معرفی جدید ترین تکنولوزی ها

Alireza دوشنبه 7 آذر 1390 نظرات ()

سلام امید وارم از مطالبی که تا حالا براتون گذاشتم خوشتون اومده باشه
این بار می خوام شمارو با فناوری نانو اشنا کنم حتما به ادامه مطلب برید

تعریف نانوتکنولوژی و آشنایی با آن

نانوتکنولوژی، توانمندی تولید مواد، ابزارها و سیستمهای جدید با دردست گرفتن کنترل در سطوح ملکولی و اتمی و استفاده از خواص است که در آن سطوح ظاهر میشود. از همین تعریف ساده برمیآید که نانوتکنولوژی یک رشته جدید نیست، بلکه رویکردی جدید در تمام رشتههاست. برای نانوتکنولوژِی کاربردهایی را در حوزههای مختلف از غذا، دارو، تشخیص پزشکی و بیوتکنولوژی تا الکترونیک، کامپیوتر، ارتباطات، حملونقل، انرژی، محیط زیست، مواد، هوافضا و امنیت ملی برشمردهاند.کاربردهای وسیع این عرصه به همراه پیامدهای اجتماعی، سیاسی و حقوقی آن، این فناوری را بهعنوان یک زمینهی فرارشتهای و فرابخش مطرح نموده است.

هر چند آزمایشها و تحقیقات پیرامون نانوتکتولوژی از ابتدای دهه 80 قرن بیستم بطور جدی پیگیری شد، اما اثرات تحول آفرین، معجزه آسا و باورنکردنی نانوتکنولوژی در روند تحقیق و توسعه باعث گردید که نظر تمامی کشورهای بزرگ به این موضوع جلب گردد و فناوری نانو را به عنوان یکی از مهمترین اولویتهای تحقیقاتی خویش طی دههی اول قرن بیست و یکم محسوب نمایند .

استفاده از این فنآوری در کلیهی علوم پزشکی، پتروشیمی، علوم مواد، صنایع دفاعی، الکترونیک، کامپیوترهای کوانتومی و غیره باعث شده که تحقیقات در زمینهی نانو بهعنوان یک چالش اصلی علمی و صنعتی پیش روی جهانیان باشد. لذا محققین، اساتید و صنعتگران ایرانی نیز باید در یک بسیج همگانی، جایگاه، موقعیت و وضعیت خویش را در خصوص این موضوع مشخص نمایند و با یک برنامهریزی علمی دقیق و کارشناسانه به حضوری فعال و حتی رقابتی سالم در این جایگاه، عرضاندام و ابراز وجود نمایند و برای چنین کاری طراحی یک برنامه منسجم، فراگیر و همهجانبه اجتنابناپذیر است.

نانوتكنولوژی و كاربردهای آن

علوم و فناوری نانو، عنصری اساسی در درك بهتر طبیعت در دهه‌های آتی خواهد بود. از جمله موارد مهم در آینده، همكاریهای تحقیقاتیِ میان‌رشته‌ا‌ی، آموزش خاص و انتقال ایده‌ها و افراد به صنعت خواهد بود. بخشی از تأثیرات و کاربردهای نانوتکنولوژی بهشرح زیر می‌باشد:

- تولید، مواد و محصولات صنعتی :

نانوتكنولوژی تغییر بنیانی مسیری است كه در آینده، موجب ساخت مواد و ابزارها خواهد شد. امكان سنتز بلوك‌های ساختمانی نانو با اندازه و تركیب به دقّت كنترل‌شده و سپس چیدن آنها در ساختارهای بزرگتر، كه دارای خواص و كاركرد منحصربه‌فرد باشند، انقلابی در مواد و فرآیندهای تولید آنها، ایجاد می‌كند. محقّقین قادر به ایجاد ساختارهایی از مواد خواهند شد كه در طبیعت نبوده و شیمی مرسوم نیز قادر به ایجادشان نبوده‌است. برخی از مزایای نانوساختارها عبارتست از : مواد سبك‌تر، قوی‌تر و قابل برنامه‌ریزی ؛ كاهش هزینهی عمر كاری از طریق كاهش دفعات نقص فنّی؛ ابزارهایی نوین بر پایهی اصول و معماری جدید؛ بكارگیری كارخانجات مولكولی یا خوشه‌ا‌ی كه مزیّت مونتاژ مواد در سطح نانو را دارند.

