نانو تکنولوژی
از ویکینسک، کتابخانه آزاد.
[ویرایش] مقدمه
امروزه با جرات می توان گفت که نانو تکنولوژی علم فرداست . در این عصر کشور قدرتمند همیشه از لحاظ علمی مقایسه می شود .برای مثال به عقیده ی بسیاری پیروزی آمریکا در جنگ جهانی دوم به علت تحقیقات انیشتن و بمب اتم است . برای همین این تحقیق را تهیّه کردیم تا نگاهی جدید را به نانو تکنولوژی داشته باشید و آن را جدّی بگیرید . امید وارم از مطالب این تحقیق استفاده برده و نواقص آن را ببخشید .
[ویرایش] نانو متر
یک نانو متر یک میلیاردیم متر است . برای سنجش طول پیوندهای کربن ، یا فاصله ی میان دو اتم کربن بازه ی 12 تا 15 نانو متر به کار می رود ؛ همچنین طول یک جفت دی ان ای نزدیک به 2 نانو متر است ؛ و از سوی دیگر کوچک ترین باکتری سلول دار 200 نانومتر است . اگر بخواهیم برای دریافتن مفهوم اندازه ی یک نانومتر نسبت به متر سنجشی انجام دهیم می نوانیم اندازه ی آن را مانند اندازه ی یک تیله به کره ی زمین بدانیم . یا شکلی دیگر یک نانو متر اندازه ی رشد ریش انسان در طول زمانی است که برای بلند کردن تیغ از صورتش بگذرد.
[ویرایش] تاریخچه ی نانو
انسان از دیرباز به طور غیر مستقیم تا حدودی به خاصیت ذرات ریز پی برده بود.به عنوان مثال،افزودن طلا و نقره به خمیر ظروف چینی یا سفالی و تاثیر آن در ایجاد خاصیت رنگ چند گانه در این ظروف ، از حدود قرن چهارم میلادی برای انسان شناخته شده بوده است.جام مشهور لیکر گوس از جمله این ظروف می باشد که در نور غیر مستقیم برنگ سبز و در نور مستقیم خورشید نقوش برجسته آن بر رنگ قرمز و بدنه ی آن تقریباً شفاف دیده می شود. خاضیت عجیب این جام ، آن را به عنوان نمادی از خدای افسانه رومی "لیگر گوس" تبدیل نموده بود . پس از قرن ها ،امروزه به خوبی می دانیم که وجود نانو ذرٌات طلا و نقره با ابعاد حدود 50 تا 80 نانو متر در خمیر سفال به کار رفته براب ساخت این ظروف، موجب این خاصیت می شود . مثال دیگر در این مورد ، ساخت شیشه های رنگی توسط ایتالیایی ها و به کار گرفتن آن ها در ساخت کلیسای مشهور شهر میلان می باشد.با مخلوط شدن خمیر گداخته شیشه و فلز،نانو ذرٌات فلز حاصله ، نه تنها موجب کدر شدن شیشه نمی شدند، بلکه رنگ زیبایی نیز به شیشه می دادند . این شیشه ها به خاطر زیبایی و به عنوان نمادی از تقدس ، در ساخت پنجره های کلیسای تاریخی شهر میلان به کار گرفته اند.به همین ترتیب در قرن هفدهم میلادی، اطلاعات به دست آمده نشان دهنده خاصیت تغییر پذیری زیاد وحساسیت برخی مواد در برابر نور بود.از این مواد،در ساخت اولین نمونه های فیلم های عکاسی استفاده شد و به تدریج با بهینه سازی آن ها،صنعت عکس برداری توسعه یافت امروزه می دانیم که این مواد دارای ذراتی بسیار ریز و نزدیک به دنیای نانو بوده اند. در سال 1875 ،اولین نمونه از محلول طلا ی کلویـیدی توسط دانشمند مشهور مایکل فارادی ساخته شد.بدون شک این دانشمند در آن زمان نمی دانسته که در داخل این محلول،ذرات طلا دارای ابعاد نانو متری بوده و در آینده از این ذرات برای ساخت سامانه های مختلفی مانند سیستم های تشخیصی و نیز الکترونیکی استفاده خواهد شد.می توان این بخش از اطلاعات و فعالیت ها را با نام "فناوری نانوی کهن یا قدیم" نامید. در فناوری نانو ی کهن ،انسان اگر چه به طور غیر مستقیم از فراورده ها و خواص ناشی از نانو ذرات بهره مند بوده است، ولی هیچگونه آگاهی قبلی نسبت به اصل موضوع نداشته و عملا امکان کنترل ، کند و کاو و در نهایت ساخت نانو ذرات را نداشته است. سال 1959 را می توان تاریخ آغاز "فناوری نانو ی جدید یا نوین " دانست.در این سال دانشمند مشهور دکتر ریچارد فاینمن در کالیفرنیا برگزار شد ، اعلام نمود که "فضا های بیشتری در محدوده های پایین وجود دارد ." در واقع در بسیاری از منابع علمی مرتبط با فناوری نانو، این سخن رانی و ایده هایی که دکتر فاینمن در طی آن ارایه نمود، به عنوان اولین بنای این علم محسوب شده است .
