کنکور و پایگاه کنکور و کنکورچی و مشاوره کنکور و کارنامه نفرات برتر کنکور و مصاحبه با نفرات برتر کنکور و فیلم های آموزشی کنکور

از فن‌آوری نانو چه می‌دانیم از بخش زنگ تفریح علمی کنکورچی

از فن‌آوری نانو چه می‌دانیم

konkurchi344.png (430×290)

در طول تاریخ بشر از زمان یونان باستان، مردم و به‌خصوص دانشمندان آن دوره بر این باور بودند که مواد را می‌توان آنقدر به اجزاء کوچک تقسیم کرد تا به ذراتی رسید که خردناشدنی هستند و این ذرات بنیان مواد را تشکیل می‌دهند، شاید بتوان دموکریتوس فیلسوف یونانی را پدر فناوری و علوم نانو دانست چرا که در حدود ۴۰۰ سال قبل از میلاد مسیح او اولین کسی بود که واژه اتم را که به معنی تقسیم‌نشدنی در زبان یونانی است برای توصیف ذرات سازنده مواد به کار برد.

فناوری نانو یکی از آخرین دستاوردهای علمی است. طبق بررسی‌های شورای پژوهش های اجتماعی _ اقتصادی انگلستان، فناوری نانو از جمله موارد رو به گسترش و مورد توجه اجتماعی _ اقتصادی است. بحث هایی کم و بیش در زمینه کاربرد این نوع فناوری چه منتقدانه و یا طرفدارانه وجود دارد. بیشترین اشکالی که منتقدان در این زمینه وارد می‌کنند، ترس از انباشته شدن کره زمین از وجود موادی است که ممکن است این فناوری در پی داشته باشد و به نوعی خطرناک باشد. اما نقطه نظر طرفداران سرسخت این نوع فناوری بیشتر متوجه تاثیر مثبت آن در ارتقای زندگی، تولیدات جدید و توسعه‌گرانه و تولید محصولات ارزان‌تر است.

به طور کلی این فناوری عبارت از کاربرد ذرات در ابعاد نانو است. یک نانومتر، یک میلیاردم متر است. از دو مسیر به این ابعاد میتوان دسترسی پیدا کرد. یک مسیر دسترسی از بالا به پایین و دیگری طراحی و ساخت از پایین به بالا است.

تاریخچه

نقطه شروع و توسعه اولیه فناوری نانو به طور دقیق مشخص نیست. شاید بتوان گفت که اولین نانوتکنولوژیست‌ها شیشه‌گران قرون وسطایی بوده‌اند که از قالب‌های قدیمی(Medieal forges) برای شکل‌دادن شیشه‌هایشان استفاده می‌کرده‌اند. البته این شیشه‌گران نمی‌دانستند که چرا با اضافه‌کردن طلا به شیشه رنگ آن تغییر می‌کند. در آن زمان برای ساخت شیشه‌های کلیساهای قرون وسطایی از ذرات نانومتری طلا استفاده می‌‌شده است و با این کار شیشه‌های رنگی بسیار جذابی بدست می‌آمده است. این قبیل شیشه‌ها هم‌اکنون در بین شیشه‌های بسیار قدیمی یافت می‌شوند. رنگ به‌وجودآمده در این شیشه‌ها برپایه این حقیقت استوار است که مواد با ابعاد نانو دارای همان خواص مواد با ابعاد میکرو نمی‌باشند.

در واقع یافتن مثال‌هایی برای استفاده از نانو ذرات فلزی چندان سخت نیست.رنگدانه‌های تزیینی جام مشهور لیکرگوس در روم باستان ( قرن چهارم بعد از میلاد) نمونه‌ای از آنهاست. این جام هنوز در موزه بریتانیا قرار دارد و بسته به جهت نور تابیده به آن رنگ‌های متفاوتی دارد. نور انعکاس یافته از آن سبز است ولی اگر نوری از درون آن بتابد، به رنگ قرمز دیده می‌شود. آنالیز این شیشه حکایت از وجود مقادیر بسیار اندکی از بلورهای فلزی ریز ۷۰۰ (nm) دارد ، که حاوی نقره و طلا با نسبت مولی تقریبا ۱۴ به ۱ است حضور این نانوبلورها باعث رنگ ویژه، جام لیکرگوس گشته است.

