فناوری نانو چیست ؟

نانوتکنولوژی چیست؟

به تعریف ساده فناوری نانو علم، مهندسی و فناوری است که در مقیاس نانو انجام می شود ، یعنی حدود ۱ تا ۱۰۰ نانومتر.

علوم نانو و فناوری نانو مطالعه و کاربرد موارد بسیار جزئی است و می تواند در سایر زمینه های علمی مانند شیمی، زیست شناسی، فیزیک، علوم مواد و مهندسی مورد استفاده قرار گیرد.

داستان نانو چگونه شروع شد؟

ایده ها و مفاهیم پشت علوم نانو و فناوری نانو با یک سخنرانی تحت عنوان “فضای زیادی در پایین وجود دارد” توسط فیزیکدان ریچارد فاینمن در یک جلسه انجمن فیزیکی آمریکا در انستیتوی فناوری کالیفرنیا در ۲۹ دسامبر ۱۹۵۹، مدت ها قبل از از فناوری نانو استفاده شد. فاینمن در صحبت های خود فرایندی را توصیف کرد که در آن دانشمندان می توانند اتم ها و مولکول های منفرد را دستکاری و کنترل کنند. بیش از یک دهه بعد، پروفسور نوریو تانیگوچی در کاوش در ماشینکاری فوق دقیق، اصطلاح فناوری نانو را ابداع کرد. تا سال ۱۹۸ ، با توسعه میکروسکوپ تونل زنی روبشی که می تواند اتم های منفرد را “ببیند”، فناوری نانو مدرن آغاز شد.

مفاهیم بنیادی در علوم نانو و فناوری نانو

پنجره های شیشه ای قرون وسطایی نمونه ای از نحوه استفاده از فناوری نانو در دوران پیش از مدرن است.

تصور اینکه فناوری نانو چقدر کوچک است دشوار است. یک نانومتر یک میلیاردم متر یا ۱۰ به توان منفی ۹ متر است. در اینجا چند مثال گویا آورده شده است:

• ۲۵،۴۰۰،۰۰۰ نانومتر در اینچ وجود دارد!
• یک ورق روزنامه حدود ۱۰۰۰۰۰ نانومتر ضخامت دارد.
• در مقیاس مقایسه ای، اگر یک سنگ مرمر یک نانومتر بود، یک متر به اندازه زمین خواهد بود.

علوم نانو و فناوری نانو شامل توانایی دیدن و کنترل اتمها و مولکولهای منفرد است. همه چیز روی زمین از اتم تشکیل شده است – غذایی که می خوریم، لباسی که می پوشیم، ساختمان ها و خانه هایی که در آنها زندگی می کنیم و حتی بدن خودمان.

اما دیدن چیزی به اندازه اتم با چشم غیرمسلح غیرممکن است. در حقیقت، دیدن آن با میکروسکوپ هایی که معمولاً در کلاس های علوم دبیرستان استفاده می شود غیرممکن است. میکروسکوپ های مورد نیاز برای دیدن چیزهای در مقیاس نانو در اوایل دهه ۱۹۸۰ اختراع شد.

دانشمندان پس از داشتن ابزارهای مناسب مانند میکروسکوپ تونل زنی اسکن و میکروسکوپ نیروی اتمی، وارد عصر فناوری نانو شدند.

 

نانو دقیقا یعنی چه؟

اصطلاح نانو از یونان باستان آمده و به معنی کوتوله است. علوم نانو با نانوساختارهای ریزی که اندازه آن ها فقط چند نانومتر است سر و کار دارند(<100 نانومتر).

نانو که به عنوان پیشوند استفاده می شود، ۱۰ به توان منفی ۹ را نشان می دهد، همان طور که کیلو ده به توان سه و  میلی  ده به توان منفی سه را نشان می دهد. بنابراین یک نانومتر برابر است با یک میلیاردم متر یعنی ۰.۰۰۰۰۰۰۰۰۱ متر.

اندازه یک اتم منفرد در حدود ۰.۱ نانومتر است. بنابراین ساختارهای نانو از تعداد محدودی اتم و مولکول تشکیل شده است.

