نانوتکنولوژي در علوم زمين

متاسفانه گزارش‌هاي آزمايشگاهي و تحقيقاتي اندكي درباره ذخيره سازي متان روي آرايه‌هاي SWNT موجود است. Murise و همكارانش تنها رفتار فازي وجذبي متان روي نانولوله‌هاي تك ديواره را در دماهاي پايين بررسي كرده اند. Talapatra و همكارانش بطورآزمايشگاهي ميزان جذب گازهاي متان، گزنون و نئون را روي دسته‌هاي SWNT اندازه گيري كردند و بطور غيرمنتظره اي مشاهده كردند كه هيچ گازي در فواصل بين آرايه اي SWNT جذب نشده است. با توجه به مشاهدات و مقايسه آنها با شبيه سازي‌هاي Bekyarova مي‌توان به اين نتيجه رسيد كه فاصله واندروالس يك فاكتور اوليه موثر روي ميزان جذب متان در فواصل بين آرايه‌هاي SWNT است. در پي اين نتيجه، Cao و همكارانش تحقيقات خود را در راستاي بهينه سازي فاصله واندروالس بين لوله‌ها در آرايه‌هاي SWNT ادامه دادند.
[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]
آرايش و فاصله واندروالسي در روش جذب گازي در نانوساختارها [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ] اين گروه با استفاده از روش مونت كارلو جذب متان را روي SWNT هاي آرايه مثلثي در دماي اتاق بررسي كردند. در ديواره اين نانولوله‌ها اتم‌هاي كربن به صورت آرميچير قرار گرفته‌اند. از نتايج اين كار مشخص شد كه SWNT با آرايه مثلثي و فاصله واندروالسي 8/0 نانومتر بيشترين مقدار گاز متان را در دماي اتاق جذب مي‌كند. در فشار 1/4 مگا پاسكال ظرفيت حجمي و ظرفيت جرمي جذب متان روي آرايه‌هاي SWNT(15,15) با فاصله واندروالسي 8/0 نانومتر 216 v/v و 215g CH4/Kg است.
بررسي جذب گاز درنانو ساختارها نشان مي‌دهد كه پارامترهاي روزنه و دانسيته جاذب مي‌تواند در ميزان جذب گاز بسيار موثر باشد، به طوري كه خواص روزنه‌ها در SWNH هاي فشرده شده به گونه اي است كه در دماي 303 درجه كلوين و فشار 5/3 مگا پاسكال، ظرفيت ذخيره سازي گاز متان اين نوع جاذب 160 v/v مي‌باشد. در ارتباط با SWNT ها مي‌توان گفت كه آرايش آنها و فاصله واندروالسي در آنها از پارامترهاي مهم در ميزان ذخيره سازي گاز طبيعي مي‌باشد. ميزان جذب گاز در SWNT هاي آرايه مربعي و آرايه مثلثي در فشارهاي پايين تقريبا يكسان است و اين ميزان در فشارهاي بالاتر از 4 مگا پاسكال در SWNT هاي آرايه مثلثي افزايش مي‌يابد. همچنين SWNT هاي آرايه مثلثي با فاصله واندروالسي 34/0 نانومتر در فشار 11/4 مگاپاسكال ظرفيتي در حدود 170 v/v براي ذخيره سازي گاز متان دارند، در حاليكه اين ظرفيت در SWNT هاي بهينه شده با فاصله واندروالسي 8/0 نانومتردر شرايط يكسان به 216 v/v مي‌رسد كه حتي بيشتر از ظرفيت ذخيره سازي CNG در فشارهاي 20 تا 30 مي‌باشد(200 v/v).