2- پزشکی و بدن انسان:

رفتار مولكولی در مقیاس نانومتر، سیستمهای زنده را اداره می‌كند. یعنی مقیاسی كه شیمی، فیزیك، زیست‌شناسی و شبیه‌سازی كامپیوتری، همگی به آن سمت درحال گرایش هستند.

• فراتر از سهل‌شدن استفاده بهینه از دارو، نانوتكنولوژی می‌تواند فرمولاسیون و مسیرهایی برای رهایش دارو (Drug Delivery) تهیه كند، كه به‌نحو حیرت‌انگیزی توان درمانی داروها را افزایش می‌دهد.

• مواد زیست‌سازگار با كارایِی بالا، از توانایی بشر در كنترل نانوساختارها حاصل خواهدشد. نانومواد سنتزی معدنی و آلی را مثل اجزای فعّال، می‌توان برای اعمال نقش تشخیصی (مثل ذرات كوانتومی كه برای مرئی‌سازی بكار می‌رود) درون سلولها وارد نمود.

• افزایش توان محاسباتی بوسیلهی نانوتكنولوژی، ترسیم وضعیت شبكه‌های ماكرومولكولی را در محیط‌های واقعی ممكن می‌سازد. اینگونه شبیه‌سازی‌ها برای بهبود قطعات كاشته‌شده زیست‌سازگار در بدن و جهت فرآیند كشف دارو، الزامی خواهدبود.

3- دوام‌پذیری منابع: كشاورزی، آب، انرژی، مواد و محیط زیست پاك:

نانوتكنولوژی چنانچه ذكر شد، منجر به تغییراتی شگرف در استفاده از منابع طبیعی، انرژی و آب خواهد شد و پساب و آلودگی را كاهش خواهدداد. همچنین فنّاوری‌های جدید، امكان بازیافت و استفادهی مجدد از مواد، انرژی و آب را فراهم خواهند كرد. در زمینه محیط زیست ، علوم و مهندسی نانو، می‌تواند تأثیر قابل ملاحظه‌ای ، در درك مولكولی فرآیندهای مقیاس نانو كه در طبیعت رخ می‌دهد ؛ در ایجاد و درمان مسائل زیست‌محیطی از طریق كنترل انتشار آلاینده‌ها ؛ در توسعهی فنّاوری‌های "سبز" جدید كه محصولات جانبی ناخواسته كمتری دارند و یا در جریانات و مناطق حاوی فاضلاب، داشته‌باشد. لازم به ذكر است، نانوتكنولوژی توان حذف آلودگی‌های كوچك از منابع آبی (كمتر از 200 نانومتر) و هوا (زیر 20 نانومتر) و اندازه‌گیری و تخفیف مداوم آلودگی در مناطق بزرگتر را دارد.

در زمینهی انرژی ، نانوتكنولوژی می‌تواند به‌طور قابل ملاحظه‌ا‌ی كارآیی، ذخیره‌سازی و تولید انرژی را تحت تأثیر قرار داده مصرف انرژی را پایین بیاورد. بهعنوان مثال، شركتهای مواد شیمیایی، مواد پلیمری تقویت‌شده با نانوذرات را ساخته‌اند كه می‌تواند جایگزین اجزای فلزی بدنه اتومبیلها شود. استفاده گسترده از این نانوكامپوزیت‌ها می‌تواند سالیانه 5/1 میلیارد لیتر صرفه‌جویی مصرف بنزین به ‌همراه داشته‌باشد .

