وبلاگ

‌ای بر نانو فناوری
فناوری نانو از نظر لغوی به معنای هرگونه فناوری‌ای است كه در مقیاس نانو قابل اجرا بوده و برای رفع نیازهای جهان واقعی به كار رود. این فناوری در برگیرنده تولید و كاربرد سیستمهای فیزیكی، شیمیایی و بیولوژیكی- در محدوده وسیعی از اندازه‌ اتمهای جداگانه یا مولكولها گرفته تا ابعاد زیر مولكولی- و همچنین تركیب سازه‌های ساده و تولید سازه‌های پیچیده‌تر می‌باشد.
نخستین بار در 29 دسامبر سال 1959 ریچارد فینمن1 برنده جایزه نوبل در نطق مشهورش تحت عنوان “آن پائین فضای بسیاری وجود دارد” در موسسه فناوری كالیفرنیا2 در نشستسالانه انجمن فیزیک آمریكا در مورد این انقلاب و فناوری نوین سخنرانی كرد. وی سالها پیش از اینكه میكروچیپها اختراع شوند به تشریح فناوریی پرداخت كه در آن می‌توان اجزایی با ابعاد مینیاتوری بسیار كوچك ایجاد كرد. او با این ایده كه می‌توان در ابعاد بسیار كوچك هم سازه‌هایی را به صورت اتم به اتم و یا مولكول به مولكول ساخت. تحقیقات و اكتشافاتی كه در زمینه تولید نانو ذرات از دهه هشتاد میلادی به بعد انجام شده، ادعاهای وی را تایید می‌كند[1].
یک سال بعد در سال 1960 ‏ راجر بیکن1 به تشریح خصوصیات نانو لوله پرداخت. تا اینکه در سال 1985 ریچارد اسمالی2 ساختار باکی بال را به کمک لیزر ساخت. یادآوری می‌شود که کربن خالص در ساختارهای گوناگونی ظاهر می‌شود که عبارتند از: ساختار الماس‌گونه3، به صورت صفحه‌ای از اتمهای کربن با فواصل معین4 ، به صورت کروی5 (با‏کی بال یا ساختار C60 ) ، ‏به صورت نانو لوله تک جداره6 یا چند جداره7، و به صورت رشته‌ای و دسته‌ای از نانو لوله‌ها در ‏کنار هم8 [1,2] .
‏در سال 1990 ‏در موسسه‌ی تحقیقاتی ماکس پلانک به وسیله تخلیه قوس الکتریکی، باکی بال ساخته شد و سرانجام در سال 1991 ‏سومیا ایجیما9 در موسسه NEC نانو لوله چند جداره را کشف کرد و آغازگر انقلاب فناوری نانو شد. ساخت نانو لوله‌های تک جداره مشکلتر از چند جداره است به همین دلیل این مساله از زمان کشف و تولید نانو لوله‌های چند جداره دو سال طول کشید تا اینکه در سال 1993 با همکاری

 دو موسسه IBM و NEC نانو لوله تک جداره ساخته شد.

