم، چرا كه "محتوي اطلاعاتي" محصولات بطور سريعي به خط مجانب صد درصد ارزش آنها مماس ميشود." ري كورز.يل-جدل دركسلر-اسمالي درباره اسمبلر مولوكولي، 3 دسامبر، 2003] عبارات بالا بيان اصل آنچيزي است كه در پاراديم ننوتك براي دنيا اهميت دارد. اگر نيوتون قوانين حركت را توصيف كرد، و در پي آن، لاپلاس بحث ميكرد كه اگر شرايط اوليه جهان را داشته باشيم، با دانش قوانين نيوتون، ميتوان جهان در هر لحظه را پيش بيني كرد، ما نيز در اينجا شاهد آنيم كه علم در 300 سال گذشته توصيف ساختمان اشيأ را انجام داده، و آن به اين معني است كه ميشود، آنگونه كه در همانجا كورزويل از سخنراني تاريخي 1959 فيزيك دان معروف فينمنFeynman نقل ميكند، در نهايت تمام طبيعت را مصنوعأ از نو "اتم به اتم" ساخت.
چرا نوآفريني مصنوعي مهم است؟
چه اهميتي دارد كه ما آب را از دو اتم هيدرژن و يك اتم اكسيژن بسازيم؟ براي آنكه اگر مولكولهاي آب را اينگونه بسازيم، شبيه يك اسمبلي توليدي است، و ميتواند تريليون و تريليون بار ساخته شود، يعني انگونه كه فينمنFeyman اشاره ميكند، اشيأ اتم به اتم ميتوانند "مانور" داده شوند، و مواد در نتيجه ميتوانند كارآراتر شوند، و با خواص دلخواه توليد شوند. بيشتر آنكه در مواردي كه كمبود يا خطرات مخيط زيستي وجود دارد، مثلأ مورد نفت در دنياي كنوني، كه وابستگي به سوخت فسيل از نظر محيط زيستي كشنده است، ننوتك ميتواند يك الترناتيو پاكيزه در مقياس اقتصادي موثر، ارائه كند. همچنين اينگونه پروسه هاي مصنوعي ننوتك ميتوانند بسياري از اشتباهات كه در پروسه هاي طبيعي هستند را اجتناب كنند، همانگونه كه كامپيوتر در مقايسه با انسان، براي پروسه كردن مقاديرزياد اطلاعات، كمتر اشتباه ميكند. اين موضوع در پروسه هاي بيولوژيك مهم است، زمانيكه امراضي نظير سرطان نتيجه اشتباهات در عملكرد سلولها در پروسه هاي طبيعي هستند. آيا تمام اين پيشرفت ها ميتوانند خطرات و مسائلي را هم باعث شوند؟ البته! كورزويل مثال خوبي از شبكه هاي كامپيوتري و ويروس ها ميزند كه از طريق اين شبكه ها پخش ميشوند، و اشاره ميكند كه ما امروز حاضر نيستيم كامپيوتر و اينترنت را به خاطر ويروس به دور بريزيم ، و به جاي بازگشت به عقب، ما دفاع در برابر ويروس را بوجود مياوريم. البته مسدله اصلي منقديني نظير اسمالي خطرات نيستند. خطراتي نظير مسائل مكانيسم هاي خود سازself-replicating. چرا كه همانگونه كه همه ميدانيم خود سيستمهاي خودسازطبيعت، نظير سلولهاي انسان، مسأله كپي هاي غلط را به كرات نشان ميدهند، كه دليل امراضي نظير سرطان است. و نه تنهاسرطان، بلكه تمام پروسه سالخوردگي و امراضي نظير الزايمرAlzheimers نتيجه اشتباهات سلولهاي خود ساز طبيعت هستند. بنابراين كنترل در سيستمهاي خود ساز مصنوعي ميتوانند حتي براي حل اينگونه مسائل هم به كار روند. به عبارت ديگر، خطرات بالا موضوع اصلي منقديني نظير اسمالي نيست. اصل بحث آنها همانند درايفوسDreyfus و بحثهاي شطرنج وي، در زمان آغازغرصه دانش هوش مصنوعيAI، است، يعني آنها بحث ميكنند كه اسمبلر مولوكولي غير ممكن است، با اشاره به موضوعاتي نظير انگشتان چاق در ننوتك، كه اساسأ معني اش اين است كه دست روباطي كه براي وصل كردن اتمها بكار ميرود، وقتي به اندازه هاي كوانتومي تزديك شويم، بخاطر تأثيرات كوانتومي عدم تعين، نميتواند آزادانه حركت كند. اما همانگونه كه كورزويل به نحو احسنت نشان ميدهد، اندازه هاي ننوتك به مراتب از اندازه هاي كوانتومي كه در انها اين عدم تعين ها معني ميدهند، بزرگتر هستند، و حتي اگر چنين فاكتورهائي هم وارد شوند، و مشكل ايجاد كنند، آنها مسائلي براي حل كردن هستند، و نه براي دلسرد شدن از امكان ننوتك.
نتيجه گيري
اساسأ دانشمندان در 300 سال گذشته، دنيا را با فرمولهاي مختلف توصيف كرده اند، و اگر ژنتيك يكي از علومي بوده است كه از دانش براي نوآفريني بخشي از واقعيت طبيعي با كنترل قادر شده است، ننوتك ميتواند همه جهان را از نو به شكل هوشمندانه خلق كند، و ميتواند محيطي براي ابزارهاي هوشمند خلق كند كه در ارتباط متقابل موثر با دنياي فيزيكي قرار گيرند، و طبيعت را به واقعيت ثروت زا براي نسل بشر مبدل كنند، و در عين حال به ما كمك كنند كه به فراسوي محدوديت هاي بيولوژيك خود برويم، و با مسائلي نظير سرطان به طور موثر دست و پنجه نرم كنيم. در اين عرصه فرصت هاي بسياري براي بشريت نهفته است، و ترك اين عرصه دانش ميتواند به هر ملت و كل جهان لطمه زده و توسعه جامعه قراصنعتي در سطح جهاني را كند كند. به طور خلاصه، نانوتكنولوژي به تاثير ابزار هوشمند برروي زندگي بشر و جهان گره خورده،و مشتركأ پتانسيل هاي عظيم فراروي بشريت و جهان را ترسيم ميكنند.

منبع 1 : physicsir.com
منبع 2 : [ برای مشاهده لینک ، لطفا با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

[Mohammad Hosseyn]

نانو تكنولوژي از ديدگاه جامعه شناختي

امروزه واژه نانوتكنولوژي براي توضيح جامع تمامي فعاليت هاي انجام شده در سطح اتمي و مولوكولي كه كاربردي در دنياي حقيقي داشته باشند به كار مي رود.از آنجا كه نانوتكنولوژي همواره در حال دگرگوني زندگي بشر است و نانوتكنولوژي جايي است كه تكنولوژي امروز ما به آن سمت حركت مي كند بنابراين علم و تكنولوژي امروز ما در مقياس نانو در بر گيرنده تحقيق و توسعه در نوك پيكان گستره وسيعي از رشته ها است.اصطلاح نانوتكنولوژي در هر جايي كه دانشمندان تكنولوژيست ما با عناصر سازنده مواد اتمها و مولوكولها سر و كله مي زنند به كار مي رود. در واقع علوم و تكنولوژي در مقياس نانو مرزهاي شيمي ،علم، مواد پزشكي و سخت افزارهاي كامپيوتر تحقيقاتي كه ادامه انقلاب تكنولوژي را ممكن مي سازد در نورديده است.

نانوتكنولوژي پهنه اي از علم است كه در آن ابعاد و تلرانس هايي با دقت يك دهم تا صد نانومتر نقش حياتي ايفا مي كند.در واقع اين تعريف از Albert Franks تمامي زمينه هاي نانو را در بر مي گيرد.

با پيشرفت تكنولوژي هاي در مقياس نانو توسعه توليد مولوكولي امكان پذير مي شود.

نانوتكنولوژيي كه به مراتب قدرتمندتر و نظام مندتر است و در آن ماشينهايي در مقياس نانو براي توليد محصولاتي در مقياس بزرگ با دقت اتمي و هزينه پايين به كار مي روند.

مكان مهندسي در مقياس مولكولي براي اولين بار توسط ريچارد فاينمن (R.Feynnman)، برنده جايزه نوبل فيزيك، مطرح شد. فين من طي يك سخنراني در انستيتو تكنولوژي كاليفرنيا در سال 1959 اشاره كرد كه اصول و مباني فيزيك امكان ساخت اتم به اتم چيز ها را رد نمي كند. وي اظهار داشت كه مي توان با استفاده از ماشين هاي كوچك ماشين هايي به مراتب كوچك تر ساخت و سپس اين كاهش ابعاد را تا سطح خود اتم ادامه داد. همين عبارت هاي افسانه وار فاينمن من راهگشاي يكي از جذاب ترين زمينه هاي نانو تكنولوژي يعني ساخت روبوت هايي در مقياس نانو شد. در واقع تصور در اختيار داشتن لشكري از نانوماشين هايي در ابعاد ميكروب كه هر كدام تحت فرمان يك پردازنده مركزي هستند ، هر دانشمندي را به وجد مي آورد. در روياي دانشمنداني مثل جي استورس هال (J.Storrs Hall) و اريك دركسلر (E.Drexler) اين روبوت ها يا ماشين هاي مونتاژكن كوچك تحت فرمان پردازنده مركزي به هر شكل دلخواهي درمي آيند. شايد در آينده اي نه چندان دور بتوانيد به كمك اجراي برنامه اي در كامپيوتر، تختخوابتان را تبديل به اتومبيل كنيد و با آن به محل كارتان برويد.

ماجراي پيدايش دو عبارت (( رو- پايين )) ((زير- بالا)) در تعريف نانوتكنولوژي به جدال بزرگ اسمالي- دركسلر براي تصاحب مقام پدر خواندگي اين دنيا اسرارآميز بر مي گردد. عبارت اول بيانگر برداشت جديدتري از نانوتكنولوژي است كه به سركردگي ريچارد اسمالي برنده جايزه نوبل شيمي سال 1996 به خاطر كشف ساختار جديدي از كربن موسوم به باك ميسترفولون-c60 در مخالفت با نانوتكنولوژي دركسلري رواج يافت .اما عبارت(( زير بالا)) بر گرفته افكار راديكال كيم اريك دركسلر نخستين پروفسور نانوتكنولوژي از دانشگاه MIT و بنيان گذار واژه نانوتكنولوژي در تبيين مفهوم توليد مولوكولي است .در ميانه دهه 80دركسلر با تكيه بر نبوق خارق العاده و الهام از مقاله تاريخيrichard Feynman ((ان پايين ها يك عالمه جاهست ))، مفاهيم نويني را از كنترل و توليد مواد در سطوح اتمي و مولكول ارائه كرد. سخنان دركسلر در ابتدا به قدري حيرت آور و پيچيده به نظر مي رسيد كه بيشتر دانشمندان و كارشناسان را تنها به تحسين واداشت. اما در اواخر دهه 90 و در اوايل هزاره سوم دو جريان متفاوت متشكل از صاحبان صنايع و عده اي از دانشمندان به سركردگي ريچارد اسمالي نانوتكنولوژي دركسلري را اساسا وهم و خيال ناممكن مي دانست با استفاده از ضعف دركسلر در جلب افكار عمومي و روابط نه چندان مناسب وي با مجامع سياسي تلاش كردند پرچم نانوتكنولوژي را از چنگ دركسلر در آورد.سرانجام اين جريان نو در سال 2003 به كمك حمايتهاي سياسي و به راه انداختن جنجال ژورناليستي سناريوي توده لزج خاكستري دركسلر را از ميدان به در كنند.

به عنوان يكي از ويژگي هاي نانوتكنولوژي مي توان گفت كه اين مفهوم در بردارنده زمينه تحقيق و توسعه اي كاملا چند رشته اي است.در واقع تحقيقات در مقياس نانو به بهره گيري همزمان از دانش ابزارها و تكنيكها و نيز اطلاعات درباره فيزيك واكنشهاي مولوكولي و اتمي تبديل شده است.امروزه دانشمندان علم مواد مهندسان مكانيك و الكترونيك و محققان علوم پزشكي به دنبال تشكيل تيمهاي تحقيقاتي متشكل از زيست شناسان فيزيكدانان و شيميدانان هستند.

چيزي حدود سي سال پيش كمپاني فاكس قرن بيستم مشتاقان سينما را به سفري خارق العاده برد.در اين گشت و گذار سينمايي سياستمداري به نام ريكوئل ولش بر اثر لخته شدن خون در آستانه مرگ قرار گرفت تا اينكه دانشمندان از طريق تكنولوژي هاي معجزه آسايي كشتي فلزي ده متري را تا اندازه سرسوزني كوچك كرد.با شروع حركت اين كشتي در جريان خون بدن ولش تماشاچيان با نفسهايي به شماره افتاده و چهره هايي لرزان گلوبول هاي شفيدي را مشاهده كردند كه به بزرگي غولهاي عظيم الجثه در ماجراهاي گاليور بودند.خدمه اين كشتي پس از به پايان رساندن ماموريتشان به اندازه واقعي باز گشتند.در واقع اولين گام در راستاي روياهاي بشر براي كوچك كردن پزشكي تا ابعاد ميكروسكوپي بود.امروزه ما در سينما از داستانهاي به مراتب مهيجتري لذت مي بريم.داستان بچه هايي كه به اندازه مورچه در مي آيند و ماشين هاي ميكروسكوپي كه براي آلوده كردن جهان فرستاده شده اند.

اين تكنولوژي جديد توانايي آن را دارد كه تاثيري اساسي بر كشورهاي صنعتي در دهه هاي آينده بگذارد . در اينجا به برخي از نمونه هاي عملي در زمينه نانوتكنولوژي كه بر اساس تحقيقات و مشاهدات بخش خصوصي به دست آمده است ، اشاره مي شود .

انتظار مي رود كه مقياس نانومتر به يك مقياس با كارايي بالا و ويژگيهاي منحصربفرد ، طوري ساخته خواهند شد كه روش شيمي سنتي پاسخگوي اين امر نمي تواند باشد .

نانوتكنولوژي مي تواند باعث گسترش فروش سالانه 300 ميليارد دلار براي صنعت نيمه هاديها و 900 ميليون دلار براي مدارهاي مجتمع ، طي 10 تا 15 سال آينده شود .

نانوتكنولوژي ، مراقبتهاي بهداشتي ، طول عمر ، كيفيت و تواناييهاي جسمي بشر را افزايش خواهد داد .

تقريبا نيمي از محصولات دارويي در 10 تا 15 سال آينده متكي به نانوتكنولوژي خواهد بود كه اين امر ، خود 180 ميليارد دلار نقدينگي را به گردش درخواهد آورد .

كاتاليستهاي نانوساختاري در صنايع پتروشيمي داراي كاربردهاي فراواني هستند كه پيش بيني شده است اين دانش ، سالانه 100 ميليارد دلار را طي 10 تا 15 سال آينده تحت تاثير قرار دهد .

نانوتكنولوژي موجب توسعه محصولات كشاورزي براي يك جمعيت عظيم خواهد شد و راههاي اقتصادي تري را براي تصويه و نمك زدايي آب و بهينه سازي راههاي استفاده از منابع انرژيهاي تجديد پذير همچون انرژي خورشيدي ارائه نمايد . بطور مثال استفاده از يك نوع انباره جريان گذرا با الكترودهاي نانولوله كربني كه اخيرا آزمايش گرديد ، نشان داد كه اين روش 10 بار كمتر از روش اسمز معكوس ، آب دريا را نمك زدايي مي كند .

انتظار مي رود كه نانوتكنولوژي نياز بشر را به مواد كمياب كمتر كرده و با كاستن آلاينده ها ، محيط زيستي سالمتر را فراهم كند . براي مثال مطالعات نشان مي دهد در طي 10 تا 15 سال آينده ، روشنايي حاصل از پيشرفت نانوتكنولوژي ،مصرف جهاني انرژي را تا 10 درصد كاهش داده ، باعث صرفه جويي سالانه 100 ميليارد دلار و همچنين كاهش آلودگي هوا به ميزان 200 ميليون تن كربن شود.

در چند سال گذشته بازارچند ميليارد دلاري برپايه نانوتكنولوژي كسترش يافته اند . براي مثال در ايالات متحده ، IBM براي هد ديسكهاي سخت ، يك سري حسگرهاي مغناطيسي را ابداع كرده است .

Eastern Kodak و 3M تكنولوژي ساخت فيلمهاي نازك نانو ساختاري را به وجود آورده اند . شركت Mobil كاتاليستهاي نانو ساختاري را براي دستگاههاي شيميايي توليد كرده است و شركت Merck ، داروهاي نانوذره اي را عرضه كرده است . تويوتا در ژاپن مواد پليمري تقويت شده نانوذره اي را براي خودروها و Samsung Electronics در كره ، در حال كار بر روي سطح صفحات نمايش توسط نانولوله هاي كربني هستند . بشر درست در ابتداي مسير قرار دارد و فقط چندين محصول تجاري از نانوساختارهاي يك بعدي بهره مي گيرند ( نانو ذرات ، نانو لوله ها ، نانو لايه و سوپر لاستيكها ) . نظزيات جديد و روشهاي مقرون به صرفه توليد نانوساختارهاي دو و سه بعدي از موضوعات مورد بررسي آينده مي باشند.

نانو تكنولوژي يا كاربرد فناوري در مقياس يك ميليونيم متر، جهان حيرت انگيزي را پيش روي دانشمندان قرار داده است كه در تاريخ بشريت نظيري براي آن نمي توان يافت. پيشرفتهاي پرشتابي كه در اين عرصه بوقوع مي پيوندد، پيام مهمي را با خود به همراه آورده است: بشر در آستانه دستيابي به توانايي هاي بي بديلي براي تغيير محيط پيرامون خويش قرار گرفته است و جهان و جامعه اي كه در آينده اي نه چندان دور به مدد اين فناوري جديد پديدار خواهد شد، تفاوت هايي بنيادين با جهان مالوف آدمي در گذشته خواهد داشت.

نانو تكنولوژي نظير هر فناوري ديگري چونان يك تيغ دولبه است كه مي توان از آن در مسير خير و صلاح و يا نابودي و فنا استفاده به عمل آورد. گام اول در راه بهره گيري از اين فناوري شناخت دقيق تر خصوصيات آن و آشنايي با قابليت هاي بالقوه اي است كه در خود جاي داده است. در خصوص نانو تكنولوژي يك نكته را مي توان به روشني و بدون ابهام مورد تاكيد قرار داد: اين فناوري جديد هنوز، حتي براي متخصصان، شناخته شده نيست و همين امر هاله ابهامي را كه آن را در برگرفته ضخيمتر مي كند و راه را براي گمانزني هاي متنوع هموار مي سازد.

كساني بر اين باورند كه اين فناوري نظير هيولايي فرانكشتين در داستان مري شلي و يا همانند جعبه پاندورا در اسطوره هاي يونان باستان، مرگ و نابودي براي ابناي بشر درپي دارد. در مقابل گروهي نيز معتقدند كه به مدد توانايي هاي حاصل از اين فناوري مي توان عالم را گلستان كرد.

در حال حاضر 450 شركت تحقيقاتي- تجاري در سراسر جهان و 270 دانشگاه در اروپا، آمريكا و ژاپن با بودجه اي كه در مجموع به 4 ميليارد دلار بالغ مي شود سرگرم انجام تحقيقات در عرصه نانو تكنولوژي هستند. در اين قلمرو اتمها و ذرات رفتاري غيرمتعارف از خود به نمايش مي گذارند و از آنجا كه كل طبيعت از همين ذرات تشكيل شده، شناخت نحوه عمل آنها، به يك معنا شناخت بهتر نحوه شكل گيري عالم است. به اين ترتيب دانشمنداني كه در اين قلمرو به كاوش مشغولند، به يك اعتبار با ذهن و ضمير خالق هستي و نقشه شگفت انگيز او در خلقت عالم آشنايي پيدا مي كنند، اما از آنجا كه دانايي توانايي به همراه مي آورد، شناسايي رازهاي هستي مي تواند توان فوق العاده اي را در اختيار كاشفان اين رازها قرار دهد. تحقيق در قلمرو نانو تكنولوژي از اواخر دهه 1950 آغاز شد و در دهه 1990 نخستين نتايج چشمگير از رهگذر اين تحقيقات عايد گرديد.

از جمله آنكه يك گروه از محققان شركت آي بي ام موفق شدند35 اتم گزنون را بر روي يك صفحه از جنس نيكل جاي دهند و با كمك اين تك اتمها نامي را بر روي صفحه نيكلي درج كنند. محققان ديگر به بررسي درباره ساختارهاي ريز موجود در طبيعت نظير تار عنكبوت ها و رشته هاي ابريشم پرداختند تا بتوانند موادي نازك تر و مقاوم تر توليد كنند. در اين ميان ساخت يك نوع مولكول جديد كربن موسوم به باكمينسترفولرين يا كربن- 60 راه را براي پژوهشهاي بعدي هموارتر كرد. محققان با كمك اين مولكول كه خواص حيرت انگيز آن هنوز در درست بررسي است، لوله هاي موئينه اي در مقياس نانو ساخته اند كه مي تواند براي ايجاد ساختارهاي مختلف در تراز يك ميليونيم متر مورد استفاده قرار گيرد. بررسي هايي كه در ابعاد نانو بر روي مواد مختلف صورت گرفته و خواص تازه اي را آشكار كرده است. به عنوان مثال ذرات سيليكن در اين ابعاد از خود نور ساطع مي كنند و لايه هاي فولاد در اين مقياس از استحكام بيشتري در قياس با صفحات بزرگتر اين فلز برخوردارند.

برخي شركتها از هم اكنون بهره برداري از برخي يافته هاي نانوتكنولوژي را آغاز كرده اند. به عنوان نمونه شركت آرايشي اورال از مواد نانو در محصولات آرايشي خود استفاده مي كند تا بر ميزان تاثير آنها بيفزايد. ساخت ديودهاي نوري با استفاده از مواد نانو موجب مي شود تا 80درصد در هزينه برق صرفه جويي شود. توپهاي تنيسي كه با كربن 60 ساخته شده و روانه بازار گرديده سبكتر و مستحكمتر از توپهاي عادي است. شركتهاي ديگر با استفاده از مواد نانو پارچه هايي توليد كرده اند كه با يك بار تكاندن آنها مي توان حالت اتوي اوليه را به آنها بازگرداند و همه چين و چروكهايشان را زايل كرد. با همين يك بار تكان همه گردوخاكي كه به اين پارچه ها جذب شده اند نيز پاك مي شوند. نوارهاي زخم بندي هوشمندي با اين مواد درست شده كه به محض مشاهده نخستين علائم عفونت در مقياس مولكولي، پزشكان را مطلع مي سازند.

از همين نوع مواد همچنين ليوانهايي توليد شده كه قابليت خود- تميزكردن دارند. لنزها و عدسيهاي عينك ساخته شده از جنس مواد نانو ضد خش هستند و يك گروه از محققان تا آنجا پيش رفته اند كه درصددند با مواد نانو پوششهاي مناسبي توليد كنند كه سلولهاي حاوي ويروسهاي خطرناك نظير ويروس ايدز را در خود مي پوشاند و مانع خروج آنها مي شود. مهمترين نكته درباره موقعيت كنوني فناوري نانو آن است كه اكنون دانشمندان اين توانايي را پيدا كرده اند كه در تراز تك اتمها به بهره گيري از آنها بپردازند و اين توانايي بالقوه مي تواند زمينه ساز بسياري از تحولات بعدي شود. يك گروه از برجسته ترين محققان در حوزه نانوتكنولوژي بر اين اعتقادند كه مي توان بدون آسيب رساندن به سلولهاي حياتي، در درون آنها به كاوش و تحقيق پرداخت. شيوه هاي كنوني براي بررسي سلولها بسيار خام و ابتدايي است و دانشمندان براي شناخت آنچه كه در درون سلول اتفاق مي افتد ناگزيرند سلولها را از هم بشكافند و در اين حال بسياري از اطلاعات مهم مربوط به سيالهاي درون سلول يا ارگانلهاي موجود در آن از بين مي رود.

يك گروه از محققان كه در گروهي موسوم به اتحاد سيستمهاي زيستي گرد آمده اند، سرگرم تكميل ابزارهاي ظريفي هستند كه هدف آن بررسي اوضاع و احوال درون سلول در زمان واقعي و بدون آسيب رساندن به اجزاي دروني سلول يا مداخله در فعاليت بخشهاي داخلي آن است. ابزاري كه اين گروه مشغول ساخت آن هستند رديف هايي از لوله ها يا سيمهاي بسيار ظريفند كه قادرند وظايف مختلفي را به انجام برسانند از جمله آنكه هزاران پروتئيني را كه به وسيله سلولها ترشح مي شود شناسايي كند. گروههاي ديگر از محققان نيز به نوبه خود سرگرم توليد دستگاهها و ابزارهاي ديگر براي انجام مقاصد علمي ديگر هستند.

به عنوان نمونه يك گروه از محققان سرگرم تكميل فيبرهاي نوري در ابعاد نانو هستند كه قادر خواهند بود مولكولهاي مورد نظر را شناسايي كنند. گروهي نيز دستگاهي را دردست ساخت دارند كه با استفاده از ذرات طلا مي تواند پروتئين هاي معيني را فعال سازد يا از كار بيندازد. به اعتقاد پژوهشگران براي آنكه بتوان از سلولها در حين فعاليت واقعي آنها اطلاعات مناسب به دست آورد، بايد شيوه تنظيم آزمايشها را مورد تجديدنظر اساسي قرار داد. سلولها در فعاليت طبيعي خود امور مختلفي را به انجام مي رسانند: از جمله انتقال اطلاعات و علائم و داده ها ميان خود، ردوبدل كردن مواد غذايي و بالاخره سوخت و ساز و اعمال حياتي. يك گروه از روش تازه اي موسوم به الگوي انتقال ابر - شبكه استفاده كرده اند كه ساخت نيمه هاديهاي نانومتري به قطر تنها 8 نانومتر را امكان پذير مي سازد. هريك از اين لوله هاي بسيار ريز بالقوه مي توانند يك پادتن خاص يا يك اوليگو نوكلئو اسيد و يا يك بخش كوچك از رشته دي ان اي بر روي خود جاي دهند.

با كمك هر تراشه مي توان 1000 آزمايش متفاوت بر روي يك سلول انجام داد. براي دستيابي به موفقيت كامل بايد بر برخي از محدوديتها غلبه شود، ازجمله آنكه درحال حاضر براي بررسي سلولها بايد آنها را در درون مايعي قرار داد كه مصنوعاً محيط زيست طبيعي سلولها را بازسازي مي كند، اما يون موجود در اين مايع مي تواند سنجنده هاي موئينه را از كار بيندازد. براي رفع مشكل، محققان سلولها را درون مايعي جاي مي دهند كه چگالي يون آن كمتر است. گروههاي ديگري از محققان نيز در تلاشند تا ابزارهاي مناسب در مقياس نانو براي بررسي جهان سلولها ابداع كنند. يكي از اين ابزارها چنانكه اشاره شد يك فيبر نوري است كه ضخامت نوك آن 40 نانومتر است و بر روي نوك نوعي پادتن جا داده شده كه قادر است خود را به مولكول مورد نظر در درون سلول متصل سازد. اين فيبر نوري با استفاده از فيبرهاي معمولي و تراش آنها ساخته شده و بر روي فيبر پوششي از نقره اندود شده تا از فرار نور جلوگيري به عمل آورد. نحوه عمل اين فيبر نوري درخور توجه است.

از آنجاكه قطر نوك اين فيبر نوري، از طول موج نوري كه براي روشن كردن سلول مورد استفاده قرار مي گيرد به مراتب بزرگتر است، فوتونهاي نور نمي توانند خود را تا انتهاي فيبر برسانند، درعوض در نزديكي نوك فيبر مجتمع مي شوند و يك ميدان نوري بوجود مي آورند كه تنها مي تواند مولكولهايي را كه در تماس با نوك فيبر قرار مي گيرند تحريك كند. به نوك اين فيبر نوري يك پادتن متصل است و محققان به اين پادتن يك مولكول فلورسان مي چسبانند و آنگاه نوك فيبر را به درون يك سلول فرو مي كنند. در درون سلول، نمونه مشابه مولكول فلورسان نوك فيبر، اين مولكول را كنار مي زند و خود جاي آن را مي گرد. به اين ترتيب نوري كه از مولكول فلورسان ساطع مي شد از بين مي رود و فضاي درون سلول تنها با نوري كه به وسيله ميدان موجود در فيبر نوري بوجود مي آيد روشن مي شود و درنتيجه محققان قادر مي شوند يك تك مولكول را در درون سلول مشاهده كنند.

مزيت بزرگ اين روش در آن است كه باعث مرگ سلول نمي شود و به دانشمندان اجازه مي دهد درون سلول را در هنگام فعاليت آن مشاهده كنند. نانو تكنولوژي همچنين به محققان امكان مي دهد كه بتوانند رويدادهاي بسيار نادر يا مولكولهاي با چگالي بسيار كم را مشاهده كنند. به عنوان مثال بلورهاي مينياتوري نيمه هاديهاي فلزي در يك فركانس خاص از خود نور ساطع مي كنند و از اين نور مي توان براي مشخص كردن مجموعه اي از مولكولهاي زيستي و الصاق برچسب براي شناسايي آنها استفاده كرد. به نوشته هفته نامه علمي نيچر چاپ انگلستان يك گروه از محققان دانشگاه ميشيگان نيز توانسته اند سنجنده خاصي را تكميل كنند كه قادر است حركت اتمهاي روي را در درون سلولها دنبال كند و به دانشمندان در تشخيص نقايص زيست عصبي مدد رساند.

از ابزارهاي در مقياس نانو همچنين مي توان براي عرضه مؤثرتر داروها در نقاط موردنظر استفاده به عمل آورد. در آزمايشي كه بتازگي به انجام رسيده نشان داده شده است كه حمله به سلولهاي سرطاني با استفاده از ذرات نانو 100برابر بازده عمل را افزايش مي دهد. محققان اميدوارند در آينده اي نه چندان دور با استفاده از نانو تكنولوژي موفق شوند امور داخلي هر سلول را تحت كنترل خود درآورند. هم اكنون گامهاي بلندي در اين زمينه برداشته شده و به عنوان نمونه دانشمندان مي توانند فعاليت پروتئينها و مولكول دي ان اي را در درون سلول كنترل كنند. به اين ترتيب نانو تكنولوژي به محققان امكان مي دهد تا اطلاعات خود را درباره سلولها يعني اصلي ترين بخش سازنده بدن جانداران به بهترين وجه كامل سازند.

در پايان مي توان گفت مفهوم جديد نانوتكنولوژي آنقدر گسترده و ناشناخته است كه ممكن است روي علم و تكنولوژي در مسيرهاي غيرقابل پيش بيني تأثير بگذارد.

منبع :[ برای مشاهده لینک ، لطفا با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

[Mohammad Hosseyn]

نانوتكنولوژي به زبان ساده

در نيم قرن گذشته شاهد حضور حدود پنج فناوري عمده بوديم، كه باعث پيشرفت هاي عظيم اقتصادي در كشورهاي سرمايه گذار و ايجاد فاصله شديد بين كشورهاي جهان شد. متأسفانه در كشور ما بدليل فقدان جرات علمي و عدم تصميم گيري بموقع ، به اين فرصتها پس از گذشت ساليان طلائي آن بها داده مي شد كه البته سودي هم براي ما به ارمغان نمي آورد، همچون فنآوري الكترونيك و كامپيوتر در دو سه دهه گذشته كه امروزه عليرغم توانائي دانشگاهي و داشتن تجهيزات آن، هيچگونه حضور تجاري در بازارهاي چند صد ميلياردي آن نداريم. فناوري نانو جديدترين اين فرصتها ست، كه كشور ما بايد براي حضور يا عدم حضور درآن خيلي سريع تصميم خود را اتخاذ كند.

علم و فناوري نانو ( نانو علم و نانو تكنولوژي) توانائي بدست گرفتن كنترل ماده در ابعاد نانومتري (ملكولي) و بهره برداري از خواص و پديده هاي اين بعد در مواد، ابزارها و سيستم هاي نوين است. اين تعريف ساده خود دربرگيرنده معاني زيادي است. به عنوان مثال فناوري نانو با طبيعت فرا رشته اي خود، در آينده در برگيرنده همه ي فناوريهاي امروزين خواهد بود و به جاي رقابت با فن آوري هاي موجود، مسير رشد آنها را در دست گرفته و آنها را به صورت « يك حرف از علم» يكپارچه خواهد كرد.

ميليونها سال است كه در طبيعت ساختارهاي بسيار پيچيده با ظرافت نانومتري ( ملكولي ) - مثل يك درخت يا يك ميكروب - ساخته مي شود. علم بشري اينك در آستانه چنگ اندازي به اين عرصه است، تا ساختارهائي بي نظير بسازد كه در طبيعت نيز يافت نمي شوند. فناوري نانو كاربردهاي را به منصه ظهور مي رساند كه بشر از انجام آن به كلي عاجز بوده است و پيامدهائي را در جامعه برجا مي گذارد كه بشر تصور آنها را هم نكرده است. به عنوان مثال:

o ساخت مواد بسيار سبك و محكم براي مصارف مرسوم يا نو

o ورشكستگي صنايع قديمي همچون فولاد با ورود تجاري مواد نو

o كاهش يافتن شديد تقاضا براي سوخت هاي فسيلي

o همه گير شدن ابر كامپيوترهاي بسيار قوي، كوچك و كم مصرف

o سلاحهاي سبك تر، كوچكتر، هوشمند تر، دوربردتر، ارزانتر و نامرئي تر براي رادار

o شناسائي فوري كليه خصوصيات ژنتيكي و اخلاقي و استعدادهاي ابتلا به بيماري

o ارسال دقيق دارو به آدرس هاي مورد نظر در بدن و افزايش طول عمر

o از بين بردن كامل عوامل خطرناك جنگ شيميائي و ميكروبي

o از بين بردن كامل ناچيز ترين آلاينده هاي شهري و صنعتي

o سطوح و لباسهاي هميشه تميز و هوشمند

o توليد انبوه مواد و ابزارهائي كه تا قبل از اين عملي و اقتصادي نبوده اند ،

o و بسياري از موارد غير قابل پيش بيني ديگر!

دكترDrexler در همايش جهاني نظام علمي در زمينه نانوتكنولوژي اظهار كرده است: "در جهان اطلاعات ، تكنولوژيهاي ديجيتالي كپي‌برداري را سريع، ارزان، كامل و عاري از هزينه‌بري يا پيچيدگي محتوايي نموده‌اند. حال اگر همين وضعيت در جهان ماده اتفاق بيافتد چه مي‌شود. هزينه توليد يك تن ‌تري بيت تراشه‌هاي RAM تقريبا" معادل با هزينه بري ناشي از توليد همان مقدار فولاد مي‌شود".

دكترSmalley رئيس هيئت تحقيقاتي دانشگاه رايس و كاشف Buckyballs مي‌گويد:

" نانوتكنولوژي روند زيانبار ناشي از انقلاب صنعتي را معكوس خواهد كرد". در مقدمه مقاله نانوتكنولوژي كه توسط آقايان Peterson و Pergamit در سال 1993 نگاشته شده چنين آمده است :

" تصور كنيد قادريد با نوشيدن دارو كه در آب ميوه مورد علاقه‌تان حل شده است سرطان را معالجه كنيد . يك ابر كامپيوتر را كه به اندازه يك سلول انسان است در نظر بگيريد. يك سفينه فضايي 4 نفره كه به دور مدار زمين مي‌گردد با هزينه‌اي در حدود يك خودروي خانوادگي تجسم كنيد" .

موارد فوق، فقط تعداد محدودي از محصولات انتظار رفته از نانوتكنولوژي هستند. انسان در معرض يك انقلاب اجتماعي تسريع شده و قدرتمند است كه ناشي از علم نانوتكنولوژي است. در آينده نزديك گروهي از دانشمندان قادر به ساخت اولين آدم آهني با مقياس نانومتري مي‌گردند كه قادر به همانندسازي است. طي چند سال با توليد پنج ميليارد تريليون نانوروبات ، تقريبا" تمامي فرايندهاي صنعتي و نيروي كار كنوني از رده خارج خواهند شد. كالاهاي مصرفي به وفور يافت‌شده ، ارزان، شيك و با دوام خواهند شد. دارو يك جهش سريع و كوانتومي را به جلو تجربه خواهد نمود. سفرهاي فضايي و همانندسازي امن و مقرون به صرفه خواهند شد. به اين دلايل و دلائلي ديگر، سبكهاي زندگي روزمره در جهان بطور زيربنايي متحول خواهد شد و الگوي رفتاري انسانها تحت‌الشعاع اين روند قرار خواهد گرفت.

سه فناوري تسخيركننده

از طرفي شايد بتوان گفت تسخيركنندگان علم و فناوري آينده در سه گروه فناوري اطلاعات، نانوفناوري و زيست فناوري خلاصه مي شوند.

قرارگيري مقادير و حجم زيادي از اطلاعات در فضائي كوچك از ابعاد هم گرائي نانوفناوري و فناوري اطلاعات مي باشد از طرفي در زيست فناوري و يا به عبارتي براي زيست شناسان قرار گيري حجم زيادي از اطلاعات در يك فضاي بسيار كوچك موضوعي بسيار آشنا مي باشد.

در كوچكترين سلول انساني همه اطلاعات مربوط به يك موجود زنده از قبيل رنگ مو، رشد استخوان و عصب ها وجود دارد. حتي در قسمت بسيار كوچكي از سلول به نام DNA كه شامل حدوداً پنجاه اتم مي باشد همه اين اطلاعات ذخيره مي گردد ( نه تنها سطح يا به عبارتي تعداد اتم ها بلكه نحوه قرار گرفتن اين زنجيره ها در ذخيره سازي اطلاعات زيستي اهميت دارد). شايد يكي از علل هم گرائي اين فناوري و فناوري اطلاعات وجود همين مسائل مشترك اين سه فناوري است.

ابزارهاي جديد براي كارهاي ظريف

اگر شما از دانشمندان علوم سطح بپرسيد كه چه پيشرفتهاي عمده دستگاهي باعث شده‌اند تا نانوتكنولوژي در خطوط مقدم تحقيقات علوم فيزيكي قرار گيرد، تقريبا" همه آنها به داستان ميكروسكوپ پروب اسكن‌كننده SPM (Scanning probe microscope SPM: در SPM يك پروب نانوسكوپي در ارتفاع ثابتي بر بالاي بستري از اتم‌ها حفظ مي‌شود. اين فاصله مي‌تواند آن‌قدر كم باشد كه الكترون‌هاي اتم‌هاي تيرك و سطح با هم تعامل داشته باشند. اين تعاملات مي‌تواند آن‌قدر قوي باشد، كه اتم‌ها از جا كنده شده و به جاي ديگري بروند.)

اشاره مي‌كنند. عليرغم تازه واردگي به عرصه تحليل دستگاهي، استفاده از ميكروسكوپي تونل‌زني اسكن‌كننده STM (Scanning tunneling microscope STM : وسيله‌اي براي تهيه تصوير از اتمهاي روي سطوح مواد، كه نقش مهمي در درك توپوگرافي و خواص الكتريكي مواد و رفتار قطعات ميكروالكترونيكي دارند. STM بر خلاف يك ميكروسكوپ نوري، براي تهيه تصوير نيروهاي الكتريكي را با يك پروب نازك‌شده به حد تيزي يك اتم آشكار مي‌كند. پروب سطح را جاروب كرده، بي‌نظمي‌هاي الكتريكي حاصل از پوسته‌هاي الكتروني يا ابرالكتروني پيرامون اتم‌ها را به كمك يك كامپيوتر به تصوير مبدل مي‌كند. به دليل يك اثر مكانيك كوانتومي موسوم به «تونل‌زني»، الكترون‌ها مي‌توانند به سادگي از تيرك به سطح و بالعكس بجهند. درجه وضوح تصاوير در حدود nm1 يا كمتر است. از STM مي‌توان براي جابجايي تك به تك اتم‌ها و تهيه نقشه‌هاي پروضوح از سطوح مادي استفاده كرد.) ، ميكروسكوپي نيروي اتمي (AFM) و ديگر تكنيكهاي مشتق‌شده از اين دو مورد اصلي در بسياري از آزمايشگاهها ، به دليل حجم زياد اطلاعاتي كه از مقياس نانومتر به دست مي دهند، متداول و حتي گريزناپذير شده است. ريچارد فينمن طي يك سخنراني در همايش جامعه فيزيك آمريكا در 1959 در مؤسسه تكنولوژي كاليفرنيا كه بعد در آنجا استاد فيزيك شد ايده‌هايي بنيادي در زمينه كوچك‌سازي نوشتجات، مدارها و ماشين‌ها ايراد كرد : " آنچه من مي‌خواهم به شما بگويم، مسئله دستكاري و كنترل اشياء در مقياس كوچك است. ترديدي وجود ندارد كه در نوك يك سوزن آنقدر جا هست كه بتوان تمام دايره‌‌المعارف بريتانيكا را جا داد." فينمن براي به تفكر واداشتن محققين و تاكيد نمودن بر عقيده‌اش مبني بر امكان فيزيكي چنين معجزه‌اي ، جايزه‌هايي 1000 دلاري براي اولين افرادي كه به اهداف مشخص شده اي در كوچك‌سازي كتابها و موتورهاي الكتريكي دست يابند تعيين كرد. فينمن تاكيد كرد : " من در حال خلق ضد جاذبه نيستم كه به فرض روزي اگر قوانين (فيزيك) آنچه ما مي‌پنداريم، نبودند عملي شود. من صحبت از چيزي مي‌كنم اگر قوانين آنچه ما مي‌پنداريم باشند، عملي خواهد بود. ما به آن دست پيدا نكرده‌ايم چون خيلي ساده هنوز درصدد انجام آن نبوده‌ايم."

وضعيت جهاني

از فناوري نانو به عنوان "رنسانس فناوري" و" روان كننده جريان سرمايه گذاري " ياد مي شود.ورود محصولات متكي بر اين فناوري جهشي بس عظيم در رفاه و كيفيت زندگي و توانائي هاي دفاعي و زيست محيطي به همراه خواهد داشت و موجب بروز جابجائي هاي بزرگ اقتصادي خواهد شد . هم اكنون بخش هاي دولتي و خصوصي كشورهاي مختلف جهان شامل ژاپن ، آمريكا، اتحاديه اروپا، چين، هند، تايوان، كره جنوبي، استراليا، اسرائيل و روسيه در رقابتي تنگاتنگ بر سر كسب پيشتازي جهاني در لااقل يك حوزه از اين فناوري به سر ميبرند . هم اكنون روي هم رفته حدود 30 كشور دنيا در زمينه فناوري نانو داراي "برنامه ملي" يا درحال تدوين آن هستند، وطي پنچ سال گذشته بودجه تحقيق و توسعه در امر فناوري نانو را به 5/3 برابر افزايش داده اند. كشورهاي ژاپن و آمريكا نيز فناوري نانو را اولين اولويت كشور خود در زمينه فناوري اعلام كرده اند .

و امّا بطور كلي و خلاصه اينكه:

o نانوتكنولوژي چست؟

o نانوتكنولوژي مطالعه ذرات در مقياس اتمي براي كنترل آنهاست. هدف اصلي اكثر تحقيقات نانوتكنولوژي شكل‌دهي تركيبات جديد يا ايجاد تغييراتي در مواد موجود است. نانوتكنولوژي در الكترونيك، زيست‌شناسي، ژنتيك، هوانوردي و حتي در مطالعات انرژي بكار برده ميشود.

o چرا " Nano"؟

o nano كلمه‌اي يوناني به معني كوچك است و براي تعيين مقدار يك ميليارديم يا 9- 10 يك كميت استفاده مي‌شود. چون يك اتم تقريباً" 10 نانومتر است، اين اصلاح براي مطالعه عمومي روي ذرات اتمي و مولكولي بكاربرده ميشود.

o تفاوت بين نانوعلم و نانوتكنولوژي چيست؟

o نانو علم صرفا" تحقيق است ولي نانوتكنولوژي كاربرد تحقيقات براي حل مسائل و ساخت مواد جديد است.

o نانوتكنولوژي از كجا آمده است؟

o براي اولين بار ريچارد فينمن برنده جايزه نوبل فيزيك پتانسيل نانوعلم را در يك سخنراني تكان‌دهنده با نام " درپايين اتاقهاي زيادي وجود دارد"، مطرح كرد . فينمن اصرار داشت، كه دانشمندان ساخت وسائلي را،كه براي كار در مقياس اتمي لازم است، شروع كنند. اين موضوع مسكوت ماند، تا اينكه اريك دركسلر (دانشجوي تحصيلات تكميليMIT) نداي فينمن را شنيد و يك قالب‌كاري براي مطالعه "وسايلي كه توانايي حركت دادن اشياء مولكولي و مكان آنها را با دقت اتمي دارند" ايجاد كرد، كه در سپتامبر 1981 در مقاله‌اي با نام " پروتئين راهي براي توليدانبوه مولكولي ايجاد ميكند" آن را ارائه داد. دركسلر آن را با كتابي بنام " موتورهاي خلقت" دنبال كرد و توسعه مفهوم نانوتكنولوژي را همانند يك كوشش علمي ادامه داد. اولين نشانه هاي ثبت‌شده از اين مفهوم نانوتكنولوژي تغيير مكان دادن اشيا مولكولي، در سال 1989 بود، موقعي كه دانشمندي در مركز تحقيقات آلمادنIBM اتمهاي منفردگزنون را روي صفحه نيكل حركت داد، تا نام IBM را روي سطح نيكل نقش كند.

o آيا نانوتكنولوژي خيالي‌تر از علم است؟

o از موقعي كه اولين مقاله در دهه گذشته منتشر شد، از نانوتكنولوژي همانند چوبدست سحرآميزي براي ساخت كودكان طراح تا ماشينهاي توليد اكسيژن براي استعمار كره مريخ، تصور مي‌شد. هيجانات از واقعيات جلوتر بود، اما پيشرفت واقعي با مسائلي پيش‌پا افتاده شروع شد.چند سال پيش محققين در دانشگاههاي كاليفرنيا، رايس وMIT موفق به ساخت نانوذراتي شدند، كه به دانشمندان كمك مي‌كردند. تعدادي از اساتيد اين دانشگاهها شركتهايي تأسيس كردند، كه وسايل موردنياز براي تحقيقات مقياس نانو را مي‌ساختند. اكنون آنها به شدت دنبال حفاظت كارهايشان از طريق ثبت اختراع هستند، تا زمينه توليد فرايندهايشان را فراهم كنند. كاربردهاي علمي نانوعلم هنوز كم است. اما مقداري از توليدات اوليه اكنون وارد بازار مي‌شوند.

o كارهاي علمي انجام‌شده بوسيله نانوتكنولوژي چيست؟

o بيشترين كار علمي روي ايجاد تغييراتي در مواد شيميايي يا نقشه‌برداري از تركيبات زيستي، مانند DNA و سلولهاي سرطاني است. بعضي ازاولين محصولات تجاري، بهبود توليدات شيميايي كنوني يا روشهاي پزشكي است.
منبع :[ برای مشاهده لینک ، لطفا با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

[Mohammad Hosseyn]

شاخه هاي فناوري نانو
هنگامي كه درباره نانوفناوري شروع به جستجو و مطالعه كنيد، به موضوعات و مواد مختلفي بر مي خوريد مانند:"نانولوله ها، شبيه سازي مولكولي، نانوداروها، سلول هاي سوختي، كاتاليزورها، نانوذرات و..." بنابراين ممكن است نانوفناوري رشته اي كاملا گسترده به نظر آيد كه موضوعات آن ربط چنداني به هم ندارند.

به طور كلي مطالعات نانوفناوري را مي توان به سه دسته تقسيم كرد. اگرچه روشهاي تحقيقاتي در آن ها بايكديگر متفاوت است، اما اين سه شاخه كاملا به يكديگر مرتبط هستند و پيشرفت در يكي از شاخه ها مي تواند در شاخه هاي ديگر نيز كاملا موثر باشد.

اين سه شاخه عبارتند از:

1 - نانوتكنولوژي مرطوب: اين شاخه به مطالعه سيستم هاي زنده اي مي پردازد كه اساسا در محيطهاي آبي وجود دارند. در اين شاخه ساختمان مواد ژنتيكي، غشاءها و ساير تركيبات سلولي در مقياس نانومتر مورد مطالعه قرار مي گيرد. پژوهشگران موفق شده اند ساختارهاي زيستي فراواني توليد كنند كه نحوه عملكرد آنها در مقياس نانويي كنترل مي شود. اين شاخه دربرگيرنده علوم پزشكي،دارويي و به طور كلي علوم و روشهاي مرتبط با زيست فناوري است.

2- نانوتكنولوژي خشك: اين شاخه از علوم پايه شيمي و فيزيك مشتق مي شود و به مطالعه تشكيل ساختارهاي كربني، سيليكون و مواد غير آلي و فلزي مي پردازد. نكته قابل توجه اينست كه الكترونهاي آزاد كه در فناوري مرطوب موجب انتقال مواد و انجام واكنشها مي گردند، در فناوري خشك خصوصيات فيزيكي ماده را پديد مي آورند. در نانوتكنولوژي خشك كاربرد مواد نانويي در الكترونيك، مغناطيس و ابزارهاي نوري مورد مطالعه قرار مي گيرد. براي مثال طراحي و ساختن ميكروسكوپ هايي كه بتوان با استفاده از آنها مواد را در ابعاد نانومتر ديد.

3 - نانوتكنولوژي محاسبه اي: در بسياري از مواقع ابزار آزمايشگاهي موجود براي انجام برخي از آزمايشها در مقياس نانومتر مناسب نيستند و يا آنكه انجام اين آزمايشها بسيار گران تمام مي شود. در اين حالت از رايانه ها براي شبيه سازي فرآيندها و واكنش هاي اتم ها و مولكول ها استفاده مي شود. شناختي كه به وسيله محاسبه به دست مي آيد، باعث مي شود كه زمان پيشرفت نانوتكنولوژي خشك به چند دهه كاهش يابد و البته تأثير مهمي در نانوتكنولوژي مرطوب نيز خواهد داشت.


منبع : [ برای مشاهده لینک ، لطفا با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

[Mohammad Hosseyn]

نانو تكنولوژي علم خواص عجيب مواد

از نانوتكنولوژي، بيوتكنولوژي و فناوري اطلاع رساني به عنوان سه قلمرو علمي نام مي برند كه انقلاب سوم صنعتي را شكل مي دهد. از همين روست كه كشورهاي در حال توسعه كه اغلب از دو انقلاب قبل جا مانده اند، مي كوشند با سرمايه گذاري در اين سه قلمرو، عقب ماندگي خود را جبران كنند. همان گونه كه در اين گزارش مي خوانيد، نانوتكنولوژي كاربردهاي گسترده اي در تمام حيطه هاي زندگي دارد و از اين رو توسعه آن مي تواند به بهبود و تسهيل زندگي كمك فراوان كند.

اتم سنگ بناي بنيادي ماده است و در نتيجه اتم ها بسيار كوچك هستند. توصيف و تصور جهان در سطح اتم و ملكول دشوار است. اين حيطه از علم به قدري عجيب است كه بخشي خاص از فيزيك به آن اختصاص يافته شده كه مكانيك كوانتم نام دارد. هدف اين علم براي توصيف رخدادها در سطح اتم است.اگر قرار بود توپ تنيس را به طرف ديوار پرتاب كنيد و توپ از آن بگذرد و به سوي ديگر ديوار برود، حتماً تعجب مي كرديد. اما اين دقيقاً همان اتفاقي است كه در مقياس كوانتم رخ مي دهد. در مقياس بسيار كوچك، خواص ماده مانند رنگ، مغناطيس و توانايي انتقال برق نيز به شكل غيرمنتظره تغيير مي كند. ديدن جهان اتم به معناي عادي كلمه ميسر نيست، چون خواص آن كوچكتر از طول موج نور قابل ديدن است. اما در سال 1981 پژوهشگران شركت آي بي ام نوعي ميكروسكوپ ساختند كه نام آن STM بود. اسم اين ميكروسكوپ در واقع از يك خاصيت در مكانيك كوانتم گرفته شده بود كه در ميكروسكوپ ياد شده به كار مي رود. اين دستگاه مي توانست پستي و بلندي هاي در مقايس جهان نانو را نشان دهد. ميكروسكوپ STM اين امكان را به دانشمندان داد كه براي اولين بار اتم ها و ملكول ها را ببينند. تصاوير اين ميكروسكوپ به زيبايي و وضوح تصاوير طبيعت اما در مقياس تصورناپذير نانومتر بود.

يك نانومتر يك ميليارديم متر يا حدوداً به طول 10 اتم هيدروژن است. با وجودي كه دانشمندان از سال هاي دهه 1950 درباره بررسي مواد در اين مقياس تلاش كرده بودند، آنان ناچار شدند تا اختراع ميكروسكوپ STM صبر كنند تا به هدف خود برسند.

عموماً در اين باره توافق وجود دارد كه نانوتكنولوژي اشياء بين يك تا 100 نانومتر را در بر مي گيرد، هر چند كه اين تعريف تا حدي قراردادي است. برخي افراد اجسامي به كوچكي يك دهم نانومتر را نيز در نظر مي گيرند كه به اندازه پيوند بين دو اتم كربن است. در ديگر سوي اين گستره در اجسام بزرگتر از 50 نانومتر قوانين فيزيك كلاسيك صدق مي كند.

مواد بسياري هستند كه داراي خواص اجسام در مقياس نانو هستند اما اسم نانوتكنولوژي به آنها اطلاق نمي شود. نانوتكنولوژي در پي آن است تا از خواص عجيب اجسام در مقياس بسيار كوچك استفاده كند.

جورج اسميت سرپرست بخش علم مواد در دانشگاه آكسفورد گفت در مقياس نانو، خواص «جديد، هيجان انگيز و متفاوتي» يافت مي شود. با كوچك تر شدن اجسام، نسبت بين فضاي سطح و حجم آن افزايش مي يابد. اين امر بدان علت مهم است كه اتم هاي موجود در سطح يك ماده معمولاً بيشتر از اتم هاي مركز آن واكنش نشان مي دهند. از اين رو، اگر نقره به ذرات بسيار كوچك تبديل شود، خواص ضدميكروبي پيدا مي كند كه در حجم انبوه آن وجود ندارد. يك شركت با توليد ذرات ريز از تركيب اكسيد سديم از اين خاصيت استفاده مي كند و ماده اي توليد مي كند كه خاصيت كاتاليزوري آن بيشتر است.

در اين جهان ناديدني، ذرات كوچك طلا در دماي چند صد درجه پايين تر ذوب مي شود و مس كه معمولاً رساناي خوب الكتريسيته است، ممكن است در لايه هاي نازك و در مجاورت ميدان مغناطيسي مقاوم شود.

الكترون ها (مانند همان توپ تنيس خيالي) مي توانند از نقطه اي به نقطه ديگر بجهند و ملكول ها مي توانند همديگر را از مسافت هاي متوسط جذب كنند. اين خاصيت به برخي حشرات اجازه مي دهد روي سقف راه بروند، چون موهاي ريز كف پايشان به سقف مي چسبد.

اما يافتن خواص جديد در مقياس نانو گام نخست است. گام بعدي استفاده از اين دانش است. توانايي ساخت اجسام با دقت اتمي اين امكان را به دانشمندان مي دهد كه موادي با خواص بهتر يا جديد نوري، مغناطيسي، حرارتي يا الكتريك توليد كنند.

اكنون انواع جديدي از ماده توليد مي شود. مثلاً شركت نانوسونيك در ويرجينيا لاستيك فلزي توليد كرده است. اين ماده مانند لاستيك انعطاف و انحنا مي پذيرد اما الكتريسيته را مانند فلزي محكم منتقل مي كند. مركز تحقيقاتي جنرال الكتريك در پي ساخت سراميك انعطاف پذير است. در صورت موفقيت، از اين ماده مي توان در ساخت قطعات موتور جت استفاده كرد و موتورهايي ساخت كه در دماي بيشتر با كارايي بهتري كار كند. چندين شركت مشغول كار روي موادي هستند كه روزي به صورت رنگ به سلول هاي خورشيدي بدل خواهد شد.

از آنجايي كه نانوتكنولوژي كاربردهاي گسترده اي دارد، بسياري از افراد فكر مي كنند اين علم اهميتي به مانند برق يا پلاستيك پيدا كند. مطالعات نشان مي دهد نانو تكنولوژي با بهبود مواد و محصولات و توليد مواد كاملاً جديد بر تمام صنايع تأثير خواهد گذاشت. افزون براين، فعاليت در حد كوچكترين مقياس ها به پيشرفت هاي مهم در عرصه هايي مانند الكترونيك، انرژي و پزشكي زيستي خواهد انجاميد.

آغاز نانوتكنولوژي

نانو تكنولوژي از يك رشته علمي خاص مشتق نمي شود. با وجودي كه نانو تكنولوژي بيشترين وجه مشترك را با علم مواد دارد، خواص اتم و ملكول شالوده بسياري از علوم است و در نتيجه دانشمندان حوزه هاي علمي به آن جذب مي شوند. برآورد مي شود در سراسر جهان حدود 000/20 نفر در نانو تكنولوژي كار مي كنند. تحقيقات در مقياس بسيار ريز در رشته هاي الكترونيك، نوروبيوتكنولوژي به ترتيب نانوالكترونيك، نانو اپتيكس و نانو بيوتكنولوژي نيز ناميده مي شود.

پيشوند نانو از كلمه يوناني به معناي كوتوله مشتق مي شود. براساس برآورد شركت لاكس ريسرچ در نيوريورك، بودجه كل تحقيق و توسعه نانو تكنولوژي دولت ها و شركت ها در سراسر جهان در سال 2004 بيش از 6/8ميليارد دلار بود. نيمي از اين بودجه از جانب دولت ها تأمين مي شد. اما به پيش بيني لاكس ريسرچ در سال هاي آينده، شركت ها احتمالاً بودجه بيشتري از دولت ها صرف اين علم خواهند كرد.

در آمريكا، پس از طرح فرستادن انسان به كره ماه، نانو تكنولوژي بيشترين بودجه را از دولت فدرال دريافت كرده است. در سال ،2004 دولت آمريكا 6/1ميليارد دلار صرف نانو تكنولوژي كرد، يعني دو برابر بودجه طرح ژنوم انسان در اوج انجام آن. در سال 2005 قرار است 982ميليون دلار ديگر صرف آن شود. در مكان دوم بودجه نانو تكنولوژي ژاپن قرار دارد. بسياري از كشورهاي در حال توسعه مانند هند، چين، آفريقاي جنوبي و برزيل جزو كشورهايي هستند كه بيشترين بودجه را در اين زمينه صرف مي كنند.

در خلال شش سال پيش از ،2003 سرمايه گذاري در نانو تكنولوژي توسط سازمان هاي دولتي هفت برابر شده است. اين حجم سرمايه گذاري انتظارات را به اندازه اي افزايش داده است كه شايد قابل تحقق نباشد. برخي معتقدند شركت هاي نانو تكنولوژي مانند حباب شركت هاي اينترنت در سال هاي اخير از بين خواهند رفت. اما دلايلي وجود دارد كه نشان مي دهد درباره مخاطرات آن گزافه گويي شده است. سرمايه گذاران خصوصي اكنون بسيار محتاط تر از دوره رونق شركت هاي اينترنت هستند و بيشتر پولي كه دولت ها در اين زمينه اختصاص مي دهند، صرف علوم پايه و فناوري هايي مي شود كه تا سال ها در اختيار همگان قرار نخواهد گرفت.

با اين حال كيفيت برخي محصولات موجود با كاربرد نانو تكنولوژي بهبود يافته است و در چند سال آينده بر تعداد آنها افزوده خواهد شد. مثلاً با افزودن ذرات ريز نقره، بانداژ ضد سوختگي خاصيت ضد ميكروبي پيدا كرده است. با اتصال ملكول هاي ايجاد كننده مانع به فيبر پنبه، پارچه هايي توليد شده است كه ضد لكه و بو است. راكت هاي تنيس با افزودن ذرات ريز تقويت شده است. در درازمدت نانو تكنولوژي به نوآوري هاي بزرگتري خواهد انجاميد، از جمله انواع جديد حافظه كامپيوتر، فناوري پزشكي و روش هاي توليد انرژي بهتر مانند سلول هاي خورشيدي.

طرفداران اين فناوري مي گويند نانو تكنولوژي به توليد انرژي پاك و توليد بدون مواد زائد و غيره خواهد انجاميد. مخالفان آن معتقدند نانوتكنولوژي باعث ايجاد نوعي نظام شناسايي بين المللي و آسيب به فقرا، محيط زيست و سلامت انسان خواهد شد. به نظر مي رسد هر دو گروه در مورد استدلال هاي خود گزافه گويي مي كنند، اما به هرحال بايد از نانو تكنولوژي استقبال كرد.

منبع: اكونوميست


منبع : [ برای مشاهده لینک ، لطفا با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

[Bl@sTeR]

متامواد امروزه به دسته‌هاي مختلفي از مواد داراي کارکردهاي الکترومغناطيسي غير عادي گفته مي‌شود، که با ايجاد ساختارهاي کوچک‌تر از ابعاد طول موج نور به دست مي‌آيند.

هم‌اکنون با توجه به پيشرفت‌هاي اخيري که در زمينه نانوتوليد به وجود آمده، امکان دستيابي و توليد ساختارهايي فوتونيکي با ابعاد کوچک‌تر از طول موج نور و پيچيدگي بسيار مشابه با ساختارهايي که چندين دهه قبل در زمينه ميکروويو مورد استفاده بود، فراهم شده‌است.

با توسعه موادي با ضريب شکست منفي، زمينه براي همکاري مشترک دانشمندان فوتونيک و ميکروويو به‌منظور ايجاد تحول در الکتروديناميک با استفاده از آن فراهم گشت.

در همين مسير و براي ارائه تجربه‌هاي گسترده مهندسان برق ميکروويو در زمينه مواد ساختاري و آگاهي از نتايجي که محققان فوتونيک علاقه‌مند به فيزيک نور نانوساختارها، به آن رسيده‌اند، در ژانويه 2007، کنفرانسي با عنوان NANOMETA-2007 در منطقه اروپا برگزار گرديد و مقالات و ديدگاه‌هاي مورد بحث در آن(موضوعات مختلفي از قبيل مواد داراي ضريب شکست منفي، ساختارهاي دوبعدي و سه‌بعدي شکاف باند فوتونيکي، خم کردن و به دام‌اندازي نور در مقياس نانو ، خطوط مخابره نانويي و نانوآنتن‌ها، فوتونيک تک نانوذره و بررسي اثرات کوانتومي در علم نانوفوتونيک)

طي شماره ويژه‌اي در نشريه Journal of Optics A: Pure and Applied Optics به چاپ رسيد.




منابع[ برای مشاهده لینک ، لطفا با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ] //optics.org/cws/article/journals/31058

[Bl@sTeR]

بر اساس تحقيقي که مجله Small Times انجام داده است مرکز تحقيقاتي پوردو در بين 8 مرکز تحقيقاتي برتر در ايالات متحده آمريکا قرار گرفته است. اين در حالي است اين مرکز در سال گذشته ميلادي در رتبه دهم قرار داشت.

مرکز پوردو در مرکز فناوري‌نانوي بِرک در پارک ديسکاوري قرار دارد. زماني که مرکز فناوري‌نانوي بِرک با بودجه 58 ميليون دلاري در اکتبر 2005 آغاز به کار نمود، مرکز پوردو نيز با تسهيلات بسيار پيشرفته در حوزه فناوري‌نانو در دانشگاه پوردوآغاز به کار کرد.

اگرچه بايد نسبت به نتايج اين تحقيقات محتاط بود، اما سرمايه‌گذاري‌هاي کلان پوردو و حمايت‌هاي اين مرکز از تحقيقات فناوري‌نانو، باعث توسعه سريع آن در اين مدت کوتاه شده است. مراکز ديگر که در اين تحقيق رتبه بالاتري داشتند عبارتند از: موسسه فناوري ماساچوست، دانشگاه کرنل، دانشگاه پِن استِيت و دانشگاه کاليفرنيا.

برخي از ويژگي‌هاي مرکز پوردو که باعث ارتقاي رتبه آن شده است شامل موارد زير است:

 شبکه کامپيوتري اين مرکز، که به عنوان يک مرکز پايه در برک مطرح بوده و بودجه آن توسط بنياد ملي علوم تامين مي‌شود. اين شبکه به محققان اجازه مي‌دهد تا شبيه‌سازي‌هاي کامپيوتري خود را در زمينه نانومواد و فرايندها، انجام دهند.

 آزمايشگاه مترولوژي با ارتعاشات کم که در مقابل اختلالات الکترومغناطيس حمايت مي‌شود.

 اتاق‌هاي تميز داروسازي زيستي و نانوسنتز نيمه‌هادي‌هاي منسجم که تسهيلات اين مرکز را از همتايان خود متمايز مي‌سازد.

در اين تحقيق مجله Small Times ،26 سوال درباره تسهيلات، ثبت پتنت، تاسيس شرکت، تحقيقات، انتشارات، رشته‌هاي خاص ميکرو و فناوري‌نانو و برنامه‌هاي ارتقا مطرح کرده‌است. همچنين در اين پرسشنامه از پاسخ‌گويان خواسته شده بود تا موسسات همتاي خود را در زمينه تحقيقات و تجاري‌سازي در حوزه فناوري‌نانو رتبه‌بندي کنند.



منابع
برای مشاهده محتوا ، لطفا وارد شوید یا ثبت نام کنید

[Mohammad Hosseyn]

آيا نانوذرات به سلامتي انسان آسيب مي‌رسانند؟


فناوري‌هاي نانو در زمينه‌هاي گوناگوني همچون توسعه داروها، آلودگي‌زدايي آب‌ها، فناوري‌هاي ارتباطي و اطلاعاتي توليد مواد مستحكم‌تر و سبك‌تر داراي مزاياي بالقوه مي‌باشند. در حال حاضر شركت‌هاي زيادي نانوذرات را به شكل پودر، اسپري و پوشش توليد مي‌‌كنند كه كاربردهاي زيادي در قسمت‌هاي مختلف اتومبيل، راكت‌هاي تنيس، عينك‌هاي آفتابي ضدخش، پارچه‌هاي ضدلك، پنجره‌هاي خود تميزكن و صفحات خورشيدي دارند.
اما اثرات افزايش بيش از حد توليد و استفاده از نانومواد در سلامت كاركنان و مصرف كننده‌ها، سلامت عمومي و محيط زيست بايد به دقت مورد توجه قرار گيرد. از آنجايي كه فرآيند رشد و واكنش‌هاي شيميايي كاتاليستي در سطح اتفاق مي‌افتند، يك مقدار مشخصي از ماده در مقياس نانومتري بسيار فعال‌تر از همان مقدار ماده با ابعاد بزرگ‌تر مي‌باشد. اين ويژگي‌ها ممكن است بر روي سلامتي و محيط زيست اثرات منفي داشته و منجر به سميت زياد نانوذرات شوند.



همزمان با توسعه دانش ما در مورد مواد در مقياس‌نانو و افزايش توانايي كار كردن با ساختارها در اين مقياس، فناوري‌نانو رفته رفته گسترش يافته و سرمايه‌گذاري جهاني در اين زمينه نيز افزايش مي‌يابد. فناوري‌هاي نانو در زمينه‌هاي گوناگوني همچون توسعه داروها، آلودگي‌زدايي آب‌ها، فناوري‌هاي ارتباطي و اطلاعاتي توليد مواد مستحكم‌تر و سبك‌تر داراي مزاياي بالقوه مي‌باشند. در حال حاضر شركت‌هاي زيادي نانوذرات را به شكل پودر، اسپري و پوشش توليد مي‌‌كنند كه كاربردهاي زيادي در قسمت‌هاي مختلف اتومبيل، راكت‌هاي تنيس، عينك‌هاي آفتابي ضدخش، پارچه‌هاي ضدلك، پنجره‌هاي خود تميزكن و صفحات خورشيدي دارند. تعداد اين شركت‌ها روز به روز در حال افزايش است.
محدوده اندازه ذراتي كه چنين علاقه‌مندي را به خود جلب كرده است، عموما كمتر از 100 نانومتر است. براي داشتن تصوري از اين مقياس لازم به ذكر است كه موي انسان داراي قطر 10000 تا 50000 نانومتر، يك سلول قرمز خوني داراي قطر حدود 5000 نانومتر و ابعاد يك ويروس بين 10 تا 100 نانومتر است. با كاهش اندازه ذرات، نسبت تعداد اتم‌هاي سطحي به اتم‌هاي داخلي افزايش مي‌يابد. به عنوان مثال درصد اتم‌هاي سطحي يك ذره با اندازه 30 نانومتر، 5 درصد است، در حالي كه اين نسبت براي يك ذره با اندازه 3 نانومتر، 50 درصد مي‌باشد.
بنابراين نانوذرات در مقايسه با ذرات بزرگ‌تر نسبت سطح به وزن بسيار بزرگ‌تري دارند. با كاهش اندازه ذرات به يك دهم نانومتر يا كمتر، اثرات كوانتومي پديدار مي‌شوند و اين اثرات، مي‌تـوانـند به مقـدار زيــادي ويـژگي‌هـاي نــوري، مغـناطيسي و الكتـريكي مواد را تغيير دهند. از طريق پي‌گيري ساختار مواد در مقياس نانو، امكان طراحي و ساخت مواد جديد با ويژگي‌هاي كاملا نو به وجود مي‌آيد. تنها با كاهش اندازه و ثابت نگهداشتن نوع ماده، ويژگي‌هاي اساسي از قبيل هدايت الكتريكي، رنگ، استحكام و نقطه ذوب ماده (كه معمولا براي هر ماده مقدار ثابتي از آنها را در نظر مي‌گيريم) مي‌تواند تغيير كند.
در حال حاضر نانوذراتي كه به طور ناخواسته، از طريق فرآيندهاي احتراق انجام شده جهت توليد انرژي يا در اتومبيل‌ها، فرآيندهاي خوردگي مكانيكي و يا فرآيندهاي صنعتي معمول به وجود مي‌آيند، بيش از توليد صنعتي نانوذرات بر محيط زيست و زندگي انسان تاثير مي‌گذارند. اما اثرات افزايش بيش از حد توليد و استفاده از نانومواد در سلامت كاركنان و مصرف كننده‌ها، سلامت عمومي و محيط زيست بايد به دقت مورد توجه قرار گيرد. از آنجايي كه فرآيند رشد و واكنش‌هاي شيميايي كاتاليستي در سطح اتفاق مي‌افتند، يك مقدار مشخصي از ماده در مقياس نانومتري بسيار فعال‌تر از همان مقدار ماده با ابعاد بزرگ‌تر مي‌باشد. اين ويژگي‌ها ممكن است بر روي سلامتي و محيط زيست اثرات منفي داشته و منجر به سميت زياد نانوذرات شوند.

[ برای مشاهده لینک ، لطفا با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]
تنفس نانوذرات
خطرات احتمالي نانوذراتي كه در هوا پخش شده‌اند، يعني آئروسل‌ها از اهميت بيشتري برخوردارند. اين قضيه به دليل تحرك بالاي آنها و امكان جذب آنها از طريق ريه، كه راحت‌ترين مسير ورود به بدن مي‌باشد، اهميت پيدا مي‌كند. اندازه ذرات تا حدزيادي تعيين‌كننده محل نشست اين ذرات در دستگاه تنفسي مي‌باشد. به خاطر راحت‌تر شدن كار، دستگاه تنفسي را به سه قسمت ناحيه‌اي و كاركردي تقسيم مي‌‌كنيم:
1- مسير‌هاي هوايي بالايي،
2- ناحيه نايژه‌ها، كه هر دوي آنها به وسيله لايه موكوس حفاظت مي‌شوند. در اينجا ذرات بزرگ‌تر، از طريق نشستن بر روي ديواره مسير هوايي، از هواي ورودي به ريه جدا مي‌شوند. حركات مژه‌هاي اين قسمت، خلط را به سوي گلو بالا برده و از آنجا يا در اثر سرفه خارج و يا بلعيده مي‌شوند. ذرات كوچكتر (كوچكتر از 2.5 ميكرومتر) و نانوذرات ممكن است وارد كيسه‌هاي هوايي شوند، كه ناحيه مبادله گاز در ريه مي‌باشند. جهت تسهيل جذب اكسيژن و دفع دي‌اكسيد كربن، تمام غشاها و سلول‌ها در اين قسمت از ريه، نازك و آسيب‌پذير بوده و هيچ‌گونه لايه حفاظتي ندارند. تنها مكانيسم حفاظتي در اين قسمت از طريق ماكروفاژها مي‌باشد.
3- ماكروفاژها سلول‌هاي بزرگي هستند كه اشياي خارجي را بلعيده و از طريق جابه‌جا كردن آنها، به عنوان مثال به سوي گره‌هاي لنفاوي، آنها را از كيسه‌هاي هوايي خارج مي‌كنند. نانوذرات تا حد زيادي از اين سيستم حفاظتي رها شده و مي‌توانند وارد بافت‌هاي تنفسي گردند. ذرات و الياف باقي‌مانـده مي‌تواننـد با بافت‌هاي مخاطي ريوي بر هم كنش داده و منجر به ايجاد التهاب شديد، زخم و از بين رفتن بافت‌هاي ريوي گردند. اين وضعيت ريه‌ها شبيه حالت به وجود آمده در بيماري‌هايي همچون بيماري باكتريايي ذات‌الريه، يا بيماري‌هاي ريوي صنعتي مهلك همانند سيليكوسيس يا آزبستوسيس مي‌باشد.
سيليكوسيس و آزبستوسيس
با وجودي كه بيماري‌هاي سيليكوسيس و آزبستوسيس از طريق نانوموادي كه به روش تكنيكي توليد شده‌اند به وجود نمي‌‌آيند، اما منشا ايجاد اين بيماري‌ها، تنفس موادي شبيه نانوذرات است كه اطلاعات قديمي در مورد اثرات زيان‌بخش آنها بر روي سلامتي وجود دارد. سيليكوسيس زماني ايجاد مي‌شود كه گرد و غبار حاوي سيليس به مدت طولاتي به درون ريه تنفس شود. سيليس بلوري براي سطح بيروني ريه سمي مي‌باشد. زماني كه سيليس بلوري در تماس با ريه قرار مي‌گيرد اثرات التهابي شديدي به وجود مي‌آيد. در مدت زمان طولاني اين التهاب باعث مي‌شود تا بافت ريه به طور برگشت‌ناپذيري آسيب‌ديده و ضخيم شود كه اين پديده به نام فيبروسيس ناميده مي‌شود.
سيليس بلوري عموما در ماسه‌سنگ، گرانيت، سنگ لوح، زغال سنگ و ماسه سيليسي خالص وجود دارد. بنابراين افرادي همچون كارگران كارخانه‌هاي ذوب فلزات، سفال‌گران و كارگراني كه با ماسه كار مي‌كنند، در معرض خطر قرار دارند. سيليس بلوري از سوي سازمان بهداشت جهاني به عنوان يك ماده سرطانزا معرفي شده است.
الياف پنبه نسوز داراي طول چند ميكرومتر مي‌باشند و در نتيجه جزء نانومواد قرار نمي‌گيرند. با اين‌ حال جزء ذرات و الياف مجموعه امراض شغلي قرار مي‌گيرند. پنبه نسوز يك فيبر معدني طبيعي است كه در بيش از 3000 ماده ساختماني و محصول توليد شده به كار گرفته شده است. تمام انواع پنبه نسوز تمايل به خرد شدن به الياف بسيار ريز دارند.
به دليل كوچك بودن، اين الياف پس از پخش شدن در هوا ممكن است به مدت چند ساعت يا حتي چند روز معلق بمانند. الياف پنبه نسوز تخريب‌پذير نبوده و در طبيعت پايدار مي‌باشند. اين الياف در مقابل مواد شيميايي پايدار هستند، تبخير نمي‌شوند، در آب حل نمي‌شوند و در طول زمان تجزيه نمي‌گردند. پنبه نسوز موجب ايجاد سرطان ريه و مزوتليوما مي‌شود كه نوعي تومور خطرناك غشايي است كه ريه را مي‌پوشاند .
آلودگي ذره‌اي هوا در مشاغل ديگري همچون توليد و فرآوري كربن سياه و الياف مصنوعي نيز موجب ايجاد نگراني مي‌شود.
آلودگي ذره‌اي هوا
آلودگي هوا مخلوط كمپلكسي از تركيبات مختلف در فاز گاز، مايع و جامد است. خود مواد ذره‌اي مخلوطي ناهمگن از ذرات معلق هستند كه تركيب شيميايي و اندازه آنها متفاوت است. در مطالعات اپيدمي‌شناسي، انواع مختلفي از آلودگي‌هاي ذره‌اي هواي معـرفي شـده‌اند كـه از آن جمـله ميـتـوان بـه TPS (مجموع مواد معلق) و PM 10 (مواد ذره‌اي با قطر موثر آئروديناميك كمتر از 10 ميكرومتر) اشاره كرد. در سال‌هاي اخير مطالعات زيادي در زمينه مواد ذره‌اي ريز PM 2.5 (ذراتي با قطر آئروديناميك كمتر از 2.5 ميكرومتر) و فوق ريز (ذرات با قطر كمتر از 100 نانومتر) انجام گرفته است.
با وجودي كه ميزان خالص آلودگي‌ ذره‌اي هواي شهري (يعني مقدار PM 2.5)، با كم شدن نشر ذرات از صنايع و مراكز توليد انرژي كاهش يافته است، غلظت ذرات فوق‌ريز ناشي از ترافيك افزايش يافته است. هر چند غلظت اين ذرات كوچك معمولاً مهمتر است اما سهم آنها معمولاً پايينتر از غلظت كل است. بنابراين اندازه‌‌گيري توزيع اندازه ذرات تا چند نانومتر ، براي توصيف ذرات پخش‌شده از ترافيك ضروري است.
با توسعه روش‌هاي اندازه‌گيري آثار روشن‌تري از ذرات با اندازه كوچك‌تر مشاهده گرديد. با اين‌حال، بسياري از مطالعات هنوز ادامه دارند و تعداد بسيار كمي از آنها تاكنون به نتيجه رسيده‌اند. پيشنهاد شده است كه اثرات زيان‌آور آلودگي ذره‌اي هوا به طور عمده به غلظت ذرات كوچك‌تر از 100 نانومتر ارتباط دارد و به غلظت جرمي ذرات بزر‌گ‌تر بستگي چنداني ندارد. بنابراين معقول به نظر مي‌رسد كه اطلاعات به دست آمده از اپيدمي‌شناسي محيطي را با داده‌هاي حاصل از مطالعات سم‌شناسي انجام گرفته بر روي حيوانات و يا ساير داده‌هاي تجربي تركيب نماييم.
مطالعات اپيدمي‌شناسي زيادي ثابت كرده‌اند كه ارتباط مستقيمي بين افزايش مقطعي مواد ذره‌اي و افزايش بيماري و مرگ و مير ناشي از نارسايي‌هاي قلبي و عروقي وجود دارد. بيماران مسن‌تري كه سابقه بيماري‌هاي قلبي و يا تنفسي دارند و همچنين بيماران ديابتي، در معرض خطر بيشتري قرار دارند.
مدارك تجربي، مكانيسم‌هاي بيولوژيكي محتملي همچون تحريك دستگاه تنفسي و فشار اكسيدي جهازي را نشان مي‌دهند. در نتيجه اين تحريك‌ها، مجموعه‌اي از پاسخ‌هاي زيستي همانند موارد زير ممكن است ايجاد شوند:
تغيير جريان خون به نحوي كه موجب ايجاد انعقاد در قسمتي از رگ‌هاي خوني گردد، به هم خوردن آهنگ ضربان قلب، عملكرد نادرست و بحراني رگ‌ها، ناپايداري پلاكت‌هاي خوني، و در طولاني مدت توسعه تصلب شرايين، التهاب مزاجي و ريوي ناشي از ذرات، تصلب شرايين تسريع شده و عملكرد تغيير يافته ارادي قلب.
اين موارد ممكن است بخشي از عوامل زيستي باشند كه آلودگي ذره‌اي هوا را به مرگ و مير ناشي از بيماري‌هاي قلبي ارتباط مي‌دهند. همچنين نشان داده شده است كه نشست ذرات در كيسه‌هاي هوايي شش‌ها منجر به فعال شدن توليد سيتوكين به وسيله ماكروفاژها و سلول‌هاي اپيتليال كيسه‌هاي هوايي گشته و موجب التهاب سلول‌ها مي‌شود. در نمونه‌هايي كه به طور تصادفي از ميان بزرگسالان سالم در معرض آلودگي ذره‌اي هوا انتخاب شده بودند، افزايش ويسكوزيته پلاسما، فيبرينوژن و پروتئين فعال C مشاهده گرديد.
خلاصه و چشم‌انداز بحث
در مجموع مدارك بسيار زيادي حاصل از مطالعات اپيدمي‌شناسي وجود دارد كه اثرات زيان‌آور ذرات فوق‌ريز را بر روي سلامتي نشان مي‌دهند. همچنين از مدت‌ها پيش مدارك زيادي مبني بر زيان‌آور بودن تنفس ذرات قابل تنفس در محيط‌هاي كاري وجود دارد. به طور كامل مشخص نيست كه اين مسائل به نانومواد ساخت بشر مربوط است يا نه. با اين حال منطقي آن است تا زماني كه بر اساس مطالعات بيشتر اپيدمي‌شناسي، همچنين مطالعات انجام شده بر روي حيوانات، اثرات زيان‌آور اين نانومواد كاملا مشخص نشده است، از اين داده‌ها چشم‌پوشي نكنيم.
در حال حاضر هيچ قانوني در مورد توليد و كاربرد نانومواد براي سلامتي كاركنان و مصرف‌كنندگان و همچنين براي مسائل زيست‌محيطي وجود ندارد. همچنين در زمينه قانون‌گذاري براي مواد شيميايي، هيچ گزينه‌اي براي اندازه ذرات در هنگام ثبت يك ماده مدنظر قرار نمي‌گيرد.
پيش از انجام هرگونه قانون‌گذاري در زمينه نانومواد، بايد اطلاعات بسيار زيادي راجع به اثرات فرآيندها و محصولات نانو، بر روي سلامتي انسان و همچنين محيط زيست به دست آيد. اما حتي با در نظر گرفتن عدم قطعيت علمي موجود، شواهد كافي براي انجام اقدامات پيشگيرانه در محيط‌هاي كاري و بسته وجود دارد.
منبع: سايت [ برای مشاهده لینک ، لطفا با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ] ([ برای مشاهده لینک ، لطفا با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ])

[Mohammad Hosseyn]

تعريفي كوتاه از نانو تكنولوزي

در سالهاي اخير، پيشرفتهاي تكنولوژي وسايل و مواد با ابعاد بسيار كوچك به دست آمده است و به سوي تحولي فوق العاده كه تمدن بشر را تا پايان قرن دگرگون خواهد كرد ، پيش مي رود . براي درك بهتر اندازه هاي مادون ريز ، قطر موي سر انسان را كه يك دهم ميليمتر است در نظر بگيريد ، يك نانومتر صدهزار برابر كوچكتراست . تكنولوژي و مهندسي در قرن پيش رو با وسايل ، اندازه گيريها و توليداتي سروكار خواهد داشت كه چنين ابعاد مادون ريزي دارند . درحال حاضر پروسه هايي در ابعاد چند مولكول قابل طراحي و كنترل است . همچنين خواص مكانيكي ، شيميايي ، الكتريكي ، مغناطيسي ، نوري و... مواد در لايه ها در حدود ابعاد نانومتر قابل درك و تحليل و سنجش است .


تكنولوژي درقرن گذشته در هرچه ريزتر كردن توليدات تكنولوژيكي پيشرفت چشمگيري داشت ، بطوريكه به مزاح گفته شد كه ديگر كشف ذرات ريز اتمي ( Sub-Atomic ) نه تنها جايزه نوبل ندارد ، بلكه به آن جريمه هم تعلق مي گيرد ! تكنولوژي نو درقرن حاضر مسير عكس را طي مي كند . يعني مواد مادون ريز را بايد تركيب كرد تا دانه هاي بزرگتر كارآمد به وجود آ ورد
درست همان روشي كه در طبيعت براي توليد كردن حاكم است . مجموعه هاي طبيعي ، تركيبي از دانه هاي مادون ريز قابل تشخيص با خواص مشابه و يا متفاوت با اندازه هاي در حدود نانو است .

اثر تحقيقات در فناوريهاي مادون ريز هم اكنون در درمان بيماريها و يا دست يافتن به مواد جديد به ظهور رسيده است . موارد بسياري در مرحله تحقيقات كاربردي و آزمايشي است .اكنون ساخت رايانه هاي بسيار كوچكتر و ميليونها بار سريعتر در دستور كار موسسات تحقيقاتي قرار دارد .

در بياني كوتاه نانوتكنولوژي يك فرايند توليد مولكولي است . همانطور كه طبيعت مجموعه ها را بطور خودكار مولكول به مولكول ساخته و روي هم مونتاژ كرده است ، دانشمندان اين علم هم بايد براي توليد محصولات جديد ، با اين اعتقاد كه هرچه در طبيعت توليد شده قابل توليد در آزمايشگاه نيز هست ، نظير طبيعت راهي پيدا كنند . البته منظور اين نيست كه چند هسته از مواد راپيدا كنند و با رساندن انرژي و خوراك پس از چند سال يك نيروگاه از آن ساخته شود كه شهري را برق دهد . بلكه براي تركيب و تكامل خودكار توليدات مادون ريزكه به نحوي در مجموعه هاي بزرگتر مصرف دارد ، راهيابي شود . در اندازه هاي مادون ريز ، روشها و ابزارآلات متعارف فيزيكي مانند تراشيدن و خم كردن و سوراخ كردن و...جوابگو تيستند .

براي ساختن ماشينهاي ملكولي بايد روش پروسه هاي طبيعي را دنبال كرد . با تهيه نقشه هاي ساختاري بدن يعني آرايش ژنها و DNA كه ژنم ناميده شده است و به موازات آن دست يافتن به تكنولوژي مادون ريز ، در دراز مدت تحولات بسياري در هستي ايجاد خواهد شد . توليد مواد جديد ، گياهان ، جانداران و حتي انسان متحول خواهد شد . اشكالات ساختاري موجودات در طبيعت رفع مي شود و با تركيب و خواص اورگانيك گياهان و جانوران ، موجودات جديدي با خواص فوق العاده و شخصيتهاي متفاوت بوجود خواهد آمد .آينده علوم و مهندسي كه چندين گرايشي Multi- Disciplinary است ، به طرف توليد ماشينهاي مولكولي سوق داده خواهد شد تا در نهايت بتواند مجموعه هاي كارآيي از پيوندهاي ارگانيك و سايبريك را عرضه نمايد .

هستي را به رايانه ( سخت افزار ) و برنامه ( نرم افزار ) كه دو پديده مختلف ولي ادغام شده هستند ، مي توان تشبيه كرد . سخت افزار مصداق ماده ( اغلب اتم هيدروژن ) و نرم افزار يا برنامه ، قابليت نهفته در خلقت آن است .

اتم به نظر ساده و ابتدايي هيدروژن در طي ميلياردها سال با قابليت نهفته در خود توانسته است ميليونها نوع آرايش مختلف را در هستي بوجود آورد . بشر از بوجود آوردن اساس ماده عاجز است . ولي در برنامه ريزيهاي جديد و يافتن اشكال ديگري از آنچه در طبيعت وجود دارد ، پيش خواهد رفت . طبيعت را خواهد شناخت و به اصطلاح ، قفلهاي شگفت آور آن را باز خواهد كرد . احتمالا انسان در شرايط مناسبتري از درجه حرارت و فشار كه درتشكيل طبيعي مواد مختلف از هيدروژن لازم است ، بتواند اتمهاي مورد نباز خود را توليد كند ، سيارات ديگري را در نهايت در اختيار بگيرد و بعيد نيست كه انسانهاي آينده بتوانند در نيمه هاي راه ابديت در اكثر نقاط جهان هستي و كهكشانها سكني گزينند.

به احتمال زياد قبل از پايان هزاره سوم انسانها در بدن خود انواع لوازم مصنوعي و ديجيتالي راخواهند داشت. . از بيماري ، پيري ، درد ستون فقرات ، كم حافظه اي و... رنج نخواهند برد .قابليت فهم و تحليل اطلاعات در مغز آنها در مقايسه با امروز بي نهايت خواهد شد . در هزاره هاي آينده انسانهاي طبيعي مانند امروز احتمالا براي مطالعات پژوهشي نگهداري شده و به نمونه هاي آزمايشگاهي و بطور حتم قابل احترام تبديل خواهند شد و مردمان آينده از اينهمه درد و ناراحتي كه اجداد آنها در هزاره هاي قبل كشيده اند ، متعجب و متاثر خواهند بود .

چه انتظاري بايد از نانوتكنولوژي داشت :

اين تكنولوژي جديد توانايي آن را دارد كه تاثيري اساسي بر كشورهاي صنعتي در دهه هاي آينده بگذارد . در اينجا به برخي از نمونه هاي عملي در زمينه نانوتكنولوژي اشاره مي شود .

انتظار مي رود كه مقياس نانومتر به يك مقياس با كارايي بالا و ويژگيهاي منحصربفرد ،محصولاتي ساخته مي شود كه روش شيمي سنتي پاسخگوي اين امر نمي تواند باشد .

· نانوتكنولوژي مي تواند باعث گسترش فروش سالانه بسيار زياد براي صنعت نيمه هاديها و مدارهاي مجتمع ، طي 10 تا 15 سال آينده شود .

· نانوتكنولوژي ، مراقبتهاي بهداشتي ، طول عمر ، كيفيت و تواناييهاي جسمي بشر را افزايش خواهد داد .

· تقريبا نيمي از محصولات دارويي در 10 تا 15 سال آينده متكي به نانوتكنولوژي خواهد بود كه اين امر ، خود ميليونها دلار نقدينگي را به گردش درخواهد آورد .

· كاتاليستهاي نانوساختاري در صنايع پتروشيمي داراي كاربردهاي فراواني هستند كه پيش بيني شده است اين دانش ، سالانه ميليارد ها دلار را طي 10 تا 15 سال آينده تحت تاثير قرار دهد .

· نانوتكنولوژي موجب توسعه محصولات كشاورزي براي يك جمعيت عظيم خواهد شد و راههاي اقتصادي تري را براي تصويه و نمك زدايي آب و بهينه سازي راههاي استفاده از منابع انرژيهاي تجديد پذير همچون انرژي خورشيدي ارائه مي نمايد . بطور مثال استفاده از يك نوع انباره جريان گذرا با الكترودهاي نانولوله كربني كه اخيرا آزمايش گرديد و از رسانه ها خبر آن را شنيديم، نشان داد كه اين روش 10 بار كمتر آب دريا را نمك زدايي مي كند .

· انتظار مي رود كه نانوتكنولوژي نياز بشر را به مواد كمياب كمتر كرده و با كاستن آلاينده ها ، محيط زيستي سالمتر را فراهم كند . براي مثال مطالعات نشان مي دهد در طي 10 تا 15 سال آينده ، روشنايي حاصل از پيشرفت نانوتكنولوژي ،مصرف جهاني انرژي را تا 10 درصد كاهش داده ، باعث صرفه جويي سالانه 100 ميليارد دلار و همچنين كاهش آلودگي هوا به ميزان 200 ميليون تن كربن شود.

در چند سال گذشته بازارچند ميليارد دلاري برپايه نانوتكنولوژي كسترش يافته اند . براي مثال در ايالات متحده ، IBM براي هد ديسكهاي سخت ، يك سري حسگرهاي مغناطيسي را ابداع كرده است .

Eastern Kodak و 3M تكنولوژي ساخت فيلمهاي نازك نانو ساختاري را به وجود آورده اند . شركت Mobil كاتاليستهاي نانو ساختاري را براي دستگاههاي شيميايي توليد كرده است و شركت Merck ، داروهاي نانوذره اي را عرضه كرده است . تويوتا در ژاپن مواد پليمري تقويت شده نانوذره اي را براي خودروها و Samsung Electronics در كره ، در حال كار بر روي سطح صفحات نمايش توسط نانولوله هاي كربني هستند . بشر درست در ابتداي مسير قرار دارد و فقط چندين محصول تجاري از نانوساختارهاي يك بعدي بهره مي گيرند ( نانو ذرات ، نانو لوله ها ، نانو لايه و سوپر لاستيكها ) . نظزيات جديد و روشهاي مقرون به صرفه توليد نانوساختارهاي دو و سه بعدي از موضوعات مورد بررسي آينده مي باشند.

نانو تكنولوژي يا كاربرد فناوري در مقياس يك ميليونيم متر، جهان حيرت انگيزي را پيش روي دانشمندان قرار داده است كه در تاريخ بشريت نظيري براي آن نمي توان يافت. پيشرفتهاي پرشتابي كه در اين عرصه بوقوع مي پيوندد، پيام مهمي را با خود به همراه آورده است: بشر در آستانه دستيابي به توانايي هاي بي بديلي براي تغيير محيط پيرامون خويش قرار گرفته است و جهان و جامعه اي كه در آينده اي نه چندان دور به مدد اين فناوري جديد پديدار خواهد شد، تفاوت هايي بنيادين با جهان مالوف آدمي در گذشته خواهد داشت.