یا انتظار می‌رود تغییرات عمده‌ا‌ی در فنّاوری روشنایی در 10 سال آینده رخ دهد. می‌توان نیمه‌هادی‌های مورد استفاده در دیودهای نورانی ( LED ) ها را به مقدار زیاد در ابعاد نانو تولید كرد. در ا مریکا ، تقریبا" 20% كل برق تولیدی، صرف روشنایی (چه لامپهای التهابی معمولی و چه فلوئورسنت (می‌شود. مطابق پیش‌بینی‌ها در 10 تا 15 سال آینده ، پیشرفتهایی از این دست می‌تواند مصرف جهانی را بیش از 10% كاهش دهد كه 100 میلیارد دلار در سال صرفه‌جویی و 200 میلیون تن كاهش انتشار كربن را به‌همراه خواهدداشت .

- هوا و فضا :

محدودیت‌های شدید سوخت برای حمل بار به مدار زمین و ماورای آن، و علاقه به فرستادن فضاپیما برای مأموریتهای طولانی به مناطق دور از خورشید ، كاهش مداوم اندازه، وزن و توان مصرفی را اجتناب‌ناپذیر می‌سازد. مواد و ابزارآلات نانوساختاری، امید حل این مشكل را بوجود آورده‌است.

"نانوساختن" ( Nanofabrication ) همچنین در طرّاحی و ساخت مواد سبك‌وزن، پرقدرت و مقاوم در برابر حرارت، موردنیاز برای هواپیماها، راكت‌ها، ایستگاههای فضایی و سكّوهای اكتشافی سیّاره‌ا‌ی یا خورشیدی، تعیین‌كننده است. همچنین استفاده روزافزون از سیستمهای كوچك‌شده تمامخودكار، منجر به پیشرفتهای شگرفی در فنّاوری ساخت و تولید خواهدشد. این مسأله با توجه به اینكه محیط فضا، نیروی جاذبه كم و خلأ بالا دارد، موجب توسعه نانوساختارها و سیستمهای نانو – كه ساخت آنها در زمین ممكن نیست- در فضا خواهدشد.

- امنیت ملّی:

برخی کاربردهای دفاعی نانوتکنولوژی عبارتند از: تسلط اطّلاعاتی از طریق نانوالكترونیك پیشرفته بعنوان یك قابلیت مهم نظامی، امكان آموزش مؤثّرتر نیرو، به كمك سیستمهای واقعیت مجازی پیچیده‌تر حاصله از الكترونیك نانوساختاری، استفادهی بیشتر از اتوماسیون و رباتیك پیشرفته برای جبران كاهش نیروی انسانی نظامی، كاهش خطر برای سربازان و بهبود كارآیی خودروهای نظامی، دستیابی به كارآیی بالاتر (وزن كمتر و قدرت بیشتر) موردنیاز در صحنه‌های نظامی و در عین‌حال تعداد دفعات نقص فنّی كمتر و هز ینهی كمتر در عمر كاری تجهیزات نظامی، پیشرفت در امر شناسایی و درنتیجه مراقبت عوامل شیمیایی، زیستی و هسته‌ا‌ی ، بهبود طرّاحی در سیستمهای مورد استفاده در كنترل و مدیریت عدم تكثیر سلاحهای هسته‌ای ، تلفیق ابزارهای نانو و میكرومكانیكی جهت كنترل سیستمهای دفاع هسته‌ا‌ی . در بسیاری موارد، فرصتهای اقتصادی و نظامی مكمّل هم هستند. كاربردهای درازمدت نانوتكنولوژی در زمینه‌های دیگر، پشتیبانیكنندهی امنیت ملّی است و بالعكس.

- کاربرد نانوتکنولوژی در صنعت الکترونیک:

ذخیره‌سازی اطلاعات در مقیاس فوق‌ العاده کوچک، با استفاده از این فناوری می‌توان ظرفیت ذخیره سازی اطلاعات را در حد 1000 برابر یا بیشتر افزایش دهد و نهایتاً به ساخت ابزارهای ابرمحاسباتی به کوچکی یک ساعت مچی منتهی شود.

ظرفیت نهایی ذخیرهی اطلاعات به حدود یک ترابیت در هر اینچ ربع برسد، و این امر موجب می‌شود که ذخیره‌ سازی 50 عدد DVD یا بیشتر در یک هارد دیسک با ابعاد یک کارت اعتباری شود.