در سال ۱۹۵۹ ریچارد فاینمن مقاله‌ای را درباره قابلیت‌های فناوری نانو در آینده منتشر ساخت. با وجود موقعیت‌هایی که توسط بسیاری تا آن زمان کسب‌شده بود، ریچارد. پی. فاینمن را به عنوان پایه گذار این علم می‌شناسند. فاینمن که بعدها جایزه نوبل را در فیزیک دریافت کرد درآن سال در یک مهمانی شام که توسط انجمن فیزیک آمریکا برگزار شده بود، سخنرانی کرد و ایده فناوری نانو را برای عموم مردم آشکار ساخت.عنوان سخنرانی وی «فضای زیادی در سطوح پایین وجود دارد» بود.

سخنرانی او شامل این مطلب بود که می‌توان تمام دایره‌المعارف بریتانیکا را بر روی یک سنجاق نگارش کرد.یعنی ابعاد آن به اندازه ۲۵۰۰۰/۱ ابعاد واقعیش کوچک می‌شود. او همچنین از دوتایی‌کردن اتم‌ها برای کاهش ابعاد کامپیوترها سخن گفت (در آن زمان ابعاد کامپیوترها بسیار بزرگتر از ابعاد کنونی بودند، اما او احتمال می‌داد که ابعاد آنها را بتوان حتی از ابعاد کامپیوترهای کنونی نیز کوچکتر کرد. او همچنین در آن سخنرانی توسعه بیشتر فناوری نانو را پیش‌بینی نمود.

برای مشاهده بقیه به ادامه مطلب رجوع کنید…

دنیای نانو

دنیای کوچک نانو، فضای دور از دسترسی است که وارد شدن به آن و کار کردن درون آن نیازمند ابزارهای خاصی است. ما باید تجهیزاتی داشته باشیم که بتوانند مواد مختلف را آزمایش کنند و واحدهای سازنده نانومتری آنها را ببینند. آنها باید بتوانند این واحدهای سازنده را دستکاری کنند. اولین نیاز ما برای کار کردن در فناوری‌نانو این است که بتوانیم مشخصات مواد نانومقیاسی را که تولید می‌کنیم، تعیین کنیم. برای این کار، ما چشم‌هایی می‌خواهیم که مقیاس نانو را ببینند. در مرحله بعد باید بتوانیم ساختار مواد را آن‌طور که می‌خواهیم دستکاری کنیم. برای این کار باید انگشتانی داشته باشیم که در حد نانومتر ظریف باشند. تجهیزات مقیاس نانو، دنیای نانو را برای ما قابل دسترس می‌کنند.