دکتر ریچارد فیلیپس فاینمن ، در تاریخ یازدهم ماه می سال 1918 در آمریکا و در شهر منهتن نیویورک به دنیا آمد . پدر او علاقه مند بود تا پسرش یک معلم فیزیک صاحب نام شود و لذا فاینمن در طول سال های تحصیلش ،در مورد علوم ریاضی و فیزیک بسیار مطالعه می کرد . وی همچنین برای آزمایش در زمینه ی الکتریسیته ، یک آزمایشگاه در خانه اش برپا نمود.فاینمن از نماد های ریاضیاتی خودش برای توابعی مانند سینوس،کسینوس،تانژانت و استفاده می کرد. این دانشمند در دبیرستان فار راک اوی به تحصیل پرداخت و در سال آخر دبیرستان برنده جایزه ی ریاضی دانشگاه نیویورک شد. پس از اتمام دبیرستان تمایل به ادامه تحصیل داشت اما به جز موسسهُ فناوری ماساچوست ،بقیه دانشگاه ها به خاطر نمراتش از پذیرش وی خودداری نمودند. به هر حال فاینمن در سال 1935 وارد موسسهُ فناوری ماساچوست شد و در سال 1939 در رشته ی فیزیک در مقطع لیسانس فارغ التحصیل گردید.در سال 1942،وی پروژه ی تحقیقاتی دوره ی دکتری خود را که روی ساخت بمب اتم (1942-1941) بود ، به اتمام رسانید و دکترای خود را از دانشگاه پرینستون دریافت نمود.او پس از دریافت مدرک دکترا ،به لوس آلاموس رفت تا در سن 25 سالگی به عنوان یکی از محققان ارشد علمی،کار روی ساخت بمب اتم را ادامه دهد . سپس فاینمن به عنوان رییس بخش تیوری این گروه منصوب گردید.در سال 1945،فاینمن به عنوان استاد فیزیک تیوری در دانشگاه کرنل به فعالیت پرداخت در بین سال های 1952 تا 1959 ، به عنوان استاد مدعو برای تدریس فیزیک تیوری در موسسه فناوری کالیفرنیا مشغول به کار شد.بعد از آن سال نیز تا زمان فوت خود در سال 1988،در سمت استاد درس فیزیک تیوری در آن دانشگاه مشغول به کار بود. این دانشمند مشهور،موفق به دریافت جوایز ارزشمندی در رشته ی کاری خود گردید.جایزه ی آلبرت انیشتن از دانشگاه پرینستون به سال1954، جایزه ی آلبرت انیشتن از دانشکده پزشکی و جایزه ی لورنس در سال 1963 جوایزی بودند که ریچارد فاینمن موفق به اخذ آن ها گردید. این محقق در سال 1965 به خاطر مطالعات و دستاورد های ارزشمندش در زمینه ی توسعه الکترودینامیک کوانتوم که تیوری اثر متقابل ذرات و اتم ها را در میدان های تشعشعی تشریح می نماید،به شهرت رسید.وی در بخشی از کار هایش آن دچه را که امروزه به نام "دیاگرام فاینمن"نامیده می شود، ترسیم نمود که با توجه به ارزش خاص آن،موفق شد جایزه ی نوبل آن سال را به اتفاق دو محقق دیگر به نام های جی-شوینگر و اس آی .توموناگا اخذ نمایید.دیاگرام فاینمن ، در واقع منحنی نمودار مکان – زمان اثر متقابل ذرات را نشان می دهد . پروفسور فاینمن علاوه بر انجمن فیزیک آمریکا ، عضو انجمن آمریکایی علوم پیشرفته و آکادمی ملی علوم نیز بود این دانشمند معروف در سال1965 به عنوان عضو خارجی انجمن سلطنتی انگلستان انتخاب شد . دکتر فاینمن در 29 دسامبر سال 1959 ، مقاله ای انقلابی درباره ی قابلیت های فناوری نانو در آینده منتشر ساخت . که بسیاری آن را سنگ بنای اول این فناوری می دانند.فاینمن در آن سال در مهمانی شامی که توسط انجمن فیزیک آمریکا برگزار شده بود، سخنرانی کرد و ایده های جدیدی را درباره ی فناوری نانو برای عموم مردم ارایه داد . عنوان سخنرانی او بسیار جالب بود:((فضای زیادی در سطوح پایین وجود دارد)) با وجود موقعیت هایی که توسط بسیاری از محققین دیگر تا آن زمان کسب شده بود،ولی جامعه ی علمی ، دکتر ریچارد فاینمن را به عنوان پایه گذار علم نانو فناوری می شناسد . سخنرانی او شامل این مطلب بود که می توان تمام مطلب دایرة معارف بریتانیا را روی یک سنجاق نگارش کرد . یعنی ابعاد آن را به اندازه یک اعشاری 25000/1 ابعاد واقعیش کوچک کرد.او همچنین از دو تایی کردن اتم ها برای کاهش ابعاد کامپیوتر ها سخن گفت(در آن زمان ابعاد کامپیوتر ها بسیار بزرگتر از ابعاد کنونی بودند اما او احتمال می داد که ابعاد آن ها را بتوان حتی از ابعاد کامپیوتر های کنونی نیز کوچکتر کرد). او همچنین در آن سخنرانی توسعه بیشتر فناوری نانو را پیش بینی نمود.وی در پایان سخنرانی 1000دلار برای اخترع اولین الکتروموتوری که ابعادش حداکثر 64/1 اینچ مکعب باشد، پیشنهاد داد . او همچنین جایزه ای را برای اولین کسی که بتواند یک صفحه کتاب را در ابعادی بسیار کوچک بنویسد پیشنهاد کرد.ابعاد این صفحه کتاب می بایست به اندازه ای باشد که بتوان آن را به کمک یک میکروسکوپ الکترونی خواند.این ایده ها در سال های 1960 و 1985 تحقق یافتند و جایزه های آن ها نیز پرداخت شد.دکتر ریچارد فاینمن با خانم گونت هوارث ازدواج کرد که ثمره ی این ازدواج تولد پسری به نام کارل ریچارد در 22 آوریل 1961 و نیز دختری به نام میشل کاترین در 13 آگوست سال 1968 بود. متاًسفانه فاینمن در سال 1988 به خاطر سرطان شکم در مرکز پزشکی لوس آنجلس درگذشت. یاد این دانشمند بزرگ همواره به خاطر گشودن دریچه های نوینی در قلمرو علم فیزیک به سوی ما،در ذهن ها باقی می ماند .
[ویرایش] توجّه کشور های پیشرفته به نانو
بازیگران اصلی صحنه ی نانو آمریکا و ژاپن هستند . در این میان پیشرفت های خوبی در ایران نیز صورت گرفته . از جمله لباس هایی با فناوری نانو . حال به این مطلب و چرا ناسا به نانو تکنولوژی توجه دارد توجه کنید تا ارزش این علم را دریابید .