به گزارش ايرنا نانو تكنولوژي نظير هر فناوري ديگري چونان يك تيغ دولبه است كه مي توان از آن در مسير خير و صلاح و يا نابودي و فنا استفاده به عمل آورد. گام اول در راه بهره گيري از اين فناوري شناخت دقيق تر خصوصيات آن و آشنايي با قابليت هاي بالقوه اي است كه در خود جاي داده است. در خصوص نانو تكنولوژي يك نكته را مي توان به روشني و بدون ابهام مورد تاكيد قرار داد: اين فناوري جديد هنوز، حتي براي متخصصان، شناخته شده نيست و همين امر هاله ابهامي را كه آن را در برگرفته ضخيمتر مي كند و راه را براي گمانزني هاي متنوع هموار مي سازد.

كساني بر اين باورند كه اين فناوري نظير هيولايي فرانكشتين در داستان مري شلي و يا همانند جعبه پاندورا در اسطوره هاي يونان باستان، مرگ و نابودي براي ابناي بشر درپي دارد. در مقابل گروهي نيز معتقدند كه به مدد توانايي هاي حاصل از اين فناوري مي توان عالم را گلستان كرد.

در حال حاضر 450 شركت تحقيقاتي- تجاري در سراسر جهان و 270 دانشگاه در اروپا، آمريكا و ژاپن با بودجه اي كه در مجموع به 4 ميليارد دلار بالغ مي شود سرگرم انجام تحقيقات در عرصه نانو تكنولوژي هستند. در اين قلمرو اتمها و ذرات رفتاري غيرمتعارف از خود به نمايش مي گذارند و از آنجا كه كل طبيعت از همين ذرات تشكيل شده، شناخت نحوه عمل آنها، به يك معنا شناخت بهتر نحوه شكل گيري عالم است. به اين ترتيب دانشمنداني كه در اين قلمرو به كاوش مشغولند، به يك اعتبار با ذهن و ضمير خالق هستي و نقشه شگفت انگيز او در خلقت عالم آشنايي پيدا مي كنند، اما از آنجا كه دانايي توانايي به همراه مي آورد، شناسايي رازهاي هستي مي تواند توان فوق العاده اي را در اختيار كاشفان اين رازها قرار دهد. تحقيق در قلمرو نانو تكنولوژي از اواخر دهه 1950 آغاز شد و در دهه 1990 نخستين نتايج چشمگير از رهگذر اين تحقيقات عايد گرديد.

از جمله آنكه يك گروه از محققان شركت آي بي ام موفق شدند35 اتم گزنون را بر روي يك صفحه از جنس نيكل جاي دهند و با كمك اين تك اتمها نامي را بر روي صفحه نيكلي درج كنند. محققان ديگر به بررسي درباره ساختارهاي ريز موجود در طبيعت نظير تار عنكبوت ها و رشته هاي ابريشم پرداختند تا بتوانند موادي نازك تر و مقاوم تر توليد كنند. در اين ميان ساخت يك نوع مولكول جديد كربن موسوم به باكمينسترفولرين يا كربن- 60 راه را براي پژوهشهاي بعدي هموارتر كرد. محققان با كمك اين مولكول كه خواص حيرت انگيز آن هنوز در درست بررسي است، لوله هاي موئينه اي در مقياس نانو ساخته اند كه مي تواند براي ايجاد ساختارهاي مختلف در تراز يك ميليونيم متر مورد استفاده قرار گيرد. بررسي هايي كه در ابعاد نانو بر روي مواد مختلف صورت گرفته و خواص تازه اي را آشكار كرده است. به عنوان مثال ذرات سيليكن در اين ابعاد از خود نور ساطع مي كنند و لايه هاي فولاد در اين مقياس از استحكام بيشتري در قياس با صفحات بزرگتر اين فلز برخوردارند.

برخي شركتها از هم اكنون بهره برداري از برخي يافته هاي نانوتكنولوژي را آغاز كرده اند. به عنوان نمونه شركت آرايشي اورال از مواد نانو در محصولات آرايشي خود استفاده مي كند تا بر ميزان تاثير آنها بيفزايد. ساخت ديودهاي نوري با استفاده از مواد نانو موجب مي شود تا 80درصد در هزينه برق صرفه جويي شود. توپهاي تنيسي كه با كربن 60 ساخته شده و روانه بازار گرديده سبكتر و مستحكمتر از توپهاي عادي است. شركتهاي ديگر با استفاده از مواد نانو پارچه هايي توليد كرده اند كه با يك بار تكاندن آنها مي توان حالت اتوي اوليه را به آنها بازگرداند و همه چين و چروكهايشان را زايل كرد. با همين يك بار تكان همه گردوخاكي كه به اين پارچه ها جذب شده اند نيز پاك مي شوند. نوارهاي زخم بندي هوشمندي با اين مواد درست شده كه به محض مشاهده نخستين علائم عفونت در مقياس مولكولي، پزشكان را مطلع مي سازند.

از همين نوع مواد همچنين ليوانهايي توليد شده كه قابليت خود- تميزكردن دارند. لنزها و عدسيهاي عينك ساخته شده از جنس مواد نانو ضد خش هستند و يك گروه از محققان تا آنجا پيش رفته اند كه درصددند با مواد نانو پوششهاي مناسبي توليد كنند كه سلولهاي حاوي ويروسهاي خطرناك نظير ويروس ايدز را در خود مي پوشاند و مانع خروج آنها مي شود. مهمترين نكته درباره موقعيت كنوني فناوري نانو آن است كه اكنون دانشمندان اين توانايي را پيدا كرده اند كه در تراز تك اتمها به بهره گيري از آنها بپردازند و اين توانايي بالقوه مي تواند زمينه ساز بسياري از تحولات بعدي شود. يك گروه از برجسته ترين محققان در حوزه نانوتكنولوژي بر اين اعتقادند كه مي توان بدون آسيب رساندن به سلولهاي حياتي، در درون آنها به كاوش و تحقيق پرداخت. شيوه هاي كنوني براي بررسي سلولها بسيار خام و ابتدايي است و دانشمندان براي شناخت آنچه كه در درون سلول اتفاق مي افتد ناگزيرند سلولها را از هم بشكافند و در اين حال بسياري از اطلاعات مهم مربوط به سيالهاي درون سلول يا ارگانلهاي موجود در آن از بين مي رود.

يك گروه از محققان كه در گروهي موسوم به اتحاد سيستمهاي زيستي گرد آمده اند، سرگرم تكميل ابزارهاي ظريفي هستند كه هدف آن بررسي اوضاع و احوال درون سلول در زمان واقعي و بدون آسيب رساندن به اجزاي دروني سلول يا مداخله در فعاليت بخشهاي داخلي آن است. ابزاري كه اين گروه مشغول ساخت آن هستند رديف هايي از لوله ها يا سيمهاي بسيار ظريفند كه قادرند وظايف مختلفي را به انجام برسانند از جمله آنكه هزاران پروتئيني را كه به وسيله سلولها ترشح مي شود شناسايي كند. گروههاي ديگر از محققان نيز به نوبه خود سرگرم توليد دستگاهها و ابزارهاي ديگر براي انجام مقاصد علمي ديگر هستند.

به عنوان نمونه يك گروه از محققان سرگرم تكميل فيبرهاي نوري در ابعاد نانو هستند كه قادر خواهند بود مولكولهاي مورد نظر را شناسايي كنند. گروهي نيز دستگاهي را دردست ساخت دارند كه با استفاده از ذرات طلا مي تواند پروتئين هاي معيني را فعال سازد يا از كار بيندازد. به اعتقاد پژوهشگران براي آنكه بتوان از سلولها در حين فعاليت واقعي آنها اطلاعات مناسب به دست آورد، بايد شيوه تنظيم آزمايشها را مورد تجديدنظر اساسي قرار داد. سلولها در فعاليت طبيعي خود امور مختلفي را به انجام مي رسانند: از جمله انتقال اطلاعات و علائم و داده ها ميان خود، ردوبدل كردن مواد غذايي و بالاخره سوخت و ساز و اعمال حياتي. يك گروه از روش تازه اي موسوم به الگوي انتقال ابر - شبكه استفاده كرده اند كه ساخت نيمه هاديهاي نانومتري به قطر تنها 8 نانومتر را امكان پذير مي سازد. هريك از اين لوله هاي بسيار ريز بالقوه مي توانند يك پادتن خاص يا يك بخش كوچك از رشته دي ان اي بر روي خود جاي دهند.

با كمك هر تراشه مي توان 1000 آزمايش متفاوت بر روي يك سلول انجام داد. براي دستيابي به موفقيت كامل بايد بر برخي از محدوديتها غلبه شود، ازجمله آنكه درحال حاضر براي بررسي سلولها بايد آنها را در درون مايعي قرار داد كه مصنوعاً محيط زيست طبيعي سلولها را بازسازي مي كند، اما يون موجود در اين مايع مي تواند سنجنده هاي موئينه را از كار بيندازد. براي رفع مشكل، محققان سلولها را درون مايعي جاي مي دهند كه چگالي يون آن كمتر است. گروههاي ديگري از محققان نيز در تلاشند تا ابزارهاي مناسب در مقياس نانو براي بررسي جهان سلولها ابداع كنند. يكي از اين ابزارها چنانكه اشاره شد يك فيبر نوري است كه ضخامت نوك آن 40 نانومتر است و بر روي نوك نوعي پادتن جا داده شده كه قادر است خود را به مولكول مورد نظر در درون سلول متصل سازد. اين فيبر نوري با استفاده از فيبرهاي معمولي و تراش آنها ساخته شده و بر روي فيبر پوششي از نقره اندود شده تا از فرار نور جلوگيري به عمل آورد. نحوه عمل اين فيبر نوري درخور توجه است.

از آنجاكه قطر نوك اين فيبر نوري، از طول موج نوري كه براي روشن كردن سلول مورد استفاده قرار مي گيرد به مراتب بزرگتر است، فوتونهاي نور نمي توانند خود را تا انتهاي فيبر برسانند، درعوض در نزديكي نوك فيبر مجتمع مي شوند و يك ميدان نوري بوجود مي آورند كه تنها مي تواند مولكولهايي را كه در تماس با نوك فيبر قرار مي گيرند تحريك كند. به نوك اين فيبر نوري يك پادتن متصل است و محققان به اين پادتن يك مولكول فلورسان مي چسبانند و آنگاه نوك فيبر را به درون يك سلول فرو مي كنند. در درون سلول، نمونه مشابه مولكول فلورسان نوك فيبر، اين مولكول را كنار مي زند و خود جاي آن را مي گرد. به اين ترتيب نوري كه از مولكول فلورسان ساطع مي شد از بين مي رود و فضاي درون سلول تنها با نوري كه به وسيله ميدان موجود در فيبر نوري بوجود مي آيد روشن مي شود و درنتيجه محققان قادر مي شوند يك تك مولكول را در درون سلول مشاهده كنند.

مزيت بزرگ اين روش در آن است كه باعث مرگ سلول نمي شود و به دانشمندان اجازه مي دهد درون سلول را در هنگام فعاليت آن مشاهده كنند. نانو تكنولوژي همچنين به محققان امكان مي دهد كه بتوانند رويدادهاي بسيار نادر يا مولكولهاي با چگالي بسيار كم را مشاهده كنند. به عنوان مثال بلورهاي مينياتوري نيمه هاديهاي فلزي در يك فركانس خاص از خود نور ساطع مي كنند و از اين نور مي توان براي مشخص كردن مجموعه اي از مولكولهاي زيستي و الصاق برچسب براي شناسايي آنها استفاده كرد. به نوشته هفته نامه علمي نيچر چاپ انگلستان يك گروه از محققان دانشگاه ميشيگان نيز توانسته اند سنجنده خاصي را تكميل كنند كه قادر است حركت اتمهاي روي را در درون سلولها دنبال كند و به دانشمندان در تشخيص نقايص زيست عصبي مدد رساند.

از ابزارهاي در مقياس نانو همچنين مي توان براي عرضه مؤثرتر داروها در نقاط موردنظر استفاده به عمل آورد. در آزمايشي كه بتازگي به انجام رسيده نشان داده شده است كه حمله به سلولهاي سرطاني با استفاده از ذرات نانو 100برابر بازده عمل را افزايش مي دهد. محققان اميدوارند در آينده اي نه چندان دور با استفاده از نانو تكنولوژي موفق شوند امور داخلي هر سلول را تحت كنترل خود درآورند. هم اكنون گامهاي بلندي در اين زمينه برداشته شده و به عنوان نمونه دانشمندان مي توانند فعاليت پروتئينها و مولكول دي ان اي را در درون سلول كنترل كنند. به اين ترتيب نانو تكنولوژي به محققان امكان مي دهد تا اطلاعات خود را درباره سلولها يعني اصلي ترين بخش سازنده بدن جانداران به بهترين وجه كامل سازند


منبع :
برای مشاهده محتوا ، لطفا وارد شوید یا ثبت نام کنید

[Mohammad Hosseyn]

شمشير 2 لبه نانوذرات





([ برای مشاهده لینک ، لطفا با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ])





وقتي براي گشت و گذار به دل كوه ها و كوهپايه ها پناه مي بريد و از شيب تند جاده به سمت پايين حركت مي كنيد، بوي نامطبوعي كه از لنت ترمز خودروي شما خارج مي شود، شما را هشيار مي كند.
از فرزندتان مي خواهيد آن را تنفس نكند چون شنيده ايد بسيار سمي است. اما فكر كرده ايد چرا؟ فناوري هاي نوين هميشه مثل سكه دو رو دارند، طرفي از آنها كه در جهت رفاه و بهره مندي انسان است و وجهي ديگر كه به طور مستقيم با سلامت جسمي در تضاد است. چند سالي مي شود كه نانوتكنولوژي به عنوان يك كليد در حل بسياري از مشكلات صنايع در قرن اخير گره گشا بوده است و در بسياري موارد به بشر خدمت مي كند؛ اما نبايد از روي ديگر اين سكه غافل بود.
ذرات نانو در مواردي مي توانند همچون غبار همان آزبست لنت ترمز عمل كنند و مثل يك ذره كاملا غيرطبيعي كه بدون هدف در فضا رها شده است ، از جنبه هاي مختلف ، سلامت انسان را تهديد كنند. البته همچنان كه علم نانو يك علم نو و جديد است ، عوارض جانبي آن هم چندان مشخص نيست ، اما دانشمندان تا حدي توانسته اند روابطي بين بعضي بيماري هاي تنفسي با ذرات نانو را به اثبات برسانند.

فناوري هاي نانو، در زمينه هاي گوناگوني همچون توسعه داروها، تصفيه آبها و زدودن انواع آلودگي هاي آب ، فناوري هاي ارتباطي و اطلاعاتي ، توليد مواد مستحكم تر و سبك تر داراي مزاياي بالقوه هستند. امروزه بسياري از شركت هاي تجاري ، بر مبناي همين فناوري ها، نانوذرات را به شكل پودر، اسپري و پوشش توليد مي كنند كه كاربردهاي زيادي در قسمت هاي مختلف اتومبيل ، راكت هاي تنيس ، عينك هاي آفتابي ضد خش ، پارچه هاي ضد لك ، پنجره هاي تميز كن خودكار و صفحات خورشيدي دارد و تعداد اين شركت ها با سرعتي باور نكردني رو به افزايش است.


نانو چه اندازه اي است؟
محدوده اندازه ذراتي كه اين چنين علاقه مندان را در صنعت به سوي خود جلب كرده است ، معمولا كمتر از 100 نانومتر است. براي اين كه تصوري از مقياس داشته باشيم ، بد نيست به اندازه موي سر انسان كه چيزي حدود 10هزار تا 50 هزار نانومتر است توجه كنيم. يك سلول قرمز خون ، قطري حدود 5 هزار نانومتر دارد و ابعاد يك ويروس بين 10 تا 100 نانومتر است. با كاهش اندازه ذرات ، نسبت تعداد اتم هاي سطحي به اتم هاي داخلي بيشتر مي شود. بر فرض درصد اتم هاي سطحي يك ذره با اندازه 30 نانومتر 5 درصد است ، در حالي كه اين نسبت براي يك ذره با اندازه 3نانومتر 50 است.
اين طوري است كه نانوذرات در مقايسه با ذرات بزرگتر نسبت سطح به وزن بسيار بيشتري دارند و با كاهش اندازه ذرات به يك دهم نانومتر يا كمتر، اثرات كوانتومي ديده مي شوند و اين اثرات هم مي توانند به مقدار زيادي ويژگي هاي نوري ، مغناطيسي و الكتريكي مواد را تحت الشعاع قرار دهند. با اين ويژگي هاي جديد است كه ساختار مواد در مقياس نانو به ما امكان طراحي و ساخت مواد جديد با ويژگي هاي كاملا نويي را مي دهد. با كم كردن اندازه و ثابت نگه داشتن نوع ماده ، ويژگي هاي اساسي از قبيل هدايت الكتريكي ، رنگ ، استحكام و نقطه ذوب ماده تغيير مي كند.


نانو و تهديد محيط زيست
در حين فرآيندهاي احتراق ، براي توليد انرژي يا در اتومبيل ها، فرآيندهاي خوردگي مكانيكي يا فرآيندهاي صنعتي معمول ، نانوذراتي به صورت ناخواسته توليد مي شوند كه تا حد زيادي محيط زيست و زندگي انسان را تحت تاثير قرار مي دهند.
به نظر مي رسد با گسترش استفاده از اين فناوري ها، اثرات افزايش بيش از حد توليد و استفاده از نانو مواد بر سلامت كاركنان و مصرف كننده ها، سلامت عمومي و محيط زيست ، بيشتر مورد توجه قرار گرفته است.
از آنجا كه فرآيند رشد و واكنش هاي شيميايي كاتاليستي كه در سطح اتفاق مي افتند، يك مقدار مشخصي از ماده در مقياس نانومتري ، بسيار فعال تر از همان مقدار ماده با ابعاد بزرگتر است ، اين ويژگي ها ممكن است روي سلامت و محيط زيست اثرات منفي داشته و منجر به افزايش سميت نانوذرات شوند.


ورود از راه تنفس
خطرات احتمالي نانوذراتي كه در هوا پخش شده اند، يعني آئروسل ها اهميت بالايي دارند. اين مساله به دليل تحرك بالاي آن و امكان جذب از طريق ريه كه راحت ترين مسير ورود به بدن است ، اهميت پيدا مي كند. اندازه ذرات نانو كه به نسبت ساير موادي كه به ريه وارد مي شوند كوچك تر است ، اين امكان را فراهم مي كند كه نشت اين ذرات تا ميزان بالايي روي دستگاه تنفسي ، راحت تر صورت گيرد.دستگاه تنفسي سه قسمت شامل مسيرهاي هوايي بالايي ، ناحيه نايژه ها و ماكروفاژها دارد كه امكان آلودگي آنها با مواد نانو را بررسي مي كنيم.


وقتي ريه ها ملتهب مي شوند
مسيرهاي هوايي بالايي و نايژه ها به وسيله لايه موكوس حفاظت مي شوند. ذرات بزرگتر از طريق نشستن روي ديواره مسير هوايي ، از هواي ورودي به ريه ها جدا مي شوند. حركات مژه اي اين قسمت ، خلط را به سمت گلو بالا برده و از آنجا يا در اثر سرفه خارج و يا با عمل بلع ، بلعيده مي شوند. ذرات كوچكتر (كوچكتر از 2.5 ميكرومتر) و نانوذرات ، ممكن است وارد كيسه هاي هوايي شوند كه ناحيه مبادله گاز در ريه هستند و كوچك ترين اجزاي ريه محسوب مي شوند كه در ارتباط با مويرگ ها قرار دارند.
به منظور دفع دي اكسيدكربن از مويرگ ها به كيسه هاي هوايي و جذب اكسيژن ، تمام غشاها و سلول ها در اين قسمت ها نازك و آسيب پذير هستند و هيچ گونه لايه حفاظتي ندارند. تنها مكانيسم حفاظتي در اين قسمت ، ماكروفاژها هستند. اين ماكروفاژها سلول هاي بزرگي هستند كه اشيائ خارجي را بلعيده و از طريق جابه جا كردن آنها مثلا به سوي گره هاي لنفاوي آنها را از كيسه هاي هوايي خارج مي كنند. نانو ذرات تا حد زيادي از اين سيستم حفاظتي رها شده و مي توانند وارد بافت هاي تنفسي شوند.
ذرات و الياف باقي مانده مي توانند با بافت هاي مخاطي ريوي بر هم كنش كرده و بافت هاي ريوي را دچار التهاب هاي شديد، زخم و حتي مرگ كنند. اين وضعيت ريه ها در چند بيماري ديگر هم ديده مي شود، از جمله در بيماري باكتريايي ذات الريه يا بيماري هاي صنعتي مهلكي همچون سيليكوسيس يا آزبستوسيس مشاهده مي شوند.


چه افرادي بيمار مي شوند؟
از قديم ، اين دو بيماري بر اثر تنفس ذراتي مثل نانوذرات ايجاد مي شده است كه اثرات بسيار مهلكي بر سلامت دستگاه تنفسي دارند. سيليكوسيس وقتي ايجاد مي شود كه گرد و غبار حاوي سيليس براي مدت طولاني به درون ريه تنفس شود. سيليس بلوري براي سطح بيروني ريه سمي است. وقتي سيليس بلوري در تماس با ريه قرار مي گيرد، اثرات التهابي شديد به وجود مي آيند، در تمام مدت اين التهاب باعث مي شود كه بافت ريه به نحو برگشت ناپذيري آسيب ديده و ضخيم شود كه اين پديده با عنوان فيبروسيس معروف است. سيليس بلوري ، معمولا در ماسه سنگ گرانيت ، سنگ لوح ، زغال سنگ و ماسه سيليسي خالص وجود دارد. به همين دليل افرادي مثل كارگراني كه با ماسه كار مي كنند و كارگران كارخانه هاي ذوب فلزات ، سفالگران و... در معرض اين خطر قرار دارند. سيليس بلوري از سوي سازمان بهداشت جهاني به عنوان يك ماده سرطان زا معرفي شده است.
الياف پنبه نسوز هم ، طولي حدود چند ميكرومتر دارند، كه هرچند جز نانو مواد نيستند، جزو موادي كه آلوده كننده دستگاه تنفسي و بيماري زا هستند، طبقه بندي مي شوند. پنبه نسوز يك فيبر معدني طبيعي است كه در بيش از 3 هزار ماده ساختماني و محصول توليدي به كار مي رود. اين نوع الياف تمايل دارند به الياف بسيار ريزتر خرد شوند. به دليل كوچك بودن ، اين الياف ممكن است بعد از پخش شدن در هوا براي مدت چند ساعت يا چند روز معلق باقي بمانند، الياف پنبه نسوز در طبيعت پايدارند و هرگز تجزيه نمي شوند و حتي در مقابل مواد شيميايي هم پايدارند و تبخير نمي شوند. در آب هم غيرقابل حل هستند. اين مواد باعث ايجاد سرطان ريه و مزوتليوما كه نوعي تومور خطرناك غشايي است و ريه را مي پوشاند مي شوند. آلودگي ذره اي هوا در مشاغل ديگري همچون توليد و فرآوري كربن سياه و الياف مصنوعي هم موجب ايجاد نگراني در اين زمينه مي شود.


ذراتي كه در شهرها معلق اند
با وجود اين كه ميزان خالص آلودگي ذره اي هواي شهري ، با كم شدن نشر ذرات از صنايع و مراكز توليد انرژي كاهش يافته است ، غلظت ذرات فوق ريز ناشي از ترافيك ، افزايش پيدا كرده است. اگر دقت كرده باشيد وقتي از شيبي با اتومبيل تان به سمت پايين حركت مي كنيد، لنت هاي ترمز اتومبيل شما و سايرين ، بويي در هوا متصاعد مي كند، كه اغلب مردم از سمي بودن آن مطلع هستند، اما به طور معمول در ترافيك هاي سنگين شهري هم مقادير بالايي از اين مواد وارد هوا مي شود كه معمولا همه ما نسبت به آن بي توجهيم.
با توسعه روش هاي اندازه گيري ، آثار روشن تري از ذرات با اندازه كوچك تر مشاهده شده است. با اين حال بسياري از مطالعات كماكان ادامه دارند و خيلي كم به نتيجه رسيده اند. دانشمندان بر اين عقيده اند كه اثرات زيان آور آلودگي ذره اي هوا، به طور عمده به غلظت ذرات كوچك تر از 100 نانومتر ارتباط دارد و به غلظت جرمي ذرات بزرگتر چندان بستگي ندارد. به همين دليل به نظر مي رسد تركيب اطلاعات به دست آمده از اپيدمي شناسي در محيطهاي مختلف با داده هاي حاصل از مطالعات سم شناسي انجام گرفته بر روي حيوانات چندان هم دور از واقعيت نيست.


ذره ها بيماري زا هستند
بتازگي مطالعات اپيدمي شناسي ثابت كرده اند ارتباط مستقيمي بين افزايش مقطعي مواد ذره اي و افزايش بيماري و مرگ و مير ناشي از نارسايي هاي قلبي و عروقي وجود دارد. بيماران مسن تري كه سابقه بيماري هاي قلبي يا تنفسي دارند و همين طور بيماران ديابتي ، در معرض خطر بيشتري قرار دارند. همچنين ثابت شده است كه نشست ذرات در اندازه هاي نانو در كيسه هاي هوايي شش ها منجر به فعال شدن توليد سيتوكينيني به وسيله ماكروفاژها و سلول هاي كيسه هاي هوايي شده و التهاب سلول ها را به دنبال دارد.
نمونه هاي تصادفي از ميان بزرگسالان سالم در معرض آلودگي ذره اي هوا، نشان داد كه در پلاسماي خون اين افراد ميزان ويسكوزيته افزايش پيدا كرده است. اما با اين وجود، هنوز هم به طور كامل مشخص نيست كه اين مسائل را مي توان به نانوذرات تعميم داد يا خير و جنبه هاي ديگر آلودگي زاي اين ذرات تا چه طيفي گسترده اند. بررسي و مطالعات بيشتر در اين زمينه بسيار ضروري به نظر مي رسد.




عاصفه اله وردي
منبع : جام جم آنلاين

[hlpmostafa]

نانوفناوری به زبان ساده



یک نانومتر چقدر است؟

یک نانومتر یک میلیاردم متر (10-9 m) است. این مقدار حدودا چهار برابر قطر یک اتم است. مکعبی با ابعاد 2.5 نانومتر ممکن است حدود 1000 اتم را شامل شود. در مقایسه یک جسم نانومتری با اندازه‌ای 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) مطرح شد. فاینمن طی یک سخنرانی در انستیتو تکنولوژی کالیفرنیا در سال 1959 اشاره کرد که اصول و مبانی فیزیک امکان ساخت اتم به اتم چیزها را رد نمی‌کند. وی اظهار داشت که می‌توان با استفاده از ماشینهای کوچک ماشینهایی به مراتب کوچکتر ساخت و سپس این کاهش ابعاد را تا سطح خود اتم ادامه داد.

همین عبارتهای افسانه وار فاینمن راهگشای یکی از جذابترین زمینه‌های نانو تکنولوژی یعنی ساخت روباتهایی در مقیاس نانو شد. در واقع تصور در اختیار داشتن لشکری از نانو ماشینهایی در ابعاد میکروب که هر کدام تحت فرمان یک پردازنده مرکزی هستند، هر دانشمندی را به وجد می‌آورد. در رویای دانشمندانی مثل جی استورس هال (J.Storrs Hall) و اریک درکسلر (E.Drexler) این روباتها یا ماشینهای مونتاژکن کوچک تحت فرمان پردازنده مرکزی به هر شکل دلخواهی در می‌آیند. شاید در آینده‌ای نه چندان دور بتوانید به کمک اجرای برنامه ای در کامپیوتر ، تخت خوابتان را تبدیل به اتومبیل کنید و با آن به محل کارتان بروید.

[ برای مشاهده لینک ، لطفا با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

چرا این مقیاس طول اینقدر مهم است؟


خواص موجی شکل (مکانیک کوانتومی) الکترونهای داخل ماده و اثر متقابل اتمها با یکدیگر از جابجایی مواد در مقیاس نانومتر اثر می‌پذیرند. 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 می‌آید. استفاده از این پتانسیل به محصولات و تکنولوژیهای جدیدی با کارآیی بالا منتهی می‌شود که پیش از این میسر نبود.

نظام سیستماتیک ماده در مقیاس نانومتری ، کلیدی برای سیستمهای بیولوژیکی است. نانوتکنولوژی به ما اجازه می‌دهد تا اجزاء و ترکیبات را داخل سلولها قرار داده و مواد جدیدی را با استفاده از روشهای جدید خود_اسمبلیخود_اسمبلی به هیچ روبات یا ابزار دیگری برای سرهم کردن اجزاء نیازی نیست.
ساختارهایی در مقیاس نانو مانند نانو ذرات و نانولایه‌ها دارای نسبت سطح به حجم بالایی هستند که آنها را برای استفاده در مواد کامپوزیت ، واکنشهای شیمیایی و تهیه دارو ایده‌ال می‌سازد. سرامیکهای نانوساختاری غالبا سخت‌تر و غیرشکننده‌تر 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 می‌کنند. وسایل الکترونیکی جدید ، مدارهای کوچکتر و سریعتر و … با مصرف خیلی کمتر می‌توانند با کنترل واکنشها در نانوساختار بطور همزمان بدست آیند. اینها تنها اندکی از فواید و مزایای تهیه مواد در مقیاس نانومتر است.

بسازیم. در روش 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 آمده‌اند، شیشه‌هایی که خودبه خود تمیز می‌شوند، مواد دارویی که در مقیاس نانو ذرات درست شده‌اند، ذرات مغناطیسی باهوش برای پمپهای مکنده و روان سازها ، هد دیسکهای لیزری و مغناطیسی که با کنترل دقیق ضخامت لایه‌ها از کیفیت بالاتری برخوردارند، چاپگرهای عالی با استفاده از نانو ذرات با بهترین خواص جوهر و رنگ دانه و ... .

برخی کاربردها

مدلسازی مولکولی و نانوتکنولوژی

در سازمان ­دهی و دستکاری مواد در مقیاس نانو ، لازم است تمامی ابزار موجود جهت افزایش کارایی مواد و وسایل بکار گرفته شود. یکی از این ابزار ، شیمی تحلیلی ، خصوصا مدل ‌سازی مولکولی و شبیه ‌سازی است. امروزه ابزار تحقیقاتی فراگیری مانند روشهای شیمی تحلیلی مزیتهای فراوانی نسبت به روشهای تجربی دارند. میهیل یورکاز شرکتContinental Tire North America می‌گوید:"روشهای تجربی مستلزم بهره‌گیری از نیروی انسانی ، شیمیایی ، تجهیزات ، انرژی و زمان است. شیمی تحلیلی این امکان را برای هر فرد مهیا می‌سازد که فعالیتهای شیمیایی چندگانه‌ای را در 24 ساعت شبانه ‌روز انجام دهد. شیمیدانها می‌توانند با انجام آزمایشها توسط رایانه ‌، احتمال فعالیتهای غیرمؤثر را از بین ببرند و گستره احتمالی موفقیتهای آزمایشگاهی را وسعت دهند.

نتیجه نهایی این امر ، کاهش اساسی در هزینه‌های آزمایشگاهی (مانند مواد ، انرژی ، تجهیزات) و زمان است." از طرف دیگر ، در شیمی تحلیلی سرمایه‌ گذاری اولیه جهت تهیه نرم‌افزار و هزینه‌های وابسته از جمله سخت‌افزار جدید ، آموزش و تغییرات پرسنل بسیار بالا خواهد بود. ولی با بکار گیری هوشمندانه این ابزار می‌توان هریک از هزینه‌های اولیه را نه تنها از طریق صرفه‌جویی در هزینه آزمایشگاه بلکه بوسیله فراهم نمودن دانشی که منجر به بهینه ‌سازی فرآیندها و عملکردها می‌شود، جبران ساخت.

این موضوع برای شیمیدانها بسیار مناسب است، ولی روشهای شبیه‌سازی چطور می‌توانند برای نانوتکنولوژیستها مفید واقع شود؟ محدودیتهای آزمایشگر در مقیاس نانو ، زمانی آشکار می‌شود که شگفتی جهان دانشمندان نظری وارد عمل می‌شود. در اینجا هنگامی که دانشمندان قصد قرار دادن هر یک از اتمها را در محل مورد نظر دارند قوانین کوانتوم وارد صحنه می‌شود. پیش‌بینی رفتار و خواص در محدوده­ای از ابعاد برای نانوتکنولوژیستها حیاتی است.

مدل‌سازی رایانه‌ای با بکارگیری قوانین اولیه مکانیک کوانتوم و یا شبیه‌سازیهای مقیاس میانی ، دانشمندان را به مشاهده و پیش‌بینی رفتار در مقیاس نانو و یا حدود آن قادر می‌سازد. مدلهای مقیاس میانی با بکارگیری واحدهای اصلی بزرگتر از مدلهای مولکولی که نیازمند جزئیات اتمی است، به ارائه خواص جامدات ، مایعات و گازها می­پردازند. روشهای مقیاس میانی در مقیاسهای طولی و زمانی بزرگتری نسبت به شبیه­سازی مولکولی عمل می‌کنند. می‌توان این روشها را برای مطالعه مایعات پیچیده ، مخلوطهای پلیمر و مواد ساخته‌شده در مقیاس نانو و میکرو بکار برد.

[ برای مشاهده لینک ، لطفا با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]


مدل ‌سازی خاک‌ رس محققین دانشگاه لندن در انگلستان و دانشگاه Paris Sud در فرانسه ، شبیه‌سازیهایی بر اساس مکانیک کوانتوم برای مطالعه و کامپوزیتهای خاک ‌رس–پلیمر بکار برده‌اند. امروزه این ترکیبات یکی از موفق‌ترین مواد نانوتکنولوژی هستند، زیرا بطور همزمان مقاومت بالا و شکل‌پذیری از خود نشان می‌دهند؛ خواصی که معمولاً در یکجا جمع نمی‌شوند. نانو کامپوزیتهای پلیمر–خاک رس می‌توانند با پلیمریزاسیون در جا تهیه شوند؛ فرآیندی که شامل مخلوط کردن مکانیکی خاک معدنی با مونومر مورد نیاز است. بنابراین مونومر در لایه درونی جای‌گذاری می‌شود (خودش را در لایه‌های درون ورقه‌های سفال جای می‌دهد) و تورق کل ساختار را افزایش می‌دهد. پلیمریزاسیون ادامه می‌یابد تا سبب پیدایش مواد پلیمری خطی و همبسته گردد.

دانشمندان با بکارگیری Castep (یک برنامه مکانیک کوانتوم که نظریه کارکردی چگالی را بکار می‌گیرد) تحول کشف شده در این روش را که پلیمریزاسیون میان ‌گذار خود کاتالیست نامیده می‌شود مطالعه کردند. این پروژه ، دانشی نظری در زمینه ساز و کار این فرآیند جدید را بوسیله مشخص کردن نقش سفال در کامپوزیت فراهم نمود. ضروری است که دانش حاصل از شبیه‌سازیها ، جهت کنترل و مهندسی نمودن فعل و انفعالات پلیمر-سیلیکات به کمک دانشمندان آید.

دانشمندان در شرکت BASF شبیه‌ سازیهای مقیاس میانی را برای بررسی علم و رفتار ریزواره‌ها بکاربردند. ریزواره‌ها ذراتی کروی شکل با ابعاد نانو هستند که به صورت خود به خود در محلولهای کوپلیمری ایجاد می‌شوند و در زمینه‌هایی مانند سنسورها وسایل آرایشی و دارو رسانی کاربرد دارند. دانشمندانBASF با بکار گیری esoDyn ، یک ابزار شبیه ‌سازی برای پیش‌بینی ساختارهای مقیاس میانی مواد متراکم محلولهای تغلیظ ‌شده کوپلیمرهای آمفی‌فیلیک را بررسی کردند.

شبیه‌سازیها مشخص نمود که کدام شرایط مولکولی و فرمولی به شکل‌گیری "ریزواره‌های معکوس" مانند نانو ذرات آب در یک محیط فعال منتهی‌ می­شود. چنین نتایجی برای درک رفتار عوامل فعال سطحی ضروری هستند. به کمک روشهایی مانند پرتاب محلول در آزمایشگاه می‌توان به نتایجی در این زمینه دست یافت، اما دستیابی به این نتایج ماهها به طول می‌انجامد، درحالی که آزمایشهای شبیه‌سازی شده تنها طی چند روز نتیجه می‌دهند.

[ برای مشاهده لینک ، لطفا با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]


محدودیتهای این روشها چیست؟

در حالیکه امروزه ابزار مدلسازی در سطح کوانتومی و مقیاس میانی به خوبی توسعه یافته‌اند، همچنان محدودیتهایی در این عرصه وجود دارد. برای مثال کاربردهایی در زمینه وسایل الکترونیک مستلزم انجام محاسبات مکانیک کوانتوم برای تعداد اتمهایی بیش از روشهای حاضر می‌باشد که بیش از توان عملیاتی منابع محاسبه‌گر فعلی است. همچنین مدلسازی کل وسایل امکان‌پذیر نیست.

[Mohammad Hosseyn]

مطالعة نانوتكنولوژی




نانوسيستم‌ها :
متن استاندارد اين رشته، كتاب دكتر اريك دركسلر با نام "نانوسيستمها: ماشين‌آلات ساخت، توليد و محاسبة مولكولي" است. شما مي‌توانيد يك نسخه از آن را خريده، و مطالعه كنيد.



مكانيك مولكو لي:
هر فنّاوري توليدي بايد بتواند اتمها را از جايي كه هستند، به جايي كه ما مي‌خواهيم باشند، حركت دهد. بنابراين، چگونه حركت اتمها و نيروهاي اثرگذار روي آنها در طول حركت، رشته‌ا‌ي حياتي در مطالعة نانوتكنولوژي محسوب مي شود. اين رشته، مكانيك مولكولي ناميده مي‌شود. يك بحث خيلي خلاصه در مورد مكانيك مولكولي و اهميتش براي نانوتكنولوژي در وب در "نانوتكنولوژي محاسباتي" موجود است، كه شامل مراجعي براي مطالعات بيشتر است.
يك مقدّمة كلاسيك به مكانيك مولكولي، كتاب مكانيك مولكولي نوشتة اولريخ بوركرت و نورمن آلينجر، چاپ انتشارات American Chemical Society در سال 1982 است، كه هرچند چاپ نمي‌شود، ولي در كتابخانه‌هاي دانشگاهي موجود است.
كتاب نانوسيستمها مفهوم پاية مكانيك مولكولي را در فصل 3 خود شروع كرده‌است. مزيت بزرگ اين كار دركسلر، پذيرش واحدهاي سازگار SI است. مطالعة آهسته و دقيق اين فصل شايستة انجام است.
پيش‌درآمدهاي بسيار ديگري به مكانيك مولكولي موجود است. بسته‌هاي نرم‌افزاري كه مداخل ورودي خاصي به اين زمينه دارند، موجود بوده و براي درك مفاهيم آن، بسيار مفيد هستند.




كنترل مكاني، سختي و انعطاف‌پذيري :
يك ايدة اساسي در نانوتكنولوژي، كنترل مكاني است؛ كه با ابزارهاي رباتيك كاملا" استاندارد قابل حصول است. تفاوت عمدة ابزارهاي رباتيك مرسوم با انواع مولكولي، مسألة نويز حرارتي است. در مقياس مولكولي، ذرّات به دليل حركت براوني درحال جست‌وخيز هستند. براي كنترل اين مسأله، ذرّات را بايستي محكم نگهداشت، يعني يك نيروي برگرداننده بايد وجود داشته‌باشد كه براي بازگرداندن ذرّات به موقعيت تعادلي، در صورت انحراف عمل كند (تعريف موجزي از "كنترل مكاني"، همين وجود نيروي برگرداننده است). نيروي برگرداننده معمولا" به صورت تابع خطي جابجايي فرض مي‌شود :

نيروي برگرداننده = جابجايي× Ks

ثابت Ks معياري از سختي سيستم است. هرچه سختي بيشتر باشد، نيروي برگرداننده بزرگتر و انحراف سيستم از موقعيت تعادلي، كوچكتر مي‌شود. رابطة بنياد‌ي سختي و بي‌ثباتي مكاني عبارتست از :

б2 = kT / Ks

اين رابطة 4-5 فصل 5 كتاب نانوسيستمها است، كه بايد به‌خاطر سپرده و كاربردهاي اصلي آن را شناخت. براي استفاده از آن، لازم است سختي (Ks) مشخص شود. سختي يك ساختار را از هندسه و خواص مواد آن مي‌توان تعيين كرد. اين مفاهيم پايه در فصول 38 و 39 دروس فيزيك فينمن نوشتة فينمن، ليتون و سندز، چاپ انتشارات Addison-Wesley سال 1964 موجود است. لذا خواندن اين فصل پيشنهاد مي‌شود.
كاربرد اين معادلات در بعضي ابزارهاي رباتيك (ازجمله سكّوي استوارت كه به علت سختي بالايش براي مصارف رباتيك مولكولي) مورد توجه است)، در خانوادة جديدي از ابزارهاي مكاني با 6 درجة آزادي، توضيح داده شده‌است. اين كاربردها همچنين در فصل 5 نانوسيستمها و بخش 4-13 آن، كه يك بازوي رباتيك را مورد بحث قرار داده، بيان شده‌است.




خودهمانندسازي :
انديشة اساسي دوم در نانوتكنولوژي، خودهمانندسازي است. دانشجو بايد صفحة وبي را بعنوان مقدمة خودهمانندسازي خوانده و چند مرجع موجود در آن را براي مطالعة بيشتر انتخاب كند. تئوري دور و تكرار (recursion theorem) مبناي سيستمهاي خودهمانندساز است. فهم اين تئوري، الزامي است. بعنوان تمرين برنامه‌ا‌ي بنويسيد كه خودش را دقيقا" چاپ كند. نسخه‌اي از مطالعات 1980NASA را مي‌توانيد بخريد، كه داراي بخش باشكوهي در مورد سيستمهاي خودهمانندساز است.




مطالعات بيشتر :
البته موضوعات زياد ديگري نيز در زمينة پيشرفت نانوتكنولوژي وجود دارد. به‌نظر مي‌رسد مفيدتر باشد كه ليست كوتاه و فشرده‌ا‌ي از موضوعات اساسي ارائه شود كه بتوان با يك تلاش معقول بر آنها تسلط يافت، تا اينكه ليست آنچنان بلند و سنگين باشد كه هر موضوعي با هر درجة اهميتي را پوشش دهد. دانشجو مي‌تواند مطمئن باشد كه هيچ كمبودي از نظر مفاد مطالعاتي در مورد اين رشتة جديد تحقيقاتي وجود ندارد.



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

[Mohammad Hosseyn]

معرفي گزارش كميته ي بين المللي فناورينانو در زمينه ي خطرات فناوري نانو

كميته بين‌المللي فناوري نانو (ICON) گزارش كاملي ازمهم‌ترين فعاليت‌هاي دردست اجرا براي توسعه "بهترين روش‌ها" براي كار كردن بانانومواد در محل كار، منتشر كرد. اين گزارش توسط محققان دانشگاه كاليفرنيا در سانتاباربارا (UCSB) انجام شد و بخشي از پروژه دو مرحله‌اي "تهيه فهرست روش‌هاي مديريتخطرات نانوذرات بر سلامت افراد در محيط‌هاي كاري" بود كه اطلاعات مربوط به آن درسايت icon.rice.edu نيز قابل دسترسي است.
ICON كه در انجام هر دو بخش از اينپروژه مشاركت داشت، مجمعي متشكل از سازمانهاي دانشگاهي، صنعتي، دولتي و اجتماعي استكه رياست آن را دانشگاه رايس، مركز تحقيقات فناوري‌نانو محيطي و بيوتكنولوژي (CBEN) بر عهده دارد.
در فاز اول گزارش، دانش فعلي و فعاليت‌هاي انجام‌شده در زمينهسلامت و بهداشت محيط‌هاي كاري نانو بررسي شده و تحليل كاملي از تلاش‌هاي در دستانجام ارايه شده تا بهترين اقدامات از ميان آنها انتخاب و اجرا شوند. در اين گزارشآمده ‌است كه تلاش‌هاي صورت گرفته براي تهيه فهرست اقدامات لازم‌الاجرا در محيط‌هايكاري نتوانسته‌است فعاليت‌هاي مربوط به امنيت، سلامت و بهداشت محيطي را درموقعيت‌هاي مختلف كاري و جغرافيايي به درستي مستندسازي كند؛ از سوي ديگر مدارك مورداستناد نيز در دسترس عموم قرار ندارند.
در فاز دوم، اين محققان با طيف وسيعي ازشركت‌هاي بين‌المللي و شركت‌هاي مستقر در ايالات متحده مصاحبه كردند تا يك ديدگاهبين‌المللي درباره اقدامات لازم جهت اعمال در محيط‌هاي كاري در صنايع فناوري نانو،به وجود آورند.
كريستن كالينوسكي، مدير ICON نيز اظهار داشت: "در اولين گزارشمشخص شد كه بايد اطلاعات بيشتري راجع به نحوه برخورد صنايع مختلف با ناشناخته‌هاينانوذرات جمع‌آوري شود. فاز دوم نيز به فعاليت‌هاي در دست اجرا پرداخته و بستريمناسب براي گفتگوي جهاني در زمينه اقدامات بي‌خطر فراهم خواهدآورد."
منبع : [ برای مشاهده لینک ، لطفا با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

[Mohammad Hosseyn]

خلاصه

به علوم و فناوري‌هاي مربوط يا به كار گيرنده نور وفوتون (ذره بنيادي نور) كه به برهم‌كنش‌هاي بين نور و ماه مي‌پردازند فوتونيك گفتهمي‌شود . بازار جهاني تجهيزات نانوفوتونيك از 421 ميليون دلار در سال 2004 به 3/9ميليارد دلار 2009 خواهد رسيد. كاربردهاي كوتاه مدت نانوفوتونيك به چهار دسته اصلينمايشگرها، ديودهاي نورافشان، سلول‌هاي خورشيدي (دريافت كننده‌هاي انرژي خورشيدي) وحسگرهاي زيست شيميايي تقسيم خواهد شد.


ادامه متن مقاله در فایل ضمیمه ..

[farbod123]

محلولهای مغناطیسی نانو

محلول‌های مغناطیسی یکی از شاخه‌های فناوری نانو است که کمتر از دیگر شاخه‌های نانو به آن پرداخته شده‌است، ولی به تازگی کاربردهای جدیدی برای آن یافت شده است.
محلول‌های مغناطیسی (Ferro fluid) از ذرات بسیار ریز کلوییدی ( درحدود۱۰۰ - ۱۰ نانومتر ( m ۹- ۱۰) ) از جنس فلزاتی که خاصیت مغناطیسی دارند(مانند آهن و کبالت) به حالت سوسپانسیون در مایعی ، ساخته میشوند . پخش‌ کردن ذرات در مایع را می توان به کمک یک واکنش شیمیایی انجام ‌داد. ذرات پخش شده در مایع به علت ریز بودن به صورت کلوئیدی هستند ولی پس از گذشت مدت زمان نسبتاً کوتاهی به هم پیوسته و ذرات بزرگتری را تشکیل می‌دهند ، که در ا ین صورت حالت کلوییدی آن از بین رفته ، ذرات در محلول ته ‌نشین شده و خاصیت مغناطیسی خود را از دست می دهند .
هر قدر که ذرات ریزتر باشند ، محلول خاصیت مغناطیسی بهتری از خود نشان می‌دهد. به این علت است که در هنگام تولید ، موادی با نام ” سورفاکتانت ” به محلول اضافه می‌شود که روی دیواره‌های آن را می پوشاند و مانع از به هم پیوستن و بزرگ شدن ذرات می‌شود و ذرات با گذشت زمان خاصیت خود را از دست نمی‌دهند.
سورفکتانت ها :
کلمه سورفکتانت مخلوطی از “Surface active agent “ می باشد . سورفکتانتها معمولا ترکیباتی آلی هستند که دارای گروههای آبدوست که نقش دم و دنباله را دارد و گروههای آبگریز که نقش سر را دارد می باشند بنابراین معمولا به طور ناچیز در آب و حلالهای آلی حل می شوند.
وجود طبیعت دوگانه سبب ویژگیهای خاصی در این مولکول ها می شود به طوریکه می توانند در آب حل شده و در سطح مشترک آب – هوا یا بین دو سطح از دوفاز مختلف تجمع یافته و سبب کاهش کشش سطحی شوند. به طور نمونه در مورد بالاسورفکتانت ها ، از یکی از دو سرشان به کلویید متصل شده و از سر دیگر به محلول نزدیک اند، بنابراین سرهایی که در محلول قرار دارند همنام بوده و سبب دافعه بین کلوییدها می شود . در نتیجه از تجمع و به هم پیوستن آنها ممانعت نموده و محلول خاصیت مغناطیسی خود را حفظ می کند.
سورفکتانتها نقش مهمی در بسیاری از کاربرد ها عملی و محصولات بازی میکند مثلا : شونده ها - امولسیون کننده ها - جوهر سازی - کف سازی و ….سورفکتانتها معمولا بوسیله گروههای باردار تقسیم بندی می شوند . سورفکتانتهای غیریونی در قسمت سر خود بی بار هستند. اگر بار منفی باشد سورفکتانت آنیونی و اگر مثبت بود سورفکتانت کاتیونی داریم .. گاهی قسمت سر دارای هر دو بار منفی و مثبت است که به آن آمفوتریک گوئیم .
یک Ferro fluid معمولی ، از %۵ جامد مغناطیسی ، %۱۰ سورفاکتانت و % ۸۵ مایع تشکیل شده است. در عصر حاضر نانو تکنولوژی خدمت بسیاری به بشر کرده‌است . در شیمی ، در فیزیک و . . . همچنین در زمینه‌های پزشکی که با ساخت وسایل گوناگون در زمینه‌ی درمان ، انسانها را یاری کرده‌ است . نظریا تی وجود دارد مبنی بر اینکه به کمک این محلول می ‌توان کپسولهایی ساخت و دا روهایی را که برای بخشی از بدن مضر و برای بخشی دیگر مفید است ، به راحتی به محل مورد نظر برسانیم . با این روش که کپسولهایی از این جنس را پراز داروی مورد نظر کنیم و به وسیله‌ی آهنربا به محل مورد نظر برسانیم و در آنجا آنرا تخلیه کنیم .
در چند ساله‌ی اخیر دانشمندان به این عقیده رسیده‌اند که به کمک وارد کردن ا ین محلول به بدن می‌توان سلولهای سرطانی و یا ویروسها ( مثلا ایدز) را از بدن خارج کرد، به صورتی که ا ین ماده آنتی بادی (Anti body) موجود در خون را ( به وسیله بار مثبت آنها ) جذب کرده و آنتی بادی ها هم ویروسها را جذب میکنند که با خارج کردن Ferro fluid به وسیله آهنربا میتوان ویروسها را خارج کرد. ولی متأسفانه هنوز به مرحله‌ی عملی نرسیده‌است.
به غیر از استفاده‌های پزشکی ذکر شده در بالا استفاده‌های صنعتی هم برای این ماده ذکر شده‌است. مثلا در چیپهای مخصوص برای حرکت دا دن یک سیال مشکلاتی وجود دارد چون موتورهایی در آن اندازه‌ی ریز وجود ندارد و اگر هم وجود دارد بسیار پرهزینه است. اما با اضافه کردن مقداری از ا ین محلول به آن سیال می‌توان با نیروی مغناطیسی آن سیال را به حرکت در آورد. مورد دیگر استفاده از این ماده در بلند گو های پر قدرت است .این محلول خاصیت خود را در دماهای بالا ، مثلا در °C ۲۰۰ یا در دماهای پایین ، مثلا در °C ۵۰- و یا در برابر امواج هسته ای حفظ می کند .

[saeed-d]

اگر قبول كنيم كه روش‌هاي توليد به كمك فناوري نانو به دوران طلايي خود رسيده است بايد نانولوله‌هاي كربني را بچه‌هاي طلايي اين دوران به شمار آوريم. خواص منحصر به فرد (مكانيكي- الكترونيكي- شيميايي- مغناطيسي- ) اين مواد رويايي موجب شده است كه قابليت‌هاي كاربردي زيادي براي آن ها به وجود آيد. پيش‌بيني يك بازار 12 ميليارد دلاري در مدت 5 سال ( 2002تا 2007) حاكي از آن است نانولوله‌هاي كربني تأثير بيشتري از ترانزيستور در جامعه امروزي خواهند داشت.
نانولوله‌ هاي كربني‌ كه از صفحات كربن به ضخامت يك اتم و به شكل استوانه‌اي توخالي ساخته شده است در سال 1991 توسط ساميو ايجيما (از شركت NEC ژاپن) كشف شد. خواص ويژه و منحصر به
فرد آن ازجمله مدول يانگ بالا و استحكام كششي خوب از يك طرف و طبيعت كربني بودن نانولوله‌ها (به خاطر اين كه كربن ماده‌اي است كم وزن، بسيار پايدار و ساده جهت انجام فرايندها كه نسبت به فلزات براي توليد ارزان‌تر مي‌باشد) باعث شده که در دهه گذشته شاهد تحقيقات مهمي در كارايي و پرباري روش‌هاي رشد نانولوله‌ها باشيم. كارهاي نظري و عملي زيادي نيز بر روي ساختار اتمي و ساختارهاي الكتروني نانولوله متمركز شده است. كوشش‌هاي گسترده‌اي نيز براي رسيدگي به خواص مكانيكي شامل مدول يانگ و استحكام كششي و ساز وکار عيوب و اثر تغيير شكل نانولوله‌ها بر خواص الكتريكي صورت گرفته است.مي توان گفت اين علاقه ويژه به نانولوله‌ها از ساختار و ويژگي‌هاي بي‌نظير آن ها سرچشمه مي‌گيرد.
ويژگي‌هاي نانولوله هاي کربني
انواع نانولوله هاي‌ کربني
روش‌هاي توليد نانو لوله هاي کربني
كاربردهاي نانولوله‌هاي کربني
چالش هاي فراوري ويژگي‌هاي نانولوله هاي کربني
۱-۱) اندازه بسيار كوچك (قطر كوچكتر از 4/0 نانومتر)
1-2) حالت رسانا و نيمه‌رسانايي آن ها بر حسب شكل هندسي ‌شان نانولوله‌ها بر حسب نحوه رول شدن صفحات گرافيتي سازندۀ‌شان به صورت رسانا يا نيمه‌رسانا در مي‌آيند. به عبارت ديگر از آنجا كه نانولوله‌ها در سطح مولكولي همچون يك باريكه سيمي در هم تنيده به نظر مي‌رسند اتم‌هاي كربن در قالب شش وجهي به يكديگر متصل مي‌شوند و اين الگوهاي شش وجهي ديواره‌هاي استوانه‌اي را تشكيل مي‌دهند كه اندازه آن تنها چند نانومتر مي‌باشد. زاويه پيچش نوعي نانولوله، كه به صورت زاويه بين محور الگوي شش وجهي آن و محور لوله تعريف مي‌شود، رسانا يا نارسانا بودن را تعيين مي‌كند. تحقيقات ديگري نيز نشان داده‌اند كه تغيير شعاع نيز امكان بستن طول باند و عايق نمودن نانولوله فلزي را فراهم مي‌كند. پس مي‌توان گفت دوپارامتر اساسي که در اين بين نقش اساسي بازي مي‌كنند، يكي ساختار نانولوله و ديگري قطر و اندازه آن است. بررسي‌هاي ديگري نشان داده‌اند که خصوصيات الكتريكي نانولوله‌ها بسته به اينكه مولكول C60 در كجا قرار داده شود از يك هادي به يك نيمه‌هادي و يا يك عايق قابل تغيير مي‌باشد. از آنجايي كه نانولوله‌هاي كربني قادرند جريان الكتريسته را به وسيله انتقال بالستيك الكترون بدون اصطكاك از سطح خود عبور دهند- اين جريان صد برابر بيشتر از جرياني است كه از سيم مسي عبور مي‌كند- لذا نانولوله‌ها انتخاب ايده‌آلي براي بسياري از كاربردهاي ميكروالكترونيك مي‌باشند.
1-3) برخورداري از خاصيت منحصر به فرد ترابري پرتابه‌اي
1-4) قدرت رسانايي گرمايي خيلي بالا
1-5) سطح جداره صاف يا قدرت تفكيك بالاسطح جداره صاف نانولوله‌ها باعث مي‌شود كه ميزان عبور گاز از درون آن ها به مراتب بيشتر از غشاهاي ميكروحفره‌اي معمولي كه در جداسازي گازها مورد استفاده قرار مي‌گيرند باشد. لذا مي‌توان گازهايي مانند هيدروژن و دي‌اكسيد كربن را با هدايت در نانولوله از هم جدا كرد. اين كه آيا نانولوله‌ها واقعاً مي‌توانند در خارج از آزمايشگاه نيز گازها را به طور انتخابي از خود عبور دهند يا نه باعث شده كه اميدهاي زيادي به توليد هيدروژن و نيتروژن از هوا باشد.
1-6) بروز خواص الكتريكي و مكانيكي منحصر به فرد در طول آن ها
1-7) مدول يانگ بالا
1-8) حساس به تغييرات كوچك نيروهاي اعمال شده اعمال فشار بر يك نانولوله مي‌تواند ويژگي‌هاي الكتريكي آن را تغيير دهد كه بسته به نوع كشش يك نانولوله مي‌توان رسانايي آن را افزايش يا كاهش داد. اين امر به دليل تغيير ساختار كوانتومي الكترون‌ها صورت مي‌گيرد. لذا اين امكان به فيزيكدان ها داده مي‌شود كه ترانسفورماتور يا دستگاه‌هاي انتقال دهنده بر پايه نانولوله‌ها بسازند كه حساسيت زيادي به اعمال نيروهاي بسيار كوچك دارند. همچنين توانايي نانولوله‌ها در احساس تغييرات بسيار كوچك فشار و باز تبديل اين فشار به صورت يك علامت الكتريكي مي‌تواند در آينده امكان ساخت سوئيچ‌هاي نانولوله‌اي حساس به تغييرات بسيار كوچك فشار را به محققان بدهد.
1-9)گسيل و جذب نور نانولوله‌ها مي‌توانند نور مادون قرمز را جذب و دفع كنند.
همچنين تزريق همزمان الكترون از يك سر و تزريق حفره از سر ديگر نانولوله‌كربني، موجب مي‌شود كه نوري با طول موج 5/1 ميكرومتر از نانولوله منتشر شود.
1-10)ضريب تحرك الكتريسيته بسيار بالانانولوله‌ها در دماي اتاق داراي بالاترين ضريب تحریک الكتريسته نسبت به هر ماده شناخته شده ديگري هستند.
1-11)خاصيت مغناطيسي، ممان مغناطيسي بسيار بزرگ با قرار دادن يك نانولوله در زير لايه مغناطيسي يا با افزودن الكترون يا حفره به نانولوله مي‌توان خاصيت مغناطيسي در نانولوله ايجاد كرد .اين خاصيت باعث مي‌شود كه بتوان ساخت وسايلي را پيش‌بيني كرد كه در آن ها اتصالات مغناطيسي و الكتريكي از هم جدا شده‌اند. اتصال مغناطيسي را مي‌توان براي قطبي كردن مغناطيسي نانولوله‌ها- دستكاري در اسپين‌ها- به كار برد و از اتصال‌هاي غيرمغناطيسي براي الكترودهاي ولتاژ- جريان استفاده كرد. همچنين ممان مغناطيسي آن ها نيز قابل اندازه‌گيري است (1/0 مگنتون بور در هر اتم كربن).
1-12) چگالي سطحي بسيار بالانانولوله‌ها داراي چگالي سطحي بسيار بالايي مي‌باشند كه باعث استحكام بالاي نانولوله مي‌شود. مي‌توان گفت اين خاصيت در اثر ريز بودن قابل توجه آن ها پديدار مي‌شود.
1-13) قابليت ذخيره‌سازي در نانولوله‌ها هر سه اتم كربن قابليت ذخيره يك يون ليتيم را دارند در حالي كه در گرافيت هر شش اتم كربن توانايي ذخيره يك يون ليتيم را دارند. همچنين توانايي ذخيره انرژي در نانولوله‌ها چند برابر حجم الكترودهاي گرافيتي است. لذا محققان اميدوارند بتوانند هيدروژن زيادي را در نانولوله‌ها براي كاربردهاي انرژي و پيل‌هاي سوختي ذخيره كنند.
1-14) داشتن خاصيت ابررسانايي نانولوله‌ها در دماي زير k ْ15 ابررسانا شده‌اند. شعاع اين نانولوله‌هاي ابررسانا فقط 4/0 نانومتر است. اين كشف در نانولوله‌هاي كربني نه تنها حيرت دانشمندان را به دنبال داشته بلكه قضايايي را كه حدود 40 سال پيش انتقال فاز را در سيستم‌هاي يك يا دو بعدي ممنوع مي‌دانستند، رد كرده است. همچنين دانشمندان دلايلي را ارائه كرده‌اند كه مي‌توان ابررسانايي دماي اتاق را در نانولوله‌هاي كربني يافت. آن ها بيش از 20 دليل ارائه كرده‌اند كه نانولوله‌هاي كربني از خود خواصي را نشان مي‌دهند كه بيانگر ابررسانايي دماي اتاق در آن هاست.
1-15) توليد ولتاژبا عبور مايع از ميان كلاف‌هايي از نانولوله‌هاي كربني تك جداره، ولتاژ الكتريكي ايجاد مي‌شود. از اين تكنيك براي ساخت حسگرهاي جريان مايع براي تشخيص مقادير بسيار اندك مايعات و نيز براي ايجاد ولتاژ در كاربردهاي زيست پزشكي استفاده مي‌شود. همچنين نشان داده شده است كه مايعات با قدرت يوني بالا ولتاژ بيشتري توليد مي‌كنند.
1-16) استحكام و مقاومت كششي بالاميزان افزايش نيروي گرمايي و مقاومت نانولوله‌ها با ريشه سوم جرم اتم‌ها و مولكول‌ها متناسب است. همچنين حرارت دادن موجب افزايش استحكام نانولوله شده و مقاومت كششي آن را شش برابر مي‌كند و هدايت آن نيز افزايش مي‌يابد. تحقيقات اخير نشان مي دهد كه در اثر برخورد اتم‌ها يا مولكول‌ها با نانولوله‌ كربني مقاومت الكتريكي آن تغيير مي‌كند.
انواع نانولوله هاي‌ کربني نانولوله‌ها به دو دسته تك جداره (SWNT) و چند جداره (MWNT) تقسيم مي‌شوند،‌ نانو لوله هاي تك جداره نيز بر حسب آرايش اتم‌هاي كربني مقطع لوله به سه دسته مهم دسته صندلي (Armchair) و كايرال( chiral ) كه داراي خاصيت فلزي هستند و زيگزاگ (Zigzag) كه خاصيت نيمه‌رسانايي دارد، تقسيم مي‌شوند.
(n,0)
Zig-Zag
(n,n)
armchair
chiral
نانولوله‌هاي كربني تك جداره فقط از كربن و يك ساختارساده (ورقه‌اي از شش ضلعي‌هاي منظم) تشكيل شده‌اند. برخي پيش‌بيني‌ها حاكي از آن است كه تك جداره ها مي‌توانند رسانا يا نيمه‌رسانا باشند. اين هدايت الكتريكي بالا بستگي به هندسه دقيق اتم‌هاي كربن دارد. از آغاز كار روي تك جداره ها از آن ها به عنوان يك پديده تك بعدي نام برده مي‌شد تا اين كه اين نظريه مرحله به مرحله پيشرفت كرد. علت علاقه به اين نانولوله‌هاي تك جداره و تلاش براي جايگزين كردن آن ها در صنعت، بر اساس محاسبات نظري و تأثيرات آزمايشگاهي، بر خصوصيات عالي مكانيكي و رسانايي الكتريكي آن ها مانند فلزات مي‌باشد. البته توليد نانو لوله هاي تك جداره داراي هزينه بالايي است و توليد به همراه پايدار كردن خصوصيات آن ها در حين فراوري پليمر- نانولوله مشكل مي‌باشد. هر چند نانولوله‌هايي كه با استفاده از تكنيك لانگهوري- بلاجت كه شامل حركاتي افقي و عمودي شبيه نقاشي سنتي ژاپن مي‌باشد توليد شده‌اند، علاوه بر اين كه ثابت نگه داشته مي‌شوند- توسط ژلاتين و تشكيل نانوژل كربني- از لحاظ نوري نيز يكدست و همگن و از لحاظ ساختاري قابل كنترل مي‌باشند. بر عكس در دسترس بودن و تجاري بودن نانولوله‌هاي كربني چند جداره باعث شده كه پيشرفت‌هاي بيشتري در اين زمينه داشته باشيم تا حدي كه محصولاتي در آستانه تجاري‌شدن توليد شده است. به عنوان مثال از نانولوله‌هاي كربني چند جداره (جايگزين كربن بلك Carbon-black) در پودرهاي رنگ استفاده شده است.يكي از معايب نانولوله‌هاي چند جداره نسبت به تك جداره اين است كه استحكام‌دهي آن ها كمتر مي‌باشد زيرا پيوندهاي صفحات داخلي ضعيف مي‌باشند.
اما از آنجا كه‌ در حال حاضر كاربردهاي نانولوله‌ها در تقويت پليمرها باعث بهبود خواص گرمايي و الكتريكي مي‌شود تا بهبود خواص مكانيكي، كاربرد نانولوله‌هاي كربني چند جداره بسيار زياد مي‌باشد. ازطرفي تكنيك‌هاي موجود نيز براي توليد نانولوله‌هاي تك جداره به اندازه كافي بازدهي ندارد و خلوص لازم را نيز به همراه نمي آورد. تخليص اين مواد بسيار زحمت‌آور است و در نهايت ممكن است به ساختار نانولوله‌ صدمه نيز بزند.
روش‌هاي توليد نانو لوله هاي کربني
بعد از آن كه در سال 1991 ايجيما اولين نانولوله‌ را دركربن دوده‌اي حاصل از تخليه قوس الكتريكي مشاهده كرد، محققان زيادي در جهت بسط و گسترش روش‌هاي رشد برآمده‌اند تا بتوانند مواد خالص‌تر با خواص كنترل شده مورد نظر توليد كنند. اما با آن كه روش‌هاي زيادي براي توليد نانولوله‌هاي كربني ارائه شده است،‌ سنتز آن ها در دماي اتاق تاكنون به صورت مشكلي لاينحل باقي مانده است. دانشمندان تاكنون اين مواد را در محدوده دمايي 200 تا700 درجه سانتيگراد با بازده كمتر از 70 درصد و حتي پس از چندين بار خالص‌سازي با درجهخلوص حداكثر 95 -70 درصد توليد كرده‌اند. در زير چند روش عمده در سنتز نانولوله‌ها مورد بحث اجمالي قرار مي‌گيرد. بدون شك بهينه سازي و كنترل اين روش‌ها مي‌تواند توان بالقوه نانولوله‌ها را پديدار نمايد.
3-1) روش تخليه قوس
در اين روش اتم‌هاي كربن به وسيله عبور جريان بالا از دو قطب آندو كاتد در داخل پلاسماي گاز هليم داغ شده و بخار مي‌شوند.
3-2) روش تابش ليزر
در اين روش پالس‌هاي قوي شده اشعه ليزر به طرف يك هدف كربني كه شامل 5 درصد اتمي نيكل و كبالت است پرتاب مي‌شوند.
3-2) رسوب بخار شيميايي (CVD) اين روش شامل حرارت دادن مواد كاتاليزوري تا درجه حرارت هاي بالا در يك كوره لوله‌اي شكل و عبور يك گاز هيدروكربني در سراسر لوله براي يك مدت زمان معين مي‌باشد.
دو روش تخليه قوس و تابش ليزر براي زمان طولاني، روش‌هاي تقريباً كاملي براي توليد نانولوله‌هاي تك جداره بودند. اما از آنجايي كه هر دو روش مبتني بر بخار اتم‌هاي كربن درون محفظه كوچك هستند اولاً ميزان توليد نانولوله پايين مي‌باشد، ثانياً نانولوله‌هايي كه به صورت تبخيري تهيه مي‌شوند به صورت در هم پيچيده هستند؛در اين صورت براي خالص و تميز كردن آن ها با مشكل مواجه‌اند. روش رسوب بخار نيز با چالش‌هايي مواجه است چرا كه براي توليد نانولوله‌هاي كربني چند جداره چگالي بالايي از عيوب در ساختارشان به وجود مي‌آيد. اين عيوب به خاطر دماي پايين رشد مي‌باشد كه مقدار انرژي لازم براي بازپخت (آنيل) نانولوله‌ و تكميل ساختارش را فراهم نمي‌كند. همچنين اين روش منجر به مداري شامل هر نوع نانولوله‌هاي هادي و نيمه‌هادي مي‌شود. همچنين رشد نانولوله‌ها دلخواه بوده و قطر آن ها بزرگ است در حالي كه نانولوله‌هاي با قطر كمتر در كليد زني مناسب‌ترند. با اين وجود تمركز محققان بر روي روش رسوب‌دهي بخار است زيرا توليد انبوه در حد كيلوگرم را ميسر مي‌سازد و مي‌توان كنترل قابل قبولي بر مكانيزم رشد داشت. كاربردهاي نانولوله‌هاي کربني وجود يك سري مختصات ويژه نانولوله‌هاي كربني، آن ها را به انتخاب ايده آلي براي بسياري از كاربردها تبديل كرده است. امروزه در روند تحقيق درباره نانولوله‌ها توجه و تعمق ويژه‌اي بر روي استفاده از آن ها در ساخت ابزارها متمركز شده است. اكثر پژوهشگراني كه در دانشگاه‌ها و آزمايشگاه‌هاي تحققاتي سرتاسر دنيا بر روي نانولوله‌ها كار مي‌كنند با خوش‌بيني پيش‌بيني مي‌كنند كه در آينده‌اي نزديك نانولوله‌ها كاربردهاي صنعتي وسيعي خواهند داشت.هم‌اكنون امكان ساخت ابزارهاي بسيار جالبي وجود دارد،‌ اما در خصوص موفقيت تجاري‌ آن ها، بايد در آينده قضاوت كرد. تقريباً تمام مقالات به طور ضمني به كاربرد نانولوله‌ها و بهره‌برداري تجاري از آن ها در آينده اشاره دارند. آينده كاربرد نانولوله‌ها در بخش الكترونيك روشن است؛ خواص الكتريكي و پايداري شيميايي بي بديل نانولوله‌ها به طور قاطع ما را به سمت استفاده از اين خواص سوق خواهد‌ داد. بنابراين در ادامه به شرح چند مورد از حوزه‌هاي مهم كاربرد نانولوله‌ها مي پردازيم.
4-1) ترانزيستورها
نانولوله‌ها در آستانه كاربرد در ترانزيستورهاي سريع هستند، اما آن ها هنوز هم در اتصالات داخلي استفاده مي‌شوند. بسياري از طراحان دستگاه‌ها تمايل دارند به پيشرفت‌هايي دست يابند كه آن ها را به افزايش تعداد اتصالات داخلي دستگاه‌ها در فضاي كوچك تر، قادر نمايد. ترانزيستورهاي ساخته شده از نانولوله‌ها داراي آستانه مي‌باشند (يعني سيگنال بايد از يك حداقل توان برخوردار باشد تا ترانزيستور بتواند آن را آشكار كند) كه مي‌توانند سيگنال‌هاي الكتريكي زير آستانه را در شرايط اختلال الكتريكي يا نويزآشكار و رديابي نمايند. همچنين از آنجايي كه ضريب تحرك، شاخص حساسيت يك ترانزيستور براي كشف بار يا شناسايي مولكول مجاور مي‌باشد، لذا ضريب تحرك مشخص مي‌كند كه قطعه تا چه حد مي‌تواند خوب كار كند. ضريب تحرك تعيين مي‌كند كه بارها در يك قطعه چقدر سريع حركت مي‌كنند و اين نيز سرعت‌ نهايي يك ترانزيستور را تعيين مي‌نمايد.لذا اهميت استفاده از نانولوله‌ها و توليد ترانزيستورهاي نانولوله‌اي با داشتن ضريب تحرك برابر با 100 هزار سانتيمتر مربع بر ولت ثانيه در مقابل سيليكون با ضريب تحرك 1500 سانتيمتر مربع بر ولت ثانيه و اينديم آنتيمونيد (بالاترين ركورد بدست آمده تا به امروز) با ضريب تحرك 77 هزار سانتيمتر مربع بر ولت ثانيه بيش از پيش مشخص مي‌شود.
4-2) حسگرها
حسگرها ابزارهايي هستند كه تحت شرايط خاص، از خود واكنش‌هاي پيش‌بيني شده و مورد انتظار نشان مي‌دهند. شايد دماسنج را بتوان جزء اولين حسگرهاي كه بشر ساخت به حساب آورد. با توجه به وجود آمدن وسايل الكترونيكي و تحولات عظيمي كه در چند دهه اخير و در خلال قرن بيستم به وقوع پيوسته است، امروزه نياز به ساخت حسگرهاي دقيق‌تر، كوچك تر و با قابليت‌هاي بيشتر احساس مي‌شود.حسگرهايي كه امروزه مورد استفاده قرار مي‌گيرند،‌ داراي حساسيت بالايي هستند به طوري كه به مقادير ناچيزي از هر گاز، گرما يا تشعشع حساسند. بالا بردن درجه حساسيت،‌ بهره و دقت اين حسگرها نياز به كشف مواد و ابزارهاي جديد دارد. با آغاز عصر نانوفناوري، حسگرها نيز تغييرات شگرفي خواهند داشت. يكي از نامزدهاي ساخت حسگرها، نانولوله‌ها خواهند بود. با نانولوله‌ها مي‌توان،‌ هم حسگر شيميايي و هم حسگر مكانيكي ساخت. به خاطر كوچك و نانومتر بودن ابعاد اين حسگرها، دقت و واكنش آن ها بسيار زياد خواهد بود، به گونه‌اي كه حتي به چند اتم از يك گاز نيز واكنش نشان خواهند داد.تحقيقات نشان مي‌دهد كه نانولوله‌ها به نوع گازي كه جذب آن ها مي‌شود حساس مي باشند؛ همچنين ميدان الكتريكي خارجي،‌ قدرت تغيير دادن ساختارهاي گروهي از نانولوله‌ها را دارد؛ و نيزمعلوم شده است كه نانولوله‌هاي كربني به تغيير شكل مكانيكي از قبيل كشش حساس هستند. گاف انرژي نانولوله‌هاي كربني به طور چشمگيري در پاسخ به اين تغيير شكل‌ها مي‌تواند تغيير كند. همچنين مي‌توان با استفاده از مواد واسط، مانند پليمرها، در فاصله ميان نانولوله‌هاي كربني و سيستم، نانولوله‌هاي كربني را براي ساخت زيست حسگرها نيز توسعه داد. تحقيق در زمينه كاربرد نانولوله‌ها در حسگرها در حال توسعه و پيشرفت است و مطمئناً در آينده‌اي نه چندان دور شاهد بكارگيري آن ها در انواع مختلف حسگرها (مكانيكي، شيميايي، تشعشي، حرارتي و ..) خواهيم بود.
4-3) نمايشگرهاي گسيل ميداني بسياري از متخصصان بر اين باورند كه فناوري نمايشگرهاي با صفحه تخت امروزي از نظر هزينه، كيفيت و اندازه صفحه نمايش، براي مصارف خانگي مناسب نيستند.
آن ها معتقدند كه با استفاده از نمايشگرهايي كه از نانولوله‌هاي كربني به عنوان منبع انتشار استفاده مي‌كنند، مي توانند اين مشكلات را بر طرف ‌كنند . نانولوله‌هاي كربني مي‌توانند عنوان بهترين گسيل كننده ميداني را به خود اختصاص داده و ابزارهاي الكتروني با راندمان وكارايي بالاتري توليد كنند. خصوصيات منحصر به فرد اين نانولوله‌ها، توليدكنندگان را قادر به توليد نوعي جديد از صفحه نمايش‌هاي تخت خواهد ساخت كه ضخامت آن ها به اندازه چند اينچ بوده و نسبت به فناوري‌هاي فعلي از قيمت مناسب‌تري برخوردار باشد. به علاوه كيفيت تصوير آن ها هم به مراتب بهتر خواهد بود.در پديده گسيل ميداني، الكترونها با استفاده از ولتاژ اندك از فيلم‌هاي ضخيم داراي نانولوله به سمت صفحه نمايش پرتاب شده و باعث روشن شدن آن مي‌شوند. هر نقطه از اين فيلم، يك پرتاب كننده الكترون (تفنگ الكتروني) كوچك است كه تصوير را روي صفحه نمايش ايجاد مي‌كند. ولتاژ لازم براي نمايشگر گسيل ميداني از طريق صفحه نمايش صاف متكي بر نانولوله‌ نسبت به آنچه به صورت سنتي در روش اشعه كاتدي استفاده مي‌شد، كمتر مي‌باشد و اين نانولوله‌ها با ولتاژ كمتر، نور بيشتري توليد مي‌كنند.
4-4) حافظه‌هاي نانولوله‌اي به دليل كوچكي بسيار زياد نانولوله‌هاي كربني ‌(كه در حد مولكولي است)، اگر هر نانولوله‌ بتواند تنها يك بيت اطلاعات در خود جاي دهد، حافظه‌هايي كه از اين نانولوله‌ها ساخته مي‌شوند مي‌توانند مقادير بسيار زيادي اطلاعات را در خود ذخيره نمايند.
با در نظر داشتن اين مطلب، بسياري از محققان در حال كار بر روي ساخت حافظه‌هاي نانولوله‌اي مي‌باشند؛ بنابراين رؤياي ساخت رايانه‌هاي با سرعت بالا عملي خواهد شد.
4-5) استحكام‌دهي كامپوزيت‌هاتوزيع يكنواخت نانولوله‌ها در زمينه كامپوزيت و بهبود چسبندگي نانولوله‌ با زمينه در فرآوري اين نانوكامپوزيت‌ها از موضوعات بسيار مهم است.
شيوه توزيع نانولوله‌ها در زمينه پليمري از پارامترهاي مهم در استحكام‌دهي به كامپوزيت مي‌باشد. آنچه از تحقيقات بر مي‌آيد اين است كه استفاده از خواص عالي نانولوله‌ها در نانوكامپوزيت‌ها وابسته به استحكام پيوند فصل مشترك نانولوله و زمينه مي‌باشد. نكته ديگر آنكه خواص غير همسانگردي نانولوله‌ها باعث مي‌شود كه در كسر حجمي كمي از نانولوله‌ها رفتار جالبي در اين نانوكامپوزيت‌ها پيدا شود.از كاربردهاي ديگر نانو لوله ها مي توان به امكان ذخيره هيدروژن در پيل‌هاي سوختي، افزايش ظرفيت باتري‌ها و پيل‌هاي سوختي، افزايش راندمان پيل‌هاي خورشيدي، جليقه‌هاي ضدگلوله سبك و مستحكم، كابل‌هاي ابررسانا يا رساناي سبك، رنگ‌هاي رسانا،‌ روكش‌‌هاي كامپوزيتي ضد رادار، حصار حفاظتي الكترومغناطيسي در تجهيزات الكترونيكي، پليمرهاي رسانا، فيبرهاي بسيار مقاوم، پارچه هاي با قابليت ذخيره انرژي الكتريكي جهت راه اندازي ادوات الكتريكي، ماهيچه‌هاي مصنوعي با قدرت توليد نيروي 100 مرتبه بيشتر از ماهيچه‌هاي طبيعي، صنايع نساجي، افزايش كارايي سراميك‌ها، مواد پلاستيكي مستحكم، تشخيص گلوكز، محلولي براي اتصال دروني تراشه‌هاي بسيار سريع، مدارهاي منطقي و پردازنده‌هاي فوق سريع، كمك به درمان آسيب‌ديدگي مغز، دارورساني به سلول‌هاي آسيب ديده، از بين بردن تومورهاي سرطاني، تجزيه هيدروژن، ژن‌درماني، تصويربرداري، SPM، FEM، محافظ EMT، حسگرهاي شيميايي ، SET و LED، پيل‌هاي خورشيدي و نهايتاً LSI اشاره كرد. البته در چند مورد اخير بيشتر از نوع تك جداره آن استفاده مي‌شود. لذا اين فناوري با اين گستره كاربردها مي‌تواند در آينده‌اي نه چندان دور بازار بزرگي را به خود اختصاص داده و زندگي بشر را تحت تأثير خود قرار دهد.در پايان در پاسخ به اين سؤال كه چرا دانشمندان به فناوري نانو روي آورده ومي‌خواهند بر تمام مشكلات جابه‌جايي اتم فائق آيند مي‌توان گفت که تغييرات در مقياس نانومتري بر خواص موج گونه الكترون‌هاي درون مواد اثر مي‌گذارد لذا با جابه جا كردن اتم‌ها در اين مقياس مي‌توان خواص اصلي مواد (به عنوان مثال دماي ذوب، اثرات مغناطيسي، ظرفيت بار) را بدون تغيير كلي تركيب شيميايي مواد دگرگون ساخت. بنابر اين پيش‌بيني رفتار و خواص در محدوده‌اي از ابعاد براي نانوتكنولوژيست‌ها حياتي است.جمع بندي
همانطور كه اشاره شد بعد از ساخت اولين نانولوله ، دانشمندان بر روي روش‌هاي سنتز اين نانولوله فعاليت زيادي انجام داده و توانستند به روش‌هاي مختلفي كه بعضي از مهمترين آن ها در بالا اشاره شد دست يابند و سپس سعي كردند با ارائه روش‌هاي متنوع بر مشكلات موجود نيز فائق بيايند كه بعضي از مشكلات تا حدي مرتفع و بعضي نيز همچنان پابرجاست. با اين وجود امروزه سنتز نانولوله‌ها يك مسأله كاملاً حل شده است لذا كمتر محققي به دنبال سنتز نانولوله با روش‌هاي خاص مي‌باشد. مي‌توان گفت امروزه بعد از گذر از مرحله سنتز به مرحله تجاري‌سازي نانولوله‌ها رسيده‌ايم، مرحله‌اي كه مي‌تواند توان رقابتي بالاي شركت‌ها را نمايان سازد.
بعضي اوقات تجارت به جهان دارويني شبيه مي‌شود، جهاني كه شركت‌ها براي تسلط بر يكديگر در آن با هم به رقابت مي‌پردازند. در اين فرايند شركت‌هاي ضعيف‌تر مجبور به ترك صحنه سرمايه‌گذاري تجاري مي‌شوند. به نظر مي‌رسد اين ماجرا در مورد يكي از شاخه‌هاي اصلي فناوري نانو يعني نانولوله‌هاي كربني نيز صادق مي باشد.
شركت‌هايي از سراسر جهان،‌ از جزيره كوچك قبرس گرفته تا جمهوري خلق چين، ادعاي ريسك و سرمايه‌گذاري بر روي نانولوله‌هاي كربني را دارند. محصولاتي كه از فولاد سخت‌تر، از آلومينيوم سبك‌تر و از مس ضريب هدايت بيشتري داشته و نيمه‌هادي خوبي نيز هستند. توليد كنندگان در حال سرمايه‌گذاري جهت پيشبرد اين بخش و كاهش قيمت‌هاي اين فرآورده هستند. اما در واقع بقاي اين شركت‌ها وابسته به نوع نانولوله‌هايي است كه ارائه مي دهند، چه از لحاظ كيفي و چه از لحاظ ثبت اختراعات در اين زمينه.
درست است كه هنوز سوددهي اقتصادي نانولوله‌ها كاملاً روشن نيست، اما دانشمندان معتقدند چيزي قوي‌تر از فولاد به خوبي مي‌تواند جاي خود را در بازار باز كند. لذا در آينده نه چندان دور شركت‌هايي كه از نانولوله‌ جهت بهتر كردن كيفيت محصولات خود استفاده مي‌كنند بازار آينده را در اختيار خواهند گرفت.
نانولوله هاي كربني در سال ۱۹۹۱ توسط يك متخصص ميكروسكوپ الكتروني به نام سوميو ايجيما در پي مطالعه مواد حاصل از تبخير كربن تحت جريان الكتريكي، كشف شدند.
محققان گروه فيزيك دانشگاه شهيد چمران اهواز موفق به توليد نانو لوله هاي كربني و كربن 60 به روش قوس الكتريكي شدند.
كاظمي‌نژاد استاديار گروه فيزيك دانشگاه شهيد چمران اهواز با اشاره به روند توليد كربن 60 و نانو لوله هاي كربني گفت : پس از ساخت رئاكتور توانستيم با كمك قوس الكتريكي در يك اتمسفر خاص , جريان هايي را از الكترودهاي گرافيتي بگذرانيم و بدين روش كربن 60 و نانو لوله هاي كربني را توليد كنيم .
وي افزود : نانو لوله‌هاي كربني در انتقال دارو بسيار مفيد است به گونه اي كه با تزريق دارو و قراردادن آن در قرنيه چشم مي‌توان بصورت تدريجي دارو را در موضع بيمار تخليه كرد.اين استاديار در ادامه گفت : نانو لوله هاي كربني 60 برابر فولا‌د استحكام دارد كه بدين ترتيب دراينده جايگزين مناسبي براي فولا‌د در مهندسي عمران خواهد بود.
وي افزود : همچنين ذخيره سازي هيدروژن براي توليد باطري هاي با طول عمر بالا از ديگر كاربردهاي مهم نانو لوله هاي كربني است



منبع:هوپا

[saeed-d]

نانو تيوپهاي كربني:

[ برای مشاهده لینک ، لطفا با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ] ([ برای مشاهده لینک ، لطفا با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ])نانو تيوب كربني بهترين گزينه است كه تقريبا به طور اتفاقي توسط يك محقق ژاپني در سال 1991كشف شد.نانو تيوبها صفحاتي از اتمهاي كربن هستند كه درون قسمتي غلطك مانند حركت مي كنند ودر ظاهر شبيه توريهاي سيمي هستند كه بر روي يك سمت آنها پوششي قرار گرفته باشد.اين نانو تيوبها فوق العاده محكم هستند.
آنها 10 برابر از فولاد محكمتر ند در حاليكه وزنشان يك ششم وزن فولاد است. اين امتياز باعث شده است كه آنها اولين انتخاب براي ساختن پلها، هواپيماها وحتي سفينه هاي فضايي باشند. تنها مشكل اين است كه بزرگترين نانو تيوبي كه در آزمايشگاه ساخته مي شود تنها چند ميلينتر است. اما اين مسئله باعث شده كه درمورد ماشينهاي كوچك ، نانو تيوب ها ي كربني ايده آل باشند. يكي از مشكلاتي كه بر كيفيت ابزار MEMSتاثير منفي مي گذارد ساييدگي قسمتهاي بسيار كوچك آنهاست كه در هر ثانيه هزاران بار اتفاق مي افتد. اما در ياتاقانهاي ساخته شده از نانو تيوبها تقريبا هيچ گونه اصطحكاكي وجود ندارد.وامتيازمهم اين است كه نانو تيوبها در هر دو حالت رسانا ونارسانا وجود دارند واين ويژگي موجب استفاده آنها در وسايل مختلف الكتريكي شده است.


روشهاي توليد نانو تيوب كربني:

در سال 1991 توسط پژوهشگر ژاپني به نام سوميو ايجيما كه متخصص ميكروسكوپ آزمايشگاه NECبود ،آزمايشي به وقوع پيوست كه تا به حال سهم به سرتئي در توسعه نانو تكنولوژي داشته است. وي كه به دستكاري وتغيير روش هاي ارائه شده توسط محققين موسسه ي فيزيك هسته اي ماكس پلانگ جهت توليد فولرين مشغول بود، دو الكترد گرافيت را به جاي اتصال در فاصله كمي از يكديگر قرار داد وبين آنها قوس الكتريكي برقرار كرد. اين آزمايش سبب شد كه وي به طور كاملا اتفاقي نانو تيوب هاي كربني را كشف كند. اهميت روز افزون اين مواد در صنعت به دليل خواص مكانيكي والكتريكي جالب ومتنوع آنها ست .پيش بيني مي شود كه اين مواد بتوانند در بسياري از ساختار هاي نانو متري آينده به كار روند. دو نوع ساختار متفاوت نانو تيوب كربن وجود دارد،كه از بقيه اشكال آن تا حدودي متمايز است:

1- نانو لوله تك جداره Single Wall
2- نانو لوله چند جداره Multi Wall

اين دو مورد وخصوصا نوع تك جداره آن صرفا به دليل سادگي توجه پژوهشگران بيشتري را به خود جلب كرده است.نانو لوله تك جداره از يك ورقه ي گرافيت پيچيده به صورت استوانه به وجود آمده كه دو سر آن به حالت كروي مسدود است.تفاوت نوع چند جداره به وجود آمده كه درون هم قرار دارند. در ميان انواع روشهاي توليد نانو تيوب كربني تك جداره ،سه روش از اهميت وارزش بالاتري بر خوردار دارند. اين روشها عبارتند از :

1- قوس الكتريكي Arc Discharge

2- رسوب گذاري بخار شيميايي :
(Chemical Vapor Deposition or CVD)

3- تبخير ليزري (Laser Vaporization)

[saeed-d]

روش قوس الكتريكي روش قوس الكتريكي همان روشي است كه توسط سوميو ايجميا براي اولين بار به كار برده شد،بااين وجود مقدار محصول به وجود آمده در اين روش بسيار پايين است.ولي در روش رسوب گذاري بخار شيميايي مي توان محصول بيشتري را به دست آورد.و به همين دليل پيش بيني ميشود كه در آـينده براي توليد انبوه نانو لوله ها در مقياس صنعتي به كار رود.در روش قوس الكتريكي از دو الكترد گرافيت استفاده ميشود وآنها را درفاصله كمي از يكديگر قرار مي دهند به خاطر اينكه خلوص بدست آمده در روش ايجيميا بسيار پاييين بود Journet وهمكار انش در سال 1997 به دستكاري متد بكار رفته توسط ايجما پرداختند وبا بهينه كردن پارامتر هاي توليد توانستند نانو لوله هاي تك ديواره با خلوص وراندمان بالا بدست آورند .آنها از آند گرافيتي با قطر 16 وطول 40 ميلي متر وهمچنين الكترود ديگري با قطر 16 وطول 100 ميل متر به عنوان كاتد استفاده كردند ونيز براي بدست آوردن نانو لوله Single Wall ميان اند كاتاليست Ni,Yپرگرديد. عمود بودن يا در امتداد هم قرار داشتن كاتد وآند تاثير چنداني در سنتز ندارد.
براي اجراي قوس الكتريكي بايد محيط اطراف دستگاه را ابتدا خلا كرده وسپس در فشاري پايين (معمولا بين 260 تا 360 torr) از هليوم ويا آرگون كه گازهاي بي اثر هستند پر كنيم .يكي از عوامل مهم در سنتز نانو لوله ها به روش قوس الكتريكي پايداري قوس الكتريكي اعمال شده ونيز مقدار شدت جريان وولتاژ است كه مي تواند در مقدار محصول بدست آمده موثر باشد.در صورتي كه محصول مورد نظر نانو تيوب هاي Multi Wallباشد ديگر اجباري در استفاده از كاتاليزگرها نداريم با اينكه محصول به دست آمده توسط روس قوس الكتريكي به خاطر محدود بودن وسايل آزمايش بسيار كم است، اين روش توسط بسياري از پژوهشگران اجرا مي شودف زيرا مقدارمحصول براي يك كار تحقيقي روي نانو لوله اهميت خاصي ندارد بلكه آنچه مهم است خلوص محصول وكامل بودن ساختار آن است .كه روش قوس الكتريكي تا حد زيادي اين مشكل را بر طرف ميكند واما مشكل ديگردر روش قوس الكتريكي تكنيك خلا است كه در بسياري از آزمايشگاههاي سطح پايين امكان آن وجود ندارد ونيز استفاده از هليم وآرگون كه هر دو گازهاي گراني هستند، هر چند در بعضي از روشها از گاز هيدروژن استفاده شده است ولي اين مورد تالثير چنداني نداشته ومشكل بوجود آمده ديگر امكان انفجار وخطرات جانبي هيدروژن است.
پايداري قوس الكتريكي عامل مهمي در سنتز به شمار مي آيد با اين وجود استفاده از يك منبع تغذيه ي DCميتواند تاثير خوبي در سنتز داشته باشد وآزمايشات نشان داده است هر چند اندازه ي شدت جريان نسبت به اختلاف پتانسيل بيشتر باشد شرائط بهتر است ولي رسيدن به چنين جريان هائي بسيار مشكل است.

