مقاله بررسی جامع نانو تكنولوژی
تحقیق بررسی جامع نانو تكنولوژی;پژوهش بررسی جامع نانو تكنولوژی;مقاله بررسی جامع نانو تكنولوژی;دانلود تحقیق بررسی جامع نانو تكنولوژی;بررسی جامع نانو تكنولوژی;نانو; تكنولوژی
مقاله بررسی جامع نانو تكنولوژی در 41 صفحه ورد قابل ویرایش
مقدمه:
حدود 100 سال پیش كه برای اولین بار مسئله استفاده از انرژی عظیم هسته ای مطرح شد؛ بشر همواره نمی توانست درك تجربی و صحیحی نسبت به این موضوع داشته باشد، ولی دیری نپایید كه دانش و تكنولوژی این انرژی در اختیار بشر قرار گرفت و توانست استفاده از آن را تجربه نماید. دیر زمانی اگر كسی مسئله پرواز در آسمان و یا سفر به خارج از این كره خاكی و گردش بدور آن را مطرح می كرد، دیگران حتما او را خیال پرداز و مجنون قلمداد می كردند و یا به خاطر اظهار بعضی حقایق فرد را به توبه در كلیسا وامی داشتند! زمانی روباتها و ابركامپیوترها كه می توانستند چندین محاسبه ریاضی را در چند ثانیه انجام دهند، فقط در داستانهای تخیلی نویسندگان پیدا میشد و اكنون … همیشه در تمامی اعصار وقتی مطلبی فوق دانش و درك مردم آن زمان مطرح می شد در برابر مخالفتها و انتقادات شدیدی قرار می گرفت ولی بعد از طی روزگار، همگان با پیشرفتهای فوق العاده در آن زمینه مواجه می شدند و حتی این پیشرفت را موجب فراهم آمدن آسایش بیشتر خود می دیدند و حالا در عصر ما بحث نانوتكنولوژی مطرح شده است، موضوعی كه در تمامی ابعاد زندگی بشر و رشته های مختلف علمی ارتباط مستقیم و مؤثر خواهد داشت. نانو تكنولوژی چنان رویكرد و نگرش به تكنولوژی را متحول ساخته كه در صورت تحقق و رسیدن به مقصدی كه ترسیم شده است، شاید بزرگترین جهش انسان برای صعود به قله های رفیع علم خواهد بود. اكنون جهان متوجه این رویكرد متحول كننده شده و متخصصین و دانشمندان در نقاط مختلف این كره خاكی دست به پژوهش و مطالعات وسیعی در این زمینه زده اند و طبق گفته برخی از آنان پیشرفتهای صورت گرفته و روند رو به رشد نانو، بیش از حد حد انتظار و پیش بینی است.
ذرات نانو در همه جا وجود دارند، روبات های نانو میتوانند به حالت هیجان زده و وحشیانه ای رسیده و شروع به تزاید غیرقابل كنترل نموده به گونه ای كه دنیا را به خطر بیاندازند. «تكنولوژی نانو» سال هاست كه به وجود آده و میتوان گفت كه تازه دوران آن فرا رسیده است. چون هم اكنون ما می توانیم از آن به عنوان پوشش های ظریف و نازك استفاده كرده و یا در تولید سلول های خورشیدی و حتی ساخت داروهای ضدسرطان استفاده كنیم. البته موارد استفاده زیادتری برای آن متصور بوده، منتهی آنچه كه اهمیت حیاتی دارد، این است كه تكنولوژی نانو به سرعت رو به جلو پیش می رود و باید در استفاده و بهره وری از آن، تمامی جوانب در نظر گرفته شده، منافع و خطرات آن دقیقاً بررسی شود.
ابتدا اشاره ای به زمینه های نانو می نماییم. «نانو» از یك كلمه یونانی به نام Dwarf كه به معنای چیزی كه كوچك تر از اندازه معمولی بوده اقتباس شده است. واژه «نانوتكنولوژی» به معنی مورد استفاده قرار دادن چیزهایی در طیف ابعادی بین یك الی 100 نانومتر است. این تكنولوژی نیز همانند بسیاری از تعاریف تكنیكی سوالات بی شماری را در اذهان ایجاد كرده كه برای بسیاری از آنها هنوز پاسخ مشخص و روشنی وجود ندارد.