صنايع معدني
گوگردزدايي از سوختهاي فسيلي با نانوكاتاليست ها
محققــين در حــال مطالعــه نــانو خوشــه هــاي MoS2 جهــت افــزايش كــارايي كاتاليــستها در زدودن ســولفور از ســوختهاي فــسيلي هــستند. ايــن محققــين از ميكروســكوپ SEM جهــت بررســي واكنــشهاي انجــام شــده در مــرز نــانوخوشــه هــا اســتفاده مــي كننــد. قــسمت فعــال كاتاليــستهاي تجــاري ســولفور زدايــي هيــدروژني شــامل نــانوذرات شــبيه MoS2 مــي باشــد كــه بــر روي پايــه اكــسيدي بــسيار متخلخلــي توزيــع شــده انــد. مطالعــه و بررســي خــواص ايــن نــانوذرات بــا روشــهاي معمــولي مــشكل اســت. لــذا محققــين بــا رشــد دادن نــانو خوشــه هــاي MoS2 بــر روي بــستر بــي اثــر yb بــه مطالعــه آنهــا پرداختنــد . معمــولا چنــين فــرض مــي شــود كــه بايــد اتمهــاي گــوگرد از لبــه نــانو خوشــه هــا حذف شوند تا بـا مولكولهـاي خاصـي واكـنش دهنـد امـا اخيـرا محققـين دريافتنـد كـه تمـام نـانو خوشـه هـا فعـال بـوده و قــادر بــه واكــنش بــا گــوگرد مــي باشــند. در تــصوير SEM (شــكل6) لبــه زردي مــشاهده مــي شــود كــه تمــام اطراف خو شه ها را فرا گرفته است. طبـق مطالعـات نظـري علـت ايـن امـر ايـن اسـت كـه لبـه هـا بـر خـلاف نـانو خوشـه هــاي نيمــه هــادي MoS2 حالــت فلــزي يــك بعــدي دارنــد. ظــاهرا ايــن لبــه هــاي فلــزي هماننــد فلــزات كاتاليــستي معمــولي قــادر بــه رد و قبــول الكتــرون هــستند. جــذب تيــوفن (CHCHCHCHS ) بــه لبــه هــاي نــانو خوشــه هــا در حــضور هيــدروژن موجــب هيدروژنــه شــدن جزئــي پيونــدهاي دوتــايي تيــوفن و شكــستن پيونــد C-S مــي شــود كــه اساسا اولين قدم در سولفور زدايي هيدروژني محسوب مي شود.

بنــا بــه گــزارش ســازمان هــاي دولتــي آمريكــا و كــشورهاي اروپــايي، ميــزان ســرمايه گــذاري جهــاني در زمينــه پــژوهش و توســعه فنــاوري نــانو، ظــرف مــدت 8 ســال تقريبــاً 9 برابــر شــده و از رقــم 432 ميليــون دلار در ســال 1997 بــه رقــم تقريبــي 1/4 ميليــارد دلار در ســال 2005، رســيده اســت. توزيــع ايــن ســرمايه گــذاري هــا در زمينــه هــاي مختلــف در هــر يــك از كــشورهاي مــورد بحــث متغيــر بــوده اســت. مــثلاً ســهم پــژوهش هــا و آمــوزش هــاي دانــشگاهي در كــشورهاي كــره جنــوبي و تــايوان 20 درصــد و در آمريكــا 65 درصــد، پــژوهش هــاي صــنعتي در آمريكــا 5 درصــد و در دو كــشور فــوق 60 درصــد از كــل ســرمايه گــذاري هــر يــك از آنهــا بــوده و آزمايــشگاه هــاي دولتــي و تأسيــسات پايــه تقريبــاً بــين 20 تــا 25 درصــد از ايــن ســرمايه گــذاري را در تمــامي كــشورهاي موردبحــث بــه خــود اختــصاص داده انــد.