[ویرایش] نانو تکنولوژی چرا در ناسا مورد توجه قرار دارد ؟
ناسا که بزرگ ترین و مجهز ترین مرکز تحقیقاتی هوا فضا و پژوهشی در جهان است که در کشور آمریکا قرار دارد به دلایل زیر تمامی پروژه های خود را معطوف به نانوتکنولوژی نموده است . زیر ساخت های پیشرفته کلید اعتماد جهت علوم جدید و ماموریت های اکتشافی می باشد . سنسور ها ، منبع تغذیه ها ، مخابرات ، راه داری و سیستم های رو به جلو با ابعاد مادون کوچک با جرم بسیار پایین و مصرف پایین در ناسا مورد نیاز است . انقلاب هایی که در الکترونیک و کامپیوتر انجام می گیرد اجازه می دهد که پیکر بندی مجدد ، استقلال ، تفکر را در فضا پیماهای جدید ایجاد نماییم . نانو تکنولوژی است که طیف گستردهای از ساخت قطعات و سیستم هایی را می تواند ادامه دهد که بتوانیم معماری جدید را در فضاپیماهای خود ارائه دهیم و کهکشان های جدید و فضا را در تسخیر در آوریم با تکنیک های زیر : پروب های بسیار کوچک بر روی سطح سیارات . وسایلی که می توانند جهش ، پرواز و کانال بزنند . کلکسیونی از میکرو فضاپیماها که می توانند اندازه گیری های متفاوتی را ارائه دهند .
[ویرایش] گوشه ای از استفاده های نانو
استفاده های نانو تکنولوژی در حمل و نقل : نیروی بالا ، وزن سبک جهت راندمآن بالا مصرف سوخت . سنسور های دمای بسیار بالا جهت استفاده در زیر کاپوت ماشین . گسترش صفحات نمایش دهنده . تکنولوژی باطری . لاستیک هایی با مقاومت بسیار بالا . اتوبان های اتوماتیک . بدنه ی ضدّ حرارت با روکش های بسیار مقاوم . امنیت دفاعی (سیستم های دفاعی) : با حساسیت های بسیار بالا سنسور های با توان پایین جهت شناسایی حمله های شیمیایی ، بیو و هسته ای . طرح های نظامی با وزن های بسیار سبک ، دارای سیستم های ایمنی و حفاظت سربازان ، با کاهش سوخت وسایل لجستیکی . افزایش عملیات در واحد وزن .
[ویرایش] موانع توسعه ی فناوری نانو
مسائل زیست محیطی نوآوری های بزرگ ، معمولا با خطرات زیست محیطی زیادی همراه اند . فناوری نانو نیز این چنین است . نانو ذرّات پخش شده ، ممکن است وارد سلول های انسان شده و اثرات غیر قابل پیش بینی برای بدن ایجاد کنند . ممکن است نانو روبات ها ی خود آرا ، از کنترل انسان خارج شده و جهان ما را به یک بلغم خاکستری تبدیل کنند . به خاطر همین دلایل است که برخی گروه های تندرو حامی محیط زیست ، با تحقیقات در زمینه ی فناوری نانو و فناوری های زیستی مخالف اند . با این حال ، فناوری نانو به دلیل وجود خطرات بالقوه و احتمالی ، متوقف نشده و نخواهد شد . از یک سو منافع حاصل از این فناوری زیاد است به حدی که اقتصاد و جامعه توان مقاومت در برابر آن را ندارند . در عصر رقابت جهانی ، تأخیر در انجام تحقیقات ، هزینه های سنگینی را برای اقتصاد یک کشور به همراه خواهد داشت . از دیگر سو ، تاریخ به ما نشان داده است که تحت راهنمایی های مناسب دولت ، فناوری های پیشرفت زیست محیطی برای کنترل و جلوگیری از خطرات ایجاد شده اوسط فناوری های نو ، به دست می آید . چاره این مشکل این نیست که همانند خواسته ی مخالفان تندرو ، مسیر تکاملی فناوری را متوقف سازیم بلکه باید مکانیسمی متعادل برای تشویق و کنترل این تکامل ایجاد کنیم . درست است که در حال حاضر ، با خطرات مواد زاید نانو مقیاس تهدید می شویم ، اما نباید فراموش کنیم که ابزار حمایتی و درمانی قدرتمند نانو مقیاس را نیز در اختیار داریم . ما باید اثرات فناوری های جدید بر محیط زیست را به طور کامل درک کرده و تصمیمات مناسبی برای مواجهه با این خطرات اتّخاذ کنیم . با این حال ، تحت مدیریت خوب ، از زندگی متعادل در سطحی بالاتر لذّت می بریم . مسائل امنیتی با وجود نانو کارخانه های شخصی که می توانند تقریبا هر خواسته ی انسان را با قیمت بسیار پایین و به هر تعداد لازم ، تولید کند ممکن است زندگی روزمره ی اجتماعی با خطراتی بزرگتر از ویروس های رایانه ای و یا هکر های اینترنتی مواجه شود . یک همسایه بد ، می تواند زندگی هر کسی را خراب کند . گروه های تروریستی یا کشور های کوچک ، می توانند سلاح های بسیار پیشرفته ای تولید کنند تا دنیا را در اختیار بگیرند . این امکان ، می تواند منجربه مسابقه ای تسلیحاتی شود که بسیار ناپایدار تر از مسابقه ی تسلیحاتی هسته ای است ، زیرا توسعه ی این سلاح ها ، ارزان تر و سریع تر بوده و پنهان کردن آنها نیز آسان تر است . جنایتکاران می توانند ابزار بسیار کوچک و هوشمندی برای جاسوسی فرستاده و زندگی شما را تیره سازند ، مگر اینکه برای حفاظت از خود پولی به آنها بپردازید . با این حال ، فناوری نانو در عین حال مسائل سیاسی را بهبود می بخشد . نانو حسگر هایی که می توانند حتی مولکول ها را نیز تشخیص دهند . همه جا نصب می شوند . سیستم های بیومتری پیشرفته می توانند یک تروریست مظنون را بلافاصله شناسایی کنند . نانو فیلتر ها ، تمام ذرّات مضر آب را تصفیه می کنند . بدنه ی خودرو ها که از نانو مواد ساخته خواهند شد ، محکم تر بوده و در برابر آسیب های شیمیایی و حرارتی بسیار مقاومتر خواهند بود . مسائل اشتغال شکی نیست که با توسعه ی فناوری نانو ، مسائل مربوط به اشتغال به میزان زیادی تغییر خواهد کرد . نانو کارخانه های بسیار یکپارچه که ظرفیت تولیدی برابر با یک کارخانه ی دارای پانصد نیروی کار دارند ، برای کنترل خود تنها به یک نفر نیاز خواهد داشت . صنعت موادّ اولیه با حمله ای کشنده مواجه خواهد شد .فناوری نانو تولید کنندگان خودرو را قادر ساخت تا تقریبا هر مادّه ای را که نیاز دارند ، خودشان طراحی و تولید کنند . صنعت انرژی نیز به طور کامل تغییر خواهد کرد . مثلا ، انرژی احیا کننده که وابسته به مواد و فناوری است ، بالاخره جایگزین صنعت نفت خواهد شد . از سوی دیگر ، موقعیت های شغلی در زمینه ی فناوری و خدمات افزایش خواهند یافت ، زیرا سیستم های کاملا یکپارچه و شبکه ای ، نیاز بیشتری به نگهداری و نوآوری خواهند داشت . با این حال میزان افزایش کارکنانی که از مغز خود بهره می گیرند ، به اندازه ی کاهش نیروی کار معمول نخواهد بود . تخمین زده می شود تا سال دو هزار و بیست نرخ بیکاری در کشور های صنعتی به چهل درصد برسد .
