-
سنتز نانوذرات اكسيد سرب در حضور امواج اولتراسونيك
[ برای مشاهده لینک ، 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)
-
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:
-
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:
-
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 ، 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)
-
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
-
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 ، 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 ، 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 ، 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 ، 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 ، 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.
-
آينده زير سايه نانو
[ برای مشاهده لینک ، 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.
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.
-
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: مجله گسترش صنعت
-
كوچك، زیباست
[ برای مشاهده لینک ، 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
-
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