چشم انداز فناوري نانو در فاصله زماني سال هاي 2000 تا 2020
حــوزه هــاي نوظهــور فنــاوري، مهندســي و علــوم نانومقيــاس، درك و كنتــرل بــي ســابقه اي را بــر ســازندهاي تمــامي اجسام طبيعي و مـصنوعي بـدنبال داشـته اسـت. بـه نظـر مـا در فاصـله زمـاني سـال هـاي 2000 تـا 2020، شـاهد پيـشرفت هـاي سـريعي، هـم از نظــر دانــشِ پايــه فنــاوري نــانو و هــم توليــد زيرســاختارهاي آن بــراي مــصارف كــاربردي، خــواهيم بــود. ايــن مرحلــه، بــسيار شــبيه بــه دوره گــذاري اســت كــه فنــاوري اطلاعــات (it) ، بــين ســال هــاي 1960 تــا 2000 و زيــست فنــاوري بــين ســال هــاي 1980 تــا 2010، پــشت ســر گذاشــته، از مفــاهيم پژوهــشيِ صــرف بــه كاربردهــاي گــسترده رســيده انــد . چهــار نــسل مختلــف بــراي محــصولات فنــاوري نــانو شناســايي شده است. ايــن چهــار نــسل همــان طــور كــه در شــكل نــشان داده شده است، عبارتنــد از: نانوســاختار هــاي غيرفعــال، نانوســاختارهاي فعــال، سيــستم هــاي متــشكل از نانوسيــستم هــا و نانوسيــستم هــاي ملكــولي . در فاصــله 5 ســال اول پــس از اعــلام پيــشگامي ملــي فنــاوري نــانو آمريكــ (ســالهاي2001 تــا2005)، بررســي هــاي اوليــه و توليــد نانوســاختارهاي غيرفعــال منجملــه تركيبــات نــسبتاً ســاده متــشكل از نــانوذرات، نانولولــه هــا و نانولايــه هــا در كــانون توجــه جهــاني قــرار داشــتند. در ســال 2005، دوره گــذار اول يعنــي ظهــور نانوســاختارها و نانوسيــستم هــاي فعــال بــه وقــوع پيوســت. نانوســاختار فعــال، ســاختاري اســت كــه در صــحنه عمــل، حالــت اوليــه خــود را تغييــر مــي دهــد. مثلا، راه انــدازها و نانوداروهــا قادرنــد بــه ترتيــب ابعــاد، شــكل و تركيــب شــيميايي خــود را تغييــر دهنــد. ايــن حالــت جديــد، شــايد خــود منــشاء تحــولات مهمــي باشــد كــه بــا بــزرگ تــر شــدن ايــن ســاختارها و مداخلــه آنهــا در ايجــاد پديــده هــاي چندگانــه، پيچيــده تــر هم مـــــي شـــــوند. نمونـــــه هـــــايي از نانوســـــاختارهاي فعـــــال عبارتنـــــد از: سيـــــستم هـــــاي نانوالكتروشـــــيميايي، سيـــــستم هـــــاي ميكروالكترومكانيـــك(mems) ، تجهيـــزات نانوزيـــستي، ترانزيـــستورها، تقويـــت كننـــده هـــا، داروهـــا و مـــواد شـــيميايي هدفمنـــد، راه انــدازها، ماشــين هــاي مولكــولي، موتورهــاي مولكــولي داراي نيــروي محركــه نــوري ، پلاســمونيك، ســيالات نانومقيــاس، تجهيــزات توليــد كننــده ليــزر، نانوســاختارهاي انطبــاق پــذير، ابزارهــاي ذخيــره ســازي انــرژي و حــسگرهايي كــه حــين انــدازه گيــري، حالــت خــود را تغيير مي دهند.

