تعریف فناوری نانو

نانوفناوری بعنوان جدیدترین حوزه فناوری دردنیا موردتوجه اکثر کشورها قرارگرفته است. نانو فناوری دریک تعریف بسیار ساده یعنی تکنولوژی_­هایی که در ابعاد نانومتری عمل می_­کنند.

نانو متر واحد اندازه_­گیری طول و برابر یک میلیاردیم متر می_­باشد. اندازه اتم_­ها ومولکول_­ها در این محدوده قرار دارد. بنابراین با ورود به این فضا کوچک بشر می_­تواند در نحوه_­ی آرایش و جنبش اتم_­ها و مولکول_­ها دخالت کند و ساخت مواد جدید و ساختارهایی متفاوت با آنچه که تاکنون وجود داشته است، بپردازد.

نانو فناوری که از دو کلمه نانو و فناوری تشکیل شده است، به معنی توسعه، طراحی، ساخت، و استفاده از محصولاتی است که اندازه آنها در بازه 1تا100 نانومتر قراردارد. در حقیقت نانوفناوری یک فناوری جدید نیست بلکه یک مقیاس جدید در فناوری_­ها می_­باشد و رویکردی جدید در تمام رشته هاست که این توانایی رابه بشر می_­دهد تا بتواند دخالت خود را در ساختار مواد گسترش دهد و در ابعاد بسیار ریز دست به ساخت و طراحی بزند. این فناوری می_­تواند در تمام فناوری_­هایی که تاکنون بشر به آن دست یافته است، تاثیر گذار باشد.

اهمیت فناوری نانو

اگر چه هنوز نانوفناوری در آغاز حیات خود به سر می_­برد ولی در همین چندسال اخیر امیدهای زیادی را در بین دانشمندان برای دستیابی به مواد باقابلیت_­های بالا و ساخت محصولات با عمر وکیفیت بالا ایجاد کرده است. دانشمندان امیدوارند باگسترش فعالیت_­ها در نانوفناوری علاوه بر صرفه_­جویی_­هایی که در ارتقای کیفیت محصولات سنتی ایجاد می_­کنند به موارد ومحصولات باخواص جدید وچند منظوره دست یابند.

اگر بپذیریم که نانوفناوری توانمندی تولید مواد، ابزارها، و سیستم های جدید با در دست گرفتن کنترل در سطوح مولکولی و اتمی و استفاده از خواص آن سطوح است، آنگاه در خواهیم یافت که کاربرد_­های این فناوری درحوزه_­های مختلف اعم از غذایی، دارو، تشخیص پزشکی، فناوری زیستی، الکترونیک، کامپیوتر، ارتباطات، حمل ونقل، انرژی، محیط زیست، مواد، هوافضا، امنیت ملی، خودرو، و...بسیار حیاتی خواهد بود. به گونه_­ای که به زحمت می_­توان عرصه_­ای را ازآن تاثیرنپذیرد، معرفی نمود.

تاریخچه

45سال پیش ریچارد فایمن متخصص کوانتوم نظری و دارنده جایزه نوبل، در سخنرانی خود با عنوان "آن پایین فضای بسیاری است " به بررسی بعد رشد نیافته_­ی علم پرداخت. ولی در آن زمان اظهار داشت که اصول فیزیک تا آنجایی که من توانایی فهم آن را دارم، از امکان ساختن اتم به اتم چیزها حرفی نمی_­زند. او فرض را بر این قرار داد که اگر دانشمندان توانسته_­اند ترانزیستورهایی به این کوچکی بسازند، پس باز هم می_­توانیم آن_­ها را کوچک_­تر بسازیم.

پس از آن ماروین وینسکی پدر علم هوش در دهه 1970-1960جهان را در تفکراتی که مربوط به آینده می_­شد، رهبری کرد. تفکرات او می_­توانست به ایده_­های فایمن قوت بخشد. در دهه_­ی 70 اریک که یک دانشجوی فارغ التحصیل بود، مینسکی را به عنوان استاد راهنمای پایان نامه_­اش انتخاب کرد. او به وسایل بسیار کوچک فایمن علاقمند شده بود و قصد داشت در مورد توانایی_­های آن_­ها به کاوش بپردازد. درکسلر دراوایل دهه 80 درجه استادی خود را در رشته_­ی علوم کامپیوتر دریافت کرد و گروهی از دانشجویان را بصورت انجمن دور خود جمع کرده و آن_­ها را با ایده_­های خود به نام نانوفناوری مشغول کرد. او اولین مقاله_­ی علمی خود را در زمینه_­ی نانوفناوری در سال 1981و اولین کتاب خود را در این زمینه در سال 1986 چاپ کرد. درکسلر اولین درجه دکترا در رشته نانوفناوری را در سال 1991 از دانشگاه MIT دریافت نمود.