[saeed-d]

روش Magnetic Field يكي از موضوعات وپارامترهاي مهم براي پژوهشگراني كه مي خواهند از نانو لوله ها استفاده كنند خلوص محصول است وهمچنين اينكه در سطح مقدار بيشتري نانو لوله قرار گرفته باشد، تا بتوانند آزمايشهاي كيفي خود را با دقت بالاتري انجام دهند. در روش قوس الكتريكي هنگاه ايجاد قوس در اطراف كاتد وآند به دليل اختلاف پتانسيل وجريان، دما تا حد قابل توجهي بالا مي رود ،اين مقدار به اندازه اي است كه گرافيت (در حالت كلي كربن ) رو ي آند بخار شده وسپس روي كاتد مي نشيند.از آنجا كه در اطراف كاتد وآند گاز قرار دارد در نتيجه اين افزايش دما بر گاز نيز اثر گذاشته ودماي آنرا افزايش مي دهد . ودر نتيجه در اطراف محيطي نه به شكل گاز بلكه به شكل حالت چهارم ماده پلاسما به وجود آمده است .
دليل ليمكه پلاسما را حالت جديدي از ماده مي ناميم اين است كه از تركيب ين هاي مثبت ومنفي اتم هاي خنثي بوجود آمده است .با افزايش دما تعداد اتمهاي خنثي كاهش يافته در حقيقت ميزان بارهاي آزاد دما تعداد اتمهاي خنثي كاهش يافته در حقيقت ميزان بارهاي آزاد افزايش مي يابد .اما نكته مهم در پلاسما اثرات ميدان مغناطيسي بر آنهاست .به وسيله ميدان مغناطيسي مي توان پلاسما را در يك منطقه محصور كرد.اين جلوگيري از برخورد پلاسما با ديواره طرف كه در راكتور كه در راكتور گداخت گرمائي از آن استفاده ميشود مي تواند در سنتز نانو لوله ها بسيار موثر واقع شود. فرض كنيد اطراف الكترود هاي گرافيتي را با يك ميدان مغناطيسي حاصل از چها رآهن ربا احاطه كنيم ،در اين صورت وجود ميدان سبب مي شود پلاسما ي وجود آمده به ديوارها برخورد نكند وفقط در محدوده ي گرافيتها دما افزايش مي يابد كه اين امر باعث كمك به تبخير بهتر وسريعتر آند مي شود ودر كل سنتز حالت بهتري به خود مي گيرد.در اين مورد ديگر جنس طرف اهميت خاصي ندارد.

[saeed-d]

روش Under de-ionized Water
برخي از محققان در جهت تلاش براي حذف تكنيك خلا وهم چنين گازهاي گران قيمت هليوم وآرگون به روشهاي جديدي دست يافته اند، از اين موارد مي توان به قرار دادن الكترودها در نيتروژن ما يع اشاره كرد، كه خود پر خطر است. آب چون يكي از موادي است كه به فور در طبيعت يافت ميشود ،مي تواند به راحتي مورد استفاده قرار گيرد. البته آبي كه در ساخت نانو لوله ها استفاده ميشود،از نوع de- ionized يا يون زدوده است كه از عبور جريان به مقدار زيادي جلوگيري مي كند .اين آب كه معمولا در صنعت ميكرو الكترونيك كاربرد زيادي دارد را مي توان به راحتي با استفاده از دستگاههاي (رزين)در آزمايشگاههاي شيمي بدست آورد ومعمولا نيروگاهها از اين آب استفاده مي كنند. خصوصيت جالب در مورد آب يون زدوده اين است كه خاصيت عبور ندادن جريان در آن براحتي از دست نمي رود . سنتز در آب مي تواند هزينه ي آزمايش را تا حد قابل توجهي كاهش دهد، ولي مقدار ودرجه خلوص نانو تيوب هاي بوجود آمده د راين آزمايش بسيار پايين است خصوصا اينكه مقداري از نانو لوله ها ممكن است در آب به صورت مخلوط وارد شود، كه البته مي توان با يك روكش گرافيتي از آن جلوگيري كرد. شكل الكترود ها وحالت قرار گرفتن آنها در سنتز قوس الكتريكي بسيار انعطاف پذير است .تا كنون با آزمايشهائي كه به وسيله اين روش صورت گرفته حتي در زمانهايي كه از كاتاليز گرها استفاده شده است ، محصول از نوع چند جداره بوده واين خاصيت آب در تشكيل نانو لوله هاي MWNTs است.

[saeed-d]

دارو رساني به وسيله نانو تيوبهاي كربني
پژوهشگران به تازگي در يافته اند كه شكل خاصي از مولكولهاي كربن مي توانند به خوبي وارد هسته سلولها شوند ومي توان در آِينده اي نزديك از آنها درسيستم دارسازي وواكسيناسيون استفاده كردامروزه از اين مولكولهاي كربن كه (نانو تيوبهاي كربنCarbon nano tubes) ناميده مي شوند تنها جهت حمل پپتيدهاي كوچك به هسته هاي سلولهاي فيبروپلاستي استفاده مي شود ولي پژوهشگران اميدوارند كه بتوانند از آنها در درمان سرطان ،ژن درماني وواكسيناسيون نيز استفاده نمايند. آلبرتوبيانكو از موسسه CNRSدر استراسبوك فرانسه مي كويد كه پژوهشگران در مراحل اوليه تحقيقات مي باشند واز آنجا كه به نظر مي آيد نانو تيوبها مي توانند وارد هسته شوند، از اين خاصيت جهت حمل ژنها ي ساخته شده ورساندن داروها به بخش خاصي از سلول مي توان استفاده كرد. تيم تحقيقاتي بيانكو ،نانو تيوبها را چند روز در دي متيل فرماميد حرارت دادند وبه دنبال آن اتصالات كوتاهتري (اتيلن گيكول TEG) ايجاد شد وسپس پپتيدهاي كوچك به مولكولهاي TEGمتصل شدند وهنگامي كه اين نانو تيوبها با سلولهاي فيبروپلاست انساني كشف شده مخلوط شدند،به سرعت به سمت هسته حركت كردند. اصولا طيف وسيعي از مولكولها مي توانند به نانو تيوبها متصل شوند وبه راحتي به سمت سلولها حركت كنند وبه طور كلي نانو تيوبها سميت بالايي ندارند ودر دوزهاي پايين براي سلولها بي ضررند ولي در غلضتهاي بالا باعث از بين رفتن سلولها مي شوند وبايد اثرات آن در بدن مورد مطالعه قرار گيرد. روت دوتكان پژوهشگر دانشگاه كاريف انگلستان مي گويد:دلايل بسياري وجود دارد كه نشان مي دهد كه ذرات بسيار ريز مي توانند در سيستم دارو سازي مفيد باشند.اما مكانيسم وارد شدن نانو تيوبها به داخل سلولها مشخص نمي باشد.همچنين او مي گويد تحقيات نا موفقي جهت استفاده از bucky balls (نانو تيوبهاي كربني كروي) جهت رساندن داروهاي ضد سرطان ونوكلوتيدهاي پرتو زا به داخل سلول انجام شده است.

[saeed-d]

[ برای مشاهده لینک ، لطفا با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ] صنايع آرايشي از اكسيدهاي غيرآلي، نظير اكسيد روي و تيتانيم، استفاده مي‌كنند، اما استفاده از اين اكسيدها به علت خاصيت سفيدكنندگي روي پوست محدود است. سفيدي به طور مستقيم با پخش نور رابطه دارد. به طور كلي با كاهش اندازة ذرات، شاهد افزايش جذب نور ماوراء بنفش توسط ذرات (به علت عبور كمترِ اشعه‌ها از بين ذرات) و كاهش پديدة سفيدي (به علت كاهش پديدة پخش نور) هستيم. به‌تازگي روش‌هاي گوناگون براي توليد نانوذرات، توسعه يافته‌ و بر صنعت کرم‌هاي ضدآفتاب اثر گذاشته‌اند.......
کرمهای ضدآفتاب نانویی چگونه کار مي‌کنند :
صنايع آرايشي از اكسيدهاي غيرآلي، نظير اكسيد روي و تيتانيم، استفاده مي‌كنند، اما استفاده از اين اكسيدها به علت خاصيت سفيدكنندگي روي پوست محدود است. سفيدي به طور مستقيم با پخش نور رابطه دارد. به طور كلي با كاهش اندازة ذرات، شاهد افزايش جذب نور ماوراء بنفش توسط ذرات (به علت عبور كمترِ اشعه‌ها از بين ذرات) و كاهش پديدة سفيدي (به علت كاهش پديدة پخش نور( هستيم. به‌تازگي روش‌هاي گوناگون براي توليد نانوذرات، توسعه يافته‌ و بر صنعت کرم‌هاي ضدآفتاب اثر گذاشته‌اند.
1-سفيدي
وقتي ماده نوردهي شود، پديده‌هاي زير ديده مي‌شوند:
آ) عبور نور که منجر به گذشتن آن از ماده بدون هيچ تأثير متقابلي است؛
ب) نورِ نافذ که منجر به پخش نور مي‌شود؛
پ) انعکاس نور از سطح، مانند آنچه در آينه رخ مي‌دهد؛
ت) انعکاس نفوذي که منجر به پخش نور از سطح مي‌شود.
اثر سفيدي ناشي از پخش نور به وسيلة ذرات است. بنابراين، براي کاهش سفيدي بايد ميزان نور پخش‌شده را کم كرد.
2- پخش نور و اندازة ذرات
شدت نور پخش‌شده به وسيلة يک تک‌ذره، تابعي از اندازة ذره است.مشاهده مي‌شود، با افزايش اندازة ذرات، نور مرئي به علت برخورد با ذرات پخش مي‌شود و با برگشت نور به چشم، ذراتْ سفيد ديده مي‌شوند. بنابراين، براي کاهش تأثير سفيدي، کاهش اندازة دانه راهي است بسيار مؤثر.
. نانوماده نور را بدون انحراف از خود عبور مي‌دهد، به همين خاطر نسبت به نور شفاف است.
. مواد با ذرات در ابعاد ميكرومتر نور را پراكنده مي‌كنند. بنابراين، نسبت به نور مات و نيمه‌شفاف‌اند و سفيد ديده مي‌شوند.
ميزان پخش نور به اندازه ذره بستگی دارد و مشخص است كه با افزايش اندازة ذرات، ميزان پخش‌شوندگي نور بيشتر مي‌شود.
3-جذب اشعة ماوراي بنفش و بهترين اندازة ذره
نور ماوراي بنفش (UV) طول موج كمتر و انرژي بيشتری از نور مرئي دارد. قرار گرفتن در مقابل تابش ماوراي بنفش از مهم‌ترين علل آسيب ‌هاي پوستي و سرطان پوست است. به همين خاطر، جذب اين اشعه و ممانعت از رسيدن آن به پوست بدن موضوع تحقيق بسياري از مراكز علمي دنيا براي ساليان طولاني بوده است. جذب UV در مواد غيرآلي نظير TiO2 و ZnOناشي از دو اثر است:
الف ـ جذب فاصلة باند؛ ب ـ پخش نور UV
الف ـ جذب فاصلة باندي
اکسيد روي و اکسيد تيتانيم نيمه‌هادي‌اند و به‌شدت نور UV را جذب و نور مرئي را عبور مي‌دهند. سازوكارِ جذب UV در اين مواد شامل مصرف انرژي فوتون براي تهييج الکترون از نوار ظرفيت به نوار رسانايي است.

فاصلة باندي يا «گپ انرژي» چيست؟
مي دانيم که اتم ها از ترازهاي انرژي تشکيل شده اند و اين ترازهاي انرژيِ حاوي الکترون، در جسم جامد تشکيل نوارهايي را مي دهند که الکترون‌ها در آنها قرار گرفته‌اند.
اما فضاهايي بين اين نوارهاي انرژي وجود دارند که هيچ نوار حاوي الکتروني نمي تواند در آنها جا بگيرد. اين فضاها را «فاصلة باندي» يا «گپ انرژي» مي گويند. در جامدهاي رسانا نوارهاي انرژي مي توانند پر، نيمه‌پر يا خالي از الکترون ــ که در اصطلاح «نوار رسانايي» ناميده مي شود باشند. همچنين گپ انرژي آنها در مقايسه با نيمه‌هادي ها کوچک‌تر است. در نيمه‌هادي ها نوارهاي انرژي نيمه‌پر وجود ندارند و گپ انرژي آنها کمي بزرگ‌تر از رساناهاست. از همين رو، الکترون‌ها در رسانا ها و نيمه‌رساناها مي توانند با گرفتن مقداري انرژيِ گرمايي ــ براي رساناها کم‌تر، براي نيمه‌رساناها بيش‌تر ــ برانگيختگي گرمايي پيدا كنند و از لايه هاي انرژيِ پُر به لايه هاي انرژيِ خالي بروند. اين عمل در نارساناها به علت بزرگ بودن گپ انرژي امکان ندارد.
ZnO و TiO2 داراي انرژي باند ev3/3 تا ev4/3 مربوط به طول موج‌هاي تقريباً 365 نانومتر تا 380 نانومتر هستند. نورهاي زير اين طول موج‌ها انرژي کافي براي تحريك الکترون‌ها دارند. به بيان ساده، الكترون‌هاي اين ذرات انرژي نور UV را جذب مي‌كنند و از رسيدن اين امواج به پوست مانع مي‌شوند. پس ZnO و TiO2 داراي خاصيت شديد در جذب UV هستند و اگر به اندازة کافي کوچک باشند، شفافيت خوبي در برابر نور مرئي خواهند داشت.
ب ـ اندازة دانة بهينه براي جذب UV
با ريزتر شدن ذرات، علاوه بر اينكه در مسير نور UV ذرات بيشتري براي جذب فاصلة باند وجود دارند، نور UV بيشتر پخش خواهد شد. بنابراين، عبور اين نور كاهش مي يابد. جذب فاصلة باند به ‌طور کلي تابعي از تعداد اتم‌هايي است که در مسير نور UV قرار گرفته‌اند. بر اساس تحقيقات تجربي، با کاهش اندازة ذرات، به علت کم شدن فاصلة بين آنها براي عبور نور UV، شاهد عبور كم‌ترِ اين اشعه هستيم. در محدودة نور فرابنفش (زير 400 نانومتر) با كاهش اندازة ذرات، عبور نور كمتر خواهد شد. همين پديده است كه متخصصان را به توليد محصولات ضدآفتاب با خاصيت جذب (SPF) بالاتر رهنمون شده است.


SPF چيست؟
کرم‌هاي ضدآفتاب بر اساس ميزان توانايي آنها در جذب و دفع اشعة UV درجه‌بندي مي‌شوند. اين معيار Sun Protection Factor يا SPF نام دارد. درجات SPF، مانند SPF15 يا SPF20 نشان‌گر آن‌اند که مصرف‌کنندة آن قبل از اينکه دچار آفتاب‌سوختگي بشود، تا چه حد مي‌تواند زير نور آفتاب بماند. براي مثال، شما مي‌توانيد بدون استفاده از کرم ضد آفتاب ده دقيقه زير نور خورشيد باقي بمانيد و احساس سوختگي نکنيد. هنگامي که از کرم ضد آفتاب استفاده مي‌کنيد، مي‌توانيد زمان 10 دقيقه را ضرب در ميزان SPF کرم کنيد و به مقدار زمان به دست آمده زير آفتاب بمانيد. اگر SPF کرم شما 15 باشد، شما 150 دقيقه يا 2 ساعت و نيم ميتوانيد در آفتاب بمانيد. اگر پس از مدتي مجددا از کرم استفاده کنيد، ميزان محافظت آن بيشتر ميشود اما، در مقدار زمان ايمن آن تاثيري ندارد.
نتايج:
1- ايجاد پديده سفيدي در ضد آفتاب ها ناشي از پديده پخش نوردر محدوده نور مرئي(400-700 نانومتر) است. اين پديده در ضد آفتاب ها با اندازه ذره درشت، بسيار شديدتر است.به عبارت ديگر كاهش شفافيت باعث افزايش پديده سفيدي مي شود.
.2- در محدوده نور UV با توجه به كمتر بودن فاصله بين ذرات در حالت نانومتري شاهد عبور كمتر نور هنگام ريزتر شدن ذرات هستيم.

[sajadhoosein]

روشهای کسب اطلاعات در ابعاد نانو

مقدمه
بخشی از فناوری نانو دنيایی را که هر روز در جريان است مطالعه می‌‌‌‌‌‌‌‌‌کند، فقط کمی عمیق تر و کمی پايين‌‌‌‌‌‌‌‌‌تر آنجاهايي که ما با چشم‌‌‌‌‌‌‌‌‌هايمان نمی‌‌‌‌‌‌‌‌‌توانيم مشاهده کنیم. پس برای ورود به این بخش از فضای نانو لازم است کمی به سراغ مطالب پایه فيزيک و شيمی برويم و مفاهيم اوليه را مرور کنيم؛ در این نوشتار ابتدا مروری بر مفاهیم پايه و اجزای ساختاری ماده صحبت خواهیم کرد سپس سراغ لوازم و ابزار و وسايلی می‌‌‌‌‌‌‌‌‌رويم که دنيایی را که در پايين وجود دارد، برای ما نمايان می‌‌‌‌‌‌‌‌‌کند. انشاالله در مقالات بعدی هر کدام از اين ابزارها را بطور کامل شرح خواهيم داد.
اجزای سازنده مواد و نيروی بين آنها
برای درک از اجزای طبيعت باید به این نکته توجه کرد که اتمها بلوک‌‌‌‌‌‌‌‌‌های سازنده مواد هستند و هر ماده از اتمهای خاص تشکيل شده که وقتی در کنار يکديگر قرار می‌‌‌‌‌‌‌‌‌گيرند مولکولها را شکل می‌‌‌‌‌‌‌‌‌دهند، تعداد اين اتم‌‌‌‌‌‌‌‌‌ها محدود است (بيش از صد نوع اتم) ولی وقتی کنار هم قرار میگيرند صدها هزار مولکول که هر کدام خواص متفاوتی دارند را تشکيل می‌‌‌‌‌‌‌‌‌دهند.
چيزي که اتم‌‌‌‌‌‌‌‌‌ها را در يک مولکول و مولکولها را در يک ماده کنار هم حفظ می‌‌‌‌‌‌‌‌‌کند نيروهايي است که مانند جاذبه و دافعه دو آهنربا عمل می‌‌‌‌‌‌‌‌‌کنند. اين نيروها بين الکترونها و هسته اتمها وجود دارند و در نوع خود بسيار قوی هستند.
شنيده‌‌‌‌‌‌‌‌‌ايد که يک مورچه می‌‌‌‌‌‌‌‌‌تواند چند برابر وزن خودش را حمل کند! آيا شما مي‌‌‌‌‌‌‌‌‌توانيد دوبرابر وزن خود را حکل کنید؟ با اين حساب مورچه قوی‌‌‌‌‌‌‌‌‌تر است یا شما؟ اينکه می‌‌‌‌‌‌‌‌‌گوييم پيوند بين اتم‌‌‌‌‌‌‌‌‌ها در نوع خود خيلی قوی و مستحکم است دقيقاً مانند همین مثال قدرت مورچه‌‌‌‌‌‌‌‌‌ها است.
گفتيم که از اتصال مولکول‌‌‌‌‌‌‌‌‌ها ماده ساخته می‌‌‌‌‌‌‌‌‌شود، در واقع شدت پيوند بين مولکولی و نيروی بين مولکولها سبب می‌‌‌‌‌‌‌‌‌شود تا ماده به شکل مايع، جامد يا گاز باشد. البته نوع پيوندها نيز در رفتار ماده تاثير زيادی دارند، برای مثال بعضی پيوندها که به پيوند يونی معروف هستند باعث می‌‌‌‌‌‌‌‌‌شوند ماده رسانای جريان برق باشد. تعداد و جهت و زاويه متفاوت يک نوع پيوند نيز سبب بروز خواص متفاوت می‌‌‌‌‌‌‌‌‌شود. برای مثال الماس و گرافيت هر دو از اتمهای يک عنصر يعنی کربن تشکيل شده‌‌‌‌‌‌‌‌‌اند، ولي از آنجايي که تعداد و نحوه قرارگيری پيوندها بين اتمهایِ آن متفاوت است، الماس بسيار مستحکم است و گرافيت بسيار نرم.
مشاهده مولکول‌‌‌‌‌‌‌‌‌ها با استفاده از ميکروسکوپ
ميکروسکوپی که شما در مدرسه از آن استفاده می‌‌‌‌‌‌‌‌‌کنيد تا سلولهای موجودات زنده را مشاهده کنيد بسيار ساده است و برای مشاهده دنيای نانو کارآمد نيست. امروزه انواع گوناگونی ميکروسکوپ وجود دارد که قادر است اطلاعات مفيدی از ابعاد نانو به ما بدهد. هر کدام از اين دستگاه‌‌‌‌‌‌‌‌‌ها پيچيدگی خود را دارند و از ترفندهای مختلفی بهره می‌‌‌‌‌‌‌‌‌گيرند تا از ابعاد ريز و در حد و اندازه مولکولها به ما اطلاعات بدهند.
علاوه بر پيچيدگی و پر رمز و راز بودن اين ميکروسکوپ‌‌‌‌‌‌‌‌‌ها تفاوت اصلی آنها با ميکروسکوپ‌‌‌‌‌‌‌‌‌ها� � ساده و نوري مدرسه این است که آنها بصورت غير مستقيم از دنيای نانو به کسب اطلاعات می‌‌‌‌‌‌‌‌‌پردازند. درست مانند اقيانوس شناسان که بدون رفتن به زير آب اقيانوس‌‌‌‌‌‌‌‌‌ها و قدم زدن در کف آن، نقشه پستی‌‌‌‌‌‌‌‌‌ها و بلندی‌‌‌‌‌‌‌‌‌های کف اقيانوس را ترسيم می‌‌‌‌‌‌‌‌‌کنند يا فضا نوردان که بدون سفر به تمام نقاط کره ماه یا هر سياره و ستاره‌‌‌‌‌‌‌‌‌ای ارتفاعات و کوه‌‌‌‌‌‌‌‌‌های آن سياره را شناسايي می‌‌‌‌‌‌‌‌‌کنند.
شبيه‌سازي كف دريا كه با استفاده از پردازش داده‌ها صورت مي‌گيرد، مدت‌هاست که در تحقيقات و مطالعات اقيانوس‌شناسي به كار مي‌رود. اقيانوس‌شناسانِ اوليه به انتهاي كابل‌هاي بلند وزنه‌هايي مي‌آويختند و ته دريا مي‌‌فرستادند. اين وزنه‌ها كف دريا را مي‌پيمودند و ناهمواري‌ها و شيارهاي آن را از طريق كابل‌ها روي كاغذهاي شطرنجي نقش مي‌كردند.
اقيانوس‌شناسان جديد، كابل و وزنه را به كناري نهاده‌اند و فناوري رادار را به خدمت گرفته‌اند. آنها امواج صوتي را از يك كشتي اقيانوس‌پيما به كف دريا گسيل مي‌كنند و با ثبت فاصلة كف با منبع گسيل‌كننده ناهمواري‌هاي كف را ترسيم مي‌نمايند.
ماهواره‌ها هم به همين روش مي‌توانند امواجي را به اعماق ناشناختة فضا بفرستند و با محاسبة زمان رفت و برگشت، فواصل را اندازه بگيرند.
اساس کار ميکروسکوپهای پيشرفته نيز مانند ماهواره‌‌‌‌‌‌‌‌‌ها و رادارها، کسب اطلاعات به صورت غير مستقيم است.
ميکروسکوپ نيروی اتمی AFM :
اين نوع ميکروسکوپ نيروی اتمی شباهت زيادی به کابل‌‌‌‌‌‌‌‌‌های اقيانوس‌‌‌‌‌‌‌‌‌شناس� ��‌‌‌‌‌‌‌‌های قديمی و کهنه کار دارد. یک جورهايي نيز شبیه دستگاه گرامافون از يک سوزن بسيار نوک تيز تشکيل شده که اين سوزن روی سطح لوح در شيار‌‌‌‌‌‌‌‌‌های آن حرکت می‌‌‌‌‌‌‌‌‌کند و پستی - بلندی های سطح را به صدا تبديل مي‌‌‌‌‌‌‌‌‌کند.
و اما وظيفه ميکروسکوپ نيروی اتمی چيست؟
مي‌دانيم كه تمامي اجسام هراندازه هم كه به ظاهر صاف و صيقلي باشند، باز هم در سطح خود داراي پستي و بلندي و ناصافي‌هايي هستند. به عنوان مثال سطح شيشه بسيار بسيار صاف و صيقلي به نظر مي‌رسد، اما اگر در مقياس خيلي کوچک به آن نگاه کنيم، خواهيم ديد که سطح شيشه پر از ناصافي‌ها يا به عبارتي "دست انداز" است. كار ميكروسكوپ نيروي اتمي نشان‌دادن اين ناصافي‌ها و اندازه‌گيري عمق آنهاست. ثبت چگونگي قرارگيري و نشان دادن عمق و ارتفاعِ پستي و بلندي‌ها در يك سطح خاص از ماده را "توپوگرافي" مي‌نامند.
همانطور که می‌‌‌‌‌‌‌‌‌دانيد نيروهاي بسيار کوچکي بصورت جاذبه و دافعه بين اتمهاي باردار وجود دارند، (درست مثل دو سر ناهمنام آهنربا که باعث دفع و جذب مي شوند.) چنين نيروهايي بين نوک ميکروسکوپ و اتمهاي سطح ايجاد مي‌‌‌‌‌‌‌‌‌گردد. با اندازه گيري نيروي بين اتمها در نقاط مختلف سطح، مي‌‌‌‌‌‌‌‌‌توان محل اتمها روي آن را مشخص کرد.
برای آشنايي بيشتر با ميکروسکوپ نيروی اتمی به مقاله‌‌‌‌‌‌‌‌‌ای که در اين مورد در باشگاه نانو نوشته شده مراجعه کنيد
ميکروسکوپ پيمايشگر الکترونی SEM :
در ميکروسکوپ نيروی اتمی يک انبرک با نوک بسيار حساس روی سطح حرکت می‌‌‌‌‌‌‌‌‌کرد و اطلاعات مورد نياز را از ابعاد نانومتری به ما می‌‌‌‌‌‌‌‌‌داد. حال اگر به جای نوک و انبرک از الکترون استفاده کنيم ميکروسکوپ پيمايشگر الکترونی ساخته‌‌‌‌‌‌‌‌‌ايم.
اين دسته میکروسکوپ‌‌‌‌‌‌‌‌‌ها پروتويي از الکترونها را به هر آنچه که مي‌‌‌‌‌‌‌‌‌خواهند بررسی و مطالعه کنند، شليک می‌‌‌‌‌‌‌‌‌کنند، به این ترتيب انرژی الکترون‌‌‌‌‌‌‌‌‌های شليک شده به سطح مورد نمونهِ موردِ مطالعه منتقل می‌‌‌‌‌‌‌‌‌شود. الکترونهای پرتو (که الکترونهای اوليه ناميده می‌‌‌‌‌‌‌‌‌شوند) الکترونهای نمونه را جدا می‌‌‌‌‌‌‌‌‌کنند. اين الکترونهای جدا شده (که الکترونهای ثانويه ناميده می‌‌‌‌‌‌‌‌‌شوند) به سمت صفحه‌‌‌‌‌‌‌‌‌ای که دارای بار مثبت است کشيده می‌‌‌‌‌‌‌‌‌شوند و در آنجا تبديل به "سيگنال" می‌‌‌‌‌‌‌‌‌شوند. اين سيگنالها توسط رايانه به تصاوير قابل مشاهده تبديل می‌‌‌‌‌‌‌‌‌شوند.
ميکروسکوپ پيمايشگر الکترونی علاوه بر اطلاعات توپوگرافی؛ شکل، اندازه و نحوه قرار گيری ذرات در سطح جسم را که به مورفولوژی جسم معروف است به ما مي‌‌‌‌‌‌‌‌‌دهد. نوع های پيشرفته تر اين دستگاه قادر هستند که ترکيب اجزایی که نمونه را می‌‌‌‌‌‌‌‌‌سازد را نيز مشخص کنند.
اين ميکروسکوپ برای مشاهده نمونه‌‌‌‌‌‌‌‌‌هايي که از خود بخار آزاد می‌‌‌‌‌‌‌‌‌کنند، مناسب نيست چرا که بخارات توليد شده با الکترونهای شليک شده به نمونه برهم‌‌‌‌‌‌‌‌‌کنش پيدا می‌‌‌‌‌‌‌‌‌کنند. برای رفع اين عيب ميکروسکوپهايي به بازار آمده که قادرند در دمای بسيار پايين و از نمونه منجمد تصوير برداری کنند.
ميکروسکوپ انتقال الکترونی TEM :
در ميکروسکوپِ SEM الکترون اوليه پس از شليک به سطح نمونه برخورد می‌‌‌‌‌‌‌‌‌کرد و الکترون ثانويه از همان سطح نمونه خارج می‌‌‌‌‌‌‌‌‌شد و به سمت صفحه مثبت می‌‌‌‌‌‌‌‌‌رفت و تبديل به سيگنال می‌‌‌‌‌‌‌‌‌شد. در واقع در آن ميکروسکوپ، نمونه مانند یک آينه عمل می‌‌‌‌‌‌‌‌‌کرد که الکترون‌‌‌‌‌‌‌‌‌های ثانويه از همان سطحی خارج می‌‌‌‌‌‌‌‌‌شد که الکترون‌‌‌‌‌‌‌‌‌های اوليه وارد شده بودند (فقط با زاويه متفاوت).
ميکروسکوپهای TEM نيز همانند SEM از تکنيک شليک الکترون‌‌‌‌‌‌‌‌‌ها به نمونه بهره می‌‌‌‌‌‌‌‌‌برند با اين تفاوت که در ميکروسکوپ انتقال الکترونی (TEM) پروتو الکترون‌‌‌‌‌‌‌‌‌هایی که به نمونه شليک می‌‌‌‌‌‌‌‌‌شوند، از نمونه عبور می‌‌‌‌‌‌‌‌‌کنند و به یک پرده فسفریِ آشکارساز می‌‌‌‌‌‌‌‌‌خورند تا يک طرح از ساختار نمونه به ما ارايه دهند. به عبارت ساده‌‌‌‌‌‌‌‌‌تر TEM يک نوع پروژکتور نمايش اسلايد در مقياس نانو است.
وضوح و دقت تصاوير گرفته شده توسط ميکروسکوپ انتقال الکترونی از پيمايشگر الکترونی بهتر است اما به سبب گران بودن آن و همچنین سخت‌‌‌‌‌‌‌‌‌تر بودن مراحل آماده سازی نمونه برای قرار گرفتن در زير ميکروسکوپ انتقال الکترونی، بيشتر از SEM استفاده می‌‌‌‌‌‌‌‌‌شود و فقط در مواردی که ساختار بلوری(نحوه قرار گيری اتمها در شبکه بلور) مهم باشد از ميکروسکوپ TEM استفاده می‌‌‌‌‌‌‌‌‌شود.
ميکروسکوپ پيمايشگر تونلی STM :
اگر بخواهید از سطح صلبی تصوير برداری کنید که الکتريسيته را عبور می‌‌‌‌‌‌‌‌‌دهد لازم است تا از ميکروسکوپ پيمايشگر تونلی استفاده کنید. اين ميکروسکوپ‌‌‌‌‌‌‌‌‌ها شباهت زيادی به ميکروسکوپ‌‌‌‌‌‌‌‌‌ها� � نيروی اتمی (AFM) دارند در اين ميکروسکوپ‌‌‌‌‌‌‌‌‌ها از نوعی جريان الکتريسته استفاده می‌‌‌‌‌‌‌‌‌شود که زمانی‌‌‌‌‌‌‌‌‌که نوک در مجاورت سطح رسانا و در فاصله یک نانومتری از آن حرکت می‌‌‌‌‌‌‌‌‌کند، برقرار می‌‌‌‌‌‌‌‌‌شود. در اين زمان جريان شروع به انتقال از سطح به نوک می‌‌‌‌‌‌‌‌‌کند. توجه داشته باشيد که بين نوک و سطح فاصله وجود دارد و الکترونها از يک سد انرژی عبور می‌‌‌‌‌‌‌‌‌کنند (به اين فرآيند اصطلاحاً تونل زنی گفته می‌‌‌‌‌‌‌‌‌شود) در حين تونل زنی اگر جريان ثابت باشد تغييرات فاصله نوک تا نمونه اطلاعات سطح را به ما می‌‌‌‌‌‌‌‌‌دهد. اگر هم فاصله نوک و نمونه را ثابت نگه داريم تغييرات جريان تونل زنی اطلاعات سطح را به ما خواهد داد. اينکه از کدم مد يا حالت استفاده کنيم به شرايط نمونه و خواسته‌‌‌‌‌‌‌‌‌های ما ربط دارد. معمولاً در حالتی که سطح نمونه نامنظم باشد از مد جريان ثابت استفاده می‌‌‌‌‌‌‌‌‌شود و زمان بيشتری را به نسبت مد ارتفاع ثابت لازم دارد.
ميکروسکوپ‌‌‌‌‌‌‌‌‌ها و جايزه نوبل
نخستين ميکروسکوپ پيمايشگر الکترونی (SEM) در سال 1942 ميلادی عرضه شدند و شکل امروزی آن اولين بار در سال 1965 ميلادی وارد بازار شدند. ميکروسکوپ پيمايشگر تونلی نيز در سال 1981 در آزمايشگاه تحقيقاتی شرکت IBM اختراع شد و مخترعان STM در سال 1986 همراه با ارنست روسکا که از جوانی روی ميکروسکوپهای الکترونی کار می‌‌‌‌‌‌‌‌‌کرد برنده جايزه نوبل فيزيک شدند.
[ برای مشاهده لینک ، لطفا با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ] ([ برای مشاهده لینک ، لطفا با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ])
تلاش‌‌‌‌‌‌‌‌‌های آنزمان دانشمندان برای دسترسی به فضای ريز و مقياس نانو باعث شد تا امروزه فناوری نانو به عنوان يک فناوری مهم و تاثير گذار مورد توجه قرار گيرد.

منبع : nanoclub.ir

[sajadhoosein]

نانو ذرات نقره

امروزه به کمک علم پزشکی، هر روز به تعداد بیماریهایی که قابل درمان می باشند، افزوده می شود. این کار به وسیله داروهایی انجام می شود که عوامل بیماری را از بین برده و سلامت را به انسان باز می گردانند.
در راستای تحولات اخیر زندگی انسان، علم نانو تکنولوژی توسعه یافته و تقریبا ً در همه رشته های علمی، نشانه هایی از آن یافت می شود. محققان نانو تکنولوژی با فناوری جدیدی در رابطه با نانو ذرات آشنا شده اند که ممکن است نقش بسیار زیادی در پزشکی آینده ایفا کند.
در فناوری نانوسیلور(Nano Silver )، یونهای نقره به صورت کلوییدی در محلولی به‌ حالت سوسپانسیون قرار دارند که خاصیت آنتی باکتریال ( ضد باکتری)، آنتی فونگاس ( ضد قارچ) و آنتی ویروس دارند.


سوسپانسیون:
به مخلوط کلوئیدی جامد در مایع سوسپانسیون گفته می شود. سوسپانسیون ها در حالت عادی ناپایدار هستند و با گذشت زمان ذرات آنها ته نشین شده و در اثر این پدیده فاز مایع از جامد جدا می شود. آب گل آلود نمونه ای از یک سوسپانسیون طبیعی است.

هر چند این فناوری به تازگی مورد توجه زیادی قرار گرفته و رونق بسیاری پیدا کرده ، اما از آن در طب قدیم استفاده می شده بدون آنکه دلیل تاثیر آن شناخته شود وحتی در جنگ برای کنترل عفونت زخم سربازان از سکه های نقره استفاده می شده است .
محلول های نانو سیلور از یونهای نقره در اندازه های 100-10 نانومتر (9- 10) تشکیل شده اند و در مقایسه با محلولهای دیگر پایداری بیشتری دارند.
یونهای نقره به دلیل اندازه کمی که دارند، سطح تماس بیشتری با فضای بیرون دارند و تأثیر بیشتری برمحیط می گذارند.

[ برای مشاهده لینک ، لطفا با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]
نانو ذرات نقره
این محلول را میتوان به عنوان داروی خوراکی استفاده کرد که در آن صورت ، محلول باید از 80 % نقره عادی (فلز) و 20 % یون نقره تشکیل شود، زیرا یونها در معده با اسید هیدروکلریک واکنش داده و نقره کلرید درست می شود که خاصیت خود را از دست می دهد.
برای مصرف این دارو به صورت خوراکی بهتر است از محلولی با غلظت 20ppm استفاده شود تا تأثیر بیشتری در بدن داشته باشد. از نانو سیلور به عنوان دارو می توان در درمان بیماریهای پوستی ،جوش و ... ، انواع جراحات و سوختگی ها، بیماریهای باکتریایی و قارچی ، بیماریهای گوارشی ، بیماریهای جنسی و ... استفاده کرد .
نقره در ابعاد بزرگتر، فلزی با خاصیت واکنش دهی کم میباشد، ولی زمانیکه به ابعاد کوچک در حد نانومتر تبدیل میشود خاصیت میکرب کشی آن بیش از 99 درصد افزایش می یابد، به حدی که می توان از آن جهت بهبود جراحات و عفونتها استفاده کرد. نقره در ابعاد نانو بر متابولیسم، تنفس و تولید مثل میکروارگانیسم اثر می گذارد. تاکنون بیش از 650 نوع باکتری شناخته شده را از بین برده است.

[ برای مشاهده لینک ، لطفا با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]
دو مکانیسم عمده نانو نقره ها عبارتند از :
1- مکانیسم کاتالیستی : تولید اکسیژن فعال توسط نقره، این مکانیسم بیشتر درمورد کامپوزیت2های نانو نقره ای صدق میکند که روی پایه های نیمه هادی مانند TiO2 یا SiO2 قرار گرفته می شود. در این وضعیت ذره مانند یک پیل الکتروشیمیایی3عمل میکند و با اکسید کردن اتم اکسیژن، یون اکسیژن و با هیدرولیزکردن آب، یون OH- را تولید می کند که هر دو از بنیان های فعال و از قوی ترین عاملین ضد میکربی نیز می باشند.

2- مکانیسم یونی: دگرگون ساختن میکروارگانیسم به وسیله تبدیل پیوند های SH ــ به Sag ــ .
دراین مکانیسم ذرات نانونقره فلزی به مرور زمان یونهای نقره از خود ساطع می کنند. این یونها طی واکنش جانشینی، باندهایSH- را در جداره میکروارگانیسم به باندهای -SAg تبدیل می کنند، که نتیجه ای واکنش تلف شدن میکروارگانیسم است.

خصوصیات نانو سیلور :
1- تاثیر بسیار زیاد
2- تاثیر سریع
3- غیر سمی
4- غیر محرک برای بدن
5- غیر حساسیت زا
6- قابلیت تحمل شرایط مختلف (پایداری زیاد)
7- آب دوست بودن
8- سازگاری با محیط زیست
9- مقاوم در برابر حرارت
10- عدم ایجاد و افزایش مقاومت و سازگاری در میکروارگانیسم
از دیگر قابلیتهای نانو سیلور، اضافه شدن به الیاف، پلیمر، سرامیک، سنگ، رنگ و... ، بدون تغییر دادن خواص ماده است.
موارد استفاده پلیمرهای نانو سیلور:
1- شیشه شیر و پستانک نوزادان ،مسواک و برسهای بهداشتی حمام و ...

[ برای مشاهده لینک ، لطفا با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]
2- ظروف پلاستیکی ( غذایی ، دارویی ، آرایشی )
3- لوازم خانگی(یخچال، جارو برقی، ماشین ظرف شویی، سیستم تهویه و تصفیه هوا و رطوبت زا)


[ برای مشاهده لینک ، لطفا با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]
[ برای مشاهده لینک ، لطفا با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]
4- مواد بسته بندی برای تازه و بهداشتی نگه داشتن مواد غذایی
5- بدنه وسایلی که انسان مداوم با آن تماس دارد( گوشی موبایل ، کیبورد و ...)

خصوصیات پلیمرهای نانو سیلور آنتی باکتریال :
1- اندازه ذرات نقره کمتر از 20 نانو متر است
450ppm2- غلظت تقریبی
3- مطابق با شرایط مختلف جوی
4- آنتی اسید و آنتی آنیون
5- سازگار با محیط زیست و غیر سمی
6- بی ضرر برای انسان
7- تاثیر داشتن روی باکتریها ، قارچها و... و خوشبو کننده
8- قابلیت از بین بردن ویروسها
9- صرفه اقتصادی و قابل رقابت از نظر عملکرد با دیگر فراورده ها

این پلیمرها باید در محیط سرد و خشک و به دور از آفتاب نگهداری شوند که تحت این شرایط تا دو سال قابل نگهداری هستند.
ذرات نانو سیلور را می توان به صورت پودر درآورد و در مواد و وسایل مختلف استفاده کرد ( مسواک ، خمیر دندان ) ، که در آن صورت به محض تماس ماده با آب ، نقره فعال شده و خاصیت آنتی باکتریال پیدا می کند.
طی آزمایشی که اخیرا دانشمندان، روی درمان بیماران مبتلا به ایدز به وسیله نانو سیلور انجام داده اند، متوجه شدند که ویروسهای HIV نوع1، به طور کامل از بین رفته اند و بدین ترتیب دانشمندان امیدوار شده اند که شاید بتوان این ویروس را به طور کامل از بین برد.
نانو سیلور یک دستاورد شگرف علمی از نانو تکنولوژی است که در عرصه های مختلف پزشکی، صنایع مختلف مثل کشاورزی و دامپروری و بسته بندی، لوازم خانگی، آرایشی، بهداشتی، و نظامی کاربرد دارد. این فناوری از طریق کنترل فعالیت عوامل بیماری زا در خدمت بشر می باشد. از این رو، به لحاظ بازدهی بالا، عملی بودن ، و افزایش ظرفیت ها و مقرون به صرفه بودن از نظر اقتصادی و سازگاری با محیط زیست و ماندگاری بسیار زیاد، در مقایسه با دیگر روشهای بهبود فرآوری و تولید ، ارجحیت دارد .

[sajadhoosein]

کاربردهای نانو تکنولوژی

یكی از این گروهها »لایه ها« است. لایه ها یك بعدی هستند كه در دو بُعد دیگر توسعه می یابند مانند فیلم های نازك و پوششها. برخی از قطعات كامپیوتر جزو این گروه هستند. گروه بعدی شامل موادی است كه دارای دو بعد هستند و در یك بعد دیگر گسترش می یابند و شامل لوله ها و سیمها می شوند. گروه مواد سه بعدی در نانو شامل ذرات، نقطه های كوانتمی (ذرات كوچك مواد نیمه هادیها) و نظایر آنها می شوند. دو ویژگی مهم، مواد نانو را از دیگر گروهها متمایز می سازد كه عبارتند از افزایش سطح مواد و تاثیرات كوانتمی. این عوامل می توانند باعث ایجاد تغییرات و یا به وجود آمدن خواص ویژه ای مانند تاثیر در واكنشها، مقاومت مكانیكی و مشخصه های ویژه الكتریكی در مواد نانو شوند. همانگونه كه اندازه این مواد كاهش می یابد، تعداد بیشتری از اتمها در سطح قرار خواهند گرفت برای مثال، اتم های موادی به اندازه۳۰ نانومتر به میزان۵ درصد،۱۰ نانومتر به میزان۲۰ درصد و۳ نانومتر به میزان۵۰ درصد در سطح قرار دارند. در نتیجه مواد نانو با ذرات كوچكتر در مقایسه با مواد نانو با ذرات بزرگتر دارای سطح بیشتری در واحد جرم هستند. با توجه به ازدیاد سطح در این مواد، تماس ماده با سایر عناصر بیشتر شده و موجب افزایش واكنش با آنها می شود. این عمل منجر به تغییرات عمده در شرایط مكانیكی و الكترونیكی این مواد خواهد شد. برای مثال سطوح بین ذرات كریستالها در بیشتر فلزات باعث تحمل فشارهای مكانیكی بر آن می شود. اگر این فلزات در مقیاس نانو ساخته شوند، با توجه به ازدیاد سطح بین كریستالها، مقاومت مكانیكی آن به شدت افزایش می یابد. برای مثال فلز نیكل در مقیاس نانو مقاومتی بیشتر از فولاد سخت شده دارد. به موازات تاثیرات ازدیاد سطح، اثرات كوانتمی با كاهش اندازه مواد (به مقیاس نانو) موجب تغییر در خواص این مواد می شود (تغییر در خواص بصری، الكتریكی و جاذبه). موادی كه تحت تاثیر این تغییرات قرار می گیرند ذرات كوانتمی، لیزرهای كوانتمی برای الكترونیك بصری هستند. همانگونه كه بیش از این گفته شد مواد نانو، به سه گروه یك، دو و سه بُعدی طبقه بندی شده اند. مواد نانوی یك بعدی: این مواد شامل فیلم های بسیار نازك و سطوح مهندسی است و در ساخت ابزار الكتریكی و شیمیایی و مدارهای الكترونیكی ساده و مركب كاربرد وسیعی دارند. امروزه كنترل ضخامت لایه ها تا اندازه یك اتم صورت می پذیرد و ساختار این لایه ها حتی در مواد پیچیده ای مانند روانكارها شناخته شده است. لایه های مونو كه قطر آنها به اندازه یك ملكول و یا یك اتم است، در علوم شیمی كاربرد وسیعی دارند. یكی از كاربردهای این لایه ها ساخت سطوحی است كه خود را بازسازی كنند. مواد نانوی دوبعدی: به تازگی كاربرد مواد نانوی دو بعدی در تولید سیم و لوله ها افزایش یافته و توجه دانشمندان را به دلیل وجود خواص ویژه مكانیكی و الكترونیكی به خود جلب كرده است. در زیر به چند نمونه ساخته شده در این گروه اشاره می شود. نانو لوله های كربنی، CNTs : از رول كردن ورقهای گرافیتی یك یا چند لایه ساخته شده و قطر آنها چند نانو و طولشان چند میكرومتر است.ساختار مكانیكی این مواد مانند الماس بسیار سخت است اما در محورهای خود نرم و تاشو هستند.همچنین این مواد هادی الكتریكی بسیار عالی هستند. نوع غیر عالی نانو لوله های كربنی مانند مولیبید یوم دی سولفاید پس از CNTs ساخته شده است. این مواد دارای ویژگی های منحصر به فردی همچون روانكاری، مقاومت در برابر ضربات امواج شوكها، واكنشهای كاتالیزی و ظرفیت بالا در ذخیره هیدروژن و لیتیم هستند. لوله های مواد پایه اكسیدی مانند اكسید تیتانیم، برای كاربردهای كاتالیزی، كاتالیزرهای نوری و ذخیره انرژی به صورت تجاری به بازار عرضه شده اند. نانو سیمها: این سیمها از قرار گرفتن ذرات بسیار ریز از مواد مختلف به صورت خطی ساخته می شوند. نانوسیمهای نیمه هادی از سیلیكون، نیترات گالیم و فسفات ایندیوم ساخته شده و دارای قابلیتهای بسیار خوب نوری، الكتریكی و مغناطیسی است و نوع سیلیكونی این سیمها می تواند بخوبی در یك شعاع بسیار كوچك بدون آسیب رسانی به ساختار سیم خم شود. این سیمها برای ثبت مغناطیسی اطلاعات در حافظه كامپیوترها، وسایل نانوالكترونیكی و نوری و اتصال مكانیكی ذرات كوانتمی به كار می روند. بیوپلیمرها: انواع گوناگون بیوپلیمرها، مانند ملكولهای DNA ، در خودسازی نانوسیمها در تولید مواد بسیار پیچیده به كار می روند. همچنین این مواد دارای قابلیت اتصال نانو و بیوتكنولوژی برای ساخت سنسور و موتورهای كوچك هستند. مواد نانوی سه بعدی: این مواد به آن گروه تعلق دارد كه قطری كمتر از۱۰۰ نانومتر داشته باشند. مواد نانوی سه بعدی در اندازه های بزرگتر ساختار متفاوتی داشته و طیف وسیعی از مواد را در جهان تشكیل می دهند و صدها سال است كه به صورت طبیعی در زمین یافت می شوند. مواد تولید شده از عوامل فتوشیمیایی، فعالیت های آتش فشانها، مواد محترق از پختن غذا، مواد متصاعد از احتراق سوخت ماشین ها و مواد آلاینده تولید شده در صنایع جزو این گروه از مواد هستند. این مواد به علت رفتار متفاوت در واكنش های شیمیایی و بصری بسیار مورد توجه قرار دارند. برای مثال اكسید تیتانیوم و روی كه بصورت شفاف و فرانما، جاذب و منعكس كننده نور ماورای بنفش در صفحات خورشیدی به كار می روند در ابعاد نانو هستند. این مواد كاربردهای بسیار ویژه ای در ساخت رنگها و داروها (به ویژه داروهایی كه تجویز آنها فقط برای یك عضو مشخص بدن و بدون تاثیر بر سایر اعضاست) دارند. مواد نانوی سه بُعدی شامل مواد بسیاری می شود كه به چند نمونه از آنها اشاره می كنیم. كربن۶۰ (فوله رنس Fullerenes) : در اوایل سال۱۹۸۰ گروه جدیدی از تركیبات كربنی بنام كربن۶۰، ساخته شد. كربن۶۰ ، كروی شكل، به قطر۱ نانومتر و شامل۶۰ اتم كربن است كه به علت شباهت ساختار مولكولی آن با گنبدهای كروی ساخته شده توسط مهندس معماری بنام بوخ مینستر فولر بنام »فوله رنس« نامگذاری شد. در سال۱۹۹۰ ، روش های ساخت كوانتم های كربن۶۰ با مقاومت حرارتی میله های گرافیتی در محیط هلیم بدست آمد. این ماده در ساخت بلبرینگ های مینیاتوری و مدارهای الكترونیكی كاربرد وسیعی دارند. دِن دریمرز (Dendrimers) : دن دریمرز از یك ملكول پلیمر كروی تشكیل شده و با یك روش سلسله مراتبی خود سازی تولید می شوند. انواع گوناگونی از این مواد به اندازه های چند نانومتر وجود دارند. دن دریمرز در ساخت پوششها، جوهر و حمل دارو به بدن كاربرد فراوانی دارند. همچنین در تصفیه خانه ها به منظور بدام انداختن یونهای فلزات كه می توان به وسیله فیلترهای مخصوص از آب جدا شوند از این مواد استفاده می شود. ذرات كوانتمی: مطالعات در مورد ذرات كوانتمی در سال۱۹۷۰ شروع شد و در سال۱۹۸۰ این گروه از مواد نانوی نیمه هادی ساخته شدند. اگر ذرات این نیمه هادی ها به اندازه كافی كوچك شوند، تاثیرات كوانتمی ظاهر شده و می توانند میزان انرژی الكترونها و حفره ها را كاهش دهند. از آنجایی كه انرژی با طول موج ارتباط مستقیم دارد در نتیجه خواص نوری مواد بصورت بسیار حساس قابل تنظیم خواهد شد و می توان با كنترل ذرات، جذب یا دفع طول موج خاص در یك ماده را امكان پذیر ساخت. به تازگی با ردگیری مولكولهای بیولوژی با كنترل سطح انرژی این ماده، كاربردهای جدیدی از آن كشف شده است. در حال حاضر استفاده از مواد نانو رو به افزایش است و به علت خواص بسیار ویژه آنها، تحقیقات در یافتن مواد جدید همچون گذشته ادامه دارد.

[sajadhoosein]

همه چيز درباره نانو تكنولوژي


براي ساختن ماشينهاي ملكولي بايد روش پروسه هاي طبيعي را دنبال كرد .

با تهيه نقشه هاي ساختاري بدن يعني آرايش ژنها و DNA كه ژنم ناميده شده است و به موازات آن دست يافتن به تكنولوژي مادون ريز ، در دراز مدت تحولات بسياري در هستي ايجاد خواهد شد . توليد مواد جديد ، گياهان ، جانداران و حتي انسان متحول خواهد شد . اشكالات ساختاري موجودات در طبيعت رفع مي شود و با تركيب و خواص اورگانيك گياهان و جانوران ، موجودات جديدي با خواص فوق العاده و شخصيتهاي متفاوت بوجود خواهد آمد .آينده علوم و مهندسي كه چندين گرايشي Multi- Disciplinary )) است ، به طرف توليد ماشينهاي مولكولي سوق داده خواهد شد تا در نهايت بتواند مجموعه هاي كارآيي از پيوندهاي ارگانيك و سايبريك را عرضه نمايد .

هستي را به رايانه ( سخت افزار ) و برنامه ( نرم افزار ) كه دو پديده مختلف ولي ادغام شده هستند ، مي توان تشبيه كرد . سخت افزار مصداق ماده ( اغلب اتم هيدروژن ) و نرم افزار يا برنامه ، قابليت نهفته در خلقت آن است . اتم به نظر ساده و ابتدايي هيدروژن در طي ميلياردها سال با قابليت نهفته در خود توانسته است ميليونها نوع آرايش مختلف را در هستي بوجود آورد . بشر از بوجود آوردن اساس ماده عاجز است . ولي در برنامه ريزيهاي جديد و يافتن اشكال ديگري از آنچه در طبيعت وجود دارد ، پيش خواهد رفت . طبيعت را خواهد شناخت و به اصطلاح ، قفلهاي شگفت آور آن را باز خواهد كرد . احتمالا انسان در شرايط مناسبتري از درجه حرارت و فشار كه درتشكيل طبيعي مواد مختلف از هيدروژن لازم است ، بتواند اتمهاي مورد نباز خود را توليد كند ، سيارات ديگري را در نهايت در اختيار بگيرد و بعيد نيست كه نواده هاي دوردست ما بتوانند در نيمه هاي راه ابديت در اكثر نقاط جهان هستي و كهكشانها سكني گزينند.

به احتمال زياد قبل از پايان هزاره سوم انسانها در بدن خود انواع لوازم مصنوعي و ديجيتالي راخواهند داشت. . از بيماري ، پيري ، درد ستون فقرات ، كم حافظه اي و... رنج نخواهند برد .قابليت فهم و تحليل اطلاعات در مغز آنها در مقايسه با امروز بي نهايت خواهد شد . در هزاره هاي آينده انسانهاي طبيعي مانند امروز احتمالا براي مطالعات پژوهشي نگهداري شده و به نمونه هاي آزمايشگاهي و بطور حتم قابل احترام تبديل خواهند شد و مردمان آينده از اينهمه درد و ناراحتي كه اجداد آنها در هزاره هاي قبل كشيده اند ، متعجب و متاثر خواهند بود .

اكنون جا دارد همگام با تحولات جديد در مهندسي و علوم ، دانشگاهها و مراكز تحقيقاتي بطور جدي به پژوهشهاي تكنولوژي مادون ريز مشغول شوند تا حداقل ما هم بتوانيم مرزهاي دانش روز را به نسلهاي آينده تحويل دهيم و در تشكلهاي جديد هستي سهمي داشته باشيم . باشد هرچه زودتر به خود آييم و عمق شكوهمند و معجزه آساي انديشه بشررا دريابيم و از كوتاه بيني و افكار فرسوده موروثي فاصله بگيريم . گفته شيخ اجل سعدي در آينده مصداق واقعي تري خواهد داشت :

چه انتظاري بايد از نانوتكنولوژي داشت :

اين تكنولوژي جديد توانايي آن را دارد كه تاثيري اساسي بر كشورهاي صنعتي در دهه هاي آينده بگذارد . در اينجا به برخي از نمونه هاي عملي در زمينه نانوتكنولوژي كه بر اساس تحقيقات و مشاهدات بخش خصوصي به دست آمده است ، اشاره مي شود .

انتظار مي رود كه مقياس نانومتر به يك مقياس با كارايي بالا و ويژگيهاي منحصربفرد ، طوري ساخته خواهند شد كه روش شيمي سنتي پاسخگوي اين امر نمي تواند باشد .

· نانوتكنولوژي مي تواند باعث گسترش فروش سالانه 300 ميليارد دلار براي صنعت نيمه هاديها و 900 ميليون دلار براي مدارهاي مجتمع ، طي 10 تا 15 سال آينده شود .

· نانوتكنولوژي ، مراقبتهاي بهداشتي ، طول عمر ، كيفيت و تواناييهاي جسمي بشر را افزايش خواهد داد .

· تقريبا نيمي از محصولات دارويي در 10 تا 15 سال آينده متكي به نانوتكنولوژي خواهد بود كه اين امر ، خود 180 ميليارد دلار نقدينگي را به گردش درخواهد آورد .

· كاتاليستهاي نانوساختاري در صنايع پتروشيمي داراي كاربردهاي فراواني هستند كه پيش بيني شده است اين دانش ، سالانه 100 ميليارد دلار را طي 10 تا 15 سال آينده تحت تاثير قرار دهد .

· نانوتكنولوژي موجب توسعه محصولات كشاورزي براي يك جمعيت عظيم خواهد شد و راههاي اقتصادي تري را براي تصويه و نمك زدايي آب و بهينه سازي راههاي استفاده از منابع انرژيهاي تجديد پذير همچون انرژي خورشيدي ارائه نمايد . بطور مثال استفاده از يك نوع انباره جريان گذرا با الكترودهاي نانولوله كربني كه اخيرا آزمايش گرديد ، نشان داد كه اين روش 10 بار كمتر از روش اسمز معكوس ، آب دريا را نمك زدايي مي كند .

· انتظار مي رود كه نانوتكنولوژي نياز بشر را به مواد كمياب كمتر كرده و با كاستن آلاينده ها ، محيط زيستي سالمتر را فراهم كند . براي مثال مطالعات نشان مي دهد در طي 10 تا 15 سال آينده ، روشنايي حاصل از پيشرفت نانوتكنولوژي ،مصرف جهاني انرژي را تا 10 درصد كاهش داده ، باعث صرفه جويي سالانه 100 ميليارد دلار و همچنين كاهش آلودگي هوا به ميزان 200 ميليون تن كربن شود.

در چند سال گذشته بازارچند ميليارد دلاري برپايه نانوتكنولوژي كسترش يافته اند . براي مثال در ايالات متحده ، IBM براي هد ديسكهاي سخت ، يك سري حسگرهاي مغناطيسي را ابداع كرده است .

Eastern Kodak و 3M تكنولوژي ساخت فيلمهاي نازك نانو ساختاري را به وجود آورده اند . شركت Mobil كاتاليستهاي نانو ساختاري را براي دستگاههاي شيميايي توليد كرده است و شركت Merck ، داروهاي نانوذره اي را عرضه كرده است . تويوتا در ژاپن مواد پليمري تقويت شده نانوذره اي را براي خودروها و Samsung Electronics در كره ، در حال كار بر روي سطح صفحات نمايش توسط نانولوله هاي كربني هستند . بشر درست در ابتداي مسير قرار دارد و فقط چندين محصول تجاري از نانوساختارهاي يك بعدي بهره مي گيرند ( نانو ذرات ، نانو لوله ها ، نانو لايه و سوپر لاستيكها ) . نظزيات جديد و روشهاي مقرون به صرفه توليد نانوساختارهاي دو و سه بعدي از موضوعات مورد بررسي آينده مي باشند.

نانو تكنولوژي يا كاربرد فناوري در مقياس يك ميليونيم متر، جهان حيرت انگيزي را پيش روي دانشمندان قرار داده است كه در تاريخ بشريت نظيري براي آن نمي توان يافت. پيشرفتهاي پرشتابي كه در اين عرصه بوقوع مي پيوندد، پيام مهمي را با خود به همراه آورده است: بشر در آستانه دستيابي به توانايي هاي بي بديلي براي تغيير محيط پيرامون خويش قرار گرفته است و جهان و جامعه اي كه در آينده اي نه چندان دور به مدد اين فناوري جديد پديدار خواهد شد، تفاوت هايي بنيادين با جهان مالوف آدمي در گذشته خواهد داشت.

به گزارش ايرنا نانو تكنولوژي نظير هر فناوري ديگري چونان يك تيغ دولبه است كه مي توان از آن در مسير خير و صلاح و يا نابودي و فنا استفاده به عمل آورد. گام اول در راه بهره گيري از اين فناوري شناخت دقيق تر خصوصيات آن و آشنايي با قابليت هاي بالقوه اي است كه در خود جاي داده است. در خصوص نانو تكنولوژي يك نكته را مي توان به روشني و بدون ابهام مورد تاكيد قرار داد: اين فناوري جديد هنوز، حتي براي متخصصان، شناخته شده نيست و همين امر هاله ابهامي را كه آن را در برگرفته ضخيمتر مي كند و راه را براي گمانزني هاي متنوع هموار مي سازد.

كساني بر اين باورند كه اين فناوري نظير هيولايي فرانكشتين در داستان مري شلي و يا همانند جعبه پاندورا در اسطوره هاي يونان باستان، مرگ و نابودي براي ابناي بشر درپي دارد. در مقابل گروهي نيز معتقدند كه به مدد توانايي هاي حاصل از اين فناوري مي توان عالم را گلستان كرد.

در حال حاضر 450 شركت تحقيقاتي- تجاري در سراسر جهان و 270 دانشگاه در اروپا، آمريكا و ژاپن با بودجه اي كه در مجموع به 4 ميليارد دلار بالغ مي شود سرگرم انجام تحقيقات در عرصه نانو تكنولوژي هستند. در اين قلمرو اتمها و ذرات رفتاري غيرمتعارف از خود به نمايش مي گذارند و از آنجا كه كل طبيعت از همين ذرات تشكيل شده، شناخت نحوه عمل آنها، به يك معنا شناخت بهتر نحوه شكل گيري عالم است. به اين ترتيب دانشمنداني كه در اين قلمرو به كاوش مشغولند، به يك اعتبار با ذهن و ضمير خالق هستي و نقشه شگفت انگيز او در خلقت عالم آشنايي پيدا مي كنند، اما از آنجا كه دانايي توانايي به همراه مي آورد، شناسايي رازهاي هستي مي تواند توان فوق العاده اي را در اختيار كاشفان اين رازها قرار دهد. تحقيق در قلمرو نانو تكنولوژي از اواخر دهه 1950 آغاز شد و در دهه 1990 نخستين نتايج چشمگير از رهگذر اين تحقيقات عايد گرديد.

از جمله آنكه يك گروه از محققان شركت آي بي ام موفق شدند35 اتم گزنون را بر روي يك صفحه از جنس نيكل جاي دهند و با كمك اين تك اتمها نامي را بر روي صفحه نيكلي درج كنند. محققان ديگر به بررسي درباره ساختارهاي ريز موجود در طبيعت نظير تار عنكبوت ها و رشته هاي ابريشم پرداختند تا بتوانند موادي نازك تر و مقاوم تر توليد كنند. در اين ميان ساخت يك نوع مولكول جديد كربن موسوم به باكمينسترفولرين يا كربن- 60 راه را براي پژوهشهاي بعدي هموارتر كرد. محققان با كمك اين مولكول كه خواص حيرت انگيز آن هنوز در درست بررسي است، لوله هاي موئينه اي در مقياس نانو ساخته اند كه مي تواند براي ايجاد ساختارهاي مختلف در تراز يك ميليونيم متر مورد استفاده قرار گيرد. بررسي هايي كه در ابعاد نانو بر روي مواد مختلف صورت گرفته و خواص تازه اي را آشكار كرده است. به عنوان مثال ذرات سيليكن در اين ابعاد از خود نور ساطع مي كنند و لايه هاي فولاد در اين مقياس از استحكام بيشتري در قياس با صفحات بزرگتر اين فلز برخوردارند.

برخي شركتها از هم اكنون بهره برداري از برخي يافته هاي نانوتكنولوژي را آغاز كرده اند. به عنوان نمونه شركت آرايشي اورال از مواد نانو در محصولات آرايشي خود استفاده مي كند تا بر ميزان تاثير آنها بيفزايد. ساخت ديودهاي نوري با استفاده از مواد نانو موجب مي شود تا 80درصد در هزينه برق صرفه جويي شود. توپهاي تنيسي كه با كربن 60 ساخته شده و روانه بازار گرديده سبكتر و مستحكمتر از توپهاي عادي است. شركتهاي ديگر با استفاده از مواد نانو پارچه هايي توليد كرده اند كه با يك بار تكاندن آنها مي توان حالت اتوي اوليه را به آنها بازگرداند و همه چين و چروكهايشان را زايل كرد. با همين يك بار تكان همه گردوخاكي كه به اين پارچه ها جذب شده اند نيز پاك مي شوند. نوارهاي زخم بندي هوشمندي با اين مواد درست شده كه به محض مشاهده نخستين علائم عفونت در مقياس مولكولي، پزشكان را مطلع مي سازند.

از همين نوع مواد همچنين ليوانهايي توليد شده كه قابليت خود- تميزكردن دارند. لنزها و عدسيهاي عينك ساخته شده از جنس مواد نانو ضد خش هستند و يك گروه از محققان تا آنجا پيش رفته اند كه درصددند با مواد نانو پوششهاي مناسبي توليد كنند كه سلولهاي حاوي ويروسهاي خطرناك نظير ويروس ايدز را در خود مي پوشاند و مانع خروج آنها مي شود. مهمترين نكته درباره موقعيت كنوني فناوري نانو آن است كه اكنون دانشمندان اين توانايي را پيدا كرده اند كه در تراز تك اتمها به بهره گيري از آنها بپردازند و اين توانايي بالقوه مي تواند زمينه ساز بسياري از تحولات بعدي شود. يك گروه از برجسته ترين محققان در حوزه نانوتكنولوژي بر اين اعتقادند كه مي توان بدون آسيب رساندن به سلولهاي حياتي، در درون آنها به كاوش و تحقيق پرداخت. شيوه هاي كنوني براي بررسي سلولها بسيار خام و ابتدايي است و دانشمندان براي شناخت آنچه كه در درون سلول اتفاق مي افتد ناگزيرند سلولها را از هم بشكافند و در اين حال بسياري از اطلاعات مهم مربوط به سيالهاي درون سلول يا ارگانلهاي موجود در آن از بين مي رود.

يك گروه از محققان كه در گروهي موسوم به اتحاد سيستمهاي زيستي گرد آمده اند، سرگرم تكميل ابزارهاي ظريفي هستند كه هدف آن بررسي اوضاع و احوال درون سلول در زمان واقعي و بدون آسيب رساندن به اجزاي دروني سلول يا مداخله در فعاليت بخشهاي داخلي آن است. ابزاري كه اين گروه مشغول ساخت آن هستند رديف هايي از لوله ها يا سيمهاي بسيار ظريفند كه قادرند وظايف مختلفي را به انجام برسانند از جمله آنكه هزاران پروتئيني را كه به وسيله سلولها ترشح مي شود شناسايي كند. گروههاي ديگر از محققان نيز به نوبه خود سرگرم توليد دستگاهها و ابزارهاي ديگر براي انجام مقاصد علمي ديگر هستند.

به عنوان نمونه يك گروه از محققان سرگرم تكميل فيبرهاي نوري در ابعاد نانو هستند كه قادر خواهند بود مولكولهاي مورد نظر را شناسايي كنند. گروهي نيز دستگاهي را دردست ساخت دارند كه با استفاده از ذرات طلا مي تواند پروتئين هاي معيني را فعال سازد يا از كار بيندازد. به اعتقاد پژوهشگران براي آنكه بتوان از سلولها در حين فعاليت واقعي آنها اطلاعات مناسب به دست آورد، بايد شيوه تنظيم آزمايشها را مورد تجديدنظر اساسي قرار داد. سلولها در فعاليت طبيعي خود امور مختلفي را به انجام مي رسانند: از جمله انتقال اطلاعات و علائم و داده ها ميان خود، ردوبدل كردن مواد غذايي و بالاخره سوخت و ساز و اعمال حياتي. يك گروه از روش تازه اي موسوم به الگوي انتقال ابر - شبكه استفاده كرده اند كه ساخت نيمه هاديهاي نانومتري به قطر تنها 8 نانومتر را امكان پذير مي سازد. هريك از اين لوله هاي بسيار ريز بالقوه مي توانند يك پادتن خاص يا يك اوليگو نوكلئو اسيد و يا يك بخش كوچك از رشته دي ان اي بر روي خود جاي دهند.

با كمك هر تراشه مي توان 1000 آزمايش متفاوت بر روي يك سلول انجام داد. براي دستيابي به موفقيت كامل بايد بر برخي از محدوديتها غلبه شود، ازجمله آنكه درحال حاضر براي بررسي سلولها بايد آنها را در درون مايعي قرار داد كه مصنوعاً محيط زيست طبيعي سلولها را بازسازي مي كند، اما يون موجود در اين مايع مي تواند سنجنده هاي موئينه را از كار بيندازد. براي رفع مشكل، محققان سلولها را درون مايعي جاي مي دهند كه چگالي يون آن كمتر است. گروههاي ديگري از محققان نيز در تلاشند تا ابزارهاي مناسب در مقياس نانو براي بررسي جهان سلولها ابداع كنند. يكي از اين ابزارها چنانكه اشاره شد يك فيبر نوري است كه ضخامت نوك آن 40 نانومتر است و بر روي نوك نوعي پادتن جا داده شده كه قادر است خود را به مولكول مورد نظر در درون سلول متصل سازد. اين فيبر نوري با استفاده از فيبرهاي معمولي و تراش آنها ساخته شده و بر روي فيبر پوششي از نقره اندود شده تا از فرار نور جلوگيري به عمل آورد. نحوه عمل اين فيبر نوري درخور توجه است.

از آنجاكه قطر نوك اين فيبر نوري، از طول موج نوري كه براي روشن كردن سلول مورد استفاده قرار مي گيرد به مراتب بزرگتر است، فوتونهاي نور نمي توانند خود را تا انتهاي فيبر برسانند، درعوض در نزديكي نوك فيبر مجتمع مي شوند و يك ميدان نوري بوجود مي آورند كه تنها مي تواند مولكولهايي را كه در تماس با نوك فيبر قرار مي گيرند تحريك كند. به نوك اين فيبر نوري يك پادتن متصل است و محققان به اين پادتن يك مولكول فلورسان مي چسبانند و آنگاه نوك فيبر را به درون يك سلول فرو مي كنند. در درون سلول، نمونه مشابه مولكول فلورسان نوك فيبر، اين مولكول را كنار مي زند و خود جاي آن را مي گرد. به اين ترتيب نوري كه از مولكول فلورسان ساطع مي شد از بين مي رود و فضاي درون سلول تنها با نوري كه به وسيله ميدان موجود در فيبر نوري بوجود مي آيد روشن مي شود و درنتيجه محققان قادر مي شوند يك تك مولكول را در درون سلول مشاهده كنند.

مزيت بزرگ اين روش در آن است كه باعث مرگ سلول نمي شود و به دانشمندان اجازه مي دهد درون سلول را در هنگام فعاليت آن مشاهده كنند. نانو تكنولوژي همچنين به محققان امكان مي دهد كه بتوانند رويدادهاي بسيار نادر يا مولكولهاي با چگالي بسيار كم را مشاهده كنند. به عنوان مثال بلورهاي مينياتوري نيمه هاديهاي فلزي در يك فركانس خاص از خود نور ساطع مي كنند و از اين نور مي توان براي مشخص كردن مجموعه اي از مولكولهاي زيستي و الصاق برچسب براي شناسايي آنها استفاده كرد. به نوشته هفته نامه علمي نيچر چاپ انگلستان يك گروه از محققان دانشگاه ميشيگان نيز توانسته اند سنجنده خاصي را تكميل كنند كه قادر است حركت اتمهاي روي را در درون سلولها دنبال كند و به دانشمندان در تشخيص نقايص زيست عصبي مدد رساند.

از ابزارهاي در مقياس نانو همچنين مي توان براي عرضه مؤثرتر داروها در نقاط موردنظر استفاده به عمل آورد. در آزمايشي كه بتازگي به انجام رسيده نشان داده شده است كه حمله به سلولهاي سرطاني با استفاده از ذرات نانو 100برابر بازده عمل را افزايش مي دهد. محققان اميدوارند در آينده اي نه چندان دور با استفاده از نانو تكنولوژي موفق شوند امور داخلي هر سلول را تحت كنترل خود درآورند. هم اكنون گامهاي بلندي در اين زمينه برداشته شده و به عنوان نمونه دانشمندان مي توانند فعاليت پروتئينها و مولكول دي ان اي را در درون سلول كنترل كنند. به اين ترتيب نانو تكنولوژي به محققان امكان مي دهد تا اطلاعات خود را درباره سلولها يعني اصلي ترين بخش سازنده بدن جانداران به بهترين وجه كامل سازند

[sajadhoosein]

ارائه‌ي نامعادله‌اي براي تعيين رفتار الکترون‌هاي نانوساختارها



پژوهشگران با استفاده از محاسبات و معادلات رياضي، نامعادله‌اي را ارائه کرده‌اند که مي‌تواند مشخص کند الکترون‌ها در نانوساختارها از قوانين مکانيک کلاسيک يا کوانتوم پيروي مي‌کنند.

درک فرايند انتقال الکترون‌ها در نانوساختارها و مولکول‌هاي زيستي براي درک ويژگي‌هايي نظير هدايت الکتريکي يا رفتارهاي زيست‌شيميايي مولکول‌ها بسيار حائز اهميت است. تشخيص اين که آيا الکترون‌ها بر مبناي قوانين کلاسيک حرکت مي‌کنند يا از قوانين مکانيکي کوانتوم در مقياس نانو تبعيت مي‌کنند، بسيار چالش‌برانگيز است، زيرا برخي از نانوساختارها الگوهاي رفتاري بين مکانيک کلاسيک و مکانيک کوانتوم دارند. پژوهشگران مؤسسه‌ي علوم پيشرفته RIKEN با همکاري همتايان آلماني خود به روابطي دست يافتند که مي‌تواند مشخص کند آيا الکترون‌ها در نانوساختارها از قوانين مکانيک کوانتوم پيروي مي‌کنند يا مکانيک کلاسيک.

در دنياي ماکروسکوپي، اجسام از قوانين حرکتي مکانيک کلاسيک تبعيت مي‌کنند؛ مانند حرکت توپ‌هاي بيليارد، اما در مقياس ميکروسکوپي، الکترون‌ها از قوانين مکانيک کوانتومي پيروي مي‌کنندکه برمبناي قوانين احتمالات است. اندازه‌گيري شاخص‌هاي سيستم‌هاي مکانيک کوانتوم چالش‌برانگيز است.

[ برای مشاهده لینک ، لطفا با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ] مشاهده تجربي شناسايي ويروس‌هاي VSV با يك شيفت- قرمز قوي پلاسمونيکي.
نيل لامبرت، از محققان اين پروژه در دانشگاه ميشيگان، مي‌گويد که در دنياي ميکروسکوپي اندازه‌گيري ايده‌آل بدون وارد کردن اختلال در سيستم، کار بسيار دشواري است؛ بنابراين تشخيص سيستم مکانيک کوانتوم از سيستم تهاجمي مکانيک کلاسيک مشکل است. بسيار مهم است که مطمئن شويم که نتايج آزمايش‌ها ناشي از اثرات مکانيک کلاسيک نيست، تا اين نتايج را به رفتار مکانيک کوانتوم نسبت ندهيم.

پژوهشگران عبور الکترون از يک ماده‌ي بسيار کوچک به نام نقطه‌ي کوانتومي را به‌عنوان سيستم مدل در نظر گرفتند. لامبرت دربار‌ه‌ي اين مدل مي‌گويدکه نتايج نشان داد که حتي اندازه‌گيري عبور جريان از ميان نقطه‌ي کوانتومي، يک اندازه‌گيري تهاجمي است. براي تعيين اثرات کوانتومي، لامبرت و همکارانش، يکسري عبارات نامعادله‌ي رياضي را تدوين کردند و داده‌هاي بحراني آزمايشگاهي را روي آنها اعمال کردند. حال اگر اطلاعاتي به اين نامعادله داده شود و مقادير آن بيش از حد بحراني مذکور باشد، آنگاه مي‌توان گفت که اين اطلاعات از سيستمي آمده که رفتار کوانتومي دارد. اين گروه تحقيقاتي در شبيه‌سازي‌هاي خود محل‌هاي مختلفي را يافتند که در دماهاي پايين، اثرات کوانتومي در تحرک‌هاي الکترون‌هاي درون نقاط کوانتومي اتفاق مي‌افتد.

اين نامعادله که از يافته‌هاي محققان است، بر پايه‌ي اصول بنيادي است و از اين رو نه تنها مي‌تواند درباره‌ي انتقال الکترون از ميان نقاط کوانتومي به کار برده شود، بلکه مي‌تواند براي تمام سيستم‌هاي انتقال الکترون در فضاي ميکروسکوپي کاربرد داشته باشد. محققان اين پروژه معتقدند که به‌زودي مي‌توان تشخيص داد که آيا الکترون موجود در نانوساختارها از قوانين مکانيک کوانتوم پيروي مي‌کند يا تابع قوانين مکانيک کلاسيک است.

[sajadhoosein]

مطالعه ويژگي‌هاي مغناطيسي نانوذرات با استفاده از نانوحفرات زيستي



تمام موجودات زنده از باکتري‌ها گرفته تا پستانداران، از نانوحفرات کروي پروتئيني به نام فريتين ("ferritin") براي ذخيره آهن بهره مي‌برند. در سال‌هاي اخير از اين قالب‌هاي زيستي براي سنتز نانوذرات مواد مغناطيسي و همچنين نانوذرات فلزات نجيب و نيمه‌رساناها استفاده شده است. در بررسي‌هاي انجام شده مشاهده گرديده است که محيط زيستي تا حد زيادي تعيين‌کننده هسته‌زايي و رشد هسته‌هاي معدني است. با اين حال چگونگي تأثير اين محيط بر ويژگي‌هاي مغناطيسي نسبتاً ناشناخته مانده است.

حال مطالعه تطبيقي ساختار و مغناطيسي شدن هسته‌هاي maghemite در مراحل مختلف تشکيل نشان مي‌دهد که اين ساختارها از نظر مغناطيسي شبيه نانوذرات توخالي رفتار مي‌کنند. اثر نقاط سطحي و بي‌نظمي‌هاي ساختاري مربوط به آنها تا حد زيادي ممان مغناطيسي را کاهش مي‌دهد، اما موجب افزايش آنيزوتروپي مغناطيسي مي‌شود. آنيزوتروپي پارامتري است که تعيين‌کننده پايداري حافظه مغناطيسي نانوذرات است.

[ برای مشاهده لینک ، لطفا با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ] مراحل مختلف تشکيل مگنتوفريتين
اين گروه ميان‌رشته‌اي از محققان که شامل فيزيک‌دان‌هاي موسسه علوم مواد آراگون (ICMA-CSIC) و زيست‌شيمي‌دان‌هاي دانشگاه زاراگوزا (هر دو در اسپانيا) مي‌باشد، از تعدادي از روش‌هاي مکمل همچون ميکروسکوپي نيروي اتمي، ميکروسکوپي الکتروني، پراش اشعه ايکس، مغناطيس‌سنجي SQUID و طيف‌سنجي موزبائر استفاده کردند.

هسته‌هاي مگنتوفريتين در مراحل اوليه تشکيل بسيار بي‌نظم و شبيه ماه‌هاي نصفه هستند؛ ميزان بلورينگي اين هسته‌ها بسيار پايين است که از رشد همزمان در نقاط هسته‌زايي مختلف درون حفره پروتئيني ناشي مي‌شود. نانوذرات مگنتوفريتين در مقايسه با maghemite توده‌اي که نزديک‌ترين خويشاوند اولين مغناطيس شناخته شده (مگنتيت) است، خاصيت مغناطيسي بسيار کمتري دارند.

توضيح قابل قبول براي اين اثر که از داده‌هاي مغناطيسي و طيف‌سنجي نشأت گرفته است اين است که هر يک از چندين کريستاليت تشکيل‌دهنده يک هسته مگنتوفريتين داراي ممان مغناطيسي با جهت‌گيري تصادفي هستند. با استفاده از مطالعات مغناطيسي وابسته به زمان، آنيزوتروپي بسيار قوي که اين پديده را توجيه نمايد، مشاهده شده است. اين رفتار به وجود نقاط تماس سطحي بسيار زياد نسبت داده مي‌شود که مشخصه نانوذرات رشد يافته در قالب‌هاي زيستي است.

شايد بتوان از ويژگي‌هاي غيرمعمول نانوذرات مبتني بر فريتين براي مطالعه ويژگي‌هاي مغناطيسي سطحي در maghemite يا مواد مغناطيسي ديگر بهره برد. اين قابليت به خصوص براي مطالعه نانومواد آنتي‌فرومغناطيسي جذابيت دارد که ممان مغناطيسي آنها تقريباً به طور کامل توسط اسپين‌هاي خنثي نشده در سطح تعيين مي‌شود. از نقطه نظر فناوري، برهمکنش ميان پروتئين و هسته‌هاي تشکيل شده مي‌تواند به پايداري بيت‌هاي مغناطيسي در برابر نوسانات دمايي کمک کند.

[sajadhoosein]

پيشرفتي جديد در فرايند رسوب‌دهي لايه به لايه
روکش‌ها موجب عامل‌دار شدن سطوح مي‌شوند تا از آنها در برابر فرايندهاي مختلفي همچون خوردگي، سايش و فرسايش محافظت کرده و يا ظاهر زيبايي به آنها ببخشند. روکش‌هاي خودرو و تابه‌هاي نچسب مثال‌هاي خوبي در اين زمينه هستند. از سوي ديگر لنزهاي تماسي، قطعات کاشتني بدن، LEDها و پيل‌هاي فتوولتائيک به روکش‌هاي بسيار نازکي نياز دارند. حال گروهي از محققان موسسه Charles Sadron (واقع در استراسبورگ فرانسه) به رهبري گرو دچر يک فرايند جديد براي توليد روکش‌هاي بسيار نازک ارائه کرده‌اند که ساده، چندمنظوره و براي فرايندهاي مقياس بزرگ، مناسب است.
[ برای مشاهده لینک ، لطفا با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ] اين يک تصوير ميكروسكوپ الکتروني روبشي از يک افزاره نانوسيمي است که داراي الکترودهاي درگاهي جهت کنترل الکتريکي کيوبيت‌ها و نيز الکترودهاي چشمه و خروجي جهت مطالعه حالت‌هاي کيوبيتي مي‌باشد.
يکي از فرايندهاي ساده و در عين حال قدرتمند براي توليد فيلم‌هاي نانوساختار، روش رسوب‌دهي لايه به لايه است. در اين روش دو جزء برهمکنش‌کننده، همچون پليمرهاي باردار منفي و مثبت، به صورت يک در ميان از محلول روي سطح جذب شده و از طريق فرايند خودآرايي، فيلم‌هاي نازک هيبريدي را شکل مي‌دهند. يکي از پيشرفت‌هايي که در اين روش صورت گرفته است، استفاده از رسوب‌دهي پاششي است که در آن بخارهاي اتمي حاوي هر دو جزء، به صورت يک در ميان روي سطح اسپري مي‌شوند. اين امر موجب تسريع فرايند شده و امکان افزايش مقياس توليد تا سطح صنعتي را فراهم مي‌نمايد.

حال محققان فرانسوي و آلماني توانسته‌اند پيشرفت ديگري در اين حوزه ايجاد نمايند. در روش «روکش‌دهي پاششي همزمان اجزاي برهمکنش‌کننده» يا SSCIS، دو جزء مکمل به صورت يک در ميان اسپري نشده، بلکه به طور همزمان روي سطح پاشيده مي‌شوند. اجزاي فعال بسته به شرايط فرايند به سرعت يک لايه پيوسته را روي سطح تشکيل مي‌دهند. ضخامت لايه ايجاد شده را مي‌توان با کنترل زمان پاشش از چند نانومتر تا چند ميکرومتر تغيير داد. اين فرايند منجر به ايجاد يک لايه بسيار يکنواخت مي‌شود که حتي داراي کيفيت لازم براي کاربردهاي اُپتيکي مي‌باشد. اين فرايند تک‌مرحله‌اي، ارزان، قوي، کاربرپسند و به شکلي باورنکردني، چندمنظوره است. در تئوري مي‌توان تمام موادي را که با هم برهمکنش دارند (مثل يون‌هاي معدني با بار مخالف) در اين فرايند مورد استفاده قرار داد. بنابراين مي‌توان فيلم‌هاي نازکي از فلوئوريد کلسيم (براي اجزاي اُپتيکي) يا فسفات کلسيم (براي استفاده در مواد زيستي) را روي سطح رسوب داد.

جالب اين است که اين فرايند در مورد زوج‌هايي که در صورت استفاده در فرايند رسوب‌دهي لايه به لايه، لايه‌هاي سالمي تشکيل نمي‌دهند، موثر است.

جزئيات اين تحقيق در مجله Angewandte Chemie منتشر شده است.

[sajadhoosein]

کمک به کاهش عوارض جانبي در پيوند استخوان



محققان شرکت فن‌آوري بن‌ياخته موفق به توليد داربست‌هاي مناسبي براي مهندسي بافت استخوان شده‌اند. با استفاده از اين داربست‌ها، عوارض جانبي پيوند استخوان کاهش مي‌يابد.

امروزه عمده‌ترين روش‌پيوندزني استخوان، پيوندزني آلوپيوند و اتوپيوند است که اين روش‌ها خطرات مختلفي از جمله فساد مراکز دهنده، ناهنجاري‌هاي تغذيه بافت پيوند زده شده، صدمات و عوارض جانبي، ناراحتي و رنج مريض را با خود به همراه دارند.

مهندس سيد شهروز زرگريان، کارشناس‌ ارشد مهندسي پليمر، در زمينه‌ي توليد داربست‌هاي مناسب براي مهندسي بافت استخوان به روش الکتروريسي فعاليت مي‌کند.

به گفته‌ي مهندس زرگريان، توليد نانوالياف به روش الکتروريسي به دهه‌ي 80 ميلادي باز مي‌گردد. در اين روش با اعمال ميدان الکتريکي به محلول پليمري مي‌توان اليافي بسيار نازک از آن جدا کرد و با بهينه سازي شرايط، قطر آنها را تا حدود کمتر از 100 نانومتر رساند. از ويژگي‌هاي اين روش مي‌توان به سهولت فرآيند، وفق‌پذيري و کم هزينه بودن آن اشاره کرد.

وي در گفتگو با بخش خبري سايت ستاد ويژه‌ي توسعه‌ي فناوري نانو با بيان اين مطلب که «استفاده از روش الکتروريسي در اين پژوهش، موجب برتري اين محصول شده‌است»، افزود: «داربست پيوندي که ما تهيه کرده‌ايم داراي نانواليافي با قطر يکسان هستند، همچنين نقص‌هاي مورفولوژيکي آن به حداقل رسيده‌است. در نتيجه، اين داربست‌ها، استحکام مکانيکي بالايي دارند و تمايل سلول‌هاي بنيادي به‌آنها زياد است».

مهندس زرگريان در ادامه اظهار داشت: «از اين داربست مي‌توان در مصارف کلينيکي استفاده کرد. همچنين با تهيه‌ي استانداردهاي لازم و يافتن سرمايه‌گذار مي‌توان آن را در اندازه‌ها و مشخصات مورد نياز، به بازار ارايه کرد».

وي براي ساخت داربست اليافي نمدي و شبيه‌سازي بافت طبيعي استخوان از روش الکتروريسي در توليد نانوالياف استفاده کرده‌است. در اجزاي تشکيل‌دهنده داربست، سه قسمت پليمري مجزا و يک بخش معدني به کار گرفته شده‌است. از طرفي به منظور حصول حداکثر تأثير بخش غير آلي بستر و شبيه‌سازي شرايط طبيعي استخوان، نانوذرات هيدروکسي‌آپاتيت (Ca5(OH)(PO4)3]x]) ، با استفاده از روش محلولي در ميان نانوالياف گنجانده شده‌است. نانوذرات هيدروکسي‌آپاتيت به صورت مکعبي بوده و ابعاد آنها از 200 نانومتر کمتر است. همچنين زيست‌فعال و از دسته هدايت‌گرهاي استخواني است.

حضور نانوکريستال‌هاي هيدروکسي‌آپاتيت در کامپوزيت استخواني، به فرآيند هسته‌گذاري ثانويه در حين عمليات معدني‌سازي استخوان کمک شاياني کرده و انرژي نسبتاً زياد لازم براي شکل‌گيري آپاتيت را تامين مي‌کند.
پس از ساخت محلول‌ها و سوسپانسيون‌هاي مورد نياز، فرآيند الکتروريسي انجام شده و داربست‌هاي نانواليافي با درصدهاي پليمري و معدني متفاوت و ساختارهاي مختلف توليد گرديده‌است و در فاز دوم پروژه يعني بررسي‌هاي برون‌تني (In-vitro) به کار گرفته شده‌است.

اين پژوهشگر، تأثير پارامترهاي فرآيندي مختلف بر مورفولوژي داربست، قطر الياف، ميزان تخلخل، ميزان بلورينگي و استحکام نهايي را هم بررسي کرده‌است. با کمک ميکروسکوپ الکتروني روبشي به مشاهده مورفولوژي داربست پرداخته و توزيع قطر الياف را با استفاده از نرم‌افزار ايميج‌جي ترسيم نموده‌است. در ادامه کل فرآيند را به کمک بازخورد حاصل از بررسي تصاوير و دياگرام‌هاي توزيع قطر اصلاح کرده‌است. در انتها نيز ميزان چسبندگي، رشد، تکثير و تمايز سلول‌هاي بنيادي را با استفاده از دستگاه RTPCR (رونوشت معکوس واکنش زنجيري پليمراز) و کيت‌هاي مخصوص تشخيص پروتئين تخمين زده‌است.

شايان ذکر است که استفاده از داربست‌هاي مورد مطالعه در اين پژوهش، مشکلات روش‌هاي فعلي مهندسي بافت را ندارند، همچنين در اين روش به انجام جراحي دوم به منظور خارج کردن پيوند نيازي نيست.

اين پژوهش در شرکت فن‌آوري بن‌ياخته، با نظارت دکتر مسعود سليماني انجام شده‌است و جزئيات آن در مجله‌ي IPJ (جلد 19، صفحات 468-457، سال 2010) منتشر شده‌است.

[sajadhoosein]

افزايش ماندگاري آب پرتقال به‌کمک بسته‌بندي‌هاي نانوساختار



پژوهشگران دانشگاه صنعتي اصفهان، موفق به افزايش ماندگاري آب پرتقال تازه، از دو هفته به يك ماه با استفاده از بسته‌هاي حاوي نانوذرات نقره و اکسيد روي شدند.

به‌كارگيري بسته‌هاي پليمري حاوي نانوذرات نقره و اکسيد روي در نگهداري آب پرتقال طبيعي تازه به عنوان روشي جديد، براي حفظ حداکثر مواد مغذي، تازگي و کاهش بار ميکروبي آن، موضوع رساله‌ي دکتري آقاي آريو امامي‌فر، است.

دکتر امامي‌فر، دكتري مهندسي صنايع غذايي و عضو هيئت علمي دانشگاه كردستان، در گفتگو با بخش خبري سايت ستاد ويژه‌ي توسعه‌ي فناوري نانو گفت: «در اين مطالعه، فيلم‌هاي نانوکامپوزيتي حاوي نانوذرات اکسيد روي و نانوکامپوزيت نقره با استفاده از روش مخلوط‌سازي مذاب به روش اکسترودر تهيه گرديد. سپس، بسته‌هاي مخصوص آب پرتقال با استفاده از فيلم‌هاي نانوکامپوزيتي توليدي به همراه فيلم پلي‌اتيلني خالص به عنوان نمونه‌ي شاهد، تهيه شد. سپس بسته‌هاي حاوي آب پرتقال تازه، در دماي 4 درجه‌ي سانتي‌گراد انبار شدند. پايداري ميکروبي، ميزان اسيد آسکوربيک، شاخص قهوه‌اي شدن، کيفيت رنگ، ميزان مهاجرت يون‌ها و در نهايت، خصوصيات حسي آب پرتقال‌ها پس از 7، 28 و 56 روز انبارداري ارزيابي گرديد».

دکتر امامي‌فر در رابطه با نتايج اين تحقيق گفت: «نتايج نشان مي‌دهد که سرعت رشد ميکروبي در آب پرتقال تازه، در بسته‌بندي‌هاي حاوي نانوکامپوزيت‌هاي داراي نقره و اکسيد روي تا 28 روز پس از انبارداري کاهش يافته‌است. ميزان نابودي اسيد آسکوربيک و توليد ترکيبات قهوه‌اي در بسته‌هاي نانوکامپوزيتي حاوي 25/0 درصد نانواکسيد روي نيز کاهش معني‌داري يافته‌است. علاوه بر اين، ماندگاري برخي خواص حسي شامل بو و مزه در اين بسته‌ها هم پس از 28 روز بيشترين امتياز را دريافت کرده‌اند».

محقق طرح در پايان گفتگو ابراز داشت: «فناوري‌هاي غير حرارتي جديد نيز با کاهش بار ميکروبي و حفظ خصوصيات حسي و تغذيه‌اي، روشي ايده‌ال در فرآيند نگهداري آب پرتقال است كه نياز به تجهيزات و دستگاه‌هاي پيچيده و گران قيمت و مصرف بالاي انرژي فسيلي دارد. بنابراين به‌كارگيري بسته‌هاي پليمري حاوي نانوذرات نقره و اکسيد روي براي نگهداري آب پرتقال طبيعي تازه، به عنوان روشي جديد و غير حرارتي، بسيار مورد توجه قرار گرفته‌است».