[ویرایش] ضرورت بکارگيری فناوری نانو در علوم کشاورزی و صنايع غذایی
طبق آخرين گزارش سازمان ملل متحد ، حدود 800 میلیون نفر از جمعيت جهان دچار فقر غذايی هستند ، شمار افراد قرار گرفته در زير خط فقر (از نظر تامین انرژی مورد نياز روزانه ی بدن) روز به روز در حال افزايش است . جديد ترين پيش بینی ها حاکی از آن است که اين آمار تا سال 2020 ميلادی به رقمی بالغ بر یک میليارد نفر خواهد رسيد و اين بدان معنا ست که حفظ نوع بشر در بلند مدت و نجات خيل عظيم انسان ها از خطر گرسنگی ، نيازمند توجه ويژه ی متخصصان و سياست مداران امروز جهان به توسعه ی پایدار و همه جانبه ی صنعت کشاورزی است . همان طور که می دانيد ورود نسل اول فناوری ها به عرصه ی کشاورزی ، در چند دهه ی گذشته منجر به وقوع انقلاب سبز و گذر از کشاورزی سنتی به کشاورزی صنعتی گرديد ، در اين دوره افزايش چشمگيری در کيفيت و کميت محصولات کشاورزی صورت گرفت که البته در کنار آن استفاده ی بی رويه از منابع مشکلاتی را نيز در پی داشت . اکنون با گذشت سالها از وقوع انقلاب سبز و کاهش مجدد نسبت رشد توليدات کشاورزی به جمعيت جهان ، لزوم به کارگيری فناوری های جديد در صنعت کشاورزی پیش از هر زمان ديگری آشکار است . در اين بين فناوری نانو به عنوان يک فناوری بین رشته ای و پيشتاز رفع مشکلات و کمبود ها در بسیاری از عرصه های علمی و صنعتی ، به خوبی جايگاه خود را در علوم کشاورزی و صنايع وابسته آن به اثبات رسانيده است. فناوری نانو کاربرد های وسيعی در همه مراحل توليد ، فراوری ، نگهداری ، بسته بندی و انتقال توليدات کشاورزی دارد . ورود فناوری نانو به صنعت کشاورزی و صنايع غذایی متضمن افزايش ميزان توليدات و کيفيت آن ها ، در کنار حفظ محيط زيست و منابع کره ی زمين می باشد . در ادامه نگاهی دقيق تر به کاربرد های گسترده ی فناوری نانو در هريک از زير شاخه های صنعت کشاورزی داريم .
کاربردهای نانو در زراعت: کشاورزی دقیق - بطور كلی كشاورزی دقيق يك نوع نگرش جديد در مديريت مزرعه است. امروزه با استفاده از نانو سنسورها مشخص می شود كه هر قسمت كوچك از مزرعه به چه ميزان عناصر غذائی و سم نياز دارد و بدين وسيله از آلودگی محيط زيست جلوگيریکرده ، سلامت محصولات و افزايش بازده اقتصادی راممكن می سازد . نانو سنسور ها می توانند با کنترل دقيق وگزارش دهی به موقع نياز های گياهان به مرکز پردازش اطلاعات سيستم را در نگهداری محصولات ياری نمايد . - ايجاد گلخانههاي كمهزينهتر با هدف صرفهجويي در مصرف انرژي و دوام بيشتر در برابر رطوبت ساختارهاي نانويي مي توانند گلخانه هايي در حجم كم اما انبوه پديد آورند كه تقريباً با اندازه ای برابر 10 درصد كل مزارع زير كشت در حال حاضر ، مي توانند جمعيت كنوني جهان را تغذيه نمايند. در اين صورت ميليونها هكتار از زمين هاي كشاورزي به محيط هاي طبيعي براي سكونت حيوانات در سراسر جهان باز گردانده مي شوند .
