فناوری نانو به زبان ساده و کاربردهای آن در علوم کشاورزی
بسمه تعالی
فناوری نانو به زبان ساده و کاربردهای آن در علوم کشاورزی
پیشگفتار
شايد بتوان گفت که تسخير کنندگان علم و فناوري آينده در سه گروه فناوري اطلاعات ، نانو فناوري و زيست فناوري خلاصه مي شود . دراين ميان قرار گيري مقادير حجم زيادي از اطلاعات در فضائي کوچک از ابعاد همگرائي نانو فناوري و فناوري اطلاعات مي باشد . از طرف ديگر در زيست فناوري و يا به عبارتي براي زيست شناسان نيز قرار گيري حجم زيادي از اطلاعات در يک فضاي بسيار کوچک موضوعي بسيار آشنا مي باشد .طور کلي از فناوري نانو بعنوانرنسانس فناوري و روان کننده جريان سرمايه گذاري ياد مي کنند. چرا که ورود محصولات متکي به اين فناوري جهشي بس عظيم در رفاه و کيفيت زندگي و توانائي دفاعي و زيست محيطي به همراه خواهد داشت و موجب بروز جابه جائي هاي بزرگ اقتصادي خواهد شد . هم اکنون بخش هاي دولتي و خصوصي کشورهاي مختلف جهان شامل آمريکا, ژاپن, اتحاديه اروپا, چين, هند, تايوان, کره جنوبي, استراليا و روسيه در رقابتي تنگاتنگ بر سر کسب پيشتازي جهاني در لااقل يک حوزه از اين فناوري به سر مي برند. هم اکنون روي هم رفته حدود 30 کشور دنيا در زمينه فناوري نانو داراي برنامه ملي يا در حال تدوين آن هستند, و طي پنج سال گذشته بودجه تحقيق و توسعه درامر فناوري نانو را به 5/3 برابر افزايش داده اند .
تعریف فناوري نانو
به طور کلی يك نانومتر يك هزارم ميكرون است و اگر بخواهيم احساس فيزيكي نسبت به آن داشته باشيم مي‌توان گفت كه يك نانومتر 80000/1 قطر موي انسان مي‌باشد . اما اين تعريف مقياس نانو، نمي تواند مقايسه درستي باشد. چرا که ضخامت موي انسان با توجه خصوصيات فردي هرانسان از چند ده ميكرومتر تا چند صدميكرومتر متغير مي‌باشد. بنابراين نياز به يك استاندارد براي بيان مفهوم مقياس نانو وجود دارد. در این راستا با ايجاد ارتباط ميان اندازه اتم‌ها و مقياس نانو مي‌توان يك نانومتر را راحت‌ترتصوركرد. بطور مثال ، يك نانومتر برابر قطر 10 اتم هيدروژن و يا 5 اتم سيلسيم مي‌باشد. درك اين موضوع براي افراد معمولي نيز راحت‌تر مي‌باشد. علي‌رغم اينكه درك اندازه يك اتم براي افراد غيرعلمي ساده نمي‌باشد، با اينحال اندازه دقيق اتم براي فهماندن اين مقياس زياد اهميت ندارد . در حالي که تعاريف گوناگونی براي فناوري نانو در مراجع مختلف وجود دارد ، اما موسسه پیشگامی آمریکا در فناوری نانو تعريفي را براي فناوري نانو ارائه داده که در برگيرنده هر سه تعريف احتمالی ذيل می باشد.1- توسعه فناوري و تحقيقات در سطوح اتمي ، مولکولي و يا ماکرومولکولي در مقياس اندازه اي 1 تا 100 نانومتر .2- خلق و استفاده از ساختارها ، ابزارها و سيستمهايي که به خاطر اندازه بسیار کوچک يا حد ميانه آنها، خواص و عملکرد نويني دارند .3- توانايي کنترل يا دستکاري در سطوح اتمي .بنابراین گرچه تعریفهای گوناگونی برای این واژه ارایه شده است . لیکن وجوه اشتراک تمامی آنها را می¬توان بصورت زیر خلاصه کرد که :فناوری نانو در بر گیرنده پژوهش ها و فناوری هایی است که درمقیاس 100-1 نانو متر یعنی مقیاس اتمی ، مولکولی و ابر مولکولی انجام می¬شود. این فعالیتها مشتمل بر شناسایی و کشف خواص بدیع و انحصاری این مواد بدلیل ابعاد کوچک آنها و نیز ساخت ابزارو دستگاههایی است که قابل بکارگیری در این محدوده می باشند. بنابراین دستکاری هوشمندانه و کنترل هدفمند مواد در مقیاس اتمی هدف عمده نانوفناوری تلقی می¬شود. از همين تعريف ساده بر ميآيد كه نانو تكنولوژي يك رشته جديد نيست بلكه رويكردي جديد درتمام رشته ها است .