با فناوری‌نانو ما می‌توانیم کیفیت تمامی اشیائی را که از آنها استفاده می‌کنیم، افزایش دهیم. می‌توانیم آنها را ضدلک و ضد چرک و ضد آب کنیم، می‌توانیم در عین اینکه آنها را سخت‌ و مقاوم‌ می‌کنیم، آنها را سبک و ارزان کنیم. ما هم‌چنین می‌توانیم کالاهای جدید بسیاری تولید کنیم. می‌توانیم نانولوله‌های کربنی بسازیم و با آنها به فضا برویم، می‌توانیم آزمایشگاه‌های بزرگ را بر روی تراشه‌های کوچک جا بدهیم و … . اما دستیابی به محصولات نانومقیاس، بدون کنترل دقیق کیفیت آنها ممکن نیست. برای این کار باید بتوانیم ویژگی‌ها و خواص مواد را در مقیاس نانو اندازه‌گیری کنیم. توانایی اندازه‌گیری خواص در مقیاس نانو، پایه و اساس فناوری‌نانو است و سرعت پیشرفت نانو در صنعت و تحقیقات، به این توانایی بستگی دارد. “تجهیزات مقیاس نانو” به این سوال ما پاسخ می‌دهند که شرایط ساختمان مواد در مقیاس نانو با ویژگی‌های آنها در مقیاس‌ ماکرو (همین مقیاس بزرگی که ما در آن زندگی می‌کنیم) چه ارتباطی دارد. این تجهیزات پدیده‌هایی را به ما نشان می‌دهند که تا پیش از این آنها را ندیده‌ایم. این پدیده‌ها در مقیاس‌نانو رخ می‌دهند و به‌طور مستقیم یا غیرمستقیم، مشخصات یک ماده را تعیین می‌کنند. برای توسعه روش‌های اندازه‌گیری، در حال حاضر گروه‌های تحقیقاتی بزرگی از متخصصان مختلف تشکیل شده است. از فیزیک و شیمی گرفته تا میکروالکترونیک و مهندسی، پژوهشگران مختلفی با یکدیگر کار می‌کنند تا بتوانند نیازهای رشته‌های مختلف علمی و حوزه‌های متفاوت صنعتی را تامین کنند.

برخی اهداف فناوری نانو :

۱- توسعه فناوری و تحقیقات در سطوح اتمی ، مولکولی و یا ماکرو مولکولی در مقیاس اندازه‌های ۱ تا ۱۰۰ نانومتر.

۲- خلق و استفاده از ساختارها ، ابزار و سیستم‌هایی که به خاطر اندازه کوچک آنها ، خواص و عملکرد جدیدی دارند.

۳- توانایی کنترل یا دستکاری درسطوح اتمی .اهمیت نانو ابعاد:

دلایل زیادی برای اهمیت نانو ابعاد وجود دارد ، که بعضی از آنها به شرح زیر است :

۱- خصوصیات مواد در اندازه‌های نانو متری دچار تغییراتی می‌شود و با طراحی مواد نانو‌متری تغییر در خصوصیات ماکروسکوپیک و میکروسکوپیک ماده مانند رنگ، خواص مغناطیسی، دمای ذوب و … بدون تغییر ترکیبات شیمیایی آن ممکن می‌شود .

۲- از جمله خصوصیت مواد بیولوژیکی و زنده، سازماندهی منظم آنها در ابعاد نانومتری است و توسعه در زمینه فناوری نانو به ما اجازه خواهد داد که وسایلی با ابعاد نانو را در داخل سلول‌های زنده قرار دهیم . همچنین این کار باعث خواهد شد که با استفاده از خود چینی طبیعت بتوانیم مواد جدیدی بسازیم . مطمئناً این کار باعث ایجاد ترکیبات بیولوژی با علم مواد خواهد شد .

۳- ترکیبات نانو متری دارای نسبت سطح به حجم بسیار زیادی هستند ( حجم کمی دارند اما سطح زیادی را پوشش می‌دهند ) و لذا استفاده از آنها در مواد کامپوزیتی دارو رسانی در بدن و ذخیره انرژی به شکل شیمیایی ( مانند گاز طبیعی و هیدروژن ) بسیار ایده آل خواهد بود .

۴- سیستم های ماکروسکوپیک ساخته شده ازنانو ساختارها می توانند چگالی بسیار بیشتری نسبت به مواد ساخته شده از میکروساختارها داشته باشند و همچنین هدایت الکتریکی بهتری دارند . با استفاده ازبرهمکنش نانو ساختارها مفاهیم جدیدی در ابزارهای الکترونیکی، مانند مدارهای کوچک‌تر و سریع‌تر، کارایی بسیار پیشرفته تر و مصرف برق بسیار کمتر پدید می‌آید .