برای اینکه بتوانید در مورد مقیاس کارکرد علوم علوم نانو ایده بگیرید، در اینجا یک آزمایش فکری ارائه شده است:

اگر با سحر و جادو می توانم یک مولکول باکی بال را به قطر ۱ نانومتر به اندازه یک سیب منفجر کنم، با استفاده از همان فاکتور مقیاس، می توانم یک سیب را به اندازه زمین منفجر کنم. بنابراین نسبت اندازه مولکول به سیب با سیب و زمین یکسان است

تصور سازه هایی که اندازه آنها فقط میلیاردم متر یا میلیونیمم میلی متر است دشوار است. حتی درک قوانین حاکم بر این جهان نانو گاهی حتی دشوارتر است. از آن جا که ساختارهای نانو به طرق کاملاً متفاوتی نسبت به ساختارهای بزرگتر رفتار می کنند. خصوصیات سطح یک ماده از اهمیت بیشتری برخوردار می شود و اثرات مکانیکی کوانتوم باید بیشتر مورد توجه قرار گیرند.

برای تصویربرداری، درک، سنتز و استفاده از بسیار کوچکترین ذرات و همچنین مطالعه خطرات موجود در آنها ، ما به علوم علوم نانو نیاز داریم. آنها در مناطق مختلفی وجود دارند ، از جمله تحقیقات مواد، اپتیک، الکترونیک، بیوتکنولوژی، فناوری اندازه گیری و پزشکی.

 

آیا علم نانو علم جدیدی است؟

گرچه علم و فناوری نانو مدرن کاملاً جدید است، اما مواد در مقیاس نانو قرن ها مورد استفاده قرار می گرفتند. ذرات طلا و نقره به اندازه جایگزین صدها سال پیش در شیشه های ویترای کلیساهای قرون وسطایی رنگ ایجاد کردند. در آن زمان هنرمندان فقط نمی دانستند فرایندی که برای خلق این آثار هنری زیبا به کار بردند در واقع منجر به تغییر در ترکیب مواد مورد استفاده آن ها شد.

دانشمندان و مهندسان امروزی در حال یافتن طیف وسیعی از روش ها برای ساخت عمدی مواد در مقیاس نانو هستند تا از خواص پیشرفته آنها مانند استحکام بالاتر، وزن سبک تر، افزایش کنترل طیف نور و واکنش شیمیایی بیشتر از نمونه های مقیاس بزرگتر خود استفاده کنند.

 

نانوتکنولوژی چیست؟ آیا باید نگران آن باشیم؟

فناوری نانو چیست؟ پاسخ به این سوال به این آسانی نیست که تصور می شود زیرا این واژه طیف وسیعی از فعالیت ها را در بر می گیرد. در ۱۵ سال گذشته فناوری نانو بسیار مورد توجه قرار گرفته است – برخی از مفسران و ناظران مالی – مانند خانه مالی مریل لینچ حتی تا آنجا پیش رفته اند که تأثیر فناوری نانو به قدری زیاد خواهد بود که اصطلاح نانو برای توصیف دوره جدیدی از رشد اقتصادی جهان استفاده می شود. پیشوند ‘nano’ از کلمه یونانی به معنی ‘کوتوله’ آمده است. از این رو ، “فناوری نانو” به راحتی می تواند به معنای یک فناوری برای انجام کارهای “کوچک” باشد. با این حال، مدت هاست که از نانو به عنوان پیشوند در محافل علمی به معنای ۱ میلیاردیم (با استفاده از میلیارد به معنای آمریکایی آن یعنی یک و پس از آن نه صفر) استفاده می شود. بنابراین اصطلاح “نانومتر” به معنای ۱ میلیاردیم متر است. یک نانومتر بسیار کوچک است – عرض آن فقط ۱۰ ∼ است.

با این امتیاز، ممکن است انتظار داشته باشیم که فناوری نانو ارتباطی با فناوری هایی داشته باشد که در سطح نانومتر کار می کنند و این همان معنای کلی است که امروزه از این اصطلاح استفاده می شود. مهم است که در اینجا بین “علوم نانو”، که مطالعه پدیده ها در مقیاس بسیار کوچک است و “فناوری نانو” را تشخیص دهیم، که به معنای دستیابی به هدفی است که به نوعی مفید است. در سال ۱۹۹۴ ، انجمن سلطنتی انجمن سلطنتی / آکادمی سلطنتی مهندسی در این باره تعاریف زیر را تصویب کرد:

• علوم نانو مطالعه پدیده ها و دستکاری مواد در مقیاس های اتمی، مولکولی و ماکرومولکولی است، که در آن خواص از مقیاس بزرگتر به طور قابل توجهی متفاوت هستند.
• فناوری های نانو عبارتند از طراحی، توصیف، تولید و کاربرد سازه ها ، دستگاه ها و سیستم ها با کنترل شکل و اندازه در مقیاس نانومتر.