برای روشن كردن ذهن خوانندگان گرامی به اندازه یك نانومتر باید بگوییم كه طولی است برابر 9-10*1 یا 000000001/0 متر به زبان دیگر یك میلیاردم متر را یك نانومتر می گویند. باز هم برای این كه درك بهتری از مطلب داشته باشیم به نمودار ارائه شده در شكل شماره یك نگاه می كنیم. در قسمت سمت راست تصویر قطر تار موی انسان كه معادل 000/100 نانومتر است به نمایش درآمده و در بخش كناری آن یعنی نزدیك ترین تصویر سمت چپ آن یك ذره دود سیگار به نمایش درآمده كه قطر آن در حدود 5000 نانومتر بوده و باز هم سمت چپ آن طول موج رنگ آبی به نمایش گذاشته شده كه معادل 500 نانومتر است. در سمت چپ این نمودار میزان فاصله دیسك خوان با صفحه دیسك در هارد كامپیوتر به نمایش درآمده كه معادل 15 نانومتر است. باز هم برای این كه موردی برای مقایسه داشته باشیم اشاره می كنیم كه ذرات نانو را میتوان با ویروس ها و حتی تك مولكول های تشكیل دهنده آنها مقایسه كرد.
آنها هم اكنون در اطراف ما وجود دارند.
امروزه موارد استفاده نانوتكنولوژی زیاد است كه بسیاری از موارد آن از سال 1999 به این طرف طی مقالات متعددی انتشار یافته است. این روزها از ذرات نانوسیلیكا كه یك نوع ماده معدنی شامل سیلیكون و اكسیژن است برای تولید رنگ های پوششی استفاده شده كه مزیت آنها قابلیت الكترواستاتیك بودن آنهاست، ضمن آن كه باعث تقویت و پایداری محصول نهایی میشوند. این ذرات ابتدا در محلول رنگ به صورت شناور درآده و سپس در طی پروسه خشك شدن با آرایش خاصی كه به آن آرایش تقاطعی می گویند به یكدیگر متصل می گردند. ماحصل استفاده از ذرات نانو در رنگ های مختلف این است كه پایداری آنها در مقابل خش پذیری سه برابر رنگ های معمولی است.
ذرات بسیار كوچك، پتانسیل بسیار بالا
تحقیق و توسعه در حال پیشرفت در فضاهایی بسیار متفاوت است، از تولید انرژی گرفته تا علم مواد، پزشكی و حتی حمل و نقل. نانوكریستال هایی كه قابل جاسازی در پلاستیك های هادی جریان الكتریسیته هستند میتوانند شرایط لازم را برای تولید برق از خورشید با هزینه ای منطقی به وجود آورند. در این پلاستیك ها، مواد پلاستیكی بین الكترودها به صورت لایه لایه یا ساندویچی قرار داده میشوند و تكمیل كننده آن عمل لامینیت كردن، آن هم با یك پوشش نازك بوده و سپس میتوان آنها را بر روی هر نوع سقفی قرار داد تا بتوانند انرژی خورشید را جذب كرده و آن را تبدیل به الكتریسیته بنمایند.
سایر محققان اقدام به پرورش دادن پوشش هایی نموده اند كه شامل گرافیت، الماس، كربن به صورت ذرات بدون شكل و بالاخره كربن به صورت حباب های نانو است. تنوع مواد كربنی در ساخت پوشش های مختلف به آنها خواص استثنایی را اهدا می‌كند. به طور نمونه ماده ای وجود دارد به نام CDC یا كربایدی كه از كربن مشتق شده ، نسبت به سایش مقاوم بوده و ویژگی های اصطكاك آن پایین است.
یكی از موارد استفاده CDC در اتومبیل میتواند یاتاقان های پمپ آب یا واترپمپ باشد.
استفاده از حسگرهای نانو در تولید پارچه و سایر مواد آنها را هوشمند نموده و قادر خواهند بود چنانچه تحت فشار و یا پارگی و یا استفاده غلط قرار گرفتند بلافاصله اطلاعات این رویداد را منتقل كنند. در حال حاضر حسگرهای نانو برای موارد استفاده در پزشكی وجود دارند كه به آنها بیوچیپس اطلاق می گردد كه حساسیت آنها ده برابر بیش از سایر وسایل و ابزارها بوده كه این برتری فقط ناشی از آن است كه سطح گستردگی آنها به دلیل نازك بودن در واحد سطح به مراتب بیش از سایرین است.