تفاوت فناوری نانو با فناوری دیگر

در فناوری نانو تنها کوچک بودن اندازه مد نظر نیست، بلکه زمانی که اندازه مواد در این مقیاس قرار می‌گیرد، خصوصیات ذاتی آنها از جمله رنگ ، استحکام، مقاومت در برابر خوردگی و … تغییر می‌یابد .

در واقع اگر بخواهیم تفاوت این فناوری را با فناوری‌های دیگر بیان نماییم ، می‌توانیم وجود ” عناصر پایه ” را به عنوان یک معیار ذکر کنیم .عناصر پایه در حقیقت همان عناصر نانو مقیاسی هستند که خواص آنها در حالت نانو مقیاس با خواص شان در مقیاس بزرگتر فرق می‌کند .

عناصر پایه:

۱- نانو ذرات

اولین و مهمترین عنصر پایه، نانو ذره است . منظور از نانو ذره، ذراتی با ابعادی درحدود ۱ تا ۱۰۰ نانو متر و در هر سه بعد می‌باشد . نانو ذرات می‌توانند از مواد مختلفی تشکیل شوند، مانند نانو ذرات فلزی، سرامیکی و …

۲- نانو لوله‌های کربنی

این عنصر پایه در سال ۱۹۹۱ توسط دانشمندان ژاپنی کشف شد و در حقیقت لوله‌هایی از جنس گرافیت می‌باشند . این نانو لوله‌ها دارای اشکال و اندازه‌های مختلفی هستند و می‌توانند تک دیواره یا چند دیواره باشند . این لوله خواص بسیار جالبی دارند که منجر با ایجاد کاربردهای قابل توجهی از آنها می‌شوند .

۳- نانو کپسو‌ل‌ها

سومین عنصر پایه، نانوکپسول است . همان طوری که از اسم آن مشخص است ،کپسول‌هایی هستند که قطر نانومتری دارند و می‌توان مواد مورد نظر را درون آنها قرار داد و کپسوله کرد .

روش‌های ساخت در فناوری نانو:

اصولا در فناوری نانو دو روش برای ساخت محصولات نانویی وجود دارد :

الف : روش پایین به بالا:

منظور از پایین به بالا ،چینش اتم به اتم، مولکول به مولکول از یک ماده کنار هم بطور دلخواه جهت ایجاد و ساخت مواد جدید نانومتری است . در این روش که خود شامل شیوه های مختلف تولید است، مواد جدید با چینش اتمی خاص و منحصر بفرد می‌توانند ساخته شوند .

ب : روش بالا به پایین:

در این روش برای رسیدن به نانو مواد، باید ذرات وترکیبات بزرگتر ماده را با استفاده از روش‌های متداول مانند خرد کردن در چند مرحله به مواد در مقیاس نانومتری تبدیل کنیم .

دانشمندان برای ساخت انبوه محصولات نانویی به دنبال یافتن روش‌هایی هستند که بتوانند بصورت خود به خودی یا خود تکثیری، خود چینی و غیره مواد نانو متری را تولید کند .

کاربرد نانو در زندگی روزمره

حال، اجازه بدهید برای آشنایی ملموس با دنیای نانو و حضور آن در زندگی روزانه‌مان به ذکر چند نمونه بپردازم:

نانو و غذایی که می‌خورید

نگه‌داری، بسته‌بندی و جلوگیری از فساد و تخریب مواد غذایی در مقابل انواع باکتری‌ها و قارچ‌ها، و محافظت از آن‌ها در برابر نور و رطوبت، از جمله معضلات اصلی و همیشگی مواد غذایی بوده که موجب خسارت فراوان در این زمینه شده است. امروزه ظروفی که با استفاده از فناوری نانو ساخته می‌شوند، خواص ضدمیکروبی بالایی در مقابل انواع باکتری‌ها و قارچ‌ها دارند. این خواص به دلیل حضور نانوذرات آنتی‌باکتریال در مواد تشکیل دهنده‌ی ظروف می‌باشد.