 

مقیاس نانو

مقیاس ابعاد مورد استفاده برای کاربرد فناوری نانو معمولاً <100 نانومتر است. بدون شک علوم نانو از اوایل قرن ۲۰ وجود داشته است، اما این ایده که با کار در مقیاس بسیار کوچک ممکن است برخی از مزایای تکنولوژیک حاصل شود، خیلی دیرتر مطرح شد. اولین بار توسط فیزیکدان، ریچارد فاینمن، هنگامی که وی در سال ۱۹۵۹ در انجمن فیزیکی آمریکا با عنوان “در قسمت پایین اتاق زیادی وجود دارد – دعوت نامه ورود به یک رشته جدید فیزیک” سخنرانی کرد. وی در این سخنرانی – که در واقع تقریباً هیچ فیزیکی در آن وجود نداشت اما عمدتا به فناوری ساختن اشیا مربوط می شود – او مزایایی را که در صورت شروع کار در مقیاس های کوچک شروع به تولید ممکن است به ما منتقل کند، بررسی کرد.

ایده هایی که وی مطرح کرد به طرز چشمگیری پیشگامانه بودند. به عنوان مثال، وی تکنیک هایی را که می توان برای ساخت مدارهای مجتمع در مقیاس بزرگ و تأثیرات انقلابی استفاده از این مدارها بر محاسبات را به کار برد، پیش بینی کرد. وی در مورد ساخت ماشین هایی برای تعیین توالی ژن ها با خواندن مولکول های DNA صحبت کرد. وی استفاده از میکروسکوپ الکترونی را برای نوشتن اطلاعات عظیم در مناطق بسیار کوچک پیش بینی کرد. وی همچنین در مورد استفاده از ماشین آلات مکانیکی برای ساخت ماشین های دیگر با افزایش دقت صحبت کرد.

او در مورد بهره برداری از فعل و انفعالات چرخش های کوانته شده، نوعی “منطق چرخش” صحبت کرد که فقط اکنون مورد مطالعه قرار گرفته است. بسیاری از پیش بینی های وی در آن سخنرانی به حقیقت پیوسته است و همه جنبه هایی از آنچه ما اکنون فناوری نانو می نامیم است، اگرچه وی خود از این اصطلاح استفاده نکرده است.

اولین استفاده از اصطلاح فناوری نانو توسط نوریو تانیگوچی بود که در سال ۱۹۷۴ سخنرانی کرد و توصیف کرد که چگونه دقت ابعادی که ما با آن تولید می کنیم با گذشت زمان بهبود یافته است. وی تحولات تکنیک های ماشینکاری را طی دوره ۱۹۴۰ تا اوایل دهه ۱۹۷۰ مورد مطالعه قرار داد و (به درستی) پیش بینی کرد که در اواخر دهه ۱۹۸۰ تکنیک ها تا حدی پیشرفت می کنند که دقت ابعادی بهتر از ۱۰۰ نانومتر قابل دستیابی است. وی اصطلاح فناوری نانو یا همان نانوتکنولوژی را در این باره به کار برد.

فعالان حوزه نانو تکنولوژی چه کسانی بودند؟

تمام فعالیتهای اولیه در زمینه فناوری نانو توسط فیزیکدانان و مهندسان انجام شد  آن ها عمدتا به استفاده از یک ماشین فکر می کردند  ساخته شده از اجزای ساخته شده تا دقت مشخصی برای ساخت اشیا یا اجزای ماشین دیگر.

امروزه نانو کجا قرار دارد و آینده آن چه خواهد شد؟

اکنون این فناوری را از بالا به پایین و وارونه می بینیم. این امر مستقیماً به صنایع نیمه هادی و فناوری اطلاعات و ارتباطات بسیار موفق منجر شده است، بازار جهانی بیش از ۲ تریلیون دلار، در حال حاضر با رشد ۴.۸٪ در سال. همه ما از ریزپردازنده های پیشرفته در رایانه های قابل حمل خود استفاده می کنیم. نسل فعلی تراشه ها ، که تازه در سال ۲۰۰۶ تولید شده اند، روی آنها خطوط فلزی نوشته شده است که فقط ۶۵ میلیاردم متر عرض دارند و >100 میلیون ترانزیستور روی یک قطعه سیلیکون به عرض چند میلی متر دارند.

از این رو، ابعاد بحرانی تراشه تا اواخر سال ۲۰۰۷ به ۴۵ نانومتر و در پایان دهه به ۲۲ نانومتر کاهش می یابد. فن آوری های ایجاد شده توسط صنعت نیمه هادی نیز اکنون در ساخت ماشین های ریز مکانیکی کوچک برای سنجش و تحریک استفاده می شود. این “سیستم های میکرو الکترومکانیکی” در حال یافتن برنامه های گسترده ای هستند، به ویژه در زمینه های خودرو و پزشکی، جایی که هزینه و عملکرد مبتنی بر اندازه از عوامل اصلی هستند. ما می توانیم در اینجا ببینیم که تأثیرات عظیمی که کار در مقیاس بسیار کوچک بر جهان ما می گذارد.