جزئيات اين پژوهش -که با راهنمايي دکتر محمد شاهدي و دکتر مهدي کديور در دانشكده‌ي كشاورزي دانشگاه صنعتي اصفهان انجام شده‌است- در مجله‌يInnovative Food Science and Emerging Technologies (شماره‌ي 11، صفحات 748-742، سال 2010) منتشر شده‌است.

[sajadhoosein]

تاثير ساختار شيميايي آلاينده‌ها روي تصفيه‌ي پساب‌ها



به تازگي گروهي از پژوهشگران دانشگاه‌هاي تبريز، تاثير ساختار شيميايي ماده‌ي آلي آلاينده و گروه‌هاي عاملي مختلف متصل به مولکول اين ماده را روي بازده فرآيند تصفيه‌ي فتوکاتاليستي پساب‌هاي رنگي بررسي کردند و به نتايج جالبي دست يافتند.

دکتر مسعود باقرزاده کثيري، استاديار دانشگاه هنر اسلامي تبريز، در گفتگو با بخش خبري سايت ستاد ويژه‌ي توسعه‌ي فناوري نانو با بيان اين مطلب که «بيشتر پژوهش‌هايي که به بررسي و مطالعه‌ي عوامل تاثيرگذار روي کارايي فرآيندهاي تصفيه‌ي پساب‌ها پرداخته‌اند، توجهي به نوع ساختار شيميايي آلاينده‌ي مورد نظر نکرده‌اند»، افزود: «در اين کار تحقيقاتي، تاثير ساختار شيميايي و گروه‌هاي عاملي مختلف متصل به مولکول ماده‌ي آلي يا رنگدانه روي کارايي فرايند تصفيه‌ي فتوکاتاليستي، مورد مطالعه و بررسي قرار گرفته‌است».

دکتر کثيري در مورد نتايج تحقيقات گفت: «نتايج نشان مي‌دهد که اتصال گروه‌هاي عاملي مختلف به مولکول رنگدانه‌ها باعث افزايش يا کاهش سرعت تخريب اين مواد در طي فرآيندهاي تصفيه فتوکاتاليستي مي‌شود. به عنوان نمونه، حضور گروه‌هاي سولفونيک –SO3Na))، باعث کاهش فعاليت مولکول‌ها در فرآيند تخريب مي‌شود. در مقابل، حضور گروه‌هاي عاملي هيدروکسيل(–OH)، باعث افزايش سرعت تخريب مولکول‌ها در فرآيند تصفيه مي‌گردد. گروه عاملي نيتريت(–NO2)، نيز با اثر دهندگي الکترون، به خصوص در موقعيت پارا نسبت به عامل کروموفور رنگدانه، باعث تسهيل در حمله‌ي عامل اکسيد کننده و در نتيجه، افزايش سرعت واکنش‌هاي تخريب فتوکاتاليستي مي‌شود».

وي در ادامه افزود: «اين پژوهش مي‌تواند در صنايع فرش، نساجي و رنگرزي براي تصفيه‌ي پساب حاوي مواد رنگزا و در سازمان حفاظت محيط زيست و جهاد کشاورزي براي تصفيه‌ي پساب حاوي مواد رنگزا و سموم دفع آفات کشاورزي استفاده شود».

جزئيات اين پژوهش -که با همکاري دکتر عليرضا ختائي، استاديار دانشگاه تبريز انجام شده است- در مجله‌ي Journal of Molecular Catalysis A: Chemical (جلد 328، صفحات 26- 8، سال 2010) منتشر شده‌‌است.

[sajadhoosein]

افزايش چگالي جريان در باتري قابل شارژ با نانوالکترود اکسيد قلع





نانوالکترود اکسيد قلع براي استفاده در باتري‌هاي قابل شارژ ميکرومتري به منظور افزايش بازده آنها، ساخته شد.

دکتر سيد خطيب‌الاسلام صدرنژاد، عضو هيئت علمي دانشگاه صنعتي شريف، در گفتگو با بخش خبري سايت ستاد ويژه‌ي توسعه‌ي فناوري نانو گفت: «اکسيد قلع، داراي کاربردهاي فراوان در وسايل اپتوالکترونيک است و نانوکريستال باردار شده‌ي آن با فلز روي، توانايي افزايش شدت جريان و بازده باتري‌هاي قابل شارژ ليتيمي را دارد».

او در ادامه اظهار داشت: «آسان‌سازي فرايند ساخت، کاهش هزينه‌ي توليد، نازک کردن و افزايش چگالي جريان باتري‌ها، همچنين ايجاد دانش فني ساخت ميکروباترهاي ليتيمي در داخل کشور، از نتايج به‌ دست آمده‌ي اين تحقيق است».

دکتر صدرنژاد گفت: «ميکروباتري‌هاي ليتيمي از 5 جزء تشکيل شده‌اند: دو جزء براي برقراري ارتباط با مدار خارجي و سه جزء براي توليد برق. اين تحقيق به ساخت يکي از اين 5 جزء يعني آند، اختصاص يافته‌است. به همين منظور، فلز مس ابتدا روي تيغه‌ي شيشه‌اي نشانده شده، سپس تبخير و در نهايت لايه‌ي اکسيد قلع حاوي 1% روي لايه‌نشاني شده‌است. نمونه‌ي به دست آمده در مدت زمان معيني عمليات حرارتي گرديده و به اين ترتيب دانه‌هاي اکسيد نانومتري توليد شده‌اند.

دکتر صدرنژاد در پايان با اشاره به اين مطلب که «آند حاصل از اين پژوهش، نسبت به آندهاي متداول، ساده‌تر و ارزان‌تر است و خواص مطلوبي دارد»، گفت: «توانستيم ضخامت باتري‌ها را تا حدود 10 ميکرومتر کاهش دهيم».

جزئيات اين پژوهش که با همکاري مهندس مرتضي ترابي انجام شده، در مجله‌ي Power Sources (جلد 196، شماره 1، صفحات 404-399، سال 2011) منتشر شده‌است.

[sajadhoosein]

کاهش تأخير و توان مصرفي در مدارات حسابي و منطقي در ابعاد نانو



پژوهشگران دانشگاه شهيد بهشتي، موفق به ارايه‌ي مدارات بهينه براي پياده‌سازي تابع منطقي "ياي انحصاري سه ورودي" در سطح ترانزيستوري در ابعاد نانو، با کارايي بالا و توان اتلافي نشتي پايين شدند.

دروازه‌ي ياي انحصاري، يکي از مهم‌ترين مدارات منطقي است که در طراحي مدارات حسابي نظير جمع‌کننده‌ها، مدارات آزمون، مدارات رمزنگاري و غيره کاربردهاي فراوان دارد.

مهندس محمدحسين معيري، دانشجوي دکتري مهندسي کامپيوتر گرايش معماري کامپيوتر دانشگاه شهيد بهشتي، در گفتگو با بخش خبري سايت ستاد ويژه‌ي توسعه‌ي فناوري نانو گفت: «يکي از مهم‌ترين اهداف اين پژوهش، کمينه کردن طول مسير بحراني مدار ياي انحصاري سه ورودي به تنها دو ترانزيستور، با حفظ نوسان کامل ولتاژ در گره‌هاي مدار بود. در طرح‌هاي با نوسان کامل که تا پيش از اين طرح، ارايه شده‌است، اين مسير حداقل شامل سه ترانزيستور است».

گفتني است که کاهش طول مسير بحراني مدار، منجر به کاهش هم‌زمان تأخير و توان مصرفي و افزايش قدرت رانش مدار مي‌شود.

مهندس معيري افزود: «از اهداف مهم ديگر اين پژوهش، مي‌توان به کاهش توان اتلافي نشتي اشاره کرد که در ابعاد نانو از اهميت بسياري برخوردار است».

وي در اين پژوهش، مراحل زير را انجام داده‌است:


ارايه‌ي راه حلي براي بهبود هم‌زمان توان و تأخير (بهبود هر يک از اين دو پارامتر معمولاً روي ديگري اثر منفي مي‌گذارد).
ارايه‌ي طرحي اوليه در سطح ترانزيستور با طول مسير بحراني کمينه براي پياده‌سازي اين راه حل
کاهش تعداد ترانزيستورهاي طرح اوليه
کامل کردن نوسان ولتاژ مدار بدون افزايش طول مسير بحراني
طراحي چينش مدار در فناوري سي ماس 90 نانومتر
شبيه‌سازي و ارزيابي کارايي مدارات ارايه شده از جنبه‌هاي گوناگون و محاسبه‌ي ميزان بهبودها در مقايسه با طرح‌هاي قبلي

مهندس معيري، طول مسير بحراني کوتاه‌تر (شامل تنها دو ترانزيستور عبور) با حفظ نوسان کامل ولتاژ، سرعت بالاتر، کوچک‌تر بودن حاصلضرب توان در تأخير، مناسب بودن براي کاربردهاي ولتاژ پايين، مناسب بودن براي ابعاد نانو و توان اتلافي نشتي کمتر را از مزيت‌هاي اين پژوهش نسبت به تحقيقات پيشين عنوان کرد.

از اين طرح، مي‌توان در صنايع الکترونيک ديجيتال، طراحي و ساخت پردازنده‌ها (به خصوص پردازنده‌هاي حسابي و رمز) و غيره استفاده نمود.

اين پژوهش در قالب بخشي از پايان‌نامه‌ي کارشناسي ارشد محمدحسين معيري با همکاري رضا فقيه ميرزايي، دانشجوي دکتري مهندسي کامپيوتر، دکتر کيوان ناوي، دانشيار دانشکده‌ي مهندسي برق و کامپيوتر دانشگاه شهيد بهشتي و دکتر تورج نيکوبين، استاديار دانشکده‌ي صدا و سيماي جمهوري اسلامي ايران و اميد کاوه‌اي، دانشجوي دکتري مهندسي کامپيوتر از دانشگاه آدلايد استراليا، در آزمايشگاه فناوري نانو و محاسبات کوانتومي و آزمايشگاه ميکروالکترونيک دانشکده‌ي مهندسي برق و کامپيوتر دانشگاه شهيد بهشتي انجام شده‌است.

جزئيات اين تحقيق در مجله‌ي International Journal of Electronics (جلد 97، صفحات 662-647، سال 2010) منتشر شده‌است.

[sajadhoosein]

افزايش بقاي سلول‌هاي كبدي حاصل از سلول‌هاي بنيادي



گروهي از محققان دانشگاه تربيت مدرس، موفق به بهينه‌سازي محيط كشت و شرايط تكثير و تمايز سلول‌هاي كبدي تمايز يافته از سلول‌هاي بنيادي در محيط آزمايشگاهي شدند، همچنين توانستند با تمايز سلول‌ها روي داربست‌هاي پليمري سه بعدي، مقاومت و بقاي سلول‌هاي کبدي در شرايط آزمايشگاه را افزايش دهند.

پيوند كبد در دنيا بسيار محدود است و از بيماران مرگ مغزي به عنوان دهنده‌ي بافت استفاده مي‌شود كه موفقيت آن قطعي نيست.لذا پيوند سلول‌هاي بنيادي براي ترميم يا جايگزين سلول‌هاي كبدي، مي‌تواند جايگزين درمان‌هاي فعلي بيماري‌هاي کبدي شود.

دكتر عبدالامير علامه، استاد گروه بيوشيمي باليني دانشگاه تربيت مدرس، در گفتگو با بخش خبري سايت ستاد ويژه‌ي توسعه‌ي فناوري نانو گفت: «بيش از 20 سال است كه در زمينه‌ي واكنش كبد در مواجهه با سموم تحقيق مي‌كنم، از شش سال پيش تلاش كرديم سلول‌هاي كبدي (هپاتوسيت) را از سلول‌هاي به‌دست بياوريم و در محيط آزمايشگاهي، اين سلول‌ها را زنده و فعال از لحاظ متابوليكي براي استفاده به‌عنوان مدل مطالعه نگهداري کنيم. اين كار به ياري خداوند با موفقيت انجام شد و هم اكنون سلول‌هاي كبدي (هپاتوسيت) فعال به‌دست آمده از مغز استخوان و همچنين خون بند ناف انسان تمايز داده مي‌شود و پاسخ اين سلول‌ها به عوامل سمي و سرطان‌زا در حال بررسي است.

دکتر علامه در ادامه ابراز داشت: «موفق شديم؛ هپاتوسيت‌ها را به مدت 21 روز به صورت فعال و زنده نگهداري کنيم. همچنين، با حذف فاكتور رشد گاوي از محيط كشت و جايگزيني آن با فاكتور پلاكتي انساني، خطر استفاده و كاربرد سلول‌هاي باليني و استفاده در انسان را به حداقل رسانديم».

وي افزود: «بررسي‌ها نشان مي‌دهد كه سلول‌هاي بنيادي، قبل از تمايز در محيط آزمايشگاه (in vitro)، حساسيت كمتري نسبت به آسيب‌هاي ناشي از عوامل سرطان‌زا و سمي دارند و هپاتوسيت‌ها پس از تمايز به دليل وجود آنزيم‌هاي متابوليز كننده‌ي مواد سمي، نسبت به سلول‌هاي تمايز نيافته، حساسيت نسبتا بيشتري به آسيب‌هاي ناشي از مواد سمي نشان مي‌دهند».

محقق اين طرح، براي انجام اين کار پژوهشي، ابتدا با جداسازي سلول‌هاي تك‌ياخته از نمونه‌ي مغز استخوان انسان(دهنده) و يا خون ‌بند ناف، به القاي تمايز آنها به سلول‌هاي شبه هپاتوسيت پرداخته‌است. سپس با روش‌هاي مختلف سلولي و مولكولي، ويژگي‌هاي ساختاري و عملكردي هپاتوسيت‌ها را تعيين کرده‌است. انتقال سلول‌ها را هم به محيط كشت‌هاي دو بعدي و داربست‌هاي پليمري(سه بعدي) بررسي نموده‌است. در پايان نيز مقاومت سلول‌ها و DNA آنها به عوامل سمي و سرطان‌زا و ميزان زنده بودن و نگهداري آنها را براي 2 تا 3 هفته مورد ارزيابي قرار داده‌است.

دکتر علامه در پايان، «بهينه‌سازي محيط كشت و شرايط تكثير، تمايز سلول‌ها در شرايط آزمايشگاهي و ايجاد شرايط براي افزايش مقاومت و بقاي سلول‌هاي كبدي تمايز يافته از سلول‌هاي بنيادي» را از نتايج اين کار پژوهشي عنوان کرد.

جزئيات اين پژوهش -که با همکاري دكتر مسعود سليماني، دكتر سميه كاظم‌نژاد، دكتر مريم جزايري، خانم معصومه قادري، دكتر احمد قره‌باغيان و دكتر حميدرضا احمدي آشتياني، خانم شهناز اسماعيلي و دكتر يوسف محمدي انجام شده- در مجله‌ي Iranian Journal of Biotechnology (جلد5، صفحات 211-201، سال2007) منتشر شده‌است.

[sajadhoosein]

موتور الکتريکي ساخته شده از يک مولکول منفرد
اگرچه موتورهاي مولکولي هنوز کاربردي نشده‌اند، اما نتايج مطالعات کنوني جالب مي‌باشند: مولکول‌ها يا ابرمولکول‌هايي که بوسيله نيروهاي محرکه مختلفي از قبيل نور، گرما، يا واکنش‌هاي شيميايي حرکت مي‌کنند؛ انواع مختلفي از حرکت نشان مي‌دهند که منجر به قطارهاي مولکولي، بالابرهاي مولکولي و موتورهاي چرخشي مي‌شوند. اکنون محققان در هلند يک موتور تک مولکولي تمام الکتريکي طراحي کرده‌اند که نيروي محرکه آن نيز يک ميدان الکتريکي است.

جوهانز سلدنثويم، يكي از اين محققان، مي‌گويد: ما نشان داده‌ايم كه با استفاده از ميدان‌هاي الكتريكي مي‌توان هم يك موتور متشكل از يك مولكول منفرد را حركت داد و هم چرخش آن را اندازه‌گيري كرد. اگرچه اعمال يك نيرو به طور موضعي براي راندن يك موتور مولكولي منفرد مشكل است، اما با يك ميدان الكتريكي اين كار بسيار آسان‌تر خواهد شد. بعلاوه سرعت چرخش را مي‌توان با تغيير فركانس ميدان الكتريكي با دقت كنترل كرد.

[ برای مشاهده لینک ، لطفا با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ] طراحي يک موتور مولکولي با يک مومنت دوقطبي الکتريکي دائمي. آنچه اين دانشمندان دانشگاه فناوري دلفت نشان داده‌اند اين است كه براي نوع ويژه‌اي از مولكول‌ها معروف به مولكول‌هاي درهم‌آميخته ( Conjugated كه هدايت بالايي دارند، اين امكان وجود دارد كه با توجه به تغييرات هدايت‌شان بتوان چرخش آنها را اندازه‌گيري كرد.

سلدنثويم توضيح مي‌دهد: مولکول‌هاي درهم‌آميخته ترجيح مي‌دهند، مسطح باشند و هدايت‌شان در صورتي که مسطح باشند، بالا است. با اينحال موقعي که چرخش‌شان شروع مي‌شود، هدايت‌شان کاهش مي‌يابد. بنابراين با توجه به اين ويژگي، با اندازه‌گيري هدايت اين موتور مولکولي مي‌توان زاويه چرخش آن را محاسبه کرد.‌

موتور طراحي شده بوسيله اين محققان شامل گروه‌هاي لنگراندازِ اتصال‌دهنده‌ي بدنه اين مولکول‌ به هدايت‌سنج که اندازه‌گيري هدايت آن را ممکن مي‌کند، و يک موتور دوقطبي که مي‌تواند بوسيله ميدان گيت نوسان‌کننده‌ي زيرين رانده شود، مي‌باشد. بخش چرخنده مجهز به يک مومنت دوقطبي الکتريکي دائمي است و قسمتي از يک مولکول درهم‌آميخته مي‌باشد که بين دو تماس فلزي در بالاي يک الکترود گيت معلق شده است.

سلندنثويم مي‌گويد: ما نشان داده‌ايم که چرخاندن و اندازه‌گيري زاويه چرخش اين مولکول‌هاي پيشنهادي در دستگاه آزمايشگاهي‌مان امکان‌پذير است.

او اشاره مي‌کند که اگرچه اين موتور پيشنهادي براي حرکت کردن از يک الکترود گيت خارجي استفاده مي‌کند، آنها نشان داده‌اند که شارژ يا تخليه کردن يک مولکول مجاور بوسيله اين الکترود، ميدان الکتريکي ايجاد مي‌کند که براي راندن اين موتور به اندازه‌ي کافي بزرگ است.

اين محققان نتايج پژوهش خود را در مجله‌ي ACS Nano منتشر کرده‌اند.

[sajadhoosein]

نانوذرات به جنگ بوي بد مي روند



دانشمندان دانشگاه فلوريدا توانسته‌اند با استفاده از فناوري نانو بوي بد را از بين ببرند!



فناوري نانو باعث پيشرفت‌هاي بزرگي در حوزه‌هاي مختلف علمي و همچنين غير علمي شده و اخيرا دانشمندان با انجام آزمايشاتي متوجه شده‌اند كه نانو ذرات سيليس با پوشش مسي تاثير بيشتري از كربن فعال شده براي خنثي كردن ماده اتيل مركاپتال (يكي از مواد بدبوي موجود در گاز طبيعي) دارد.

در اين آزمايشات از مس به دليل خواص آنتي باكتريال و از بين برندگي بوي بد شناخته شده آن استفاده شد. با پوشش‌دهي ذرات سيليس با مس، سطح فعال آن به حداكثر رسيد. هر ذره سيليس يك پنجاه هزارم عرض موي انسان است.

مولكول‌هاي اتيل مركاپتال با قرار گرفتن در معرض نانوذرات توسط مس جذب شدند؛ اين موضوع بدين معني است كه آنها در سطح مس گرفتار شدند. رنگ‌نگاري گاز نشان داد كه اتيل مركاپتال متعاقبا از لحاظ كاتاليزوري به دي‌اتيل دي‌سولفيد نسبتا بي‌ضرر تبديل شده بود.

عملكرد اين نانوذرات بسيار بهتر از كربن فعال شده بود و حتي تاثير بسيار بيشتري از اكثر بوگيرهاي اتاق دارد كه فقط بوي بد را با بوي خود پوشش مي‌دهد.

دانشمندان دانشگاه فلوريدا معتقدند كه مي‌توان از نانوذرات براي رفع آلاينده‌هاي سولفوري از نفت خام و همچنين در مبارزه با باكتري‌هاي مضر استفاده كرد.

[sajadhoosein]

يافتن عاملي موثر در رشد هم‌راستاي نانوميله‌هاي اکسيد روي



محققان دانشگاه علم و صنعت ايران و دانشگاه آزاد اسلامي واحد شهرضا، نانوميله‌هاي اکسيد روي را براي استفاده در سطوح فوق آبگريز و پيل‌هاي خورشيدي سنتز کردند، همچنين بذر لايه را به‌عنوان عاملي موثر در رشد هم‌راستاي اين نانوميله‌ها و کاهش قطر آنها عنوان کردند.

دکتر اميرعباس نوربخش، عضو هيئت علمي دانشگاه آزاد اسلامي واحد شهرضا و همکارانش با به‌کارگيري روش رشد هيدروترمال و بهينه‌سازي فاکتورهاي سنتز آن، نانوميله‌هاي اکسيد روي را با قطري کمتر از 50 نانومتر براي استفاده در سطوح فوق آبگريز و پيل‌هاي خورشيدي توليد کردند.

اکثر روش‌هاي سنتز نانوميله‌هاي اکسيد روي که بر پايه‌ي رسوب فاز بخار هستند، به دليل نياز به تجهيزات خلا بالا و دماي زياد سنتز، روش‌هايي گران محسوب مي‌شوند.

دکتر نوربخش در گفتگو با بخش خبري سايت ستاد ويژه‌ي توسعه‌ي فناوري نانو هدف از اين پژوهش را «سنتز نانوميله‌هاي اکسيد روي و بررسي اثر عواملي همچون بذر لايه و ترکيب شيميايي محلول رشد بر مورفولوژي نانوميله‌ها عنوان کرد».

وي ابتدا نانوميله‌هاي اکسيد روي(تک‌کريستال‌هاي هگزاگونال ورتزيت) را روي زيرلايه‌ي شيشه‌ي بروسيليکات (فرآيند بدون بذر لايه) و با ترکيب متن آمين و نيترات روي به روش هيدروترمال رشد داده‌است. در مرحله‌ي بعدي، يک محلول کلوئيدي حاوي نانوذرات اکسيد روي را به روش سل- ژل، سنتز کرده و يک فيلم لايه نازک اکسيد روي (بذر لايه) را با پوشش‌دهي چرخشي روي زيرلايه‌ي شيشه‌ي بروسيليکات نشانده‌است. در پايان نيز، نانوميله‌هاي اکسيد روي، را روي بذر لايه و به روش هيدروترمال رشد داده است.

نتايج بررسي‌ها حاکي از آن است که بذر لايه، نقش تعيين‌کننده‌اي در مورفولوژي نانوميله‌ها دارد، به‌طوري‌که وجود بذر لايه موجب هم‌راستا شدن نانوميله‌ها شده‌است.

همچنين مشخص شد که با اعمال بذر لايه، قطر نانوميله‌ها از 200 نانومتر به 50 نانومتر کاهش مي‌يابد و دانسيته‌ي نانوميله‌ها هم به‌طور چشمگيري افزايش پيدا مي‌کند.

دکتر نوربخش در پايان گفت: «گروه تحقيقاتي ما علاوه بر سنتز نانوميله‌ها، در حال پژوهش روي کاربرد آنها در نانوحسگرها و به ويژه سطوح خودتميزشونده است».

جزئيات اين پژوهش -که به‌عنوان بخشي از رساله‌ي دکتري دکتر حميد غيور و با راهنمايي دکتر اميرعباس نوربخش، دکتر حميدرضا رضايي و دکتر شمس‌الدين ميردامادي در حال انجام است- در مجله‌ي Journal of nanoscience and ‌nanotechnology(JNN) (جلد 10، صفحات 7458 -7455، سال 2010) منتشر شده‌است.

[sajadhoosein]

استفاده از نانوآلياژ ضد آتش در واحد پتروشيمي خوزستان



محققان پژوهشگاه پليمر و پتروشيمي ايران، با استفاده از هيبريد تركيبات فسفاته و نانوذرات خاک رس موفق به توليد آلياژهاي PC/ABS با قابليت اشتعال‌پذيري پايين در مقياس نيمه صنعتي شدند.

آلياژهاي PC/ABS داراي مقاومت به ضربه‌ي بالا، حساسيت کم به ترک به خصوص در دماهاي پايين، خواص الکتريکي خوب، ويسکوزيته‌ي مذاب پايين و فرايندپذيري خوبي هستند. اين خواص، موجب مصرف آنها در صنايع الكترونيكي/الکتريکي، صنايع خودروسازي، لوازم خانگي و وسايل ورزشي شده‌‌است. در اکثر اين موارد، ضدآتش بودن آلياژ از اهميت بالايي برخوردار است.

در اين پروژه با افزودن هم‌زمان تركيبات فسفره و نانورس به آلياژهاي PC/ABS، مقاومت در برابر شعله اين آلياژ بهبود قابل توجهي يافته ‌است.

دکتر يوسف جهاني، عضو هيئت علمي پژوهشگاه پليمر و پتروشيمي ايران، در گفتگو با بخش خبري سايت ستاد ويژه‌ي توسعه‌ي فناوري نانو گفت: «تركيبات نانورس، هر چند سرعت ايجاد حرارت(Peak Heat Release R ATE ) را كاهش مي‌دهند اما به تنهايي بازدارنده‌ي آتش خوبي نيستند و در به تاخير انداختن اشتعال، تاثير مثبتي ندارند».

وي در ادامه اظهار داشت: «هدف ما در اين پروژه، به دست آوردن شرايط لازم براي توليد يك محصول صنعتي با قابليت اشتعال‌پذيري پايين به کمک فناوري‌هاي نوين بود، بدين منظور آلياژ PC/ABS را ابتدا در مقياس پايلوت که قابل تبديل به مقياس صنعتي باشد بدون استفاده از سازگارکننده، با خواصي همانند نمونه‌هاي مرجع از شرکت باير توليد کرديم، در مرحله‌ي بعد، با استفاده از هيبريد تركيبات فسفاته و نانورس، بدون از دست دادن خواص مكانيكي مطلوب، شاهد مقاومت قابل توجه آلياژ در برابر شعله بوديم».

دکتر جهاني با بيان اين مطلب که «اين پروژه بر اساس قراردادي با شرکت ملي صنايع پتروشيمي ايران، براي استفاده در واحدهاي پتروشيميايي، مانند پتروشيمي خوزستان انجام شده‌است»، اظهار داشت: «با توجه به مصرف بيش از نيمي از PC/ABS در توليد لوازم الكترونيكي و صنعت خودرو، تقاضاي تبديل به ضد آتش كردن اين آلياژ در صنايع مورد نظر وجود دارد».

وي در پايان گفت: «مالکيت معنوي اين پروژه، متعلق به شرکت ملي صنايع پتروشيمي ايران است و زيرساخت‌هاي تجاري شدن اين کار در واحد پتروشيمي خوزستان و شرکت درخشان ساز وجود دارد».

بخشي از نتايج اين پژوهش که با سرپرستي دکتر جهاني و به وسيله‌ي خانم الهام فيض انجام شده، در مجله‌يJournal of Applied Polymer Science (جلد 118، صفحات 1804-1796، سال2010) منتشر شده‌است.

[sajadhoosein]

نانومتري کردن تمام ذرات تشکيل‌دهنده‌ي يک لايه نازک



لايه نازک اکسيد روي عاري از هرگونه ناخالصي و ترک‌هاي ريز با ابعاد نانومتري در دانشگاه اصفهان سنتز شد.

تهيه‌ي پوشش‌هاي لايه نازک اکسيد روي اصلاح شده با کبالت به روش‌هاي مختلف لايه‌نشاني مانند لايه‌نشاني چرخشي، غوطه وري و تبخير الكتروني و کاربرد آن در تصفيه‌ي آب‌هاي آلوده، در قالب پايان‌نامه‌ي کارشناسي ارشد آقاي ايمان اسدي فارساني، با راهنمايي دکتر محمدحسين حبيبي انجام شده‌است.

دکتر محمدحسين حبيبي، استاد شيمي معدني دانشگاه اصفهان، در گفتگو با بخش خبري سايت ستاد ويژه‌ي توسعه‌ي فناوري نانو گفت: «پوشش‌هاي لايه نازک اکسيد روي تهيه شده به روش لايه‌نشاني غوطه‌وري، مورفولوژي سطح کاملا متفاوتي با روش تبخير الکتروني دارند تا جايي که ذرات تشکيل‌دهنده به صورت کلاف‌هاي پارچه مانندي در هم تنيده شده‌اند».

دکتر حبيبي در مورد نتايج پژوهش گفت: «نتايج نشان مي‌دهد که با افزايش درصد کبالت در لايه نازک اکسيد روي، مورفولوژي سطح تغيير مي‌کند به طوري که تمامي ذرات تشکيل‌دهنده، ابعادي نانومتري پيدا مي‌کنند، اين نتيجه، بسيار جالب و قابل توجه است».

وي همچنين افزود: «تمامي ذرات حاصل از اين پژوهش، با نظم خاصي به طرف بيرون رشد کرده‌اند و سطحي عاري از هرگونه ناخالصي و ترک‌ ريز را ايجاد کرده‌اند. ذرات تشکيل‌دهنده نيز داراي ابعادي بين 39-32 نانومتر هستند».

گفتني است که خواص طيفي و ساختاري نانوپوشش‌ها، با ميکروسکوپ الکتروني روبشي و طيف‏سنج پراش پرتوي ايکس شناسايي شده‌اند.

با توجه به اينکه زيرساخت‌هاي تجاري شدن اين کار پژوهشي در ايران وجود ندارد، دکتر حبيبي اميدوار است که بتواند در بلند مدت اين محصول را به صورت تجاري وارد بازار کند.

اين محققان همچنين فعاليت فوتوكاتاليستي نانوپوشش‌هاي تهيه شده را در تخريب آلاينده‌ها (مانند رنگينه‌ي سولفونيل قرمز) را مورد بررسي قرار داده‌ و اثر برخي عوامل، مانند دماي عمليات حرارتي، ماهيت فيلم لايه نازک، تعداد لايه‌ها و خواص ساختاري (اندازه‌ي دانه) را بر سينتيک واکنش تخريب نوري، مطالعه کرده‌اند و نتايج آن را در مجله‌ي Desalination and Water Treatment(جلد22، صفحات210- 204، سال 2010) منتشر شده‌است.

[sajadhoosein]

همکاري محققان ايراني، مالزيايي و کانادايي در بهبود غشاهاي پليمري



محققان ايراني با همکاري پژوهشگراني از کشورهاي کانادا و مالزي، با افزودن نانولوله‌هاي کربني به ساختار غشاي پليمري در حين ساخت، کارايي اين نوع غشاها را در جداسازي گازها افزايش دادند.

دکتر محمدعلي آرون، استاديار دانشکده‌ي مهندسي شيمي دانشکده‌هاي فني دانشگاه تهران، در گفتگو با بخش خبري سايت ستاد ويژه‌ي توسعه‌ي فناوري نانو گفت: «اگرچه نانولوله‌هاي کربني، گزينه‌ي خوبي براي افزايش کارايي غشاهاي پليمري هستند، ولي اين مواد پس از توليد، سرشار از ناخالصي هستند، سر و ته بسته دارند و توزيع آنها در شبکه‌ي پليمري، سخت است. بنابراين ما در اين پژوهش سعي کرده‌ايم محدوديت‌هاي استفاده از نانولوله‌هاي کربني در توليد غشاهاي آميخته را کاهش داده، سبب افزايش بازده جداسازي غشاهاي پليمري شويم».

دکتر آرون و همکارانش، از نانولوله‌هاي کربني براي افزايش تراوايي (بدون کاهش انتخاب‌پذيري) غشاهاي پليمري استفاده کرده‌اند. آنها سعي کرده‌اند با افزودن نانولوله‌هاي کربني به ساختار غشاي پليمري در حين ساخت آن، کارايي غشا را در جداسازي گازها بالا ببرند.

وي در رابطه با مزيت اين تحقيق اذعان داشت: «در پژوهش‌هاي اخير، محققان نشان دادند که با افزودن نانولوله‌هاي کربني تصفيه شده به محلول‌هاي پليمري، مي‌توان غشاهاي آميخته‌اي توليد کرد که تراوايي بالاتري نسبت به غشاهاي پليمري خالص دارند، ولي افزايش تراوايي در اين تحقيقات با کاهش انتخاب‌پذيري همراه بود. ولي در اين پژوهش، غشايي توليد شده‌است که نه تنها تراوايي بالاتري نسبت به غشاهاي پليمري خالص دارد بلکه انتخاب‌پذيري آن نيز بالاتر است».

دکتر آرون مراحل انجام اين پژوهش را اينگونه شرح داد: «به منظور توزيع مناسب نانولوله‌هاي کربني در ساختار پليمري غشا و نيز براي باز کردن سر و ته نانولوله‌هاي کربني و شکستن آنها به طول‌هاي کوتاه‌تر، ابتدا نانولوله‌ها را به کمک يک پليمر با جرم مولکولي کم (کيتوسان) به روش برش نرم، عامل‌دار کرديم، به‌طوري‌که کيتوسان به سطح خارجي نانولوله‌ها چسبيد و نانولوله‌ها هم‌زمان، شکسته و به طول‌هاي کوتاه‌تري تبديل شدند».

وي در مورد نتيجه‌ي اين روش گفت: «با توجه به اينکه پليمر چسبيده به سطح نانولوله‌هاي کربني، نزديکي بيشتري با پليمر پايه (پليمري که براي توليد غشا به کار مي‌رود) دارد و نانولوله‌ها کوتاه‌تر شده‌اند، راحت‌تر به پليمر پايه مي‌چسبند و توزيع بهتري هم خواهند داشت. از سوي ديگر، چون سر و ته آنها باز است، مي‌توانند مثل يک لوله سبب بهبود عبور گازهايي مانند متان و دي‌اکسيد کربن و افزايش تراوايي شوند».

گفتني است که بخش آزمايشگاهي اين پروژه در مرکز پيشرفته‌ي تحقيقات فناوري غشايي (AMTEC) دانشگاه UTM مالزي انجام شده‌است.

جزئيات اين پژوهش -که بخشي از نتايج رساله‌ي دکتري آقاي محمدعلي آرون است و با همکاري پروفسور احمد فاوزي اسماعيل، استاد دانشگاه UTM مالزي، پروفسور محمدمهدي منتظر رحمتي، استاد دانشگاه تهران و پروفسور تاکشي ماتسوورا، استاد دانشگاه اوتاواي کانادا انجام شده‌است- در مجله‌يJournal of Membrane Science (جلد 364، صفحات 317-309، سال 2010) منتشر شده‌است.

[sajadhoosein]

روشي جايگزين کروماتوگرافي براي اندازه‌گيري مقادير دارويي


گروهي از محققان دانشگاه کاشان، از الکترود خمير کربن اصلاح شده با نانوذرات طلا براي اندازه‌گيري داروي آتنولول استفاده کردند. اين روش مي‌تواند جايگزين روش‌هاي پيچيده و گران‌قيمت کروماتوگرافي شود.

آتنولول، از جمله داروهايي است که در درمان فشار خون، آنژين صدري، حملات و اختلالات قلبي موثر است. مصرف بيش از اندازه‌ي آتنولول در بيمار، ايجاد سميت مي‌نمايد،‌ بنابراين مطالعه و اندازه‌گيري آتنولول در تحقيقات كلينيكي و پزشكي از اهميت فوق‌العاده‌اي برخوردار است.

دکتر محسن بهپور، عضو هيئت علمي دانشگاه کاشان، در گفتگو با بخش خبري سايت ستاد ويژه‌ي توسعه‌ي فناوري نانو اذعان داشت: «از مزاياي الکترود تهيه شده در اين پژوهش، مي‌توان به قيمت نسبتا کم آن در مقايسه با ساير الکترودها، غير سمي بودن، سهولت تهيه، وسيع بودن محدوده‌ي پتانسيلي قابل کاربرد، جريان زمينه‌ي کم، پاسخ‌دهي سريع، عدم آسيب مکانيکي، قابليت اصلاح بسيار خوب و سطح تجديدپذير آن اشاره کرد».

دکتر بهپور با بيان اين مطلب که «از اين الکترودها براي اندازه‌گيري آتنولول در قرص‌هاي ضد فشار خون و مايعات بيولوژيکي(نمونه‌ي ادرار و سرم خون) استفاده مي‌شود»، افزود: «براي تهيه‌ي الکترود خمير کربن اصلاح شده، ابتدا مقداري پودر گرافيت را با محلول کلوييدي نانوذرات طلاي تهيه شده مخلوط کرده و آن را خشک نموديم. سپس مقداري روغن پارافين به آن اضافه کرده، در ادامه خمير حاصل را داخل سرنگ پلي‌اتيلن قرار داديم. در نهايت، با قرار دادن سيم مسي در سرنگ، يک ارتباط الکتريکي با خمير برقرار کرديم».

گفتني است که الکترودهاي غيراصلاح شده‌ي توليد شده با اين روش، حساسيت به مراتب پايين‌تري دارند.

محقق طرح در رابطه تهيه‌ي نانوذرات طلا گفت: «به منظور تهيه‌ي نانوذرات طلا، از HAuCl4 استفاده کرديم. از سديم سيترات هم به عنوان احياءکننده و پايدارکننده استفاده نموديم، سپس جذب نانوذرات طلاي سنتز شده را با اسپکتروفوتومتر UV/Visible اندازه‌گيري کرديم. شايان ذکر است که بيشترين طول موج جذب نانوذرات تهيه شده برابر با 528 نانومتر به‌دست آمد».

دکتر بهپور در پايان گفتگو، اظهار داشت:«نتايج اين پژوهش مي‌تواند، روشي ساده و ارزان قيمت را در اختيار آزمايشگاه‌ها قرار داده، جايگزين روش‌هاي پيچيده و گران‌قيمت کروماتوگرافي شود».

اين پژوهش، بخشي از نتايج رساله‌ي دکتري آقاي ابراهيم هنرمند است که با راهنمايي دکتر محسن بهپور و همکاري دکتر سيدمهدي قريشي انجام شده‌است. پژوهشگران، جزئيات اين تحقيق را در مجله‌ي Bulletin of the Korean Chemical Society (جلد 31، صفحات 849- 845، سال 2010) منتشر کرده‌اند.

[sajadhoosein]

افزايش سرعت اکسايش متانول در پيل‌ سوختي



محققان دانشگاه مازندران، توانستند سرعت فرايند اکسايش الکتروکاتاليزي متانول را در پيل‌هاي سوختي تا 12 برابر افزايش دهند.

متانول از جمله سوخت‌هاي متداول در پيل‌هاي سوختي است. فرايند اکسايش الکتروشيميايي اين ماده در سطح الکترودهاي معمولي کند است، از اين‌رو براي افزايش سرعت فرايند مبادله‌ي الکترون اين ماده از واسطه‌گرهاي مختلفي استفاده مي‌کنند.

خانم سيما مومني، کارشناس ارشد شيمي تجزيه، در خصوص تهيه و پخش ذرات نيکل در بستر پليمري پلي (اورتو-آنيزيدين) تثبيت شده بر سطوح الکترود کربن شيشه‌اي و الکترود کربن شيشه‌اي اصلاح شده با نانولوله‌هاي کربني چندديواره مطالعه نموده‌است. وي همچنين، توانايي الکتروکاتاليزي ذرات نيکل و نانولوله‌هاي کربني چندديواره‌ي موجود در پيکره‌ي الکترود کربن شيشه‌اي اصلاح شده را در فرايند اکسايش متانول بررسي کرده‌است.

خانم مومني، در گفتگو با بخش خبري سايت ستاد ويژه‌ي توسعه‌ي فناوري نانو گفت: «با توجه به نتايج اين بررسي، فيلم پلي(اورتو- آنيزيدين) مي‌تواند به عنوان يک پيکره‌ي مناسب براي پيش تغليظ يون‌هاي نيکل(II) و تثبيت آنها در سطح الكترود اصلاح شده عمل کند. همچنين جريان اکسايش الکتروکاتاليزي متانول در حضور نانولوله‌هاي کربني چندديواره، حدود 12 مرتبه سريع‌تر از غياب آنها صورت مي‌گيرد».

خانم مومني در پايان با بيان اين مطلب که «نتايج اين تحقيق مي‌تواند در صنايع مختلف نظامي و غيرنظامي، توليد انرژي‌هاي نو و در پيل‌هاي سوختي براي توليد انرژي الکتريکي استفاده گردد»، افزود: «اين پژوهش، زيرساخت‌هاي لازم را براي ارايه‌ي فناوري در ايران دارد و مي‌تواند در دراز مدت به عنوان طرحي عملي مطرح گردد».

اين کار بخشي از پايان‌نامه‌ي کارشناسي ارشد سيما مومني است که با راهنمايي دکتر جهانبخش رئوف و مشاوره‌ي دکتر محسن جهانشاهي انجام شده و نتايج آن در مجله‌ي International Journal of Electrochemical Science (جلد 5، صفحات 530-517 ، سال2010) به چاپ رسيده‌است.

[sajadhoosein]

استفاده از يک نانوذره‌ي پروتئيني براي ژن‌درماني



پژوهشگران اسپانيايي موفق شدند با استفاده از يک حامل مصنوعي، مواد ژنتيکي را سريع‌تر به درون هسته وارد کنند. اين حامل از اسيد آمينه‌ي آرژنين ساخته شده که با در برگرفتن مواد ژنتيکي به شکل نانوذره در مي‌آيد. افزايش سرعت و کاهش اثرات جانبي از مزاياي اين روش است.

ژن‌درماني علمي است که در آن به درمان بيماري‌هاي مربوط به اسيدهاي نوکلئيک (DNA و RNA) پرداخته مي‌شود. يکي از چالش‌هاي موجود در ژن‌درماني حصول اطمينان درباره‌ي اين است که مواد مستقيماً به درون هسته وارد مي‌شوند و در طول مسير وارد شدن به درون هسته نبايد مواد به جاي ديگر نفوذ کنند و همچنين اين مواد اثرات جانبي نداشته باشند. براي رسيدن به اين هدف، دانشمندان در آزمايش‌هاي خود از حامل‌هاي مختلفي استفاده مي‌کنند. حامل‌ها مولکول‌هايي هستند که قادرند مواد ژنتيکي را به محل مناسب انتقال دهند. ويروس‌هاي طبيعي غير فعال، از عمومي‌ترين حامل‌هايي هستند که در آزمايش‌هاي باليني از آنها استفاده مي‌شود. اين ويروس‌ها داراي اثرات جانبي‌اي هستند که استفاده آنها را محدود مي‌کند.

يکي از مهم‌ترين جايگزين‌ها در اين بخش، استفاده از ويروس‌هاي مصنوعي است. اين ويروس‌ها را مهندسان ژنتيک مي‌توانند با استفاده از پپتيدها، که واحدهاي سازنده‌ي پروتئين هستند، بسازند. يک گروه تحقيقاتي به رهبري آنتونيو ويلاورد از گروه ژنتيک و ميکروبيولوژوي مرکز CIBER-BBN، نشان دادند که پپتيد R9، که از يک نوع آمينو اسيد ويژه به نام آرژنين ساخته مي‌شود، مي‌تواند مواد ژنتيکي را در خود کپسوله کرده و سپس با يک مولکول مشابه خود ترکيب شده، تشکيل يک نانوذره ‌دهد. اين نانوذره مستقيماً وارد هسته‌ي سلول شده و مواد ژنتيکي را درون هسته آزاد مي‌کند. اين نانوذره به شکل دايره‌اي به قطر 20 نانومتر و ضخامت 3 نانومتر است.

نتايج اين پروژه که در نشريه‌ي Biomaterials and Nanomedicine به چاپ رسيده‌است، نشان مي‌دهد که چگونه دانشمندان با استفاده از روش ميکروسکوپي کانوني، عملکرد اين نانوديسک R9 را مطالعه مي‌کنند. تصاوير گرفته‌شده از اين فرايند نشان مي‌دهد که به محض عبور نانوذره از ميان غشاي سلولي، اين نانوذره مستقيماً به‌سوي هسته حرکت مي‌کند که سرعت حرکت آن 0.0044 ميکرومتر در ثانيه عنوان شده‌است. اين سرعت 10 برابر بيشتر از زماني است که اين مواد ژنتيکي بدون استفاده از حامل به درون سلول تزريق شدند. نانوذرات درون هسته متجمع شده و درون سيتوپلاسم اثري از اين نانوذرات باقي نماند. به همين دليل اثربخشي اين روش افزايش يافته‌است. سيتوپلاسم به مايع موجود ميان غشاي سلولي و هسته اطلاق مي‌شود. يکي از اين تصاوير به‌عنوان يکي از 12 عکس برگزيده‌ي سال 2010 انتخاب شده‌است.

اين کشف پنجره‌ي جديدي را در به‌کارگيري نانوذرات در بخش درمان گشوده‌است.

[sajadhoosein]

گامي در جهت کاهش آلودگي هوا



پژوهشگران دانشگاه اصفهان با همکاري شرکت پژوهش و فناوري پتروشيمي، با تهيه‌ي نانوکاتاليزوري براي هيدروژن‌زدايي از ايزوبوتان، گامي در جهت کمک به کاهش آلودگي هوا برداشتند.

خانم مهندس صديقه واعظي‌فر، دانشجوي دکتري مهندسي بيومواد دانشگاه صنعتي اصفهان، در گفتگو با بخش خبري سايت ستاد ويژه‌ي توسعه‌ي فناوري نانو گفت: «اين نانوکاتاليزور در هيدروژن‌زدايي از ايزوبوتان و توليد ايزوبوتن به‌کار مي‌رود. ايزوبوتن ماده‌ي اوليه‌ي توليد MTBE است که به‌عنوان يکي از افزودني‌هاي سوخت، جهت افزايش عدد اکتان آن، مورد استفاده قرار مي‌گيرد».

مهندس واعظي‌فر در رابطه با نحوه‌ي انجام پژوهش اذعان داشت: «در ابتدا کاتاليزور صنعتي DP803 مورد استفاده در پتروشيمي بندر امام را مورد مطالعه و ارزيابي قرار داديم، مشخص شد که اين کاتاليزور، با پايه‌ي گاما آلومينا و درصد مشخصي از Pt و Sn است. سپس به منظور بهبود رفتار کاتاليزور، در ساخت آن از پايه‌ي زئوليت Y استفاده کرديم و Pt و Sn را روي آن قرار داديم. در نهايت هم در سامانه‌ي آزمون راکتوري، از اين کاتاليزور براي هيدروژن‌زدايي ايزوبوتان استفاده کرديم».

نتايج حاکي از آن است که کاتاليزور تهيه شده با پايه‌ي زئوليت Y داراي بازدهي بيشتري نسبت به کاتاليزور صنعتي با پايه‌ي گاما آلومينا در فرايند هيدروژن‌زدايي ايزوبوتان است.

پژوهشگران همچنين در اين پژوهش، اثر استفاده از دو منبع قلع متفاوت را در تهيه‌ي کاتاليزور بررسي کرده‌‌اند. نتايج نشان مي‌دهد که کاتاليزور تهيه شده با منبع قلع کلريد تري بوتيل قلع منجر به نتايج بهتري نسبت به منبع قلع کلريد قلع مي‌شود.

خانم واعظي‌فر در پايان تاکيد کرد: «تجاري‌سازي اين محصول، در برنامه‌ي کاري دو شرکت دانش بنيان مجتمع فناوري‌هاي نوين فدک (با پايه‌ي زئوليت‌ها) و شرکت نانوپارس اسپادانا (با پايه‌ي گاما آلومينا) قرار دارد».

جزئيات اين پژوهش که در قالب پايان‌نامه‌ي کارشناسي‌ارشد خانم مهندس صديقه واعظي‌فر با راهنمايي دکتر حسين فقيهيان، استاد شيمي دانشگاه اصفهان و مشاوره‌ي مهندس مهدي کمالي، عضو هيئت علمي دانشگاه اصفهان، انجام شده، در مجله‌ي Iranian Journal of Chemical and Chemical Engineering (جلد 28، صفحات 30-23، سال 2009) منتشر شده‌است.

[sajadhoosein]

استفاده از دارچين در سنتز نانوذرات طلا



از نانوذرات طلا در الکترونيک، محصولات بهداشتي و درمان سرطان استفاده مي‌شود. بر خلاف کاربردهاي مثبت اين ماده، سنتز نانوذرات طلا به مواد شيميايي بسيار سمي و خطرناک نياز دارد. با وجودي که انتظار مي‌رود صنعت فناوري نانو بتواند در آينده نزديک مقادير زيادي از اين ذرات را توليد نمايد، محققان نگران اثرات زيست‌محيطي انقلاب نانوفناوري هستند.

حال گروهي از محققان دانشگاه ميسوري به رهبري دکتر کاتش کاتي، استاد راديولوژي و فيزيک در دانشکده پزشکي ماده‌اي يافته‌اند که مي‌تواند جايگزين تمام مواد سمي مورد استفاده در سنتز نانوذرات طلا شود. اين ماده مرموز را مي‌توان تقريباً در هر آشپزخانه‌اي پيدا کرد: دارچين.

در روش معمول سنتز نانوذرات طلا از مواد شيميايي و اسيدهايي استفاده مي‌شود که با محيط زيست سازگار نبوده و حاوي ناخالصي‌هاي سمي هستند. حال کاتي و همکارانش نمک طلا را با دارچين مخلوط کرده و آنها را در آب به هم زدند تا نانوذرات طلا را سنتز نمايند. در اين روش جديد از الکتريسيته يا مواد سمي استفاده نمي‌شود.

کانان يکي ديگر از محققان اين کار مي‌گويد: «فرايندي که ابداع کرده‌ايم، غيرسمي است. در اين روش به غير از نمک‌هاي طلا از هيچ ماده شيميايي ديگري استفاده نمي‌شود. اين يک فرايند واقعا سبز است».

کاتي مي‌گويد: «کار ما در زمينه نانوفناوري سبز نشان مي‌دهد که دارچين و اجزاي ديگري همچون گياهان، برگ‌ها و دانه‌ها مي‌توانند به عنوان مخازني براي مواد شيميايي گياهي عمل نموده و مواد را به نانوذرات تبديل کنند. بنابراين راهکار ما رنسانسي در زمينه نانوفناوري سبز ايجاد کرده و مي‌تواند حاکي از نقش غيرقابل‌انکار طبيعت در تمام پيشرفت‌هاي نانوفناوري در آينده باشد».

محققان در طول اين مطالعه دريافتند که مواد شيميايي فعال دارچين زمان تشکيل نانوذرات آزاد مي‌شوند. زماني که اين مواد فعال که مواد شيميايي گياهي يا phytochemicals ناميده مي‌شوند، با نانوذرات طلا ترکيب شوند، مي‌توانند در درمان سرطان به کار روند. کاتي مي‌گويد اين مواد گياهي وارد سلول‌هاي سرطاني شده و به تخريب يا تصويربرداري از آنها کمک مي‌کنند. او مي‌افزايد: «اين نانوذرات طلا نه تنها از نظر محيطي و زيستي بي‌اثر هستند، بلکه از نظر زيستي فعال بوده و مي‌توانند بر عليه سرطان به‌کار روند».

کانان مي‌گويد: «در يک سو شما تلاش مي‌کنيد يک فناوري جديد و مفيد خلق نماييد. با اين حال چشم‌پوشي مداوم از اثرات زيست‌محيطي مي‌تواند مانع پيشرفت شما گردد».

جزئيات اين تحقيق در مجله Pharmaceutical Research منتشر شده است.

[sajadhoosein]

ذخيره‌سازي و خواندن مجدد اطلاعات از هسته‌ي اتم



پژوهشگران دانشگاه يوتا موفق به ذخيره‌سازي اطلاعاتي را به مدت 112 ثانيه روي اسپين‌هاي مغناطيسي درون هسته‌ي اتم شدن. در گام بعد محققان اين اطلاعات را بازيابي کرده و خواندند. اين اتم‌ها کوچک‌ترين حافظه‌ي کامپيوتري جهان محسوب شده و اين پروژه گامي بزرگ به‌سوي ساخت کامپيوترهاي کوانتومي فوق سريع است.

اسپين‌ها ابزارهاي مناسبي براي ذخيره‌سازي و خواندن اطلاعات هستند؛ اما مشکلات فني متعددي در مسير استفاده از آنها وجود دارد؛ دستگاه‌هايي که از اسپين هسته براي ذخيره‌سازي استفاده مي‌کنند در دماي3.2 درجه کلوين کار مي‌کنند که اين دما بسيار به صفر مطلق نزديک بوده و اتم‌ها در جاي خود ايستاده و تکان‌هاي بسيار جزئي مي‌خورند؛

بنابراين براي ساخت حافظه با اين فناوري، بايد در دماي 454 درجه‌ي زير صفر فارنهايت و درون محيط آزمايشگاه کار کرد. اولين گام در مسير تحقيق توليد حافظه‌ها با اين فناوري، امکان کارکرد آنها در دماي بالاتر و بدون نياز به ميدان‌هاي مغناطيسي قوي براي تراز کردن اسپين‌هاست.

دو سال قبل، يک گروه تحقيقاتي توانست براي مدت 2 ثانيه اطلاعات کوانتومي را درون هسته‌ي اتم ذخيره کند؛ اما آنها قادر نبودند اين اطلاعات را بخوانند؛ در حالي که گروه تحقيقاتي بوهم توانستند در اين پروژه اين کار را انجام دهند. اين روش را بوهم در سال 2006 ارائه کرد که نشان مي‌داد مي‌توان اطلاعات را در اسپين مغناطيسي 10 هزار الکترون اتم فسفر که در فلز سيليکون قرار گرفته، ذخيره کرد. گروه بوهم در کار جديدشان فرايند خواندن الکتريکي را نيز انجام دادند.

براي ذخيره سازي اطلاعات در هسته‌ي اتم، بوهم و همکارانش از يک ويفر سيليکوني که با فسفر تقويت شده بود استفاده کردند. اين ورقه‌ي يک ميلي‌متر مربعي، درون يک مخزن بسيار سرد قرار گرفت که روي آن ميدان مغناطيسي اعمال مي‌شد. سيم‌هايي براي اعمال جريان و اسيلوسکوپي براي جمع‌آوري اطلاعات به آن متصل شده بود. ميدان مغناطيسي 8.59 تسلا براي تراز کردن اسپين‌ها به آن اعمال شد. اين ميدان، 200 هزار برابر ميدان مغناطيسي زمين است. براي تغيير جهت اسپين به‌سمت پايين يا بالا از امواج مغناطيسي نزديک تراهرتز و سپس از امواج راديويي موج FM براي ذخيره‌سازي اطلاعات در الکترون و نوشتن آنها درون هسته‌ي فسفر استفاده شد.

براي بازگرداندن اطلاعات از هسته‌ي اتم به الکترون‌هاي اربيتالي، از امواج نزديک تراهرتز استفاده گرديد تا فرايند خواندن آغاز شود. اسپين الکترون‌ها تبديل به جريان الکتريکي شده و فرايند خواندن انجام مي‌گردد. در واقع فرايند خواندن، عکس فرايند نوشتن اطلاعات است.

[sajadhoosein]

کنترل بهتر اجزاء سازنده رايانه‌هاي کوانتومي



دانشمنداني از دانشگاه‌هاي صنعتي دلف و ايندهون در هلند موفق به کنترل اجزاء سازنده رايانه‌هاي کوانتومي ابرسريع آينده شده‌اند. آنها اکنون قادر به دستکاري اين اجزاء سازنده (کيوبيت‌ها) با ميدان‌هاي الکتريکي و نه ميدان‌هاي مغناطيسي، که تاکنون مورد استفاده عملي بود، مي‌باشند. آنها همچنين قادر به جاسازي اين کيوبيت‌ها در داخل نانوسيم‌هاي نيمه‌رسانا شده‌اند.
[ برای مشاهده لینک ، لطفا با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ] اين يک تصوير ميكروسكوپ الکتروني روبشي از يک افزاره نانوسيمي است که داراي الکترودهاي درگاهي جهت کنترل الکتريکي کيوبيت‌ها و نيز الکترودهاي چشمه و خروجي جهت مطالعه حالت‌هاي کيوبيتي مي‌باشد.
يک کيوبيت در حقيقت جزء سازنده يک رايانه کوانتومي است که از لحاظ سرعت، نسبت به رايانه‌هاي فعلي بسيار برتر مي‌باشد. يک روش براي ساخت کيوبيت عبارت است از گيراندازي يک الکترون منفرد در داخل يک ماده نيمه‌رسانا. يک کيوبيت، درست مانند يک بيت معمولي رايانه‌اي، مي‌تواند حالت‌هاي "0" و "1" را قبول کند. اين کار با استفاده از اسپين يک الکترون، که از حرکت چرخشي يک الکترون به دور محور خودش ايجاد مي‌شود، قابل انجام مي‌باشد. الکترون مي‌تواند در دو جهت حرکت اسپيني داشته باشد (که حالت‌هاي "0" و "1" را نشان مي‌دهد).

تاکنون، اسپين يک الکترون با ميدان‌هاي مغناطيسي کنترل مي‌شد. با اينحال، توليد اين ميدان‌ها در داخل يک تراشه خيلي مشکل است. اسپين الکترون در داخل کيوبيت‌هايي که اکنون توسط اين دانشمندان توليد شده‌اند، مي‌تواند با استفاده از بار الکتريکي يا ميدان الکتريکي و نه ميدان مغناطيسي قابل کنترل باشد. همان‌طور که لئو کوئنهوئن، دانشمندي از دانشگاه صنعتي دلف، مي‌گويد اين شکل کنترل داراي مزاياي زيادي است: اين کيوبيت‌هاي اسپين- مدار مزاياي هر دو نوع فناوري را با هم تركيب مي‌كنند. آنها هم مزاياي مربوط به کنترل الکترونيکي را دارند و هم ذخيرسازي اطلاعات در اسپين الکترون.

بعلاوه اين تحقيق منجر به يک پيشرفت مهم ديگري نيز شده است. اين دانشمندان قادر به جاسازي اين کيوبيت‌ها (دو عدد) در نانوسيم‌هاي ساخته شده از يك ماده نيمه‌رسانا (آرسنيد اينديوم) شده‌اند. کوئنهوئن در اين زمينه مي‌گويد: "از اين نانوسيم‌ها به طور گسترده در نانوالکترونيک بعنوان اجزاء سازنده مناسب استفاده مي‌شود. اين نانوسيم‌ها، در کنار ساير کاربردهايشان، داراي جايگاه فوق‌العاده‌اي براي پردازش اطلاعات کوانتومي هستند."

اين دانشمندان جزئيات نتايج كار تحقيقاتي خود را تحت عنوان "كيوبيت اسپين- مدار در يك نانوسيم نيمه‌رسانا" در مجله‌ي Nature منتشر كرده‌اند.

[sajadhoosein]

تحويل دارو از طريق پوست با كمك نانوميله‌ها
پژوهشگراني از ژاپن کشف کرده‌اند که نانوميله‌هاي طلاي گرم شده با نور فروسرخ مي‌توانند روش ايده‌آلي براي تحويل دارو از طريق پوست باشند. اين گروه متوجه شدند که حتي پروتئين‌هاي حجيمي که اغلب در واکسن‌ها استفاده مي‌شوند، مي‌توانند به طور کارآمد با اين روش از پوست عبور کنند.
[ برای مشاهده لینک ، لطفا با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ] تهيه مخلوط پروتئين/نانوميله/سورفکتانت.
داکرونگ پيسوآن و همکارانش از دانشگاه کيوشو مي‌گويند که تحويل دارو و واکسن از طريق پوست داراي مزاياي زيادي نسبت به قرص و تزريقات است. داروهايي که بدين روش تحويل داده مي‌شوند، از درهم شکسته شدن توسط کبد در امان هستند؛ در ضمن، به خاطر سلول‌هاي ايمني تشخيص‌دهنده- پادژن فراواني که در پوست وجود دارد، واکسن‌ها مي‌توانند پاسخ‌هاي ايمني قوي‌تري توليد کنند.

با اينحال، پروتئين‌هاي آب‌دوست بزرگ خيلي کم از طريق پوست جذب مي‌شوند، زيرا لايه سخت بيروني پوست که از سلول‌هاي مرده تشکيل شده و به مانند يک مانع آب‌گريز رفتار مي‌کند، از جذب آنها ممانعت مي‌كند. اکنون، اين پژوهشگران نشان داده‌اند که چگونه نانوميله‌هاي طلا مي‌توانند به چنين پروتئيني، مانند اوالبومين (OVA)، در عبور از اين مانع و ورد به بدن کمک کنند.

اين گروه از اين حقيقت استفاده کرده است که نانوميله‌هاي طلا هنگامي که تحت تابش نور فروسرخ نزديک (NIR) قرار بگيرند، شروع به گرم شدن مي‌کنند. اين پژوهشگران، ترکيبي از OVA، نانوميله، و يک سورفکتانت را به شکل يک مخلوط روغني درآوردند، تا قابل استفاده در پوست باشد. هنگامي که اين مخلوط تحت تابش نور NIR قرار گيرد، نانوميله‌هاي گرم شده مي‌توانند روي غشاي سخت پوست فرسايش ايجاد کنند و به پروتئين‌ها اجاره عبور بدهند. آزمايش بر روي موش‌ها نشان داد که پروتئين‌هاي تحويل شده در اين روش به طور موفقيت‌آميزي يک پاسخ ايمني توليد مي‌کنند.

پيسوآن مي‌گويد: "ما معتقد هستيم که پاسخ ايمني ايجاد شده به اندازه کافي قوي است که بتواند بعنوان يک تکنيک واکسيناسيون استفاده شود. "

او اضافه کرد: "گروه ما فعلاً مشغول مطالعه دقيق آن است که آيا اين فرايند مي‌تواند آسيبي به پوست ب‌رساند يا نه، ولي در مطالعات اوليه‌اي که تاکنون بر روي موش‌هاي تحت درمان انجام شده است، هيچ نشاني از اثر جانبي مخرب ديده نشده است."

اين پژوهشگران در حال حاضر مشغول بررسي انواع مختلفي از داروهايي که با استفاده از نانوميله‌هاي طلا از طريق پوست قابل تحويل هستند، مي‌باشند. پيسوآن افزود: "قبل از اينکه بخواهيم از اين روش در سطح باليني استفاده کنيم، لازم است که ميزان نفوذ نانوميله‌هاي طلا از طريق پوست را مورد مطالعه قرار دهيم."

جزئيات نتايج اين تحقيق در مجله‌ي Small منتشر شده است.

[sajadhoosein]

ردگيري نانوذرات دارويي تومورهاي سينه



پژوهشگراني از دانشگاه رايس با همکاري محققاني از کالج پزشکي بايلور، از دو نوع فناوري‌ تصويربرداري متفاوت، جهت ردگيري تحويل نانوذرات دارويي به تومورهاي سينه استفاده کرده‌اند. نتايج حاصل از اين مطالعه نه تنها توانايي ايجاد و ردگيري نانوذرات چندوجهي را در بدن نشان مي‌دهد، بلکه اطلاعات ارزشمندي نيز در مورد اينکه چگونه عامل‌هاي هدفگيري سرنوشت نانوذرات پيچيده در بدن را رقم مي‌زنند، مهيا مي‌کند.
[ برای مشاهده لینک ، لطفا با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ] نمايش شماتيکي از اتصال پادتن و PEG به نانوتركيب.
اين کار توسط ناومي هالاس از دانشگاه رايس و آميت جوشي از بايلور هدايت شد. اين محققان، مطالعات خود را با استفاده از نانوپوسته‌ي طلايي انجام دادند که به آن نانوذرات مغناطيسي اکسيد آهن اضافه شده، در پوشش نازکي از دي اکسيد سيلکون جاسازي شده، لايه‌اي از مولکول‌هاي فلورسانت بنام ICG و پادتن هدفگير روي آن کشيده شده و در نهايت لايه‌اي از پلي اتيلن گلايکول (PEG) جهت ايجاد سازگاري زيستي کل ساختار روي آن پوشانده شده است. براي هدفگيري تومورهاي سينه، اين پژوهشگران از پادتني استفاده کردند که قادر به تشخيص پروتئين سطحي HER2 است، که در بعضي از شکل‌هاي سرطان سينه يافت مي‌شود.

اين پژوهشگران بعد از تزريق اين نانوذره به موش‌هايي که داراي تومورهاي انساني با مقادير زيادي از پروتئين HER2 بودند، از تصويربرداري فروسرخ نزديک و تصويربرداري تشديد مغناطيسي براي رديابي مسير اين ذرات در 72 ساعت بعدي استفاده کردند. 4 ساعت بعد از تزريق، ميزان اين نانوذرات در تومور به بيشترين مقدار رسيد. درعوض، در موش‌هايي که داراي تومورهايي با مقادير کم پروتئين HER2 بودند تراکم اين نانوذرات در تومورها کم بود. نتايج بدست آمده از حيواناتي که با استفاده از تصويربرداري تشديد مغناطيسي بررسي شده بودند، تفاوت داشت بدين معنا که تا 24 ساعت بعد از تزريق ميزان نانوذرات به بيشينه نرسيد.

اين پژوهشگران اينگونه پنداشتند که علت تفاوت اين دو نتيجه در آن است که تصويربرداري فلورسانس مي‌تواند نانوذراتي را که به لبه بيروني تومور چسبيده‌اند، آشکارسازي کند؛ درحاليکه تصويربرداري تشديد مغناطيسي قادر به آشکارسازي نانوذراتي است که در کل بدنه تومور توزيع شده‌اند. اين حقيقت که زمان نفوذ نانوذرات به هسته تومور طولاني‌تر از زمان ايجاد پيوند محض به سطح تومر است، مي‌تواند اين اختلاف زماني را توضيح دهد. آزمايش‌هاي بيشتر نشان ‌داد که در طول اين آزمايش، نانوذرات سالم و دست نخورده باقي مي‌مانند.

اين پژوهشگران نتايج كار خود را در مجله‌ي Nano Letters منتشر كرده‌اند.

[sajadhoosein]

نقاط کوانتومي نقطه نيستند



پژوهشگراني از مرکز فوتونيک DTU با همکاري دانشگاه کوپنهاگ با کشف اين نکته که گسيل نور از گسيلنده‌هاي فوتون حالت جامد، که به نقاط کوانتومي معروف هستند، به طور بنيادي از چيزي که تاکنون تصور مي‌شد، متفاوت است، دنياي علم را متعجب ساختند. اين بينش جديد مي‌تواند کاربردهاي مهمي در راستاي بهبود کارآيي افزاره‌هاي اطلاعات کوانتومي داشته باشد.

امروزه امکان ساخت و يکپارچه‌سازي چشمه‌هاي نوري بسيار کارآمدي که قادر به گسيل فوتون‌هاي منفرد (واحد بنيادي نور) در هر زمان هستند، وجود دارد. چنين گسيلنده‌هايي از هزاران اتم تشکيل شده‌اند و نقاط کوانتومي ناميده مي‌شوند. علي رغم انتظاراتي که از اسم آنها مي‌رود، نقاط کوانتومي به عنوان چشمه‌هاي نقطه‌اي قابل توجيه نيستند و اين نتيجه جالب بدست مي‌آيد که: نقاط کوانتومي نقطه نيستند.

[ برای مشاهده لینک ، لطفا با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ] نقاط کوانتومي، "اتم‌هاي مصنوعي" حالت جامدي هستند که از جاسازي هزاران اتم (کره‌هاي زرد رنگ) در يک نيمه‌رسانا (کره‌هاي آبي رنگ) ساخته مي‌شوند.
اين بينش جديد از ثبت آزمايشگاهي گسيل فوتوني نقاط کوانتومي، که در نزديکي يک آينه فلزي قرار داشتند، بدست آمد. خواص چشمه‌هاي نقطه‌اي نور وقتي که سروته مي‌شوند، عوض نمي‌شود و انتظار داريم که نقاط کوانتومي نيز همين‌طور باشند. با اينحال، در آزمايش‌هاي انجام شده توسط اين پژوهشگران معلوم شده است که اين تقارن بنيادي نقض مي‌شود، زيرا در آنها وابستگي بسيار عميق اين گسيل فوتوني به جهت‌گيري اين نقاط کوانتومي مشاهده شد.

اين يافته‌هاي تجربي داراي توافق بسيار خوبي با نظريه جديد نور هستند. اين نظريه، اندازه فضايي نقاط کوانتومي را نيز به حساب مي‌آورد. در سطح اين آينه فلزي، مدهاي سطحي نوري بسيار محبوسي، که پلاسمون ناميده مي‌شوند، وجود دارند. محبوس‌شدگي قوي پلاسمون‌ها باعث مي‌شود که گسيل فوتوني از نقط کوانتومي بشدت قابل تغيير باشد و اين نقاط کوانتومي بتوانند پلاسمون‌ها را با يک احتمال بسيار زياد تحريک کنند.

پژوهش حاضر نشان مي‌دهد که تحريک پلاسمون‌ها مي‌تواند بسيار کارآمدتر از آنچه تصور مي‌شد، باشد. بنابراين، اين حقيقت که نقاط کوانتومي در مساحت‌هايي که بسيار بزرگ‌تر از ابعاد اتمي هستند، گسترده شده‌اند؛ باعث خواهد شد که برهم‌کنش بسيار شديدي با پلاسمون‌ها داشته باشند.

اين كار پژوهشي ممكن است راه را براي ساخت نانوافزاره‌هاي فوتونيكي جديدي هموار كند كه از وسعت فضايي نقاط كوانتومي بعنوان يك چشمه نوري جديد بهره مي‌برند.

جزئيات نتايج اين پژوهش در مجله‌ي Nature Physics منتشر شده است.

[sajadhoosein]

توليد ابزار آناليز تنفسي با استفاده از نانوذرات



گروهي از محققان آمريکايي بر يکي از موانع اصلي توسعه فناوري آناليز تنفسي غلبه کرده‌اند. از اين فناوري مي‌توان براي تشخيص ترکيبات شيميايي خاص (که نشانگر زيستي ناميده مي‌شوند) در بازدم بيمار و در نهايت، تشخيص فوري بيماري استفاده کرد.

کارلوس مارتينز، استاديار مهندسي مواد در دانشگاه پوردو که با محققان موسسه ملي استاندارد و فناوري نيز کار مي‌کند، مي‌گويد ما نشان داده‌ايم که کارايي اين راهکار در تشخيص نشانگرهاي زيستي در محدوده غلظتي ppb تا ppm حدود 100 برابر بيشتر از روش‌هاي آناليز تنفسي ديگر است.

اين فناوري با بهره‌گيري از تغيير رسانايي «ميکروصفحات داغ» حين عبور گازها از روي آنها کار مي‌کند. اين ميکروصفخات ابزارهاي حرارتي کوچک روي تراشه‌هاي حسگر الکترونيکي هستند. تشخيص نشانگرهاي زيستي وضعيت سلامتي بيمار را نشان داده و مي‌تواند حاکي از وجود احتمالي بيماري‌هاي مثل سرطان باشد.

مارتينز مي‌گويد: «ما داريم درباره توليد يک ابزار ارزان و سريع براي جمع‌آوري اطلاعاتي در مورد وضعيت سلامتي يک بيمار صحبت مي‌کنيم».

[ برای مشاهده لینک ، لطفا با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ] مشاهده تجربي شناسايي ويروس‌هاي VSV با يك شيفت- قرمز قوي پلاسمونيکي.
پژوهشگران توانستند با استفاده از اين فناوري گاز استون را که نشانگر بيماري ديابت است، با غلظت‌هاي در محدوده ppb در يک جريان گازي شبيه بازدم انسان تشخيص دهند.

آنها از يک بستر ساخته شده از ذرات ميکروني پليمري استفاده کرده و روي آن را با ذرات بسيار کوچک‌تر اکسيد فلزي پوشاندند. به‌کارگيري ميکروذرات پوشيده شده با نانوذرات، تخلخل فيلم‌هاي حسگر را افزايش داده و بدين ترتيب «مساحت سطح فعال حسگري» و در نتيجه حساسيت حسگر افزايش مي‌يابد.

يک قطره از ميکروذرات پوشيده شده با نانوذرات روي هر ميکروصفحه داغ رسوب داده شد؛ مساحت هر يک از اين ميکروصفحات داغ حدود 100 ميکرومتر مربع بوده و حاوي الکترودهايي مي‌باشند. پس از خشک شدن اين قطرات، الکترودها گرم مي‌شوند؛ بدين ترتيب ذرات پليمري سوخته و تنها فيلم‌هاي اکسيد فلزي متخلخل باقي مي‌مانند که حسگر را تشکيل مي‌دهند.

گازي که از روي اين حسگر عبور مي‌کند، درون حفرات فيلم نفوذ کرده و بسته به نشانگرهاي زيستي که دارد، ويژگي‌هاي الکتريکي آن را تغيير مي‌دهد.

مارتينز مي‌گويد تا زمان توليد تجاري اين حسگرها بيش از 10 سال مانده است که تا حدي به دليل نبودن استانداردهاي دقيق براي توليد ابزارهاي مبتني بر اين راهکار است.

او مي‌افزايد: «با اين حال اينکه ما توانستيم به صورت بلادرنگ اين شناسايي را انجام دهيم، يک گام بزرگ رو به جلو محسوب مي‌شود».

جزئيات اين تحقيق در مجله IEEE Sensors Journal منتشر شده است.

[sajadhoosein]

توليد سطوح ضدباکتري توسط کنسرسيوم ICON در سنگاپور



محققان کنسرسيوم صنعتي نانومُهرزني (ICON) متعلق به A*STAR سنگاپور با الهام از پوست حيواناتي همچون دلفين‌ها که خاصيت ضدکثيفي دارند، مي‌خواهند سطوح سنتزي ضدباکتري عاري از ترکيبات شيميايي توليد کنند. رشد عوامل بيماري‌زايي همچون S. Aureus و E. coli بر روي اين سطوح کاهش يافته و مي‌توان از آنها روي پلاستيک‌هاي معمولي، ابزارهاي پزشکي، لنزها و حتي بدنه کشتي‌ها بهره برد. در روش‌هاي معمول جلوگيري از رشد باکتري‌ها روي سطوح، از يون‌هاي فلزي مضر، نانوذرات، مواد شيميايي يا تابش ماوراي بنفش استفاده مي‌شود.

نانومهرزني که يکي از فناوري‌هاي حوزه نانو به شمار مي‌رود، روش ساده‌اي است که توسط IMRE (موسسه تحقيقات و مهندسي مواد A*STAR) ابداع شده است تا به‌وسيله آن الگوهاي نانومتري پيچيده روي سطوح ايجاد شوند (تقليد از ساختارهاي سطوح طبيعي). اين کار موجب مي‌شود مواد مهندسي شده ويژگي‌هاي سطوح طبيعي را پيدا کنند. از جمله اين ويژگي‌ها مي‌توان به لومينسانس، چسبندگي، ضدآب و ضدانعکاس بودن اشاره کرد.

دکتر لو هونگ يي، مدير بخش تحقيقات و نوآوري IMRE و رئيس کنسرسيوم مي‌گويد: «طبيعت با داشتن ميليون‌ها سال تجربه، شکل‌هاي سازگاري از زندگي را ايجاد کرده است. بهتر از طبيعت از چه کس ديگري مي‌توانيم مهندسي را ياد بگيريم؟» او مي‌افزايد پروژه ضدباکتري کردن سطوح، چندمنظوره بودن فناوري نانومهرزني و مزاياي آن در صنايع مختلف را نشان خواهد داد.

پروفسور اندي هور، مدير اجرايي IMRE مي‌گويد: «حمايت قوي صنعت از اين پروژه و از خود کنسرسيوم نشان‌دهنده تأييد رسمي اين تحقيقات، تجربه موجود، فناوري به‌کار رفته و کاربردهاي واقعي آن است».

دکتر راج تامپسون، مدير اجرايي انجمن علوم و تحقيقات مهندسي A*STAR مي‌افزايد: «کار کردن با شرکت‌ها به صورت گام به گام اين اطمينان را ايجاد مي‌کند که تحقيقات ما در کمترين زمان ممکن و با بيشترين تأثيرگذاري وارد بازار شود. تقليد از طبيعت موجب ارائه برخي از خلاقانه‌ترين ايده‌ها در حوزه علوم و مهندسي مي‌شود. بسيار خوشحال هستم که تحقيقات IMRE به شرکت‌ها در حل مشکلات چالش‌برانگيز مهندسي آنها کمک خواهد کرد».

تحقيق بر روي سطوح ضدباکتري دومين پروژه صنعتي ICON به شمار رفته و موسسه تحقيقات و مهندسي مواد A*STAR و شرکت‌هايي همچون Nypro Inc. (آمريکا)، Hoya Corporation (ژاپن)، Advanced Technologies and Regenerative Medicine, LLC (آمريکا)، NIL Technology ApS(دانمارک) و Akzo Nobel (انگليس) در آن مشارکت دارند. همچنين اين اولين بار است که سه موسسه پلي‌تکنيک به نام‌هاي Singapore Polytechnic، Temasek Polytechnic و Ngee Ann Polytechnic به‌صورت مشترک و تحت شرايط خاص با شرکاي اين کنسرسيوم کار مي‌کنند.

[sajadhoosein]

تعريفی كوتاه از نانو تكنولوژی
در سال هاي اخير، پيشرفت هاي تكنولوژي وسايل و مواد با ابعاد بسيار كوچك به دست آمده است و به سوي تحولي فوق العاده كه تمدن بشر را تا پايان قرن دگرگون خواهد كرد ، پيش مي رود . براي درك بهتر اندازه هاي مادون ريز ، قطر موي سر انسان را كه يك دهم ميليمتر است در نظر بگيريد ، يك نانومتر صد هزار برابر كوچكتراست . تكنولوژي و مهندسي در قرن پيش رو با وسايل ، اندازه گيريها و توليداتي سروكار خواهد داشت كه چنين ابعاد مادون ريزي دارند . درحال حاضر پروسه هايي در ابعاد چند مولكول قابل طراحي و كنترل است . همچنين خواص مكانيكي ، شيميايي ، الكتريكي ، مغناطيسي ، نوري و... مواد در لايه ها در حدود ابعاد نانومتر قابل درك و تحليل و سنجش است .
تكنولوژي درقرن گذشته در هرچه ريزتر كردن توليدات تكنولوژيكي پيشرفت چشمگيري داشت ، بطوريكه به مزاح گفته شد كه ديگر كشف ذرات ريز اتمي ( Sub-Atomic ) نه تنها جايزه نوبل ندارد ، بلكه به آن جريمه هم تعلق مي گيرد ! تكنولوژي نو درقرن حاضر مسير عكس را طي مي كند . يعني مواد مادون ريز را بايد تركيب كرد تا دانه هاي بزرگتر كارآمد به وجود آ ورد
درست همان روشي كه در طبيعت براي توليد كردن حاكم است . مجموعه هاي طبيعي ، تركيبي از دانه هاي مادون ريز قابل تشخيص با خواص مشابه و يا متفاوت با اندازه هاي در حدود نانو است .
اثر تحقيقات در فناوريهاي مادون ريز هم اكنون در درمان بيماريها و يا دست يافتن به مواد جديد به ظهور رسيده است . موارد بسياري در مرحله تحقيقات كاربردي و آزمايشي است .اكنون ساخت رايانه هاي بسيار كوچكتر و ميليونها بار سريعتر در دستور كار موسسات تحقيقاتي قرار دارد .
در بياني كوتاه نانوتكنولوژي يك فرايند توليد مولكولي است . همانطور كه طبيعت مجموعه ها را بطور خودكار مولكول به مولكول ساخته و روي هم مونتاژ كرده است ، دانشمندان اين علم هم بايد براي توليد محصولات جديد ، با اين اعتقاد كه هرچه در طبيعت توليد شده قابل توليد در آزمايشگاه نيز هست ، نظير طبيعت راهي پيدا كنند . البته منظور اين نيست كه چند هسته از مواد راپيدا كنند و با رساندن انرژي و خوراك پس از چند سال يك نيروگاه از آن ساخته شود كه شهري را برق دهد . بلكه براي تركيب و تكامل خودكار توليدات مادون ريزكه به نحوي در مجموعه هاي بزرگتر مصرف دارد ، راهيابي شود . در اندازه هاي مادون ريز ، روشها و ابزارآلات متعارف فيزيكي مانند تراشيدن و خم كردن و سوراخ كردن و...جوابگو تيستند .
براي ساختن ماشينهاي ملكولي بايد روش پروسه هاي طبيعي را دنبال كرد . با تهيه نقشه هاي ساختاري بدن يعني آرايش ژنها و DNA كه ژنم ناميده شده است و به موازات آن دست يافتن به تكنولوژي مادون ريز ، در دراز مدت تحولات بسياري در هستي ايجاد خواهد شد . توليد مواد جديد ، گياهان ، جانداران و حتي انسان متحول خواهد شد . اشكالات ساختاري موجودات در طبيعت رفع مي شود و با تركيب و خواص اورگانيك گياهان و جانوران ، موجودات جديدي با خواص فوق العاده و شخصيتهاي متفاوت بوجود خواهد آمد .آينده علوم و مهندسي كه چندين گرايشي Multi- Disciplinary است ، به طرف توليد ماشينهاي مولكولي سوق داده خواهد شد تا در نهايت بتواند مجموعه هاي كارآيي از پيوندهاي ارگانيك و سايبريك را عرضه نمايد .
هستي را به رايانه ( سخت افزار ) و برنامه ( نرم افزار ) كه دو پديده مختلف ولي ادغام شده هستند ، مي توان تشبيه كرد . سخت افزار مصداق ماده ( اغلب اتم هيدروژن ) و نرم افزار يا برنامه ، قابليت نهفته در خلقت آن است .
اتم به نظر ساده و ابتدايي هيدروژن در طي ميلياردها سال با قابليت نهفته در خود توانسته است ميليونها نوع آرايش مختلف را در هستي بوجود آورد . بشر از بوجود آوردن اساس ماده عاجز است . ولي در برنامه ريزيهاي جديد و يافتن اشكال ديگري از آنچه در طبيعت وجود دارد ، پيش خواهد رفت . طبيعت را خواهد شناخت و به اصطلاح ، قفلهاي شگفت آور آن را باز خواهد كرد . احتمالا انسان در شرايط مناسبتري از درجه حرارت و فشار كه درتشكيل طبيعي مواد مختلف از هيدروژن لازم است ، بتواند اتمهاي مورد نباز خود را توليد كند ، سيارات ديگري را در نهايت در اختيار بگيرد و بعيد نيست كه انسانهاي آينده بتوانند در نيمه هاي راه ابديت در اكثر نقاط جهان هستي و كهكشانها سكني گزينند.
به احتمال زياد قبل از پايان هزاره سوم انسانها در بدن خود انواع لوازم مصنوعي و ديجيتالي راخواهند داشت. . از بيماري ، پيري ، درد ستون فقرات ، كم حافظه اي و... رنج نخواهند برد .قابليت فهم و تحليل اطلاعات در مغز آنها در مقايسه با امروز بي نهايت خواهد شد . در هزاره هاي آينده انسانهاي طبيعي مانند امروز احتمالا براي مطالعات پژوهشي نگهداري شده و به نمونه هاي آزمايشگاهي و بطور حتم قابل احترام تبديل خواهند شد و مردمان آينده از اينهمه درد و ناراحتي كه اجداد آنها در هزاره هاي قبل كشيده اند ، متعجب و متاثر خواهند بود .
چه انتظاري بايد از نانوتكنولوژي داشت :
اين تكنولوژي جديد توانايي آن را دارد كه تاثيري اساسي بر كشورهاي صنعتي در دهه هاي آينده بگذارد . در اينجا به برخي از نمونه هاي عملي در زمينه نانوتكنولوژي اشاره مي شود .
انتظار مي رود كه مقياس نانومتر به يك مقياس با كارايي بالا و ويژگي هاي منحصربفرد ،محصولاتي ساخته مي شود كه روش شيمي سنتي پاسخگوي اين امر نمي تواند باشد .
• نانوتكنولوژي مي تواند باعث گسترش فروش سالانه بسيار زياد براي صنعت نيمه هاديها و مدارهاي مجتمع ، طي 10 تا 15 سال آينده شود .
• نانوتكنولوژي ، مراقبتهاي بهداشتي ، طول عمر ، كيفيت و تواناييهاي جسمي بشر را افزايش خواهد داد .
• تقريبا نيمي از محصولات دارويي در 10 تا 15 سال آينده متكي به نانوتكنولوژي خواهد بود كه اين امر ، خود ميليونها دلار نقدينگي را به گردش درخواهد آورد .
• كاتاليستهاي نانوساختاري در صنايع پتروشيمي داراي كاربردهاي فراواني هستند كه پيش بيني شده است اين دانش ، سالانه ميليارد ها دلار را طي 10 تا 15 سال آينده تحت تاثير قرار دهد .
• نانوتكنولوژي موجب توسعه محصولات كشاورزي براي يك جمعيت عظيم خواهد شد و راههاي اقتصادي تري را براي تصويه و نمك زدايي آب و بهينه سازي راههاي استفاده از منابع انرژيهاي تجديد پذير همچون انرژي خورشيدي ارائه مي نمايد . بطور مثال استفاده از يك نوع انباره جريان گذرا با الكترودهاي نانولوله كربني كه اخيرا آزمايش گرديد و از رسانه ها خبر آن را شنيديم، نشان داد كه اين روش 10 بار كمتر آب دريا را نمك زدايي مي كند .
• انتظار مي رود كه نانوتكنولوژي نياز بشر را به مواد كمياب كمتر كرده و با كاستن آلاينده ها ، محيط زيستي سالمتر را فراهم كند . براي مثال مطالعات نشان مي دهد در طي 10 تا 15 سال آينده ، روشنايي حاصل از پيشرفت نانوتكنولوژي ،مصرف جهاني انرژي را تا 10 درصد كاهش داده ، باعث صرفه جويي سالانه 100 ميليارد دلار و همچنين كاهش آلودگي هوا به ميزان 200 ميليون تن كربن شود.
در چند سال گذشته بازارچند ميليارد دلاري برپايه نانوتكنولوژي كسترش يافته اند . براي مثال در ايالات متحده ، IBM براي هد ديسكهاي سخت ، يك سري حسگرهاي مغناطيسي را ابداع كرده است .
Eastern Kodak و 3 M تكنولوژي ساخت فيلمهاي نازك نانو ساختاري را به وجود آورده اند . شركت Mobil كاتاليستهاي نانو ساختاري را براي دستگاههاي شيميايي توليد كرده است و شركت Merck ، داروهاي نانوذره اي را عرضه كرده است . تويوتا در ژاپن مواد پليمري تقويت شده نانوذره اي را براي خودروها و Samsung Electronics در كره ، در حال كار بر روي سطح صفحات نمايش توسط نانولوله هاي كربني هستند . بشر درست در ابتداي مسير قرار دارد و فقط چندين محصول تجاري از نانوساختارهاي يك بعدي بهره مي گيرند ( نانو ذرات ، نانو لوله ها ، نانو لايه و سوپر لاستيكها ) . نظزيات جديد و روشهاي مقرون به صرفه توليد نانوساختارهاي دو و سه بعدي از موضوعات مورد بررسي آينده مي باشند.
نانو تكنولوژي يا كاربرد فناوري در مقياس يك ميليونيم متر، جهان حيرت انگيزي را پيش روي دانشمندان قرار داده است كه در تاريخ بشريت نظيري براي آن نمي توان يافت. پيشرفتهاي پرشتابي كه در اين عرصه بوقوع مي پيوندد، پيام مهمي را با خود به همراه آورده است: بشر در آستانه دستيابي به توانايي هاي بي بديلي براي تغيير محيط پيرامون خويش قرار گرفته است و جهان و جامعه اي كه در آينده اي نه چندان دور به مدد اين فناوري جديد پديدار خواهد شد، تفاوت هايي بنيادين با جهان مالوف آدمي در گذشته خواهد داشت.
نانو تكنولوژي نظير هر فناوري ديگري چونان يك تيغ دولبه است كه مي توان از آن در مسير خير و صلاح و يا نابودي و فنا استفاده به عمل آورد. گام اول در راه بهره گيري از اين فناوري شناخت دقيق تر خصوصيات آن و آشنايي با قابليت هاي بالقوه اي است كه در خود جاي داده است. در خصوص نانو تكنولوژي يك نكته را مي توان به روشني و بدون ابهام مورد تاكيد قرار داد: اين فناوري جديد هنوز، حتي براي متخصصان، شناخته شده نيست و همين امر هاله ابهامي را كه آن را در برگرفته ضخيمتر مي كند و راه را براي گمانزني هاي متنوع هموار مي سازد.
كساني بر اين باورند كه اين فناوري نظير هيولايي فرانكشتين در داستان مري شلي و يا همانند جعبه پاندورا در اسطوره هاي يونان باستان، مرگ و نابودي براي ابناي بشر درپي دارد. در مقابل گروهي نيز معتقدند كه به مدد توانايي هاي حاصل از اين فناوري مي توان عالم را گلستان كرد.
در حال حاضر 450 شركت تحقيقاتي- تجاري در سراسر جهان و 270 دانشگاه در اروپا، آمريكا و ژاپن با بودجه اي كه در مجموع به 4 ميليارد دلار بالغ مي شود سرگرم انجام تحقيقات در عرصه نانو تكنولوژي هستند. در اين قلمرو اتمها و ذرات رفتاري غيرمتعارف از خود به نمايش مي گذارند و از آنجا كه كل طبيعت از همين ذرات تشكيل شده، شناخت نحوه عمل آنها، به يك معنا شناخت بهتر نحوه شكل گيري عالم است. به اين ترتيب دانشمنداني كه در اين قلمرو به كاوش مشغولند، به يك اعتبار با ذهن و ضمير خالق هستي و نقشه شگفت انگيز او در خلقت عالم آشنايي پيدا مي كنند، اما از آنجا كه دانايي توانايي به همراه مي آورد، شناسايي رازهاي هستي مي تواند توان فوق العاده اي را در اختيار كاشفان اين رازها قرار دهد. تحقيق در قلمرو نانو تكنولوژي از اواخر دهه 1950 آغاز شد و در دهه 1990 نخستين نتايج چشمگير از رهگذر اين تحقيقات عايد گرديد.
از جمله آنكه يك گروه از محققان شركت آي بي ام موفق شدند35 اتم گزنون را بر روي يك صفحه از جنس نيكل جاي دهند و با كمك اين تك اتمها نامي را بر روي صفحه نيكلي درج كنند. محققان ديگر به بررسي درباره ساختارهاي ريز موجود در طبيعت نظير تار عنكبوت ها و رشته هاي ابريشم پرداختند تا بتوانند موادي نازك تر و مقاوم تر توليد كنند. در اين ميان ساخت يك نوع مولكول جديد كربن موسوم به باكمينسترفولرين يا كربن- 60 راه را براي پژوهشهاي بعدي هموارتر كرد. محققان با كمك اين مولكول كه خواص حيرت انگيز آن هنوز در درست بررسي است، لوله هاي موئينه اي در مقياس نانو ساخته اند كه مي تواند براي ايجاد ساختارهاي مختلف در تراز يك ميليونيم متر مورد استفاده قرار گيرد. بررسي هايي كه در ابعاد نانو بر روي مواد مختلف صورت گرفته و خواص تازه اي را آشكار كرده است. به عنوان مثال ذرات سيليكن در اين ابعاد از خود نور ساطع مي كنند و لايه هاي فولاد در اين مقياس از استحكام بيشتري در قياس با صفحات بزرگتر اين فلز برخوردارند.
برخي شركتها از هم اكنون بهره برداري از برخي يافته هاي نانوتكنولوژي را آغاز كرده اند. به عنوان نمونه شركت آرايشي اورال از مواد نانو در محصولات آرايشي خود استفاده مي كند تا بر ميزان تاثير آنها بيفزايد. ساخت ديودهاي نوري با استفاده از مواد نانو موجب مي شود تا 80درصد در هزينه برق صرفه جويي شود. توپهاي تنيسي كه با كربن 60 ساخته شده و روانه بازار گرديده سبكتر و مستحكمتر از توپهاي عادي است. شركتهاي ديگر با استفاده از مواد نانو پارچه هايي توليد كرده اند كه با يك بار تكاندن آنها مي توان حالت اتوي اوليه را به آنها بازگرداند و همه چين و چروكهايشان را زايل كرد. با همين يك بار تكان همه گردوخاكي كه به اين پارچه ها جذب شده اند نيز پاك مي شوند. نوارهاي زخم بندي هوشمندي با اين مواد درست شده كه به محض مشاهده نخستين علائم عفونت در مقياس مولكولي، پزشكان را مطلع مي سازند.
از همين نوع مواد همچنين ليوانهايي توليد شده كه قابليت خود- تميزكردن دارند. لنزها و عدسيهاي عينك ساخته شده از جنس مواد نانو ضد خش هستند و يك گروه از محققان تا آنجا پيش رفته اند كه درصددند با مواد نانو پوششهاي مناسبي توليد كنند كه سلولهاي حاوي ويروسهاي خطرناك نظير ويروس ايدز را در خود مي پوشاند و مانع خروج آنها مي شود. مهمترين نكته درباره موقعيت كنوني فناوري نانو آن است كه اكنون دانشمندان اين توانايي را پيدا كرده اند كه در تراز تك اتمها به بهره گيري از آنها بپردازند و اين توانايي بالقوه مي تواند زمينه ساز بسياري از تحولات بعدي شود. يك گروه از برجسته ترين محققان در حوزه نانوتكنولوژي بر اين اعتقادند كه مي توان بدون آسيب رساندن به سلولهاي حياتي، در درون آنها به كاوش و تحقيق پرداخت. شيوه هاي كنوني براي بررسي سلولها بسيار خام و ابتدايي است و دانشمندان براي شناخت آنچه كه در درون سلول اتفاق مي افتد ناگزيرند سلولها را از هم بشكافند و در اين حال بسياري از اطلاعات مهم مربوط به سيالهاي درون سلول يا ارگانلهاي موجود در آن از بين مي رود.
يك گروه از محققان كه در گروهي موسوم به اتحاد سيستمهاي زيستي گرد آمده اند، سرگرم تكميل ابزارهاي ظريفي هستند كه هدف آن بررسي اوضاع و احوال درون سلول در زمان واقعي و بدون آسيب رساندن به اجزاي دروني سلول يا مداخله در فعاليت بخشهاي داخلي آن است. ابزاري كه اين گروه مشغول ساخت آن هستند رديف هايي از لوله ها يا سيمهاي بسيار ظريفند كه قادرند وظايف مختلفي را به انجام برسانند از جمله آنكه هزاران پروتئيني را كه به وسيله سلولها ترشح مي شود شناسايي كند. گروههاي ديگر از محققان نيز به نوبه خود سرگرم توليد دستگاهها و ابزارهاي ديگر براي انجام مقاصد علمي ديگر هستند.
به عنوان نمونه يك گروه از محققان سرگرم تكميل فيبرهاي نوري در ابعاد نانو هستند كه قادر خواهند بود مولكولهاي مورد نظر را شناسايي كنند. گروهي نيز دستگاهي را دردست ساخت دارند كه با استفاده از ذرات طلا مي تواند پروتئين هاي معيني را فعال سازد يا از كار بيندازد. به اعتقاد پژوهشگران براي آنكه بتوان از سلولها در حين فعاليت واقعي آنها اطلاعات مناسب به دست آورد، بايد شيوه تنظيم آزمايشها را مورد تجديدنظر اساسي قرار داد. سلولها در فعاليت طبيعي خود امور مختلفي را به انجام مي رسانند: از جمله انتقال اطلاعات و علائم و داده ها ميان خود، ردوبدل كردن مواد غذايي و بالاخره سوخت و ساز و اعمال حياتي. يك گروه از روش تازه اي موسوم به الگوي انتقال ابر - شبكه استفاده كرده اند كه ساخت نيمه هاديهاي نانومتري به قطر تنها 8 نانومتر را امكان پذير مي سازد. هريك از اين لوله هاي بسيار ريز بالقوه مي توانند يك پادتن خاص يا يك بخش كوچك از رشته دي ان اي بر روي خود جاي دهند.
با كمك هر تراشه مي توان 1000 آزمايش متفاوت بر روي يك سلول انجام داد. براي دستيابي به موفقيت كامل بايد بر برخي از محدوديتها غلبه شود، ازجمله آنكه درحال حاضر براي بررسي سلولها بايد آنها را در درون مايعي قرار داد كه مصنوعاً محيط زيست طبيعي سلولها را بازسازي مي كند، اما يون موجود در اين مايع مي تواند سنجنده هاي موئينه را از كار بيندازد. براي رفع مشكل، محققان سلولها را درون مايعي جاي مي دهند كه چگالي يون آن كمتر است. گروههاي ديگري از محققان نيز در تلاشند تا ابزارهاي مناسب در مقياس نانو براي بررسي جهان سلولها ابداع كنند. يكي از اين ابزارها چنانكه اشاره شد يك فيبر نوري است كه ضخامت نوك آن 40 نانومتر است و بر روي نوك نوعي پادتن جا داده شده كه قادر است خود را به مولكول مورد نظر در درون سلول متصل سازد. اين فيبر نوري با استفاده از فيبرهاي معمولي و تراش آنها ساخته شده و بر روي فيبر پوششي از نقره اندود شده تا از فرار نور جلوگيري به عمل آورد. نحوه عمل اين فيبر نوري درخور توجه است.
از آنجاكه قطر نوك اين فيبر نوري، از طول موج نوري كه براي روشن كردن سلول مورد استفاده قرار مي گيرد به مراتب بزرگتر است، فوتونهاي نور نمي توانند خود را تا انتهاي فيبر برسانند، درعوض در نزديكي نوك فيبر مجتمع مي شوند و يك ميدان نوري بوجود مي آورند كه تنها مي تواند مولكولهايي را كه در تماس با نوك فيبر قرار مي گيرند تحريك كند. به نوك اين فيبر نوري يك پادتن متصل است و محققان به اين پادتن يك مولكول فلورسان مي چسبانند و آنگاه نوك فيبر را به درون يك سلول فرو مي كنند. در درون سلول، نمونه مشابه مولكول فلورسان نوك فيبر، اين مولكول را كنار مي زند و خود جاي آن را مي گرد. به اين ترتيب نوري كه از مولكول فلورسان ساطع مي شد از بين مي رود و فضاي درون سلول تنها با نوري كه به وسيله ميدان موجود در فيبر نوري بوجود مي آيد روشن مي شود و درنتيجه محققان قادر مي شوند يك تك مولكول را در درون سلول مشاهده كنند.
مزيت بزرگ اين روش در آن است كه باعث مرگ سلول نمي شود و به دانشمندان اجازه مي دهد درون سلول را در هنگام فعاليت آن مشاهده كنند. نانو تكنولوژي همچنين به محققان امكان مي دهد كه بتوانند رويدادهاي بسيار نادر يا مولكولهاي با چگالي بسيار كم را مشاهده كنند.
به عنوان مثال بلورهاي مينياتوري نيمه هاديهاي فلزي در يك فركانس خاص از خود نور ساطع مي كنند و از اين نور مي توان براي مشخص كردن مجموعه اي از مولكولهاي زيستي و الصاق برچسب براي شناسايي آنها استفاده كرد. به نوشته هفته نامه علمي نيچر چاپ انگلستان يك گروه از محققان دانشگاه ميشيگان نيز توانسته اند سنجنده خاصي را تكميل كنند كه قادر است حركت اتمهاي روي را در درون سلولها دنبال كند و به دانشمندان در تشخيص نقايص زيست عصبي مدد رساند.
از ابزارهاي در مقياس نانو همچنين مي توان براي عرضه مؤثرتر داروها در نقاط موردنظر استفاده به عمل آورد. در آزمايشي كه بتازگي به انجام رسيده نشان داده شده است كه حمله به سلولهاي سرطاني با استفاده از ذرات نانو 100برابر بازده عمل را افزايش مي دهد. محققان اميدوارند در آينده اي نه چندان دور با استفاده از نانو تكنولوژي موفق شوند امور داخلي هر سلول را تحت كنترل خود درآورند. هم اكنون گامهاي بلندي در اين زمينه برداشته شده و به عنوان نمونه دانشمندان مي توانند فعاليت پروتئينها و مولكول دي ان اي را در درون سلول كنترل كنند. به اين ترتيب نانو تكنولوژي به محققان امكان مي دهد تا اطلاعات خود را درباره سلولها يعني اصلي ترين بخش سازنده بدن جانداران به بهترين وجه كامل سازند.