کاربردهای نانو در اصلاح نباتات : - انتقال ژن های مورد نظر به سلول های گياهی با استفاده از نانومواد در اين روش از سامانه ی رسانش نانوذرات طلای پوشيده با DNA يا RNA بداخل سلول استفاده می شود . - ساخت ابزارهاي جديد براي بيولوژي سلولي و مولكولي اين ابزار ها جهت تعيين مولكولهاي خاص ، شناسايي و جداسازی آن ها استفاده می شوند و کاربری بسياری دارند که از این بين می توان به موارد زير اشاره کرد ؛ تكنولوژي و علم توليد مثل ، اصلاح نژاد حيوانات و گياهان ، تبديل ضايعات به انرژي و محصولات جانبي مفيد و علم و تكنولوژي كودسازي
اصلاح بذر به شيوه اتمی
کاربردهای نانو در توليد سموم و کود های موثر و کم خطر : ذرات سموم کشاورزی به وسیله عواملی از قبیل باد ، وارد هوا شده و با ورود به سیستم تنفسی انسان ، آن را در معرض انواع بیماری های استنشاقی قرار می دهد ، تحولات نانوفناوری ، با افزایش میزان سوددهی و کاهش عوارض سموم کشاورزی ، معضلات ناشی از این سموم را رفع می کند و آنها را به محصولاتی کاملاً مفید تبدیل می کند . - توليد سموم و كودهاي شيميایي با استفاده از نانوذرات و نانوكپسول ها اين نسل از سموم و کود ها قابليت رهايش كنترل شده يا تاخيري ، جذب و تاثيرگذاري بيشتر و سازگاری با محيط زيست را دارا هستند . - تولید كريستالهاي نانویی جهت افزایش كارايي استفاده از آفتكشها استفاده از كريستالهاي نانویی امکان كاربرد آفتكشها با دُز هاي كمتر را فراهم می آورد و اين یعنی به حداقل رساندن ورود این ترکيبات خطرناک به طبيعت. -توليد نانوکودها (Nanofertilizers) اين ترکيبات نانويی به سرعت و به صورت کامل جذب گياه شده و به خوبی نيازها و کمبود های غذايی آن را مرتفع می سازد. کاربردهای نانو در گیاه پزشکی : - کنترل فعاليت های اجزای سلولی گياهان بدون آسيب رسانی به آنها شيوه های کنونی برای بررسی سلول ها بسيار ابتدايی است و دانشمندان برای شناخت آنچه که در سلول اتفاق می افتد ناگريزند سلول ها را از هم بشکافند و در اين حال بسياری از اطلاعات مهم مربوط به سيالهای درون سلول یا ارگانهای موجود در آن از بين می رود. پيشرفت های نانوفناوری بطور خاص مطالعات بنيادی زيست شناسی را تقويت خواهد کرد . محققان اميدوارند در آينده ای نه چندان دور با استفاده از نانوفناوری موفق شوند فعالیت اجزای هر سلول را تحت کنترل خود در آورند . هم اکنون گام های بلندی در اين زمینه برداشته شده ، به عنوان نمونه دانشمندان میتوانند فعالیت را در درون سلول کنترل کنند . پروتئین ها و مولکول D.N.A
- حسگرهاي هوشمند و سيستمهاي حمل هوشمند به منظور رديابي و مبارزه ی سريع و مفيد با ويروسها و ساير عوامل بيماریزا گياهي به کار می روند. - تيمار مولكولي بيماريها، رديابي سريع بيماريها، افزايش توانمندي گياهان براي جذب مواد مورد نياز کاربردهای نانو در تصفيه ی آب و ادوات آبياری : - نمک زدایی و تصفیه ی اقتصادی تر آبها جهت شرب و کشاورزی سازمان ملل پیش بینی کرده که در سال 2025 ميلادی ، 48 کشور جهان (معادل 32% جمعیت جهان) دچار کمبود آب آشامیدنی و کشاورزی می شوند، تخلیص و نمک زدایی آب به کمک نانوفنhttp://fa.wikibooks.org/skins-1.5/common/images/fa/button_headline.pngاوری از زمینه های مورد توجه در دفاع پیشگیرانه و امنیت زیست محیطی است . سامانه های نانويی طراحی شده می توانند آب دریا را با صرف انرژی 10 برابر کمتر از دستگاه اسمز معکوس، و 100 برابر کمتر از دستگاه تقطیر،نمک زدایی کنند . استقاده از نانو ذرات و نانوفیلترها امکان تصفیه و بهسازی آب را با سرعت و دقت بیشتر فراهم می کند همچنين استفاده از نانو فیلترها در حذف آلودگیهای میکروبی آب (Bioremediation) کاربری گسترده ای دارد . - بي خطر ساختن مواد آلاينده آب و خاک و قابليت بازيافت آنها - ساخت سوپر جاذبهاي آب از پليمرها و مواد کامپوزيت اين مواد به منظور ذخيره و حفظ رطوبت بيشتر در خاک طراحی گرديده اند و استفاده از آنها به ويژه در مناطق خشک و کم آب در افزايش ميزان عملکرد بسيار مفيد خواهد بود . - ساخت مواد پوششي جديد و کارا براي پوشش درون لوله هاي فلزي این مواد پوششی به منظور جلوگيري از خوردگي ناشي از سيالات و کاهش زبري جداره لوله ها به کار می روند . - بکار گيري پليمرهاو مواد کامپوزيت براي توليد انواع قطره چکان قطره چکان هاي ساخته شده با اين مواد قابليت تنظيم دقيق فشار آب را دارند همچنين به واسطه ی نوع مواد اولیه ی مورد استفاده اين قطره چکان ها نسبت به نفوذ ريشه گياه مقاوم هستند .
[ویرایش] دست یافته های نانو تکنولوژی در آینده :
در یک دوره ی کوتاه مدّت حداکثر تا 5 سال آینده : خرده نانو شامل صنعت خودرو سازی (بدنه ، قالب گیری ، کمربندهای زمان دار ، موتورها ، روکش ها و ... ) صنایع بسته بندی . صنایع خانگی . صفحه نمایش های کاملا صاف . روکش ها ( رنگ آمیزی) . ابزار ها . دست یافته های نانو تکنولوژی در آینده : حداکثر 5 تا 10 سال آینده : قطعات حافظه . سلول های سوختی ، باتری ها . بایو سنسورها قطعات بیومدیکالی ( شیمی پزشکی ) گسترش در ردیف کردن ژن . گسترش درکاهش دادن ژن . دست یافت های نانو تکنولوژی در آینده : حداکثر تا 15 سال آینده : نانو الکترونیک . الکترونیک مولکولی . استفاده ی متداول در ترکیبات جدید در صنایع هوا فضا ، خودرو سازی ( که این مورد صنایع امروزه را که توانایی گسترش و استفاده از این علوم را نداشته باشند کاملا نابود می سازد . ) خیلی از چیز های دیگر که دیگر به فکر ما خطور نمی کند .