بیوچیپس ها باعث می گردند كه سرعت تحقیق بر روی داروها بالا رفته و جوابی كه از انجام آزمایش های خون به دست میآید دقیق تر و سریع تر از روش های معمولی باشد.
در دنیای اتومبیل نیز واقعیت سطح بیشتر سلول های سوختی به معنای افزایش راندمان و كاهش هزینه، كاملاً صدق می‌كند. دانشمندان دانشگاه میشیگان در حال به كارگیری چیزی به نان میكرو فابریكاسیون به منظور رشد لایه هایی از غشا تبادل پروتون هستند كه تنها بخش گران و پرهزینه در تولید سلول های سوختی بوده و در صورت موفقیت در این امر به زودی شاهد كاهش قیمت اتومبیل های سلول سوختی خواهیم بود.
نانولیتوگرافی
محققان آزمایشگاه «بروك هاون» وزارت ملی انرژی آمریكا، روش شیمیایی جدیدی را برای نگارش یافته اند كه قادر است خطوطی از جوهر به ضخامت تنها چند 10 نانومتر ایجاد كند.
«یانگ كای»، فیزیكدان این آزمایشگاه می‌گوید: این روش جدید نگارش، امكانات زیادی را برای ایجاد الگوها و نقوش بر روی سطوح در مقیاس نانو فراهم كرده است. این دستاورد تأثیر شگرفی بر توسعه فناوری های نانو كه شامل الگوسازی در مقیاس نانو، مثل الكترونیك مولكولی (مدارهای ریزی كه با استفاده از مولكول های آلی ساده ساخته میشوند) هستند، گذاشته است.
نام این روش را «نانولیتوگرافی با قلم الكترونیكی» (EPN)Cآز
گذاشته اند. آنها یك نوك فلزی نازك را در عرض لایه ای از مولكول های آلی لغزاندند، تا در آن یك ولتاژ الكتریكی ایجاد شود كه موجب اكسید شدن منطقه زیرین آن خواهد شد، یا واكنشی رخ دهد كه ساختار شیمیایی لایه را تغییر دهد.
در یك بار لغزش قلم، مولكول های آلی جوهر، از روی نوك به منطقه های اكسید شده منتقل میشوند و در نتیجه یك خط نازك ایجاد میشود. هر خط فقط یك مولكول ضخامت دارد، ولی محققان میتوانند با نگارش بر روی الگوهای موجود، الگوهای چند لایه ای ایجاد كنند. این امر به آنان توانایی ایجاد مناظر سه بعدی در مقیاس نانو را میدهد. علاوه بر این با قطع ولتاژ، میتوانند از نوك مذكور به عنوان «پیمایشگر» جهت «خواندن» و ایجاد تصویری از الگویی كه قبلا انگاشته شده، استفاده كنند. با تحقیقات بیشتر، EPN ممكن است به توانایی نگارش مواد زیست مولكولی مثل پروتئین ها بر روی صفحات دست یابد. این رسوب های پروتئینی در مقیاس نانو، به عنوان مثال میتوانند نقش حسگرهای زیستی را بازی كنند.
تشدید ماهیت چند رشته ای تكنولوژی
بسیاری از روندهای تكنولوژیك به دلیل حضور دو یا چند تكنولوژی متقاطع پدید آمده اند. نمونه آن تشخیص پزشكی مولكولی بر پایه سیستمهای میكرو الكترومكانیك، بیومواد، كامپیوترهای بیولوژیك، و روباتهای بیومتریك است. در گذشته تكنولوژی های گوناگونی برای كاربردهای توانزا با یكدیگر تركیب شده اند اما امروزه گرایش رو افزونی به شكل دهی تیمهای چند رشته ای برای پرداختن به چالشهای سیستم و دور نما سازی از رویكردها مشهود است، كه جای روابط سلسله مراتبی سنتی تیمها را گرفته است، بعنوان مثال اكنون دیده میشود كه دانشمندان علم مواد و كامپیوتر و مهندسان كاربرد سطح همكاری خود را به شدت افزایش می دهند تا مواد بیوپزشكی برای بافتهای مصنوعی بسازند یا برای تسهیل سطوح فعال كنترل سیستم، مواد واكنشی را توسعه دهند، همچنین مواد حاوی حسگرها و تحریك كننده ها برای سازه های هوشمند به همین ترتیب توسعه می یابند.