کمی تخصصی تر!

فاینمن دو موضوع دیگر را در سخنرانی خود مطرح کرد. اول، وی امکان ساخت ماشین هایی را در نظر گرفته بود که بتوانند اتمهای منفرد را برای ساختن ترکیبات شیمیایی انتخاب و قرار دهند. در سال ۱۹۸۱، بینگ و روهرر، در IBM در زوریخ، میکروسکوپ کاوشگر اسکن را اختراع کردند. این از یک نقطه فلزی بسیار تیز اسکن شده روی یک سطح برای “دیدن” اتمهای سطح استفاده می کند. آن ها برای این کار در سال ۱۹۸۶ جایزه نوبل را از آن خود کردند. در سال ۱۹۸۹، ایگلر با استفاده از میکروسکوپ کاوشگر اسکن، اتمهای زنون را “برهم زد” روی یک سطح مس که در دمای نزدیک به صفر مطلق نگه داشت، برای نوشتن حروف “IBM” نوشت. ایگلر و گروه او کارهای قابل توجهی انجام داده اند ، عمدتا با استفاده از این روش برای کشف پدیده های اساسی فیزیکی و مکانیکی کوانتوم. گیمزفسکی در IBM از تکنیک های مشابه استفاده کرده است، اما در دمای اتاق ، تک مولکول ها را به اطراف فشار می دهد. این نوع کار با اتم ها و مولکولهای منفرد، “فناوری نانو شدید” نامیده می شود.

سخن پایانی نانوپلاس

در این مقاله سعی شده است نشان داده شود که فناوری نانو – بهره برداری از ماده هنگامی که عمداً در مقیاس بسیار کوچک ساخته شده باشد – چگونه می تواند مزایای بسیار زیادی را فراهم کند، همانطور که هر فناوری مفیدی باید داشته باشد. این یک زمینه واقعی، کاملاً گسترده و چند رشته ای از فعالیت های انسانی است و نه فقط یک عنوان رمزگذاری که می تواند در آخرین پیشنهاد تحقیق یا فعالیت تجاری در تلاش برای تأمین بودجه آن اعمال شود، اگرچه اعتراف می شود که اغلب به این روش استفاده می شود.

مطمئناً مسائلی وجود دارد که باید ما را نگران کند. اینها می توانند خاص باشند. برای مثال، ما باید در مورد تأثیرات بهداشتی و زیست محیطی استفاده ما از نانوذرات بیشتر بدانیم. همچنین نگرانی های کلی تری وجود دارد. فناوری نانو می تواند طیف گسترده ای از قابلیت ها را در اختیار ما قرار دهد و باید از آنها به روشی متفکرانه و مسئولانه استفاده شود. با این حال، این ها شبیه نگرانی هایی است که ممکن است در گذشته در مورد هر فناوری قابل توجهی اعمال شده باشد. تنها تفاوت این است که ما اکنون در موقعیتی هستیم که می توانیم از تاریخ بیاموزیم و سعی می کنیم قبل از مرتکب شدن اشتباهاتی اقدام کنیم، اما این اقدام باید متناسب باشد و براساس تجزیه و تحلیل واقع بینانه از خطرات و مزایای استفاده از فناوری نانو باشد.

برای مشاوره ی رایگان با شماره ی ۵۵۰۴۰۷۵۰-۰۲۱ تماس بگیرید.

درباره ی چشمه نور

کمپانی چشمه نور است با قدمتی ۳۰ ساله میباشد ؛ همه ی محصولات این شرکت دارای گارانتی ۱۲ ماهه میباشند،  برای مشاهده ی آن ها میتوانید به سایت دکورشاپ مراجعه فرمایید.

امروزه ممکن است  به دلیل مشغله ی کاری امکان خرید حضوری و یا حتی مشاهده ی مدل ها برایتان مشکل شده باشد ؛  یکی از سایت های معتبر که امکان خرید اینترنتی  را برایتان ایجاد کرده است ، دکورشاپ میباشد .

البته این شرکت برای راحتی بیشتر شما ، امکان خرید اقساطی حتی بدون ضامن را در سایت فراهم کرده است و در صورتی که برای انتخاب محصول به مشکلی برخورد کردید میتوانید از پشتیبان های دکورشاپ به صورت رایگان مشاوره بگیرید .

موفق باشید.