[sajadhoosein]

كاربرد هاي نانو تكنولوژي
يكي از پيشوندهاي مقياس اندازه گيري در سيستم SI نانو به معني يك ميلياردم واحد آن مقياس است.براي مثال يك نانومتر معادل يك ميلياردم متر است. با توجه به اينكه يك سلول بدن بيش از صدها نانومتر است مي توان به كوچكي اين مقياس پي برد. از آنجايي كه علوم نانو بخش وسيعي برگرفته از مباحث شيمي، فيزيك، بيولوژي، پزشكي، مهندسي و الكترونيك را در بر مي گيرد،‌گروه بندي آن بسيار پيچيده است.
يكي از پيشوندهاي مقياس اندازه گيري در سيستم SI نانو به معني يك ميلياردم واحد آن مقياس است.براي مثال يك نانومتر معادل يك ميلياردم متر است. با توجه به اينكه يك سلول بدن بيش از صدها نانومتر است مي توان به كوچكي اين مقياس پي برد. از آنجايي كه علوم نانو بخش وسيعي برگرفته از مباحث شيمي، فيزيك، بيولوژي، پزشكي، مهندسي و الكترونيك را در بر مي گيرد،‌گروه بندي آن بسيار پيچيده است.
دانشمندان، علوم نانو را به چهار گروه شامل مواد (گروه اول)، مقياس ها (گروه دوم)، تكنولوژي الكترونيك، اپتوالكترونيك، اطلاعات و ارتباطات (گروه سوم) و بيولوژي و پزشكي (گروه چهارم) طبقه بندي كرده اند. اين طبقه بندي باعث سهولت در بررسي اين علوم شده است البته تداخل برخي از بخش ها در يكديگر طبيعي است. برنامه هاي توسعه اين تكنولوژي به سه بخش كوتاه مدت (كمتر از پنج سال)، ميان مدت( بين ۱۵-۵ سال) و بلند مدت (بيش از ۲۰ سال) تقسيم بندي شده است. مواد نانو ( nanomaterials ) قابليت كنترل ساختار تشكيل دهنده مواد پيشرفته (از فولادهاي ساخته شده در اوايل قرن ۱۹ تا انواع بسيار پيشرفته امروزي) در ابعاد كوچك و كوچكتر،‌ در اندازه هاي ميكرو و نانو بوده است.
هر قدر بتوانيم اين مواد را در ابعاد ريزتر و كنترل شده اي توليد كنيم خواهيم توانست مواد جديدي را با قابليت و عملكردهاي بسيار عالي به دست آوريم. تاكنون تعاريف متعددي از مواد نانو ارائه شده است اما در يك تعريف جامع مي توان گفت موادي در اين گروه قرار مي گيرند كه يكي از ابعاد اضلاع آنها از ۱۰۰ نانومتر كوچكتر باشد. يكي از اين گروهها »لايه ها« است. لايه ها يك بعدي هستند كه در دو بُعد ديگر توسعه مي يابند مانند فيلم هاي نازك و پوششها. برخي از قطعات كامپيوتر جزو اين گروه هستند. گروه بعدي شامل موادي است كه داراي دو بعد هستند و در يك بعد ديگر گسترش مي يابند و شامل لوله ها و سيمها مي شوند. گروه مواد سه بعدي در نانو شامل ذرات، نقطه هاي كوانتمي (ذرات كوچك مواد نيمه هاديها) و نظاير آنها مي شوند. دو ويژگي مهم، مواد نانو را از ديگر گروهها متمايز مي سازد كه عبارتند از افزايش سطح مواد و تاثيرات كوانتمي.
اين عوامل مي توانند باعث ايجاد تغييرات و يا به وجود آمدن خواص ويژه اي مانند تاثير در واكنشها، مقاومت مكانيكي و مشخصه هاي ويژه الكتريكي در مواد نانو شوند. همانگونه كه اندازه اين مواد كاهش مي يابد، تعداد بيشتري از اتمها در سطح قرار خواهند گرفت. براي مثال، اتم هاي موادي به اندازه ۳۰ نانومتر به ميزان ۵ درصد، ۱۰ نانومتر به ميزان ۲۰ درصد و ۳ نانومتر به ميزان ۵۰ درصد در سطح قرار دارند. در نتيجه مواد نانو با ذرات كوچكتر در مقايسه با مواد نانو با ذرات بزرگتر داراي سطح بيشتري در واحد جرم هستند. با توجه به ازدياد سطح در اين مواد، تماس ماده با ساير عناصر بيشتر شده و موجب افزايش واكنش با آنها مي شود. اين عمل منجر به تغييرات عمده در شرايط مكانيكي و الكترونيكي اين مواد خواهد شد. براي مثال سطوح بين ذرات كريستالها در بيشتر فلزات باعث تحمل فشارهاي مكانيكي بر آن مي شود. اگر اين فلزات در مقياس نانو ساخته شوند، با توجه به ازدياد سطح بين كريستالها، مقاومت مكانيكي آن به شدت افزايش مي يابد.
براي مثال فلز نيكل در مقياس نانو مقاومتي بيشتر از فولاد سخت شده دارد. به موازات تاثيرات ازدياد سطح، اثرات كوانتمي با كاهش اندازه مواد (به مقياس نانو) موجب تغيير در خواص اين مواد مي شود (تغيير در خواص بصري، الكتريكي و جاذبه). موادي كه تحت تاثير اين تغييرات قرار مي گيرند ذرات كوانتمي، ليزرهاي كوانتمي براي الكترونيك بصري هستند. همانگونه كه بيش از اين گفته شد مواد نانو، به سه گروه يك، دو و سه بُعدي طبقه بندي شده اند.

مواد نانوي يك بعدي:
اين مواد شامل فيلم هاي بسيار نازك و سطوح مهندسي است و در ساخت ابزار الكتريكي و شيميايي و مدارهاي الكترونيكي ساده و مركب كاربرد وسيعي دارند. امروزه كنترل ضخامت لايه ها تا اندازه يك اتم صورت مي پذيرد و ساختار اين لايه ها حتي در مواد پيچيده اي مانند روانكارها شناخته شده است. لايه هاي مونو كه قطر آنها به اندازه يك ملكول و يا يك اتم است، در علوم شيمي كاربرد وسيعي دارند. يكي از كاربردهاي اين لايه ها ساخت سطوحي است كه خود را بازسازي كنند. مواد نانوي دوبعدي: به تازگي كاربرد مواد نانوي دو بعدي در توليد سيم و لوله ها افزايش يافته و توجه دانشمندان را به دليل وجود خواص ويژه مكانيكي و الكترونيكي به خود جلب كرده است. در زير به چند نمونه ساخته شده در اين گروه اشاره مي شود.

نانو لوله هاي كربني، CNTs :
از رول كردن ورقهاي گرافيتي يك يا چند لايه ساخته شده و قطر آنها چند نانو و طولشان چند ميكرومتر است.ساختار مكانيكي اين مواد مانند الماس بسيار سخت است اما در محورهاي خود نرم و تاشو هستند.همچنين اين مواد هادي الكتريكي بسيار عالي هستند. نوع غير عالي نانو لوله هاي كربني مانند موليبيد يوم دي سولفايد پس از CNTs ساخته شده است.
اين مواد داراي ويژگي هاي منحصر به فردي همچون روانكاري، مقاومت در برابر ضربات امواج شوكها، واكنشهاي كاتاليزي و ظرفيت بالا در ذخيره هيدروژن و ليتيم هستند. لوله هاي مواد پايه اكسيدي مانند اكسيد تيتانيم، براي كاربردهاي كاتاليزي، كاتاليزرهاي نوري و ذخيره انرژي به صورت تجاري به بازار عرضه شده اند. نانو سيمها: اين سيمها از قرار گرفتن ذرات بسيار ريز از مواد مختلف به صورت خطي ساخته مي شوند.
نانوسيمهاي نيمه هادي از سيليكون، نيترات گاليم و فسفات اينديوم ساخته شده و داراي قابليتهاي بسيار خوب نوري، الكتريكي و مغناطيسي است و نوع سيليكوني اين سيمها مي تواند بخوبي در يك شعاع بسيار كوچك بدون آسيب رساني به ساختار سيم خم شود. اين سيمها براي ثبت مغناطيسي اطلاعات در حافظه كامپيوترها، وسايل نانوالكترونيكي و نوري و اتصال مكانيكي ذرات كوانتمي به كار مي روند.

بيوپليمرها:
انواع گوناگون بيوپليمرها، مانند ملكولهاي DNA ، در خودسازي نانوسيمها در توليد مواد بسيار پيچيده به كار مي روند. همچنين اين مواد داراي قابليت اتصال نانو و بيوتكنولوژي براي ساخت سنسور و موتورهاي كوچك هستند.

مواد نانوي سه بعدي:
اين مواد به آن گروه تعلق دارد كه قطري كمتر از ۱۰۰ نانومتر داشته باشند. مواد نانوي سه بعدي در اندازه هاي بزرگتر ساختار متفاوتي داشته و طيف وسيعي از مواد را در جهان تشكيل مي دهند و صدها سال است كه به صورت طبيعي در زمين يافت مي شوند. مواد توليد شده از عوامل فتوشيميايي، فعاليت هاي آتش فشانها، مواد محترق از پختن غذا، مواد متصاعد از احتراق سوخت ماشين ها و مواد آلاينده توليد شده در صنايع جزو اين گروه از مواد هستند. اين مواد به علت رفتار متفاوت در واكنش هاي شيميايي و بصري بسيار مورد توجه قرار دارند.
براي مثال اكسيد تيتانيوم و روي كه بصورت شفاف و فرانما، جاذب و منعكس كننده نور ماوراي بنفش در صفحات خورشيدي به كار مي روند در ابعاد نانو هستند. اين مواد كاربردهاي بسيار ويژه اي در ساخت رنگها و داروها (به ويژه داروهايي كه تجويز آنها فقط براي يك عضو مشخص بدن و بدون تاثير بر ساير اعضاست) دارند. مواد نانوي سه بُعدي شامل مواد بسياري مي شود كه به چند نمونه از آنها اشاره مي كنيم.

كربن ۶۰ ( فوله رنس Fullerenes ) :
در اوايل سال ۱۹۸۰ گروه جديدي از تركيبات كربني بنام كربن ۶۰ ، ساخته شد. كربن ۶۰ ، كروي شكل، به قطر ۱ نانومتر و شامل ۶۰ اتم كربن است كه به علت شباهت ساختار مولكولي آن با گنبدهاي كروي ساخته شده توسط مهندس معماري بنام بوخ مينستر فولر بنام »فوله رنس« نامگذاري شد.
در سال ۱۹۹۰ ، روش هاي ساخت كوانتم هاي كربن ۶۰ با مقاومت حرارتي ميله هاي گرافيتي در محيط هليم بدست آمد. اين ماده در ساخت بلبرينگ هاي مينياتوري و مدارهاي الكترونيكي كاربرد وسيعي دارند.

دِن دريمرز ( Dendrimers ) :
دن دريمرز از يك ملكول پليمر كروي تشكيل شده و با يك روش سلسله مراتبي خود سازي توليد مي شوند. انواع گوناگوني از اين مواد به اندازه هاي چند نانومتر وجود دارند. دن دريمرز در ساخت پوششها، جوهر و حمل دارو به بدن كاربرد فراواني دارند.
همچنين در تصفيه خانه ها به منظور بدام انداختن يونهاي فلزات كه مي توان به وسيله فيلترهاي مخصوص از آب جدا شوند از اين مواد استفاده مي شود.

ذرات كوانتمي:
مطالعات در مورد ذرات كوانتمي در سال ۱۹۷۰ شروع شد و در سال ۱۹۸۰ اين گروه از مواد نانوي نيمه هادي ساخته شدند. اگر ذرات اين نيمه هادي ها به اندازه كافي كوچك شوند، تاثيرات كوانتمي ظاهر شده و مي توانند ميزان انرژي الكترونها و حفره ها را كاهش دهند. از آنجايي كه انرژي با طول موج ارتباط مستقيم دارد در نتيجه خواص نوري مواد بصورت بسيار حساس قابل تنظيم خواهد شد و مي توان با كنترل ذرات، جذب يا دفع طول موج خاص در يك ماده را امكان پذير ساخت.
به تازگي با ردگيري مولكولهاي بيولوژي با كنترل سطح انرژي اين ماده، كاربردهاي جديدي از آن كشف شده است. در حال حاضر استفاده از مواد نانو رو به افزايش است و به علت خواص بسيار ويژه آنها، تحقيقات در يافتن مواد جديد همچون گذشته ادامه دارد.

[sajadhoosein]

كاربرد نانو تكنولوژي در كامپيوتر و الكترونيك
هدف از نگارش اين نوشتار، مرور يكي از روش هاي بكارگيري فناوري نانو است. براي مثال اين فناوري نسبتاً نو، در كامپيوتر و قطعات الكترونيكي كاربرد بسياري دارد. از مثالي كه ريچارد فايمن در سخنراني خود استفاده كرد، شروع مي كنيم. در واقع با اين مثال ميخواهيم ابعاد و اندازه هاي نانويي را با اندازه هاي خيلي كوچكي كه تكنولوژي آنها هم اكنون در دسترس است، مقايسه بكنيم. او كه جايزۀ نوبل فيزيك را دريافت كرده بود، در كنفرانس سال 1960 تحت عنوان «فضاي زيادي وجود دارد» به بحث در مورد توانايي ها و امكان ساخت مواد نانو مقياس پرداخت.
او به گونه اي خيال پردازانه، خطوطي حكاكي شده با به كارگيري باريكۀ الكتروني و با عرضي به اندازۀ چند اتم را فرض كرد كه در واقع وجود ليتوگرافي توسط باريكۀ الكتروني را پيش بيني مي كرد. در واقع فاينمن با اين سوال شروع كرد: "چرا نمي توانيم بيست و نه پوشينۀ دايره المعارف بريتانيكا را به سر يك سوزن بنويسيم؟" و ادامه داد "قطر ته سوزن 1/16 اينچ است. اگر آن را بيست و پنج هزار بار بزرگ كنيم سطح آن با كل سطح صفحات دايره المعارف برابر مي شود. پس كافي است همه نوشته ها را بيست و پنج هزار بار كوچك كنيم." اگر چه انديشه هاي فاينمن بازتاب چنداني توسط دانشمندان آن زمان نداشت؛ هم اكنون بسياري از فرضيات او به واقعيت پيوسته اند.
ريچارد فاينمن به پاس كمك هاي شايانش به الكتروديناميك كوانتومي (موضوعي بسيار دور از فناوري نانو) جايزۀ نوبل فيزيك را دريافت كرده بود. همگام با او، رويا پردازان ديگري نيز مشغول به فعاليت بودند. راف لندور فيزيكداني نظري بود كه در سال 1957 براي IBM كار مي كرد. وي ايده هايي در پيرامون نانو الكترونيك داشت و به ارزش اثرات مكانيك كوانتومي در اين زمينه پي برده بود.

1. الكترونيك و فناوري اطلاعات
انقلاب اطلاعات، جهان پيرامون ما را به شيوۀ گسترده اي تحت تاثير قرار داده است و هوده هاي آن از اثرات انقلاب صنعتي نيز پيشي گرفته است. كليد توسعه و پيشرفت در فناوري اطلاعات، دستيابي به رايانه هايي با توان بيشتر، حجم كوچك تر و قيمت ارزان تر است. در ادامه به كاربردهاي بيشتري از اين فناوري در الكترونيك و كامپيوتر مي پردازيم.

1.1 ذخيره سازي و حافظه ها
با استفاده از اين فناوري مي توان ظرفيت ذخيره سازي اطلاعات را در حد هزار برابر يا بيشتر افزايش داد. ذخيره سازي اطلاعات مبحثي بسيار مهم و ضروري است كه مي تواند به روش هاي مختلفي انجام شود. هم اكنون ظرفيت ديسك هاي مغناطيسي رايانه ها با استفاده از قانون مور افزايش يافته است و بازاري در حدود چهل ميليارد دلار را در اختيار دارد.

2.1 ساخت ماشين هاي شبيه سازنده
نانو كامپيوتر و نانو اسمبلر، دو مفهوم جديدي هستند كه در "علم نانو" مطرح مي شوند. ساخت نانو اسمبلر در واقع يك هدف نهايي و مهم در نانو تكنولوژي است. نانو اسمبلر در واقع امكان تهيۀ ماشين يا مكانيك ساختاري شبيه خودش را به وجود مي آورد. زماني كه يك نانو اسمبلر كامل در دسترس باشد تقريباً همه چيز ممكن مي شود و اين مهمترين و بزرگترين خواسته دانشمندان نانو تكنولوژي است. كدام ساده تر است؛ تهيه كپي از ماشين، يا تهيۀ ماشيني كه خودش را كپي كند؟ در مقياس ماكرو مولكولي ساختن يك كپي خيلي ساده تر از ساختن ماشيني است كه بتواند خودش را كپي كند اما در تراز مولكولي اين مساله واژگونه است؛ يعني ساختن ماشيني كه بتواند خود را كپي كند كار را براي ما بارها ساده تر از ساختن ماشين ديگر مي كند و اين مهم ترين كاربرد نانو اسمبلر مي باشد. به اين ترتيب ساختن اتوماتيك محصولات بدون نيروي كار سنتي، همانند عمل كپي در ماشين هاي زيراكس، آسان مي شود.

3.1 نيمه هادي ها؛ اساس صنعت الكترونيك كنوني
مطابق قانون مور، نعداد ترانزيستور ها در يك مدار الكترونيكي، در هر 12 تا 24 ماه دو برابر مي شود. به اين معني كه مدارها با گذر زمان فشرده و پيچيده تر خواهند شد. اگر چه اين قانون در دهه هاي گذشته راست بود، اما فناوري ليتوگرافي با محدوديت براي كوچك تر كردن عناصر است؛ به طوري كه پيش بيني مي شود صنعت نيمه هادي در 10 سال آينده به مرز كوچك سازي برسد. به اين ترتيب نياز است كه فناوري جديدي وارد عمل شود تا كوچك سازي مدارها را انجام دهد. از دهۀ 1920 دانشمندان دريافتند كه ويژگي هاي مواد مانند استحكام و قابليت هدايت الكتريكي با ساختار اتمي و مولكولي آنها تعيين مي شود. بعد ها دانش فوق منجر به ساخت مواد نيمه هادي شد كه پايۀ صنعت الكترونيك كنوني است. در صنعت كامپيوتر، قابليت نانو ماشين ها براي كوچك كردن ترانزيستورها رو تراشه هاي سيليكوني مي تواند انقلابي در اين زمينه بوجود آورد. به اين ترتيب نياز است كه فناوري نو و تازه اي بكارگرفته شود تا كوچك سازي مدارها را انجام دهد.

4.1 ابر خازن هاي الكتروشيميايي
ابر خازنها داراي ظرفيت بالايي مي باشند و به صورت بالقوه قابل استفاده در قطعه هاي الكترونيكي هستند. اين ابر خازن ها داراي دو الكترود هستند كه به وسيلۀ يك مادۀ عايق كه در قطعه هاي الكترو شيميايي داراي رسانايي يوني مي باشد، از هم جدا مي شوند. ظرفيت يك ابر خازن شيميايي نسبت واژگونه با بار روي الكترود، و شمارگر بار در الكتروليت دارد. از ابر خازن هاي نانو لوله، براي ذخيرۀ انرژي استفاده مي شود. به طور كلي گفته مي شود كه توجه بيشتر در اين مورد، با ذخيرۀ بار فرق مي كند.

2. الكترونيك مولكولي

1.2. نانو تيوب هاي كربني در نانو الكترونيك
نانو تيوب هاي كربني داراي كاربردهاي بسيار در زمينۀ نانو الكترونيك و همچنين نانو كامپيوترها دارند. از كاربردهاي بي شمار نانو لوله ها مي توان به كارگيري به عنوان عايق، رسانا و نيمه رسانا و يا نيمه هادي استفاده كرد.

1.1.2. خواص رسانايي الكتريكي در نانو تيوب ها
نانو لوله ها بسته به بردار كايرالشان رسانندگي متفاوتي از خود نشان مي دهند. البته رسانايي آنها به قطر نانو لوله ها نيز بستگي دارد؛ به اين صورت كه نانو لوله هايي با قطر كوچك، رسانا يا نيمه رسانا هستند. نانو لوله هاي تك ديواره با بردارهاي كايرال متفاوت، ويژگي هاي متفاوت با يكديگر دارند. از جمله فعاليت اُپتيكي، استحكام مكانيكي و هدايت الكتريكي آن ها با هم فرق دارد. از انواع نانو لوله ها از نگر رسانايي، نانو تيوب هاي زيگزاگ، آرميچر و نا متقارن هستند. همه ي ساختارهاي ممكن نانو لوله تك ديواره با بردارهاي كايرال با انتقال يافتن دو محدوده اي كه در شكل نشان داده شده است مي تواند شكل گيرد، كه n و m صحيح اند و در نانو لوله هاي زيگزاگ، θ<30 يا m≤n مي باشد. جهت محور نانو لوله عمود بر بردار كايرال است. Ch در نانو لوله هاي كربني از na1+ma2 به دست مي آيد كه a1 و a2 بردارهاي شبكه و كوچكترين قطرهاي شش ضلعي نانو لوله ها هستند و m و n اعدادي صحيح اند. بردار كايرال با بردار Ch = na1+ma2 و زاويۀ كايرال با محور زيگزاگ تعريف مي شود.

2.1.2. انواع نانو لوله ها از نگر رسانايي
اگر زاويۀ 0= θ يا n,0 ، نانو لوله از نوع زيگزاگ خواهد بود. در صورتي كه ( n-m)/3 شماري صحيح باشد نانو لوله از نوع فلزي است. در غير اين صورت از نوع نيمه هادي است.
در صورتي كه 30= θ يا n≤m باشد، نانو لوله از نوع آرميچر خواهد بود. نانو لوله هاي آرميچر همه از نوع فلزي هستند.
در غير از اين دو حالت فوق، نانو لوله از نوع متقارن يا كايرال است كه داراي خواص رسانايي بسيار كمي مي باشد.
n ≠ m , n ≠ 0

2.2 الكترونيك مولكولي با نانو لوله ها
مثال هايي از كاربرد بالقوۀ نانو لوله ها به عنوان قطعه هاي گسيلندۀ ميداني را مي توان نمايش دهنده هاي صفحات تخت، لوله هاي تخليۀ گاز در شبكه هاي مخابراتي، تفنگ هاي الكتروني براي ميكروسكوپ الكتروني، سوزن هاي ميكروسكوپ اتمي روبشي و تقويت كننده هاي ميكرو موج نام برد.

3.2سيستم هاي نانو الكترو مكانيكي ( NEMS )
سيستم هاي ميكروالكترومكانيكي ( MEMS ) عمدتاً مانند ويفرهاي سيليكوني به روش فتوليتوگرافي ساخته مي شوند. اين سيستم ها در ابزارهايي مانند سنسورها، پمپ ها و روتورها استفاده مي شوند. در حال حاضر، MEMS يك صنعت 11 ميليارد دلاري است. در اين زمينه حركت از مقياس ميكرو به سمت نانو، امكانات و قابليت هاي جديدي را براي سيستم هاي الكترومكانيكي ايجاد مي كند. با وجود اين، فقدان انگيزه هاي كافي اقتصادي براي كوچك كردن ماشين ها تا مقياس نانو، باعث شده است كه تكامل سيستم هاي نانو الكترومكانيكي از روند آرامي برخوردار باشد.
يكي از اهداف نانو فناوري پيشرفت در زمينۀ الكترونيك و علوم كامپيوتر، براي ساخت حافظه ها و تراشه ها با قابليت بيشتر، و هزينۀ كمتر است. همان طور كه در بالا توضيح داده شد، دستيابي به اهداف در اين زمينه نقص هاي بسياري در ماشين ها را برطرف خواهد كرد. به خصوص حافظه ها و اسمبلرها، كه انقلاب عظيمي در صنعت الكترونيك، در حوزۀ فناوري نانو خواهد بود.
منابع :
- سيم چي،ع. آشنايي با نانو ذرات، انتشارات موسسۀ انتشاراتي دانشگاه صنعتي شريف،1387، 23-76
- حبيبي، س. محمدي شادپور،م. نانو تكنولوژي و پيدايش كاربردهاي جديد، انتشارات الماس دانش، 1387، 23-55.
- جهانشاهي،م. نانو فناوري زيستي و نانو فناوري مولكولي، انتشارات جهان نو، 1388، 10-12.
- انجمن علمي دانشجويي نانوتكنولوژي دانشكده فني دانشگاه تهران، نانوتكنولوژي آئينه تكنولوژي آفرينش، كميتة مطالعات سياست نانوتكنولوژي، 1387، 11.
- Santos PS. Tecnologia de Argilas aplicada a Argilas Brasileiras. Sa˜o Paulo: Sa˜o PauloUniversity; 1975 .
- Ramsharan Singh and Prabir K. Dutta, MFI: A Case Study of Zeolite Synthesis,1990, 10-17
- G Papaccio, B Deluca, FA Pisanti. J Cell Biochem 71:479–490, 1998 .
- J Capiaumont, C Legrand, D Carbonell, B Dousset, F Belleville, P Nabet. J Biotechnol 39:49–58, 1995 .
Laboratoire de Mate´riaux a` Porosite´ Controˆle´e, UMR-7016 CNRS, ENSCMu, UniVersite´ de Haute Alsace,3, rue Alfred Werner, 68093 Mulhouse Cedex, France, Nanozeolites: Synthesis, Crystallization Mechanism, and Applications, Chem. Mater. 2005, 17, 2494-2513

[sajadhoosein]

کاربردهای فناوری‌نانو در صنعت مواد غذایی
●مقدمه
برگزاری همایش‌‌هایی با موضوع فناوری‌نانو، راه‌اندازی کنسرسیوم‌هایی برای مواد غذایی بهتر و سالم‌تر، همچنین بالا بردن آگاهی مردم از طریق رسانه‌ها، مؤید تأثیرگذاری فناوری‌نانو بر صنایع غذایی است. انواع کاربردهای نانو در این زمینه شامل بسته‌بندی‌های هوشمند، مواد نگهدارنده و مواد خوراکی تعاملی ( interactive ) است، که به مصرف‌کنندگان اجازه می‌دهد موادغذایی را با توجه به ذائقه و نیازغذایی مورد نظرشان تغییر دهند.
بیشترغول‌های تولید کننده موادغذایی مانند Nestle,Kraft,Heinz و Unilever برنامه‌های تحقیقاتی مشخصی در این زمینه دارند تا بتوانند سهم بازار خود را در دهه‌های آینده حفظ کنند. این بدان معنا نیست که مواد غذایی به‌طور اتمی تغییر پیدا کنند و یا با نانوماشین‌ها تولید شوند، زیرا آرزوی تولید غذاهای مولکولی با کمک نانو ماشین‌ها فعلاً عملی نیست.
با علم به قابلیت‌های فناوری‌نانو امید است، بتوان سیستم‌های فعلی فراوری مواد غذایی را تغییر داده، محصولاتی مطابق با فرهنگ تغذیه سالم به بازار عرضه كرد. محققان همچنین امیدوارند بتوانند با استفاده از مواد افزودنی، کیفیت مواد غذایی و هضم و جذب غذا را در بدن افزایش دهند. اگر چه بعضی از این اهداف دور از انتظار به نظر می‌رسد، اما امروزه صنایع بسته بندی از فناوری‌نانو در محصولات خود کمک می‌گیرند.

۱. بسته‌بندی و سلامت مواد غذایی
پیشرفت در بسته بندی هوشمند برای افزایش عمر مفید محصولات غذایی، هدف بسیاری از شرکت‌هاست. این سیستم‌های بسته‌بندی قادر خواهند بود پارگی‌ها و سوراخ‌های کوچک را با توجه به شرایط محیطی (مانند تغییرات دما و رطوبت) ترمیم و مصرف کننده را از فساد ماده غذایی آگاه سازند. فناوری‌نانو می‌تواند در مواردی مانند افزایش مقاومت به نفوذ در پوشش‌ها، افزایش ویژگی‌های دیواره (مکانیکی، حرارتی، شیمیایی ومیکروبی)، افزایش مقاومت در برابر گرما، گسترش ضد میکروب‌های فعال و سطوح ضد قارچ کارساز باشد.
چشم اندازهای مالی فناوری‌نانو، صنایع بسته‌بندی را پررونق نشان می‌دهد. سهم بازار این صنعت در حال حاضر حدود ۱.۱ میلیارد دلار است و پیش‌بینی‌ می‌شود تا سال ۲۰۱۰ به ۷.۳ میلیارد دلار آمریکا برسد. با این وجود، صنعت بسته‌بندی هوشمند از آنچه پیش‌بینی شده بود جلوتر رفته و نشانه‌های تکامل آن به خوبی پیداست. تحقیقات سازمان مالی Frost and Sullivan نشان داد که علاقه مشتریان به مواد غذایی سالم و تازه در بسته‌بندی‌های مناسب، موجب پیشرفت این صنعت شده است. سازمان های زیادی وجود دارند که در زمینه سیستم‌های بسته‌بندی هوشمند فعالیت می‌کنند، ازجمله شرکت تولیدکننده مواد غذایی Kraft كه با همکاری دانشگاه راتگرز در حال فعالیت روی پروژه زبان الکترونیکی ( electronic tongue ) است تا آن را به بسته‌بندی‌ها اضافه کند. این نوع بسته‌بندی شامل رشته‌ای از نانوحسگرهاست که نسبت به گازهایی که از مواد غذایی آزاد و موجب فساد آنها می‌شوند، به شدت حساس بوده و تغییر رنگ می‌دهند که این تغییر رنگ، علامت واضحی از سلامت یا فساد ماده غذایی است.
شرکت Bayer Polymer کیسه‌ای پلاستیکی با نام Durethan KU ۲-۲۶۰۱ تولید کرده است که از محصولات موجود در بازار سبک تر و محکم تر است، همچنین مقاومت بیشتری در برابر گرما از خود نشان می‌دهد. هدف اولیه از تولید پلاستیک‌های بسته‌بندی مواد غذایی، جلوگیری از خشک شدن محتویات آنها و محافظت در مقابل رطوبت و اکسیژن است. پوشش جدید غنی از نانوذرات سیلیکات است. این نانوذرات تا حد زیادی از نفوذ اکسیژن، گازهای دیگر و رطوبت جلوگیری می‌کنند و فساد مواد غذایی را به تعویق ‌می اندازند.
سازمان‌های دیگر به کمک فناوری‌نانو در حال یافتن راهی برای تشخیص فساد مواد غذایی هستند. به عنوان مثال شرکت AgroMicron ، افشانه تشخیص دهنده نانوبیولومینسانس را ساخته که شامل پروتئین لومینسانت است. در این طرح، افشانه سطح میکروب‌هایی مانند Salmonella و E.coli را ‌پوشانده، و از خود نوری ساطع می‌کند و به این روش فساد مواد غذایی تشخیص داده می‌شود. این شرکت امیدوار است بتواند محصول مورد نظر را با نام BioMark وارد بازار کند. در حال حاضر این شرکت در حال ساخت افشانه‌‌هایی با روش‌‌های جدید است تا بتواند از آنها در حمل و نقل دریایی استفاده کند.
در راهبرد مشابه، برای اطمینان از سلامت مواد غذایی، محققان اتحادیه اروپا در پروژه Good Food از نانوحسگرهای قابل حمل برای یافتن مواد شیمیایی مضر، پاتوژن‌ها و سم‌‌ها در مواد غذایی استفاده می‌کنند.
با این کار، دیگر نیازی به فرستادن نمونه‌های مواد غذایی به آزمایشگاه برای تشخیص سلامت و کیفیت محصولات در کشتزارها و کشتارگاه‌ها نیست. همچنین این پروژه، در حال توسعه به کارگیری زیست تراشه‌های DNA برای کشف پاتوژن‌هاست. این روش می‌تواند در تشخیص باکتری‌های مضر و متفاوت موجود در گوشت یا ماهی و یا قارچ‌های میوه مؤثر باشد. این پروژه در نظر دارد با گسترش میکروحسگرهای رشته‌ا‌ی، بتواند آفت‌کش‌های میوه و سبزیجات را به همان خوبی که شرایط محیطی کشتزارها را کنترل می‌کند تشخیص دهد. این نوآوری به نام حسگرهای Good Food نامیده می‌شود.
پروژه سرمایه‌گذاری شده اتحادیه اروپا به نام BioFinger که هدف آن، ساخت ابزارهای ارزان با توان تشخیص آسان در سلامت محیط زیست است، فعالیت دیگری در زمینه آنالیز مواد غذایی دارد. در ابزارهایی که از حامل ( cantilever ) استفاده می‌کنند، روش بدین صورت است که تیرک ( Tip ) با ماده شیمیایی پوشانده شده و در برخورد با مولکول‌های خاصی، سیگنال ایجاد می‌کنند. BioFinger با استفاده از این حامل‌ها که به یک میکروتراشه متصل است کوچک‌تر و قابل حمل می‌شود.
ارتش آمریکا در حال ساخت حسگرهای فوق‌العاده‌ای‌ است که از آنها در مقابل حمله‌کننده‌ها به مواد غذایی استفاده می‌شود. در سیستم های کنونی چندین روز طول می‌کشد تا وجود پاتوژن‌ها در مواد غذایی تشخیص داده شود. تشخیص سریع پاتوژن‌ها به وسیله این حسگرها به زودی باعث فراگیر شدن این فناوری در صنعت مواد غذایی خواهد شد.
محققان دانشگاه بُن در حال ساخت پوشش‌های دفع کننده آلودگی برای بسته‌بندی‌ها با استفاده از اثر لوتوس (نیلوفر آبی) (قطره آب از سطح برگ‌های نیلوفر آبی می‌لغزد و در نتیجه هرم‌های موم مانند نانومقیاس، سطح برگ را می‌پوشاند) هستند. کشتارگاه‌ها و محل‌های فرآوری گوشت نیز می‌توانند از این فناوری استفاده کنند. گروه تحقیقاتی دانشگاه انگلیسی لیدز دریافتند که نانوذرات اکسید منیزیم و اکسید روی باعث از بین بردن میکروارگانیزم‌ها می‌شوند. استفاده از این مواد بسیار ارزان‌تر از نانوذرات نقره است و می‌توانند کاربرد زیادی در بسته‌بندی مواد غذایی داشته باشند. فناوری شناخت فرکانس‌های رادیویی ( RFID ) در بیش از ۵۰ سال پیش توسعه یافت، ولی امروزه این فناوری راه خود را برای کنترل مواد غذایی در مغازه‌ها پیدا کرده است.
در این فناوری با استفاده از میکروپردازشگر‌ها می‌توان داده‌ها را به گیرنده‌های بی‌سیم ارسال کرد. امروزه می‌توان از این روش برای کنترل اقلام غذایی از انبار تا دست مصرف‌کننده بهره گرفت. برخلاف بارکدها که نیاز به اسکن دستی و خواندن یک به یک دارند، برچسب‌های RFID نیازی به خوانده شدن خطی نداشته و امکان خواندن تعداد زیادی از آنها در یک ثانیه وجود دارد. فروشگاه‌های زنجیره‌ای مانند Wal Mart ، Home Depot گروه Metro و Tsco در حال آزمایش این فناوری هستند. ضعف اصلی این روش، افزایش هزینه تولید است که نتیجه ساخت سیلیکونی آن می‌باشد. با ترکیب فناوری‌نانو و الکترونیک (نانوترونیک) این برچسب‌ها ارزان‌تر و کاراتر شده، همچنین پیاده‌سازی آنها آسان‌تر می‌شود.
گروهی از دانشمندان شمال اروپا، کنسرسیوم نانوغذایی را با هدف توسعه کاربردهای فناوری‌نانو دراین صنعت و با تأکید بر مواد غذایی سالم و مطمئن تشکیل داده‌اند. این مجمع، متشکل از شرکت‌های Arla Foods, Danisco A/S, Ar hus United A/S, Danish Crown amba و مرکز میان رشته‌ای نانوعلوم است.
با تأکید بر فراهم آوردن مواد غذایی سالم برای مشتریان، اولویت‌های این کنسرسیوم عبارت از توسعه حسگرهایی که قادر به تشخیص سریع سم در ترکیبات و یا باکتری‌های مضر در نمونه‌های غذایی باشند، گسترش سطوح ضد باکتری برای ماشین‌هایی که در تولید مواد غذایی به‌کار می‌روند، گسترش ساخت پوشش‌های محکم‌تر و ارزان‌تر، تولید مواد غذایی با ترکیبات خوراکی سالم‌تر می‌باشد.
تحقیقات مرکز دانمارک در بخش پژوهش‌های پیشرفته غذایی ( LMC ) که از همبستگی مؤسسات دانمارکی فعال در زمینه علوم غذایی تشکیل شده‌اند، برنامه‌های خود را در چارچوب هفتمین برنامه خود به صورت زیر اعلام می‌دارد:
درک پایه‌ای از مواد غذایی و تغذیه حیوانات برای نوآوری هوشمند؛
سیستم‌های زیست‌شناسی در تحقیقات غذایی؛
بازنگری زیستی در بخش محصولات غذایی؛
پیشرفت‌های فناوری؛
علم مواد خوراکی؛
نوآوری‌هایی بر اساس نیاز مشتری و ارتباطات غذایی.
آنها معتقدند تمرکز روی این برنامه‌ها می‌تواند موجب دستیابی کامل و چند جانبه در تحقیقات و توسعه مواد غذایی در اروپا شود. همچنین امیدوارند از نانوموادی با ویژگی‌های کاربردی به منظور استفاده در نانوحسگرها و فناوری ‌نانوسیالات در صنایع غذایی استفاده کنند. پیشرفت در مواد بسته‌بندی هوشمند، امکان کنترل شرایط محصولات در طول حمل و نقل و استفاده از روش‌های بسته‌بندی مبتنی بر زیست‌شناسی را برای ما مهیا می‌سازد.

۲. فراوری مواد غذایی
فناوری‌نانو علاوه بر بسته‌بندی، تأثیر زیادی روی گسترش مواد غذایی کاربردی و تعاملی دارد؛ موادی که به نیازهای بدن پاسخ داده، می‌توانند در رسانش مواد غذایی مؤثر باشند. گروه‌های تحقیقاتی مختلفی در حال کار روی ساخت مواد غذایی جدید بر اساس تقاضا هستند. این مواد به صورت غیر فعال در بدن باقی می‌مانند و مواد غذایی را در صورت نیاز به سلول‌ها می‌رسانند. عنصر کلیدی این بخش، توسعه نانوکپسول‌هایی است که با استفاده از آنها در مواد غذایی می‌توان کار رسانش را به خوبی انجام داد. از پیشرفت‌های دیگر در فرآوری مواد غذایی، افزودن نانوذرات به مواد خوراکی برای افزایش جذب آنها در بدن است.
یکی از بهترین نانوایی‌ها در غرب استرالیا در استفاده از نانوکپسول‌هایی که شامل روغن ماهی تن (منبع غنی از اسیدهای چرب امگا ۳) بوده‌اند؛ موفق بوده است. این مرکز از نانوکپسول‌ها در پرفروش‌ترین نوع نان خود به نام tip-top استفاده می‌کند و این ذرات فقط هنگامی باز و شکسته می‌شوند که وارد معده شوند، به این ترتیب از مزه ناخوشایند روغن ماهی جلوگیری می‌شود.
شرکت Nutralease در رژیم اشغالگر قدس، از فناوری ساختارهای مایع خودآرای نانومقیاس ( NSSL ) برای رسانش مواد غذایی استفاده می‌کند. این ذرات به شکل مایسل (کره‌های توخالی که از چربی ساخته شده و درون آن آب است) با قطر حدود ۳۰ نانومتر هستند. مواد خوراکی یا nutraceuticals دارای آب درونی هستند و می‌توانند برای حمل موادی مانند لیکوپن، بتا-کاروتن، لوتین، فیتوسترول ها، CoQ ۱۰ و DHA/EPA مورد استفاده قرار بگیرند. این ذرات به ترکیبات اجازه می‌دهند که به راحتی از طریق معده وارد رگ‌های خونی شوند. بنابراین دسترسی زیستی آنها افزایش می‌یابد. این فناوری را در حال حاضر کارخانجات Shemen برای رسانش روغن فعال Canola وارد بازار كرده‌اند. این شرکت ادعا می‌کند می‌تواند جذب کلسترول را در کیسه صفرا تا ۱۴ درصد کاهش ‌دهد.
تعدادی از شرکت‌های شیمیایی در حال تحقیق روی افزودنی‌هایی هستند که بدن به راحتی قادر به جذب آنهاست و می‌توانند عمر مفید محصولات را افزایش دهند. سازمان بین‌المللی علوم رسانش زیستی در حال توسعه نانوحلزون‌هایی با ذرات پیچشی ۵۰ نانومتری است که می‌تواند در رسانش موادی مانند ویتامین‌ها، لیکوپن و اسیدهای چرب امگا۳ به سلول‌ها به کار گرفته شود، بدون اینکه در مزه و رنگ مواد غذایی تأثیر داشته باشد.
صنایع غذایی Kraft ، گروهی محقق از ۱۵ دانشگاه مختلف را تشکیل داده است تا با کمک فناوری‌نانو در مورد غذاها تحقیق کند. این مورد به مصرف‌کنندگان اجازه می‌دهد تا بین رنگ‌ها و طعم‌های مختلف انتخاب کنند. این مجمع همچنین روی توسعه مواد غذایی هوشمند با کمک نانوحسگرها، که باعث آزاد سازی تدریجی موادغذایی می‌شود فعالیت می‌کند. این نانوکپسول‌ها با مواد غذایی ترکیب می‌شوند ولی تا زمان مناسب، غیر فعال باقی می‌مانند. تمامی پیشرفت‌های جدید موجب می‌شود مفهوم موادغذایی کامل به واقعیت نزدیک شود و انتظار می‌رود تا فواید دیگری در زمینه انرژی، عملکردهای تشخیصی، کاربردهای ایمنی بهتر و توسعه محصولات ضد پیری برای مصرف‌کنندگان وجود داشته باشد.
امروزه از فناوری‌نانو در صنایع آرایشی مانند ساخت کرم‌های شفاف استفاده می‌شود. شرکت Royal BodyCare ، که از فناوری‌نانو علوم غذایی استفاده می‌کند محصول جدیدی با نام NanoCeuticals را وارد بازار کرده، که امولسیونی از ذرات با قطر کمتر از ۵ نانومتر است. این شرکت ادعا می‌کند این محصول، رادیکال‌های آزاد را جمع آوری کرده، آب رسانی را بالا برده و pH بدن را تنظیم می‌کند. این شرکت همچنین در حال توسعه نانوخوشه‌‌ها و پودرهای نانومقیاسی است که با مکمل‌های غذایی ترکیب می‌شوند و هنگام مصرف، قدرت جذب مواد غذایی را در بدن افزایش می‌دهند.
شرکت‌های مواد غذایی و آرایشی در همکاری با یکدیگر به دنبال سازوكاری جدید برای رسانش ویتامین‌ها و جذب مستقیم آنها از پوست هستند. به عنوان مثال شرکت Nestle که ۴۹ درصد از سهام شرکت LOreal را داراست در حال ساخت کرم ضدآفتاب شفافی است که ویتامین E را مستقیم به پوست می‌رساند. هدف، ساخت کرمی است که به وسیله پوست جذب شده و ویتامین E را به آرامی آزاد کند، به‌علاوه دارای ماده محافظ UV نیز باشد. در حال حاضرکرم‌های شفاف ضد UV در بازار موجود است و LOreal انتظار دارد این کرم با کاربردهای بیشتری بازار را در برگیرد.
رقیبان دیگر مانند Estee Lauder در حال ساخت فرمول‌های ضد پیری هستند که از نانوذرات تشکیل شده‌است. شرکت آمریکایی Oilfresh محصول نانوسرامیکی جدیدی وارد بازار کرده که مصرف روغن را در رستوران‌ها و غذاهای آماده به نصف کاهش می‌دهد. در نتیجه این تغییر بزرگ، از اکسید شدن محصولات به دلیل چربی‌های درون روغن جلوگیری می‌شود. مورد دیگر این است که روغن سریع‌تر داغ شده و انرژی مورد نیاز برای پخت کاهش می‌یابد.
اخیراً دانشگاه واخنینگن در هلند مرکز تحقیقاتی را تأسیس کرده که در حال کار روی کاربرد فناوری‌نانو در صنایع غذایی است. مرکز بیوفناوری واخنینگن روی موضوعات مختلفی ازجمله تشخیص کیفیت و سلامت غذا، پوشش‌دار کردن و رسانش مواد غذایی، میکرو و نانو ابزارهایی برای پردازش‌های شیمیایی و فیزیکی، زیست شناسی شیمیایی، نانو سم شناسی؛ بررسی فناوری و علم مشتری متمرکز شده است.
شرکت آلمانی Aquanova در حال توسعه فناوری جدیدی است که در آن دو ماده فعال را با هم ترکیب کرده و در کاهش چربی از طریق نانوحامل‌ها (کره‌های تو خالی با قطر ۳۰ نانومتر) استفاده می‌کند. این نوآوری می‌تواند دستیابی جدیدی در کنترل وزن باشد. شرکت NovaSOL Sustain از CoQ ۱۰ برای کاهش چربی اسیدهای alpha-lipoic برای رفع گرسنگی استفاده می‌کند. همچنین این فناوری برای تولید ویتامین‌هایی مانند SoluE که از دسته ویتامین‌های E است و همچنین SoluC که از دسته ویتامین‌های C است استفاده می‌شود.
در یک راهبرد متفاوت، شرکت Unilever در حال تولید بستنی‌های کم چرب با کاهش ذرات امولسیون است. با این عمل امید است که استفاده از این ذرات، میزان چربی را تا ۱۶ درصد کاهش دهد. مرکز بین‌المللی Woodrow Wilson ، مؤسسه بورس تحصیلی در آمریکا، پایگاه داده‌ای از مشتریان بازار فناوری‌نانو تشکیل داده و به‌زودی ۱۵ مورد را که ارتباط مستقیم با صنایع غذایی دارند اعلام می‌کند. این فهرست شامل nanocetical های تولیدی شرکت RBC ، Life Science و روغن فعال Canola ی صنایع Shemen و نانوذرات نقره استفاده شده در یخچال‌های شرکت LG می باشد.

۳. جمع بندی
امروزه بسیاری از کشورهای جهان به توانایی فناوری‌نانو در صنایع غذایی پی برده‌اند‌‌و در حال سرمایه‌گذاری قابل‌توجهی در این راه هستند. مؤسسه استاندارد مواد‌غذایی انگلستان ( FSA ) تحقیقاتی برای دستیابی به توانایی استفاده از فناوری‌نانو در غذا و مشخصاً بسته‌بندی موادغذایی ترتیب داده‌است. همزمان دولت این کشور نیز بودجه بیشتری برای تحقیق و توسعه در زمینه غذاهای کاربردی، سیستم‌های رسانش موادغذایی و شیوه‌های بهینه‌سازی ظاهر غذا مانند رنگ، مزه و غلظت در نظرگرفته است.
با افزایش تأثیرات فناوری‌نانو بر صنایع‌غذایی و ورود این محصولات به بازار مصرف، اهمیت سلامت این دسته از مواد‌غذایی بیشتر مطرح می‌شود. این نیاز، پذیرش فناوری‌نانو را در کاربردهای حسی، قوی‌تر خواهد کرد، و از همین راه می‌توان به سلامت مواد‌غذایی پی برد. مانند نوعی فناوری که نزدیک بودن تاریخ انقضای مواد‌غذایی را به خریداران و فروشندگان هشدار می‌دهد. پوشش‌های ضد‌میکروبی جدید و کیف‌های پلاستیکی دفع‌کننده آلودگی، پیشرفت‌ چشمگیری در اطمینان از سلامت و امنیت غذاهای بسته‌بندی داشته‌اند. اگرچه توجه زیادی به کاربرد فناوری‌نانو در صنایع‌غذایی و محصولات موجود در بازار شده‌است، اما هنوز هم توانایی‌های استخراج نشده بسیاری مانند آنچه قبلاً در بحث دستکاری ژنتیکی عنوان شد وجود دارد.
مؤسسه علوم و فناوری غذایی انگلستان، در گزارشی نشان داده است كه داده‌های مطمئن بیشتری مورد نیاز است تا بتوان نانوذرات را به مواد غذایی اضافه کرد. این گزارش اشاره می‌کند که قوانین جاری، شرکت‌ها را برای برچسب‌زدن روی اقلامی که شامل نانوذرات است مجبور نمی‌کند، بنابراین بعید است مشتریان بتوانند از وجود این مواد در اقلام غذایی مطلع شوند. گفته می‌شود برای ارزیابی سلامت این دسته از مواد غذایی باید به تأثیرات اندازه ذرات در کنار نوع ترکیبات توجه شود.
گروه ETC همچنین برخی شركت‌های مهم و دانشگاه‌های فعال را به تلاش برای به انحصار درآوردن غذاهای جدید (از طریق ثبت اختراع) متهم كرده است؛ زیرا این كار می‌تواند برای بسیاری از شركت‌های مبتكر در كشورهای در حال توسعه، مانع ایجاد كند.
سرانجام روزی خواهد رسید که موادغذایی را از ترکیبات اتمی و مولکولی بسازیم که در اصطلاح به آن تولید مواد غذایی مولکولی گفته می‌شود. امروزه برخی گروه‌های تحقیقاتی در حال بررسی این زمینه هستند، ولی هنوز با روش بالا به پایین، استفاده از سلول‌ها بیش از مولکول‌هاست. اگر‌چه استفاده کاربردی از این فناوری در آینده دور امکان‌پذیر است، اما انتظار می‌رود این پیشرفت بتواند راه را برای گسترش پردازش محصولات غذایی مؤثرتر و ماندگارتر باز کند که در این صورت مواد خام کمتری مصرف شده و غذاهایی با کیفیت بالاتر به دست می‌آید.

[sajadhoosein]

جهان ریاضیات در فضای نانو
نويسنده: شاهرخ رضایی

این مقاله می‌کوشد تا چالش های دنیای ریاضیات را در مواجهه با دنیای شگفت‌انگیز نانو بررسی کند. به عبارت دیگر، ریاضیات در معماری پازل نانو چه نقشی خواهد داشت؟
علوم نانو و فناوری نانو بیانگر رهگذری به سوی دنیایی جدید هستند. سفر به اعماق سرزمین اتمها و مولکولها نوید دهندة اثراث اجتماعی شگفت‌انگیزی است: در علوم بنیادین، در فناوریهای نو، در طراحی مهندسی و تولیدات، در پزشکی و سلامت و در آموزش.
پیش‌بینی‌های گسترده در حوزه کشفیات جدید، چالش ها، درک مفاهیم، حتی هنوز فرم و محتوای موضوع، مه‌آلود و اسرارآمیز است. این مقاله می‌کوشد تا چالش های دنیای ریاضیات را در مواجهه با دنیای شگفت‌انگیز نانو بررسی کند. به عبارت دیگر، ریاضیات در معماری پازل نانو چه نقشی خواهد داشت:
همگان بر این نکته توافق دارند که پیشرفت های بزرگ، مستلزم تعامل میان مهندسان، ژنتیست‌ها، شیمیدانان، فیزیکدانان، داروسازان، ریاضیدانان و علوم رایانه ای ها است. شکاف میان علوم و فناوری، میان آموزش و پژوهش، میان دانشگاه و صنعت، میان صنعت و بازار بر مجموعه تأثیرگذار خواهد بود. دلایل کافی مبتنی بر فصل مشترک میان نظام های کلاسیک و فرهنگ ها موجود است.
این انقلاب علمی و فناورانه، منحصر به فرد است. این بدین معنی است که می‌بایستی نه تنها در بعد علمی، که در سایر ابعاد، نیز زیرساختهای بنیادین با حداکثر انعطاف پذیری در برابر تغییرات را پیش‌گویی و پیش‌بینی کنیم.
دانش ریاضیات به عنوان خط مقدم جبهة علم مطرح است. ویژگی بدیهی ریاضیات در علوم نانو «محاسبات علمی» است. محاسبات علمی در فناوریی که به عنوان فناوری انقلابی مطرح شده است. محاسبات علمی در طول، تفسیر آزمایشات، تهیة پیش‌بینی در مقیاس اتمی و مولکولی بر پایة تئوری کوانتومی و تئوریهای اتمی است.
همانگونه که ریاضیات زبان علم است، محاسبات، ابزاری عمومی علم و کاتالیزوری برای تعاملات عمیق‌تر میان ریاضیات و علوم است. یک تیم محاسبات، دربارة مدلشان و اثر محاسباتشان و تطبیق‌پذیری آن با واقعیت، به بحث می‌پردازند. «‌محاسبات» رابطی میان آزمایش و تئوری است. یک تئوری و یک مدل ریاضی، پیش نیاز محاسبات است و یک آزمایش تنها اعتبار بخش هر نوع تئوری، مدل و محاسبات است.
مدلهای ریاضی، ستونهای راهگشا به سوی بنیاد علم و تئوریهای پیش بین هستند. مدلها، رابطهایی بنیادین در پروسه‌های علمی هستند و اغلب اوقات در سیستم‌های آموزشی به فاز مدلسازی و محاسبات، تأکید کافی نمی‌شود. یک مدل ریاضی بر پایة فرمولاسیون معادلات و نامعادلات اصول بنیادین استوار است و مدل درگیر با درک کامل پیچیدگیهای مسأله نظیر، جرم، اندازة حرکت و توازن انرژی است. در هر سیستم فیزیکی واقعی تقریب اجازه داده می‌شود، تا مدل را در یک قالب قابل حل عرضه کنند. اکنون می‌توان مدل را یا به صورت «تحلیلی» و یا بصورت «عددی» حل کرد. در این حالت مدلسازی ریاضی یک پروسه پیچیده است،زیرا می‌بایستی دقت و کارآیی را همزمان نشان دهد.
در علوم نانو و فناوری نانو، مدلسازی نقش محوری را بر عهده دارد، بویژه وقتی که بخواهیم عملکرد ماکروسکوپی مواد را از طریق طراحی در مقیاس اتمی و مولکولی کنترل کنیم، آن هم در شرایطی که درجات آزادی زیاد باشد. مدلسازی ریاضی یک ضرورت در این فضای مه آلود است. تفسیر داده‌های آزمایشگاهی یک ضروت حتمی است. همچنین برای هدایت، تفسیر، بهینه سازی، توجیه رفتارهای آزمایشگاهی، مدلسازی ریاضی ضرورت می‌یابد.
یک مدل مؤثر، راه رسیدن به تولیدات جدید، درک جدید رفتارشناسی، را کوتاه می‌کند و تصحیح گر هوشمندی است که از نتایج گذشته درس می‌گیرد.
مدل سازی نه تنها ویژگی منحصر به فرد ریاضیات است بلکه پلی بسوی فرهنگهای مختلف علمی است.
تئوری در هر مرحله از توسعة علم، نقش محوری دارد، ارزیابی حساسیت مدل به شرایط پروسه‌های فیزیکی ، و حصول اطمینان از اینکه معادلات و الگوریتمهای محاسباتی با شرایط کنترل آزمایشگاهی سازگارند، از چالشهای مهم است. تئوری نهایتاً بسوی تعریف نتایج و درک فیزیکی سیستم، میل خواهد کرد و اغلب اوقات ریاضیات جدیدی لازم نیست تا به منظور رسیدن به درک رفتار، ساخته شود.
عبور از تئوریهای موجود ارزشمند است و اغلب نیز اتفاق می‌افتد. زمانی مدلها، مشابه سیستم‌های شناخته شده هستند که دقت ریاضی بالایی را داشته باشند اما در جهان شگفت ‌انگیز نانو، مدلهای مختلف و جدید، چالشهای جدی را در دانش ریاضیات پدید می‌آورند. تئوریهای جدید در مقیاسهای زمانی غیر قابل پیش‌گوئی اتفاق می‌افتند و تئوریهای قدرتمند در قالبهای عمیق شکل می‌گیرند. میان‌برهای اساسی لازم است تا شبیه‌سازی صورت گیرد:
طراحی در مقیاس اتمی و مولکولی، کنترل و بهینه سازی عملکرد مواد و ابزار آلات، و کارآیی شبیه‌سازی رفتار طبیعی، از مهمترین چالشها است. این چالش‌ها نوید دهندة برهم کنشهای کامل میان حوزه‌های مختلف ریاضی خواهد بود.
آثار اجتماعی این چالش‌ها زیاد و متنوع خواهد بود.
منافع حاصل از مشغولیت ریاضیدانان فعال، توازن با چالش های اصلی در زمینه رشد زیرساختهای ریاضیات، تغییرات در ساختار آموزش ریاضیات، از جمله آثار ورود ریاضیات به دنیای شگفت انگیز نانو خواهد بود.
جامعه ریاضی می‌بایستی اصلاح شود: تئوریهای بنیادین، ریاضیات میان رشته‌ای و ریاضیات محاسباتی و آموزش ریاضیات.
ریاضیات چه حوزه‌هایی را در بر خواهد گرفت؟ الگوریتمهای اصلی در حوزه‌های ریاضیات کاربردی و محاسباتی، علوم کامپیوتر، فیزیک آماری، نقش مرکزی و میان بر ساز را در حوزة نانو بر عهده خواهند داشت.
برای روشن شدن موضوع برخی از اثرات ریاضیات را در فرهنگ نانو بررسی می‌کنیم:
ـ روشهای انتگرال گیری سریع و چند قطبی سریع: اساسی و الزامی به منظور طراحی کدهای مدار ( White, Aluru, Senturia ) و انتگرال گیری به روش Ewala در کد نویسی در حوزه‌های شیمی کوانتوم و شیمی مولکولی ( Darden ۱۹۹۹)
ـ روشهای« تجزیه حوزه»، مورد استفاده در شبیه‌سازی گسترش فیلم تا رسیدن به وضوح نانوئی لایه‌های پیشرو مولکولی با مکانیک سیالات پیوسته در مقیاسهای ماکروسکوپیک ( Hadjiconstantinou )
ـ تسریع روشهای شبیه سازی دینامیک مولکولی ( Voter ۱۹۹۷)
ـ روشهای بهبود مش‌بندی تطبیق پذیر: کلید روشهای شبیه پیوسته که ترکیب کنندة مقیاسهای ماکروئی، مزوئی، اتمی ومدلهای مکانیک کوانتوم از طریق یک ابزار محاسباتی است ( Tadmor, Philips, Ortiz )
ـ روشهای پیگردی فصل مشترک: نظیر روش نشاندن مرحله‌ای Sethian, Osher که در کدهای قلم زنی و رسوب‌گیری جهت طراحی شبه رساناها مؤثرند ( Adalsteinsson, Sethian ) و نیز در کدگذاری به منظور رشد هم بافت ها ( Caflisch )
ـ روش های حداقل کردن انرژی هم بسته با روشهای بهینه سازی غیر خطی (المانی کلیدی برای کد کردن پروتیئن‌ها) ( Pierce& Giles )
ـ روش های کنترل (مؤثر در مدلسازی رشد لایه نازک‌ها ( Caflisch ))
ـ روش های چند شبکه‌بندی که امروزه در محاسبات ساختار الکترونی و سیالات ماکرومولکولی چند مقیاسی بکار گرفته شده است.
ـ روش های ساختار الکترونی پیشرفته ، به منظور هدایت پژوهشها به سمت ابر مولکولها ( Lee & Head – Gordon )
منبع: ستاد ویژه توسعه فناوری نانو

[sajadhoosein]

چرا نانو مهم است؟

نويسنده:ابراهيم هنرمند

علم نانو مطالعه اصول اوليه مولکول ها وساختارهايي با ابعاد 1 تا 100 نانومتر است. اما چه چيزي در مقياس نانومتري وجود دارد که يک فناوري برپايه آن بنا شده است؟
مثالي را براي درک بيشتر مقياس نانوبا هم مرور مي کنيم. يک مکعب از جنس طلا رل با ابعاد 5 سانتي متر در نظر بگيريد. حال اين مکعب را از طول، عرض و ارتفاع نصف مي کنيم تا به 8 مکعب کوچک تر به دست آيد.
خواص اين مکعب هاي کوچک، دقيقاً مشابه خواص مکعب اوليه است (به جز ارزش مادي)، يعني هر يک از 8 مکعب به دست آمده هنوز طلا است: زرد، درخشنده، نرم و سنگين است، همچنين هادي الکتريسيته بوده ونقطه ذوب آنها همان نقطه ذوب طلاست. حال تصور کنيد يکي از اين مکعب ها را نيز با همان روش قبل به 8 مکعب کوچک تر تقسيم کنيم. مکعب هاي به دست آمده نيز خواص مکعب اوليه را دارا هستند و باز هم تقسيم کردن را ادامه دهيم، به طوري که نتوانيم تکه هاي ريز شده طلا را با چشم غيرمسلح ببينيم، باز هم خواص فيزيکي و شيميايي تکه هاي طلا بدون تغيير باقي مي مانند. اما اگر ريزشدن ذرات طلا را ادامه دهيم تا به مقياس نانو برسيم، تقريباً همه چيز تغيير مي کند. همه ما طلاي زينتي را با رنگ زرد درخشنده اش مي شناسيم. اما آيا مي دانيد مي توان طلاي قرمز نيز توليد کرد؟ مثلاً نانو ذرات طلا بسته به اندازه ذرات خود مي تواند قرمز، آبي متمايل به سبز، نارنجي يا حتي ارغواني به نظر برسند! توليد نانوذرات طلاي قرمز هر هفته در بخش شيمي تجزيه دانشگاه کاشان در حال انجام است.
با نگاه ميکروسکوپي مي توان مشاهده کرد که يک نانو نقطه طلا، قرمز به نظر مي رسد. اما اگر همين ذرات به هم متصل شوند، رنگشان به زرد تبديل مي شود. اگر تعداد کافي نانو نقاط طلا به هم نزديک شوند، به طوري که با هم ترکيب نشوند، مي توان رنگ قرمز طلا را با چشم غير مسلح ديد. با رسيدن به مقياس نانو نه تنها رنگ ذرات تغيير مي کند، بلکه خواصي مانند نقطه ذوب، خواص مغناطيسي و ... نيز دچار تحول مي شود.

[sajadhoosein]

نانوتکنولوژي چيست ؟
مترجم : حبیب الله علیخانی
منبع : راسخون

تعريف نانوتکنولوژي :
واژه ي نانوتکنولوژي ( Nanotechnology) در سال هاي اخير به صورت مکرر در رسانه ها گفته شده است . منابع خبري اعلام مي کنند که نانوتکنولوژي انقلاب علمي آينده است . نانوتکنولوژي وعده هايي از جمله : کامپيوترهاي سريع تر ، درمان سرطان ها و حل بحران انرژي را به ما مي دهند ؛ اما نانوتکنولوژي دقيقاً به چه معناست ؟ و آيا اين تکنولوژي توان برآورده کردن اين وعده ها را دارد ؟
تعريف رسمي نانوتکنولوژي که به وسيله ي ( National Nanotechnology Initiative NNI ) ارائه شده است به شرح زير است :
نانوتکنولوژي فهم و کنترل مواد در ابعاد بين 1 تا 100 نانومتر است . که در ابعاد 1 ـ 100 نانومتر ، پديده هاي منحصر به فرد ، انسان را قادر مي سازند تا کاربردهاي جديدي ابداع کند . نانوتکنولوژي شامل علم در ابعاد نانو ، مهندسي و تکنولوژي مي شود .
نانوتکنولوژي با عکسبرداري ، اندازه گيري ، مدل سازي و دستکاري مواد در اين طول ابعاد ( 1 تا 100 نانومتر ) درگير است .
تعريف NNI را مي توان به سه بخش اساسي تقسيم کرد :
1 ـ نانوتکنولوژي بسيار بسيار کوچک است .
هنگامي که چيزي در ابعاد نانو باشد ؛ ابعاد آن حداقل در يک بعد در حد 1 تا 100 نانومتر است . بنابراين به علت آن اين مواد بسيار بسيار کوچک هستند با چشم ديده نمي شوند . حتي با ميکروسکوپ هاي نوري خاص نيز ديده نمي شوند . دانشمندان براي ديدن اين مواد مجبور به استفاده از وسايلي از جمله ميکروسکوپ هاي پروبي روبشي ( SPM ) هستند . بعضي از مواد همواره در ابعاد نانو هستند . مثلاً مولکولهاي آب و يا اتم هاي سيلسيم ( Silicon) .
به هر حال ، اخيراً دانشمندان توانسته اند از ابزارهاي جديد استفاده کنند و با پروسه هايي به توليد و دستکاري عموم مواد بپردازند و در اين پروسه از ابعاد بزرگ به اين ابعاد ( نانو ) برسند . مثلاً توليد نانو ذرات Tio2 ( تيتانيم اکسيد ) .
2 ـ در ابعاد نانو ، مواد از خود رفتارهاي متفاوتي نشان مي دهند .
در ابعاد نانو ، بسياري از مواد معمولي از خود خواص غير عادي ارائه مي دهند به عنوان مثال مقاومت الکتريکي فوق العاده پايين ، نقطه ذوب پايين تر و يا واکنش شيميايي سريع تر براي مثال ، در ابعاد ماکرو ، طلا ( Au) درخشنده و زردرنگ است در حالي که زماني که ابعاد آن به 24 نانومتر ( nm) برسد به رنگ قرمز در مي آيد . ( شکل 1 ) . طلا با اندازه ي ذرات ريزتر با نور واکنش متفاوت تري دارد ، بنابراين ذرات طلا رنگ هاي مختلفي را با توجه به عواملي آشکار مي کند . اين عوامل اندازه ي نانو ذرات طلا و همچنين شکل اين ذرات است . که با توجه به آنها رنگ نانو ذرات طلا، قرمز ، زرد و يا آبي مي باشد .
مثال ديگر از نانوذرات که به نظر مي رسد مطابقتي با ابعاد ماکروسکوپيک خود ندارند موادي است که در کرم هاي ضد آفتاب کاربرد دارد. اکسيد تيتانيم ( Tio2) براي کرم هاي ضد آفتاب و موانع نور خورشيد مورد استفاده قرار مي گيرد . اين مواد يکي از اجزايي است که باعث مي شود رنگ کرم سفيد به نظر برسد . توليدکنندگان اکنون از نانوذرات براي توليد کرم ها و ژل هاي شفاف استفاده مي کنند که علت آن شفافيت و بي رنگي نانوذرات Tio2 است .

خواص ديگر مواد نيز هنگامي که در ابعاد نانو هستند تغيير مي کند . براي مثال آلومينيوم ( AL) فلزي نرم و درخشان است که براي توليد قوطي هاي ليموناد مورد استفاده قرار مي گيرد . در ابعاد نانو ، آلومينيوم بسيار واکنش پذير و قابليت انفجار دارد . نانوذرات بسيار واکنش پذيرند زيرا وسعت سطح آنها از حالت ماکروسکوپيک بيشتر است.
3 ) محقيقن مي خواهند اين رفتارهاي متفاوت و غير عادي مواد در ابعاد نانو را براي ايجاد تکنولوژي جديد تحت کنترل قرار دهند .
با تحت کنترل قرار دادن اين رفتارهاي جديد ، محقيقن در رشته هاي مختلف آرزوي ساخت وسايل جديد از توليدات روزانه مثل جوراب هاي آنتي باکتريال و راکت هاي تنيس سبکتر گرفته تا سلولهاي خورشيدي و کامپيوترهاي سريع تر و کوچکتر يا درمان هاي دارويي گزينشي را دارند .
بسياري از دانشمندان فکر مي کنند که احتمال تحقق اين آرزوها بالا باشد .

آيا ipod Nano نمونه اي از نانوتکنولوژي است ؟

توليدات توسعه يافته با فناوري نانو هم اکنون در اکثر مراکز فروش يافت مي شوند . ولي در هيچ يک از اين توليدات ، اتيکت « نانو » که مشخص کننده ي بهره گيري توليد کننده از فناوري نانوتکنولوژي است وجود ندارد . بعضي از توليد کنندگان از پيشوند « نانو » براي ايجاد ارتباط بين اندازه ي کوچک توليدات منحصر بفردشان استفاده مي کنند که اين بيشتر براي ايجاد پتانسيل فروش بيشتر است . به علاوه قصد آنها ، فروش بيشتر اين وسيله با توجه به شور و اشتياقي است که در زمينه ي فناوري نانوتکنولوژي به راه افتاده است . براي مثال توليد کنندگان ماشين در هندوستان اخيراً Tata Nano را به بازار فروش اتومبيل ارائه کرده اند ( شکل 2 ) . اين ماشين به طور يقين در ابعاد نانو ساخته نشده است . اما طراحان نام نانو را براي اين توليدشان استفاده کردند تا به علاقه مندان خريد اين خودروها بگويند که اين خودرو با فناوري بالا و اندازه ي کوچک ساخته شده است .

البته اين تنها مثال براي اين مورد در بازار امروزي نيست . مثلاً پخش کننده هاي موسيقي ( MP3 يا MP4 ) با نام Ipod Nano توليد شده اند که اين پخش کننده هاي موسيقي در ابعاد نانومتري نيستند اما ابعادشان از ipod هاي توليدي توسط اين کمپاني کوچکترند ( شکل 3 ) به هر حال ، اين وسايل از نانوتکنولوژي در تراشه ها و مدارهاي الکترونيکي استفاده شده است همانگونه که در مدارات الکتريکي و تراشه هاي لپ تاپ شما از اين فناوري بهره برداري شده است . توليداتي نيز وجود دارند که در آنها از نانوتکنولوژي استفاده شده است . اگر چه در نام اين وسايل و توليدات علامتي نيامده است ! يکي از اتفاق هاي معمولي استفاده از نانوذرات نقره در توليدات مصرفي ( Consumer Products) است . نقره به طور ذاتي آنتي باکتريال است . براي کنترل عوامل باکتريايي از زمان هاي قديم استفاده مي شده است . با وارد کردن نقره با ابعاد در حد نانو در منسوجات ، پلاستيک ها و وسايل خانه ( شکل 4 ) ، توليد کنندگان مي توانند موجب کشته شدن باکتريها با مقدار کمي نقره شوند بدون اينکه خواص ديگر اين توليدات تحت شجاع قرار گيرد .

به هر حال ، مسئله ي استفاده از نقره در اين وسايل يک ريسک تلقي مي شود زيرا هنوز مشخص نشده است که آيا نانوذرات نقره مقاومت باکتريها را در مقابل عوامل آنتي باکتريال بالا مي برند يا نه ؟
پروژه هاي بخش نانوتکنولوژي باعث توليد محصولاتي شده است که به طور واقعي در آنها از نانوتکنولوژي بهره برده شده است . به هر حال به خاطر طبيعت اختصاصي بودن اين توليدات و داشتن حالت راز مانند : توضيحاتي دقيق در مورد نحوه ي استفاده از نانوتکنولوژي در اين وسايل موجود نمي باشد .

نتيجه ي بحث :
نانوتکنولوژي به عنوان « تکنولوژي بزرگ آينده » لقب گرفته است . اين تکنولوژي منادي راه کارهايي جهت درمان سرطان ها ، استقلال انرژي ، توسعه ي وسايل الکترونيکي و تهيه ي آب سالم براي کشورهاي جهان سوم است . با يک چنين کاربردهاي گوناگون ، نانوتکنولوژي ظرفيت تغيير دنيايي که ما در آن زندگي مي کنيم را دارا مي باشد همانگونه که کامپيوترجامعه را در 30 سال گذشته تغيير داده است . اما براي به انجام رساندن چنين شاهکاري دانشمندان و مهندسين بخش نانو هنوز تحقيقات بسياري پيش رو دارند و بايد بفهمند که مواد با ابعاد نانو چگونه کار مي کنند و چگونه مي توان آنها را توليد کرد . البته من معتقدم که کاربردهاي نانوتکنولوژي بيشتر در فروشگاه ها ديده مي شوند تا در جاهاي ديگر .
مثالي از تحقيقات در حال انجام مشارکت بين پروفسور Naomi Halas و Jennifer West در دانگشاه Rice است . اين دو پژوهشگر در حال بررسي روش هاي درماني سرطان به وسيله ي نانو شل هاي طلا هستند که البته اين تحقيق هنوز در مرحله ي تحقيق و پژوهش است . اما ممکن است به واسطه ي آن بسياري از روش هاي درماني جديد در آينده به وجود آيد .

[sajadhoosein]

كاربردهاي متنوع نانوذرات

يكي از شاخه­هاي مهم نانومواد، نانوذرات هستند كه خود شامل نانوپودرهاي فلزي، نانوذرات بين­فلزي، نانوكامپوزيت­ها و غيره هستند. در مطلب زير كه از سايت
برای مشاهده محتوا ، لطفا وارد شوید یا ثبت نام کنید استخراج شده است، كاربردهاي متنوعي از نانوذرات بيان شده است:
دكتر استنلي ويليام، عضو شركت HP و رئيس مركز علوم كوانتوم، در يك همايش نانوتكنولوژي اظهار داشت: "نانوتكنولوژي بايد بتواند در بخش غيرفعال خود به سمت تجاري­سازي پيش رود". وي نانوتكنولوژي را به دو بخش غيرفعال و فعال تقسيم كرده است:

بخش فعال: انتقال و تبادل اطلاعات ميان يك نانوساختار و محيط اطراف آن

بخش غيرفعال: انجام وظيفه توسط نانوساختار

به عقيده وي، پيشرفت­هاي تجاري در بخش غيرفعال نانوتكنولوژي باعث مي‌شود كه شركت­ها با كسب تجربه در اين فناوري بتوانند حركتي مفيد و سودآور به سمت بخش فعال آن داشته باشند[ برای مشاهده لینک ، لطفا با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

شركت نانوتكنولوژيز، يكي از شركت­هاي نوپا است كه در بخش غيرفعال نانوتكنولوژي، پيشرفت­هاي قابل ملاحظه‌اي داشته است. فرآيندهاي اين شركت، ساده، تكرارپذير، قابل گسترش و قابل تعميم است و نانوپودرهاي توليدي آنها از درجه خلوص بالايي برخوردار بوده و توزيع اندازه در آنها بسيار محدود است.

انعطاف‌پذيري فرآيندهاي اين شركت مي‌تواند پتانسيل بالايي را در توليد انواع مختلفي از نانوذرات از قبيل اكسيدها، نيتريدها، بوريدها، كربيدها، كربونيتريدها، تركيبات درون فلزي، فولرين‌ها، نانوكامپوزيت­ها و پودرهاي نانوفلزي توليد كند. حتي توليد يكسري مواد خارجي از قبيل الماس و كربن بي‌شكل نيز توسط اين فرآيندها مقدور مي‌باشد. موادي كه تاكنون در اين شركت توليد شده‌اند عبارتند از نانوذرات نيتريد آلومينيم، آلومينا، آلومينيوم، نقره و تيتانيا.

نانوذرات توليدي اين شركت، در حال حاضر داراي مشتري­هاي گوناگوني از بخش­هاي مختلف صنعتي مي‌باشند. از جمله مواردي كه نظر بخش­هاي صنعتي به كاربرد اين مواد جلب شده است، مي‌توان به مواد الكترونيك، پوششهاي نوري شفاف، مواد فتوولتاتيك، ديسك‌گردانها، مواد انرژي‌زا، نيمه‌هادي­ها و عوامل باكتري­كش اشاره كرد:

مواد الكترونيك: دستيابي به قابليتهاي جديد اجرايي در الكترونيك, عمدتاً بستگي به مواد پيشرفته‌اي دارد كه امكان ظريف‌كاري بر روي سيستم و يا قطعات ساخته‌شده از آنها زياد باشد. نانوذرات كريستالي موادي چون: نيتريد آلومينيوم، بور و نقره، از جمله موادي هستند كه به خاطر كاربردشان در مدارهاي الكترونيك و كنترل حرارت به كثرت از طرف مشتريان درخواست مي‌شوند[ برای مشاهده لینک ، لطفا با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

پوشش­هاي نوري شفاف: نانوآلومينا كه به صورت پراكنده در حلال درآمده و بر روي لنزها و صفحه‌هاي نمايش مي‌نشيند, يك پوشش حفاظتي ايجاد مي‌كند كه علاوه بر گسترش قابليتهاي فعلي باعث افزايش كاربردهاي صفحه­هاي نمايش و لنزهاي پلي‌كربنات سبك و ارزان مي­شود.

فتوولتاتيك (توليد الكتريسيته بر اثر تابش): شركت فناوري گراتزل توانسته است با استفاده از خميرهاي نانوتيتانيا و شيشه‌هاي معمولي يا فيلمهاي پليمري نازك و تركيب آنها با رنگهاي مونومري, يكسري پيلهاي خورشيدي جديد را توليد كند كه مانند پيل­هاي خورشيدي فعلي داراي اثر فتوولتاتيكي بوده ولي هزينه كمتري صرف مي‌كنند.

مواد انرژي‌زا: نانوكريستال آلومينيوم باعث سوزاندن سريع و مؤثر سوخت (پيشران) جامد نسبت به ديگر پودرهاي موجود مي‌شود. به همين دليل از اين ماده مي‌توان در سوخت موشك و همچنين در رنگهاي بدون سرب استفاده فراوان كرد.

ساخت نيمه‌هادي­ها: استفاده از نانوذرات تيتانيا و آلومينا در دوغاب­هاي صيقل­دهي شيميايي- مكانيكي CMP)) باعث بوجود آمدن ويفرهايي با سطوح صاف‌تر، كارايي بالاتر و قابليت تميزكنندگي آسانتر در مقايسه با استفاده از دوغاب­هاي معمولي مي‌شود.

ديسك‌ گردان­ها: انتظار مي‌رود ظرفيت ذخيره­سازي اطلاعات در ديسك‌گردان­ها تا 5 سال آينده، ساليانه 60 درصد افزايش داشته و در سال 2002 به 20 گيگابايت درهر اينچ برسد. اين افزايش باعث اثرگذاري بر روي تمام جنبه‌هاي سيستم­هاي ذخيره اطلاعات از قبيل مدلسازي ديسك‌گردان­ها، مواد، ساخت، اندازه‌گيري و اصطكاك‌شناسي مي‌شود. نانوذرات اكسيدآهن ازجمله موادي هستند كه مي‌توان از آنها به عنوان مواد كليدي جهت افزايش ظرفيت مغناطيسي استفاده كرد[ برای مشاهده لینک ، لطفا با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

عوامل ضد باكتري: نقره از موادي است كه از قديم در مبارزه با باكتري­ها بدليل توقف تبادل اكسيژن در آنها معروف بوده است. تجربه ثابت كرده است كه نانوذرات نقره باعث افزايش اين خاصيت مي‌شود. اين ماده، اكنون در پوشش زخمهاي خاص براي جلوگيري از ورود باكتري­ها به بدن استفاده مي‌شود. از ديگر نانوذرات، به عنوان دارو براي تزريق به قسمتهاي آسيب ديده بدن با كاهش ريسك بروز اثرات جانبي استفاده مي‌شود.

[sajadhoosein]

جاي پاي نانو تکنولوژي در علوم


نانوتکنولوژي مرطوب
اين شاخه به مطالعه سيستم هاي زنده‌اي مي ‌پردازد که اساسا در محيط هاي آبي وجود دارند. در اين شاخه ساختمان مواد ژنتيکي، غشاها و ساير ترکيبات سلولي در مقياس نانومتر مورد مطالعه قرار مي‌ گيرد. پژوهشگران موفق شده‌اند ساختارهاي زيستي فراواني توليد کنند که نحوه عملکرد آن ها در مقياس نانويي کنترل مي‌ شود. اين شاخه در برگيرنده علوم پزشکي، دارويي و بطور کلي علوم و روش هاي مرتبط با زيست فناوري است.
نانوتکنولوژي خشک
اين شاخه از علوم پايه شيمي و فيزيک مشتق مي ‌شود و به مطالعه تشکيل ساختار هاي کربني، سيليکون و مواد غير آلي و فلزي مي ‌پردازد. نکته قابل توجه اين است که الکترون هاي آزاد که در فناوري مرطوب موجب انتقال مواد و انجام واکنش ها مي‌ گردند، در فناوري خشک خصوصيات فيزيکي ماده را پديد مي ‌آورند. در نانو تکنولوژي خشک کاربرد مواد نانويي در الکترونيک، مغناطيس و ابزارهاي نوري مورد مطالعه قرار مي ‌گيرد. براي مثال طراحي و ساختن ميکروسکوپ هايي که بتوان با استفاده از آن ها مواد را در ابعاد نانومتر ديد.

[ برای مشاهده لینک ، لطفا با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]
نانوتکنولوژي محاسبه‌اي
در بسياري از مواقع ابزار آزمايشگاهي موجود براي انجام برخي از آزمايش ها در مقياس نانومتر مناسب نيستند و يا آن که انجام اين آزمايش ها بسيار گران تمام مي شود. در اين حالت از رايانه‌ ها براي شبيه سازي فرآيندها و واکنش هاي اتم ها و مولکول ها استفاده مي‌ شود. شناختي که بوسيله محاسبه بدست مي ‌آيد، باعث مي‌ شود که زمان پيشرفت نانو تکنولوژي خشک به چند دهه کاهش يابد و البته تأثير مهمي در نانو تکنولوژي مرطوب نيز خواهد داشت.
فناوري نانو و فيزيک الکترونيک

سازندگان قطعات الکترونيکي علاقه بسياري به کوچک کردن ابعاد و بالا بردن قدرت محاسبات اين تجهيزات دارند. اين امر با استفاده از فناوري هاي معمولي، تقريبا به مرز نهايي خود نزديک شده است. اما فناوري نانو تکنولوژي، راه ديگري را پيش پا گذاشته است، که مي ‌تواند دنياي الکترونيک را دگرگون سازد. از جمله وسايل الکترونيکي که با استفاده از اين فناوري ساخته شده است، مي ‌توان به ديود‌هاي نوري، رايانه‌هاي کوانتومي و ترانزيستورهاي نانو اشاره کرد. ساخت ديودهاي نوري با استفاده از مواد نانو موجب مي ‌شود تا 80 درصد در هزينه برق صرفه جويي شود. يک گروه ديگر از محققان روش تازه‌اي موسوم به الگوي انتقال ابر شبکه استفاده کرده‌اند، که ساخت نيم هادي هاي نانومتري به قطر تنها 8 نانومتر را امکان پذير مي‌ سازد.
نانو تکنولوژي در صنعت
توپ هاي تنيسي که با استفاده از کربن 60 ساخته شده و روانه بازار گرديده سبک تر و مستحکم تر از توپ هاي عادي است. شرکت هاي ديگر با استفاده از مواد نانو پارچه‌ هايي توليد کرده‌اند که با يک بار تکان دادن آن ها مي ‌توان حالت اتوي اوليه را به آن ها بازگرداند و همه چين و چروک هايشان را از بين برد. با همين يک بار تکان همه گرد و خاکي که به اين پارچه ‌ها جذب شده‌اند نيز پاک مي‌ شوند. هم چنين با استفاده از فناوري نانو ليوان هايي توليد شده که قابليت خود تميز کردن دارند.
فناوري نانو و زيست شناسي
يک گروه از محققان سرگرم تکميل فيبرهاي نوري در ابعاد نانو هستند که قادر خواهند بود مولکول هاي مورد نظر را شناسايي کنند. گروهي نيز دستگاهي را در دست ساخت دارند که با استفاده از ذرات طلا مي‌ تواند پروتئين هاي معيني را فعال سازد يا از کار بيندازد. به اعتقاد پژوهشگران براي آن که بتوان از سلول ها در حين فعاليت واقعي آن ها اطلاعات مناسب بدست آورد، بايد شيوه تنظيم آزمايش ها را مورد تجديد نظر اساسي قرار داد. سلول ها در فعاليت طبيعي خود امور مختلفي را به انجام مي‌ رسانند. از جمله اين امور مي ‌توان به انتقال اطلاعات و علائم و داده‌ ها ميان خود، رد و بدل کردن مواد غذايي و بالاخره سوخت و ساز و اعمال حياتي اشاره کرد. گروه ديگري از محققان تا آن جا پيش رفته‌اند که درصد هستند با مواد نانو پوشش هاي مناسبي توليد کنند که سلول هاي حاوي ويروس هاي خطرناک نظير ويروس ايدز را در خود مي ‌پوشاند و مانع خروج آن ها مي ‌شود.

[ برای مشاهده لینک ، لطفا با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]
نانو تکنولوژي در پزشکي
محققان با استفاده از فناوري نانو در حال ساختن کپسول هايي با ابعاد نانومتر هستند که علاوه بر اندازه غير قابل تصور، قدرت تشخيص بافت هاي مريض را داشته و دقيقا روي اين بافت قرار گرفته و مقدار داروي لازم را به آن ها مي ‌رساند. اين پديده را دارو‌سازي مي ‌گويند. در آزمايشي که به تازگي به انجام رسيده نشان داده شده است که حمله به سلول هاي سرطاني با استفاده از ذرات نانو 100 برابر بازده عمل را افزايش مي‌ دهد. هم چنين با استتفاده از فناوري نانو، نوارهاي زخم بندي هوشمندي درست شده است، که به محض مشاهده نخستين علائم عفونت در مقياس مولکولي، پزشکان را مطلع مي‌ سازد.
فناوري نانو و شيمي
با استفاده از فناوري نانو مي ‌توان کاتاليزور‌‌هايي با نسبت سطح به حجم بسيار بالا توليد کرده و راندمان را در واحد‌هاي شيميايي به ميزان بسيار زيادي افزايش داد. سلول هاي خورشيدي کوانتومي، استفاده از هيدروژن به عنوان سوخت تميز، نسل جديد باتري ها، پوشش هاي بسيار مقاوم فرنگ هاي بي نياز از شستشو و تحولات خارق العاده ديگر در دنياي شيمي و توليد از کاربرد‌‌هاي فناوري نانو در شيمي مي‌ باشد.

