بعد از دهه نود که فن آوری اطلاعات هیاهوی بسیاری در جهان بپا نمود، در آغاز قرن بیست و یکم دانشمندان تمرکز خود را بر روی فن آوری نوینی معطوف کرده اند که به عقیده عده ای نه تنها قسمتی از آینده بشری می باشد، بلکه این فن آوری تمامی آینده بشر را متحول خواهد ساخت. نانو تکنولوژی دارای سابقه زیادی نمی باشد. این موضوع برای اولین بار حدود 40 سال پیش مطرح شد.
در سال 1959 Richard Feynman دانشمند کوانتوم نظری و دارنده جایزه نوبل طی یک سخنرانی در انستیتو تکنولوژی کالیفرنیا اشاره کرد که اصول و مبانی فیزیک امکان ساخت اتم به اتم چیز ها را رد نمی کند. وی اظهار داشت که می توان با استفاده از ماشین های کوچک ماشین هایی به مراتب کوچک تر ساخت و سپس این کاهش ابعاد را تا سطح خود اتم ادامه داد. همین عبارت های افسانه وار فاینمن من راهگشای یکی از جذاب ترین زمینه های نانو تکنولوژی یعنی ساخت روبوت هایی در مقیاس نانو شد. او قصد داشت تا با قرار دادن اتم ها در کنار یکدیگر کوچکترین مصنوعات بشری را بسازد.
بعدها یک دانشجو رشته کامپیوتر برای انجام پروژه فارغ التحصیلی خود، دانشمند بزرگ هوش مصنوعی دکتر Minsky که پدر علم هوش مصنوعی نیز شناخته می شود را به عنوان استاد راهنمای پروژه فارغ التحصیلی خود برگزید. این دانشجو آقای Eric Drexler نام داشت.
Drexler که علاقه زیادی به نظریه های Feynman (ساخت سیستم ها در ابعاد نانو) داشت، سعی در شکوفایی این فرضیا ت نمود. وی بعد از اخذ درجه استادی علوم کامپیوتر، نظریه نانو تکنولوژی را بنا نهاد. اولین مقاله وی در زمینه نانو تکنولوژی در سال 1981 و با موضوع نانو تکنولوژی مولکولی به چاپ رسید. Drexler اولین کس بود که در سال
1991 از دانشگاه MIT مدرک دکتری نانو تکنولوژی را دریافت نمود. وی هم اکنون رئیس انیستیتو Foresight و Research Fellow می باشد.
بعدها کشورهای توسعه یافته، برنامه ریزی های گسترده ای را برای فعالیت های تحقیقاتی و صنعتی در زمینه نانو تکنولوژی تدوین نموده اند. در سراسر جهان سرمایه گذاری های عمومی در تحقیق و توسعه این فناوری از مرز 400 میلیون یورو در سال 1997 به 3 میلیارد یورو در سال 2004 افزایش یافته است. با توجه به شتاب روز افزون جهانی برای رشد و توسعه ی فناوری نانو، در کشور ما نیز در برنامه پنج ساله ی چهارم به فناوری نانو توجه شده است . به روشنی می توان دید که آینده بشر در اختیار نانو تکنولوژی می باشد.
یک نانومتر چقدر است؟ در زبان علمی " نانو" یک پیشوند برای واحدهای اندازه گیری و معادل 9- 10 است . بطور مثال یک نانومتر معادل یک میلیاردیم متر می باشد. این مقدار برابر با اندازه مولکول های کوچک و یا اندازه 20 اتم هیدروژن کنار هم میباشد . قطر یک اتم بین 0.1 تا 0.4 نانو متر است . یک مولکول DNA قطری برابر با 2 نانومتر دارد . ابعاد یک ویروس نیز در بازه یک تا صد نانومتر قرار دارد 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_اسمبلی بسازیم. در روش خود_اسمبلی به هیچ روبات یا ابزار دیگری برای سرهم کردن اجزاء نیازی نیست. این ترکیب پر قدرت علم مواد و بیوتکنولوژی به فرآیندها و صنایع جدیدی منتهی خواهد شد.
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 ، تهیه دارو و ذخیره انرژی 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.
تقسیم بندی فناوری نانو در شاخه ها و رشته های مختلف بیشتر مربوط به کاربرد محصولات این فناوری در هر رشته می باشد. بطور کلی استفاده از فناوری نانو برای تولید مواد با بهره بالا عبارت از ایجاد یک شرایط کاملا کنترل شده و دقیق و استفاده از این شرایط برای چیدمان منظم اتمها و تولید مواد در مقیاس نانو می باشد. بنابراین نمی توان این فناوری را منحصر به رشته علمی خاصی نمود. فناوری نانو در آینده به طرق گوناگونی وارد زندگی بشر خواهد شد. از قبیل نقش فناوری نانو در بکارگیری پیلهای سوختی این فناوری مانند فناوری هایی از قبیل اینترنت ، موتورهای احتراق داخلی و الکتریسیته تاثیری گسترده و نامحدود بر روی جامعه بشری خواهد گذاشت. فولرن ، نانولوله های کربنی ، نانو مواد پلیمری ، نانوخوشه ها و ... مواردی هستند که در مقوله های شیمی ، انرژی و محیط زیست صنایع گوناگون کاربرد فراوانی دارند که در ادامه به بررسی آنها و تأثیر مستقیم و غیر مستقیم شان بر محیط زیست خواهیم پرداخت.
نانولوله های کربنی
شکلهای جدید کربن ، نانولوله ها و فولرن هستند. فولرن یک مولکول بسته با اتمهای کربن چند وجهی کروی یا تقریبا کروی است. بهترین مثال شناخته شده C60 می باشد. که شامل دوازده حلقه پنج وجهی و بیست حلقه شش وجهی است. (شکل 1) نانولوله های کربنی ، لوله هایی کاملا مستقیم با قطر در حد نانومتر و خواص نزدیک به خواص الیاف ایده آل گرافیت هستند. نانولوله ها می توانند به صورت چند لایه ای یا تک لایه ای باشند. یک تصویر TEM از نانولوله کربنی چند لایه ای در شکل 2 نشان داده شده است ، که نانولوله گرافیت بوسیله لوله مرکزی محدود شده است و ساختمان نانولوله شکل یافته بوسیله دو سیلندر گرافیتی هم مرکز را نشان می دهد.
استفاده از مواد در مقیاس نانو :
انواع متعددی از مواد معدنی را می توان برای کاربردهای مختلف به شکل بلورها یا ذرات در مقیاس نانو ساخت. جدول شماره 1 برخی گروه های مهم نانو مواد و کاربردهای آنها را نشان می دهد :
شامل 55 صفحه فایل WORD قابل ویرایش
دانلود مقاله تاریخچه نانو تکنولوژی در دنیا