تاريخچه فناوري نانو
نقطه شروع و توسعه اوليه فناوري نانو به طور دقيق مشخص نيست . شايد بتوان گفت كه اولين نانوتكنولوژيست‌ها ایرانیان در دوره قبل از میلاد و یا شيشه‌گران قرون وسطايي بوده‌اند . در زمان قرون وسطايی براي ساخت شيشه‌هاي كليساهاي قرون وسطايي از ذرات نانومتري طلا استفاده مي‌‌شده 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 خواص مواد در ابعاد نانو متفاوت از خواص آنها در ابعاد ميكرو مي‌باشد . يافتن نمونه های دیگری از کاربرد فناوری نانو بصورت 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 ريز در حدود nm 700 دارد ، که حاوي نقره و طلا با نسبت تقريبا 14 به 1 است . حضور اين نانوبلورها باعث رنگ ويژه جام ليکرگوس گشته است . اما به طور مشخص می توان گفت که نقطه شروع فناوری نانو به شکل امروزی انتشار مقاله‌اي دربارة قابليت‌هاي فناوري نانو در آينده توسط ریچارد فاینمن در سال 1959 می باشد . بنابر این باوجود موفقیت هايي كه توسط بسياري از محققین 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 اندازه 25000/1 ابعاد 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.
از آن زمان به بعد می توان رويدادهاي مهم تاريخي را که در شکل گيري فناوري و علم نانو تاثیر گذار بوده اند ، بصورت زیر بیان کرد :
سال 1959 میلادی :بیان ایده ايده " فضاي زياد در سطوح پايين " جهت کار با مواد در مقياس نانو توسط فاینمنسال 1974 میلادی :بیان واژه فناوري نانو توسط نوريو تانيگوچي
سال 1977 میلادی :آغاز یک تصور کلی در زمینه مولولی ، فناوری نانو توسط دکتر كي اريك دركسلر
سال 1981 میلادی :1) اختراع دستگاهی جهت جابجایی اتم ها توسط شرکت IBM 2) اختراع دستگاه Scanning Tunneling Microscopy (STM) توسط آزمایشگاه مرکز تحقیقات فیزیک دانشگاه لیدز انگلستان .
سال 1985 میلادی :کشف ساختار جديدي از کربن buckyball ) C60) توسط Kroto يك تيم دردانشگاه Rice، Texas، توسط ریچارد اسمالی
سال 1986 میلادی : 1) نگارش نخستین کتاب فناوری نانو توسط دکتر كي اريك دركسلر با عنوان : ورود به عصر فناوری نانو( ( Engines of Creation : The Coming Era of Nanotechnology 2 ) اختراع ميكرسكوپ نيروي اتمي ، [AFM] Atomic Force Microscope
سال 1987 میلادی :1) آغاز برنامه مهندسی پروتئین ( پروتئومیکس ) در ایالات متحده آمریکا.2) برگذاری نخستین سمپوزیوم فناوری نانو در دانشگاه MIT ایالات متحده آمریکا
سال 1988 میلادی :حدود 50 دانشجو از اول بهار به مدت 10 هفته دوره فناوری نانو و مهندسی اکتشافی را زیر نظر دکتر كي اريك دركسلر در دانشگاه استنفورد ایالات متحده آمریکا گذراندند
سال 1990 میلادی :1) انتشار نخسین مقاله تخصصی فناوری نانو توسط کریس پترسون از انستیتو فیزیک انگلستان 2) آغاز سرمایه گذاری های استراتژیک ژاپن روی فناوری نانو .
سال 1993 میلادی :1) اعطا نخستین جایزه ریچارد فایمن 2) تاسیس دفتر فناوری نانو در کاخ ریاست جمهوری ایالات متحده آمریکا3) ساخت مدرترین آزمایشگاه پژوهشی فناوری نانو در دانشگاه رایس ایالات متحده آمریکا سال 1994 میلادی :ارائه نخستین درس ″ کاربرد نانو سیستم ها در زمان حال ″توسط پرفسور اری رکوچادر دانشگاه کالیفرنیا جنوبی ایالات متحده آمریکا
سال 1995 میلادی :بکار گیری کاربردهای نظامی فناوری نانو توسط ارتش ایالات متحده آمریکا
سال 1996 میلادی :1) اعلام ارزش 250000 دلاری جایزه فاینمن 2) برپایی نخستین همایش اروپایی فناوری نانو در 10-11 آوریل درکپنهاگ دانمارک 3) برپایی نخستین کنفرانس کسب و کار ارتباطات بین المللی (IBC) با موضوع ″ معبر زیستی و کاربردهای جدید آن در زمینه مولکولی فناوری نانو ″ در 9-10 دسامبر در شهر سان دیوگو ایالات متحده آمریکا
سال 1997 میلادی :1) تاسیس نخستین شرکت در زمینه تخصصی فناوری نانو به نام زیوکس (Zyvex) در شهر تگزاس ایالات متحده آمریکا 2) ساخت اولين نانو ترانزيستور توسط دکتر كي اريك دركسلر .