[sajadhoosein]

تأثير انداز‌ه‌ي نانوذرات در درمان بافت‌هاي سلولي
نانوذرات در آينده نقش مهمي در توسعه‌ي روش‌‌هاي تشخيصي و درماني سلول‌هاي سرطاني خواهند داشت. به‌همين منظور محققان فناوري ماساچوست و مركز پزشكي هاروارد، نانوذرات فلئورسنتي با اندازه‌ي بين 150-10 نانومتر را سنتز نمودند.

نانوذرات مورد استفاده در روش‌‌هاي زيست‌پزشكي، بايد داراي اندازه‌ي بهينه‌اي باشند. بررسي عملكرد ذرات با اندازه‌هاي مختلف در بافت زنده انجام شده‌است. براي اين منظور از ذرات شيميايي با اندازه‌هاي مختلف استفاده مي‌شود و البته براي بررسي عملكرد آنها، بايد از روش‌‌هايي استفاده شود كه همزمان با ذرات با اندازه‌هاي مختلف قابل شناسايي باشند. اين ذرات بايد زيست‌سازگار بوده و به همديگر يا به پروتئين‌ها جذب نشوند.

محققان يكسري از نانوذرات با اندازه‌هاي مختلف را سنتز نموده‌اند كه به‌وسيله‌ي نقاط كوانتومي فلئورسنتي قابل مشاهده هستند. سنتز انتخابي نقاط كوانتومي با اندازه‌هاي مختلف، امكان تهيه‌ي نقاط كوانتومي فلئورسنتي را در طول‌موج‌هاي مختلف فراهم مي‌سازد كه به‌طور همزمان قابل شناسايي و قابل تميز از يكديگر هستند.

دانشمندان به‌منظور سنتز نانوذرات با اندازه هاي مختلف، نقاط كوانتومي كادميم سلنيد/كادميم سولفيد را با ليگاندهاي پليمري از قبيل دي‌اكسيد سيليكون و پلي‌اتيلن‌گليكول را پوشش داده‌اند. براي هر اندازه از نانوذرات، نقاط كوانتومي انتخاب مي‌شوند كه در طول موج‌هاي مختلف، نورهاي مختلفي را ساطع مي‌كنند.

[ برای مشاهده لینک ، لطفا با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ] دندان‌هاي سياه‌رنگ كيتون(Chito N ، براي تراشيدن جلبك‌هاي رشديافته بر روي صخره‌ها: اين دندان‌ها با مواد زيست‌معدني كه شامل نانوكامپوزيت الياف كيتيني و مگنتيت مي‌باشد، پوشش داده شده‌است.
محققان مخلوطي از نانوذرات با اندازه‌هاي 12، 60 و 125 نانومتر را به سلول‌هاي سرطاني موش تزريق وريدي انجام دادند. براي رديابي اين نانوذرات از ميكروسكوپ فلئورسنتي استفاده شد. ذرات 12 نانومتري به‌راحتي از داخل رگ به بافت نفوذ كرده، در سطح آن منتشر مي‌شود. ذرات 60 نانومتري از ديواره‌ي رگ‌ها عبور، ولي از ديواره‌ي رگ‌هاي به ضخامت 10 ميكرومتر نتوانستند عبور كنند. هيچ كدام از ذرات 125 نانومتري نتوانستند از ديواره‌ي رگ‌ها عبور كنند.

نتايج تحقيقات در مجله‌ي Journal Angewandte Chemie گزارش شده‌است.

[sajadhoosein]

بازار فناوري ‌نانو در دارورساني



موسسه ريپورت لينکر ("Reportlinker") به‌تازگي گزارش جديدي با عنوان: «فناوري‌نانو در دارورساني- توسعه‌هاي فناورانه و رويکردهاي نوين براي بهره‌مندي از حداکثر پتانسيل آن» منتشر کرده است.

گزارش جديد، در برگيرنده داده‌ها، اطلاعات و تجزيه و تحليل‌هاي محوري در زمينه روندهاي اصلي و مسائل مربوط به فناوري‌نانو در بازار دارورساني است. گزارش مذکور، ديدگاه جامعي نسبت به نقش فناوري‌نانو در حوزه دارورساني ارائه مي‌کند. همچنين گزارش فوق، به طور کامل ويژگي‌هاي بازاري فناوري‌نانو در بازار دارورساني، بر اساس اندازه بازار، بخش‌بندي بر اساس مناطق جغرافيايي کليدي و پيش‌ران‌ها و موانع اصلي بازار را پوشش داده است.

به طور کلي محورهاي اصلي گزارش جديد عبارتند از:

• بررسي کامل فناوري‌نانو در صنعت داروسازي براساس استفاده، کارايي و محدوديت؛

• داده‌هاي تحليلي بازار از سال 2007 و پيش‌بيني آن تا سال 2016 بر اساس بخش‌ها و مناطق جغرافيايي؛

• پيش‌ران‌ها و محدوديت‌هاي اصلي بازار که فناوري‌نانو را در بازار دارورساني شکل مي‌دهند؛

• تجزيه و تحليل جايگاه رقابتي به همراه تعيين جايگاه رقابتي شرکت‌هاي پيشگام؛

• تجزيه و تحليل معاملات مشارکتي انجام گرفته در سال‌هاي 2006 تا 2010؛

• تجزيه و تحليل معاملات خريد و ادغام بين سال‌هاي 2005 تا 2010 همراه با بخش‌بندي براساس ارزش جغرافيايي و شرکت‌ها.

گزارش فوق با افزايش توانايي تصميم‌گيري، دربرگيرنده مزيت‌هاي گسترده‌ زير است:

• توسعه راهبردهاي بهتر براي فناوري‌نانو در بازار دارورساني براساس درک و پويايي بازار؛

• توسعه راهبردهاي ورود و توسعه بازار از طريق شناسايي حوزه‌هاي کليدي توسعه؛

• شناسايي شاخص‌هاي شکل‌دهنده فناوري‌نانو در دارورساني؛ و

• درک روندهاي فناورانه در بازار؛

[sajadhoosein]

ابداع روشي براي ايجاد شکاف باندي در گرافن



فلورين بانهارت، يکي از دانشمندان دانشگاه استراسبورگ فرانسه مي‌گويد: «گرافن مي‌تواند در حوزه نانوالکترونيک کاربردهاي بسيار جذابي داشته باشد، اما در اين ماده شکاف باندي وجود ندارد. اين يک مشکل شناخته شده است. کليدزني که در ابزارهاي الکترونيکي لازم است، بدون وجود شکاف باندي مشکل خواهد بود».

او بر اين باور است که راه‌حلي براي اين مشکل وجود دارد. «همه مي‌خواهند با ايجاد ويژگي‌هاي متفاوت در گرافن شکاف باندي ايجاد کرده و اين مشکل را حل کنند. راه‌حل ما بر وارد کردن اتم‌هاي فلزي متصل به نقايص ساختاري بازساخته در گرافن مبتني است».

بانهارت با همکاري محققاني از دانشگاه استراسبورگ، دانشگاه هلسينکي و دانشگاه آلاتو در فنلاند، و دانشگاه جنوب شرقي در چين روشي براي تغيير ويژگي‌هاي گرافن ابداع کرده است. نتايج کار اين پژوهشگران در مجله Physical Review Letters منتشر شده است.

او توضيح مي‌دهد: «ايده اصلي، متصل کردن چيزي به سطح گرافن و تغيير برخي از ويژگي‌هاي آن به منظور ايجاد شکاف باندي است. مي‌توانيم با ايجاد نقايص ساختاري بازساخته، فعاليت گرافن را افزايش داده و اتم‌هاي فلزي را به محکمي به آن متصل نماييم؛ بدين ترتيب ممکن است شکاف باندي ايجاد شود».

بانهارت و همکارانش ابتدا لايه‌هايي از گرافن را توليد کرده و سپس در آنها آسيب‌هاي ساختاري ايجاد کردند. او مي‌گويد: «ما از تابش الکتروني براي ايجاد نقص ساختاري در گرافن بهره برديم. در اين پژوهش اتم‌هاي تنگستن را به گرافن متصل کرديم. نقايص ساختاري ايجاد شده امکان به دام افتادن اتم‌هاي تنگستن و ايجاد باندهاي پايدار را فراهم مي‌کند».

نقايص بازساخته فعاليت مشاهده شده در گرافن را افزايش داده و امکان اتصال به اتم‌هاي ديگر را ايجاد مي‌کند. سطح گرافن به طور معمول غيرفعال است، اما نقايصي همچون حلقه‌هاي پنج‌ضلعي يا هفت‌ضلعي فعاليت آن را افزايش مي‌دهند. در اين حالت شاهد افزايش فعاليت شيميايي گرافن هستيم».

با وجودي که بانهارت و همکارانش اميدوارند که اين کار در نهايت به ايجاد ابزارهاي الکترونيکي با استفاده از گرافن منتهي شود، اما او اشاره مي‌کند که هنوز شواهد علمي روشني براي ايجاد شکاف باندي وجود ندارد. او توضيح مي‌دهد: «ولي احتمالاً تنگستن ماده مناسبي براي اين کار نيست. ما به اين دليل تنگستن را انتخاب کرديم که بزرگ است و مشاهده به دام افتادن آن در گرافن توسط ميکروسکوپ الکتروني آسان است».

گام بعدي تلاش براي به دام انداختن اتم‌هاي ديگر با استفاده از نقايص ساختاري گرافن است. بانهارت مي‌خواهد بررسي‌هاي بيشتري روي ويژگي‌هاي الکتريکي گرافني که با اين روش ناخالصي در آن وارد شده است، انجام دهد.

[sajadhoosein]

يافتن عاملي موثر در رشد هم‌راستاي نانوميله‌هاي اکسيد روي



محققان دانشگاه علم و صنعت ايران و دانشگاه آزاد اسلامي واحد شهرضا، نانوميله‌هاي اکسيد روي را براي استفاده در سطوح فوق آبگريز و پيل‌هاي خورشيدي سنتز کردند، همچنين بذر لايه را به‌عنوان عاملي موثر در رشد هم‌راستاي اين نانوميله‌ها و کاهش قطر آنها عنوان کردند.

دکتر اميرعباس نوربخش، عضو هيئت علمي دانشگاه آزاد اسلامي واحد شهرضا و همکارانش با به‌کارگيري روش رشد هيدروترمال و بهينه‌سازي فاکتورهاي سنتز آن، نانوميله‌هاي اکسيد روي را با قطري کمتر از 50 نانومتر براي استفاده در سطوح فوق آبگريز و پيل‌هاي خورشيدي توليد کردند.

اکثر روش‌هاي سنتز نانوميله‌هاي اکسيد روي که بر پايه‌ي رسوب فاز بخار هستند، به دليل نياز به تجهيزات خلا بالا و دماي زياد سنتز، روش‌هايي گران محسوب مي‌شوند.

دکتر نوربخش در گفتگو با بخش خبري سايت ستاد ويژه‌ي توسعه‌ي فناوري نانو هدف از اين پژوهش را «سنتز نانوميله‌هاي اکسيد روي و بررسي اثر عواملي همچون بذر لايه و ترکيب شيميايي محلول رشد بر مورفولوژي نانوميله‌ها عنوان کرد».

وي ابتدا نانوميله‌هاي اکسيد روي(تک‌کريستال‌هاي هگزاگونال ورتزيت) را روي زيرلايه‌ي شيشه‌ي بروسيليکات (فرآيند بدون بذر لايه) و با ترکيب متن آمين و نيترات روي به روش هيدروترمال رشد داده‌است. در مرحله‌ي بعدي، يک محلول کلوئيدي حاوي نانوذرات اکسيد روي را به روش سل- ژل، سنتز کرده و يک فيلم لايه نازک اکسيد روي (بذر لايه) را با پوشش‌دهي چرخشي روي زيرلايه‌ي شيشه‌ي بروسيليکات نشانده‌است. در پايان نيز، نانوميله‌هاي اکسيد روي، را روي بذر لايه و به روش هيدروترمال رشد داده است.

نتايج بررسي‌ها حاکي از آن است که بذر لايه، نقش تعيين‌کننده‌اي در مورفولوژي نانوميله‌ها دارد، به‌طوري‌که وجود بذر لايه موجب هم‌راستا شدن نانوميله‌ها شده‌است.

همچنين مشخص شد که با اعمال بذر لايه، قطر نانوميله‌ها از 200 نانومتر به 50 نانومتر کاهش مي‌يابد و دانسيته‌ي نانوميله‌ها هم به‌طور چشمگيري افزايش پيدا مي‌کند.

دکتر نوربخش در پايان گفت: «گروه تحقيقاتي ما علاوه بر سنتز نانوميله‌ها، در حال پژوهش روي کاربرد آنها در نانوحسگرها و به ويژه سطوح خودتميزشونده است».

جزئيات اين پژوهش -که به‌عنوان بخشي از رساله‌ي دکتري دکتر حميد غيور و با راهنمايي دکتر اميرعباس نوربخش، دکتر حميدرضا رضايي و دکتر شمس‌الدين ميردامادي در حال انجام است- در مجله‌ي Journal of nanoscience and ‌nanotechnology(JNN) (جلد 10، صفحات 7458 -7455، سال 2010) منتشر شده‌است.

[sajadhoosein]

توليد الياف‌هايي با عملکرد بالا با استفاده از نانولوله‌هاي کربني



محققان دانشگاه نورث وست، موفق به ساخت نوعي الياف شده‌اند که از چلوار محکم‌تر است. در ساخت اين الياف از نانولوله‌هاي کربني و پليمر استفاده شده و مي‌توان از آن در بخش دفاعي و هوافضا استفاده کرد.

يک گروه تحقيقاتي متشکل از گروه‌هايي از دانشگاه‌هاي مختلف موفق به ساخت اليافي محکم و مقاوم در برابر پارشدگي شده‌اند. اين الياف ترکيبي از نانولوله‌هاي کربني و پليمر است. اين گروه با استفاده از ميکروسکوپ الکتروني توانستند اين الياف‌ها را در مقياس‌هاي مختلف – از مقياس نانو تا ميکرومقياس - مورد سنجش قرار دهند که اين مسئله درک آنها را از چگونگي برهم‌کنش اين رشته‌ها بهتر مي‌کند.

اسپينوسا، از محققان اين پروژه، مي‌گويد که ما قصد ساخت الياف‌هاي سفت و مستحکم را داريم. در حوزه‌ي مهندسي ساخت الياف، بزرگ‌ترين مسئله اين است که الياف يا بايد محکم باشد يا انعطاف‌پذير، ما مي‌خواستيم اليافي بسازيم که هر دوي اين ويژگي‌ها را دارا باشند. اين الياف پيش از پاره شدن انرژي بسيار زيادي را پخش مي‌کند. استحکام اين الياف نيز بسيار بسيار بالاست و مي‌توان از آن در بخش‌‌هاي دفاعي و هوافضا استفاده کرد.

اين پروژه بخشي از برنامه‌ي پيشگامي تحقيق در بخش دفاعي است که به دست محققان بين‌رشته‌اي انجام مي‌شود. اسپينوسا و همکارانش 7.5 ميليون دلار از ارتش آمريکا براي کار روي الياف‌هاي مستحکم دريافت کرده‌اندو پس از اتمام پروژه، از آنها در جليقه‌هاي ضد گلوله، چترهاي نجات، مواد کامپوزيتي مورد استفاده در خودروها، هواپيماها و ماهواره‌ها استفاده مي‌شود. براي توليد اين الياف‌ها، محققان از نانولوله‌هاي کربني شروع کردند. آنها براي چسباندن نانولوله‌هاي کربني به يکديگر از يک پليمر استفاده کردند. پس از چسباندن نانولوله‌ها به هم، آنها به هم بافته شده، الياف را ايجاد مي‌کنند. براي تست استحکام و ميزان پاره‌شدگي، اين گروه تحقيقاتي از ميکروسکوپ الکتروني روبشي (SEM) استفاده کردند. به کمک SEM، مي‌توان از سطح الياف‌ها تصوير گرفت و با آن از هرگونه تغيير شکل احتمالي يا گسستگي الياف‌ها مطلع شد.

اين تحقيق نحوه‌ي عملکرد اين ماده در مقياس‌هاي مختلف را به آنها نشان داد. محققان قصد دارند که عمل مولکول‌ها را در مقياس‌هاي نانو بررسي کرده و به درک بهتري از آن برسند تا با آن بتوانند الياف‌هاي محکم‌تري در آينده توليد کنند. نتايج اين تحقيقات نشان داد که اين الياف از چلوار محکم‌تر است.

نتايج اين تحقيق در نشريه‌ي ACS Nano چاپ شده‌است.

[sajadhoosein]

بهبود خواص آلومينايد آهن در دانشگاه صنعتي اصفهان



پژوهشگران دانشگاه صنعتي اصفهان، با افزودن عنصر تيتانيوم در آلياژ آلومينايد آهن و رساندن اندازه دانه‌ي آن به ابعاد نانومتري، خواص آين آلياژ را بهبود دادند و امکان استفاده‌ي آن را در صنعت هوا و فضا فراهم کردند.

مهندس مهدي رفيعي، دانشجوي دکتري مهندسي مواد دانشگاه صنعتي اصفهان، در گفتگو با بخش خبري سايت ستاد ويژه‌ي توسعه‌ي فناوري نانو گفت: «آلياژ آلومينايد آهن (Fe3Al)، ترکيبي بين فلزي است که استفاده از آن در صنعت، به علت انعطاف‌پذيري پايين و مقاومت به ضربه‌ي کم آن در دماي محيط محدود شده‌است. افزودن عنصر آلياژي سوم و همچنين کاهش اندازه دانه‌ي آن تا ابعاد نانومتر مي‌تواند اين مشکلات را برطرف نمايد».

مهندس رفيعي با بيان اين مطلب که «ما در اين پژوهش از عنصر تيتانيوم استفاده کرديم»، افزود: «ابتدا، سه عنصر Fe-Al-Ti را آسياب‌کاري کرديم. سپس براي بررسي اثر تيتانيوم در اين ترکيب، نمونه‌هايي از پودر آسياب شده را در زمان‌هاي مختلف آناليز کرده و در پايان نيز ريزسختي ذرات پودر از هر دو مخلوط پودري Fe-Al و Fe-Al-Ti را بررسي نموديم».

نتايج نشان مي‌د‌هد که حضور تيتانيوم به جاي آهن در سيستم Fe-Al درجه‌ي نظم DO3 را بهبود داده و زمان آسياب‌کاري را کاهش داده‌است. علاوه بر اين، سيستم Fe-Al-Ti در مقايسه با سيستم Fe-Al در تمامي زمان‌ها اندازه‌ي ذرات کوچکتري دارد، همچنين سختي بالاتري هم دارد.

وي گفت: «اين ترکيب، به دليل تحمل دماي بالا و در عين حال داشتن چگالي پايين، مي‌تواند در کاربردهاي دماي بالا و در صنايع هوا و فضا استفاده شود».

جزئيات اين پژوهش -که با راهنمايي دکتر محمدحسين عنايتي و دکتر فتح‌الله کريم‌زاده انجام شده- در مجله‌ي Journal of Mater Science (جلد 45، صفحات 4062-4058، سال 2010) منتشر شده‌است.

[sajadhoosein]

استقبال صنعت خودرو از نانوکامپوزيت‌هاي پلي پروپيلن



نانوکامپوزیت پلی پروپیلن تولید شده به‌وسیله‌ی شرکت پارسا پلیمر شریف، مورد توجه تأمین کنندگان قطعات خودرو قرار گرفت. پیش از این از پلیمر ABS در تولید داشبورد خودرو استفاده می‌شده است که تهیه آن هزینه بالایی داشته اما مسئولین شرکت پارسا پلیمر شریف ادعا می‌کنند که نانوکامپوزیت پلی پروپیلن تولید شده به‌وسیله‌ی آنها به جهت استحکام بالاتر و هزینه پایین‌ترجایگزین مناسبی برای پلیمر ABS در تولید داشبورد خودرو است.
به گفته مسئولین شرکت پارسا پلیمر شریف، شرکت‌های ایران خودرو و دقت خودرو از طریق شرکت سابکو که تأمین‌کننده قطعات خودرو برای شرکت‌های مذکور است، برای تهیه این نانوکامپوزیت با این شرکت وارد مذاکره شده‌اند. همچنین گروه صنعتی وحید نیز در حدود 150 تن از این نانوکامپوزیت را به منظور تولید لوله‌های بی‌صدا خریداری کرده است. بنابر گفته‌های مسئولین گروه صنعتی وحید، خواص مکانیکی و استحکام لوله‌های تولید شده به‌وسیله‌ی این شرکت با استفاده از این نانوکامپوزیت‌ها به طور محسوسی افزایش می‌یابد.
به گفته مدیر تولید شرکت پارسا پلیمر شریف، نانوکامپوزیت پلی پروپیلن که تولید آن به 70 تن در ماه می‌رسد در صنایع بسته‌بندی، حمل و نقل، لوازم خانگی و کالاهای ساختمانی از قبیل لوله، پروفیل، ورق و سیم و کابل، کاربرد دارد.

[sajadhoosein]

ورود روغن موتور نانويي به عرصه صادرات


کشور لبنان از روغن موتورهای تولیدی به‌وسیله‌ی شرکت پیشگامان نانو آریا، استقبال کرد. به دنبال استقبال از روغن موتورهای فرآوری شده با فناوری نانو از سوی سرمایه گذاران بخش توزیع روغن موتور استان گیلان طی یکسال گذشته، کشور لبنان نیز به دنبال عقد قرار دادی به منظور خرید این محصولات است.
به گفته مسئولین بخش تولید شرکت پیشگامان نانو آریا، قراردادی که در سال گذشته با فعالان این صنعت در استان گیلان مبنی بر فروش ماهیانه 100 هزار لیتر انواع روغن موتور مبتنی بر فناوری نانو بسته شد، سبب شد تا بازار فروش این محصول 10 درصد افزایش یابد.
از سویی این محصول از زمان ورود به بازار توانسته ماهیانه حدود 200 هزار لیتر فروش داشته باشد. بنا به گفته مسئولین این شرکت، روغن موتورهای تولید شده نسبت به محصولات مشابه بدون کاربرد فناوری نانو از مزایایی از جمله کاهش فرسایش موتور، کاهش مصرف سوخت، کاهش دمای موتور خودرو و افزایش شتاب خودرو برخوردار است.
طبق اظهارات مسئول بخش بازرگانی شرکت پیشگامان نانو آریا، انعقاد قراردادی با کشور لبنان در زمینه صادرات روغن‌های موتور مبتنی بر فناوری نانو به بازار این کشور در دستور کار آینده این شرکت قرار دارد.
شرکت پیشگامان نانو آریا، با هدف تولید انواع نانو روانکارهای مناسب جهت استفاده در موتورهای بنزینی و دیزلی و تولید کلیه محصولات مبتنی بر فناوری نانو در زمینه پتروشیمی و خودرو، تولید محصولات خود را از سال 1385 آغاز کرده است.

[sajadhoosein]

فروسيال‌ها به بهتر شدن بينايي کمک مي‌کنند
محققان در آمريکا فروسيال‌ها را بعنوان پيستون‌هاي مايعي استفاده کرده‌اند که مي‌توانند براي ساخت لنزهاي مايع قابل‌تنظيم با سطوح مشترک کروي استفاده شوند. اين لنزها در کاربردهايي نظير يک phoropter استفاده مي‌شوند. يک phoropter که خطاي انكسار نور را اندازه‌گيري مي‌کند، در چشم متمرکز مي‌شود و براي تعيين نمره عينک‌ها و لنزهاي تماسي استفاده مي‌شود.

فروسيال‌ها محلول‌هاي کلوئيدي از نانوذرات فرومغناطيسي معلق شده در يک مايع مي‌باشند. قطرات فروسيال را مي‌توان به‌وسيلة يک ميدان مغناطيسي تحت نفوذ درآورد، به‌طوري که آنها را مي‌توان در سيستم‌هايي که نياز به کنترل دقيق دارند، از قبيل افزاره‌هاي نوري، الکترونيکي و دارورساني استفاده کرد.

[ برای مشاهده لینک ، لطفا با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ] چنانچه يك ميدان مغناطيسي به اين افزاره اعمال شود، فروسيال بيشتر داخل يكي از محفظه‌ها حركت مي‌كند و لنز مايع 1- متيل نفتالن را هل مي‌دهد و در نتيجه انحناي آن را تغيير مي‌دهد. امير هيرسا و همکارانش در مؤسسه پلي تکنيک رنسلار، با پر کردن سه تا از چهار سوراخ روي يک بستر با فروسيال، افزاره‌ي خود را ساخته‌اند. کشش سطحي اين فرو سيال اجازه مي‌داد که قطرات از کناره‌هاي بستر بالاتر آمده و برآمدگي تشکيل دهند. آنها چهارمين سوراخ را با 1- متيل نفتالن که ترکيبي است که بعنوان يک لنز مايع استفاده مي‌شود، پر کردند. سپس اين محققان اين سيستم را آب‌بندي کرده و آنها را با آب پر کردند. در نتيجه در نهايت دو محفظه (chamb ER ايجاد شد که با اين بستر از هم جدا شده بودند و فروسيال و 1- متيل نفتالن تنها ارتباط دهنده بين آنها بودند.

هنگامي که اين پژوهشگران يک ميدان مغناطيسي اعمال کردند، قادر شدند که اين فروسيال را داخل يکي از محفظه‌ها بيشتر حرکت دهند و اين باعث هل دادن لنز 1- متيل نفتالين و تغيير انحناي آن شد.

سپس موئينگي با عث مي‌شود كه اين سيستم به حالت اوليه خود برگردد و يک نوع سوئيچ مايع ايجاد شود. موئينگي انتقال خود به خود مايع در يک لوله بدليل جذب مولکولي غيرتعادلي در مرز بين مايع و لوله، مي‌باشد. اين سيستم شبيه يک پيستون به‌صورت پيوسته حرکت مي‌کنند و با کنترل حرکت فروسيال مي‌توان انحناي لنز مايع 1- متيل نفتالن را همان‌طور که لازم است، تنظيم کرد.

هيرسا، کسي که به فکر اين افتاد که راه‌هاي طبيعي حرکت دادن يک سيستم با کشش سطحي را پيدا کند، مي‌گويد: با همان عناصر اساسي، شما مي‌توانيد کارهاي متفاوت بسياري از ساخت پمپ‌ها و لنزهاي قابل تنظيم گرفته تا يافتن راه‌هاي کنترل انتقال حرارت، انجام دهيد. هيرسا اکنون اميد دارد که يکپارچه‌سازي سيستم را بهينه کند و اين فناوري را براي ديگر مواد جهت افزايش گستره کاربردها تنظيم کند.

اين پژوهشگران جزئيات نتايج کار تحقيقاتي خود را تحت عنوان "پيستون‌هاي مايع الکترومغناطيسي براي پمپ‌ کردن مبتني بر موئينگي" در مجله‌ي Lab Chip منتشر کرده‌اند.

[sajadhoosein]

ساخت پيل‌هاي خورشيدي با قابليت خودترميمي



پژوهشگران موفق شدند با استفاده از نانولوله‌هاي کربني DNA ، پيل‌هاي خورشيدي جديدي بسازند که همانند سيستم‌هاي فتوسنتز طبيعي، قابليت خودترميمي داشته باشند. اين راهبرد مي‌تواند منجر به کاهش هزينه‌ها و افزايش طول عمر پيل‌هاي خورشيدي شود.

جانگ هين چوي، استاديار دانشگاه پوردو، مي‌گويد که ما فتوسيستم مصنوعي جديدي را ايجاد کرديم که مي‌تواند با کمک نانومواد نوري، انرژي خورشيد را گرفته و به الکتريسيته تبديل کند. در اين سيستم از خواص الکتريکي موادي موسوم به نانولوله‌هاي کربني استفاده شد، اين مواد به‌عنوان سيم‌هاي مولکولي، نورِ گير‌افتاده در سلول‌ها را جمع‌آوري مي‌کنند. ما گمان مي‌کنيم که اين روش قابل صنعتي شدن باشد؛ اما همينک در مرحله‌ي تحقيقات پايه هستيم.

سلول‌هاي فتوالکتروشيميايي، نور خورشيدي را به الکتريسيته تبديل مي‌کنند و براي انتقال الکترون و ايجاد جريان از الکتروليت استفاده مي‌کنند. الکتروليت يک محلول هادي جريان الکتريکي است.

به اعتقاد جانگ هين چوي، مهم‌ترين عيب سلول‌هاي فتوالکتروشيميايي، زوال آنهاست. اين فناوري جديد مي‌تواند بر اين مشکل، همانند آنچه در طبيعت اتفاق مي‌افتد، فائق آيد: براي اين کار، رنگ‌هاي جديد و سالم جايگزين رنگ‌هاي آسيب‌ديده‌ي نوري در سلول مي‌شوند. چنين جايگزيني هر ساعت در گياهان اتفاق مي‌افتد.

سيستم جديد ارائه‌شده، اين امکان را فراهم مي‌آورد که سلول‌هاي فتوالکتروشيميايي به‌طور مستمر با ظرفيت کامل کار کرده و در هر لحظه همانند يک کروموفر تازه باشند. نتايج اين تحقيق در نمايشگاه و کنگره بين‌المللي مهندسي مکانيک در ماه نوامبر در ونکوور کانادا ارائه شد.

نانولوله‌هاي کربني به‌عنوان بستري براي قرار گرفتن رشته‌هاي DNA عمل مي‌کنند. رشته‌هاي DNA به شکلي مهندسي شده‌اند که اسيدهاي نوکلئيک آن قادرند کروموفورها را شناسايي کرده، به آنها بچسبند. DNAها مولکول‌هاي رنگي را شناسايي کرده و به‌صورت خود به خودي خودآرايي مي‌دهند.

زماني که کروموفورها آماده‌ي جايگزيني شدند، آنها مي‌توانند با افزودن رشته‌هاي DNA جديد که توالي نوکلئوتيد متفاوتي دارند، با فرايند شيميايي از سيستم زدوده شوند و سپس مي‌توان کروموفورها را به سيستم اضافه کرد.

دو عنصر حياتي در اين فناوري تقليد از طبيعت وجود دارد: تشخيص مولکولي و شبه پايداري ترموديناميکي، به بيان ديگر، توانايي سيستم براي انحلال مستمر و تجمع دوباره.

اين پروژه در ادامه‌ي تحقيقاتي انجام شده که جانگ هين چوي پيش از اين با همکاري دانشگاه ايلينويز آغاز کرده بود. در آن کار، پژوهشگران روي کروموفورهاي زيستي استخراج‌شده از باکتري تحقيق کردند. مشکل اين تحقيق آن بود که استخراج کروموفور از باکتري‌ها کاري زمان‌بر و پرهزينه‌اي بوده‌است، اما در اين روش جديد از کروموفورهاي سنتزشده از پورفيرين استفاده شد.

[sajadhoosein]

افزايش چگالي جريان در باتري قابل شارژ با نانوالکترود اکسيد قلع



نانوالکترود اکسيد قلع براي استفاده در باتري‌هاي قابل شارژ ميکرومتري به منظور افزايش بازده آنها، ساخته شد.

دکتر سيد خطيب‌الاسلام صدرنژاد، عضو هيئت علمي دانشگاه صنعتي شريف، در گفتگو با بخش خبري سايت ستاد ويژه‌ي توسعه‌ي فناوري نانو گفت: «اکسيد قلع، داراي کاربردهاي فراوان در وسايل اپتوالکترونيک است و نانوکريستال باردار شده‌ي آن با فلز روي، توانايي افزايش شدت جريان و بازده باتري‌هاي قابل شارژ ليتيمي را دارد».

او در ادامه اظهار داشت: «آسان‌سازي فرايند ساخت، کاهش هزينه‌ي توليد، نازک کردن و افزايش چگالي جريان باتري‌ها، همچنين ايجاد دانش فني ساخت ميکروباترهاي ليتيمي در داخل کشور، از نتايج به‌ دست آمده‌ي اين تحقيق است».

دکتر صدرنژاد گفت: «ميکروباتري‌هاي ليتيمي از 5 جزء تشکيل شده‌اند: دو جزء براي برقراري ارتباط با مدار خارجي و سه جزء براي توليد برق. اين تحقيق به ساخت يکي از اين 5 جزء يعني آند، اختصاص يافته‌است. به همين منظور، فلز مس ابتدا روي تيغه‌ي شيشه‌اي نشانده شده، سپس تبخير و در نهايت لايه‌ي اکسيد قلع حاوي 1% روي لايه‌نشاني شده‌است. نمونه‌ي به دست آمده در مدت زمان معيني عمليات حرارتي گرديده و به اين ترتيب دانه‌هاي اکسيد نانومتري توليد شده‌اند.

دکتر صدرنژاد در پايان با اشاره به اين مطلب که «آند حاصل از اين پژوهش، نسبت به آندهاي متداول، ساده‌تر و ارزان‌تر است و خواص مطلوبي دارد»، گفت: «توانستيم ضخامت باتري‌ها را تا حدود 10 ميکرومتر کاهش دهيم».

جزئيات اين پژوهش که با همکاري مهندس مرتضي ترابي انجام شده، در مجله‌ي Power Sources (جلد 196، شماره 1، صفحات 404-399، سال 2011) منتشر شده‌است.

[sajadhoosein]

کشف ساز و کار ربودن مواد غذايي به‌وسيله‌ي پاتوژن‌ها



آلودگي‌هاي باکتري‌ و ديگر پاتوژن‌ها سالانه بيش از 500 ميليارد دلار خسارت به محصولات کشاورزي در سراسر جهان وارد مي‌کند. اخيراً گروهي در مؤسسه‌ي زيست‌ شناسي گياهي کارنيگي، روشي ابداع کرده‌اند که با آن مي‌توان به ساز و کار جذب (سرقت) مواد غذايي به‌وسيله‌ي باکتري‌ها از گياهان پي‌برد. آنها دريافتند که يک دسته حفره‌ي جديد، مي‌تواند شکر را از گياه به بيرون انتقال دهد. باکتري‌ها و قارچ‌ها با ربودن شکر از طريق اين حفرات، به شکر موجود در گياهان به‌عنوان منبع غذايي دسترسي پيدا مي‌کنند. اين اولين باري است که دانشمندان مي‌توانند ربودن غذا از گياه را به‌وسيله‌ي پاتوژن‌ها تحت کنترل درآورند که اين امر مي‌تواند مانع طيف وسيعي از بيماري‌هاي گياهي شود.

جهش ژن‌هاي توليدکننده‌ي حفره، مانع از بروز عفونت‌هاي پاتوژني نظير پژمردگي در گياه برنج مي‌شود. در نبود پاتوژن‌ها، اين پروتئين‌هاي حفره‌اي موسوم به SWEETs شکر لازم براي توليد دانه، گرده و شهد را فراهم مي‌کند. در جانوران و انسان‌ها نيز چنين پروتئيني توليد شده که در روده، کبد، بيضه و سلول‌هاي پستاني موجب رهاسازي شکر مي‌شود.

پيش از اين محققان به دنبال پمپي براي خروج شکر از سلول‌ها بودند، زيرا گمان مي‌کردند که با کمک چنين پمپي شکر به بيرون از سلول فرستاده مي‌شود. براي بررسي اين فرضيه آنها از فناوري مبتني بر نانوحسگرهاي انتقال‌دهنده‌ي انرژي رزونانس فلورسانس (FRET) استفاده کردند. آنها ژن توليدکننده‌ي شکر را در گياه قرار داده، مطمئن شدند که گياه شکر توليد مي‌کند؛ اين در حالي است که اگر پمپ انتقال‌دهنده‌ي شکر وجود داشته باشد، نانوحسگرها مي‌توانند خروج آنها را شناسايي کنند؛ اما حسگر حضور شکر را احساس نکرد؛ بنابراين چنين پمپي نمي‌توانست وجود داشته باشد.

پژوهشگران به سراغ مسير ديگري رفتند، آنها دريافتند که ژن‌هايي از خانواده‌ي SWEETs به نام Xa13 که منجر به توليد حفره‌هايي در سلول مي‌شوند، در انتقال شکر نقش دارند. در واقع اين ژن مسئول رساندن شکر به باکتري است. جهش در چنين ژن‌هايي موجب مقاومت گياه در برابر عفونت پژمردگي حاصل از فعاليت باکتري مي‌شود. حال مي‌توان به دنبال ساخت دارويي رفت که بتواند به‌منظور حفاظت از گياهان در برابر باکتري، فعاليت اين ژن را محدود کند.

اين کشف و تحقيقات پس از آن مي‌تواند پنجره‌ي جديدي در روش‌هاي محافظت از محصولات کشاورزي باز کند. با تغييرات ژنتيکي در اين گياهان مي‌توان آنها را در برابر برخي از آفت‌ها محافظت کرد. از آنجا که اين ژن در برخي جانداران از جمله انسان نيز وجود دارد، اين يافته مي‌تواند در پزشکي نيز مورد استفاده قرار گيرد.

[sajadhoosein]

استقبال شهرداري تهران از نانو کود کلاته آهن در حل مشکل آلودگي هوا



شهرداری تهران از «کود کلاته آهن خضرا» تولیدی شرکت صدور احرار شرق، استقبال کرد.
این کود که با استفاده از فناوری نانو تولید شده است، با تأثیر بر چرخه‌های تنفسی گیاه، تولید اکسیژن به‌وسیله‌ی گیاه را افزایش داده و رشد گیاه را تا حد قابل توجهی بهبود می‌بخشد؛ همین خصوصیات موجب شد تا این محصول از سوی سازمان شهرداری تهران مورد استقبال قرار گیرد.
به گفته مسئول پروژه کود خضرا، در یکسال گذشته، طی تعامل صورت گرفته بین شهرداری تهران و شرکت تولید‌کننده نانو کود کلاته آهن، در حدود یک میلیارد تومان از این محصول به‌وسیله‌ی شهرداری خریداری شده و در نقاط مختلف تهران مورد استفاده قرار گرفته است.
مهندس نظران در خصوص ویژگی‌های این کود افزود: «استفاده از نانوکودکلاته آهن در مناطق آلوده شهر تهران می‌تواند به کاهش آلودگی منطقه و بالابردن سطح اکسیژن کمک کند. جذب و شکست آلاینده‌های محیط از جمله دی اکسید کربن، اوزون و نیتریت و تأثیر آهن موجود در این کود بر چرخه تنفسی گیاهان (کربس) ، از جمله عوامل افزایش دهنده اکسیژن محیط است».
به گفته این پژوهشگر، تولید این محصول از سال 85 به طور رسمی آغاز شده است و علاوه‌بر توسعه بازار داخلی، تاکنون قراردادهایی متعددی در زمینه صادرات این محصول به کشورهای خارجی از جمله کره، ترکیه و کویت منعقد شده است.

[sajadhoosein]

افزايش ماندگاري آب پرتقال به‌کمک بسته‌بندي‌هاي نانوساختار



پژوهشگران دانشگاه صنعتي اصفهان، موفق به افزايش ماندگاري آب پرتقال تازه، از دو هفته به يك ماه با استفاده از بسته‌هاي حاوي نانوذرات نقره و اکسيد روي شدند.

به‌كارگيري بسته‌هاي پليمري حاوي نانوذرات نقره و اکسيد روي در نگهداري آب پرتقال طبيعي تازه به عنوان روشي جديد، براي حفظ حداکثر مواد مغذي، تازگي و کاهش بار ميکروبي آن، موضوع رساله‌ي دکتري آقاي آريو امامي‌فر، است.

دکتر امامي‌فر، دكتري مهندسي صنايع غذايي و عضو هيئت علمي دانشگاه كردستان، در گفتگو با بخش خبري سايت ستاد ويژه‌ي توسعه‌ي فناوري نانو گفت: «در اين مطالعه، فيلم‌هاي نانوکامپوزيتي حاوي نانوذرات اکسيد روي و نانوکامپوزيت نقره با استفاده از روش مخلوط‌سازي مذاب به روش اکسترودر تهيه گرديد. سپس، بسته‌هاي مخصوص آب پرتقال با استفاده از فيلم‌هاي نانوکامپوزيتي توليدي به همراه فيلم پلي‌اتيلني خالص به عنوان نمونه‌ي شاهد، تهيه شد. سپس بسته‌هاي حاوي آب پرتقال تازه، در دماي 4 درجه‌ي سانتي‌گراد انبار شدند. پايداري ميکروبي، ميزان اسيد آسکوربيک، شاخص قهوه‌اي شدن، کيفيت رنگ، ميزان مهاجرت يون‌ها و در نهايت، خصوصيات حسي آب پرتقال‌ها پس از 7، 28 و 56 روز انبارداري ارزيابي گرديد».

دکتر امامي‌فر در رابطه با نتايج اين تحقيق گفت: «نتايج نشان مي‌دهد که سرعت رشد ميکروبي در آب پرتقال تازه، در بسته‌بندي‌هاي حاوي نانوکامپوزيت‌هاي داراي نقره و اکسيد روي تا 28 روز پس از انبارداري کاهش يافته‌است. ميزان نابودي اسيد آسکوربيک و توليد ترکيبات قهوه‌اي در بسته‌هاي نانوکامپوزيتي حاوي 25/0 درصد نانواکسيد روي نيز کاهش معني‌داري يافته‌است. علاوه بر اين، ماندگاري برخي خواص حسي شامل بو و مزه در اين بسته‌ها هم پس از 28 روز بيشترين امتياز را دريافت کرده‌اند».

محقق طرح در پايان گفتگو ابراز داشت: «فناوري‌هاي غير حرارتي جديد نيز با کاهش بار ميکروبي و حفظ خصوصيات حسي و تغذيه‌اي، روشي ايده‌ال در فرآيند نگهداري آب پرتقال است كه نياز به تجهيزات و دستگاه‌هاي پيچيده و گران قيمت و مصرف بالاي انرژي فسيلي دارد. بنابراين به‌كارگيري بسته‌هاي پليمري حاوي نانوذرات نقره و اکسيد روي براي نگهداري آب پرتقال طبيعي تازه، به عنوان روشي جديد و غير حرارتي، بسيار مورد توجه قرار گرفته‌است».

جزئيات اين پژوهش -که با راهنمايي دکتر محمد شاهدي و دکتر مهدي کديور در دانشكده‌ي كشاورزي دانشگاه صنعتي اصفهان انجام شده‌است- در مجله‌يInnovative Food Science and Emerging Technologies (شماره‌ي 11، صفحات 748-742، سال 2010) منتشر شده‌است.

[sajadhoosein]

رهاسازي مواد آنتي‌باکتريال از نانوذرات



پژوهشگران دانشگاه پوردو موفق به توليد نانوذراتي شدند که مي‌تواند مواد آنتي‌باکتريال را در خود نگاه داشته و سپس آزاد کند. اين مواد مي‌توانند زمان نگه‌داري مواد غذايي را افزايش دهند.

يوان يو، استاديار علم مواد غذايي دانشگاه پوردو، موفق به تغيير سطح نوعي کربوهيدرات شده‌است. اين کربوهيدرات در ذرت شيرين يافت مي‌شود که پس از اعمال تغييراتي به اشکال مختلفي از نانوذرات تبديل مي‌شود. اين نانوذرات قادر به جذب نيسين ( يک پپتيد آنتي‌باکتريال است) به خود و پايدار کردن آن را دارند. پس از جذب اين پپتيد، به مدت 3 هفته اين ماده به نانوذرات چسبيده و با ليستريا مبارزه مي‌کند. ليستريا ماده‌ي کشنده‌اي است که در مواد غذايي نظير گوشت و سبزيجات ايجاد مي‌شود. اين باکتري در زنان باردار، کودکان و افراد کهنسال که سيستم ايمني ضعيفي دارند، موجب مشکلاتي است.

ليستريا در گوشت بدون محافظ که بريده و نگهداري مي‌شود، شانس زيادي براي ايجاد آلودگي دارد. نيسين تنها ماده‌اي مؤثري است که مي‌تواند در برابر ليستريا براي يک دوره‌ي کوتاه-چند روز- ايجاد بازدارندگي کند.

سال‌هاست که مردم از نيسين استفاده مي‌کنند، اما مشکل موجود سرعت از بين رفتن نيسين است؛ از اين رو پژوهشگران دانشگاه پوردو به سراغ توليد نانوذرات جديدي رفتند که بتواند نيسين را براي زمان طولاني‌تري در خود نگه دارد.آنها براي اين جذب نيسين به نانوذرات از دو راهبرد استفاده کردند: اول اينکه، نانوذرات را باردار کنند از آنجا که سطح نيسين داراي بار مثبت است، اگر نانوذرات بار منفي داشته باشند، مي‌توانند جذب يکديگر شوند و راه دوم اين است که روي سطح نانوذرات خاصيت آب‌گريزي جزئي ايجاد کرد. از آنجا که سطح نيسين نيز به مقدار کمي آب‌گريز است، اين دو يکديگر را جذب مي‌کنند.

با به‌کارگيري اين دو روش مي‌توان نيسين را روي نانوذرات جذب و پايدار کرده، سرعت از بين رفتن نيسين را کاهش داد. اين گروه محلولي حاوي نانوذرات و نيسين تهيه کرده‌اند که مي‌توان آن را روي مواد غذايي اسپري کرد. در اين محلول نيسين هم به‌صورت آزاد و هم جذب‌شده روي نانوذرات وجود دارد که اين نسبت بايد روي عددي مشخصي تنظيم باشد. زماني که نيسين‌هاي آزاد از بين رفت، نيسين متصل به نانوذرات شروع به آزادسازي مي‌کنند تا اين نسبت به تعادل برسد. با اين کار هميشه يک مقدار مشخص نيسين براي مبارزه با ليسترين وجود دارد.

نتايج اين تحقيق در نشريه‌ي Journal of Controlled Release چاپ شده‌است.

[sajadhoosein]

توليد الياف‌هايي با عملکرد بالا با استفاده از نانولوله‌هاي کربني



محققان دانشگاه نورث وست، موفق به ساخت نوعي الياف شده‌اند که از چلوار محکم‌تر است. در ساخت اين الياف از نانولوله‌هاي کربني و پليمر استفاده شده و مي‌توان از آن در بخش دفاعي و هوافضا استفاده کرد.

يک گروه تحقيقاتي متشکل از گروه‌هايي از دانشگاه‌هاي مختلف موفق به ساخت اليافي محکم و مقاوم در برابر پارشدگي شده‌اند. اين الياف ترکيبي از نانولوله‌هاي کربني و پليمر است. اين گروه با استفاده از ميکروسکوپ الکتروني توانستند اين الياف‌ها را در مقياس‌هاي مختلف – از مقياس نانو تا ميکرومقياس - مورد سنجش قرار دهند که اين مسئله درک آنها را از چگونگي برهم‌کنش اين رشته‌ها بهتر مي‌کند.

اسپينوسا، از محققان اين پروژه، مي‌گويد که ما قصد ساخت الياف‌هاي سفت و مستحکم را داريم. در حوزه‌ي مهندسي ساخت الياف، بزرگ‌ترين مسئله اين است که الياف يا بايد محکم باشد يا انعطاف‌پذير، ما مي‌خواستيم اليافي بسازيم که هر دوي اين ويژگي‌ها را دارا باشند. اين الياف پيش از پاره شدن انرژي بسيار زيادي را پخش مي‌کند. استحکام اين الياف نيز بسيار بسيار بالاست و مي‌توان از آن در بخش‌‌هاي دفاعي و هوافضا استفاده کرد.

اين پروژه بخشي از برنامه‌ي پيشگامي تحقيق در بخش دفاعي است که به دست محققان بين‌رشته‌اي انجام مي‌شود. اسپينوسا و همکارانش 7.5 ميليون دلار از ارتش آمريکا براي کار روي الياف‌هاي مستحکم دريافت کرده‌اندو پس از اتمام پروژه، از آنها در جليقه‌هاي ضد گلوله، چترهاي نجات، مواد کامپوزيتي مورد استفاده در خودروها، هواپيماها و ماهواره‌ها استفاده مي‌شود. براي توليد اين الياف‌ها، محققان از نانولوله‌هاي کربني شروع کردند. آنها براي چسباندن نانولوله‌هاي کربني به يکديگر از يک پليمر استفاده کردند. پس از چسباندن نانولوله‌ها به هم، آنها به هم بافته شده، الياف را ايجاد مي‌کنند. براي تست استحکام و ميزان پاره‌شدگي، اين گروه تحقيقاتي از ميکروسکوپ الکتروني روبشي (SEM) استفاده کردند. به کمک SEM، مي‌توان از سطح الياف‌ها تصوير گرفت و با آن از هرگونه تغيير شکل احتمالي يا گسستگي الياف‌ها مطلع شد.

اين تحقيق نحوه‌ي عملکرد اين ماده در مقياس‌هاي مختلف را به آنها نشان داد. محققان قصد دارند که عمل مولکول‌ها را در مقياس‌هاي نانو بررسي کرده و به درک بهتري از آن برسند تا با آن بتوانند الياف‌هاي محکم‌تري در آينده توليد کنند. نتايج اين تحقيقات نشان داد که اين الياف از چلوار محکم‌تر است.

نتايج اين تحقيق در نشريه‌ي ACS Nano چاپ شده‌است.

[sajadhoosein]

بهبود خودتميزشوندگي پارچه‌ي پنبه‌اي حاوي نانوذرات تيتانا



پژوهشگران دانشگاه آزاد اسلامي واحد يزد، خاصيت خودتميزشوندگي پارچه‌ي پنبه‌اي حاوي نانوذرات دي‌اکسيد تيتانيوم را افزايش دادند.

مهندس لقمان کريمي، دانشجوي مقطع دکتري دانشگاه علوم و تحقيقات تهران، پارچه‌ي پنبه‌اي را به دو روش كراسلينك و بدون استفاده از كراسلينك، با نانوذرات دي‌اکسيد تيتانيوم پوشش‌دهي کرده‌است.

مهندس کريمي در گفتگو با بخش خبري سايت ستاد ويژه‌ي توسعه‌ي فناوري نانو گفت: «نتايج نشان مي‌دهد که ثبات پوشش و ميزان خودتميزشوندگي پارچه‌هاي عمل‌آوري شده به روش كراسلينك به مراتب بالاتر از پارچه‌ي عمل‌آوري شده بدون فرايند كراسلينك است. خودتميزشوندگي بالاتر، به دليل درصد بالاتر و توزيع يكنواخت‌تر نانوذرات تيتانيا در سطح پارچه است كه در تصاوير ميكروسكوپي به وضوح ديده مي‌شود».

وي در ادامه افزود: «يکي از خصوصيات مهم پنبه، جذب رطوبت بالاي آن است که ميزان کاهش جذب رطوبت پنبه در روش کراسلينک بسيار پايين است. در ساير روش‌هاي پوشش‌دهي پنبه با نانوذرات تيتانيا، جذب رطوبت به ميزان بسيار بالايي پايين مي‌آيد». اين پژوهشگران، ميزان بهينه‌ي استفاده از نانوذرات تيتانيا را هم محاسبه و گزارش کرده‌اند.

جزئيات اين پژوهش -که در قالب پايان‌نامه‌ي کارشناسي ارشد مهندس کريمي (رشته‌ي مهندسي شيمي نساجي) و با راهنمايي دکتر محمد ميرجليلي، دکتر محمداسماعيل يزدان‌شناس و دکتر علي نظري از اعضاي هيئت علمي دانشگاه آزاد واحد يزد، انجام شده‌است- در مجله‌ي Photochemistry and Photobiology (جلد 86، صفحات 1037-1030، سال 2010) منتشر شده‌است.

[sajadhoosein]

يافتن عوامل موثر در حذف فلزات سنگين از آب



پژوهشگران پژوهشگاه مواد و انرژي، با استفاده از نانوبلورهاي هيدروكسي آپاتيت، موفق به حذف فلز کادميم از محلول‌هاي آبي شدند، همچنين اثر سه عامل موثر غلظت اوليه‌ي يون کادميم، جرم ماده‌ي جاذب و pH محيط را روي فرايند حذف فلز سنگين از آب، بررسي کردند و به نتايج قابل توجهي دست يافتند.

دکتر ايمان مباشرپور، عضو هيئت علمي پژوهشکده‌ي سراميک پژوهشگاه مواد و انرژي، در گفتگو با بخش خبري سايت ستاد ويژه‌ي توسعه‌ي فناوري نانو گفت: «هدف از اجراي اين پژوهش، بررسي امكان استفاده از نانوبلورهاي هيدروكسي آپاتيت به عنوان يك ماده‌ي جاذب در حذف فلزات سنگين از محلول‌هاي آبي بود».

دکتر مباشرپور افزود: «توانستيم رفتار جذب را با تغيير عامل‌هايي نظير تغيير اندازه‌ي بلورهاي هيدروكسي آپاتيت، دما و غلظت اوليه‌ي يون فلزي، جرم ماده‌ي جاذب، سرعت هم‌زدن وpH محلول، مورد بررسي قرار دهيم. براي اين بررسي، از مدل‌هاي ايزوترم جذب لانگمير و فرندليش استفاده کرديم و ظرفيت جذب را با کمک مدل‌هاي كينتيكي اندازه‌گيري کرديم. در ادامه، عامل‌هاي ترموديناميكي مثل انرژي آزاد گيبس سيستم، آنتالپي و آنتروپي فرآيند صورت گرفته را بررسي و اندازه‌گيري کرديم. در نهايت، انرژي فعال‌سازي سيستم جذب را تعيين کرده و امكان استفاده از نانوبلورهاي هيدروكسي آپاتيت را به عنوان يك جاذب مناسب و صنعتي تحقيق کرديم».

به گفته‌ي محقق اين پژوهش، نتايج حاکي از آن است که نانوهيدروکسي آپاتيت، توانايي مناسبي در حذف يون کادميم دو ظرفيتي دارد. همچنين با افزايش غلظت اوليه‌ي ماده جاذب از 200 به 400 ميلي‌گرم در ليتر، ميزان ظرفيت جذب به ازاي واحد جرم ماده‌ي جاذب از 138 به 142 ميلي‌گرم بر گرم افزايش يافته و با دو برابر کردن جرم ماده‌ي جاذب، ظرفيت جذب به ازاي واحد جرم ماده‌ي جاذب از 142 به 112 ميلي‌گرم بر گرم کاهش مي‌يابد. با افزايش pH، هم به دليل پديد آمدن عامل‌هاي فعال منفي بر سطح نانوهيدروکسي آپاتيت، ميزان جذب، به‌طور چشمگيري افزايش پيدا مي‌کند.

دکتر مباشرپور در پايان گفتگو اظهار داشت: «در صورت همکاري سازمان محيط زيست و سازمان آب و فاضلاب، مي‌توان اين طرح را در مقياس صنعتي انجام داد».

جزئيات اين تحقيق -که بخشي از نتايج پايان‌نامه‌ي دکتري آقاي ايمان مباشرپور است و با راهنمايي دکتر اسماعيل صلاحي، استاديار پژوهشگاه مواد و انرژي و دکتر محمد پازوکي، دانشيار پژوهشگاه مواد و انرژي انجام شده- در مجله‌ي Desalination (جلد 266، صفحات 148-142، سال 2011) منتشر شده‌است.

[sajadhoosein]

فناوری نانو چیست


قابلیت‌های استفاده از فناوری‌نانو در صنایع دریایی
امروزه بحث‌های بسیاری در زمینة فناوری‌نانو، کاربردها، مزایا و دورنمای آیندة آن مطرح است. صنایع دریایی حوزة وسیعی از صنایع از قبیل ساخت كشتی؛ زیردریایی و سكوهای دریایی را شامل می‌شود که اغلب آنها در کشور ما نوپا هستند. فناوری‌نانو در بخش‌های مختلف صنایع دریایی کاربردهای ارزنده‌ای دارد که می‌تواند صنایع دریایی کشور را با تحول زیادی روبه‌رو کند. از طرفی شناسایی نیازهای گستردة صنایع دریایی کشور می‌تواند بازار خوبی برای محصولات فناوری‌نانو در کشور باشد و زمینة رشد خوبی را نیز برای آن فراهم کند. در این مقاله برخی کاربردهای فناوری‌نانو در صنایع دریایی مورد ارزیابی قرار گرفته و در انتها نیز جایگاه صنایع دریایی کشورآورده شده است.

چکیده
امروزه بحث‌های بسیاری در زمینه فناوری‌نانو، کاربردها، مزایا و دورنمای آینده آن مطرح است. صنایع دریایی حوزه وسیعی از صنایع از قبیل ساخت كشتی؛ زیردریایی و سكوهای دریایی را شامل می‌شود که اغلب آنها در کشور ما نوپا هستند. فناوری‌نانو در بخش‌های مختلف صنایع دریایی کاربردهای ارزنده‌ای دارد که می‌تواند صنایع دریایی کشور را با تحول زیادی روبه‌رو کند. از طرفی شناسایی نیازهای گسترده صنایع دریایی کشور می‌تواند بازار خوبی برای محصولات فناوری‌نانو در کشور باشد و زمینه رشد خوبی را نیز برای آن فراهم کند. در این مقاله برخی کاربردهای فناوری‌نانو در صنایع دریایی مورد ارزیابی قرار گرفته و در انتها نیز جایگاه صنایع دریایی کشورآورده شده است.

كلید واژه‌ها: فناوری‌نانو صنایع دریایی شناور

مقدمه
فناوری‌نانو در دهه اخیر از سوی کشور ما مورد توجه جدی قرار گرفته است. همزمان با آن صنایع دریایی نیز دچار تحولات اساسی شده و سرمایه‌گذاری‌های هنگفتی در آن انجام شده است. امروزه ثابت شده است که صنایع دریایی می‌تواند گرانیگاه رشد و توسعه در مناطق ساحلی کشور باشد. ایران با داشتن 2900 کیلومتر مرز آبی، در زمینه صنایع دریایی، کشوری در حال توسعه محسوب می‌شود، در حالی که برخی از کشورهای اروپایی با کمتر ازیک پنجم این مرز آبی، جزو کشورهای قدرتمند در زمینه صنایع دریایی قرار دارند و به واسطه این توانمندی، سلطه خود را بر دنیا تحمیل کرده‌اند. صنایع دریایی شامل حوزه وسیعی از صنایع می‌شود که هر كدام می‌توانند پشتوانه و مهد توسعه علم و فناوری در کشور باشند. سه دسته‌بندی کلی صنا‌یع دریایی عبارتند از:

صنایع کشتی‌سازی: ساخت انواع کشتی‌ها از قبیل کشتی‌های کانتینربر، نفتکش‌های غول پیکر، ناوچه‌ها و زیردریایی‌. در این زمینه شرکت‌های بزرگی نظیر صدرا، ایزوایکو، اروندان و فجر در کشور شکل گرفته‌اند که هر یك تجربه ساخت ده‌ها فروند شناور دارند.
صنایع فرا ساحل: شامل ساخت سکوهای ثابت و متحرک دریایی و لوله‌گذاری در دریا می‌شود که در پروژه‌های عظیم نفت و گاز به خصوص در حوزه‌های پارس جنوبی، ابوذر و میادین بزرگ نفتی کاربرد دارند. شرکت‌های بزرگی از قبیل تأسیسات دریایی، صدف و صدرا در این زمینه شکل گرفته‌اند که تجربه ساخت ده‌ها سکوی ثابت و متحرک دریایی و صدها کیلومتر لوله‌گذاری دریایی را در كارنامه فعالیت خود دارند.
صنایع ساحلی و بندری: شامل ساخت اسکله، موج‌شکن و سازه‌های نزدیک ساحل (پایانه‌های نفتی) که در بنادر شهید رجایی، باهنر، بوشهر، امام خمینی و جزیره خارک تجارب بسیاری در این زمینه اندوخته شده است که از جمله آنها می‌توان به قرارگاه سازندگی نوح و شرکت صدرا اشاره کرد. فناوری‌نانو در زمینه صنایع دریایی، به خصوص ساخت شناورها از اهمیت خاصی برخوردار است و كاربردهای آن را می‌توان به‌طور كلی شامل موارد زیر دانست:
ایجاد پوشش‌های مناسب در برابر اثرات محیط دریا؛
تولید مواد جدید برای ساخت بدنه و اجزای آن به‌منظور افزایش استحکام و کاهش نویز و ارتعاش منتشر شده از بدنه؛
تولید مواد جدید برای افزایش قابلیت عملکرد شناور مانند سوخت‌های جدید، باتری‌های با ذخیره انرژی بسیار بالا و پیل‌های سوختی.
پتانسیل‌های كاربرد در صنایع دریایی
صنایع دریایی گستره وسیعی از صنایع مانند شناورهای سطحی (کشتی‌ها)، زیرسطحی (زیردریایی‌ها) ، سکوهای دریایی و کلیه صنایع مرتبط با دریا را در برمی‌گیرد.

برخی از پتانسیل‌های کاربرد فناوری‌نانو در این صنایع

کلیه تحولاتی که در فناوری کامپیوتر، الکترونیک و مخابرات براساس فناوری‌نانو ایجاد می‌گردد، قطعاً بر صنایع دریایی تأثیر‌ می‌گذارد؛ زیرا این صنایع مانند سایر صنایع، وابستگی بسیاری به این فناوری‌ها دارند.
الکترودهای جوشکاری دما پایین: این الکترودها با استفاده از فناوری‌نانو، دارای دمای کاری بسیار پایینی نسبت به الکترودهای جوشکاری موجود هستند. مواد این الکترودها به‌گونه‌ای است که در ازای حرارت اندک، اتحاد مولکولی مستحکمی را بین مولکول‌های دو قطعه فلز ایجاد می‌کنند و عملکردی شبیه چسب‌های حرارتی معمولی خواهند داشت. این الکترودها با ایجاد اعوجاج بسیار ناچیز در فلزات، تأثیر شگرفی بر فناوری جوشکاری، به خصوص جوشکاری آلومینیوم خواهند داشت. کاربرد و حجم زیاد جوشکاری در صنایع دریایی می‌تواند عاملی برای تأثیر فوق‌العاده فناوری‌نانو در این زمینه باشد.
سوخت: کشتی و کلیه شناورها برای تأمین قدرت حرکت در دریا، معمولاً چندین تن سوخت حمل می‌کنند و کشتی‌های اقیانوس‌پیما نیز در طول مسیر دریانوردی مجبور هستند، چندین بار برای سوخت‌گیری توقف کنند. فناوری‌نانو با ارائه سوخت‌های پرانرژی، کشتی‌ها را از توقف‌های متعدد در دریا و حمل چندین تن سوخت بی‌نیاز خواهد کرد. این سوخت‌ها به‌صورت بسته‌های پرانرژی مولکولی است که از اثرات مولکول‌ها بریکدیگر، انرژی زیادی آزاد می‌کنند، به طور كهیک لیتر از این سوخت‌ها، معادل ده‌ها لیتر سوخت معمولی انرژی آزاد می‌کند. از آنجا که ذرات نانومتری موجب افزایش سرعت سوخت ویکنواختی آن می‌گردد، در سوخت‌های جدید می‌توان جهت افزایش قدرت سوخت از آنها استفاده کرد.
نانوفایبرگلاس و نانوکامپوزیت‌ها: فایبرگلاس با آرایش تار و پودی (ماتریسی) ، استحکام زیادی دارد. در این مواد، الیاف شیشه به صورت تارهای نازک و تحت شرایط خاصی تولید شده، به صور متفاوتی به هم بافته می‌شوند؛ رایج‌ترین نوع آنها الیاف بافته شده به‌صورت حصیری و الیاف سوزنی است. فناوری‌نانو با اعمال آرایش تار و پودی بین مولکول‌ها، نانوفایبرگلاس‌های بسیار محکم و سبکی ایجاد می‌کند که نسبت به فایبرگلاس‌های امروزی برتری بسیاری دارند. نانوکامپوزیت‌ها دسته جدیدی از مواد مورد مطالعه جهانی است که شامل پلیمرهای قدیمی تقویت شده با ذرات نانومتری می‌شود. کامپوزیت‌ها با داشتن آرایش‌های مولکولی متفاوت، کاربردهای وسیع‌تر و جدیدتری را تجربه خواهند کرد. از جمله خواص مهم کامپوزیت‌ها، استحکام زیاد در عین وزن کم، مقاومت بالا در برابر خوردگی و خاصیت جذب امواج راداری است. این خاصیت به منظور ساخت هواپیماها و زیردریایی‌هایی که به وسیله رادار قابل شناسایی نیستند، مورد استفاده قرار می‌گیرد.
جاذب‌های ارتعاشی: جاذب‌های ارتعاشی امروزی، موادی حجیم و سنگین هستند. فناوری‌نانو با ارائه جاذب‌های ارتعاشی جدید، تحول عمیقی را در این زمینه ایجاد خواهد کرد. این نانومواد، انرژی ارتعاشی را به مقدار بسیار بالایی در بین شبکه مولکولی خود ذخیره می‌کنند و ساختارهای مولکولی ویژه آنها، تا حد زیادی از انتقال انرژی ارتعاشی به مولکول‌های جانبی جلوگیری می‌کند؛ بدین ترتیب ارتعاش به خوبی مهار می‌شود. این مواد در کشتی‌های مسافربری، شناورهای نظامی و زیردریایی‌ها کاربردهای بسیاری دارند و اغلب در زیر موتورها و اجزای دوار شناورها نصب می‌گردند.
جاذب‌های صوتی: این جاذب‌ها نیز مانند جاذب‌های ارتعاشی، علی‌رغم سبک و نازک بودن، انرژی صوت را به‌طور کامل میرا می‌کنند. جاذب‌های صوتی امروزی با وجود سنگین و حجیم بودن، نسبت به فرکانس و جهت صوت برخوردی، بازدهی متفاوتی دارند. فناوری‌نانو انواعی از جاذب‌های صوتی را ارائه می‌کند که ساختار مولکولی آنها با جهت برخورد صوت و فرکانس صوت قابل تطابق باشد؛ به گونه‌ای که بتوانند بیشترین مقدار انرژی صوت را جذب کنند. این مواد در کشتی‌های مسافربری، شناورهای نظامی و زیردریایی‌ها کاربردهای بسیاری دارند و قسمت داخلییا خارجی بدنه از این مواد پوشیده می‌شود.
رنگ‌های دریایی: خوردگی بسیار زیاد محیط دریا به خصوص دریاهای آب شور مانند خلیج فارس، از معضلات اساسی نگهداری سکوهای دریایی و کشتی‌هاست. شرایط خاص محیط دریا ایجاب می‌کند که به‌طور متوسط، هر سه سالیک‌بار بدنه سکوها و کشتی‌ها رنگ‌آمیزی شود. فناوری‌نانو رنگ‌های جدید بسیار مقاوم در برابر خوردگی و اثرات محیط ارائه می‌نماید که با توجه به طول عمر شناورها و دوام بیش از 20 سال این رنگ‌ها بر بدنه شناورها، می‌توان این امر را به معنای مادام‌العمر بودن این رنگ‌ها دانست.
جاذب‌های انرژی موج دریا و نور آفتاب: فناوری‌نانو نسل جدیدی از مواد را ارائه می‌کند که همانند سلول‌های فتوالکتریک انرژی موج دریا و نور آفتاب را جذب می‌کنند و به مثابه منبع تأمین انرژی خواهند بود. ویژگی منحصر به فرد این مواد این است که همانند پوشش‌های معمولی دریایی قابل اتصال به بدنه شناور هستند که می‌تواند مدت دوام شناور در دریا را چندین برابر نماید و از انرژی‌های محیط استفاده کند. استفاده از این منابع انرژی مزیت‌های زیست‌محیطی نیز دارد.
نانوفیلتراسیون: از جمله ویژگی‌های این فناوری می‌توان به جذب ذرات بسیار ریز محیط اشاره كرد كه در جذب مونوکسید و دی‌اکسید کربن كاربرد دارند. پوشش داخلی زیردریایی‌ها در زیر آب محیطی بسته و مناسب با بکارگیری این فناوری است. مطابق این فناوری، بلورهای اکسید تیتانیوم نیمه‌رسانا که اندازه‌شان فقط 40 نانومتر است به‌وسیله نور ماوراء بنفش شارژ شده، برای حذف آلودگی‌های آلی استفاده می شوند.
نانومورفولوژی: با استفاده از فناوری‌نانو می‌توان مواد بسیار مقاوم در برابر آتش ساخت که در اشتعال ناپذیری به خاک تشبیه می‌شوند. استفاده از این مواد در شناورها به منظور ایمنی در برابر آتش‌سوزی بسیار حائز اهمیت است. در شناورهای نظامی خطر آتش سوزی بسیار زیاد است؛ لذا استفاده از این فناوری بسیار حیاتی است.
تحول در فناوری پیل سوختی: پیل سوختی در شناورها به خصوص شناورهای زیرسطحی و زیردریایی‌ها، کاربردهای وسیعی دارد. امروزه روش‌های مختلفی برای ذخیره‌سازی هیدروژن مورد نیاز در پیل سوختی استفاده می‌شود؛ از جمله به صورت مایع (که دمای بسیار پایینیا فشار بسیار بالایی نیاز دارد) ، هیدرات فلزی (که وزن بسیار زیادی را به شناور تحمیل می‌کند) و کربن فعال (که استفاده از آن معضل زیاد و بازده کمی دارد) . اكنون می توان از نانولوله‌های کربنی برای ذخیره هیدروژن استفاده كرد؛ زیرا دیگر نیازی به دمای پایین، فشار بسیار بالا و تحمل وزن سنگین نخواهد داشت؛‌ این كار تحول عظیمی را در فناوری پیل سوختی ایجاد خواهد كرد.
باتری‌های با ذخیره انرژی بسیار بالا: امروزه انواع مختلفی از باتری‌های قابل شارژ وجود دارند که دارای وزن زیاد و ذخیره انرژی اندکی هستند؛ این باتری‌ها در شناورها به خصوص در قایق‌های تفریحی، زیردریایی‌ها و کشتی‌ها (به عنوان منبع برق اضطراری) کاربردهای حیاتی و مهمی دارند، امّا انرژی اندكی كه ذخیره می‌كنند زمان ماندن زیردریایی‌های دیزل الکتریک در زیر آب را محدود می‌کنند. در موقع حرکت سطحی که دیزل قادر به فعالیت است، انرژی الکتریکی تولید شده دیزل در باتری‌ها ذخیره می‌شود و در موقع حرکت در زیر سطح آب که به علت دسترسی نداشتن به هوا امکان کار برای دیزل وجود ندارد، از این انرژی الکتریکی استفاده می‌شود. فناوری‌نانو با ارائه باتری‌های با ذخیره انرژی بسیار بالا، زیردریایی‌های دیزل الکتریک را قادر می‌کند تا ده‌ها برابرِ زمان فعلی خود در زیر آب بمانند. علاوه بر آن فناوری‌نانو با كاهش وزن بسته‌های باطری، کاربردهای ارزنده‌ای در فناوری هوافضا، هواپیماهای بدون سرنشین، اتومبیل و شناورهای تفریحی کوچک پدید می‌آورد.
گرافیت و سرامیک: فناوری‌نانو با ارائه مواد بسیار مستحکم که ده‌ها برابر مقاوم‌تر از فولاد هستند، تأثیر چشمگیری در ساخت سازه‌های دریایی و صنایع دریایی خواهد داشت. سرامیك‌ها از جمله این موادند كه در بدنه غوطه‌ورشونده‌های آب عمیق (حدود 11 هزار متر) به‌کار خواهند رفت. این مواد با داشتن استحکام فوق‌العاده، وزن سبک، مقاومت بسیار زیاد در برابر خوردگی و دوام در شرایط دمایی بسیار متغیر، گزینه بسیار مناسبی برای سازه‌های عظیم دریایی به خصوص غوطه‌ور شونده‌ها و زیردریایی‌ها هستند.
جایگاه صنایع دریایی و فناوری‌نانو در ایران
در ایران صنایع دریایی به معنای واقعی خود؛ یعنی ساخت سکوهای ثابت و متحرک دریایی، کشتی‌های اقیانوس پیما، غوطه‌ور شونده‌ها، زیردریایی‌ها و غیره، حدودیک دهه از عمرشان می‌گذرد و صنعتی نوپا محسوب می‌گردد. فناوری‌نانو نیز در دنیا قدمت چندانی ندارد و از معدود فناوری‌هایی است که در همان بدو مطرح شدنش در دنیا، در ایران نیز مطرح شده است. فناوری‌نانو با توجه به تأثیرات شگرفی که در همه صنایع دارد، مورد توجه قرار گرفته است. صنایع دریایی در حال رسیدن به دوران تکامل خود در کشور است و فناوری‌نانو هم می‌تواند به تکامل هدفمند و روزافزون آن کمک کند. کاربردهایی از فناوری‌نانو که بیان شد، تنها گوشه‌ای از کاربردهای گسترده آن در صنایع دریایی است و آینده، این کاربردها را قطعی‌تر و مشخص‌تر خواهد کرد؛ لذا مدیران کلیه بخش‌های صنعتی کشور از جمله صنایع دریایی نباید خود را نسبت به فناوری‌نانو بیگانه بدانند، بلکه همواره باید پیشرفت‌های این شاخه از دانش و فناوری مولکولی را در دنیا زیر نظر داشته، از پیشرفت این فناوری جدید در کشور، حمایت‌های مادی و معنوی لازم را به عمل آورند. چه بسا که ورود فناوری‌نانو به هر صنعتی، تحولات شگرفی را باعث شود و غافلگیری و ورشکستگی رقبا را به دنبال داشته باشد. از طرف دیگر، نهادهای مرتبط باید پیشرفت‌های روز دنیا در زمینه فناوری‌نانو را به صنایع مربوطه معرفی کنند که این امر مستلزم شناخت نیازهای هر بخش از صنعت در زمینه فناوری‌نانو است. لازم است، متولیان فناوری‌نانو بایک تقسیم‌بندی منطقی در صنایع موجود در کشور، نیازهای هریک را به تفکیک بررسی کنند و با شناسایی نیازهای بازار، توسعه فناوری‌نانو را در کشور جهت‌دهی نمایند. به علاوه، پشتوانه مالی مناسبی نیز برای توسعه فناوری‌نانو فراهم نمایند، زیرا نشناختن نیازها به معنای بیراهه رفتن فناوری‌نانو در کشور است. پیشنهاد نگارندگان این مقاله به مسئولین امر، سرمایه‌گذاری در زمینه باتری‌های دارای ذخیره انرژی بالا است که در زیردریایی‌ها کاربرد دارند لازم به ذكر است كه پژوهشکده زیر سطحی دانشگاه صنعتی مالک اشتریکی از حامیان این طرح است.
منبع:منبع :
برای مشاهده محتوا ، لطفا وارد شوید یا ثبت نام کنید

[sajadhoosein]

امولسيفايرها در صنعت غذا


انتخاب امولسيفايرها
در انتخاب امولسيفايرها سه نكته بايد مدنظر قرار گيرد.



طبيعي بودن: بيشتر نانواها در توليدات خود از مونو و دي‌گليسيريدها استفاده مي‌كنند و تعداد بسيار كمي تمايل به توليد محصولات كاملا طبيعي دارند. لسيتين به ويژگي‌هاي مكانيكي و پراكندگي مناسب شورتنينگ در محصولات نانوايي كمك مي‌كند. لسيتين يك نوآوري طبيعي است مانند روغن سويا و مصرف‌كنندگان تصور مثبتي از سالم بودن لسيتين در ذهن دارند. در محصولات توليد شده با استفاده از مخمر مي‌توان از مخلوط پودري لسيتين هيدروفيليك و مونوگليسيريدها استفاده كرد كه اين امر سبب مي‌شود تا خمير بهتري نسبت به حالت استفاده محض از مونوگليسيريدها به دست آيد. ضمن اينكه اين مخلوط مي‌تواند به عنوان يك مهاركننده پديده بياتي نيز عمل كند.سينرژيسم يا اثر تقويت‌كنندگي: امولسيفايرها معمولا به صورت مخلوط و همراه با يكديگر بهتر كار مي‌كنند. به عنوان مثال سيستم امولسيفاير يك كيك معمولا مخلوطي از دو يا سه امولسيفاير مثل PGmE , MDG و لسيتين است. براي نان ممكن است از مخلوط EMG و MDG ستفاده شود.
چشم‌انداز آينده
امولسيفايرها از اجزاي ضروري محصولات نانوايي هستند و چندين فاكتور در چگونگي كاربرد و استفاده آنها نقش دارد كه به شرح زير است:
چربي كم: محصولات كم‌چرب با استفاده از مخلوط امولسيفايرها هم‌چنان در حال توليد شدن است. نايتلي مي‌گويد بيشتر افرادي كه در زمينه‌ گسترش اين مواد غذايي كم‌چرب فعال‌اند به دنبال يافتن فرمولاسيون‌هاي متفاوت هستند. معمولا در نهايت در محصولات نانوايي كم‌چرب دو دسته از مواد حضور دارند؛ كربوهيدرات‌ها و ژل‌هاي پروتئيني كه هيچ‌يك داراي كالري‌هاي چربي نيستند. همچنين به اين محصولات امولسيفايرهايي مثل مونو و دي‌گليسيريدها اضافه مي‌شوند.
آنزيم‌ها و امولسيفايرها: همان‌طور كه قبلا ذكر شد، آنزيم‌ها نرم‌كننده‌هاي حقيقي مغز هستند. در اين زمينه نظر نايتلي بر اين اساس است كه ابتدا براي مشروط كردن خمير بايد مقادير متداولي از مونو و دي‌گليسيريدها (عامل ضد بياتي) 50 تا 75 درصد وزن آرد را افزود و سپس اگر اين ميزان رضايت‌بخش نبود و به دنبال افزايش مدت زمان نگهداري محصول هستيم بايد آنزيم‌ها را اضافه كرد. براي بعضي از مواد كه افزايش سطح MDG بسيار گران‌قيمت و هزينه‌بر است افزودن مقادير اندك آنزيم اقتصادي‌تر است.معمولا مصرف‌كنندگان از توليد MDG به‌طور طبيعي در غذاهاي حاوي چربي اطلاع ندارند. نايتلي مي‌افزايد يك غذاي پرچرب حاوي MDG،‌ لسيتين، ليپوپروتئين‌ها و گليكوليپيدها است كه هريك نقش و كارايي خود را دارند.چنانچه براي حمل و نقل و توزيع محصولات نانوايي نياز به طي كردن مسافت‌هاي طولاني‌تر باشد كه پايه زمان ماندگاري يك تا دو روز افزايش يابد، با افزودن امولسيفايرها مي‌توان مدت‌زمان نگهداري را افزايش داد. به اين ترتيب توليد‌كنندگان بايد حداكثر مجاز و اقتصادي MDG را همراه با آنزيم مناسب به كار گيرند.
محصولات سالم: در ترتيلاها امولسيفايرها سبب افزايش انعطاف و مدت‌زمان نگهداري محصول مي‌شوند. يكي از مشتري‌ها با مراجعه به نايتلي از كيفيت ترتيلاهايش شكايت كرد. وي در اين زمينه مي‌گويد: قبل از توليد محصولات در مقياس‌هاي كارخانه‌اي با تجهيزات فني و كارخانه‌اي، بانوان مكزيكي عمليات كشش ترتيلاها را در 360 درجه انجام مي‌دادند كه مانع از ايجاد انعطاف‌پذيري مورد نياز بود و سپس ترتيلاها به هنگام پيچيدن ترك مي‌خورد. اين مشكل امروز با افزودن MDG حل شده است و اين ترتيلاهاي بسته‌بندي شده مدت‌زمان نگهداري هفت روزه در سوپرماركت را دارد. فروش محصولاتي مثل نان شيريني حلقوي در سال گذشته 57 درصد رشد داشته است. اين امر در نتيجه كمك امولسيفايرها براي طولاني كردن مدت‌زمان نگهداري اين محصول است كه به سرعت سفت مي‌شود.
تغيير در الگوهاي مصرف: مصرف‌كنندگان آمريكايي اكنون مانند اروپايي‌ها نان مصرف مي‌كنند و درحال خريد ميزان زيادي از محصولات نانوايي تازه مثل نان‌هايي از اكليل كوهي و خميرترش هستد و آنها را نيز همان روز مصرف مي‌كنند. يكي از مديران نانوايي‌ها در ساحل غربي بيان مي‌كند مردم بين 29/2 دلار براي هر قرص نان با خمير ترش (olde world) و 99/4 دلار براي قرص نان زيتون مي‌پردازند كه همه اين نان‌ها داراي امولسيفاير در فرمولاسيون خود هستند.بنابراين روند مصرف به سوي محصولات سالم‌تر با ميزان كم‌تر چربي، شكر و سديم (نمك) است. 1)مشكل موردنظر كه قرار بر رفع آن با استفاده از امولسيفايرها است بايد توسط طراحان مواد غذايي مشخص شود. 2) مشخص كردن اين‌كه امولسيفاير چه كاري مي‌تواند براي رفع اين مشكل انجام دهد. 3) تصميم گرفتن در اين مورد كه آيا يك امولسيفاير مشكل موردنظر را حل خواهد كرد، كه اين امر از طريق تست كردن كار امولسيفاير در سيستم موردنظر امكان‌پذير است.پس از طي اين مراحل مي‌توان امولسيفاير يا سيستم امولسيفايري موردنظر را انتخاب كرد و سطح مورد نياز و مناسب آن را نيز محاسبه كرد.نكات زير را به هنگام انتخاب يك امولسيفاير بايد مورد توجه قرار داد. قيمت: طراحان مواد غذايي ممكن است بدون توجه به قيمت امولسيفاير يا ديگر اجزا، محصولي را با يك امولسيفاير با كارايي كامل طراحي و فرموله كنند. بنابراين هزينه و قيمت اجزا بايد از ابتدا مورد توجه قرار گيرد. همچنين فرم امولسيفايرها نيز بايد با دقت انتخاب شود. در كارخانه استفاده از چربي‌هاي پلاستيكي و امولسيفايرها ممكن است مشكل‌تر باشد زيرا كارگران بايد اين اجزا را از درون ظروف مورد كاربرد به سختي تراشيده و استخراج كنند. اگرچه استفاده از امولسيفايرهاي پودري آسان‌تر است و بخشي از هزينه‌ها را نيز كاهش مي‌دهد ولي در تمام موارد قابل استفاده نيست.چربي كم:‌ طراحان مواد غذايي بايد آگاه باشند كه آيا مصرف‌كنندگان، مواد غذايي بدون چربي يا با مقادير كم چربي را ترجيح مي‌دهند. در واقع مي‌توان با استفاده از مقادير اندك امولسيفايرها محصولات نانوايي بسيار خوب و در عين حال كم‌چرب توليد كرد. نقش امولسيفايرها در اين جا روان‌سازي، ايجاد بافت نرم و يكنواخت و ايجاد احساس خوب دهاني است. موارد ذكر شده از مشخصات محصولات پرچرب است كه با استفاده از امولسيفايرها در حضور مقادير كم‌چربي مقدور شده است.نخستين نكته كه در گسترش محصولات نانوايي كم‌چرب، بايد مدنظر قرار گيرد قدرت عمل محصول است، متخصصان معتقدند كه اگر محصول از قدرت عمل لازم برخوردار نباشد قادر نخواهد بود در بازار به رقابت بپردازد. به عبارت ديگر محصول بايد رضايت‌ مشتري را تامين كند. مهم‌ترين فاكتور در موفقيت محصولات نانوايي كم‌چرب، طعم و مزه است. اگر آنها طعم خوبي نداشته باشند، مشتري استقبال خوبي نخواهد كرد.اثر طعم مي‌تواند به عنوان يك مشكل در محصولاتي كه ميزان چربي آنها كاهش يافته است مطرح شود. در اين محصولات اثر اوليه طعم كاهش مي‌يابد تا هنگامي كه ناگهان محو مي‌شود. امولسيفايرها مي‌توانند اين مشكل را با طولاني كردن اثر طعم حل كنند.قوانين و مقررات: در هر كشوري قوانين متفاوتي براي استفاده از امولسيفايرهاي مواد غذايي وجود دارد. گرچه به‌طور كلي در آمريكا قوانين سختي براي بيشتر امولسيفايرها وجود ندارد، اما براي تعدادي از انها به وسيله FDA (اداره غذا و داروي آمريكا) قوانيني اعمال شده است و در موارد متفاوت حدود مصرف آنها تعيين شده است.كازير (Kazier) در اين ارتباط مي‌گويد براي مونو و دي‌گليسيريدها قانوني وجود ندارد در حالي كه روي پلي سوربات‌ها قوانين سخت‌تري اعمال مي‌شود. به عنوان مثال SSL در محصولات نانوايي به ميزان نيم درصد وزن آرد در آمريكا استفاده مي‌شود در حالي كه در كانادا اين رقم در حدود 375 هزارم درصد است.
HLB هنوز از جايگاه خوبي برخوردار است )ويژگي هيدروفيليك (آب‌دوست بودن) ‌و ليپوفيليك (چربي دوست بودن) امولسيفايرها گاهي به صورت تعادل هيدروفيليك/ليپوفيليك(HLB) مطرح مي‌شود. اين تعادل از صفر تا 20 تغيير مي‌كند كه مقياس ميزان تمايل به سمت آب يا روغن را نشان مي‌دهد. امولسيفايرهايي كه غالبا ليپوفيليك هستند ميزان HLB پاييني داشته و تمايل به تشكيل امولسيون‌هاي آب در روغن دارند.در گذشته HLB مقياس متداول براي انتخاب امولسيفايرها در فرمول‌هاي نانوايي بود. اما اين سيستم‌ معايبي دارد. از آن جمله كه HLB ميزان توانايي امولسيفاير در كاهش كشش سطحي تنها در يك سيستم ساده را نشان مي‌دهد. از آنجا كه امولسيفايرها در مواد غذايي نانوايي نقش‌هاي چندگانه به عهده دارند، اين نقش HLB سبب محدوديت استفاده آن مي‌شود ولي HLB هنوز هم در انتخاب امولسيفاير در محصولاتي مثل كيك كه پديده امولسيفيكاسيون در آن مهم است، حرف اول را مي‌زندهمان‌طور كه قبلا ذكر شده ساختار سلولي يك پروتئين به وسيله پروتئين‌ها تشكيل مي‌شود. يكنواختي و تماميت اين ديواره‌ها حجم كيك و ظاهر يكنواخت مغز كيك را رقم مي‌زند. ويژگي‌هاي امولسيفيكاسيون امولسيفايرها سبب جاگيري آنها در سطح قطرات چربي شده و مانع از هم گسيختگي لايه پروتئيني مي‌شود. بنابراين يافتن يك امولسيفاير با ويژگي‌هاي امولسيون‌كنندگي مناسب شامل ويژگي HLB، مستقيما كيفيت يك كيك را تحت‌تاثير قرار مي‌دهد.
• امولسيفايرها زيرمجموعه‌اي از مواد سورفكتانت يا مواد فعال در سطح هستند كه استفاده گسترده‌اي در محصولات غذايي دارند.
• هدف از افزودن امولسيفايرها به فرمول‌هاي نان، ‌بهبود قابليت كار با خمير و درنهايت افزايش كيفيت محصول است.
• امولسيفايرها علاوه بر ايجاد مغز نرم‌تر سبب تشكيل كريستال‌هاي مجدد آميلوز يا پديده برگشت (Retrogradation) مي‌شود و تعويق انداختن سرعت بياتي نان مي‌شود.
• امولسيفايرها با پوشش دادن سلول‌هاي هوا در كف، سبب استحكام و پايداري سيستم كف مي‌شوند.سبب مي شوند و به هنگام هم زدن ، ميزان هواي ورودي به خمير افزايش پيدا كند
. • شورتنينگ به عنوان يك آنتي‌فوم (ضد كف) مطرح است كه تمايل به از هم گسيختن سلول‌هاي كف دارد. امولسيفايرها با پوشش دادن سطح خارجي ذرات چربي، سبب حفاظت ديواره‌هاي سلولي لايه پروتئيني شده و از گسيختگي اين لايه جلوگيري مي‌كند.
• انتخاب يك امولسيفاير براي يك سيستم كيك به نوع چربي به كار رفته در فرمولاسيون، تجهيزات توليد و شرايط برچسب‌زني بستگي دارد.
• مي‌توان با استفاده از مقادير اندك امولسيفايرها محصولات نانوايي بسيار خوب و در عين حال كم‌چرب توليد كرد.
• امولسيفايرها معمولا به صورت مخلوط و همراه با يكديگر بهتر كار مي‌كنند.
• امولسيفايرهايي كه غالبا ليپوفيليك هستند ميزان HLB پاييني داشته و تمايل به تشكيل امولسيون‌هاي آب در روغن دارند.

[sajadhoosein]

روشي جديد براي اندازه‌گيري اثرات مغناطيسي در مقياس‌نانو


روشي جديد براي اندازه‌گيري اثرات مغناطيسي در مقياس‌نانو

گروهي از محققان ژاپني، روش جديدي براي ارزيابي ساختار مغناطيسي و الكترونيكي لايه‌هاي اتمي زيرسطحي در يك ماده ابداع كرده‌اند. اين روش كه «طيف‌سنجي پراش» ناميده شده‌است، براي اندازه‌گيري اثرات مغناطيسي در مقياس نانو و توسعة ضبط مغناطيسي چگالِ «عمودي» بسيار سودمند خواهد بود.

به‌زودي در ذخيره‌سازي داده به چگالي‌اي بيش از 1012 بيت در هر اينچ مربع نياز خواهد بود. براي دستيابي به چنين چگالي‌اي به بيت‌هايي نياز است كه عرض آنها تنها ده نانومتر و يا كمتر باشد؛ اما از آنجا كه در اين سطح، اثرات مغناطيسي سطحي پديدار مي‌شود، شناخت اثرات مغناطيسي غير معمول، در اين سطح امري ضروري است.

فاميهيكو ماتسوي و همكارانش از مؤسسة علم و فناوري نارا(Nara) و ساير مؤسسات ژاپني، دو روشِ پراش الكترون اوگر و طيف‌نمايي جذبي اشعة ايكس را با يكديگر ادغام‌ و روش جديدي ابداع كرده‌اند. آنها بيشينه‌هاي «تمركز رو به جلو» را ـ كه در طيف و در راستاي اتم‌هاي موجود در سطحِ نمونه ظاهر مي‌شدند ـ تحليل كردند. آنها توانستد كه از طريق ارزيابي شدت بيشينه‌ها، بين ساختارهاي مغناطيسي و الكترونيكي لايه‌هاي منفرد، تميز قائل شوند.

اين گروه، از اين روش جديد در تحليل ساختار مغناطيسي يك لاية نازكِ نيكل بر روي يك سطح مسي استفاده كردند. تاكنون ساختار مغناطيسي اتمي لايه‌هاي نازك نيكل ناشناخته مانده بود؛ اين در حالي است كه دانشمندان مي‌دانستند كه راستاي مغناطيسي ‌شدن در اين لايه‌ها در سطح ماده، موازي بوده و با رفتن به عمق و در دهمين لاية اتمي به‌صورت عمود در‌مي‌آيد. ماتسوي و همكارانش اين ناحية گذار را تحليل و گشتاورهاي مغناطيسي را در هر كدام از لايه‌ها اندازه‌گيري نمودند. شناخت دقيق نحوة تغيير اين گشتاورهاي مغناطيسي در درون اين ساختار مي‌تواند در ساخت ابزارهاي ضبط مغناطيسي عمودي ـ كه چگالي ذخيره‌سازي آنها سه ‌برابر بزرگ‌تر از مواد ضبطِ طولي معمولي است ـ سودمند واقع گردد.

هم‌اكنون براي تصويربرداري از ساختار اتمي، چندين روشِ پراش اتمي مورد استفاده قرار مي‌گيرد كه هر يك مشكلات خاص خود را دارد؛ مثلاً طيف‌نمايي تونلي روبشي تنها قادر به تحليل سطح نمونه است. روش طيف‌نمايي پراشي ابداعي اين گروه مي‌تواند براي نخستين بار به شكلي غير مخرب، خصوصيات مغناطيسي و الكتريكي لايه‌هاي زيرسطحي را در مقياس اتمي به تصوير بكشد.