خصوصیات الکتریکی، مکانیکی، نوری، مغناطیسی، شیمیایی، کاتالیستی و بیولوژیکی هر یک، از نقاط قابل تأمل در این فناوری نوین است .
‏در بسیاری از موارد مایل هستیم رفتار مواد را در مقیاس نانو پیش بینی کنیم اما در این مسیر مشکلاتی وجود دارد. یکی از مشکلات تغییر خواص فیزیکی و در نتیجه تغییر قوانین فیزیکی است، چرا که در مقیاس اتمی کاربرد قوانین فیزیکی نیوتونی نتایج دقیقی را به دست نمی دهد و بایستی از قوانین فیزیک مولکولی یا فیزیک کوانتومی برای توجیه پدیده‌هایی که در این مقیاس روی می دهد استفاده کرد. به علاوه در این مقیاس دیگر نمی‌توان مواد و ساختار آنان را پیوسته فرض کرد. از آنجایی که فرمولها و روابط فیزیک مولکولی بسیار پیچیده‌اند و علاوه بر آن زمان محاسبه بسیاری طلب می‌کنند و به اصطلاح گران تمام می شوند، در سالهای اخیر روند حرکت به سمت استفاده از روابط موجود در مهندسی برای بررسی رفتار نانو سازه‌ها با در نظر گرفتن این نکته است که این روابط از نظر کیفی در بسیاری موارد مسیر فرایند را به خوبی توصیف می کنند؟ اما با توجه به اینکه دقت استفاده از این روابط به اندازه دقت قوانین دقیق فیزیک مولکولی برای توجیه پدیده‌ها و محاسبه کمی متغیرها نیست مسلماً خطاهایی وجود دارد که ممکن است حتی صحت نتایج را زیر سوال ببرند، اما برای حل این مساله می‌توان در برخی موارد روابط موجود را تصحیح کرد تا به واقعیت نزدیکتر باشند. البته حتی در مورد دقت کاربرد قوانین فیزیک مولکولی- که هر یک توصیف ریاضی مدل فیزیکی برای توجیه رفتار ذرات در مقیاس بسیار ریز است- تا زمانی که آزمایشهای عملی و دقیق انجام نشوند نمی‌توان اظهار نظر کرد.
‏مساله دیگری که وجود دارد این است که ما در علوم مهندسی کنونی در بسیاری از موارد به تفکیک پدیده‌ها ‏پرداخته و جداگانه پیرامون هر یک به بحث می پردازیم و برای ساده‌سازی روابط در بسیاری از موارد از اثر متغیرها و پدیده‌هایی که به گمان ما تأثیر چندانی بر روی پدیده مورد نظر ندارند چشم می پوشیم، در حالیکه این جداسازی در مقیاس نانو چندان امکان پذیر و درست نیست چرا که نتایج را به کلی تغییر می‌دهد به عبارت دقیقتر در این مقیاس بسیار ریز، غالباً خصوصیات مختلف روی هم تاثیر می‌گذارند و همین مساله ضرورت ایجاد دانشهای جدید، روابط دقیقتر و مدلسازی هوشمندانه‌تر از فرایندهای مورد نظر را ایجاب می کند.
با توجه به مطالبی که تاکنون بیان شد، در اینجا لزوم ارتباط میان مقیاسهای نانو تا میکرو و همچنین میکرو تا ماکرو مطرح می شود. همچنین لزوم ساخت دستگاه های منحصر بفردی برای اندازه‌گیری نیروهایی در اندازه پیکونیوتن و دیدن و محاسبه روی موادی به ابعاد نانومتر به خوبی احساس می‌شود. در ادامه به شرح مختصری از روش های تولید و کاربردهای نانو پرداخته خواهد شد.
1-3- ‏دسته بندی و روش های معمول تولید نانو مواد
‏از زمان کشف نانو لوله‌های کربنی در سال 1991 ‏پیشرفت زیادی در جهت تولید و کاربرد این مواد حاصل شده که از آن جمله می توان به موارد زیر اشاره کرد:

• ‏ مواد

• ‏جدا سازی شیمیایی و بیولوژیکی، خالص سازی مواد و ‏کاتالسیت‌ها

• ذخیره سازهای انرژی نظیر ذخیره سازهای هیدروژن، پیلهای ‏سوختی و باتریهای لیتیومی

• مواد کامپوزیتی جهت پوشش دادن، پرکردن و نیز به عنوان ‏مواد تشکیل دهنده سازه ها

• وسایل

• پرابها، سنسورها و عملگرها برای تصویر برداری، حس کردن و ‏دستکاری ذرات در مقیاس مولکولی

• ترانزیستورها، حافظه‌های رایانه‌ها و دیگر وسایل نانو الکترونیک

• وسایل نانو الکترونیکی که در خلأ کار می‌کنند نظیر ‏صفحه‌های نمایش تخت.

‏از مزایای این نانو ساختارها می‌توان به اندازه‌ی کوچک، مصرف کم انرژی، وزن کم و عملکرد فوق العاده خوب اشاره کرد.