سال 2005 میلادی:در یک نشست علمی فناوری نانو ، روکو (roco) اعلام میکند که به زودی شمار تحقیقات و پژوهشها روی مقوله نانوسیستم ها از مرز 300 پروژه خواهد گذشت
سال 2007 میلادی :گسترش تحقيق و توسعه براي پيشرفت در عرصه فناوري نانو که همچنان ادامه دارد .
مشاهير فناوري نانو
دانشمندان زیادی در جهت گسترش فناوری نانو در حال تحقیق و بررسی می باشند . اما می توان افرادی شاخص یافت که از مبتکران و پیشگامان این فناوری به حساب می آیند . در زیر به معرفی آنها پرداخته می شود .
: (Richard. P. Feynman) ريچارد. پي. فاينمن
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.فاينمن در دبيرستان فار راك اوي 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 فناوری ماساچوست بقيه دانشگاه‌ها به خاطر نمراتش و يهودي بودنش 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 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 به فعاليت پرداخت. در بين سالهاي 1952 تا 1959 به عنوان استاد مهمان درس فيزيك تئوري در انستيتو فناوری كاليفرنيا به نام ريچارد چيس تولمن 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 در سال 1963 جوايزي بودند كه 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 و اس. آي. توموناجا 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 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 موفقيت هايي كه توسط بسياري تا آن زمان كسب‌شده بود، ريچارد. پي. فاينمن را به عنوان پايه گذار علم فناوری نانو 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. ريچارد فاينمن با گوند هوارد ازدواج كرد كه ثمره اين ازدواج يك پسر به نام كارل ريچارد متولد 22 آوريل 1961 و يك دختر به نام ميشل كاترين ، متولد 13 آگوست 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.
ريچارد ارت اسمالي : (Richard Errett Smalley)
ريچارد ارت اسمالي ٬ در 6 ژوئن سال 1943 در آكرن اوهايو به دنيا آمد. ابتدا به كالج هوپ رفت و پس از آن در دانشگاه ميشيگان مشغول به تحصيل شد و در سال 1965 ليسانش را از همان دانشگاه دريافت نمود. وي در سال 1973 موفق به اخذ دكترا از دانشگاه پرينستون شد. وي استاد شيمي دانشگاه رايس مي‌باشد.وي در سال 1996 به خاطر كشف فولرين (كربن 60) موفق به اخذ جايزه نوبل شيمي گرديد. او هم اكنون بر روي نانو لوله‌هاي كربني و امور مرتبط با فناوري نانو كار مي‌كند و صاحب نظري خبره در زمينه ايده فناوري نانو مولكولي مي‌باشد.
: (K.Eric Drixler) كي اريك دركسلر
كي اريك دركسلر ، در 25 آوريل 1955 در اوکلند ايالت كاليفرنياي آمريکا به دنيا آمد. پدرش آلن‌باري دركسلريك مدير مشاور و مادرش هازل ادناگاسمن يك متخصص در رشته آسيب‌شناسي بود . وي در پژوهشگاه فناوري ماساچوست (MIT) مشغول به تحصيل شد ، و ليسانس خود را در رشته علوم در سال 1977 و فوق ليسانس را در رشته مهندسي در سال 1979 به پايان رسانيد. سپس درجه دكتراي خود را با نظارت ماروين مينسكي در همان پژوهشگاه آغاز نمود و درنهايت در سال 1991 موفق به اخذ دكترا در رشته فناوري نانومولكولي شد. وي در 18 جولاي سال 1981 با كريستين لوئيس پترسون كه يك مهندس فارغ‌التحصيل از MIT بود ازدواج كرد.وی مشهورترين شخصيتي است كه در زمينه شناساندن پتانسيل‌هاي فناوري نانو مولكولي به عموم جامعه كارهاي اساسي انجام داده است .