در ســال 2000 بــرآورد ايــن بــود كــه تــا ســال 2015 ارزش محــصولاتي كــه فنــاوري نــانو در اجــزاي اصــلي آنهــا دخالــت خواهــد داشــت، درســطح جهــان بــه يــك تريليــون خواهــد رســيد. در ايــن مــدت، نيــاز صــنايع مــرتبط بــا فنــاوري نــانو بــه نيــروي كــار، بــه حــدود دو ميليــون نفــر و فرصــت شــغلي بوجــود آمــده در فعاليــت هــاي پــشتيباني ايــن فنــاوري بــه حــدود ســه برابــرِ ايــن تعــداد، خواهــد رســيد..
بنــا بــه گــزارش ســازمان هــاي دولتــي، ميــزان ســرمايه گــذاري هــاي جهــاني در زمينــه پــژوهش و توســعة فنــاوري نــانو در هــشت ســال گذشــته تقريبــا 9 برابــر شــده و از رقــم 432 ميليــون دلار در ســال 1997 بــه رقــم 1/4 ميليــارد دلار در ســال2005رســيده اســت . حــداقل 60 كــشور جهــان فعاليــت هــاي خــود را در زمينــه آغــاز كــرده انــد. دانــشمندان ايـــن كـــشورها، اكتـــشافات گـــسترده اي را انجـــام داده و هـــيچ حـــوزة پژوهـــشي عمـــده اي را در علـــوم فيزيكـــي، زيـــست شناســـي و مهندسي، دست نخورده باقي نگذاشته اند. صنايع مختلف نيز به مزاياي رقابتي فناوري نانو، اعتماد پيدا كرده اند.

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 مسأله 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 به چند كشور اشاره مي‌شود:
[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ] آمريكا
آمريكا در سال 1998 با توجه به خواست وسيع محققان و دانشگاهيان، گروه‌كاري بين بخشي علوم و فناوري نانو را تشكيل داد. اين گروه در فوريه 2000، گزارشي با عنوان پيشگامي ملي نانوتكنولوژي؛ به سوي انقلاب صنعتي بعدي به رئيس‌جمهور آمريكا ارائه نمود كه رئيس‌جمهور نيز آن را از طريق دستيار علوم و فناوري خود به كنگره ارائه داد. بخشي از اين گزارش صرف تهييج مسؤولان آمريكا براي توجه جدي به اين موضوع شده است تا آنجا كه در صفحه31 اين گزارش 101 صفحه‌اي عدم توجه به جنبه‌هاي مهم اين كار ازجمله جنبه‌هاي فرابخشي آن مساوي با در معرض خطر قرار گرفتن آينده اقتصادي، كيفيت زندگي و امنيت ملي آمريكا دانسته شده است. آنچه در اين گزارش پيشنهاد شده، برنامه‌اي ملي است كه از طريق كميته‌اي در عاليترين سطح و به صورت متمركز هدايت مي‌شود و در آن ضمن تعيين اولويت‌هاي پنجگانه كشور، تكليف هر يك از وزارتخانه‌ها و سازمانها، نحوه اجراي آن و بودجه لازم براي هر دستگاه در هر زمينه مشخص شده است. براي اين برنامه در كنگره 423 ميليون دلار به تصويب مي‌رسد؛ در حالي كه كل بودجه‌هايي كه در سال 1997 به صورت پراكنده توسط سازمانهاي مختلف دولتي هزينه شده كمتر از 120 ميليون دلار است. كميته مزبور براي سال 2002، مبلغ 508 ميليون دلار به تصويب رسانده است. يكي از اهداف اصلي اين برنامه، كسب پيشگامي در تمامي زمينه‌هاي مربوط به نانوتكنولوژي در جهان مي‌باشد.