هم‌اكنون اين محققان به دنبال توسعة روش خود به‌منظور تحليل سطح ابررساناها هستند. ماتسوي در اين باره گفت:«ما توجه ويژه‌اي به خصوصيات الكترونيكي وابسته و ساختار هندسي در گذار فاز ابررسانايي داريم.»
نتايج اين تحقيق در نشرية.Phys. Rev. Lett به چاپ رسيده‌استمنبع:
برای مشاهده محتوا ، لطفا وارد شوید یا ثبت نام کنید

[sajadhoosein]

درمان بیماریها با ابزارهای نانوتكنولوژی

17 سپتامبر 2001- جان‌راف نیز مانند مكانیك ، مهندس یا دانشمند برای كارش به ابزارهای دقیقی نیاز دارد. اما جائیكه دیگران به دنبال آچار، گیج یا پیچ‌گوشتی هستند، دكتر راف و تیم محققش در Starpharma در جستجوی لوله آزمایش هستند.
از سال 1996 آنها در حال پیشرفت بوده‌اند و ابزارهایی مولكولی با ابعاد یك میلیاردم متر(نانومتر) ساخته‌اند. این ابزارها دقیقترین ابزارها و وسایلی هستند كه تا به حال توسط بشر ساخته شده است.
این گروه در شركت Starpharma واقع در ملبورن، با مجهز شدن به این مولكولها، تركیبات و داروهایی را توسعه داده‌اند، كه امیدوارند بیماریهای كشنده مانند ایدز، سرطان، هپاتیتها و قوباء را معالجه و یا از آنها جلوگیری كنند.
هفته گذشته این شركت گام مهمی برای رسیدن به این هدف برداشت و خبر داد كه شركت تشخیص طبی Panbio Limited به DNL (Dendritic Nanotechnologies Ltd.) پیوسته است- شركتی كه قبلاً توسط Starpharma و دونالد تومالیا (شیمیدان دانشگاه مركزی میشیگان) یكی از پیشگامان در این زمینه تاسیس شده بود.
دكتر راف می‌گوید، همبستگی باعث تلفیق تخصص پیشگامان سه حوزه علمی در استفاده از درختسان‌ها (dendrimers)، كه مولكولهای دست‌ساز بزرگی هستند، میشود. او می‌گوید، دكتر تومالیا و تیم محققش در توسعه ساختارهای درخشان پیشقدم بودند درحالیكه Starpharma دو یا سه سال است كه شروع به رقابت در استفاده از درختسان برای داروسازی كرده است.
با كار در سطح اتمی، دانشمندان در DNL درختسان‌هایی می‌سازند،كه نزدیك به 1000 اتم دارند و تقریباً بزرگترین مولكولهای جهان هستند. یكی از خصوصیاتی كه درختسان‌ها را بی‌نظیر می‌سازد، این است كه كاملاً یك شكل ساخته می‌شوند. دكتر‌راف می‌گوید، چیزی كه آنها را خیلی مفید ساخته این است كه می‌توان رفتارشان را از لحاظ شیمیایی دستكاری كرد. " آنها شبیه مولكولهای معمولی رفتار نمی‌كنند. آنها تقریباً شبیه ساختارهای مكانیكی رفتار می‌كنند و می‌توانیم آنها را وارد كنیم تا آنچه را كه ما می‌خواهیم انجام دهند: به كبد بروند، روی سطح سلول بنشینند، یا به درون آن بروند."
دكتر راف می‌گوید، این راهكارها در معالجه پزشكی متحول‌كننده هستند. درختسان‌ها می‌توانند شبیه پروتئینها ساخته شوند و مانند داربست عمل نمایند و چندین عامل مختلف مقابله‌كننده با بیماری را بر روی خود به جاهای مخصوص دارای عفونت حمل كنند.
دكتر را ف می‌گوید شركت Panbio در مورد شناسایی كاربردهای درختسان‌ها پیشرفت‌هایی كرده است. با تغییر دادن سطح یك درختسان، مواد مختلف را می‌توانیم وادار كنیم به آن بچسبند، كه این میتواند باعث دقت خیلی بالایی در تشخیص بیماریها شود. او می‌گوید ، DNL درختسان‌ها را در عرض چندماه خواهد فروخت و Starpharma پس از تصویب اداره مركزی غذا و داروی ایالات متحده (FDA) آزمایشهای انسانی را از نیمه اول سال بعد شروع خواهد كرد. او می‌گوید :"درخت سان‌ها اولین نانوساختارهایی خواهند بودكه مانند دارو وارد بدن انسان خواهند شد."
در ضمن در كنار تحقیقات آنها، یك مسیر كلیدی پژوهشی هم وجود دارد تا قیمت محصول درختسان را پایین بیاورد.
منبع: سایت اطلاع‌رسانی نانوتكنولوژی ایران به نقل از [ برای مشاهده لینک ، لطفا با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

[sajadhoosein]

نانو تکنولوژی


در طول تاريخ بشر از زمان يونان باستان، مردم و به‌خصوص دانشمندان آن دوره بر اين باور بودند كه مواد را مي‌توان آنقدر به اجزاء كوچك تقسيم كرد تا به ذراتي رسيد كه خردناشدني هستند و اين ذرات بنيان مواد را تشكيل مي‌دهند، شايد بتوان دموكريتوس فيلسوف يوناني را پدر فناوري و علوم نانو دانست چرا که در حدود 400 سال قبل از ميلاد مسيح او اولين كسي بود كه واژة اتم را كه به معني تقسيم‌نشدني در زبان يوناني است براي توصيف ذرات سازنده مواد به كار برد.
با تحقيقات و آزمايش‌هاي بسيار، دانشمندان تاکنون 108 نوع اتم و تعداد زيادي ايزوتوپ كشف كرده‌اند. آنها همچنين پي برده اند كه اتم‌ها از ذرات كوچكتري مانند كوارك‌ها و لپتون‌ها تشكيل شده‌اند. با اين حال اين كشف‌ها در تاريخ پيدايش اين فناوري پيچيده زياد مهم نيست.
نقطه شروع و توسعه اوليه فناوري نانو به طور دقيق مشخص نيست. شايد بتوان گفت كه اولين نانوتكنولوژيست‌ها شيشه‌گران قرون وسطايي بوده‌اند كه از قالب‌هاي قديمي(Medieal forges) براي شكل‌دادن شيشه‌هايشان استفاده مي‌كرده‌اند. البته اين شيشه‌گران نمي‌دانستند كه چرا با اضافه‌كردن طلا به شيشه رنگ آن تغيير مي‌كند. در آن زمان براي ساخت شيشه‌هاي كليساهاي قرون وسطايي از ذرات نانومتري طلا استفاده مي‌‌شده است و با اين كار شيشه‌هاي رنگي بسيار جذابي بدست مي‌آمده است. اين قبيل شيشه‌ها هم‌اكنون در بين شيشه‌هاي بسيار قديمي يافت مي‌شوند. رنگ به‌وجودآمده در اين شيشه‌ها برپايه اين حقيقت استوار است كه مواد با ابعاد نانو داراي همان خواص مواد با ابعاد ميكرو نمي‌باشند.
در واقع يافتن مثالهايي براي استفاده از نانو ذرات فلزي چندان سخت نيست.رنگدانه‌هاي تزييني جام مشهور ليکرگوس در روم باستان ( قرن چهارم بعد از ميلاد) نمونه‌اي از آنهاست. اين جام هنوز در موزه بريتانيا قرار دارد و بسته به جهت نور تابيده به آن رنگهاي متفاوتي دارد. نور انعکاس يافته از آن سبز است ولي اگر نوري از درون آن بتابد، به رنگ قرمز ديده مي‌شود. آناليز اين شيشه حکايت از وجود مقادير بسيار اندکي از بلورهاي فلزي ريز700 (nm) دارد ، که حاوي نقره و طلا با نسبت مولي تقريبا 14 به 1 است حضور اين نانوبلورها باعث رنگ ويژه جام ليکرگوس گشته است.
در سال1959 ريچارد فاينمن مقاله‌اي را دربارة قابليت‌هاي فناوري نانو در آينده منتشر ساخت. باوجود موقعيت‌هايي كه توسط بسياري تا آن زمان كسب‌شده بود، ريچارد. پي. فاينمن را به عنوان پايه گذار اين علم مي‌شناسند. فاينمن كه بعدها جايزه نوبل را در فيزيك دريافت كرد درآن سال در يک مهماني شام كه توسط انجمن فيزيک آمريكا برگزار شده بود، سخنراني كرد و ايده فناوري نانو را براي عموم مردم آشكار ساخت.
عنوان سخنراني وي «فضاي زيادي در سطوح پايين وجود دارد» بود.
سخنراني او شامل اين مطلب بود كه مي‌توان تمام دايره‌المعارف بريتانيكا را بر روي يك سنجاق نگارش كرد.يعني ابعاد آن به اندازه25000/1ابعاد واقعيش كوچك مي شود. او همچنين از دوتايي‌كردن اتم‌ها براي كاهش ابعاد كامپيوترها سخن گفت (در آن زمان ابعاد كامپيوترها بسيار بزرگتر از ابعاد كنوني بودند اما او احتمال مي‌داد كه ابعاد آنها را بتوان حتي از ابعاد كامپيوترهاي كنوني نيز كوچكتر كرد. او همچنين در آن سخنراني توسعه بيشتر فناوري نانو را پيش‌بيني نمود.
برخي از رويدادهاي مهم تاريخي در شکل گيري فناوري و علوم نانو
تاريخ رويدادهاي مهم در زمينه فناوري نانو



1959 فاينمن ايده " فضاي زياد در سطوح پايين " را براي کار با مواد در مقياس نانو مطرح کرد



1990 شرکت IBM توانايي کنترل نحوه قرارگيري اتم‌ها را نمايش گذاشت




2001 ساخت يک مدل آزمايشگاهي سلول سوخت با استفاده از نانو لوله


1857 مايکل فارادي محلول کلوئيدي طلا را کشف کرد 1905 تشريح رفتار محلول‌هاي کلوئيدي توسط آلبرت انيشتين 1932 ايجاد لايه‌هاي اتمي به ضخامت يک مولکول توسط لنگموير (Langmuir) 1974 براي اولين بار واژه فناوري نانو توسط نوريو تانيگوچي بر زبانها جاري شد 1981 IBM دستگاهي اختراع کرد که به کمک آن مي‌توان اتم‌ها را تک تک جا‌به‌جا کرد. 1985 کشف ساختار جديدي از کربن C60 1991 کشف نانو لوله‌هاي کربني 1993 توليد اولين نقاط کوانتومي با کيفيت بالا 1997 ساخت اولين نانو ترانزيستور 2000 ساخت اولين موتور DNA 2002 شلوارهاي ضدلك به بازار آمد 2003 توليد نمونه‌هاي آزمايشگاهي نانوسلول‌هاي خورشيدي 2004 تحقيق و توسعه براي پيشرفت در عرصه فناوري‌نانو ادامه دارد
فن آوری نانو چیست؟
فناوري‌نانو واژه‌اي است كلي كه به تمام فناوري‌هاي پيشرفته در عرصه كار با مقياس نانو اطلاق مي‌شود. معمولاً منظور از مقياس نانوابعادي در حدود 1nm تا 100nm مي‌باشد. (1 نانومتر يک ميليارديم متر است).
اولين جرقه فناوري نانو (البته در آن زمان هنوز به اين نام شناخته نشده بود) در سال 1959 زده شد. در اين سال ريچارد فاينمن طي يك سخنراني با عنوان «فضاي زيادي در سطوح پايين وجود دارد» ايده فناوري نانو را مطرح ساخت. وي اين نظريه را ارائه داد كه در آينده‌اي نزديك مي‌توانيم مولكول‌ها و اتم‌ها را به صورت مسقيم دستكاري كنيم.
واژه فناوري نانو اولين بار توسط نوريوتاينگوچي استاد دانشگاه علوم توكيو در سال 1974 بر زبانها جاري شد. او اين واژه را براي توصيف ساخت مواد (وسايل) دقيقي كه تلورانس ابعادي آنها در حد نانومتر مي‌باشد، به كار برد. در سال 1986 اين واژه توسط كي اريك دركسلر در کتابي تحت عنوان : «موتور آفرينش: آغاز دوران فناوري‌نانو»بازآفريني و تعريف مجدد شد. وي اين واژه را به شكل عميق‌تري در رساله دكتراي خود مورد بررسي قرار داده و بعدها آنرا در کتابي تحت عنوان «نانوسيستم‌ها ماشين‌هاي مولكولي چگونگي ساخت و محاسبات آنها» توسعه داد.
تفاوت اصلي فناوري نانو با فناوري‌هاي ديگر در مقياس مواد و ساختارهايي است كه در اين فناوري مورد استفاده قرار مي‌گيرند. البته تنها كوچك بودن اندازه مد نظر نيست؛ بلكه زماني كه اندازه مواد دراين مقياس قرار مي‌گيرد، خصوصيات ذاتي آنها از جمله رنگ، استحكام، مقاومت خوردگي و ... تغيير مي‌يابد. در حقيقت اگر بخواهيم تفاوت اين فناوري را با فناوري‌هاي ديگر به صورت قابل ارزيابي بيان نماييم، مي‌توانيم وجود "عناصر پايه" را به عنوان يك معيار ذكر كنيم. عناصر پايه در حقيقت همان عناصر نانومقياسي هستند كه خواص آنها در حالت نانومقياس با خواص‌شان در مقياس بزرگتر فرق مي‌كند.
اولين و مهمترين عنصر پايه، نانوذره است. منظور از نانوذره، همانگونه که از نام آن مشخص است، ذراتي با ابعاد نانومتري در هر سه بعد مي‌باشد. نانوذرات مي‌توانند از مواد مختلفي تشکيل شوند، مانند نانوذرات فلزي، سراميکي، ... .


دومين عنصر پايه، نانوكپسول است. همان طوري كه از اسم آن مشخص است، كپسول‌هاي هستند كه قطر نانومتري دارند و مي‌توان مواد مورد نظر را درون آنها قرار داد و كپسوله كرد. سال‌هاست كه نانوكپسول‌ها در طبيعت توليد مي‌شوند؛ مولكول‌هاي موسوم به فسفوليپيدها كه يك سر آنها آبگريز و سر ديگر آنها آبدوست است، وقتي در محيط آبي قرار مي‌گيرند، خود به خود كپسول‌هايي را تشكيل مي‌دهند كه قسمت‌هاي آبگريز مولكول در درون آنها واقع مي‌شود و از تماس با آب محافظت مي‌شود. حالت برعكس نيز قابل تصور است.

عنصر پايه بعدي نانولوله کربني است. اين عنصر پايه در سال 1991 در شركت NEC كشف شدند و در حقيقت لوله‌هايي از گرافيت مي‌باشند. اگر صفحات گرافيت را پيچيده و به شكل لوله در بياوريم، به نانولوله‌هاي كربني مي‌رسيم. اين نانولوله‌ها داراي اشكال و اندازه‌هاي مختلفي هستند و مي‌توانند تك ديواره يا چند ديواره باشند. اين لوله‌ها خواص بسيار جالبي دارند که منجر به ايجاد کاربردهاي جالب توجهي از آنها مي‌شود.


در حقيقت کاربرد فناوري نانو از کاربرد عناصر پايه نشأت مي‌گيرد. هر کدام از اين عناصر پايه، ويژگي‌هاي خاصي دارند که استفاده از آنها در زمينه‌هاي مختلف، موجب ايجاد خواص جالبي مي‌گردد. مثلاً از جمله کاربردهاي نانوذرات مي‌توان به دارورساني هدفمند و ساده، بانداژهاي بي‌نياز از تجديد، شناسايي زود هنگام و بي‌ضرر سلول‌هاي سرطاني، و تجزيه آلاينده‌هاي محيط زيست اشاره کرد. همچنين نانولوله‌هاي کربني داراي کاربردهاي متنوعي مي‌باشند که موارد زير را مي‌توان ذکر کرد:
• تصوير برداري زيستي دقيق
• حسگرهاي شيميايي و زيستي قابل اطمينان و داراي عمر طولاني
• شناسايي و جداسازي كاملاً اختصاصي DNA
• ژن‌درماني كه از طريق انتقال ژن به درون سلول توسط نانولوله‌ها صورت مي‌پذيرد.
• از بين بردن باكتري‌ها
اينها تنها مواردي از کاربردهاي بسيار زيادي هستند که براي عناصر پايه قابل تصور مي‌باشند. کاربرد اين عناصر پايه در صنايع مختلف، در درخت ديگري به نام «درخت صنعت» آورده شده است که با مراجعه به گروه مطالعاتي آينده‌انديشي، بخش درخت صنعت، مي‌توانيد آن را مشاهده کنيد.
در نهايت «درخت فناوري نانو» معرفي مي‌گردد که فناوري نانو را به شکل يک زنجيره از رويکرد ساخت عناصر پايه تا کاربرد آنها، در يک درخت چهار سطحي نمايش مي‌دهد. با مراجعه به گروه مطالعاتي آينده‌انديشي، بخش درخت فناوري، مي‌توانيد آن را مشاهده کنيد.
دكتر ريچارد فيليپس فاينمن در 11 مي سال 1918 در منهتن نيويورك چشم به جهان گشود. فاينمن در طول سال‌هاي تحصيلش بر روي رياضيات و علوم بسيار مطالعه مي‌كرد زيرا پدرش مي‌خواست كه او يك معلم فيزيك شود. وي همچنين براي آزمايش در زمينه الكتريسيته يك آزمايشگاه در خانه‌اش برپا كرد. فاينمن از نمادهاي رياضياتي خودش براي توابع Sin، Cos، tanو F(x) استفاده مي‌كرد.
فاينمن در دبيرستان فار راك اوي (Far Rock away) به تحصيل پرداخت و در سال آخر دبيرستان برنده جايزه رياضي دانشگاه نيويورك شد. پس از اتمام دبيرستان او تمايل به ادامه تحصيل داشت اما به جز انستيتو تكنولوژي ماساچوست (MIT) بقيه دانشگاه‌ها به خاطر نمراتش و يهودي‌بودنش از پذيرش وي سرباز زدند. فاينمن در سال 1935 وارد MIT شد و در سال 1939 فارغ‌التحصيل ليسانس فيزيك گرديد. در سال 1942 وي پس از كاركردن بر روي ساخت بمب اتمي (1942-1941) دكتراي خود را از دانشگاه پرينستون دريافت نمود. او پس از دريافت مدرك دكترايش به لوس‌آلاموس (Los Alamos) رفت تا كار بر روي بمب اتمي را ادامه دهد. سپس فاينمن به رياست بخش تئوري منسوب شد. در سال 1945 فاينمن به عنوان استاد فيزيك تئوري در دانشگاه كرنل (Cornell) به فعاليت پرداخت. در بين سال‌هاي 1952 تا 1959 به عنوان استاد مهمان (Visiting Professor) درس فيزيك تئوري در انستيتو تكنولوژي كاليفرنيا (Caltech) به نام ريچارد چيس تولمن (Richard chase Tolman) مشغول به كار شد. بعد از آن سال تا زمان مرگش در سمت استاد فيزيك تئوري در آن دانشگاه مشغول کار بود.
جايزه آلبرت انيشتن از دانشگاه پرينستون به سال 1954، جايزه آلبرت انيشتن از كالج پزشكي و جايزه لورنس (Lawrence) در سال 1963 جوايزي بودكه ريچارد فاينمن موفق به اخذ آنها گرديد. وي در سال 1965 به خاطر توسعه‌دادن الكتروديناميك كوانتوم که تئوري اثر متقابل ذرات و اتم‌ها را در ميدان‌هاي تشعشعي بيان مي‌كند به شهرت رسيد. وي در قسمتي از كارهايش آنچه را كه امروزه به نام "دياگرام فاينمن" ناميده مي‌شود، ترسيم نمود. اين دياگرام نمودار مكان- زمان اثر متقابل ذرات را نشان مي‌دهد. به خاطر اين كار وي جايزه نوبل را درآن سال به همراه جي- اسكوينجر (J-Schwinger) و اس. آي. توموناجا (S.I. Tomonaga) اخذ كرد.
بعدها در طول زندگيش هنگامي كه به گروه تحقيق حادثه انفجار شاتل چنجر پيوست و دو كتاب خاطراتش را كه پرفروش‌ترين كتاب‌ها شدند، منتشر كرد به چهره برجسته‌اي تبديل شد.
پروفسور فاينمن عضو انجمن فيزيك آمريكا، انجمن آمريكايي علوم پيشرفته و آكادمي ملي علوم بود. او همچنين در سال 1965 به عنوان عضو خارجي انجمن سلطنتي انگلستان انتخاب شد.
در سال1959 ايشان مقاله‌اي را درباره قابليت‌هاي فناوري نانو در آينده منتشر ساخت. فاينمن درآن سال در يک مهماني شام كه توسط انجمن فيزيک آمريكا برگزار شده بود، سخنراني كرد و ايده فناوري نانو را براي عموم مردم آشكار ساخت.
عنوان سخنراني وي اين بود «فضاي زيادي در سطوح پايين وجود دارد» باوجود موقعيت‌هايي كه توسط بسياري تا آن زمان كسب‌شده بود، ريچارد. پي. فاينمن را به عنوان پايه گذار اين علم مي‌شناسند.
سخنراني او شامل اين مطلب بود كه مي‌توان تمام دايره‌المعارف بريتانيكا را بر روي يك سنجاق نگارش كرد. يعني ابعاد آن را به اندازه 25000/1 ابعاد واقعيش كوچك كرد. او همچنين از دوتايي‌كردن اتم‌ها براي كاهش ابعاد كامپيوترها سخن گفت (در آن زمان ابعاد كامپيوترها بسيار بزرگتر از ابعاد كنوني بودند اما او احتمال مي‌داد كه ابعاد آنها را بتوان حتي از ابعاد كامپيوترهاي كنوني نيز كوچكتر كرد) او همچنين در آن سخنراني توسعه بيشتر فناوري نانو را پيش‌بيني نمود. وي در پايان سخنرانيش 1000 دلار براي اختراع اولين الكتروموتوري كه ابعادش حداكثر 64/1اينچ مكعب باشد، پيشنهاد داد. جايزه‌اي كه براي اولين كسي كه بتواند ابعاد يك صفحه كتاب را به اندازه ابعاد اصليش كوچك كند، تعيين كرد. ابعاد اين صفحه كتاب مي‌بايست به اندازه‌اي باشد كه بتوان آن را به كمك يك ميكروسكوپ الكتروني خواند. اين ايده‌ها در سال‌هاي 1960 و 1985 تحقق يافتند و جايزه‌هاي آنها نيز پرداخت شد.
ريچارد فاينمن با گوند هوارد (Gwenth Howarth) ازدواج كرد كه ثمره اين ازدواج يك پسر به نام كارل ريچارد (Corl Richard) (متولد 22 آوريل 1961) و يك دختر به نام ميشل كاترين (Michell Cathrine) (متولد 13 آگوست سال 1968) بود. متأسفانه فاينمن در سال 1988 به خاطر سرطان شكم در مركز پزشكي لوس‌آنجلس درگذشت. ياد فاينمن همواره به خاطر گشودن دريچه‌اي نو در قلمرو علم فيزيك به سوي ما، در ذهن‌ها باقي مي‌ماند.
روبرت اي فريتاس مدير تحقيقات موسسه ساخت مولکولي (Institute for Molecular Manufacturing) مي‌باشد. وي در رشته‌هاي فيزيك، روانشناسي و حقوق تحصيل كرده است و بيش از 150 مقاله‌ فني و عمومي با موضوعات مختلف علمي، مهندسي و حقوقي نوشته است. وي همچنين عهده‌دار نوشتن فصل‌هايي از كتاب‌هاي مختلف مي باشد.
او در سال 1980 گزارشي تحليلي درباره امكان ساخت كارخانه‌هاي فضايي تكثير شونده يعني كارخانه‌هايي كه بتوانند كارخانه‌هاي مشابه خودشان را به وجود آورند نوشت و سپس اولين تحقيق فني را كه به جزئياتي درباره نانوروبات‌هاي پزشكي پرداخته بود در مجله پزشكي (medical jarmal) منتشر ساخت.
اخيراً فريتاس كتاب نانوپزشكي را منتشر كرده است. اين كتاب اولين كتاب فني مي‌باشد كه درباره قابليت‌هاي نانوفناوري مولكولي در نانوروبات‌هاي پزشكي كه كاربردهاي پزشكي و دارويي دارند به بحث پرداخته است. جلد اول اين كتاب در سال 1999 توسط شركت Lands Bioscience منتشر شد. در اين زمان فريتاس محقق موسسه ساخت مولکولي واقع در ايالت كاليفرنيا بود. او در سال 2003 قسمت اول جلد دوم آن كتاب را توسط همان شركت منتشر ساخت. وي در آن زمان در شركت زيوكس zyvex به عنوان يك محقق مشغول به كار بود. زيوكس يك كمپاني در زمينه فناوري نانو مي‌باشد كه مركز آن در فاصله سال‌هاي 2000 تا 2004 در ريچاردسون تگزاس بود. فريتاس هم اكنون مشغول تكميل كردن قسمت دوم جلد دوم و جلد سوم كتاب نانوپزشكي مي‌باشد. همچنين وي به عنوان مشاور در زمينه‌هاي سنتز نانومكانيكي الماس و طراحي متصل كننده‌هاي مولكولي به عنوان مدير تحقيقات موسسه ساخت مولکولي مشغول به كار مي‌باشد.
در سال 2004 روبرت فريتاس و رالف مركل با همكاري يكديگر كتاب"سينماتيك ماشين‌هاي تكثير شونده" را منتشر نمودند. اين اولين كتابي است كه در زمينه فيزيك ماشين‌هاي تكثير شونده تاكنون به چاپ رسيده است.
منبع:• Robert Freitas's website (
برای مشاهده محتوا ، لطفا وارد شوید یا ثبت نام کنید) (including his publications (
برای مشاهده محتوا ، لطفا وارد شوید یا ثبت نام کنید))
• Nanomedicine website (
برای مشاهده محتوا ، لطفا وارد شوید یا ثبت نام کنید) Freitas' Nanomedicine book series on medical nanorobotics, freely available online
• A paper on Respirocytes (artificial red cells) (
برای مشاهده محتوا ، لطفا وارد شوید یا ثبت نام کنید) by Freitas (first medical nanorobot design paper ever published)
• A paper on Microbivores (artificial white cells) (
برای مشاهده محتوا ، لطفا وارد شوید یا ثبت نام کنید) by Freitas
• Molecular assembler website (
برای مشاهده محتوا ، لطفا وارد شوید یا ثبت نام کنید)
• Report on self-replicating space factories (
برای مشاهده محتوا ، لطفا وارد شوید یا ثبت نام کنید) 1980 NASA Study edited by Freitas
• Kinematic Self-Replicating Machines (
برای مشاهده محتوا ، لطفا وارد شوید یا ثبت نام کنید) first survey of field, by Freitas and Merkle

برای مشاهده محتوا ، لطفا وارد شوید یا ثبت نام کنید

برای مشاهده محتوا ، لطفا وارد شوید یا ثبت نام کنید
-[ برای مشاهده لینک ، لطفا با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]
-[ برای مشاهده لینک ، لطفا با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]
-قاسم عرفانی فر

[sajadhoosein]

كاربرد نانو در صنايع دريايي


[ برای مشاهده لینک ، لطفا با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ] قدرت دریایی هر کشور از عناصر مختلفی تشکیل می شود. این عناصر می توانند با ناوگان نظامی، ناوگان تجاری، ناوگان صیادی، ناوگان شناورهای مردمی ، مراکز آموزش دریایی و صنایع دریایی تشکیل شوند. یکی از قسمتهای مهم این قدرت دریایی، بخش صنایع دریایی است .


مقدمه :
امروزه بحث‌هاي بسياري در زمينه فناوري‌نانو ، كاربردها، مزايا ودورنماي آيندة آن مطرح است. صنايع دريايي حوزة وسيعي از صنايع از قبيل ساخت كشتي؛ زيردريايي و سكوهاي دريايي را شامل مي‌شود كه اغلب آنها در كشور ايران نوپا هستند. فناوري‌نانو در بخش‌هاي مختلف صنايع دريايي كاربردهاي ارزنده‌اي دارد كه مي‌تواند صنايع دريايي كشور ايران را با تحول زيادي روبه‌رو كند. از طرفي شناسايي نيازهاي گستردة صنايع دريايي مي‌تواند بازار خوبي براي محصولات فناوري‌نانو در ايران باشد و زمينة رشد خوبي را نيز براي آن فراهم كند. در اين مقاله برخي كاربردهاي فناوري‌نانو در صنايع دريايي مورد ارزيابي قرار گرفته و در انتها نيز جايگاه صنايع دريايي دركشورايران آورده شده است.
قدرت دريايي هر كشور از عناصر مختلفي تشكيل مي شود. اين عناصر مي توانند با ناوگان نظامي، ناوگان تجاري، ناوگان صيادي، ناوگان شناورهاي مردمي ، مراكز آموزش دريايي و صنايع دريايي تشكيل شوند. يكي از قسمتهاي مهم اين قدرت دريايي، بخش صنايع دريايي است . قبل از اينكه بخواهيم درباره كاربردهاي فناوري نانو در صنايع دريايي سخني به ميان آوريم؛بهتر است تا درباره چيستي اين فناوري اندكي بدانيم. از نانو، بيوتكنولوژي و فناوري اطلاع رساني به عنوان سه قلمرو علمي نام مي برند كه انقلاب سوم صنعتي را شكل مي دهد. از همين روست كه كشورهاي در حال توسعه كه اغلب از دو انقلاب قبل جا مانده اند، مي كوشند با سرمايه گذاري در اين سه قلمرو، عقب ماندگي خود را جبران كنند. همان گونه كه در اين گزارش مي خوانيد، نانوتكنولوژي كاربردهاي گسترده اي در تمام حيطه هاي زندگي دارد و از اين رو توسعه آن مي تواند به بهبود و تسهيل زندگي كمك فراوان كند.
نانو مطالعه ذرات در مقياس اتمي براي كنترل آنهاست. هدف اصلي اكثر تحقيقات نانو شكل‌ دهي تركيبات جديد يا ايجاد تغييراتي در مواد موجود است. نانو در الكترونيك ، زيست ‌شناسي ، ژنتيك ، هوانوردي و حتي در مطالعات انرژي بكار برده مي‌شود.در نيم قرن گذشته شاهد حضور حدود پنج فناوري عمده بوديم، كه باعث پيشرفتهاي عظيم اقتصادي در كشورهاي سرمايه گذار و ايجاد فاصله شديد بين كشورهاي جهان شد. در ايران بدليل فقدان تصميم گيري بموقع ، به اين فرصتها پس از گذشت ساليان طولائي آن بها داده مي‌شد ، همچون فنآوري الكترونيك و كامپيوتر در دو سه دهه گذشته كه امروزه عليرغم توانايي دانشگاهي و داشتن تجهيزات آن ،ايران هيچگونه حضور تجاري در بازارهاي چند صد ميلياردي آن ندارد. فناوري نانو با طبيعت فرا رشته‌اي خود ، در آينده در برگيرنده همه فناوريهاي امروزين خواهد بود و به جاي رقابت با فن آوريهاي موجود ، مسير رشد آنها را در دست گرفته و آنها را بصورت «يك حرف از علم» يكپارچه خواهد كرد.
ميليونها سال است كه در طبيعت ساختارهاي بسيار پيچيده با ظرافت نانومتري (ملكولي) _مثل يك درخت يا يك ميكروب_ ساخته مي‌شود . علم بشري اينك در آستانه چنگ اندازي به اين عرصه است، تا ساختارهائي بي‌نظير بسازد كه در طبيعت نيز يافت نمي‌شوند. فناوري نانو كاربردهاي را به منصه ظهور مي‌رساند كه بشر از انجام آن به كلي عاجز بوده است و پيامدهائي را در جامعه بر جا مي‌گذارد كه بشر تصور آنها را هم نكرده است.
آغاز نانوتكنولوژي :
علم نانو و علوم مرتبط با آن جديد نيستند چرا كه صدها سال است كه شيميدانان از تكنيك‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌� ��‌‌هايي علم نانو در كار خود استفاده مي‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌� ��كنند كه بي‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌� ��شباهت به تنكنيك‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌� �‌‌‌هاي امروزي نانو نيست. پنجره هاي رنگارنگ كليساهاي قرون وسطي، شمشيرهاي يافت شده در حفاري هاي سرزمين هاي مسلمان همگي گوياي اين مطلب هستند كه بشر مدت هاست كه از برخي شگردهاي اين فناوري در بهينه كردن فرايندها و ساخت باكيفيت تر اشياء بهره مي برده است اما تنها به دليل پيشرفت كم فناوري و نبود امكانات امروزي مانند ميكروسكوپ نيروي اتمي، ميكروسكوپ تونلي پيمايشي و غيره نتوانسته حوزه مشخصي براي اين فناوري تعيين كند.
نانو تكنولوژي از يك رشته علمي خاص مشتق نمي شود. با وجودي كه نانو تكنولوژي بيشترين وجه مشترك را با علم مواد دارد، خواص اتم و ملكول شالوده بسياري از علوم است و در نتيجه دانشمندان حوزه هاي علمي به آن جذب مي شوند. برآورد مي شود در سراسر جهان حدود 000/20 نفر در نانو تكنولوژي كار مي كنند.
پيشوند نانو از كلمه يوناني به معناي كوتوله مشتق مي شود. براي اولين بار ريچارد فاينمن برنده جايزه نوبل فيزيك پتانسيل نانو علم را در يك سخنراني تكان‌ دهنده با نام «درپايين اتاقهاي زيادي وجود دارد»، مطرح كرد. فاينمن اصرار داشت، كه دانشمندان ساخت وسائلي را كه براي كار در مقياس اتمي لازم است، شروع كنند.
اين موضوع مسكوت ماند، تا اينكه اريك دركسلر نداي فاينمن را شنيد و يك قالب ‌كاري براي مطالعه «وسايلي كه توانايي حركت دادن اشياء مولكولي و مكان آنها را با دقت اتمي دارند»ايجاد كرد، كه در سپتامبر 1981 در مقاله‌اي با نام«پروتئين راهي براي توليد انبوه مولكولي ايجاد مي‌كند» آن را ارائه داد.دركسلر آن را با كتابي بنام «موتورهاي خلقت» دنبال كرد و توسعه مفهوم نانو تكنولوژي را همانند يك كوشش علمي ادامه داد. اولين نشانه‌هاي ثبت ‌شده از اين مفهوم نانو تكنولوژي تغيير مكان دادن اشيا مولكولي ، در سال 1989 بود، موقعي كه دانشمندي در مركز تحقيقات آلمادن IBM اتمهاي منفرد گزنون را روي صفحه نيكل حركت داد، تا نام IBM را روي سطح نيكل نقش كند.
براساس برآورد شركت لاكس ريسرچ درنيوريورك، بودجه كل تحقيق و توسعه نانو تكنولوژي دولت ها و شركت ها در سراسر جهان در سال 2004 بيش از 6/8ميليارد دلار بود. نيمي از اين بودجه از جانب دولت ها تأمين مي شد. اما به پيش بيني لاكس ريسرچ در سال هاي آينده، شركت ها احتمالاً بودجه بيشتري از دولت ها صرف اين علم خواهند كرد. .در خلال شش سال پيش از 2003 سرمايه گذاري در نانو تكنولوژي توسط سازمان هاي دولتي هفت برابر شده است. اين حجم سرمايه گذاري انتظارات را به اندازه اي افزايش داده است كه شايد قابل تحقق نباشد. برخي معتقدند شركت هاي نانو تكنولوژي مانند حباب شركت هاي اينترنت در سال هاي اخير از بين خواهند رفت. اما دلايلي وجود دارد كه نشان مي دهد درباره مخاطرات آن گزافه گويي شده است. سرمايه گذاران خصوصي اكنون بسيار محتاط تر از دوره رونق شركت هاي اينترنت هستند و بيشتر پولي كه دولت ها در اين زمينه اختصاص مي دهند، صرف علوم پايه و فناوري هايي مي شود كه تا سال ها در اختيار همگان قرارنخواهد گرفت. با اين حال كيفيت برخي محصولات موجود با كاربرد نانو تكنولوژي بهبود يافته است و در چند سال آينده بر تعداد آنها افزوده خواهد شد. مثلاً با افزودن ذرات ريز نقره، بانداژ ضد سوختگي خاصيت ضد ميكروبي پيدا كرده است. با اتصال ملكول هاي ايجاد كننده مانع به فيبر پنبه، پارچه هايي توليد شده است كه ضد لكه و بو است.
راكت هاي تنيس با افزودن ذرات ريز تقويت شده است. در درازمدت نانو تكنولوژي به نوآوري هاي بزرگتري خواهد انجاميد، از جمله انواع جديد حافظه كامپيوتر، فناوري پزشكي و روش هاي توليد انرژي بهتر مانند سلول هاي خورشيدي.
طرفداران اين فناوري مي گويند نانو تكنولوژي به توليد انرژي پاك و توليد بدون مواد زائد و غيره خواهد انجاميد. مخالفان آن معتقدند نانوتكنولوژي باعث ايجاد نوعي نظام شناسايي بين المللي و آسيب به فقرا، محيط زيست و سلامت انسان خواهد شد. به نظر مي رسد هر دو گروه در مورد استدلال هاي خود گزافه گويي مي كنند، اما به هرحال بايد از نانو تكنولوژي استقبال كرد.
همچنين از فناوري نانو به عنوان«رنسانس فناوري» و«روان كننده جريان سرمايه گذاري» ياد مي‌شود. ورود محصولات متكي بر اين فناوري جهشي بس عظيم در رفاه و كيفيت زندگي و توانائيهاي دفاعي و زيست محيطي به همراه خواهد داشت و موجب بروز جابجائيهاي بزرگ اقتصادي خواهد شد. هم اكنون بخشهاي دولتي و خصوصي كشورهاي مختلف جهان شامل ژاپن ، آمريكا ، اتحاديه اروپا ، چين ، هند ، تايوان ، كره جنوبي ، استراليا و روسيه در رقابتي تنگاتنگ بر سر كسب پيشتازي جهاني در لااقل يك حوزه از اين فناوري به سر مي‌برند.هم اكنون روي هم رفته حدود 30 كشور دنيا در زمينه فناوري نانو داراي «برنامه ملي»يا درحال تدوين آن هستند، و طي پنچ سال گذشته بودجه تحقيق و توسعه در امر فناوري نانو را به 3.5 برابر افزايش داده‌اند. كشورهاي ژاپن و آمريكا نيز فناوري نانو را اولين اولويت كشور خود در زمينه فناوري اعلام كرده اند.
نانو در صنايع دريايي :
فناوري‌نانو در دهه اخير از سوي كشور ايران ،مورد توجه جدي قرار گرفته است. همزمان با آن صنايع دريايي نيز دچار تحولات اساسي شده و سرمايه‌گذاري‌هاي هنگفتي در آن انجام شده است. امروزه ثابت شده است كه صنايع دريايي مي‌تواند عامل مهمي در رشد و توسعه در مناطق ساحلي ايران باشد. ايران با داشتن 2900 كيلومتر مرز آبي، در شمال و جنوب ؛در زمينه صنايع دريايي، كشوري در حال توسعه محسوب مي‌شود، در حالي كه برخي از كشورهاي اروپايي با كمتر ازيك پنجم اين مرز آبي، جزو كشورهاي قدرتمند در زمينه صنايع دريايي قرار دارند و به واسطه اين توانمندي، سلطه خود را بر دنيا تحميل كرده‌اند.
صنايع دريايي شامل حوزه وسيعي از صنايع مي‌شود كه هر كدام مي‌توانند پشتوانه و مهد توسعه علم و فناوري باشند. سه دسته‌بندي كلي صنا‌يع دريايي عبارتند از:


صنايع كشتي‌سازي شامل : ساخت انواع كشتي‌ها از قبيل كشتي‌هاي كانتينربر، نفتكش‌هاي غول پيكر، ناوچه‌ها و زيردريايي‌. در اين زمينه شركت‌هاي بزرگي نظير صدرا، ايزوايكو، اروندان و فجر درايران شكل گرفته‌اند كه هر يك تجربه ساخت ده‌ها فروند شناور دارند.
صنايع فرا ساحل : شامل ساخت سكوهاي ثابت و متحرك دريايي و لوله‌گذاري در دريا مي‌شود كه در پروژه‌هاي عظيم نفت و گاز به خصوص در حوزه‌هاي پارس جنوبي، ابوذر و ميادين بزرگ نفتي كاربرد دارند. شركت‌هاي بزرگي از قبيل تأسيسات دريايي، صدف و صدرا در اين زمينه شكل گرفته‌اند كه تجربه ساخت ده‌ها سكوي ثابت و متحرك دريايي و صدها كيلومتر لوله‌گذاري دريايي را در كارنامه فعاليت خود دارند.
صنايع ساحلي و بندري : شامل ساخت اسكله، موج‌شكن و سازه‌هاي نزديك ساحل (پايانه‌هاي نفتي) كه در بنادر شهيد رجايي، باهنر، بوشهر، امام خميني و جزيره خارك تجارب بسياري در اين زمينه اندوخته شده است كه از جمله آنها مي‌توان به قرارگاه سازندگي نوح و شركت صدرا اشاره كرد.

فناوري‌نانو در زمينه صنايع دريايي، به خصوص ساخت شناورها از اهميت خاصي برخوردار است و كاربردهاي آن را مي‌توان به‌طور كلي شامل موارد زير دانست:

1- ايجاد پوشش‌هاي مناسب در برابر اثرات محيط دريا
2- توليد مواد جديد براي ساخت بدنه و اجزاي آن به‌منظور افزايش استحكام
3- توليد مواد جديد براي افزايش قابليت عملكرد شناور مانند سوخت‌هاي جديد، باتري‌هاي با ذخيره انرژي بسيار بالا و پيل‌هاي سوختي.
صنايع دريايي گستره وسيعي از صنايع مانند شناورهاي سطحي (كشتي‌ها)، زيرسطحي (زيردريايي‌ها) ، سكوهاي دريايي و كليه صنايع مرتبط با دريا را در برمي‌گيرد.برخي از پتانسيل‌هاي كاربردفناوري‌نانو در اين صنايع عبارتنند از:


كليه تحولاتي كه در فناوري كامپيوتر، الكترونيك و مخابرات براساس فناوري‌نانو ايجاد مي‌گردد، قطعاً بر صنايع دريايي تأثير‌ مي‌گذارد؛ زيرا اين صنايع مانند ساير صنايع، وابستگي بسياري به اين فناوري‌ها دارند.چرا كه امروزه استفاده از وسايل الكترونيكي و كامپيوتري از اجزاي لاينفك شناورهاي دريايي و دركل تجهيزات دريايي شده است.

الكترودهاي جوشكاري دما پايين : اين الكترودها با استفاده از فناوري‌نانو، داراي دماي كاري بسيار پاييني نسبت به الكترودهاي جوشكاري موجود هستند. مواد اين الكترودها به‌گونه‌اي است كه در ازاي حرارت اندك، اتحاد مولكولي مستحكمي را بين مولكول‌هاي دو قطعه فلز ايجاد مي‌كنند و عملكردي شبيه چسب‌هاي حرارتي معمولي خواهند داشت. اين الكترودها تأثير شگرفي بر فناوري جوشكاري، به خصوص جوشكاري آلومينيوم خواهند داشت. كاربرد و حجم زياد جوشكاري در صنايع دريايي مي‌تواند عاملي براي تأثير فوق‌العاده فناوري‌نانو در اين زمينه باشد.

سوخت : كشتي و كليه شناورها براي تأمين قدرت حركت در دريا، معمولاً چندين تن سوخت حمل مي‌كنند و كشتي‌هاي اقيانوس‌پيما نيز در طول مسير دريانوردي مجبور هستند، چندين بار براي سوخت‌گيري توقف كنند. فناوري‌نانو با ارائه سوخت‌هاي پرانرژي، كشتي‌ها را از توقف‌هاي متعدد در دريا و حمل چندين تن سوخت بي‌نياز خواهد كرد. اين سوخت‌ها به‌صورت بسته‌هاي پرانرژي مولكولي است كه از اثرات مولكول‌ها بريكديگر، انرژي زيادي آزاد مي‌كنند، به صورتي كه يك ليتر از اين سوخت‌ها، معادل ده‌ها ليتر سوخت معمولي انرژي آزاد مي‌كند. از آنجا كه ذرات نانومتري موجب افزايش سرعت سوخت و يكنواختي آن مي‌گردد، در سوخت‌هاي جديد مي‌توان جهت افزايش قدرت سوخت از آنها استفاده كرد.

نانو فايبرگلاس و نانوكامپوزيت‌ها : ماده فايبرگلاس با آرايش تار و پودي (ماتريسي) ، استحكام زيادي دارد. در اين مواد، الياف شيشه به صورت تارهاي نازك و تحت شرايط خاصي توليد شده و به صورت متفاوتي به هم بافته مي‌شوند؛ رايج‌ترين نوع آنها الياف بافته شده به‌صورت حصيري و الياف سوزني است. فناوري‌نانو با اعمال آرايش تار و پودي بين مولكول‌ها، نانو فايبرگلاس‌هاي بسيار محكم و سبكي ايجاد مي‌كند كه نسبت به فايبرگلاس‌هاي امروزي برتري بسياري دارند. نانوكامپوزيت‌ها دسته جديدي از مواد مورد مطالعه جهاني است كه شامل پليمرهاي قديمي تقويت شده با ذرات نانومتري مي‌شود. كامپوزيت‌ها با داشتن آرايش‌هاي مولكولي متفاوت، كاربردهاي وسيع‌تر و جديدتري را تجربه خواهند كرد. از جمله خواص مهم كامپوزيت‌ها، استحكام زياد در عين وزن كم، مقاومت بالا در برابر خوردگي و خاصيت جذب امواج راداري است. اين خاصيت به منظور ساخت هواپيماها و زيردريايي‌هايي كه به وسيله رادار قابل شناسايي نيستند، مورد استفاده قرار مي‌گيرد .

جاذب‌هاي ارتعاشي : جاذب‌هاي ارتعاشي امروزي، موادي حجيم و سنگين هستند. فناوري‌نانو با ارائه جاذب‌هاي ارتعاشي جديد، تحول عميقي را در اين زمينه ايجاد خواهد كرد. اين نانومواد، انرژي ارتعاشي را به مقدار بسيار بالايي در بين شبكه مولكولي خود ذخيره مي‌كنند و ساختارهاي مولكولي ويژه آنها، تا حد زيادي از انتقال انرژي ارتعاشي به مولكول‌هاي جانبي جلوگيري مي‌كند؛ بدين ترتيب ارتعاش به خوبي مهار مي‌شود. اين مواد در كشتي‌هاي مسافربري، شناورهاي نظامي و زيردريايي‌ها كاربردهاي بسياري دارند و اغلب در زير موتورها و اجزاي دوار شناورها نصب مي‌گردند.

جاذب‌هاي صوتي : اين جاذب‌ها نيز مانند جاذب‌هاي ارتعاشي، علي‌رغم سبك و نازك بودن، انرژي صوت را به‌طور كامل ميرا مي‌كنند. جاذب‌هاي صوتي امروزي با وجود سنگين و حجيم بودن، نسبت به فركانس و جهت صوت برخوردي، بازدهي متفاوتي دارند. فناوري‌نانو انواعي از جاذب‌هاي صوتي را ارائه مي‌كند كه ساختار مولكولي آنها با جهت برخورد صوت و فركانس صوت قابل تطابق باشد؛ به گونه‌اي كه بتوانند بيشترين مقدار انرژي صوت را جذب كنند. اين مواد در كشتي‌هاي مسافربري، شناورهاي نظامي و زيردريايي‌ها كاربردهاي بسياري دارند و قسمت داخلي يا خارجي بدنه از اين مواد پوشيده مي‌شود.

رنگ‌هاي دريايي : خوردگي بسيار زياد محيط دريا به خصوص درياهاي آب شور مانند خليج فارس، از معضلات اساسي نگهداري سكوهاي دريايي و كشتي‌هاست. شرايط خاص محيط دريا ايجاب مي‌كند كه به‌طور متوسط، هر سه سال يك‌بار بدنه سكوها و كشتي‌ها رنگ‌آميزي شود. فناوري‌نانو رنگ‌هاي جديد بسيار مقاوم در برابر خوردگي و اثرات محيط ارائه مي‌نمايد كه با توجه به طول عمر شناورها و دوام بيش از 20 سال اين رنگ‌ها بر بدنه شناورها، مي‌توان اين امر را به معناي مادام‌العمر بودن اين رنگ‌ها دانست.

جاذب‌هاي انرژي موج دريا و نور آفتاب : فناوري ‌نانو نسل جديدي از مواد را ارائه مي‌كند كه همانند سلول‌هاي فتوالكتريك انرژي موج دريا و نور آفتاب را جذب مي‌كنند و به مثابه منبع تأمين انرژي خواهند بود. ويژگي منحصر به فرد اين مواد اين است كه همانند پوشش‌هاي معمولي دريايي قابل اتصال به بدنه شناور هستند كه مي‌تواند مدت دوام شناور در دريا را چندين برابر نمايد و از انرژي‌هاي محيط استفاده كند. استفاده از اين منابع انرژي مزيت‌هاي زيست‌محيطي نيز دارد.

نانوفيلتراسيون : از جمله ويژگي‌هاي اين فناوري مي‌توان به جذب ذرات بسيار ريز محيط اشاره كرد كه در جذب مونوكسيد و دي‌اكسيد كربن كاربرد دارند. پوشش داخلي زيردريايي‌ها در زير آب محيطي بسته و مناسب با بكارگيري اين فناوري است. مطابق اين فناوري، بلورهاي اكسيد تيتانيوم نيمه‌رسانا كه اندازه‌ شان فقط 40 نانومتر است به‌وسيله نور ماوراء بنفش شارژ شده، براي حذف آلودگي‌هاي آلي استفاده مي شوند.

نانومورفولوژي : با استفاده از فناوري‌نانو مي‌توان مواد بسيار مقاوم در برابر آتش ساخت كه در اشتعال ناپذيري به خاك تشبيه مي‌شوند. استفاده از اين مواد در شناورها به منظور ايمني در برابر آتش‌سوزي بسيار حائز اهميت است. در شناورهاي نظامي خطر آتش سوزي بسيار زياد است؛ لذا استفاده از اين فناوري بسيار حياتي است.

تحول در فناوري پيل سوختي : پيل سوختي در شناورها به خصوص شناورهاي زيرسطحي و زيردريايي‌ها، كاربردهاي وسيعي دارد. امروزه روش‌هاي مختلفي براي ذخيره‌سازي هيدروژن مورد نياز در پيل سوختي استفاده مي‌شود ؛ (از جمله به صورت مايع كه دماي بسيار پايين يا فشار بسيار بالايي نياز دارد) ، هيدرات فلزي (كه وزن بسيار زيادي را به شناور تحميل مي‌كند) و كربن فعال (كه استفاده از آن معضل زياد و بازده كمي دارد) . اكنون مي توان از نانولوله‌هاي كربني براي ذخيره هيدروژن استفاده كرد ؛ زيرا ديگر نيازي به دماي پايين، فشار بسيار بالا و تحمل وزن سنگين نخواهد داشت ؛‌ اين كار تحول عظيمي را در فناوري پيل سوختي ايجاد خواهد كرد.

باتري‌هاي با ذخيره انرژي بسيار بالا : امروزه انواع مختلفي از باتري‌هاي قابل شارژ وجود دارند كه داراي وزن زياد و ذخيره انرژي اندكي هستند . اين باتري‌ها در شناورها به خصوص در قايق‌هاي تفريحي، زيردريايي‌ها و كشتي‌ها (به عنوان منبع برق اضطراري) كاربردهاي حياتي و مهمي دارند، امّا انرژي اندكي كه ذخيره مي‌كنند زمان ماندن زيردريايي‌هاي ديزل الكتريك در زير آب را محدود مي‌كنند. در موقع حركت سطحي كه ديزل قادر به فعاليت است، انرژي الكتريكي توليد شده ديزل در باتري‌ها ذخيره مي‌شود و در موقع حركت در زير سطح آب كه به علت دسترسي نداشتن به هوا امكان كار براي ديزل وجود ندارد، از اين انرژي الكتريكي استفاده مي‌شود. فناوري‌نانو با ارائه باتري‌هاي با ذخيره انرژي بسيار بالا، زيردريايي‌هاي ديزل الكتريك را قادر مي‌كند تا ده‌ها برابرِ زمان فعلي خود در زير آب بمانند. علاوه بر آن فناوري‌نانو با كاهش وزن بسته‌هاي باطري، كاربردهاي ارزنده‌اي در فناوري هوافضا، هواپيماهاي بدون سرنشين، اتومبيل و شناورهاي تفريحي كوچك پديد مي‌آورد.

گرافيت و سراميك : فناوري‌نانو با ارائه مواد بسيار مستحكم كه ده‌ها برابر مقاوم‌تر از فولاد هستند، تأثير چشمگيري در ساخت سازه‌هاي دريايي و صنايع دريايي خواهد داشت. سراميك‌ها از جمله اين موادند كه در بدنه شناورهاي زير دريايي آب عميق (حدود 11 هزار متر) به‌كار خواهند رفت. اين مواد با داشتن استحكام فوق‌العاده، وزن سبك، مقاومت بسيار زياد در برابر خوردگي و دوام در شرايط دمايي بسيار متغير، گزينه بسيار مناسبي براي سازه‌هاي عظيم دريايي به خصوص غوطه‌ور شونده‌ها و زيردريايي‌ها هستند.در ايران صنايع دريايي به معناي واقعي خود؛ يعني ساخت سكوهاي ثابت و متحرك دريايي، كشتي‌هاي اقيانوس پيما، زيردريايي‌ها و غيره، حدوديك دهه از عمرشان مي‌گذرد و صنعتي نوپا محسوب مي‌گردد. فناوري‌ نانو نيز در دنيا قدمت چنداني ندارد و از معدود فناوري‌هايي است كه در همان بدو مطرح شدنش در دنيا، در ايران نيز مطرح شده است. فناوري‌نانو با توجه به تأثيرات شگرفي كه در همه صنايع دارد، مورد توجه قرار گرفته است. صنايع دريايي در حال رسيدن به دوران تكامل خود در ايران است و فناوري‌نانو هم مي‌تواند به تكامل هدفمند و روزافزون آن كمك كند. كاربردهايي از فناوري‌نانو كه بيان شد، تنها گوشه‌اي از كاربردهاي گسترده آن در صنايع دريايي است و آينده، اين كاربردها را قطعي‌تر و مشخص‌تر خواهد كرد؛ لذا مديران كليه بخش‌هاي صنعتي از جمله صنايع دريايي نبايد خود را نسبت به فناوري‌نانو بيگانه بدانند، بلكه همواره بايد پيشرفت‌هاي اين شاخه از دانش و فناوري مولكولي را در دنيا زير نظر داشته، از پيشرفت اين فناوري جديد ،حمايت‌هاي مادي و معنوي لازم را به عمل آورند. چه بسا كه ورود فناوري‌نانو به هر صنعتي، تحولات شگرفي را باعث شود و غافلگيري و ورشكستگي رقبا را به دنبال داشته باشد. از طرف ديگر، نهادهاي مرتبط بايد پيشرفت‌هاي روز دنيا در زمينه فناوري‌نانو را به صنايع مربوطه معرفي كنند كه اين امر مستلزم شناخت نيازهاي هر بخش از صنعت در زمينه فناوري‌نانو است. لازم است، متوليان فناوري‌نانو بايك تقسيم‌بندي منطقي در صنايع موجود ، نيازهاي هريك را به تفكيك بررسي كنند و با شناسايي نيازهاي بازار، توسعه فناوري‌نانو را جهت‌دهي نمايند. به علاوه، پشتوانه مالي مناسبي نيز براي توسعه فناوري‌نانو فراهم نمايند، زيرا نشناختن نيازها به معناي بيراهه رفتن فناوري‌نانواست.

منابع :
سايت متعلق به ستاد ويژه فناوري نانو
سايت دانشنامه رشد
سايت روزنامه همشهري
([ برای مشاهده لینک ، لطفا با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ])اخبار مقالات و نرم افزار هاي علمي ( شبكه فيزيك هوپا )
سايت شركت صنايع دريايي صدرا
به نقل از مقالات علمي ايران

[sajadhoosein]

سنتز نانوذرات اكسيد سرب در حضور امواج اولتراسونيك

[ برای مشاهده لینک ، لطفا با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]


نانوذرات اكسيد سرب(II)ازواكنش نيترات سرب با كربنات سديم در حضور امواج اولتراسونيك و افزودني پلي وينيل پيروليدون (PVP) به عنوان جهت دهنده سنتز شد. با فزايش كربنات سديم به نيترات سرب، رسوب كربنات سرب تشكيل مي شود كه پس از جداسازي، در دماي C° 320 براي دو ساعت قرار گرفته تا بعد از دست دادن CO2 تبديل به PbO شود. اثر عوامل مختلف نظير غلظت واكنشگرها، دماي سنتز و اثر چند افزودني مختلف به روش "يك عامل در يك زمان" بررسي شد. سنتز اكسيد سرب در شرايط بهينه شده شامل نيترات سرب M 1/0، كربنات سديم M 2/0، دماي ºC40 وPVP با غلظت g/l 6 منجر به تشكيل نانوذرات اكسيد سرب با يك ساختار بسيار متخلخل مي شود. مورفولوژي و اندازه ذرات سنتز شده بوسيله دستگاه ميكروسكوپ الكترني (SEM) بررسي شد.
مقدمه
اكسيدهاي سرب به دليل كاربرد متنوع مورد توجه فراوان قرار دارد( بخصوص PbO و PbO2) كه در اين ميان دي اكسيد سرب به روش هاي متفاوتي توليد شده است اما توليد نانو ذرات اكسيد سرب PbO) ) به صورت محدود مورد بررسي قرار گرفته است كه از آن جمله ميتوان به توليد نانو ساختاربه روش اسپري كه هدف آن افزايش سطح تماس آن در باتريهاي همراه با يون ليتيم ]1[ ميباشد را نام برد.
2. بخش تجربي
2-1- مواد
براي توليد نانوذرات اكسيد سرب از نيترات سرب وكربنات سرب وPVP كه ساخت كمپاني Loba Chemie از كشور هند ميباشد، استفاده شد.
2-2- دستگاهها
براي سنتزاز دستگاه اولتراسونيك با مدل TECNO_GAZ ،TECNA6 از كشور ايتاليا استفاده شد. براي بررسي مورفولوژي و اندازه ذرات از دستگاه ميكروسكوپ الكتروني (SEM) مدل XL30 ساخت كمپاني فيليپس ازكشور هلند استفاده شد. روكش دهي نانوذرات با طلا به منظور تهيه عكسهاي الكتروني با دستگاه لايه گذاري طلا ساخت شركت Bal-Tek كشور سوئيس استفاده شد.
2-3- روش
ابتدا نيترات سرب را با غلظت 1/. مولار تهيه كرده مقدارcc100 از آن را داخل بالن cc 500 ريخته ومقدار 10 گرم PVP بدان اضافه كرده وپس از حل شدن داخل اولتراسونيك قرار داده ودر دماي C°40 مقدار cc100 كربنات سديم 2/. مولار به آن اضافه شد. رسوب كربنات سرب سفيد رنگ بسرعت تشكيل شد كه بعد از يك ساعت، با آب مقطر و اتانول شستشو داده شده و سپس صاف شد. به مدت يك ساعت در داخل اتانول با امواج اولتراسونيك هم زده شد. آنگاه دوباره صاف شده و به مدت 2 ساعت درداخل كوره C°320 گذاشته شد تا با آزاد شدن CO2 تبديل به PbO شود. بعد از سنتز هر نمونه، ساختار و اندازه ذرات سنتز شده توسط دستگاه ميكروسكوپ الكتروني مشاهده و بررسي شد.
3. نتايج وبحث
بهينه سازي شرايط سنتز نانو ذرات اكسيد سرب به منظور دسترسي به نانو ساختار منظم با بررسي اثر غلظت واكنشگرها، دما ومقدار PVP بررسي شد.
3-1- اثر حضور امواج اولتراسونيك
با سنتز يك نمونه در حضور امواج اولتراسونيك و يك نمونه ديگر بدون حضور اين امواج مشاهده شد كه تابش امواج اولتراسونيك بر محلول سنتز اكسيد سرب منجر به تشكيل ساختار منظم و ريزتري مي شود.
3-2- اثر غلظت واكنشگرها
غلظت نيترات سرب از M 01/0 تا M 1 و غلظت كربنات سديم از M 02/0 تا M 2 تغيير داده شد و اثر اين تغييرات با تهيه عكس ميكروسكوپ الكتروني از هر نمونه مشاهده شد. به عنوان نمونه تغييرات ساختار در 2 مورد از نمونه ها نشان داده مي شود. هنگامي كه سنتز در محلول شامل M 1 نيترات سرب و M 2 مولار كربنات سديم در دماي C°40 و بدون حضور افزودني انجام مي شود ساختاري مطابق شكل 1 بدست مي آيد. همان طور كه در شكل 1 ديده مي شود، ذرات ساختاري ناهماهنگ و اندازه هاي بزرگتر از 100 نانومتر دارند.
وقتي از محلول سنتز با غلظت 1/. مولار از نيترات سرب و 2/0 مولار كربنات سديم در دماي C°40 و بدون حضور افزودني استفاده مي شود، ساختار نمونه به سمت تشكيل نانوذرات سوق داده مي شود كه تصوير SEM اين نمونه در شكل 2 نشان داده شده است.
نتايج حاصل از آزمايشات اين قسمت نشان داد كه اگر اكسيد سرب در محلول حاوي M 1/. از نيترات سرب و M 2/. كربنات سديم سنتز شود، ساختارهاي منظم با اندازه ذراتي كمتر از 100 نانومتر حاصل مي شود.
3-3- اثر دماي سنتز
سنتز اكسيد سرب در غلظت M 1/. از نيترات سرب و M 2/. كربنات سديم و بدون حضور افزودني در چند دماي مختلف در گستره C°0 تا C°70 انجام شد. نتايج نشان داد كه در دماي سنتز C°40 ساختار منظم تر با اندازه ريزتر بدست مي آيد. براي نشان دادن اثر دما، تصاوير SEM دو نمونه از سنتزها در شكل 3 و 4 نشان داده شده است.
3-4- بررسي اثر افزودني هاي مختلف
پس از بهينه سازي اثر غلظت واكنشگرها و دما، سنتز در حضور افزودني هاي سديم دودسيل سولفات (SDS)، سديم بنزن سولفونات (SDBS)، ستيل تري متيل آمونيوم برميد (CTAB)، پلي وينيل الكل (PVA) و پلي وينيل پيروليدون (PVP) ]4[ انجام شد. با بررسي تصاوير ميكروسكوپ الكتروني نمونه هاي حاصل، مشخص شد كه بهترين كارآيي مربوط به PVP است به همين ديل اين افزودني به عنوان يك افزودني جهت دهنده ساختار انتخاب شده و اثر تغيير غلظت آن بر روي مورفولوژي و اندازه ذرات حاصل بررسي شد. غلظت PVP از g/l 5/0 تا g/l 6 تغيير داده شد. تصاوير ميكروسكوپ الكتروني سه مورد از نمونه هاي تهيه شده در حضور مقادير مختلف PVP در شكلهاي 5 تا 7 نشان داده شده است. شكل 5 و 6 تصاوير ميكروسكوپ الكتروني نمونه هايي را نشان مي دهند كه به ترتيب در غلظت g/l 5/0 (كمتر از مقدار بهينه) و g/l 6 (بيشتر از مقدار بهينه) سنتز شده اند. با مقايسه ين دو تصوير با تصوير نشان داده شده در شكل 7 مشخص مي شود كه در غلظت g/l 1 از جهت دهنده ساختاري PVP پودر اكسيد سرب با يك ساختار بسيار منظم و متخلخل و با اندازه ذرات در كستره 20 تا 40 نانومتر بدست مي آيد.

نتيجه گيري

با سنتز اكسيد سرب در حضور امواج اولتراسونيك و افزودني PVP ذرات بسيار متخلخل با ساختار بسيار يكنواخت و اندازه ذرات نانومتري حاصل مي شود.
منبع:
سعيد حقدار – شركت كاراشيمي
مراجع
[1] K. Konstantinov , S.H.Ng ,J.Z. Wang , D. Wexler , H.K. Liu , Power Sources 2006
[2] S. Ghasemi, H. Karami, M. F. Mousavi, M. Shamsipur, Electroche. Commun., (2006).
[3] S. Ghasemi, H. Karami, M. F. Mousavi, M. Shamsipur, S. H. Kazemi, Electrochim. Acta, (2006).
[4]Zongtao Zhang, Bin Zhao, and Liming Hu , Journal of solid state chemistry 121, 105-110 (1996)

[sajadhoosein]

استفاده از فناوري‌نانو در صنعت بسته‌بندي، تهيه و توليد غذاها


از فناوري‌نانو در صنعت غذايي مي‌توان به شكل‌هاي مختلفي استفاده كرد. اين كاربردها مي‌تواند شامل استفاده از فناوري‌نانو در مواد بسته‌بندي، كشاورزي، فرايندهاي توليد غذا و خود غذا باشد. ابزارها يا روش‌‌هاي فناوري‌نانو که طي كشت، توليد، فرآوري يا بسته‌بندي غذا استفاده مي‌شوند؛ را نانوغذا (nanofood) مي‌نامند. اين تعريف از نانوغذا را نانوفروم (NanoForum) ارائه داده است.
بسته‌بندي
امروزه استفاده از فناوري‌نانو در صنايع بسته‌بندي غذا امري عادي است. اين بسته‌بندي‌ها را مي‌توان به دو دسته مختلف تقسيم نمود: دسته اول بسته‌بندي‌هاي فعال كه حاوي موادي با عملكردي خاص هستند (شبيه به بسته‌بندي‌هايي كه از ورود اكسيژن و فساد غذا جلوگيري مي‌كنند)؛ اما دسته دوم بسته‌بندي‌هاي هوشمند است كه به تغييرات محيط واكنش نشان مي‌دهند (مثل شناسايي پاتوژن‌ها). در حال حاضر برخي شركت‌ها در ظروف بسته‌بندي مقوايي از نانومواد استفاده مي‌کنند. اين نانومواد شامل چسب‌هايي مبتني بر نانوذرات نشاسته است که از منابع تجديدپذير تهيه و جايگزين چسب‌هاي مبتني بر مواد نفتي مي شوند. همچنين در ظروف بسته‌بندي‌ مقوايي، نانومواد جايگزين پلي‌وينيل استات (PVA) و پلي‌وينيل الكل‌ مي‌شوند. از ديگر نمونه‌هاي كاربرد فناوري‌نانو در صنايع بسته‌بندي مي‌توان به موارد زير اشاره نمود:
استفاده از بطري‌هاي پلاستيكي ساخته شده از مواد نانوكامپوزيت و استفاده از لايه‌هاي پلاستيكي ضد قارچ و ضدباكتري كه داراي طول عمر بيشتري نيز هستند.
كاربرد در مراحل زراعت
استفاده از فناوري‌نانو در صنعت كشاورزي، آينده روشني در شكل‌گيري فرآيندهاي كشاورزي و افزايش دقت در اين كار، ترسيم نموده است؛ به عنوان مثال نانوحسگرهاي پراكنده شده در يك مزرعه مي‌توانند همه موارد مربوط به آن را، از مواد مقوي و ميزان آب گرفته تا وجود بيماري‌ها، قارچ‌ها و آفت‌هاي ديگر، اندازه‌گيري كنند. اين حسگرها مي‌توانند براي رساندن مقدار مشخص و دقيقي از يك آفت‌كش يا كود، با نانوذرات يا نانوكپسول‌ها برهم‌کنش داشته باشند. اين كار مي‌تواند منجر به كاهش هزينه و ميزان پراكندگي اين مواد شيميايي در محيط‌هاي كشاورزي شود. علاوه بر اين موارد، به كمك نانوتراشه‌ها در مزرعه‌ها، مي‌توان حيوانات مضر را شناسايي و رديابي كرد و از آنها تصويربرداري نمود. چنين تراشه‌هايي مي‌توانند در رساندن ميزان مشخصي از داروهاي واكسيناسيون و مواد درماني ديگر نيز مورد استفاده قرار گيرند.
زراعت براي فناوري‌نانو
از ديگر زمينه‌هاي جذاب كه در فناوري‌نانو مطرح است مي‌توان به استفاده از گياهان در توليد مستقيم مواد اوليه در صنعت فناوري‌نانو اشاره نمود. به عنوان نمونه‌اي از اين كاشت ذرات مي‌توان به توليد نانوذرات طلا به وسيله گياه يونجه اشاره نمود. در اين فرايند، گياه يونجه را در خاك غني ‌شده از طلا رشد مي دهند و بدين ترتيب طلا در بافت‌هاي گياهي رسوب مي‌كند و بعد از اين مرحله مي‌توان نانوذرات طلا را از طريق روش‌هاي مكانيكي از اين گياه جداسازي نمود.فرآوري غذاهااز نانوذرات و نانوكپسول‌ها براي منظورهاي مختلف در مواد خوراكي استفاده مي‌شود. از كاربردهاي آنها مي‌توان به افزايش ماندگاري غذا، تغيير خواص، افزايش ارزش غذايي و تغيير مزه اشاره نمود.
به عنوان مثال امروزه نانوكپسول‌هاي پر شده از روغن ماهي تونا (يک منبع اسيدهاي چرب اُمگا 3) را به برخي از انواع نان اضافه مي‌كنند. شكست كپسول‌ها در بدن، باعث رها شدن روغن مورد نظر مي‌شود، اين در حالي است كه هيچ مزه ناخوشايندي از اين روغن احساس نمي‌شود.
آينده نانوغذا
در حال حاضر منظور از اصطلاح نانوغذا، غذاهايي نيست كه مستقيماً از روش‌هاي فناوري‌نانو به دست آمده‌اند. اما در آينده اتفاقات زيادي رخ خوهد داد. مثلاً ممكن است روزي نانوماشين‌هايي توليد شود كه توانايي توليد مولكول‌ به مولكول غذاها را داشته باشند (اما اين كار سال‌ها به طول خواهد انجاميد). اما برخي از پيشرفت‌هايي كه در آينده‌اي نه چندان دور در اين زمينه قابل دستيابي هستند، عبارتند از: توليد بسته‌بندي‌هايي كه توانايي بازتاب گرما از يك بستني يخي را داشته و مي‌توانند آن را از ذوب شدن در يك محيط گرم حفظ كنند؛ توليد بسته‌بندي‌هايي كه مي‌توانند خود را ترميم كنند و بسته‌بندي‌هايي که مي‌توانند در شرايط خاص، خواصشان را تغيير دهند، به عنوان مثال بسته‌بندي‌هايي كه بتوانند فاسد شدن شير را با تغيير رنگ نشان دهند. مانوئل مارکويز-سانچز، از دانشمندان كرافت فود (kraft foods)، طرح‌هايي براي نوشيدني مبتني بر فناوري‌نانو ارائه کرده است و در آنها اين ايده را مطرح مي‌كند كه همه افراد يک نوشيدني را بخرند، اما هر کس پس از خريدن نوشيدني بتواند رنگ، طعم و غلظت آن را تغيير دهد.
منبع:
برای مشاهده محتوا ، لطفا وارد شوید یا ثبت نام کنید

[sajadhoosein]

محلولهای مغناطیسی نانو


محلول‌های مغناطیسی یکی از شاخه‌های فناوری نانو است که کمتر از دیگر شاخه‌های نانو به آن پرداخته شده‌است، ولی به تازگی کاربردهای جدیدی برای آن یافت شده است.محلول‌های مغناطیسی (Ferro fluid) از ذرات بسیار ریز کلوییدی ( درحدود۱۰۰ - ۱۰ نانومتر ( m ۹- ۱۰) ) از جنس فلزاتی که خاصیت مغناطیسی دارند(مانند آهن و کبالت) به حالت سوسپانسیون در مایعی ، ساخته میشوند . پخش‌ کردن ذرات در مایع را می توان به کمک یک واکنش شیمیایی انجام ‌داد.
ذرات پخش شده در مایع به علت ریز بودن به صورت کلوئیدی هستند ولی پس از گذشت مدت زمان نسبتاً کوتاهی به هم پیوسته و ذرات بزرگتری را تشکیل می‌دهند ، که در ا ین صورت حالت کلوییدی آن از بین رفته ، ذرات در محلول ته ‌نشین شده و خاصیت مغناطیسی خود را از دست می دهند .هر قدر که ذرات ریزتر باشند ، محلول خاصیت مغناطیسی بهتری از خود نشان می‌دهد. به این علت است که در هنگام تولید ، موادی با نام ” سورفاکتانت ” به محلول اضافه می‌شود که روی دیواره‌های آن را می پوشاند و مانع از به هم پیوستن و بزرگ شدن ذرات می‌شود و ذرات با گذشت زمان خاصیت خود را از دست نمی‌دهند. سورفکتانت ها :کلمه سورفکتانت مخلوطی از “Surface active agent “ می باشد . سورفکتانتها معمولا ترکیباتی آلی هستند که دارای گروههای آبدوست که نقش دم و دنباله را دارد و گروههای آبگریز که نقش سر را دارد می باشند.
بنابراین معمولا به طور ناچیز در آب و حلالهای آلی حل می شوند.وجود طبیعت دوگانه سبب ویژگیهای خاصی در این مولکول ها می شود به طوریکه می توانند در آب حل شده و در سطح مشترک آب – هوا یا بین دو سطح از دوفاز مختلف تجمع یافته و سبب کاهش کشش سطحی شوند. به طور نمونه در مورد بالاسورفکتانت ها ، از یکی از دو سرشان به کلویید متصل شده و از سر دیگر به محلول نزدیک اند، بنابراین سرهایی که در محلول قرار دارند همنام بوده و سبب دافعه بین کلوییدها می شود . در نتیجه از تجمع و به هم پیوستن آنها ممانعت نموده و محلول خاصیت مغناطیسی خود را حفظ می کند.
سورفکتانتها نقش مهمی در بسیاری از کاربرد ها عملی و محصولات بازی میکند مثلا : شونده ها - امولسیون کننده ها - جوهر سازی - کف سازی و ….سورفکتانتها معمولا بوسیله گروههای باردار تقسیم بندی می شوند . سورفکتانتهای غیریونی در قسمت سر خود بی بار هستند. اگر بار منفی باشد سورفکتانت آنیونی و اگر مثبت بود سورفکتانت کاتیونی داریم .. گاهی قسمت سر دارای هر دو بار منفی و مثبت است که به آن آمفوتریک گوئیم . یک Ferro fluid معمولی ، از %۵ جامد مغناطیسی ، %۱۰ سورفاکتانت و % ۸۵ مایع تشکیل شده است. در عصر حاضر نانو تکنولوژی خدمت بسیاری به بشر کرده‌است . در شیمی ، در فیزیک و . . . همچنین در زمینه‌های پزشکی که با ساخت وسایل گوناگون در زمینه‌ی درمان ، انسانها را یاری کرده‌ است . نظریا تی وجود دارد مبنی بر اینکه به کمک این محلول می ‌توان کپسولهایی ساخت و دا روهایی را که برای بخشی از بدن مضر و برای بخشی دیگر مفید است ، به راحتی به محل مورد نظر برسانیم .
با این روش که کپسولهایی از این جنس را پراز داروی مورد نظر کنیم و به وسیله‌ی آهنربا به محل مورد نظر برسانیم و در آنجا آنرا تخلیه کنیم .در چند ساله‌ی اخیر دانشمندان به این عقیده رسیده‌اند که به کمک وارد کردن ا ین محلول به بدن می‌توان سلولهای سرطانی و یا ویروسها ( مثلا ایدز) را از بدن خارج کرد، به صورتی که ا ین ماده آنتی بادی (Anti body) موجود در خون را ( به وسیله بار مثبت آنها ) جذب کرده و آنتی بادی ها هم ویروسها را جذب میکنند که با خارج کردن Ferro fluid به وسیله آهنربا میتوان ویروسها را خارج کرد. ولی متأسفانه هنوز به مرحله‌ی عملی نرسیده‌است.به غیر از استفاده‌های پزشکی ذکر شده در بالا استفاده‌های صنعتی هم برای این ماده ذکر شده‌است. مثلا در چیپهای مخصوص برای حرکت دا دن یک سیال مشکلاتی وجود دارد چون موتورهایی در آن اندازه‌ی ریز وجود ندارد و اگر هم وجود دارد بسیار پرهزینه است. اما با اضافه کردن مقداری از ا ین محلول به آن سیال می‌توان با نیروی مغناطیسی آن سیال را به حرکت در آورد. مورد دیگر استفاده از این ماده در بلند گو های پر قدرت است .این محلول خاصیت خود را در دماهای بالا ، مثلا در °C ۲۰۰ یا در دماهای پایین ، مثلا در °C ۵۰- و یا در برابر امواج هسته ای حفظ می کند .
منبع:
برای مشاهده محتوا ، لطفا وارد شوید یا ثبت نام کنید

[sajadhoosein]

جهان ریاضیات در فضای نانو

این مقاله می کوشد تا چالشهای دنیای ریاضیات را در مواجهه با دنیای شگفت انگیز نانو بررسی کند. به عبارت دیگر، ریاضیات در معماری پازل نانو چه نقشی خواهد داشت؟

[ برای مشاهده لینک ، لطفا با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

علوم نانو و فناوری نانو بیانگر رهگذری به سوی دنیایی جدید هستند. سفر به اعماق سرزمین اتمها و مولکولها نوید دهندة اثراث اجتماعی شگفت انگیزی است: در علوم بنیادین، در فناوریهای نو، در طراحی مهندسی و تولیدات، در پزشکی و سلامت و در آموزش.
پیش بینی های گسترده در حوزه کشفیات جدید، چالشها، درک مفاهیم، حتی هنوز فرم و محتوای موضوع، مه آلود و اسرارآمیز است. این مقاله می کوشد تا چالشهای دنیای ریاضیات را در مواجهه با دنیای شگفت انگیز نانو بررسی کند. به عبارت دیگر، ریاضیات در معماری پازل نانو چه نقشی خواهد داشت:
همگان بر این نکته توافق دارند که پیشرفتهای بزرگ، مستلزم تعامل میان مهندسان، ژنتیست ها، شیمیدانان، فیزیکدانان، داروسازان، ریاضیدانان و علوم رایانه ای ها است. شکاف میان علوم و فناوری، میان آموزش و پژوهش، میان دانشگاه و صنعت، میان صنعت و بازار بر مجموعه تأثیرگذار خواهد بود. دلایل کافی مبتنی بر فصل مشترک میان نظامهای کلاسیک و فرهنگ ها موجود است.
این انقلاب علمی و فناورانه، منحصر به فرد است. این بدین معنی است که می بایستی نه تنها در بعد علمی، که در سایر ابعاد، نیز زیرساختهای بنیادین با حداکثر انعطاف پذیری در برابر تغییرات را پیش گویی و پیش بینی کنیم.
دانش ریاضیات به عنوان خط مقدم جبهة علم مطرح است. ویژگی بدیهی ریاضیات در علوم نانو «محاسبات علمی» است. محاسبات علمی در فناوریی که به عنوان فناوری انقلابی مطرح شده است. محاسبات علمی در طول، تفسیر آزمایشات، تهیة پیش بینی در مقیاس اتمی و مولکولی بر پایة تئوری کوانتومی و تئوریهای اتمی است.
همانگونه که ریاضیات زبان علم است، محاسبات، ابزاری عمومی علم و کاتالیزوری برای تعاملات عمیق تر میان ریاضیات و علوم است. یک تیم محاسبات، دربارة مدلشان و اثر محاسباتشان و تطبیق پذیری آن با واقعیت، به بحث می پردازند. « محاسبات» رابطی میان آزمایش و تئوری است. یک تئوری و یک مدل ریاضی، پیش نیاز محاسبات است و یک آزمایش تنها اعتبار بخش هر نوع تئوری، مدل و محاسبات است.
مدلهای ریاضی، ستونهای راهگشا به سوی بنیاد علم و تئوریهای پیش بین هستند. مدلها، رابطهایی بنیادین در پروسه های علمی هستند و اغلب اوقات در سیستم های آموزشی به فاز مدلسازی و محاسبات، تأکید کافی نمی شود. یک مدل ریاضی بر پایة فرمولاسیون معادلات و نامعادلات اصول بنیادین استوار است و مدل درگیر با درک کامل پیچیدگیهای مسأله نظیر، جرم، اندازة حرکت و توازن انرژی است. در هر سیستم فیزیکی واقعی تقریب اجازه داده می شود، تا مدل را در یک قالب قابل حل عرضه کنند. اکنون می توان مدل را یا به صورت «تحلیلی» و یا بصورت «عددی» حل کرد. در این حالت مدلسازی ریاضی یک پروسه پیچیده است،زیرا می بایستی دقت و کارآیی را همزمان نشان دهد.
در علوم نانو و فناوری نانو، مدلسازی نقش محوری را بر عهده دارد، بویژه وقتی که بخواهیم عملکرد ماکروسکوپی مواد را از طریق طراحی در مقیاس اتمی و مولکولی کنترل کنیم، آن هم در شرایطی که درجات آزادی زیاد باشد. مدلسازی ریاضی یک ضرورت در این فضای مه آلود است. تفسیر داده های آزمایشگاهی یک ضروت حتمی است. همچنین برای هدایت، تفسیر، بهینه سازی، توجیه رفتارهای آزمایشگاهی، مدلسازی ریاضی ضرورت می یابد.
یک مدل مؤثر، راه رسیدن به تولیدات جدید، درک جدید رفتارشناسی، را کوتاه می کند و تصحیح گر هوشمندی است که از نتایج گذشته درس می گیرد.
مدلسازی نه تنها ویژگی منحصر به فرد ریاضیات است بلکه پلی بسوی فرهنگهای مختلف علمی است.
تئوری در هر مرحله از توسعة علم، نقش محوری دارد، ارزیابی حساسیت مدل به شرایط پروسه های فیزیکی ، و حصول اطمینان از اینکه معادلات و الگوریتمهای محاسباتی با شرایط کنترل آزمایشگاهی سازگارند، از چالشهای مهم است. تئوری نهایتاً بسوی تعریف نتایج و درک فیزیکی سیستم، میل خواهد کرد و اغلب اوقات ریاضیات جدیدی لازم نیست تا به منظور رسیدن به درک رفتار، ساخته شود.
عبور از تئوریهای موجود ارزشمند است و اغلب نیز اتفاق می افتد. زمانی مدلها، مشابه سیستم های شناخته شده هستند که دقت ریاضی بالایی را داشته باشند اما در جهان شگفت انگیز نانو، مدلهای مختلف و جدید، چالشهای جدی را در دانش ریاضیات پدید می آورند. تئوریهای جدید در مقیاسهای زمانی غیر قابل پیش گوئی اتفاق می افتند و تئوریهای قدرتمند در قالبهای عمیق شکل می گیرند. میان برهای اساسی لازم است تا شبیه سازی صورت گیرد:
طراحی در مقیاس اتمی و مولکولی، کنترل و بهینه سازی عملکرد مواد و ابزار آلات، و کارآیی شبیه سازی رفتار طبیعی، از مهمترین چالشها است. این چالش ها نوید دهندة برهم کنشهای کامل میان حوزه های مختلف ریاضی خواهد بود.
آثار اجتماعی این چالش ها زیاد و متنوع خواهد بود.
منافع حاصل از مشغولیت ریاضیدانان فعال، توازن با چالشهای اصلی در زمینه رشد زیرساختهای ریاضیات، تغییرات در ساختار آموزش ریاضیات، از جمله آثار ورود ریاضیات به دنیای شگفت انگیز نانو خواهد بود.
جامعه ریاضی می بایستی اصلاح شود: تئوریهای بنیادین، ریاضیات میان رشته ای و ریاضیات محاسباتی و آموزش ریاضیات.
ریاضیات چه حوزه هایی را در بر خواهد گرفت؟ الگوریتمهای اصلی در حوزه های ریاضیات کاربردی و محاسباتی، علوم کامپیوتر، فیزیک آماری، نقش مرکزی و میان بر ساز را در حوزة نانو بر عهده خواهند داشت.
برای روشن شدن موضوع برخی از اثرات ریاضیات را در فرهنگ نانو بررسی می کنیم:
ـ روشهای انتگرال گیری سریع و چند قطبی سریع: اساسی و الزامی به منظور طراحی کدهای مدار (White, Aluru, Senturia) و انتگرال گیری به روش Ewala در کد نویسی در حوزه های شیمی کوانتوم و شیمی مولکولی (Darden ۱۹۹۹)
ـ روشهای« تجزیه حوزه»، مورد استفاده در شبیه سازی گسترش فیلم تا رسیدن به وضوح نانوئی لایه های پیشرو مولکولی با مکانیک سیالات پیوسته در مقیاسهای ماکروسکوپیک (Hadjiconstantinou)
ـ تسریع روشهای شبیه سازی دینامیک مولکولی (Voter ۱۹۹۷)
ـ روشهای بهبود مش بندی تطبیق پذیر: کلید روشهای شبیه پیوسته که ترکیب کنندة مقیاسهای ماکروئی، مزوئی، اتمی ومدلهای مکانیک کوانتوم از طریق یک ابزار محاسباتی است (Tadmor, Philips, Ortiz)
ـ روشهای پیگردی فصل مشترک: نظیر روش نشاندن مرحله ای Sethian, Osher که در کدهای قلم زنی و رسوب گیری جهت طراحی شبه رساناها مؤثرند (Adalsteinsson, Sethian) و نیز در کدگذاری به منظور رشد هم بافت ها (Caflisch)
ـ روشهای حداقل کردن انرژی هم بسته با روشهای بهینه سازی غیر خطی (المانی کلیدی برای کد کردن پروتیئن ها) (Pierce& Giles)
ـ روشهای کنترل (مؤثر در مدلسازی رشد لایه نازک ها (Caflisch))
ـ روشهای چند شبکه بندی که امروزه در محاسبات ساختار الکترونی و سیالات ماکرومولکولی چند مقیاسی بکار گرفته شده است.
ـ روشهای ساختار الکترونی پیشرفته ، به منظور هدایت پژوهشها به سمت ابر مولکولها (Lee & Head – Gordon)

[sajadhoosein]

فناوری نانو، امیدی تازه در امنیت اطلاعات


تاریخ فناوری اطلاعات، با وجود قدمت نه چندان طولانی خود، شاهد پیشرفت‌های خیره‌كننده‌ای بوده كه روش‌های ذخیره، پردازش و تبادل اطلاعات را بارها و بارها دگرگون كرده‌اند.
اما به نظر می‌رسد، مسیری كه پیشرفت‌های فناوری اطلاعات، برای تولید سیستم‌ها و دستگاه‌های جدید و در نتیجه نرم‌افزارهای متناسب با آنها طی می‌كند، اكنون با وجود سایر دستاوردهای تكنولوژیك مانند فناوری نانو، روندی صحیح و منطقی نباشد.
به مرور، ظرفیت و سرعت رایانه‌ها، رو به افزایش گذاشت و اولین كامپیوتر خانگی (IBM ۵۱۵۰) قادر به ذخیره كردن ۱۶۳۸۴ رقم در حافظه ترانزیستوری خود شده بود. پیشرفت‌های بیشتر، ریزپردازنده‌های سریع‌تر و ابزار مطمئن‌تری را برای پردازش و ذخیره اطلاعات، به كاربران رایانه معرفی كرد. در سال ۱۹۸۱و با معرفی IBM ۵۱۵۰، چه كسی گمان می‌كرد كه بشر، شاهد تحولی چنین عظیم در فناوری اطلاعات و ارتباطات باشد: سیستم‌هایی با پردازنده‌های فوق پیشرفته، دارای سرعت بسیار بیشتر و هزینه بسیار كمتر.
● حجم و پیچیدگی زیاد نرم افزارها
اما به‌راستی دستاورد این همه پیشرفت و فناوری برای بشر چه بوده است؟ سیستم‌های رایانه‌ای و كاربرد آنها با ظهور فناوری‌های جدید و به نسبت پیشرفتی كه این فناوری‌ها داشته‌اند، آنقدر كه جذاب، زیبا و پر زرق و برق شده‌اند، مؤثر و مفید واقع نشده‌اند.
به جرات می‌توان گفت كه اكثر كاربران فعال رایانه قادر به استفاده از ۸۰ درصد قابلیت‌های برنامه Word نیستند! اكنون برنامه‌ها و نرم‌افزارهای رایانه‌ای، بسیار پیچیده‌تر و پرحجم‌تر نوشته می‌شوند، در بیشتر اوقات تنها به این دلیل كه سیستم‌های سخت‌افزاری مورد استفاده آنها، دارای ظرفیت و منابع كافی برای پردازش این نرم‌افزارها هستند.
پیشرفت فناوری در طراحی و ساخت سیستم‌ها و سخت‌افزارهای مدرن، سطح استفاده از منابع و ظرفیت آنها را نیز به طرز چشمگیری افزایش داده است. حافظه، دیسك‌های سخت، پردازشگر، كارت‌های گرافیك و سایر سیستم‌های سخت‌افزاری تنها به اقتضای پیشرفت علم و فناوری، ارتقا یافته و برنامه‌ها و نرم‌افزارهای رایانه‌ای نیز به تبع آنها و به صورت كاملاً غیر ضروری، پیچیده، سنگین و حجیم شده‌اند.
در این شرایط، بسیاری از سیستم‌های قدیمی‌و نیز تجهیزات سخت‌افزاری مربوط به آنها، ناگهان به ابزاری بی‌مصرف و بیهوده تبدیل شده و موجب ایجاد خسارت‌های سنگینی گردیدند. باید پرسید كه دستاورد این همه پیشرفت چه خواهد بود و عاقبت كار به كجا خواهد انجامید؟
● راهكار
در دنیایIT همه چیز دیوانه‌وار در حال پیشرفت است. استفاده از فناوری نانو اما، در این یورش بیرحمانه انسان به منابع و ظرفیت‌های مهم طبیعت، می‌تواند گره‌گشا و نجات‌بخش باشد. این نوع فناوری با استفاده اندك از انرژی و منابع آن، اثرات و كاربردهای بسیار مفید و مؤثرتری در زندگی بشر خواهد داشت.
دنیای فناوری اطلاعات و جنبه‌های مختلف آن نیز بی شك از تأثیرات مثبت نانوتكنولوژی بی بهره نخواهد ماند. هم اكنون از این فناوری می‌توان برای كاربردهای بسیار ساده اما در عین حال سریع، دقیق و مؤثر استفاده كرد.

با ظهور این فناوری، دنیای امنیت IT، ناچار است كه دیر یا زود استفاده از روش‌های سنتی و نرم‌افزارهای پیچیده و حجیم را فراموش كرده و روند ایجاد پیچیدگی‌های غیرضروری و فربه كردن نرم‌افزارهای امنیتی را متوقف سازد. NanoScan، فناوری جدیدی است كه با توجهی خاص به نانوتكنولوژی پا به دنیای IT و امنیت آن نهاده و قادر است صدها و هزاران كد مخرب فعال در سیستم‌های رایانه‌ای را بدون اشغال بخش زیادی از حافظه و ظرفیت سیستم ردیابی و كشف كند.
منبع:نویسنده : اسماعیل ذبیحی
روزنامه همشهری

[sajadhoosein]

نمونه‌های عملی از کاربرد فناوری‌نانو در تصفیه آب



نانولوله‌های کربنی می‌توانند برای تشکیل غشاهایی با تخلخل نانومتری و دارای قابلیت جداسازی آلودگی‌ها، به طور یکنواخت هم‌راستا شوند.

● فناوری‌نانولوله‌های کربنی
▪ غشاهای نانولوله‌‌ای
نانولوله‌های کربنی می‌توانند برای تشکیل غشاهایی با تخلخل نانومتری و دارای قابلیت جداسازی آلودگی‌ها، به طور یکنواخت هم‌راستا شوند. تخلخل‌های نانومتری نانولوله‌ها این فیلترها را از دیگر فناوری‌های فیلتراسیون بسیار انتخاب‌پذیرتر نموده است. همچنین نانولوله‌های کربنی دارای سطح ویژه بسیار بالا، نفوذپذیری زیاد و پایداری حرارتی و مکانیکی خوبی هستند. اگر چه چندین روش برای سنتز نانولوله‌های کربنی استفاده شده است، غشاهای نانولوله‌ای می‌توانند به وسیله پوشش‌دهی یک ویفر سیلیکونی با نانوذرات فلزی به عنوان کاتالیست، که موجب رشد عمودی و فشردگی بسیار زیاد نانولوله‌های کربنی می‌شود، سنتز شوند و پس از آن برای افزایش پایداری، فضای بین‌ نانولوله‌های کربنی را با مواد سرامیکی پر نمود.

▪ حذف آلودگی‌ها
مطالعات آزمایشگاهی نشان می‌دهد که غشاهای نانولوله‌ای می‌توانند تقریباً همه انواع آلودگی‌های آب را حذف کنند؛ این آلودگی شامل باکتری، ویروس، ترکیبات آلی و تیرگی است. همچنین این غشاها نویدی برای فرایند نمک‌زدایی و گزینه‌ای برای غشاهای اسمز معکوس هستند.

▪ مقدار تصفیه آب
اگر چه تخلخل نانولوله‌های کربنی به طور قابل توجهی کوچک است، غشاهای نانولوله‌ای نشان داده‌اند که به خاطر سطح داخلی صاف نانولوله‌ها، شدت جریان بیشتر یا یکسانی نسبت به تخلخل‌های بسیار بزرگ‌تر دارند.

▪ هزینه
با توسعه روش‌های جدید و بسیار مؤثر برای تولید نانولوله‌های کربنی، هزینه تولید غشاهای نانولوله‌‌ای به طور پیوسته کاهش می‌یابد. بر اساس پیش‌بینی‌ برخی منابع، به دلیل کاهش قیمت نانولوله‌های کربنی، غشاهای نانولوله‌ای بسیار ارزان‌تر از سایر غشاهای فیلتراسیون، غشاهای اسمز معکسوس، سرامیک و غشاهای پلیمری خواهد شد. از آن جا که نانولوله‌های کربنی شدت جریان بالایی را نشان می‌دهند، فشار مورد نیاز برای انتقال آب نسبت به فرایند نمک‌زدایی با اسمز معکوس، کاهش می‌یابد و به دلیل این ذخیره انرژی، نمک‌زدایی با استفاده از فیلترهای نانولوله‌ای بسیار ارزان‌تر از اسمز معکوس خواهد بود. انتظار می‌رود غشاهای نانولوله‌ای بسیار بادوام‌تر از غشاهای متداول باشند و استفاده مجدد از آنها بازدهی فیلتراسیون را کاهش ندهد. ([ برای مشاهده لینک ، لطفا با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ])

▪ روش مصرف
غشاهای نانولوله‌ای می‌توانند در گزینه‌های مشابهی به عنوان غشاهای میکروفیلتراسیون و اولترا فیلتراسیون استفاده شوند. مطالعات نشان می‌دهد که این مواد بادوام و در برابر گرما مقاومند و تمیز کردن و استفاده مجدد از آنها ساده است و با استفاده از فرایند اولتراسونیک و اتوکلاو درC ْ۱۲۱ در مدت ۳۰ دقیقه تمیز می‌شوند.