[ویرایش] نانو در صنعت لاستیک
تاكنون در دنيا در صنايع پليمري تحقيقات بسيار زيادي انجام شده است. از جمله آنها تحقيقات در زمينه فناوري نانو در صنعت لاستيك است. موارد استفاده از فناوري نانو اعم از نانوفيلرها و نانوكامپوزيت است كه به لاستيكها خواص ويژه اي مي دهد.
بازار نانوكامپوزيت در 2005 به ميزان 200 بيليون يورو و در سال 2015 بر اساس آمارBSF به ميزان 1200 بيليون يورو پيش بيني شده است. در سال 2002 كشوري مثل ژاپن 1500 ميليون يورو در تحقيقات در زمينه فناوري نانو صرف كرده است. تحقيقات در زمينه فناوري نانو را بدون شك نمي توانيم رها كنيم. اكثر كشورهاي دنيا تحقيقات و فعاليت در زمينه نانو را شروع كرده است، به عنوان مثال كشور هند توليد نانوكامپوزيت SBR را شروع كرده است. همچنين صنايع خودرو در دنيا به سمت استفاده از نانو) PP نانوپلي پروپيلن( سوق پيدا كرده است و علت اصلي آن خواص مناسب از جمله سبكي، مقاومت حرارتي و مقاومت ضربه اينگونه مواد است. بنابراين رسيدن به خواص مطلوب ضرورت توجه به آن را بيش از هرچيز ديگر براي ما نمايان مي سازد.
2- مقدمه (کاربردهاي فناوري نانو در صنعت لاستيک): با توجه به تحقيقات به عمل آمده چهار ماده نانومتري هستند كه كاربرد فراواني در صنعت لاستيك سازي پيدا كرده اند. چهار ماده موردنظر عبارتنداز : اكسيدروي نانومتري(NanoZnO)، نانوكربنات كلسيم، الماس نانومتري، ذرات نانومتري خاك رس. با اضافه كردن اين مواد به تركيبات لاستيك، به دليل پيوندهايي كه در مقياس اتمي بين اين مواد و تركيبات لاستيك صورت مي گيرد، علاوه بر اين كه خواص فيزيكي آنها بهبود مي يابد، مي توان به افزايش مقاومت سايش، افزايش استحكام، بهبود خاصيت مكانيكي، افزايش حد پارگي و حد شكستگي اشاره كرد.در زيبايي ظاهري لاستيك نيز تاثير گذاشته و باعث لطافت، همواري، صافي و ظرافت شكل ظاهري لاستيك مي گردد. همه اينها به نوبه خود باعث مي شود كه محصولات نهايي، مرغوبتر، با كيفيت بالا، زيبايي و در نهايت بازارپسند باشند و توانايي رقابت در بازارهاي داخلي و جهاني را داشته باشند.
3- كاربرد اكسيدروي نانومتري (NanoZnO) درلاستيك: اكسيدروي نانومتري مادهاي غيرآلي و فعال است كه كاربرد گسترده اي در صنعت لاستيك سازي دارد.كوچكي كريستالها و خاصيت غيرچسبندگي آنها باعث شده كه اكسيدروي نانومتري به صورت پودرهاي زردرنگ كروي و متخلخل باشد. از خصوصيات استفاده از اين تكنولوژي در صنعت لاستيك، مي توان به پايين آمدن هزينه ها، بازدهي بالا، ولكانيزاسيون(Volcanization) خيلي سريع و هوشمند و دامنه دمايي گسترده اشاره كرد. اثرات سطحي و فعاليت بالاي اكسيدروي نانومتري ناشي از اندازة بسيار كوچك، سطح موثر خيلي زياد وكشساني خوب آن است. استفاده از اكسيد روي نانومتري در لاستيك باعث بهبود خواص آن ميشود از جمله ميتوان به زيبايي و ظرافت بخشيدن به آن، صافي و همواري شكل ظاهري، افزايش استحكام مكانيكي لاستيك، افزايش مقاومت سايشي (خاصيت ضد اصطكاكي و سايش)، پايداري دمايي بالا، طول عمر زياد و همچنين افزايش حد پارگي تركيبات لاستيك اشاره كرد كه همگي اينها بصورت تجربي ثابت شده است. براساس نتايج بدست آمده ميتوان نتيجه گرفت بهبود يافتن خواص فيزيكي لاستيك در اثر اضافه شدن ZnO ناشي از پيوند ساختار نانومتري اكسيد روي با مولكولهاي لاستيك است كه در مقياس اتمي صورت مي گيرد. اكسيد روي نانومتري در مقايسه با اكسيد روي معمولي داراي اندازة بسيار كوچك ولي در عوض داراي سطح موثر بسيار زيادي مي باشد. از لحاظ شيميايي بسيار فعال و همچنين به دليل اينكه پيوندهاي بين اكسيدروي نانومتري و لاستيك در مقياس مولكولي انجام مي گيرد، استفاده از اكسيدروي نانومتري خواص فيزيكي و خواص مكانيكي از قبيل حد پارگي، مقاومت سايشي و ... تركيبات لاستيك را بهبود مي بخشد.