ژاپن
محققان ژاپني از دهه 1970 ميلادي به صورت خودجوش در زمينه‌هاي تحقيقاتي نانوتكنولوژي وارد شده‌اند تا آنجا كه كلمه نانوتكنولوژي نيز اول بار توسط يك محقق ژاپني مورد استفاده قرار گرفت. دولت ژاپن اولين بار در ابتداي دهه 1990 بودجه‌اي را براي پشتيباني از اين تحقيقات اختصاص داد و اين روند ادامه يافت تا اينكه در سال 1997، 120 ميليون دلار و در سال 2001، 430 ميليون دلار اختصاص يافته است.
بودجه نانوتکنولوژي ژاپن در سال مالي 2004 ، 1/3 درصد افزايش نسبت به سال قبل داشته و به 875 ميليون دلار رسيده است. در ضمن دو وزارتخانه اصلي که مسئول 90 درصد برنامه‌هاي تحقيقاتي ژاپن مي‌باشند نيز مشمول اين افزايش بودجه شده‌اند.
وزارت اقتصاد، بازرگاني و صنعت (meti) که مسئول توسعه تحقيقات نزديک به تجاري‌شدن است، بودجه تحقيقات نانوتکنولوژي خود را در سال گذشته از 7/96 ميليون دلار به 4/101 ميليون دلار افزايش داده است. تمام بودجة مربوط به علوم و فناوري meti ، 1/15 ميليارد دلار است که تحقيقات نانوتکنولوژي و مواد مرتبط با آن، يکي از چهار اولويت اصلي را در کنار تحقيقات مربوط به اطلاعات و ارتباطات، علوم حيات و تحقيقات زيست‌محيطي، به خود اختصاص داده است.
بودجة ژاپن توسط وزارت دارايي در توکيو در پايان ماه دسامبر تعيين شده و هر سال در ماه مارس، بعد از تأييد پارلمان ژاپن ابلاغ مي‌شود.

بودجه وزارت آموزش، فرهنگ، ورزش، علوم و فناوري (mext) نيز در سال جاري از 8/222 ميليون دلار به 8/242 ميلون دلار رسيده است که ضمن آن تأکيد زيادي (49/153 ميليون دلار) بر تحقيقات مواد بنيادي و نيز برنامه کشف داروهاي جديد وجود دارد. اين وزارتخانه از تحقيقات بنياديني که انتظار توليد محصولات صنعتي از آنها نمي‌رود و يا از فناوري‌هاي دهه اخير حمايت مي‌کند. بودجه پروژه تحقيقاتي نانوتکنولوژي "آزمايشگاه‌هاي مجازي" mext براي توسعه فناوري‌هاي راهبردي از 81/415 ميليون دلار در سال گذشته به 7/430 ميليون دلار افزايش مي‌يابد. در ماه فوريه meti اظهار داشت تصميم گرفته است نانوتکنولوژي را به عنوان صنعتي شايسته براي دريافت حمايت‌هاي خاص دولت تحت پيشگامي حمايت از صنايع نسل جديد در نظر بگيرد.

کرة جنوبي
كرة جنوبي 5 زمينه فناوري را به عنوان صنايع نسل بعدي به عنوان اولويت اين كشور اعلام نموده و براي آنها تا سال 2005، مبلغ 10 تريليون ون معادل 8 ميليارد دلار اختصاص داده است. فناوري اطلاعات، بيوتكنولوژي، نانوتكنولوژي، فناوري‌هاي محيط‌زيست و فناوري‌هاي فرهنگي به عنوان حوزه‌هاي منتخب دولت كرة جنوبي اعلام گرديده است. دولت كره جنوبي در زمينة نانوتكنولوژي، پرورش 12600 كارشناس و متخصص را در 10 سال آينده برنامه‌ريزي نموده است.

کانادا
دولت كانادا با تدوين برنامة 5 ساله، 120 ميليون دلار را براي سرمايه‌گذاري در زمينة نانوتكنولوژي در 5 سال آينده اختصاص داد. دولت، يك موسسه ملي نانوتكنولوژي را با ظرفيت 160 محقق و تكنسين تأسيس نموده است. اين موسسه شبكه گسترده‌اي را از محققان دانشگاههاي سراسر كشور ايجاد خواهد كرد. نخست‌وزير كانادا با اعلام اين برنامه گفت: نانوتكنولوژي، همان تاثير انقلاب صنعتي قرن نوزدهم را بر جوامع خواهد داشت.