کاربردهای نانو فناوری

نانوفناوری تغییر بنیانی مسیری است که در آینده موجب ساخت مواد جدید خواهد شد و انقلابی را در مواد و فرایند تولید آن_­ها ایجاد خواهد کرد. محققین قادر به ایجاد ساختارهایی از مواد خواهند شد که در طبیعت نبوده و شیمی مرسوم نیز قادر به تولید آن_­ها نیست. برخی از مزایای مواد نانو ساختار عبارت است از سبک_­تر، قوی_­تر، مواد قابل برنامه ریزی، کاهش عمر کاری از طریق کاهش دفعات نقص فنی، ابزارهای نوین،...

یکی از اصلی ترین موضوعات سطوح در نانو فناوری، ساخت مواد با خواص جدید است. این مواد ارزش افزوده بسیار بالا وکارایی بالاتری در تمام صنایع خواهند داشت که صنعت خودرو نیز از آن مستثنی نیست. نمونه هایی از کاربرد نانو فناوری در صنعت خودرو در زیر آمده است :

*شرکت_­های مواد شیمیایی، مواد پلیمری تقویت شده با ذرات نانو را ساخته_­اند که می_­تواند جایگزین اجزای بدنه فلزی اتومبیل شود این مواد هم از فولاد محکم_­ترند هم سبک_­تر.

استفاده از آن_­ها در بدنه اتومبیل می_­تواند سالانه تا 5/1 میلیارد لیتر صرفه جویی در مصرف بنزین به همراه داشته باشد.

*ساخت لاستیک_­هایی با مقاومت سایش بهتر

*ساخت قطعات موتور با عمر چند برابر

*کاهش مصرف سوخت خودرو

*تولید گیربکس_­هایی که برای کار در درجه حرارت_­های بسیار بالا

*لایه_­های خیلی محکم با خصوصیات ویژه_­ای مثل رنگ پزی الکتریکی یا خود پاک کنندگی برای استفاده در شیشه_­ها وآیینه_­های خودرو

*ساخت باتری_­هایی با انرژی بالا و دوام بیشتر

*با استفاده از نانو ذرات پلاستیک_­هایی با عمر بالای 10سال ساخته شده_­اند.

ریشه_­های فناوری نانو در امتزاج سه خط فکری فیزیک اتمی، شیمی و الکترونیک شکل گرفت. در همان دهه شاخه_­ی جدیدی از مطالعات به نام "فناوری نانو " یا "نانو تکنولوژی "نام گذاری شد. این نام جدید توسط فیزیکدانی به نام اریک درکسلر ترویج شد. او اشاره کرد که فناوری نانو ، خیلی قبل تر در سال 1959 در سخنرانی فراموش شده_­ای توسط برنده جایزه نوبل ف ریچارد فایمن ، پیش بینی شده بود. فایمن در دسامبر 1959 سخنرانی عمومی_­ای با عنوان " در آن پایین فضای زیادی وجود دارد " ایراد کرد . او پیش بینی کرد، روزی خواهد رسید که تمام محتویات کتاب_­های کتابخانه_­های بزرگ دنیا را بتوان درون چیزی به اندازه یک ذره غبار جا داد.

هرچند در آن زمان فقط عده کمی متوجه منظور او شدند، اکنون تصور می_­شود که در حوزه جدید فناوری نانو از همان سخن معروف فایمن الهام گرفته باشد.

فایمن ایده ساخت ماشین_­ها و ادوات مکانیکی از اتم_­های مفرد را مطرح کرد. چنین ماشین_­هایی در حقیقت مولکول_­های مصنوعی بودند که اتم به اتم ساخته می_­شدند و ابعاد مولکول حاصل، ممکن بود که از نانو متر هم تجاوز نکند و همین ایده دست کاری اتم_­ها بود که جوهره نانو فناوری را شکل می_­داد.

درکسلر، باتحقیقاتی کاملا تازه به نگرش فایمن جانی دوباره بخشید و کمک کرد تا افکار عمومی با مفاهیم اولیه نانو فناوری آشنا شوند

هرچند آغاز نانو فناوری به دهه 1950 بر می_­گردد ، اما مهمترین تحولات دراین زمینه در چند سال اخیر رخ داده است. در اواخر دهه 1990 بودجه تحقیقاتی زیادی از طرف منابع دولتی وشرکت_­ها به این حیطه سرازیر شد. در یک دوره چند ساله، دولت_­های بزرگ در دنیا سه برنامه تحقیقاتی بزرگ و بسیاری برنامه_­های کوچک شامل ابتکار ملی نانو فناوری درآمریکا، و شاخه نانو فناوری تحقیقات اروپا را آغاز کردند. ژاپن هم برنامه  عظیم نانو فناوری خودش را داشت که بودجه آن از صنایع خصوصی و نهادهای دولتی، نظیر وزارت خانه_­های صنایع و بازرگانی تامین می_­شد.