دركسلر به شدت تحت تأثير ايده "محدوديت هاي رشد" بود كه در ابتداي دهة 70 مطرح شد. عكس‌العمل او در اولين سال تحصيلش در MIT به اين قضيه چنين بود كه به دنبال كسي بگردد كه بر روي منابع فضايي (منابع خارج از كره زمين) كار كرده باشد. در نهايت او دكتر گراندكي انيل را در پرينستون پيدا كرد. وي فيزيكداني مشهور بود كه بر روي شتاب دهنده‌هاي ذرات، بسيار تبحر داشت و كارهاي برجسته‌اي در زمينه ايده "مهاجرت به فضا" انجام داده بود. دكسلر در كنار كارهايي كه تابستان‌ها در ساختمان اُ‌نيل بر روي نمونه‌هاي آزمايشگاهي انتقال جرم انجام مي‌داد، مقاله‌هايي نيز براي سه دوره كنفرانس "توليدات فضايي"تهيه كرد. وي همچنين در سال 1977 و 1979 مقالاتي با همكاري كيت هنسون (keith Henson)منتشر كرد و اختراعاتي در هر دو زمينه توليد فاز بخار و تشعشع كننده‌هاي و گرم كننده‌ها يا خنك كننده‌هاي فضايي به ثبت رسانيد .در سال 1975 و 1976 در كسلر وارد مطالعات تابستاني ناسا شد. او توانست ورقه نازك فلزي كه تنها چند 10 اتم ضخامت داشت را توليد كند و از آن به عنوان ايده‌اي براي ساخت بادبان‌هاي قايق‌هاي خورشيدي با راندمان بالا استفاده كند .وي همچنين در زمينه سياست فضايي نيز فعاليت مي‌كرد . بطوریکه در سال 1980 به انجمن L5 كمك كرده تا در انعقاد"معاهده ماه" پيروز شوند .در اواخر دهة 70 او ايده‌هاي مربوط به فناوري نانو مولكولي را بسط داد و سرانجام توانست به موضوع مورد بحث در سخنراني معروف ريچاردفاينمن جامه‌عمل بپوشاند . دركسلر از زماني كه در MIT مشغول گذرانيدن فوق ليسانس بود، به پيش‌بيني در زمينه آينده فناوري بسيار علاقه نشان مي‌داد. او همچون ساير كساني كه دنياي مدرن آينده را پيش‌بيني مي‌كنند، همواره سعي در ايجاد تصاويري باورنكردني از فناوري هاي مدرن داشت. در سال 1986 وي كتاب موتورهاي آفرينش را منتشر ساخت اين اولين كتابي بودكه طرحي از پتانسيل‌هاي فناوري نانو مولكولي را ارائه مي‌داد .وی اولين كسي بود كه دكترايش را در زمينه فناوري نانو مولكولي دريافت نمود . سپس با اعمال تصحيحاتي بر روي رساله دكترای خود آن را با نام "نانوسيستم‌ها محاسبات و ساخت ماشين‌هاي مولكولي" در سال 1992 منتشر كرد . انتشار اين كتاب توانست جايزه AAP را به عنوان بهترين كتاب در زمينة علوم كامپيوتر در همان سال براي وي به ارمغان بياورد. دركسلر و كريستين پترسون در سال 1986 پژوهشگاه دوراندیشی را به منظور پيشرفت علوم و مهندسي توليدات مولكولي پايه‌گذاري كردند
.این مبحث ادامه دارد ....
ایران مرکز نانو فناوری جهان اسلام
در پايان نشست سه روزه سيزدهمين مجمع عمومي همكاريهاي علمي و فناوري سازمان كنفرانس اسلامي در اسلام آباد، جمهوري اسلامي ايران به عنوان مركز شبكه نانو تكنولوژي در ميان كشورهاي اسلامي معرفي شد.
به نقل از واحد مركزي خبر در اسلام آباد، در قطعنامه پاياني اين نشست همچنين اعلام شد با توجه به اينكه جمهوري اسلامي ايران در سالهاي اخير در ميان كشورهاي اسلامي ، كشور برتر در توليد علم بوده است به عضويت كميته اجرايي علوم و فناوري سازمان كنفرانس اسلامي در آمد.
وزيران علوم كشورهاي عضو سازمان كنفرانس اسلامي همچنين در قطعنامه پاياني نشست اسلام آباد، استفاده صلح آميز از فناوري هسته اي را حق همه اعضاي سازمان كنفرانس اسلامي دانستند.
بر اساس يكي از بندهاي قطعنامه پاياني سيزدهمين مجمع عمومي همكاريهاي علمي و فن آوري سازمان كنفرانس اسلامي، دبيرخانه شبكه همكاري پارك هاي علوم و فن آوري اين سازمان در ايران تاسيس خواهد شد.
در نشست مجمع عمومي همكاريهاي علمي و فن آوري سازمان كنفرانس اسلامي ، ”زاهدي” وزير علوم ، تحقيقات و فن آوري جمهوري اسلامي ايران در ديدار با همتايان خود از كشورهاي پاكستان، مصر، اردن، جمهوري اذربايجان، برونئي و ازبكستان در خصوص همكاريهاي علمي و فن آوري بحث و تبادل نظر كرد.