4- كاربرد نانوكربنات كلسيم در لاستيك: نانوكربنات كلسيم به طور گسترده اي در صنايع لاسيتك به كار مي رود، زيرا اثرات خيلي خوبي نسبت به كربنات معمولي بر روي خواص و كيفيت لاستيك دارد. استفاده از نانوكربنات كلسيم در صنايع لاستيك باعث بهبود كيفيت و خواص تركيبات لاستيك مي شود. از جمله مزاياي استفاده از نانوكربنات كلسيم مي توان به توانايي توليد در مقياس زياد، افزايش استحكام لاستيك، بهبود بخشيدن خواص مكانيكي )افزايش استحكام مكانيكي) و انعطاف پذير شدن تركيبات لاستيك اشاره كرد. همچنين علاوه بر بهبود خواص فيزيكي، تركيبات لاستيك در شكل ظاهري آنها نيز تاثير مي گذارد و به آنها زيبايي و ظرافت مي بخشد كه اين خود در مرغوبيت كالا و بازارپسند بودن آن تاثير بسزايي دارد. نانوكربنات كلسيم سبك بيشتر در پلاستيك و پوشش دهي لاستيك به كار ميرود. براي به دست آوردن مزاياي ذكر شده، نانوكربنات كلسيم به لاستيكهاي طبيعي و مصنوعي از قبيلNP، EPDM ،SBS ،BR ،SBR اضافه مي گردد. نتايج به دست آمده نشان مي دهد كه استحكام لاستيك بسيار بالا مي رود. استحكام بخشي نانوكربنات كلسيم برخواسته از پيچيدگي فيزيكي ناشي از پيوستگي در پليمرهاي آن و واكنشهاي شيميايي ناشي از سطح تعميم يافته آن است. نانوكربنات كلسيم سختي لاستيك و حد گسيختگي پليمرهاي لاستيك را افزايش داده و حداكثر تواني كه لاستيك مي تواند تحمل كند تا پاره شود را بهبود مي بخشد. همچنين مقاومت لاستيك را در برابر سايش افزايش مي دهد. به كار بردن نانوكربنات كلسيم هزينه ها را پايين مي آورد و سود زيادي را به همراه دارد و همچنين باعث به روز شدن تكنولوژي و توانائي رقابت در عرصه جهاني مي گردد. به طور كلي نانوكربنات كلسيم در موارد زيادي به طور كلي يا جرئي به تركيبات لاستيك جهت افزايش استحكام آنها افزوده مي شود.
5- كاربرد ساختارهاي نانومتري الماس در لاستيك: الماس نانومتري به طور گسترده اي در كامپوزيت ها و از جمله لاستيك در مواد ضد اصطكاك، مواد ليزكننده به كار مي رود. اين ساختارهاي نانومتري الماس از روش احتراق توليد مي شوند كه داراي خواص برجسته اي هستند از جمله مي توان به موارد زير اشاره كرد: 1) ساختار كريستالي( بلوري) 2) سطح شيميايي كاملا ناپايدار 3) شكل كاملا كروي 4) ساختمان شيميايي بسيار محكم 5) فعاليت جذب سطحي بسيار بالا در روسيه، الماس نانومتري با درصدهاي مختلف به لاستيك طبيعي ، Poly Soprene Rubber و FluorineRubber براي ساخت لاستيك هايي كه در صنعت كاربرد دارند از قبيل كاربرد در تاير اتومبيل، لوله هاي انتقال آب و ... مورد استفاده قرار مي گيرد. نتايج به دست آمده نشان مي دهد كه با اضافه كردن ساختارهاي نانومتري الماس به لاستيك ها خواص آنها به شكل قابل توجهي بهبود مي يابد از جمله مي توان به : 1) 4 الي 5 برابر شدن خاصيت انعطاف پذيري لاستيك 2) افزيش 2 الي 5/2 برابري درجه استحكام 3) افزايش حد شكستگي تا حدود 2 Kg/cm700-620 4) 3 برابر شدن قدرت بريده شدن آنها و همچنين به اندازة خيلي زيادي خاصيت ضدپارگي آنها در دماي بالا و پايين بهبود مي يابد.
6- كاربرد ذرات نانومتري خاك رس در لاستيك: يكي از مواد نانومتري كه كاربردهاي تجاري گسترده اي در صنعت لاستيك پيدا كرده است و اكنون شركت هاي بزرگ لاستيك سازي بطور گسترده اي از آن در محصولات خود استفاده مي كنند، ذرات نانومتري خاك رس است كه با افزودن آن به لاستيك خواص آن بطور قابل ملاحظه اي بهبود پيدا مي كند كه از جمله مي توان به موارد زير اشاره كرد : 1) افزايش مقاومت لاستيك در برابر سايش 2) افزايش استحكام مكانيكي 3) افزايش مقاومت گرمايي 4) كاهش قابليت اشتعال 5) بهبود بخشيدن اعوجاج گرمايي
7- ايده هاي مطرح شده: 1-7) افزايش دماي اشتعال لاستيك : تهيه نانوكامپوزيت الاستومرها از جملهSBR مقاوم، به عنوان مواد پايه در لاستيك سبب بهبود برخي خواص از جمله افزايش دماي اشتعال و استحكام مكانيكي بالامي شود و دليل اصلي آن حذف مقدار زيادي از دوده است. 2-7) كاهش وزن لاستيك : تهيه و بهينه سازي نانوكامپوزيت الاستومرها با وزن كم از طريق جايگزين كردن اين مواد با دوده در لاستيك، امكان حذف درصد قابل توجهي دوده توسط درصد بسيار كم از نانوفيلر وجود دارد. بطوريكه افزودن حدود 3 تا 5 درصد نانوفيلر مي تواند استحكام مكانيكي معادل 40 تا 45 درصد دوده را ايجاد كند. بنابراين با افزودن 3 تا 5 درصد نانوفيلر به لاستيك، وزن آن به مقدار قابل توجهي كاهش مي يابد. 3-7) افزايش مقاومت در مقابل نفوذپذيري گاز : نانوكامپوزيت الاستومرها بويژه EPDM بدليل دارا بودن ضريب عبوردهي كم نسبت به گازها بويژه هوا مي توانند در پوشش داخلي تاير و تيوب ها مورد استفاده قرار مي گيرد. زيرا يكي از ويژگيهاي نانوكامپوزيت EPDM مقاومت بسيار بالاي آن در برابر نفوذ و عبور گازها مي باشد. بنابراين اين نانوكامپوزيت ها مي تواند جايگزين مواد امروزي گردد. همچنين اين نانوكامپوزيت ها از جمله الاستومرهايي است كه مي تواند در آلياژهاي مختلف با ترموپلاستيكها كاربردهاي وسيعي را در صنعت خوردو داشته باشد. 4-7) قطعات لاستيكي خودرو : نانوكامپوزيت ترموپلاست الاستومرها مي تواند به عنوان يك ماده پرمصرف در صنايع ساخت و توليد قطعات خوردو بكار رود. از ويژگي هاي اين مواد، بالا بودن مدول بالا ، مقاومت حرارتي، پايداري ابعاد، وزن كم، مقاومت شعله مي باشد. لذا نانوكامپوزيت ترموپلاستيك الاستومرهاي پايهEPDM و PP مي توانند تحول چشمگيري را در ساخت قطعات خوردو ايجاد نمايد. 5-7) افزايش مقاومت سايشي لاستيك : استفاده از نانوسيليكا و نانواكسيدروي در تركيبات تاير سبب تحول عظيمي در صنعت لاستيك مي شود. بطوريكه با افزودن اين مواد به لاستيك علاوه بر خواصي ويژه اي كه اين مواد به لاستيك مي دهند، امكان افزايش مقاومت سايشي اين لاستيكها وجود دارد. 6-7) نسبت وزن تاير به عمر آن : با افزودن ميزان مصرف يكي از نانوفيلرها مي توان مصرف دوده را پايين آورد. به عبارت ديگر اگر وزن تاير كم شود، عمر لاستيك افزايش مي يابد. بنابراين جهت بالا بردن عمرلاستيك كافي است با افزودن يك سري مواد نانومتري به لاستيك عمر آن را افزايش داد.