نگه‌داری مواد غذایی در ظروفی که با نانوذرات نقره ساخته می‌شود، از رشد باکتری‌ها جلوگیری کرده و غذا را به مدت طولانی‌تری در مقایسه با ظروف معمولی نگه‌داری می‌نماید. این ظروف قادر هستند میوه‌ها، سبزیجات، داروها، نان،‌ پنیر، سس و گوشت را در مدت طولانی‌تری، بدون تغییر رنگ و مزه و خواص غذایی‌شان نگه‌داری کنند.

افزودن ترکیباتی مانند نانوذرات دی‌اکسید سیلیس به پوشش‌های پلاستیکی بسته‌بندی و ظروف نگه‌داری مواد غذایی، سبب مقاوم شدن آن‌ها در مقابل پارگی شده و نفوذپذیری آن‌ها را در برابر بخار آب، اکسیژن و پرتو فرابنفش کاهش می‌دهد. از این رو، این بسته‌های پلاستیکی می‌تواند غذا را سالم‌تر و تازه‌تر محافظت نماید.

از طرفی، تولید بسته‌بندی‌های هوشمند می‌تواند ما را از فساد مواد غذایی آگاه سازد. این نوع بسته‌بندی شامل نانوحسگرهایی‌ست که نسبت به گازهای متصاعد شده از مواد غذایی فاسد، به شدت حساس بوده و تغییر رنگ می‌دهند. این تغییر رنگ، نشانه‌ای از فساد مواد غذایی محسوب می‌شود.

نانو و لباسی که می‌پوشید

پارچه‌های ضدلک، ضدآب، ضدچروک، ضدحریق و… همه‌ی این‌ رویاها با فناوری نانو محقق شده است. این پارچه‌ها که با تقلید از طبیعت (برگ لوتوس، پوست سوسک و بال حشرات) بافته می‌شود، در روی سطح خود ناهمواری‌های بسیار کوچکی در مقیاس نانو دارد که مانع از چسبیدن گرد و غبار و دیگر آلاینده‌ها به روی پارچه می‌شوند.عرضه‌ی جوراب‌هایی که حاوی نانوذرات نقره می‌باشد، با جلوگیری از رشد انواع باکتری‌ها و قارچ‌ها، بوی بد پا را از بین می‌برد. هم‌چنین، این جوراب، از خارش، سرمازدگی و ترک پاشنه پا، که سبب عفونت در بیماران دیابتی می‌شود، نیز جلوگیری می‌کند.

توزیع نانوذرات سیلیکا در پارچه‌ها سبب ضدحریق شدن آن می‌شود؛ که مصارفی هم‌چون پرده،‌ سرویس‌های اتاق خواب و … را می‌توان برای آن متصور شد.لابد شما هم مثل من فیلم‌های تخیلی بسیاری را دیده‌اید که در آن انسانی به درون بافت‌های انسان دیگر سفر می‌کرد و از کنار گلبول‌ها و پلاکت‌ها و دیگر اجزای خون عبور می‌نمود. اما امروزه این رویا نیز، در کنار دیگر رویاهای ِ دور انسان، به واقعیت تبدیل شده است. با نانوسیستم‌ها و نانوروبات‌ها خیلی راحت می‌توان به درون بدن رفت، و بافت یا سلول موردنظر را ترمیم کرد.

نانوپزشکی

نانو حتی بر روش‌های درمان بیماری‌ها و دارورسانی نیز اثرات مطلوبی گذارده است. در درمان و دارورسانی دو موضوع مورد توجه قرار می‌گیرد:

۱) محافظت دارو تا رسیدن به اندام هدف: در مسیری که دارو تا رسیدن به اندام هدف طی می‌کند، ممکن است به عنوان یک جسم خارجی شناخته شده، و توسط سیستم ایمنی بدن از گردش خون حذف شود و بنابراین، به طور کامل به اندام هدف نرسد.