▪ توضیحات تکمیلی
انتظار می‌رود در پنج الی ده سال آینده، شاهد ورود غشاهای نانولوله‌ای نمک‌زا به بازار باشیم. اخیراً محققان برای غلبه بر چالش‌های مرتبط با افزایش مقیاس فناوری، فعالیت‌های تازه‌ای را مدنظر قرار داده‌اند.

● نانوغربال‌ها
آزمایشگاه‌های سلدن (Seldon)، چندین طرح مبتنی بر فیلترهای نانوغربال را توسعه داده‌اند. نانوغربال از نانولوله‌های کربنی جفت‌ شده با یکدیگر تشکیل می‌شود که روی یک زیرلایه متخلخل و منعطف قرار گرفته‌اند. و می‌توان برای تشکیل فیلترهای شبه‌کاغذی، آنها را روی یک زیرلایه صاف و یا لوله‌ای قرار داد، با این کار توانایی پیچیده شده شدن به اطراف هر ساختار استوانه‌ای متداول و یا هر ساختار دیگری را به دست می‌آورند، همچنین برای افزایش سطح فیلتر می‌توان نانوغربال‌های مسطح را تا زد. اخیراً در آزمایشگاه‌های مذکور چندین نمونه فیلتر قابل حمل مبتنی بر این فناوری، برای خالص‌سازی آب ساخته شده‌اند؛ این فیلترها در اندازه قلم بوده و تحت عنوان ابزارهای فیلتراسیون نی‌مانند به نام water stick معروف هستند.

▪ حذف آلودگی‌ها
از نانوغربال‌ها می‌توان در حذف گستره وسیعی از ترکیبات آلی و معدنی و یا مواد زیستی استفاده کرد. این فیلتر می‌تواند از چندین لایه نانولوله‌ کربنی ساخته شود که هر لایه قابلیت حذف نوع متفاوتی از ترکیبات را دارد. نانوغربال‌های مورد استفاده در Water stick توانایی حذف بیش از ۹۹/۹۹ درصد از باکتری‌ها، ویروس‌ها، کیست‌ها، میکروب‌ها، کپک‌ها، انگل‌ها، و همچنین کاهش قابل توجه آرسنیک و سرب را دارند. نانوغربال‌های چند عملکردی نیز مانند ترکیبات معدنی اعم از فلزات سنگین، کودها، فاضلاب‌های صنعتی و دیگر مواد می‌توانند ترکیبات آلی از قبیل Pesticideها و herbicideها را حذف نمایند. همچنین می‌توان فیلتر را با یک لایه ضدباکتری برای جلوگیری از تشکیل فیلم بیولوژیکی پوشاند. در حال حاضر آزمایشگاه‌های سلدن مشغول ارتقای این فناوری برای استفاده از آن در نمک‌زدایی از آب دریا هستند. ([ برای مشاهده لینک ، لطفا با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ])

▪ مقدار تصفیه آب
نانوغربال‌ها در مقایسه با دیگر ابزارهای فیلتراسیون که دارای همان اندازه تخلخل هستند، به دلیل خواص انتقال جرم سریع نانولوله‌ها، بدون استفاده از فشار، شدت جریان مناسبی را تأمین می‌کنند. در یک فیلتر نمونه با قطر پنج سانتی‌متر شدت جریان شش لیتر بر ساعت مشاهده شده است. همچنین water stick برای تصفیه یک لیتر آب آلوده در ۹۰ ثانیه طراحی شده است. این فیلتر، در طول عمر مفیدش ۲۰۰ تا۳۰۰ لیتر آب تولید می‌کند؛ اگر چه این مقدار می‌تواند با تغییرات پیش از فیلتراسیون افزایش داده شود.

▪ هزینه
آزمایشگاه‌ سازنده برای قیمت‌گذاری water stick یک طرح رقابتی را با دیگر فناوری‌های مشابه در نظر دارد، تا این فناوری برای مردم کشورهای در حال توسعه قابل استفاده باشد.

▪ روش مصرف


▪ توضیحات تکمیلی
آزمایشگاه‌های سلدن، سیستم تولیدی را برای تولید نانوغربال‌ها توسعه داده‌اند؛ این سیستم دارای صرفه اقتصادی، ظرفیت تولید ۲۷۶ متر مربع بر ماه است که هر متر مربع برای ۳۹۶ فیلتر کافی است. در حال حاضر پزشکان آفریقایی نمونه‌ای از water stick را مورد استفاده قرار داده‌اند.

● روش‌های دیگر نانوفیلتراسیون
▪ فیلتر آلومینای نانولیفی
شرکت Argonide فناوری جاذب‌های نانولیفی را به صورت کارتریج فیلترهای نانوسرام عرضه کرده است. این جاذب‌ها از نانوالیاف آلومینا با بار مثبت روی زیرلایه شیشه‌ای تشکیل شده‌اند. نانوالیاف آلومینا سطح بیشتری نسبت به الیاف متداول داشته و بار مثبت بالایی دارند که باعث جذب سریع‌تر آلودگی‌‌های باردار منفی از قبیل ویروس‌ها، باکتری‌ها و کلوئیدهای آلی و غیرآلی می‌شود.

▪ حذف آلودگی‌ها
فیلترهای نانوسرام بیش از ۹۹/۹۹ درصد ویروس‌ها، باکتری‌ها، انگل‌ها، ترکیبات آلی طبیعی، DNA و کدری را حذف می‌کند، همچنین دارای قابلیت جذب ۹/۹۹ درصد از نمک‌ها، مواد رادیواکتیو و فلزات سنگین از قبیل کروم، آرسنیک و سرب را هستند، حتی اگر ذرات، نانومقیاس و یا حل شده باشند. فیلترهای نانوسرام در PH بین پنج تا ۹ بهتر عمل می‌کنند.

▪ مقدار تصفیه آب
شدت جریان فیلترهای نانوسرام بدون استفاده از فشار حدود یک تا ۵/۱ لیتر بر ساعت، به ازای هر سانتی‌متر مربع از فیلتر است. حداکثر فشار چهار bar می‌تواند به فیلتر اعمال شود که منجر به شدت جریان ۹ تا ده لیتر بر ساعت به ازای هر سانتی‌متر مربع از فیلتر خواهد شد. کارتریج فیلترهای نانوسرام دارای یک طراحی تاخورده است که سطح آنها را افزایش می‌دهد. همچنین طبق گزارش فیلتر به طور متوسط مقاومت عملکردی بالایی نسبت به غشاهای بسیار متخلخل دارد.

▪ هزینه
شرکت آرگوناید (Argonide) هزینه تولید فیلترهای نانوسرام را ارزان اعلام کرده است؛ چرا که آنها می‌توانند با استفاده از فناوری کاغذسازی تولید شوند. در حال حاضر هر متر مربع فیلتر ده دلار هزینه برمی‌دارد، که ممکن است این مقدار به سه دلار برسد. کار تریج فیلترها به ازای ۲۰-۲۰۰ فیلتر، وابسته به قطر آنها در حدود ۳۷ دلار هزینه دارند. صفحات فیلتر می‌توانند با قرار گرفتن در اطراف لوله‌های فلزی، بین دو فیلتر متداول و یا در یک نگهدارنده مجزا، هزینه نهایی فیلتر را کاهش دهند. ([ برای مشاهده لینک ، لطفا با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]) فیلترهای نانوسرام به جای جمع‌آوری ذرات بسیار ریز بر روی سطح، آنها را جذب می‌کنند؛ بنابراین نسبتاً عمر مفید و طولانی‌تری دارند.

▪ روش مصرف
مطابق با توصیه‌های شرکت آرگوناید، فیلترهای نانوسرام به تصفیه‌های پیشین و یا پسین، تمیز کردن، شارژ مجدد فیلتر و یا از بین بردن مواد زاید خطرناک نیاز ندارند. این فیلترها به طور همزمان ترکیبات شیمیایی و بیولوژیکی را بدون استفاده از مواد گندزدای شیمیایی و یا مواد منعقدکننده، حتی در آب‌های شور بسیار کدر حذف می‌کنند.

▪ توضیحات تکمیلی
به گفته شرکت آرگوناید، فیلترهای نانوسرام می‌توانند پودرهای بسیار ریز فلزی حذف شده را برای کاربردهای صنعتی بازیافت کنند. ([ برای مشاهده لینک ، لطفا با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ])

● نانوالیاف جاذب جریان
شرکت KX طرحی از فیلترهای جاذب جریان شامل نانوالیاف را با هدف استفاده در کشورهای در حال توسعه بهره‌برداری کرده است. فیلتر شامل یک لایه پیش فیلتراسیون برای حذف چرک‌ها، یک لایه جاذب برای حذف آلودگی‌های شیمیایی و یک لایه نانوالیاف برای حذف آلودگی‌ها و ذرات کلوئیدی است. نانوالیاف از چندین پلیمر آب‌دوست، رزین‌ها، سرامیک‌ها، سلولز، آلومینا و دیگر مواد ساخته می‌شوند. این فناوری در مقیاس‌های خانگی و شهری قابل دسترسی است.

▪ حذف آلودگی‌ها
طبق گزارش‌ها، فیلترهای سطح فعال بیش از ۹۹ درصد از باکتری‌ها، ‌ویروس‌ها، انگل‌ها، آلودگی‌های آلی و دیگر آلودگی‌های شیمیایی را حذف می‌کنند.

▪ مقدار تصفیه آب
طبق اعلام شرکت‌ سازنده، مقیاس خانگی فیلترهای سطح فعال می‌تواند به ازای هر فیلتر۳۷۵ لیتر آب را با سرعت چهار تا شش لیتر بر ساعت تولید کند. در مقیاس روستایی بیش از ۷۵۰۰ لیتر بر روز با سرعت ۶/۵ لیتر بر دقیقه تولید می‌کند. در مقیاس روستایی هر فیلتر برای بیش از ۹۵ هزار لیتر آب مؤثر است.

▪ هزینه
انتظار می‌رود فیلترهای خانگی شش تا۱۱ دلار فروخته شوند و فیلترهای جایگزین برای آنها ۸/۰تا۹/۰ دلار هزینه دربر خواهد داشت؛ یعنی ۰۰۲/۰ دلار به ازای هر لیتر آب. همچنین فیلترهای روستایی بین ۱۰۰ تا ۱۵۰ دلار هزینه خواهند داشت که تقریباً ۰۰۰۳/۰ دلار به ازای هر لیتر است.

▪ روش مصرف
طراحی فیلترهای سطح فعال به گونه‌ای است که بدون استفاده از تجهیزات وسیع، یا نگهدارنده به‌آسانی قابل استفاده باشند.

● سرامیک‌های نانو‌حفره‌ای، کِلِی‌ها و دیگر جاذب‌ها
▪ غشای سرامیکی نانوحفره‌ای
شرکت آلمانی AG Nanovation، طرحی از فیلترهای سرامیکی نانوحفره‌ای را تحت عنوان Nano pore و سیستم‌های فیلتراسیون غشایی را با مقیاس‌های متنوعی عرضه نموده است. فیلترهای غشایی Nano pore از نانوپودرهای سرامیکی روی مواد پایه از قبیل آلومینا تشکیل شده‌اند و در اندازه‌های متفاوت و در دو شکل لوله‌ای و مسطح موجود هستند. این محصولات با استفاده از نانوپودرهای سرامیکی شرکت و تحت فرایندهای پیوسته تولید می‌شوند.

▪ حذف آلودگی‌ها
طبق ادعای شرکت سازنده، فیلترهای غشایی Nanopore باکتری‌ها، ویروس‌ها و قارچ‌ها به طور مؤثر از آب حذف می‌کنند. علاوه بر این آزمایش‌های کیفی آب، Coliformها، fecal coliformها، Salmonella یا streptococci را در آب تصفیه شده نشان نمی‌دهند.

▪ مقدار تصفیه آب
مقدار آب تولیدی وابسته به اندازه و شکل فیلتر و کیفیت آب تصفیه شده است. یک واحد فیلتراسیون با ابعاد cm ۱۵× ۶۰×۱۲۰ سطحی معادل با ۲ m ۱۱ ایجاد کرده، می‌تواند ۸ هزار لیتر آب آلوده را در روز تصفیه کند.

▪ هزینه
‌تولید سیستم‌های فیلتراسیون غشایی بر مبنای pore Nano با فرایندهای پیوسته که همزمان تمامی لایه‌های فیلتر مونتاژ می‌شوند، ارزان است؛ هنگامی که تمامی هزینه‌های فیلتراسیون که شامل حفظ، ‌جایگزینی فیلترها، تمیز کردن عوامل و هزینه‌های عملیاتی است، با مواردی از قبیل عمر طولانی‌تر فیلتر، پایداری بیشتر و تمیز کردن کمتر همراه شوند، هزینه این فیلترها با فیلترهای پلیمری قابل رقابت می‌گردد. ([ برای مشاهده لینک ، لطفا با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ])

▪ روش مصرف
فیلترهای غشایی Nano pore با توجه به خواص ضدرسوبی بسیار شدید خود نیاز به تمیزسازی مکرر ندارند. همچنین می‌تواند به جای پاکسازی شیمیایی با بخار استرلیزه شود. غشاهای Nano pore نسبت به آلودگی‌های قارچی و باکتریایی، اصطکاک، اسید و بازهای غلیظ شده، دمای بالا و اکسیداسیون مقاوم هستند.

» منبع: ستاد ویژه توسعه فناوری نانو Water stick که شبیه نی نوشیدنی طراحی شده آب تمیز آشامیدنی تولید می‌کند. اخیراً نمونه‌ای از Water stick به گونه‌ای طراحی شده است که می‌توان وسیله‌ای با فیلتر قابل تعویض را طراحی کرد. علاوه بر این هنگامی که عمر مفید این فیلتر به پایان می‌رسد، به طور اتوماتیک جریان را متوقف می‌‌کند. نانوغربال‌ها توان ترکیب با دیگر ابزارهای فیلتراسیون را دارند.

[sajadhoosein]

آينده زير سايه نانو

[ برای مشاهده لینک ، لطفا با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

نانو فناورى در تعريفى بسيار ساده ، يعنى تكنولوژى هايى كه در ابعاد نانومترى عمل مى كنند. نانومتر واحد اندازه گيرى است و برابر يك ميلياردم متر يا ۱۰به توان ۹-متر است . اندازه اتم ها و مولكول ها در اين محدوده قرار دارد، بنابراين با ورود به اين فضاى كوچك بشر مى تواند در نحوه چينش و آرايش اتم ها و مولكول ها دخالت كند و به ساخت مواد جديد و ساختارهايى متفاوت با آنچه تاكنون وجود داشته است بپردازد.
توليد نانو تيوب هاى كربنى (ساختارهاى لوله اى كربنى) ماده اى در اختيار بشر قرار داد كه رساناتر از مس، مقاوم تر از فولاد و سبك تر از آلومينيوم است. همچنين با استفاده از نانو ذرات مى توان سطوح خود تيزشونده يا هميشه تميز ساخت و ربايش مغناطيسى را چندين برابر كرد. لاستيك هاى با عمر بالاى ۱۰ سال و دارورسانى به تك سلول هاى آسيب ديده در بدن از توانايى هايى است كه بشر به مدد نانوفناورى به آن دست يافته است. اگر بپذيريم كه نانو فناورى توانمندى توليد مواد، ابزارها و سيستم هاى جديد، با در دست گرفتن كنترل در سطوح اتمى و مولكولى و استفاده از خواص آن سطوح است آنگاه درخواهيم يافت كه كاربردهاى اين فناورى در حوزه هاى مختلف اعم از غذا، دارو، تشخيص پزشكى، فناورى زيستى ، الكترونيك، كامپيوتر، ارتباطات، حمل و نقل، انرژى ، محيط زيست و امنيت ملى خواهد بود به گونه اى كه به زحمت مى توان عرصه اى را كه از آن تأثير نپذيرد معرفى كرد.
هرچند آزمايش ها و تحقيقات پيرامون نانو تكنولوژى از ابتداى دهه ۸۰ قرن بيستم به طور جدى پيگيرى شد، اما اثرات تحول آفرين و باورنكردنى نانوفناورى در روند تحقيق و توسعه باعث گرديد كه نظر همگى كشورهاى بزرگ به اين موضوع جلب گردد و فناورى نانو را به عنوان يكى از مهم ترين اولويت هاى تحقيقاتى خويش طى دهه اول قرن بيست و يكم محسوب كنند. لذا محققان ، اساتيد و صنعتگران ايرانى نيز بايد در بسيجى همگانى، جايگاه و وضعيت خويش را درباره اين موضوع مشخص كنند و با يك برنامه ريزى علمى و كارشناسانه به حضورى فعال و حتى رقابتى دراين جايگاه ابراز وجود كنند. زيرا بسيارى از صاحب نظران و محققان، نانوفناورى را مساوى آينده دانسته اند به عبارت ديگر مى توان گفت، اولويت كشور، هر صنعت و فناورى كه باشد بدون تسلط بر ابعادنانو، در دنياى جديد نمى توان در آن صنعت و فناورى حرفى در دنيا زد. ماهيت فرارشته اى علوم و فناورى نانو به عنوان توانمندى توليدمواد، ابزارها و سيستم هاى جديد با دقت اتم و مولكول، موجب كاربردهاى بسيار زيادى در عرصه هاى مختلف علمى و صنعتى شده است.

[ برای مشاهده لینک ، لطفا با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]
براى مثال در بخش پزشكى و بهداشت از زمينه هاى كارى بسيار مهم نانوفناورى، سيستم توزيع دارو درداخل بدن است . مصرف دارو در حال حاضر به صورت حجمى است در حالى كه سلول هاى خاصى از بدن نيازمند آن هستند ، در روش جديد دارو با وسايل تزريق متفاوت با امروزه، به صورت مستقيم به سمت سلول هاى مشخص جهت گيرى شد و دارو به محل نياز تحويل داده مى شود. از نظر دفاعى نيز اين فناورى براى كشورها هم فرصت و هم تهديد است. به لحاظ كاربردهاى زياد اين فناورى گرايش زيادى در بخش دفاعى كشورها به تحقيق و توسعه صورت گرفته است. اين كاربردها از لباس هاى مانع خطر تا پرنده هاى بسيار كوچك تجهيزات اطلاعاتى و بسيارى موارد ديگر است كه هم اكنون با حمايت وزارتخانه هاى دفاع كشورهايى چون آمريكا ، ژاپن و برخى كشورهاى اروپايى به صورت طرح هاى تحقيقاتى در حال انجام هستند. نانوفناورى، تغيير بنيانى مسيرى است كه در آينده موجب ساخت مواد جديدخواهد شد و انقلابى در مواد ايجادخواهد كرد كه محققان قادر به ساخت موادى خواهند شد كه در طبيعت نبوده و شيمى مرسوم نيز قادر به ايجادشان نيست.
برخى از مزاياى مواد نانوساختار، عبارت است از مواد سبك تر، قوى تر، قابل برنامه ريزى، كاهش هزينه عمر كارى از طريق كاهش دفعات نقص فنى ابزارهايى نوين برپايه اصول و معمارى جديد، صنعت خودرو و لوازم خانگى بااستفاده از اين فناورى جديد در درازمدت مى توان تومورهاى مغزى را به درستى تشخيص داد و نيز بدون آسيب زدن به بافت هاى سالم و با استفاده از پرتو درمانى اين بيمارى را بهبود بخشيد، نانو كپسول هاى توليدى با استفاده از فناورى نانو، داراى موادى مانند ويتامين A ، رتينول و بتاكاروتن خواهد بود كه بايد به لايه هاى عمقى پوست منتقل شوند تا بيشترين خواص ضدپيرى و ساير خواص دارويى خود را بروز دهند. با كارگذارى نانو ذرات فعال نورى در داخل گلبول هاى سفيد خون موفق به شناسايى سلول هاى آسيب ديده خواهيم شد. در زمينه انرژى مى تواند به طور قابل ملاحظه اى كارآيى ، ذخيره سازى و توليد انرژى را تحت تأثير قرار داده و مصرف انرژى را پايين بياورد.
به عنوان مثال شركت هاى موادشيميايى، موادپليمرى تقويت شده را ساخته اند كه مى تواند جايگزين اجزاى فلزى بدنه اتومبيل ها شود. استفاده گسترده از اين نانوكامپوزيت ها مى تواند ساليانه ۱ ‎ / ۵ ميليارد ليتر صرفه جويى مصرف بنزين به همراه داشته باشد.
چندمحصول تجارى شده با استفاده از فناورى نانو

در زير چند محصول برتر نانو فناورى در سال ۲۰۰۳ طبقه بندى شده است. اين خبر نشان مى دهد كسانى كه هنوز معتقدند نانو فناورى فقط در آزمايشگاه است، اشتباه مى كنند.
پارچه هاى ضدچروك و ضدلكه

شركتى با اضافه كردن ساختارهاى مولكولى به الياف كتان، اليافى ساخته است كه مايعات و لكه ها برروى آنها حركت كرده و جذب نمى شوند. بنابراين چنانچه قهوه برروى شلوار سفيدرنگى ريخته شود به طرز شگفت آورى روى آن حركت كرده و جذب نمى شود.
محافظت پوست، با قابليت نفوذ عميق

يكى از بزرگ ترين شركت هاى توليدكننده موادآرايشى در جهان نخستين محصول نانوفناورى خود را در سال ،۱۹۹۸ معرفى كرد. اين محصول كرم ضدچروك Plenitude Revitalift است كه در توليد اين كرم از يك فرآيند انحصارى نانو فناورى به منظور داخل كردن ويتامين A به درون يك كپسول پليمرى استفاده شده است. كپسول مانند اسفنج ،كرم را درون خود جذب و نگهدارى مى كند تا اين كه پوسته بيرونى آن در زيرپوست حل شود.
عينك هاى آفتابى با كيفيت بالا

شركتى ديگر با استفاده از نانو فناورى، پوشش هاى پليمرى بسيارنازك، ضدانعكاس و حفاظتى براى عينك ها ساخته است بطورى كه شيشه آنها در مقابل خراشيدگى مقاومت داشته و ضدانعكاس نيست اين پوشش چربى ها و لكه ها را از روى عدسى ها برطرف و عدسى ها را حساس تر مى كند.
نانو جوراب

نه فقط ورزشكارها بلكه اكثر مردم از عرق پا رنج مى برند و نمى توانند آن را تحمل كنند بطور طبيعى هر پا داراى ۲۵۰هزار غدد عرقى است كه قادرند حدود ۵۰۰ ميلى ليتر عرق در روز توليد كنند.
به تازگى جوراب هايى از جنس كتان كه به وسيله نانو ذرات نقره، بهبود يافته اند به وسيله شركت سول، وارد بازار شده است كه اين ذرات نقره از رشد باكترى ها و قارچ ها جلوگيرى كرده و بدين وسيله از چرب شدن و بدبوشدن پا جلوگيرى مى كنند.
كرم هاى ضدآفتاب

مصرف كرم هاى ضدآفتاب معمولى پوست را به قدرى سفيد مى كند كه حالت نامناسبى پيدامى كند. اين سفيدى ناشى از اكسيد روى است كه از پوست دربرابر هردونوع اشعه ماوراى بنفش A و B خورشيد محافظت مى كند. جهت حل اين مشكل شركت BASF ماده اى با كمك فناورى نانو، ساخته است كه سبب توليد نانو كريستال هاى اكسيدروى با خلوص بالا تهيه شده و اين امر منجر به افزايش مرغوبيت كرم هاى ضد آفتاب مى شود از ديگر مزاياى اين كرم ها اين است كه به وسيله پوست جذب نشده و ايجاد آلرژى نمى كند.

[sajadhoosein]

فناوری نانو


از آنجا که فناوری نانو نقطه تلاقی اصول مهندسی، فیزیک، زیست‌شناسی، پزشکی و شیمی است و به عنوان ابزاری برای کاربرد این علوم و غنی‌سازی آنها درجهت ساخت عناصر کاملا جدید عمل می‌کند. فناوری نانو منجر به انقلاب فناوری در هزاره جدید خواهد شد و کاربردهای الکترونیک، اطلاعات، زیست‌فناوری، صنایع هوافضا، محیط‌زیست و پزشکی و تمام بخش‌های اقتصادی نیز به طور عمده با فناوری نانو در ارتباط می‌باشند. تحقیق و توسعه در فناوری نانو برای تغییر در روش طراحی، تحلیل و ساخت بسیاری از تولیدات مهندسی لازم است. بنابراین استفاده از تمام ظرفیت‌های فناوری نانو برای کمک به جامعه لازم است تا نیروی کار موردنیاز برای تحقیق، توسعه و ساخت فراهم باشد. این موضوع نیازمند آموزش دانشجویانی با دانش و تخصص لازم توسط دانشگاه‌هاست. از سوی دیگر در حالی که دولتها و بسیاری از کسب و کارهای سراسر جهان به خوبی از اثرات بالقوه فناوری نانو باخبرند، هنوز اکثریت مردم درک نکرده‌اند که فناوری نانو چیست و چرا مهم است. عمده مشکلات در نحوه اطلاع‌رسانی این موضوع کاملا فنی به عامه مردم است. برخلاف انقلاب فناوری اطلاعات که محصولاتشان را می‌توانستید در جیب گذاشته و با آنها به اینترنت متصل شوید یا ایمیل بفرستید فناوری نانو به عنوان یک فناوری بنیادین خیلی کمتر ملموس می باشد.
هنوز هم این تلقی عمومی وجود دارد که فناوری نانو علمی مربوط به آینده و روبات‌های کوچک است، در حالی که فاصله‌ای عمیق بین تلقی صورت گرفته از فناوری نانو و واقعیت کاربردی علم نانو در فرایندهای صنعتی و تجاری وجود دارد و این چیزی است که علاوه بر متخصصان هر رشته عامه مردم نیز باید از آن آ‌گاه باشند. در این رهگذر آموزش فناوری نانو اجتناب‌ناپذیر است ، زیرا وجود شهروندان مطلع از قابلیت ها و ویژگی‌های این فناوری جدید لازم و ضروریست، همچنین صنایع برای تامین نیروی کاری خود نیازمند افراد آموزش دیده هستند. حال بهتر است بدانیم که آیا اساسا نانو یک علم است یا تکنولوژی؟ نانو تکنولوژی‌ای است که به وسیله آن ما در خواص مولکول‌های تشکیل‌دهنده مواد تغییر ایجاد می‌نماییم تا بتوانیم از این مواد بهتر استفاده کنیم. در نگاه اول اینطور به نظر می‌رسد که نانو یک علم باشد، اینکه ما در خواص مولکولی مواد تغییرات ایجاد می‌نماییم ما را بر این می‌دارد تا نانو را به عنوان یک علم نوین در کنار علوم دیگر همچون علم شیمی بپذیریم. اما آیا این نظریه درست است که نانو یک علم نوین می‌باشد که در قرن بیست و یکم موجب پیشرفت بسیار سریع بشر در شناخت اسرار هستی شده است؟ دانشمندان به تازگی بر این باورند که دوره کشف علوم جدید به پایان رسیده است. شاید موقع آن فرارسیده تا از زاویه‌ای دیگر به علوم مختلف نگاه کنیم.
آنها معتقدند ما می‌توانیم با تغییر در خواص مولکولی مواد کارائی‌شان را بهبود دهیم. به همین دلیل از نانو به عنوان یک تکنولوژی و یا یک فن‌آوری نوین نام برده می شود، نه علمی که تازه بشر آنرا کشف کرده است. نانو تکنولوژی‌ای است با نگاهی مجدد به وسایل، سیستم‌ها و موادی که تاکنون ساخته شده‌اند ، با هدف برطرف کردن عیوب آنها. نانو تکنولوژی نگاهی تازه به علوم از زوایای مرموز طبیعت می‌باشد. این نگاه تازه به جهان هستی تمدن بشر را متحول خواهد ساخت به طوری که شاید بتوان راه هزار ساله را یک شبه پیمود و اما معنای نانوتکنولوژی (Nanotechnology) در ترجمه لفظ به لفظ به معنی تکنولوژی بسیار کوچک (نانو به معنی بسیار بسیار کوچک، مقیاس ۱۰ به توان ۹ - بار کوچک‌تر) می‌باشد.
این تعریف نمی‌تواند معنی واژه Nanotechnology را به صورت کامل بیان نماید، زیرا از این ترجمه لفظ به لفظ چنین برمی‌آید که ما می‌توانیم چیزهای بسیار بسیار کوچک در مقیاس ۱۰ به توان ۹ - بسازیم شاید نانوتکنولوژی این کار را به راحتی میسر نماید اما این تنها یکی از توانایی‌های نانو در عصر حاضر است. اگر معنی این کلمه را چنین برداشت کنیم، خواهیم دید که بسیاری از وسایل قبلا نیز در مقیاس کوچک‌تر به دست بشر تولید شده بودند اما نام این کار تکنولوژی نانو نیست. اینکه ما بخواهیم وسایلی بسازیم که مقیاس آنها نسبت به نمونه فعلی آنها میلیاردها بار کوچک‌تر باشد، تنها یکی از ابعاد نانوتکنولوژی به شمار می‌رود اما ترجمه علمی آن که در بین دانشمندان این فناوری بسیار مورد استفاده قرار می‌گیرد دریچه‌های مرموز نانوتکنولوژی را برای شما آشکارتر خواهد ساخت.
نانوتکنولوژی تازه‌ترین فناوری است که بشر به آن دست یافته و در آن سعی می‌شود تا با استفاده از خواص مولکولی مواد موجود در طبیعت وسایلی ساخته شود تا مشکلات این وسایل را که در حال حاضر گریبان‌گیر بشر است مرتفع ساخته و همچنین کارایی آنها را نیز بالا ببرد. به عبارت دیگر نانوتکنولوژی فناوری تغییر در خواص مولکول‌های تشکیل‌دهنده مواد است و به همین دلیل مقیاس نانو بهترین تعریف برای این تکنولوژی می‌باشد. بشر سعی دارد تا با استفاده از نانو خواص مولکول‌ها را تغییر دهد تا وقتی جسمی از این مولکول‌ها درست شد تمام خواص این مولکول‌ها را در خود داشته باشد.
منبع:مونا موسی‌نژاد
منبع:
برای مشاهده محتوا ، لطفا وارد شوید یا ثبت نام کنید
مجله گسترش صنعت

[sajadhoosein]

كوچك، زیباست

[ برای مشاهده لینک ، لطفا با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

دنیای پر از تحول امروز، هر زمان عرصه‌ای تازه، پیش روی بشر قرار می‌دهد و فصلی نو آغاز می‌شود. شاید معنای دقیق اصطلاح «كوچك، زیباست» را بتوان در یكی از جدیدترین ورق‌های ابتكارات بشر یعنی «نانوتكنولوژی» یافت.

ریچارد فایمن معتقد بود اگر دانشمندان توانسته‌اند ترانزیستورها و دیگر سازه‌ها را با مقیاس‌های كوچك بسازند، بنابراین ما می‌توانیم آن را كوچك و كوچك‌تر كنیم. در واقع آنها را به مرزهای حقیقی خود در لبه‌های نامعلوم كوانتم، نزدیك كرده‌ایم، به گونه‌ای كه یك اتم را در مقابل دیگری به گونه‌ای قرار دهیم كه بتوانیم كوچك‌ترین محصول مصنوعی و ساختگی ممكن را ایجاد كنیم.
فایمن در ذهن خود یك «دكتر مولكولی» را تصور كرد كه صدها بار از یك سلول، كوچك‌تر است و می‌توان آن را به بدن انسان تزریق كرد تا برای مطالعه و تأیید سلامتی سلول‌ها، انجام اعمال ترمیمی و نگهداری بدن در سلامت كامل، سیر كند.
كلمه «بزرگ» در آن سال‌ها اهمیتی ویژه داشت، اما از زمانی كه فایمن، نظرات و منطق خود را بازگو كرد، جهان به سوی كوچك شدن در حركت بود. از دهه ۸۰، اصطلاح و علم نانوتكنولوژی وارد حوزه دانش بشری شد و این رؤیا به تحقیق پیوست.
بسیاری از صاحب‌نظران و پژوهشگران، نانوتكنولوژی را مساوی آینده دانسته‌اند. برای مثال، كمیته مشاوران رئیس‌جمهور امریكا در علوم و فناوری برنامه ملی نانوتكنولوژی برای سال ۲۰۰۱ را محور آینده جهان می‌دانند. صاحب‌نظران معتقدند به دلیل تأثیر نانوتكنولوژی بر بیشتر صنایع و فناوری‌های موجود، متخصصان رشته‌های مختلف بدون گرایش به مباحث نانو در دهه‌های آینده، فرصتی برای رشد نخواهند داشت و شكوفایی فناوری‌های مهمی نظیر صنعت خودرو و قطعه‌سازی بدون بهره‌گیری از نانوتكنولوژی، مختل خواهد شد. توجه به این مسئله برای دانشگاهیان، محققان، مسئولان و صنعتگران، امری ضروری و حیاتی است.
به بیان دیگر، هر صنعت و فناوری كه در دنیای جدید به عنوان اولویت كشور در نظر گرفته شود، بدون تسلط بر ابعاد نانو، حرفی برای گفتن ندارد.
توجه به ۲ موضوع اساسی در این زمینه، مهم است:

فناوری‌های نوین به دلیل ویژگی‌های خاص خود به مدیریت ویژه برای توسعه، نیاز دارند. برخی ویژگی‌های فناوری‌های نوین عبارتند از:
سرعت زیاد رشد و تجاری شدن، كمبود فاصله تحقیقات تا بازار، دانش محوری، متخصص محوری، نیاز به قوانین و مقررات خاص و نیاز به سرمایه‌گذاری مخاطره‌آمیز.
فناوری نانو كه جدیدترین عرصه فناوری‌های پیشرفته است به دلیل تأثیر گسترده بر تمام عرصه‌های زندگی، پیش‌بینی بازار هزار میلیارد دلاری در دو سال آینده، بیش رشته‌ای بودن و قرارگیری در ابتدای چرخه عمر فناوری، نیازمند توجه بیشتر به مدیریت كلان توسعه است.

توسعه فناوری‌های نوین به دلیل دانش محوری آنها نیازمند نیروهای متخصص در همه ابعاد توسعه است. امروزه مهمترین زیرساخت لازم برای توسعه فناوری‌های پیشرفته در كشورها، تربیت نیروی انسانی توانمند است.
تجربه كشورهای موفق نشان می‌دهد كه برای آموزش نیروی انسانی نباید صرفاً به نیازهای آموزشی و پژوهشی توجه كرد بلكه توجه به حلقه‌های زنجیره فناوری اعم از: آموزش، پژوهش و دستیابی به فناوری، زیرساخت‌ها، صنعت، سرمایه‌گذاری ریسك‌ناپذیر، بازاریابی و غیره ضروری است… .
در مجموع نانوتكنولوژی به عنوان فناوری عام و انقلابی، فرصتی ویژه برای توسعه فناوری در كشور است. وجود نیروی فرهیخته و پیشرفت‌های تكنولوژی در كشور، زمینه‌های پیشرفت نانوتكنولوژی را فراهم كرده است و با برنامه‌ریزی دقیق می‌توان آینده‌ای روشن و درخشان را برای نانوتكنولوژی، ترسیم كرد.


۴۰ سال پیش، «ریچارد فایمن» متخصص كوانتم نظری و دارنده جایزه نوبل، در سخنرانی معروف خود با عنوان «آن پایین فضای بسیاری هست»، بعد رشد نیافته علم مواد را بررسی كرد. وی معتقد بود «اصول فیزیك، تا آنجا كه من توانایی فهم آن را دارم، برخلاف امكان ساختن اتم به اتم چیزها حرفی نمی‌زند». ۱) مدیریت توسعه فناوری ۲) جامع‌نگری در آموزش نیروی انسانی

[sajadhoosein]

فناوری نانو چیست؟


فناوری نوین نانوتكنولوژی، تمام دنیا را فرا گرفته است. به بیان دیگر، «نانوتكنولوژی بخشی از آینده نیست بلكه همه آینده است». در این نوشتار بعد از تعریف نانوتكنولوژی و بیان كاربردهای آن دلایل و ضرورت‌های توجه به این فناوری، بیان شده است.
● تعریف نانوتكنولوژی و آشنایی با آن
نانوتكنولوژی، توانمندی تولید مواد، ابزار و سیستم‌های جدید با كنترل سطوح مولكولی و اتمی و استفاده از خواصی است كه در آن سطوح ظاهر می‌شود. نانوتكنولوژی، رشته‌ای جدید نیست، بلكه رویكردی جدید به تمام رشته‌هاست. نانوتكنولوژی، در حوزه‌های مختلفی نظیر: غذا، دارو، تشخیص پزشكی، بیوتكنولوژی، الكترونیك، رایانه، ارتباطات، حمل و نقل، انرژی، محیط زیست، مواد، هوافضا و امنیت ملی، كاربرد دارد. كاربردهای وسیع و پیامدهای اجتماعی، سیاسی و حقوقی نانوتكنولوژی آن را به زمینه‌ای فرابخشی، تبدیل كرده است.
آزمایش و تحقیق در مورد نانوتكنولوژی از ابتدای دهه ۸۰ قرن بیستم به‌طور جدی پیگیری شد، اما آثار معجزه‌آسا و باور نكردنی آن در روند تحقیق و توسعه، توجه همه كشورهای بزرگ را به خود جلب كرد. این امر، فناوری نانو را به یكی از مهم‌ترین اولویت‌های تحقیقاتی در دهه اول قرن بیست و یكم، تبدی كرد.
استفاده از فناوری نانو در علوم پزشكی، پتروشیمی، مواد، صنایع دفاعی، الكترونیك، رایانه‌های كوانتومی و غیره آن را به عنوان چالشی علمی و صنعتی برای جهانیان مطرح كرد. محققان، اساتید و صنعتگران ایرانی نیز باید در بسیجی همگانی، جایگاه، موقعیت و وضعیت خویش را در مورد این موضوع، مشخص كنند و با برنامه‌ریزی علمی و دقیق به حضوری فعال و رقابتی سالم در این جایگاه روی آورند. طراحی برنامه‌ای منسجم، فراگیر و همه جانبه برای این منظور، اجتناب‌ناپذیر است.
● نانوتكنولوژی و كاربردهای آن
فناوری نانو، عنصری اساسی باری درك بهتر طبیعت در دهه‌های آینده خواهد بود. همكاری‌های تحقیقاتی میان رشته‌ای، آموزش خاص و انتقال ایده‌ها و افراد به صنعت از جمله مزایای نانوتكنولوژی در آینده است. بخشی از تأثیرات و كاربردهای نانوتكنولوژی به شرح زیر است:

نانوتكنولوژی تغییر بنیانی مسیری است كه در آینده، موجب ساخت مواد و ابزار خواهد شد. امكان سنتز بلوك‌های ساختمانی نانو با اندازه و تركیب به دقت كنترل شده و سپس چیدن آنها در ساختارهای بزرگ‌تر، كه دارای خواص و كاركرد منحصر به فرد باشند، انقلابی در مواد و فرایندهای تولید آنها، ایجاد می‌كند. محققان، ساختارهایی از مواد را ایجاد خواهند كرد كه در طبیعت وجود ندارد و شیمی مرسوم، قادر به ایجاد آنها نیست. برخی از مزایای نانوساختارها عبارتند از: مواد سبك‌تر، قوی‌تر و قابل برنامه‌ریزی، كاهش هزینه عمر كاری با كاهش دفعات نقص فنی، ابزار نوین بر پایه اصول و معماری جدید و به‌كارگیری كارخانه‌های مولكولی یا خوشه‌ای كه مزیت مونتاژ مواد در سطح نانو را دارند.

رفتار مولكولی در مقیاس نانومتر، سیستم‌های زنده را اداره كرده و مقیاسی را ایجاد می‌كند كه شیمی، فیزیك، زیست‌شناسی و شبیه‌سازی رایانه‌ای به آن سمت گرایش دارند.
نانوتكنولوژی، فراتر از استفاده بهینه از دارو، فرمولاسیون و مسیرهایی برای رهایش دارو[۱] تهیه می‌كند و توان درمانی داروها را به نحو حیرت‌انگیزی، افزایش می‌دهد.
مواد زیست سازگار با كارایی بالا، از توانایی بشر در كنترل نانوساختارها به دست می‌آیند. نانو مواد سنتزی معدنی و آلی را می‌توان نظیر اجزای فعال، برای اعمال نقش تشخیصی، (مثل ذرات كوانتومی كه برای مرئی‌سازی به كار می‌رود) درون سلول‌ها وارد كرد.
افزایش توان محاسباتی به وسیله نانوتكنولوژی، ترسیم وضعیت شبكه‌های ماكرومولكولی را در محیط‌های واقعی ممكن می‌كنند. این‌گونه شبیه‌سازی‌ها برای بهبود قطعات كاسته شده زیست سازگار در بدن و برای فرایند كشف دارو، الزامی هستند.

نانوتكنولوژی تغییراتی شگرف در استفاده از منابع طبیعی، انرژی و‌ آب ایجاد می‌كند و پساب و آلودگی را كاهش می‌دهد. همچنین فناوری‌های جدید، امكان بازیافت مجدد از مواد، انرژی و آب را فراهم خواهند كرد. نانوتكنولوژی، بر محیط زیست، تأثیری قابل توجه دارد. از آن جمله: ایجاد و درمان مسائل زیست محیطی با كنترل انتشار آلاینده‌ها، توسعه فناوری‌های «سبز» جدید كه محصولات جانبی كمتری دارند. نانوتكنولوژی، توان حذف آلودگی‌های كوچك از منابع آبی (كمتر از ۲۰۰ نانومتر) و هوا (زیر ۲۰ نانومتر) و اندازه‌گیری و تخفیف مداوم آلودگی را در مناطق بزرگ‌تر دارد.
نانوتكنولوژی می‌تواند كارایی، ذخیره‌سازی و تولید انرژی را تحت تأثیر قرار دهد مصرف آن را كاهش دهد. برای مثال، شركت‌های مواد شیمیایی، مواد پلیمری تقویت شده با نانوذرات را ساخته‌اند كه می‌تواند جایگزین اجرای فلزی بدنه خودروها باشد. استفاده گسترده از این نانوكامپوزیت‌ها سالیانه ۵/۱ میلیارد لیتر صرفه‌جویی در مصرف بنزین، ایجاد می‌كند.
فناوری روشنایی در ۱۰ سال آینده، تغییرات عمده‌ای خواهد داشت. نیمه هادی‌های مورد استفاده در دیودهای نورانی (LEDها) به مقدار زیاد در ابعاد نانو تولید خواهد شد. تقریباً ۲۰ درصد از كل برق تولیدی امریكا، صرف روشنایی (چه لامپ‌های التهابی معمولی و چه فلوئورسنت) می‌شود، اما مطابق پیش‌بینی‌ها در ۱۰ تا ۱۵ سال آینده، پیشرفت‌های نانوتكنولوژی، مصرف جهانی را بیش از ۱۰درصد كاهش می‌دهد و سالانه ۱۰۰ میلیارد دلار، صرفه‌جویی و ۲۰۰ میلیون تن، كاهش انتشار كربن را به همراه دارد.

محدودیت‌های شدید سوخت برای حمل بار به مدار زمین و ماورای آن و ارسال فضاپیما برای مأموریت‌های طولانی به مناطق دور از خورشید، كاهش اندازه، وزن و توان مصرفی را اجتناب‌ناپذیر می‌كند. مواد و ابزار نانوساختاری، امیدهایی را برای حل این مشكل، ایجاد كرده است.
«نانو ساختن[۲]، طراحی و ساخت مواد سبك‌وزن، پرقدرت و سكوهای اكتشافی سیاره‌ای یا خورشیدی، فراهم كرده است. استفاده روزافزون از سیستم‌های كوچك شده خودكار به پیشرفت‌های شگرف در فناوری ساخت و تولید می‌انجامد. توجه به اینكه محیط فضا، نیروی جاذبه كم و خلأ بالا دارد، توسعه نانوساختارها و سیستم‌های نانو كه ساخت آنها در زمین ممكن نیست در فضا میسر خواهد شد.

برخی كاربردهای دفاعی نانوتكنولوژی عبارتند از: تسلط اطلاعاتی با نانوالكترونیك پیشرفته به عنوان قابلیتی مهم و نظامی، امكان آموزش مؤثر نیرو به كمك سیستم‌های واقعیت مجازی پیچیده و به دست آمده از الكترونیك نانوساختاری، استفاده بیشتر از اتوماسیون و رباتیك پیشرفته برای جبران كاهش نیروی انسانی نظامی، كاهش خطر برای سربازان و بهبود كارایی خودروهای نظامی، دستیابی به كارایی بالاتر (وزن كمتر و قدرت بیشتر) در صحنه‌های نظامی، كاهش نقص فنی و هزینه در عمر كاری تجهیزات نظامی، پیشرفت در شناسایی و مراقبت از عوامل شیمیایی، زیستی و هسته‌ای، بهبود طراحی در سیستم‌های كنترل و مدیریت عدم تكثیر سلاح‌های هسته‌ای، تلفیق ابزار نانو و میكرومكانیكی برای كنترل سیستم‌های دفاع هسته‌ای، فرصت‌های اقتصادی و نظامی مكمل یكدیگرند. كاربردهای درازمدت نانوتكنولوژی در زمینه‌های دیگر، پشتیبانی كننده امنیت ملی خواهد بود.

نانوتكنولوژی، ذخیره اطلاعات را در مقیاس فوق‌العاده كوچك، ممكن می‌كند. فناوری نانو، ظرفیت ذخیره اطلاعات را در حد ۱۰۰۰ برابر یا بیشتر افزایش می‌دهد و در نهایت، ابزار ابرمحاسباتی كوچكی به اندازه ساعت مچی، ساخته خواهد شد.
اگر ظرفیت نهایی ذخیره اطلاعات به حدود یك ترابیت در هر اینچ ربع برسد، ذخیره ۵۰ عدد DVD یا بیشتر در هارد دیسكی با ابعاد یك كارت اعتباری، ممكن خواهد شد.
ساخت تراشه‌ها در اندازه‌هایی كوچك نظیر ۳۲ تا ۹۰ نانومتر و یا تولید دیسك‌های نوری ۱۰۰ گیگا بایتی در اندازه‌های كوچك از جمله این موارد است.
● تاریخچه فناوری نانو در جهان


تفكرات Marvin Minsky به اندیشه‌های Feynman قوت بخشید. Minsky، پدر پاینده هوش‌های مصنوعی دهه ۷۰-۱۹۶۰، جهان را در تفكرات مربوط به آینده، رهبری می‌كرد. Eric Drexler در اواسط دهه ۷۰ Minsky را استاد راهنمای پایان‌نامه خود انتخاب كرد. Drexler به وسایل بسیار كوچك Feynman علاقه‌مند شده بود و می‌خواست مورد توانایی آنها را بررسی كند. Drexler در اوایل دهه ۸۰، درجه استادی خود را در رشته علوم رایانه دریافت كرده و انجمنی از دانشجویان را به دور خود جمع كرده بود. او افكار جوانان را با «نانوتكنولوژی» مشغول كرده بود. Drexler اولین مقاله خود را در مورد نانوتكنولوژی مولكولی (MNT) در ۱۹۸۱ ارائه داد. او كتاب Engin Of Creation: The coming era of Nanotechnology را در ۱۹۸۶ چاپ كرد. Drexler درجه دكترای نانوتكنولوژی را در ۱۹۹۱ از دانشگاه MIT دریافت كرد. او پیشروی طرح نانوتكنولوژی و هم‌اكنون رئیس انستیتو Foresight و Research Fellow است. ۱) تولید، مواد و محصولات صنعتی ۲) پزشكی و بدن انسان ۳) دوام‌پذیری منابع كشاورزی، آب، انرژی، مواد و محیط زیست پاك ۴) هوا و فضا ۵) امنیت ملی ۶) كاربرد نانوتكنولوژی در صنعت الكترونیك ۴۰ سال پیش، Richard Feynman متخصص كوانتوم نظری و دارند جایزه نوبل، بعد رشد نیافته علم مواد را بررسی كرد. وی در كنفرانس معروف خود عنوان «آن پایین فضایی بسیار وجود دارد»[۳] گفت: «اصول فیزیك، تا آنجا كه من آن را می‌فهمم، برخلاف امكان ساختن اتم به اتم چیزها حرفی نمی‌زند» او فرض را بر این قرار داد كه اگر دانشمندان چگونگی ساخت ترانزیستورها و دیگر سازه‌ها را با مقیاس‌های كوچك، فرا گرفته‌اند. پس ما می‌توانیم آنها را كوچك و كوچك‌تر كنیم. در واقع آنها به مرزهای حقیقی خود در لبه‌های نامعلوم كوانتوم، نزدیك خواهند بود به گونه‌ای كه یك اتم را در مقابل دیگری به گونه‌ای قرار می‌دهیم كه بتوانیم كوچك‌ترین محصول مصنوعی و ساختگی ممكن را ایجاد كنیم. با استفاده از این فرم‌های بسیار كوچك چه وسایلی را ایجاد خواهیم كرد؟ Feynman ذر ذهن خود «دكتری مولكولی» تصور كرد كه صدها بار از سلولی منحصر به فرد، كوچك‌تر است و به بدن انسان تزریق می‌شود. این دكتر مولكولی، درون بدن برای انجام كاری، تأیید سلامتی سلول‌ها، انجام اعمال ترمیمی و نگهداری بدن در سلامت كامل، سیر می‌كند. در بحبوبه؟؟؟ سال‌های صنعتی، واژه «بزرگ» اهمیتی ویژه داشت. حتی رایانه‌ها در دهه ۱۹۵۰ تمام طبقات ساختمان را اشغال می‌كردند. زمانی كه Feynman، نظرات و منطق خود را بازگو كرد، جهان به سوی كوچك شدن، گام برداشت.
● تعیین بودجه‌های كلان در كشورهای صنعتی برای تحقیقات در زمینه نانوتكنولوژی
بسیاری از كشورهای توسعه یافته و در حال توسعه، برنامه‌هایی را در سطح ملی برای پشتیبانی از فعالیت‌های تحقیقاتی و صنعتی نانوتكنولوژی تدوین و اجرا می‌كند.
نانوتكنولوژی به عنوان انقلابی در شرف وقوع، آینده اقتصادی كشورها و جایگاه آنها را در جهان، تحت تأثیر قرار خواهد داد. صاحب‌نظران و محققان كشورهای مخالف این امر را تبیین كرده‌اند. در بخشی از این كشورها، در ۲ سال اخیر تحركات شدیدی از سوی دولت‌ها برای سرعت‌بخشی به توسعه نانوتكنولوژی انجام شده است و فعالیت‌های خودجوش محققان، با تشویق و حمایت‌های مستقیم دولت، ادامه یافته است. نمودار یك، میزان سرمایه‌گذاری دولت‌ها را نشان می‌دهد.
● اهمیت مطرح شدن طرح
بسیاری از كشورهای پیشرفته و در حال پیشرفت، برنامه‌هایی را برای پشتیبانی از فعالیت‌های تحقیقاتی و صنعتی نانوتكنولوژی تدوین و اجرا می‌كنند، اما سؤالی مهم برای كشور ما و كشورهایی كه هنوز به نانوتكنولوژی به؟؟؟ توجه نكرده‌اند، این است كه آیا باید با این روند همراه شد یا خیر؟ فضای بسیار بزرگ نانوتكنولوژی و حجم وسیع فعالیت‌های مربوط به آن در دنیا، این باور را به انسان القا می‌كند كه دیر یا زود باید آینده‌نگری كرده و برای ورود به آن اقدام كرد.
● ورود كشورها به عرصه نانوتكنولوژی، اجتناب‌ناپذیر است.
صاحب‌نظران و محققان، نانوتكنولوژی را مساوی آینده دانسته‌اند. كمیته مشاوران رئیس‌جمهور امریكا در علوم فناوری در تأیید برنامه ملی نانوتكنولوژی برای سال ۲۰۰۱، از نانوتكنولوژی به عنوان محور آینده جهان یاد می‌كند. صاحب‌نظران به دلیل تأثیرات این فنوری بر بیشتر فناوری‌های موجود، معتقدند متخصصان رشته‌های مختلف بدون گرایش به مباحث مقیاس نانو در دهه‌های آینده فرصتی برای رشد ندارند. آنها شكوفایی فناوری‌های مهم نظیر فناوری اطلاعات و بیوتكنولوژی را بدون بهره‌گیری از نانوتكنولوژی مختل می‌دانند.
● دلایل ضرورت ورود كشور به عرصه نانوتكنولوژی
مهم‌ترین دلایل ضرورت توجه كشورهایی نظیر ایران به نانوتكنولوژی به قرار زیر است:

ماهیت فرارشته‌ای فناوری نانو به عنوان توانمندی تولید مواد، ابزار و سیستم‌های جدید با دقت اتم و مولكول، موجب تعریف كاربردهای بسیاری در عرصه‌های مختلف علمی و صنعتی شده است. نانوتكنولوژی كاربردهای بسیاری در حوزه‌های دارو، غذا، بهداشت، درمان بیماری‌ها، محیط‌زیست، انرژی، الكترونیك، رایانه، اطلاعات، مواد، ساخت، تولید، هوافضا، بیوتكنولوژی، كشاورزی، امنیت ملی و دفاع دارد. این فناوری بر تمام فناوری‌ها تأثیر می‌گذارد و دیر یا زود باید شاهد محصولات آنها بود. برای مثال در بخش پزشكی و بهداشت، زمینه كاری بسیار مهم، سیستم توزیع دارو در داخل بدن است. مصرف فعلی دارو به صورت حجمی است در حالی كه سلول‌های خاصی از بدن نیازمند آن هستند. دارو در روش تزریق با وسایل جدید به صورت مستقیم و به سلول‌های مشخص، تحویل داده می‌شود. بنابراین، بیماری‌های بزرگ و كوچك با این مكانیزم در آغاز شكل‌گیری، درمان می‌شوند. در بخش مواد نیز پروژه‌هایی در حال اجراست كه موادی با وزن بسیار كم و خواص مناسب، تولید می‌كنند. این مواد در ساختمان، خودرو، هواپیما و دیگر ملزومات زندگی انسان‌ها كاربرد دارند. بنابراین، نانوتكنولوژی عرصه‌ای وسیع از زندگی انسان‌ها را در برخواهد گرفت و نمی‌توان از آن چشم‌پوشی كرد.

نانوتكنولوژی به لحاظ دفاعی هم فرصت است و هم تهدید، این فناوری كاربردهای زیاد در امور نظامی دارد. بخش دفاعی كشورهای مختلف به تحقیق و توسعه نانوتكنولوژی، گرایش دارند. این كاربردها از لباس‌های محافظ تا پرنده‌های بسیار كوچك، تجهیزات اطلاعاتی و بسیاری موارد دیگر است و هم‌اكنون با حمایت وزارتخانه‌های دفاع كشورهایی نظیر: امریكا، ژاپن و دیگر كشورهای اروپایی به صورت پروژه‌های تحقیقاتی در حال انجام است. این فناوری از این جهت برای كشورها تهدید محسوب می‌شود، اما برای كشورهایی كه با استفاده از روند موجود، جایگاهی را در آینده امنیت جهانی برای خود در نظر بگیرند، فرصت خواهد بود. با توجه به تنوع كاربردهای نانوتكنولوژی، در آینده رقابت بین‌المللی كشورها نقش مؤثر دارد.
● شكل‌گیری بازارهای بسیار بزرگ
شواهد نشان می‌دهد كه درصدی بالا از بازار محصولات مختلف بر نانوتكنولوژی، متكی خواهد بود. دولت‌ها و شركت‌های بزرگ و كوچك به دنبال كسب جایگاهی برای خود در این بازارها هستند. میهیل روكو، رئیس كمیته علوم و فناوری نانو در ریاست جمهوری امریكا بر پتانسیل نانوتكنولوژی برای تغییر چشمگیر اقتصاد جهانی تأكید كرده است. وی معتقد است نانوتكنولوژی در ده الی ۱۵ سال آینده، بازار نیمه هادی را به طور كامل تحت تأثیر قرار خواهد داد.
سازندگان پردازنده‌های رایانه در امریكا و ژاپن از ورود پردازنده‌های حاوی یك میلیارد نانوترانزیستور تا پیش از ۱۰ سال آینده خبر داده‌اند. برای مثال شركت اینتل اعلام كرده است در سال ۲۰۰۷ پردازنده‌های متكی بر نانوترانزیستور را با قدرت و سرعت بیشتر و مصرف كمتر به بازار، عرضه خواهد كرد.
نیمی از صنعت دارو تا ۱۵ سال آینده بر نانوتكنولوژی، متكی خواهد بود و به وسایل تزریق جدید و آموزش‌های پزشكی روزآمد، نیاز خواهد داشت. مواد شیمیایی نیز دارای بازار ۱۰۰ میلیارد دلاری كاتالیست‌ها هستند و تا ۱۰ سال آینده بر كاتالیست‌های نانوساختاری، متكی خواهد بود.
از هم‌اكنون بازاری برای به‌كارگیری مواد جدید در محصولات، شكل گرفته است. این مواد، خواص جدید و فوق‌العاده‌ای به محصولات می‌بخشند و قیمت آنها را كاهش می‌دهند. مثلاً نانو لوله‌های كربنی[۴] با وزن كمتر و استحكام بیشتر نسبت به موادی نظیر فولاد، بخش‌های از صنایع را تحت تأثیر قرار خواهد داد.
از آنجا كه سهم هر كشور یا بنگاه در زمان شكل‌گیری بازار، تثبیت می‌شود، زمان سرمایه‌گذاری برای دستیابی به جایگاه مناسب، امروز است. سؤالی كه پیش می‌آید این است: جایگاه كشورهایی كه به نانوتكنولوژی دسترسی ندارند، در بازارهای آینده و اقتصاد جهانی چه خواهد بود؟ ۱) تأثیر اساسی نانوتكنولوژی بر رشد و پیشرفت بسیاری از فناوری‌ها ۲) تأثیر نانوتكنولوژی بر امنیت جهانی
منبع:نویسنده : مصطفی صدیقی
[۱]. Drug Delivery
[۲]. Nanofabrication
[۳]. There is plenty of room in the bottom
[۴]. Carbon Nanotubes
روزنامه جوان

[sajadhoosein]

هفت اصل در گزارشگری فناوری‌نانو


●مقدمه
فناوری‌نانو، حداقل در زمینه روزنامه‌نگاری، به یك صنعت روبه رشد تبدیل شده است. در سال ۲۰۰۴، حدود ۱۲۳۴۳ مطلب در زمینه فناوری‌نانو به چاپ رسیده است (این عدد حدود ده برابر تعداد شركت‌هایی است كه واقعاً در زمینه نانو كار می‌كنند) ؛ در حالی كه در سال ۲۰۰۳ این رقم برابر ۷۶۳۱ بود. در دو ماهه اول سال ۲۰۰۵، فقط كلمه فناوری‌نانو بیش از ۲۶۰۰ بار در انتشارات عمومی ذكر شده است. اغلب اوقات این مطالب اطلاعات مفید كمی برای افزایش درك خواننده عمومی از فناوری‌نانو دربردارند و حتی در بسیاری موارد، خواننده در تشخیص تفاوت مابین واقعیت و رویا سردرگم می‌شود.
شركت Nanotech، جهت فراهم نمودن یك مبنا برای روزنامه‌نگارانی كه در مورد فناوری‌نانو یا شركت‌های مربوطه مطلب می‌نویسند، رعایت اصول زیر را پیشنهاد می‌كند: هفت چیزی كه هر گزارشگر تهیه كننده گزارش در مورد نانو باید بداند، و هفت سؤال كه او باید از هر شركت فناوری‌نانو بپرسد.
▪هفت چیزی كه هر گزارشگر، فناوری‌ نانو در مورد نانو باید بداند؛

با وجودی كه پیشوند نانو در فناوری‌نانو به مفهوم یك میلیاردیم یك متر است (حدوداً طول ده اتم هیدروژن كه كنار هم در یك خط قرار گرفته‌اند) ؛ اما هر چیزی كه كوچك باشد، بر مفهوم فناوری‌نانو دلالت نمی‌كند. پیشگامی ملی فناوری‌نانو بیان می‌دارد كه برای اینكه یك تحقیق یا محصول نام فناوری‌نانو را به خود بگیرد، باید هر سه شرط زیر را داشته باشد:
توسعه تحقیق و فناوری در سطح اتمی، مولكولی یا ماكرومولكولی، و در مقیاس طولی حدود یك تا صد نانومتر.
ایجاد و استفاده از ساختارها، ابزارها و سیستم‌هایی كه به دلیل داشتن اندازه كوچك و/یا متوسط، ویژگی‌ها و عملكرد جدیدی از خود نشان می‌دهند. توانایی كنترل یا دستكاری در مقیاس اتمی.
مطلب كلیدی در اینجا، عبارت ”ابزارها و سیستم‌هایی كه به دلیل داشتن اندازه كوچك یا متوسط، ویژگی‌ها و عملكرد جدیدی از خود نشان می‌دهند“ می‌باشد. ویژگی‌ها و عملكرد جدید از اثرات فیزیك كوانتومی نشات می‌گیرد كه برخی مواقع در مقیاس نانو روی می‌دهد. این اثرات با نیروهای فیزیكی و ویژگی‌هایی كه ما هر روزه تجربه می‌كنیم تفاوت دارد و این همان چیزی است كه فناوری‌نانو را از اشیای كوچكی مانند پروتئین‌ها یا مولكول‌های دیگر متفاوت می‌كند.

علم نانو به مفهوم مطالعه پدیده‌ها و دستكاری مواد در مقیاس اتمی، مولكولی و ماكرومولكولی است كه ویژگی‌های مواد در این مقیاس، با مقیاس‌های بزرگ‌تر فرق می‌كند. فناوری‌نانو به مفهوم طراحی، تعیین مشخصات، تولید و به‌كارگیری ساختارها، ابزارها و سیستم‌ها از طریق كنترل شكل و اندازه آنها در مقیاس نانو می‌باشد.
تشخیص این تفاوت مخصوصاً از نقطه نظر ایجاد یك كسب و كار مهم است؛ زیرا از هزاران تحقیق در زمینه علم نانو كه در دانشگاه انجام می‌گیرد، تنها تعداد كمی از آزمایشگاه خارج شده و به سطح فناوری می‌رسند و از این تعداد نیز، تعداد كمی به تولید محصول منجر می‌شوند و حتی از این تعدادی كه به تولید محصول منجر می‌شوند، تنها برخی این قابلیت را دارند كه به تأسیس شركت جدیدی بینجامند.



به نظر می‌رسد هر مطلب عمومی كه درباره فناری نانو نوشته می‌شود، با این عبارت و یا جملاتی شبیه ”نانوروبات‌هایی كه درون جریان خون ما حركت می‌كنند“ شروع می‌شود. ظاهراً این تمایل وجود دارد كه تفاوت مابین حقیقت و رویا در پرده‌ای از ابهام باقی مانده و خواننده گیج شود. نانوروبات‌ها، نانوماشین‌هایی كه خودشان را می‌توانند تولید كنند، تصورات ما می‌باشند و افسانه‌ای بیش نیستند.

برخی شركت‌ها و محققان، برای ایجاد تصورات غلط، فناوری خود را بسیار پیچیده نشان می‌دهند. در بسیاری موارد، فناوری‌نانو مخلوطی از شیمی، فیزیك، علم مواد، مهندسی الكترونیك و زیست‌شناسی می‌باشد. از یك متخصص بی‌طرف بخواهید تا آن را برای شما تجزیه و تحلیل كند. علم و فناوری‌نانوی واقعی پایه‌های صحیح و محكمی دارد كه با قوانین فیزیك مطابقت می‌كند.

توجهات بسیار زیادی به خطرات سلامتی وزیست‌محیطی كه از طریق فناوری‌نانو ممكن است به وجود آید، معطوف شده است. بسیاری از تحقیقات دانشگاهی و شركت‌ها، به دلیل به دست آوردن سود، از این خطرات بالقوه چشم‌پوشی كرده‌اند. واقعیت این است كه ده‌ها هزار دانشمند و مهندس و میلیاردها دلار بودجه صرف شناسایی و كم كردن خطرات بالقوه‌ای شده است كه به وسیله فناوری‌نانو ایجاد می‌شوند. آیا می‌توان گفت كه فناوری‌نانو كاملاً بی‌خطر است؟ البته كه نه. هر فناوری خطرات خود را دارد اما صنعت فناوری‌نانو با آگاهی از احتمال وجود چنین خطراتی، در جهت شناسایی و رفع آنها می‌كوشد.
ما هر روزه با خطرات بالقوه‌ای سر و كار داریم (چاقوهای آشپزخانه، مواد شیمیایی پاك‌كننده، بنزین) ؛ اما محصولات و راهبرد‌ها را به نحوی توسعه می‌دهیم كه این خطرات كم شود. (من ماده سفیدكننده را در منزل نگه‌داری می‌كنم؛ اما این امر به مفهوم آن نیست كه آن را می‌نوشم) .

با وجودی كه غوغای فناوری‌نانو، توجه زیادی را به خود جلب كرده است (درمان سرطان، آسانسور فضایی) ، واقعیت این است كه فناوری‌نانو به مفهوم كسب وكار، ایجاد مشاغل جدید، رشد اقتصادی و ثروت بالقوه است. تاریخ یك راهنما است، برخی شركت‌های فناوری‌نانو موفق خواهند شد؛ اما بسیاری شكست می‌خورند. با این حال، فناوری‌نانو قبلاً بازار خود را در زمینه صنایع باز كرده است. فناوری‌نانو در محدوده وسیعی از صنایع از جمله الكترونیك، مغناطیس و الكترونیك نوری، ابزارهای پزشكی زیستی و داروسازی، مواد آرایشی، انرژی، مواد و كاتالیزورها به كار می‌رود و میلیاردها دلار سود تولید كرده است. محصولاتی كه بیشترین سود را از فناوری‌نانو حاصل كرده‌‌اند، عبارتند از: تجهیزات ورزشی، براق‌كننده‌های مكانیكی-شیمیایی، نوارهای ضبط مغناطیسی، كرم‌های ضد آفتاب، كاتالیزورهای خودرو، نشان‌گذارهای زیستی، روكش‌های هادی الكتریسیته، روكش‌های محافظ، و فیبرهای نوری.
▪هفت سؤالی كه هر گزارشگر باید از شركت‌های فناوری‌نانو بپرسد؛
توجه فعلی به فناوری‌نانو موجب ایجاد رو به رشد شركت‌هایی شده است كه ادعا دارند فناوری اصلی آنها، نانو است. برخی تنها كلمه نانو را در اسمشان دارند و هیچ فناوری یا كاربرد خاصی كه از فناوری‌نانو بهره گیرد را ندارند و تنها برای جلب توجه و جذب سرمایه این اسم را روی شركت خود گذاشته‌اند. مراقب این شركت‌های متظاهر باشید.
برای تشخیص تظاهركنندگان از شركت‌های واقعی فناوری‌نانو، ما به گزارشگران پیشنهاد می‌كنیم چند سوال اساسی را از شركت بپرسند:
●نانو كجاست؟
نانو را به من نشان دهید. هر شركتی را كه ادعای نانو بودن می‌كند در چالش قرار داده و از آنها بخواهید توضیح دهند كه محصول یا فناوری آنها چه ارتباطی با فناوری‌نانو دارد. به خاطر داشته باشید كه هر چیز كوچكی، بر مفهوم فناوری‌نانو دلالت نمی‌كند. اگر اطمینان پیدا نكردید، از یك متخصص بی‌طرف بپرسید.
●آیا برای فناوری یا كار شما، فناوری‌نانو مورد نیاز است؟
آیا می‌توان فناوری میكرو را جایگزین آن كرد. برخی مواقع استفاده از نانو، یك محصول را بسیار پیچیده یا گران‌تر از چیزی می‌كند كه مورد نیاز است. برای مصرف كننده نهایی، اینكه یك محصول با فناوری نانو یا میكرو ساخته شده است، اهمیتی ندارد؛ بلكه موضوع مهم این است كه آیا محصول مورد نظر، نیاز آنها را به طور واقعی رفع می‌كند یا نه. اندازه یا نوع فناوری، به ندرت اهمیت پیدا می‌كند و روش‌های حل یك مشكل، اساس كسب و كارهای در حال پیشرفت نیست؛ اما برخی اوقات اساس توسعه سهام هست.
●آیا فناوری شما، پاسخی به یك مشكل صنعتی است، یا راه‌حل یك مشكل را فراهم می‌نماید؟
اغلب اوقات محققان به شركت‌هایی می‌پیوندند كه یك نیاز صنعتی خاص را پی‌گیری نمی‌كند و یا آنقدر پیچیده و گران است كه دوام نمی‌آورد. اگر یك شركت به فكر حل یك مشكل صنعتی نباشد، احتمالاً كار آنها كمی بیشتر از یك پروژه علمی است. بپرسید كه آیا شركت با مصرف‌كنندگان نهایی بالقوه صحبت كرده است تا از نیاز اصلی آنها آگاه باشد؟
●فناوری‌های رقیب شما چه چیزهایی هستند؟
چرا فناوری شما یك راه حل بهتر است؟ هر كسی رقبایی دارد. اگر شركت می‌گوید كه رقیبی ندارد، بهتر است دوباره بررسی كند. به خاطر داشته باشید كه یك تله‌موش بهتر، الزاماً برنده نیست.
●آیا محققان یا شركت‌هایی فناوری شما را دنبال می‌كنند؟
اگر هیچ‌كس علاقه‌مند به تحقیق یا توسعه یك زمینه خاص نیست، نگاهی دوباره به قضیه داشته باشید. ممكن است یك مشكل پایه‌ای در این فناوری وجود داشته یا اینكه این فناوری خارج از نیاز صنعت باشد. بازارهای داغ، رقبای داغی را جذب می‌كنند.
●راهبرد بازار شما چیست؟
اگر شركت می‌گوید كه می‌خواهد در زمینه تصویربرداری پزشكی از GE پیشی بگیرد، شك كنید. شركت‌های بزرگی كه یك بازار خاص و مصرف‌كنندگان نهایی آن را در دست دارند (همانند GE، بوئینگ، اینتل، BASF و شركت‌های بزرگ دیگر) ، بیشتر مشتریان و بازار را كنترل می‌كنند و بعید است كه این شركت‌ها، با ظهور یك فناوری جدید (بدون توجه به اینكه این فناوری چقدر انقلابی است) در كوتاه مدت، عقب بمانند. برای برنده شدن در بازار، راهبردی و نقشه بازاریابی باید در دنیای واقعی صورت گرفته و منابع مالی و انسانی زیادی باید فراهم شوند.
●آیا با شركت‌های دیگر مخصوصاً شركت‌های بزرگ‌تر در زمینه واگذاری امتیاز فناوری خود صحبت كرده‌اید؟
یك معیار خوب برای ارزیابی موفقیت یك فناوری، سنجش میزان تقاضای شركت‌های بزرگ صاحب‌امتیاز برای این فناوری است. این امر به مفهوم بازار بالقوه و درنتیجه سود زیاد برای شركت می‌باشد. ۱- هر چیزی كه كوچك باشد، نانو نیست. ۲- علم نانو، فناوری‌نانو نیست. ۳- فناوری‌نانو و MEMS یكسان نیستند. MEMS یا سیستم‌های میكروالكترومكانیكی (موتورها، ماشین‌ها، و ابزارهای كوچكی كه بعضاً در مجله Scientific Americanیا جاهای دیگری تصویر آنها را مشاهده می‌كنید) ، اغلب با فناوری‌نانو درمی‌آمیزند. با وجودی كه ابزارهای MEMS در حد میكروسكوپی كوچك می‌باشند، اما در عین حال، هزاران‌ بار بزرگ‌تر از ابزارهای نانو هستند. ممكن است از ابزارهای MEMS در فناوری‌نانو استفاده شود، اما خود آنها نانو نیستند. ۴- چیزهای زیادی به نام نانوبوت وجود دارند. ۵- هر چیزی كه پیچیده است، نانو نیست. ۶- فناوری‌نانو پاسخگو است. ۷- فناوری‌نانو به مفهوم كسب و كار است.

[sajadhoosein]

بيوتكنولوژي ، بيونانو تكنولوژي ، نانو بيو تكنولوژي


بيوتكنولوژي در اوايل قرن بيستم وارد عرصه جهاني شد. ليكن مهندسي بيوفرايند بعد از جنگ جهاني دوم و با توليد صنعتي پني سيلين به روش تخمير وارد معادلات علمي، تجاري و اقتصادي جهان شد. بيوتكنولوژي يك مفهوم كلي و يك موضوع بين رشته اي است كه دامنه وسيعي از علم (مهندسي، پزشكي، كشاورزي، صنايع غذايي . . .) را شامل مي شود. شايد يكي از تعاريف ساده و نزديك به ذهن در بيوتكنولوژي، انواع دسته بنديهاي محصولات حاصل از تخمير باشد كه عمده ترين آن شامل مولكول هاي كوچك (Small Molecules) ، ماكرومولكولها (مانند آنزيمها و پروتئين ها) ، مواد ساده سلولي(مانند مخمرنان) و محصولات كمپلكس(مانند غذاهاي تخميري و محصولات كشاورزي) است. ماكرومولكولها كه از مهمترين محصولات حاصل از تخمير به شمار مي آيند، بخش بسيار وسيعي از فرايندهاي بالادستي و پايين دستي بيوتكنولوژي را به خود اختصاص داده و بيوتكنولوژي نيز بيشترين پيشرفت و توسعه را به اين دست از محصولات اختصاص داده است. به لحاظ اهميت و گستره اين محصولات، لقب نسل اول مواد و يا محصولات بيوتكنولوژيكي (First Generation) را مي توان به آنها اطلاق كرد.
اما در سالهاي اخير علاقه مندي بشر به نسل ديگري از محصولات بيوتكنولوژيكي افزون شده، تا جايي كه تكنيكهاي بالا دستي و پايين دستي را كاملاً تحت شعاع خود قرار داده است. امروزه نياز فراواني براي توليد، بازيافت و خالص سازي نانو بيومواد (محصولات) نظير پلاسميد DNA و ويروس ها براي ژن درماني، اسمبلي ماكرومولكولها (مانند پروتئين نانو ساختارها)، بعنوان حامل دارو و ذرات ويروس مانند (Virus-like particle) براي استفاده در واكسن ها (Vaccine Components) وجود دارد و محققين، خود را مواجه با مشكلات و معضلات جديدي در اين خصوص مي بينند. نانو بيو مواد بواسطه اندازه ويژه شان (با قطر10-300 نانومتر)، شيمي سطح پيچيده و ارگانيزمهاي دروني شان، تكنيكهاي بالا دستي و پايين دستي گسترش يافته براي نسل اول مواد بيولوژيكي را به چالش طلبيده و روش هاي جديدي را براي توليد و بازيافت طلب مي كنند. به همين منظور با يك دسته بندي منطقي مي توان اين دست از محصولات بيو تكنولوژيكي را نسل دوم (Second Generation) محصولات ناميده و راه كارهاي جديد را در مواجهه با آنها جستجو كرد.

تعريف:
نانوتكنولوژي مجموعه اي است از فناوري هايي كه بصورت انفرادي يا با هم براي به كارگيري و يا درك بهتر علوم مورد استفاده قرار مي گيرند. بعضي از اين فناوري ها هم اكنون در دسترس و بعضي نيز در حال توسعه و پيشرفت اند كه ممكن است در طي سالها و يا دهه هاي بعد مورد استفاده واقع شوند. بيوتكنولوژي جزو فناوري هاي در حال توسعه است كه با به كارگيري مفهوم نانو به پيشرفتهاي بيشتري دست خواهد يافت.يك تعريف كلاسيك از تعامل بيوتكنولوژي و نانو تكنولوژي بصورت زير بيان مي شود:

»بيوتكنولوژي به نانو تكنولوژي مدل ارايه مي دهد، در حالي كه نانوتكنولوژي با در اختيار گذاشتن ابزار براي بيوتكنولوژي آنرا براي رسيدن به اهدافش ياري مي رساند.«
پر واضح است كه تعامل بيوتكنولوژي و نانوتكنولوژي و يا به تعبيري نانوبيوتكنولوژي بسيار فراتر از اين است. شايد بتوان گفت نانو بيوتكنولوژي مترادف با استفاده از قابليت هاي نانو در كاربردهاي زيستي است. اين شاخه از فناوري به ما اجازه مي دهد تا اجزا و تركيبات را داخل سلولها بصورت عام قرار داده و يا با استفاده از روش هاي جديد خود آرايي و مكان آرايي در موج اول نانو بيوتكنولوژي، نانو بيو مواد را ساخته و با تكنيكهاي پيشرفته به خالص سازي و باز يافت آنها بپردازيم. بي گمان زمينه ها و فازهاي بعدي اين فناوري جديد به توليد وسايل نانو بيو (موج دوم) و در نهايت به ارايه ماشين هاي هوشمند و روبات ها منجر خواهد شد (موج سوم)كه كاربردهاي فراواني در حوزه هاي مهم بيوتكنولوژي مانند پزشكي، كشاورزي و صنايع غذايي خواهند داشت.
سؤالي كه به ذهن متواتر شده و محققان و متخصصان علوم بيوتكنولوژي و نانو بيوتكنولوژي را متوجه آن كرده، اين است كه مرز بيوتكنولوژي و نانو بيوتكنولوژي در كجاست؟
اگر چه اين دو فناوري هم پوشانيهاي زيادي دارند و به تعبيري داراي مرزهاي نامشخص (Fuzzy) هستند، اما شايد دسته بندي محصولات بيوتكنولوژيكي به نسل اول و نسل دوم كمك قابل توجهي به اين موضوع كند. حوزه اي از فناوري كه با توليد، باز يافت و بكارگيري نسل دوم مواد و محصولات بيوتكنولوژيكي سروكار دارد، همان نانوبيوموادي كه توليد و بازيافت و خالص سازيشان خصوصاً در ابعاد صنعتي به شدت تكنيك هاي موجود را به مخاطره انداخته و روشهاي نوين را مي طلبد، مي تواند محدوده كاري نانوبيوتكنولوژي و يا بيونانو تكنولوژي باشد.
با تقسيم بندي اولويت هاي تحقيقاتي نانو بيوتكنولوژي به سه موج نانو بيومواد، نانو وسايل و نانو ماشين ها، لزوم تمايز بيوتكنولوژي و نانو تكنولوژي بطور وضوح در محدوده كاري موج اول نانو بيوتكنولوژي خود را نمايان مي سازد. چون بي ترديد موج هاي دوم و سوم اين فناوري هم پوشاني بسيار ناچيزي با بيوتكنولوژي به معناي عام خواهند داشت.
اما موضوع بعدي كه ضرورت شفاف سازي و بيان واژه ها در آن مهم است، تشابه و تمايز نانوبيوتكنولوژي و بيونانو تكنولوژي است. به بيان ديگر اصولاً فرقي بين اين دو واژه وجود دارد و اگر چنين است اين تمايزات چيست؟
براي ساخت تمام نانو موادها(ذرات) همواره دو روش در نانوتكنولوژي مد نظر است. ابتدا روشهاي بالا به پايين (Top down) و سپس روش هاي پايين به بالا (Bottom up) . نانو بيو ذرات نيز از اين قاعده مستثنا نبوده و از طريق يكي از اين دو روش توليد مي شوند. اگر يك نانو بيو محصول از روش هاي بالا به پايين توليد شود، به بيان ديگر با تكيه براصول و مباني اصلي بيوتكنولوژي، و در ادامه با روشهاي اصلاح شده خالص سازي و بازيافت – كه با كمك تكنيكهاي جديد توسعه يافته و براي محصولات نسل دوم (نانو بيوموادها) بكار گرفته مي شود به محصول نهايي (End Product) تبديل شود، به اين مجموعه از فناوريها بيونانو تكنولوژي اطلاق مي شود. به عنوان مثال بيو راكتوري را در نظر بگيريد كه يك سلول حيواني خاص در آن كشت داده شده و در شرايط ويژه رشد كند. محصول مورد نظر يك ويروس درون سلولي است كه براي استفاده در ژن درماني با درجه خلوصي ويژه مورد نياز است. بدين ترتيب نانو بيو محصول مورد نظر در درون سلول توليد شده و سپس بازيافت مي شود (از بالا به پايين). از طرف ديگر اگر با بهره گيري مستقيم از فناوري نانو يك نانو بيو محصول از پايين به بالا ساخته شود، مي توان اين حوزه از فناوري نانو را نانو بيوتكنولوژي دانست. مثال واضح آن توليد تمام نانو بيو ذرات از طريق خود آرايي و مكان آرايي است كه با در كنار هم قرار گرفتن اجزاي تشكيل دهنده، محصول مطلوب توليد مي شود. اسمبلي ماكرومولكولها و بطور خاص پروتئين نانو ساختارها از مثال هاي جالب توليد از پايين به بالاي نانو بيو مواد است كه مي توانند بعنوان حاملهاي دارو استفاده شوند. بكارگيري اين روش در ابعاد آزمايشگاهي خوشبختانه در داخل كشور آغاز شده و در حال گسترش و تكامل است.
بطور كل بنظر مي رسد كه پژوهشگران دنيا در ساخت مواد از بالا به پايين تا حدود زيادي موفق بوده و از ساخت توده اي مواد و بازيافتشان (بيونانو تكنولوژي) و رسيدن به بيوذرات در اندازه نانو بهره گرفته اند. ضروري است در ايران نيز با برنامه ريزي مدون، اين مهم را گسترش داد و تقويت كرد. (البته پژوهشگران ايراني در اندازه هاي آزمايشگاهي موفق بوده اند و بايد در فاز بعدي به سمت توليد انبوه و صنعتي بروند). ساخت از پايين به بالاي بيوذرات در دستور كار مراكز تحقيقاتي جهان قرار دارد و پيش بيني ها حاكي از آن است كه دنيا بتواند به توليدات قابل توجهي در اين خصوص تا سال2015 ميلادي دست يابد.
همانند مبحث قبلي (مرزهاي بيوتكنولوژي و نانو بيوتكنولوژي) با عبور از موج اول تحقيقات و توليدات، اهميت شفاف سازي واژه ها بين بيونانوتكنولوژي و نانو بيوتكنولوژي نيز كم رنگ شده و نانو بيوتكنولوژي تا حد زيادي موج هاي دوم و سوم تحقيقات و فعاليتها را در انحصار خود قرار مي دهد.
محققان همواره براي رسيدن به اهداف ريز و درشت علمي تحقيقاتي خود به دسته بندي ها و اولويت بنديها نياز دارند. با توفيقات نسبتاًَ خوبي كه در زمينه هاي تحقيقاتي بيونانو تكنولوژي در فرآيندهاي بالا دستي بوجود آمده است، لزوم توجه بيشتر به فرآيندهاي پايين دستي بيونانو تكنولوژي بيش از پيش نمايان مي شود. البته نياز پژوهشگران به بهينه سازي توليد نانو بيو مواد در ابعاد صنعتي همچنان از دغدغه هاي جدي در سالهاي آينده است.
در كنار بيو نانو تكنولوژي كه به تعبيري مقدم بر نانو بيو تكنولوژي است، بايد با جديت به نانو بيوتكنولوژي و سه موج مهم آن پرداخت و براساس اولويت هاي مطرح شده براي رسيدن به اهداف كوتاه مدت، ميان مدت و بلند مدت برنامه ريزي كرد تا بتوان همگام با ديگران در جهان، شعار تعلق قرن بيست و يكم به نانو تكنولوژي را به منصه ظهور رساند.

[sajadhoosein]

جهان ریاضیات در فضای نانو


[ برای مشاهده لینک ، لطفا با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

علوم نانو و فناوری نانو بیانگر رهگذری به سوی دنیایی جدید هستند. سفر به اعماق سرزمین اتمها و مولکولها نوید دهندة اثراث اجتماعی شگفت‌انگیزی است: در علوم بنیادین، در فناوریهای نو، در طراحی مهندسی و تولیدات، در پزشکی و سلامت و در آموزش.
پیش‌بینی‌های گسترده در حوزه کشفیات جدید، چالشها، درک مفاهیم، حتی هنوز فرم و محتوای موضوع، مه‌آلود و اسرارآمیز است. این مقاله می‌کوشد تا چالشهای دنیای ریاضیات را در مواجهه با دنیای شگفت‌انگیز نانو بررسی کند. به عبارت دیگر، ریاضیات در معماری پازل نانو چه نقشی خواهد داشت ؟ همگان بر این نکته توافق دارند که پیشرفتهای بزرگ، مستلزم تعامل میان مهندسان، ژنتیست‌ها، شیمیدانان، فیزیکدانان، داروسازان، ریاضیدانان و علوم رایانه ای ها است. شکاف میان علوم و فناوری، میان آموزش و پژوهش، میان دانشگاه و صنعت، میان صنعت و بازار بر مجموعه تأثیرگذار خواهد بود. دلایل کافی مبتنی بر فصل مشترک میان نظامهای کلاسیک و فرهنگ ها موجود است.
این انقلاب علمی و فناورانه، منحصر به فرد است. این بدین معنی است که می‌بایستی نه تنها در بعد علمی، که در سایر ابعاد، نیز زیرساختهای بنیادین با حداکثر انعطاف پذیری در برابر تغییرات را پیش‌گویی و پیش‌بینی کنیم.
دانش ریاضیات به عنوان خط مقدم جبهة علم مطرح است. ویژگی بدیهی ریاضیات در علوم نانو «محاسبات علمی» است. محاسبات علمی در فناوریی که به عنوان فناوری انقلابی مطرح شده است. محاسبات علمی در طول، تفسیر آزمایشات، تهیة پیش‌بینی در مقیاس اتمی و مولکولی بر پایة تئوری کوانتومی و تئوریهای اتمی است.
همانگونه که ریاضیات زبان علم است، محاسبات، ابزاری عمومی علم و کاتالیزوری برای تعاملات عمیق‌تر میان ریاضیات و علوم است. یک تیم محاسبات، دربارة مدلشان و اثر محاسباتشان و تطبیق‌پذیری آن با واقعیت، به بحث می‌پردازند. «‌محاسبات» رابطی میان آزمایش و تئوری است. یک تئوری و یک مدل ریاضی، پیش نیاز محاسبات است و یک آزمایش تنها اعتبار بخش هر نوع تئوری، مدل و محاسبات است.
مدلهای ریاضی، ستونهای راهگشا به سوی بنیاد علم و تئوریهای پیش بین هستند. مدلها، رابطهایی بنیادین در پروسه‌های علمی هستند و اغلب اوقات در سیستم‌های آموزشی به فاز مدلسازی و محاسبات، تأکید کافی نمی‌شود. یک مدل ریاضی بر پایة فرمولاسیون معادلات و نامعادلات اصول بنیادین استوار است و مدل درگیر با درک کامل پیچیدگیهای مسأله نظیر، جرم، اندازة حرکت و توازن انرژی است. در هر سیستم فیزیکی واقعی تقریب اجازه داده می‌شود، تا مدل را در یک قالب قابل حل عرضه کنند. اکنون می‌توان مدل را یا به صورت «تحلیلی» و یا بصورت «عددی» حل کرد. در این حالت مدلسازی ریاضی یک پروسه پیچیده است،زیرا می‌بایستی دقت و کارآیی را همزمان نشان دهد.
در علوم نانو و فناوری نانو، مدلسازی نقش محوری را بر عهده دارد، بویژه وقتی که بخواهیم عملکرد ماکروسکوپی مواد را از طریق طراحی در مقیاس اتمی و مولکولی کنترل کنیم، آن هم در شرایطی که درجات آزادی زیاد باشد. مدلسازی ریاضی یک ضرورت در این فضای مه آلود است. تفسیر داده‌های آزمایشگاهی یک ضروت حتمی است. همچنین برای هدایت، تفسیر، بهینه سازی، توجیه رفتارهای آزمایشگاهی، مدلسازی ریاضی ضرورت می‌یابد.
یک مدل مؤثر، راه رسیدن به تولیدات جدید، درک جدید رفتارشناسی، را کوتاه می‌کند و تصحیح گر هوشمندی است که از نتایج گذشته درس می‌گیرد.
مدلسازی نه تنها ویژگی منحصر به فرد ریاضیات است بلکه پلی بسوی فرهنگهای مختلف علمی است.
تئوری در هر مرحله از توسعة علم، نقش محوری دارد، ارزیابی حساسیت مدل به شرایط پروسه‌های فیزیکی ، و حصول اطمینان از اینکه معادلات و الگوریتمهای محاسباتی با شرایط کنترل آزمایشگاهی سازگارند، از چالشهای مهم است. تئوری نهایتاً بسوی تعریف نتایج و درک فیزیکی سیستم، میل خواهد کرد و اغلب اوقات ریاضیات جدیدی لازم نیست تا به منظور رسیدن به درک رفتار، ساخته شود.
عبور از تئوریهای موجود ارزشمند است و اغلب نیز اتفاق می‌افتد. زمانی مدلها، مشابه سیستم‌های شناخته شده هستند که دقت ریاضی بالایی را داشته باشند اما در جهان شگفت ‌انگیز نانو، مدلهای مختلف و جدید، چالشهای جدی را در دانش ریاضیات پدید می‌آورند. تئوریهای جدید در مقیاسهای زمانی غیر قابل پیش‌گوئی اتفاق می‌افتند و تئوریهای قدرتمند در قالبهای عمیق شکل می‌گیرند. میان‌برهای اساسی لازم است تا شبیه‌سازی صورت گیرد:
طراحی در مقیاس اتمی و مولکولی، کنترل و بهینه سازی عملکرد مواد و ابزار آلات، و کارآیی شبیه‌سازی رفتار طبیعی، از مهمترین چالشها است. این چالش‌ها نوید دهندة برهم کنشهای کامل میان حوزه‌های مختلف ریاضی خواهد بود.
آثار اجتماعی این چالش‌ها زیاد و متنوع خواهد بود.
منافع حاصل از مشغولیت ریاضیدانان فعال، توازن با چالشهای اصلی در زمینه رشد زیرساختهای ریاضیات، تغییرات در ساختار آموزش ریاضیات، از جمله آثار ورود ریاضیات به دنیای شگفت انگیز نانو خواهد بود.
جامعه ریاضی می‌بایستی اصلاح شود: تئوریهای بنیادین، ریاضیات میان رشته‌ای و ریاضیات محاسباتی و آموزش ریاضیات.
ریاضیات چه حوزه‌هایی را در بر خواهد گرفت؟ الگوریتمهای اصلی در حوزه‌های ریاضیات کاربردی و محاسباتی، علوم کامپیوتر، فیزیک آماری، نقش مرکزی و میان بر ساز را در حوزة نانو بر عهده خواهند داشت.
برای روشن شدن موضوع برخی از اثرات ریاضیات را در فرهنگ نانو بررسی می‌کنیم:
ـ روشهای انتگرال گیری سریع و چند قطبی سریع: اساسی و الزامی به منظور طراحی کدهای مدار (White, Aluru, Senturia) و انتگرال گیری به روش Ewala در کد نویسی در حوزه‌های شیمی کوانتوم و شیمی مولکولی (Darden ۱۹۹۹)
ـ روشهای« تجزیه حوزه»، مورد استفاده در شبیه‌سازی گسترش فیلم تا رسیدن به وضوح نانوئی لایه‌های پیشرو مولکولی با مکانیک سیالات پیوسته در مقیاسهای ماکروسکوپیک (Hadjiconstantinou)
ـ تسریع روشهای شبیه سازی دینامیک مولکولی (Voter ۱۹۹۷)
ـ روشهای بهبود مش‌بندی تطبیق پذیر: کلید روشهای شبیه پیوسته که ترکیب کنندة مقیاسهای ماکروئی، مزوئی، اتمی ومدلهای مکانیک کوانتوم از طریق یک ابزار محاسباتی است (Tadmor, Philips, Ortiz)
ـ روشهای پیگردی فصل مشترک: نظیر روش نشاندن مرحله‌ای Sethian, Osher که در کدهای قلم زنی و رسوب‌گیری جهت طراحی شبه رساناها مؤثرند (Adalsteinsson, Sethian) و نیز در کدگذاری به منظور رشد هم بافت ها (Caflisch)
ـ روشهای حداقل کردن انرژی هم بسته با روشهای بهینه سازی غیر خطی (المانی کلیدی برای کد کردن پروتیئن‌ها) (Pierce& Giles)
ـ روشهای کنترل (مؤثر در مدلسازی رشد لایه نازک‌ها (Caflisch))
ـ روشهای چند شبکه‌بندی که امروزه در محاسبات ساختار الکترونی و سیالات ماکرومولکولی چند مقیاسی بکار گرفته شده است.
ـ روشهای ساختار الکترونی پیشرفته ، به منظور هدایت پژوهشها به سمت ابر مولکولها (Lee & Head – Gordon)
نویسنده : شاهرخ رضایی
ستاد ویژه توسعه فناوری نانو