- شركتهايي كه در زمينه مواد نانومتري و صنعت لاستيك كار مي كنند:
شركت Shanxi Four Nano Technology Co.ltd فعاليت در زمينه توليد اكسيد روي نانومتري جهت كاربرد در صنعت لاستيك سازي بخصوص لاستيك كاميون فعاليت مي كند. كشور چين آدرس اينترنتي http://www.fhnm.com/english/jhs.htm
شركت Good year فعاليت اين شركت يكي از بزرگترين شركت هاي توليدكنندة لاستيك در آلمان مي باشد كه از ذرات نانومتري دوده (Carbon black) در لاستيك استفاده مي كند. كشور آلمان آدرس اينترنتي www.goodyear.com
شركت FCCINC فعاليت اين شركت يك خط ذرات نانومتري خاك رس جهت تزريق به پليمرهاي لاستيك ايجاد كرده است. كشور چين آدرس اينترنتي http://www.nanoclay.com
[ویرایش] نانو تيوپهاي (نانو تيوب) كربني :
يكي از اكتشافات بزرگ مربوط به Nanotechnology ، كشف Nanotube است .نانو تيوبها صفحاتي از اتمهاي كربن هستند كه درون قسمتي غلطك مانند حركت مي كنند ودر ظاهر شبيه توريهاي سيمي هستند كه بر روي يك سمت آنها پوششي قرار گرفته باشد. Carbon Nanotube لوله كربني تو خالي است . نانو تيوب هاي كربني از منابع كربني مانند گرافيت يا گازهاي هيدروكربني بوسيله روشهايي مانند تخليه الكتريكي ، TCVD و Laserr ablation ساخته مي شوند . اين مواد به علت داشتن خواصي مانند سطح ويژه زياد (700-1000 m2/gr) ، استحكام زياد (حدودا 50 برابر فولاد) و خصوصيات الكتريكي و الكترونيكي استثنايي موارد كاربرد زيادي از جمله استفاده به عنوان پايه كاتاليست ، تقويت مكانيكي پليمرها و كمپوزيت ها و ساخت قطعات الكترونيكي دارند .آنها 10 برابر از فولاد محكمتر ند در حاليكه وزنشان يك ششم وزن فولاد است. اين امتياز باعث شده است كه آنها اولين انتخاب براي ساختن پلها، هواپيماها وحتي سفينه هاي فضايي باشند. تنها مشكل اين است كه بزرگترين نانو تيوبي كه در آزمايشگاه ساخته مي شود تنها چند ميلينتر است. اما اين مسئله باعث شده كه درمورد ماشينهاي كوچك ، نانو تيوب ها ي كربني ايده آل باشند. يكي از مشكلاتي كه بر كيفيت ابزار MEMSتاثير منفي مي گذارد ساييدگي قسمتهاي بسيار كوچك آنهاست كه در هر ثانيه هزاران بار اتفاق مي افتد. اما در ياتاقانهاي ساخته شده از نانو تيوبها تقريبا هيچ گونه اصطحكاكي وجود ندارد.وامتيازمهم اين است كه نانو تيوبها در هر دو حالت رسانا ونارسانا وجود دارند واين ويژگي موجب استفاده آنها در وسايل مختلف الكتريكي شده است. نانو تيوبها دو نوع هستند : نانو تيوبهاي چند ديواره اي و تك ديواره اي كه به ترتيب در سال 1991 و 1993 كشف شدند. نوع چند ديواره اي از الياف گرافيتي ساخته مي شود در حالي كه نانو تيوبهاي تك ديواره اي از الياف فولرن كشيده شده تشكيل شده اند . از زمان كشف اين مواد كاربرد هاي مختلفي پيشنهاد شده است كه از آن جمله مي توان استفاده از نوع چند ديواره اي را در نوك اي . اف . ام حامل و در مورد نوع تك ديواره به منظور استفاده در وسايل الكترونيكي يا به عنوان محيط مناسب جهت ذخيره هيدروژن اشاره نمود . نانو تيوبهاي تك ديواره از ديواره هاي استوانه اي گرافن به قطر 1 تا 2 نانومتر تشكيل شده است . نوع چند ديواره اي ,ديواره هاي ضخيم تري دارد و از چندين استوانه هم محور گرافن كه با فاصله 34 نانومتر (در حد فاصله لايه هاي گرافيت) از هم جدا شده اند ,تشكيل گرديده است . قطر خارجي نانو تيوب چند ديواره اي 2 تا 25 نانومتر و سوراخ داخلي آن در محدوده 1 تا 8 نانومتر قرار دارد و ما بين لايه هاي منفرد گرافيت هيچگونه نظم سه بعدي وجود ندارد . طول متوسط نانو تيوب مي تواند چندين ميكرون باشد . اولين بار نانو تيوبها در سال 1991 توسط «سوميو ايجيما» و به صورت کاملا اتفاقي در هنگام مطالعه سطوح الکترودهای کربن در هنگام تخليه قوس الکتريکی کشف شد .
[ویرایش] منابع :
1-مجله ی صنعت خودرو 2-مجله ی دانشمند 3-مبانی نانو تکنولوژی/اریک درکسرر/مهندس بهروز احمدی/کتاب آیلار/تهران/1384