۲) کاهش عوارض جانبی دارو بر اندام‌های دیگر: اغلب داروها سمی بوده و ممکن است به اندام‌های دیگر آسیب برسانند.

در روش‌های نوین و با کمک فناوری نانو، سعی بر این شده است که دارو مستقیماً و منحصراً به اندام هدف رفته و موجب تخریب بافت‌های دیگر بدن نگردد. در این روش‌ها، که بسیار متنوع نیز هست، دارو را توسط نانوذراتی کپسوله می‌کنند تا از آن، حین عبور از بدن محافظت کنند. و برای این‌که دارو تنها قابل شناسایی برای سلول یا اندام هدف باشد، و به دیگر اندام‌ها آسیبی نرساند، آن را به گیرنده‌هایی مجهز می‌سازند که تنها توسط اندام هدف قابل‌جذب باشد. در یک مثال موردی، محققان اسید فولیک را بر روی نانوذرات مغناطیسی قرار داده‌ و به درون سلول‌های سرطانی فرستاده‌اند. سپس با ایجاد یک میدان مغناطیسی قوی، موجب نوسان شدید این نانوذرات شدند. حرارت حاصل از این نوسانات، سبب داغ شدن و بالا رفتن دمای سلول تا بیش از ۴۳ درجه سانتی‌گراد، و در نهایت، مرگ سلول خواهد شد.

نانو در خودرویی که سوار می‌شویم

همانند کشور ما در دیگر نقاط جهان نیز، بحث کاهش مصرف سوخت و بهینه‌سازی مصرف انرژی مطرح است. از جمله راه‌کارهای موثر دراین زمینه، کاهش وزن بدنه و تجهیزات خودرو به وسیله نانوکامپوزیت‌هایی‌ست که وزن کمتر و استحکام بیشتری دارند. کاهش وزن خودروها، سوخت مصرفی آن را نیز کاهش خواهد داد.

به هنگام ریزش باران و برف، آثار آلودگی بر شیشه‌ها و آینه‌ها، دید راننده را دچار مشکل می‌کند و همان‌طور که می‌دانید بیش‌ترین آمار تصادفات نیز مربوط به روزهای بارانی و برفی است. با به‌کارگیری سطوح خودتمیزشونده در شیشه‌ها و آینه‌های خودرو می‌توان این مشکل را به آسانی قابل‌حل نمود.

نانو و صنعت خودرو

ساخت لاستیک‌هایی حاوی نانوذرات کربنی که موجب افزایش طول عمر و مقاومت لاستیک در مقابل سایش خواهد شد، جلوگیری از تابش فرابنفش به وسیله ساخت شیشه‌های حاوی نانوذرات جاذب نور فرابنفش، که موجب محافظت پوست سرنشینان خودرو در مقابل این اشعه خواهدشد، نیز از دیگر کاربردهای فناوری نانو در این حوزه می‌باشد.

مثال‌های بالا تنها موارد کوچکی از حضور نانو در زندگی‌ روزانه‌مان بود. در ساختمان سازی: (ساخت سازه‌های مقاوم‌ و سبک‌تر در برابر زلزله، شیشه‌های خودتمیزشونده، پنجره‌های بدون نیاز به پرده، عایق‌های حراراتی و کاهش اتلاف انرژی)، در لوازم آرایشی و بهداشتی: (کرم‌های ضد آفتاب حاوی نانوذرات که محافظی مطمئن در برابر آفتاب‌سوختگی و پیری پوست هستند، خمیردندان‌هایی با محافظ‌های مخصوص برای مینای دندان) در فناوری اطلاعات (ساخت حافظه‌های کوچک‌تر با قابلیت ذخیره بیش‌تر، پردازنده‌هایی با سرعت بسیار بالا) و در هر جای دیگری که انسان حضور دارد، نانو نیز در کنار آن زندگی می‌کند.



 
دی وی دی های مهندس دربندی
دی وی دی های مهندس در بندی
به ما امتیاز بدهید