ساخت تراشه‌ها در اندازههای فوقالعاده کوچک به عنوان مثال در اندازههای 32 تا 90 نانو متر، تولید دیسک‌های نوری 100 گیگا بایتی در اندازههای کوچک نیز میباشد.

- تاریخچه فناوری نانو در جهان

چهل سال پیش Richard Feynman ، متخصص کوانتوم نظری و دارنده جایزه نوبل، درسخنرانی معروف خود در سال 1959 با عنوان " آن پایین فضای بسیاری هست "( Ther is plenty of room in the bottom ) به بررسی بعد رشد نیافته علم مواد پرداخت. وی درآن زمان اظهار داشت : "اصول فیزیک، تا آنجایی که من توانایی فهمش را دارم، بر خلاف امکان ساختن اتم به اتم چیزها حرفی نمیزنند." او فرض را بر این قرار داد که اگر دانشمندان فرا گرفتهاند که چگونه ترانزیستورها و دیگر سازهها را با مقیاسهای کوچک بسازند، پس ما خواهیم توانست که آنها را کوچک و کوچکتر کنیم. در واقع آنها به مرزهای حقیقیشان در لبههای نامعلوم کوانتوم نزدیک خواهند بود بهطوری که یک اتم را در مقابل دیگری بهگونهای قرار دهیم که بتوانیم کوچکترین محصول مصنوعی و ساختگی ممکن را ایجاد کنیم.

- با استفاده از این فرمهای بسیار کوچک چه وسایلی میتوانیم ایجاد کنیم؟

Feynman در ذهن خود یک "دکتر مولکولی" تصور کرد که صدها بار از یک سلول منحصربه فرد کوچکتر است و میتواند به بدن انسان تزریق شود و درون بدن برای انجام کارِی یا مطالعه و تایید سلامتی سلولها و یا انجام اعمال ترمیمی و بهطور کلی برای نگهداری بدن در سلامت کامل به سیر بپردازد. در بحبوبه سالهای صنعتی کلمهی "بزرگ" از اهمیت ویژهای برخوردار بود. مثل علوم بزرگ، پروژههای مهندسی بزرگ و غیره حتی کامپیوترها در دهه 1950 تمام طبقات ساختمان را اشغال میکردند. ولی از وقتی Feynman نظرات و منطق خود را بازگو کرد، جهان روندی بهسوی کوچک شدن در پیش گرفت.

Marvin Minsky تفکرات بسیار باروری داشت که میتوانست به اندیشههای Feynman قوت ببخشد. Minsky پدر یابنده هوشهای مصنوعی دهه 70-1960 جهان را در تفکراتی که مربوط به آینده مِیشد، رهبری میکرد. در اواسط دههی 70 ، Eric Drexler که یک دانشجوی فارغ التحصیل بود، Minskey را بهعنوان استاد راهنما جهت تکمیل پایاننامهاش انتخاب کرد و او نیز این مسئولیت را بر عهده گرفت . Drexler سبت به وسایل بسیار کوچک Feynman علاقهمند شده بود و قصد داشت تا در مورد تواناییهای آنها به کاوش بپردازد. Minskey نیز با وی موافقت کرد. Drexler در اوایل دهه 80، درجه استادی خود را در رشته علوم کامپیوتر دریافت کرده بود و گروهی از دانشجویان را به صورت انجمنی به دور خود جمع نموده بود. او افکار جوانترها را با یک سری ایدهها که خودش "نانوتکنولوژی" نامگذاری کرده، مشغول میداشت. Drexler اولین مقالهی علمی خود را در مورد نانوتکنولوژی مولکولی (MNT) در سال 1981 ارایه داد. او کتاب Engin of Creation:The Coming Era of Nanotechnology را در سال 1986 به چاپ رساند. Drexler تنها درجه دکتری در نانوتکنولوژی را در سال 1991 از دانشگاه MIT دریافت داشت. او یک پیشرو در طرح نانوتکنولوژی است و هماکنون رئیس استیتو Foresight و Research Fellow میباشد.