سلام بر همراهان همیشگی پست های آموزشی و فناوری وبسایت رسمی IDH. در این مقاله قصد داریم مروری بر فناوری نانو به زبان ساده داشته باشیم تا خوانندگان – با هر سطح دانشی – بتوانند شِمای کلی از این علم به دست آورند.
علم بشری به عرصه جدیدی دست یافته است؛ فناوری نانو.
امروز بشر با یک انقلاب دیگر در تکنولوژی روبروست؛ انقلابی که بسیار وسیع تر و گسترده تر از دو انقلاب کشاورزی و صنعتی بوده است.
با توجه به پیشرفت سریع و دامنه گسترده علم، فناوری نانو کاربردهایی را به همراه دارد که بشر تاکنون از انجام آن به کلی عاجز بود.
حتماً تا به حال نام «نانو» یا «فناوری نانو» به گوش شما خورده و با برخی از کاربردهای آن در صنایع مختلف آشنا شده‌اید.
در نتیجه احتمالاً این سؤال برایتان پیش آمده که اصلاً فناوری نانو چیست؟ و به چه کار می آید؟
فناوری نانو چیست
اول بیایید ببینیم علم نانو چیست.
علم نانو (Nano Science) در واقع مطالعه پدیده ها و دستکاری مواد در مقیاس خیلی خیلی کوچک و در ابعاد اتمی، مولکولی و ماکرومولکولی است که منجر به تغییر خواص مواد (نسبت به مواد در ابعاد بزرگ) می شود.
یعنی مواد با ابعادی که در اطراف ما به چشم می خورد، خواص فیزیکی مشخصی دارند که برای همه ما شناخته شده است.
این در حالی است که اگر آن ماده به ابعاد بسیار کوچکتر (ابعاد نانومتری) برسد، خواص آن به شکلی تغییر می کند که دیگر قابل توضیح با قوانین فیزیک معمول نیست.
همان ماده در ابعاد نانومتری ممکن است خواص (الکتریکی، نوری، فیزیکی و شیمیایی) بسیار متفاوتی نسبت به اندازه عادی خود داشته باشد.
فناوری نانو یا نانو‌تكنولوژي (Nano Technology) طراحی، مطالعه، تولید و کاربرد ساختارها، ابزارها و سیستم ها در مقیاس نانومتری است.
یعنی فناوری نانو زمينه‌اي از دانش كاربردي است كه شامل فرآيند تفكيك، تقويت و تغيير شكل مواد به صورت تك‌اتم يا تك‌مولكول است.
در گام اول باید بدانیم در فناوری نانو، صحبت در مورد بسیار کوچک‌هاست. اما چقدر کوچک؟!
«نانو» مقیاسی است که برای یک میلیاردم به کار می رود.
«نانومتر» یک واحد اندازه گیری است که برابر با یک میلیاردم متر است.
«فناوری نانو» یا «نانوتکنولوژی» یعنی کار با مواد؛ در ابعاد مولکولی حدود نانومتر!
اواخر سـال ۱۹۵۹ ريچـارد فيـنمن (یکی از از برجسته‌ترین و تأثیرگذارترین فیزیکدانان قرن بیستم و برنده جایزه نوبل سال ۱۹۶۵) در نشـست ساليانه جامعة فيزيكي آمريكا یک سخنرانی ارائه داد با عنوان «فضای زیادی در سطوح پایين وجود دارد» و به بررسی بُعد ناشناخته ای از علم پرداخت که زمینه ساز علم نانو شد و نقش بسزایی در شکل‌گیری فناوری نانو داشت.
البته وی در آن روز بخصوص، هرگز نامی از «نانو» نبرد بلکه تنها اشاره ای داشت بر امکان بررسی ابعاد بسیار ریز مواد در علم.
متن کامل سخنرانی (ترجمه شده به فارسی) را می توانید در این سایت مطالعه کنید:
https://blog.surena.ac/post/richard-feynman’s-lecture-about-nanotechnology
در این سخنرانی، به مزایای جالب توانایی کلی ساخت و ساز مواد در مقیاس اتمی اشاره شد و مباحثی از جمله امکان ساخت ماشین‌هایی در مقیاس نانو (با توانایی مرتب‌سازی اتم‌ها به هرشکلی که بخواهیم) و سنتز شیمیایی توسط ساخت و ساز مکانیکی و… مطرح شد.
علم و فناوري نانو (نانو علم و نانو تكنولوژي) توانایي به دست گرفتن كنترل ماده در ابعاد نانومتري (مولكولي) و بهره برداري از خواص و پديده هاي آن در مواد و ابزارها است.
شاخه های مطالعاتی فناوری نانو به سه شاخه تقسيم می شود:
فناوری نانو مرطوب
این شاخه به مطالعه در مورد سيستم های زنده ای می پردازد كه اساساً در محيط های آبی وجود دارند و ساختمان مولد ژنتيكی، غشاها و سایر تركيبات سلولی در مقياس نانومتر را مورد مطالعه قرار می دهد.
فناوری نانو خشك
این شاخه به مطالعه تشكيل ساختارهای كربنی سيليكون و مواد غيرآلی و فلزی می پردازد که در آن، كاربرد مواد نانومتری در الكترونيك، مغناطيس و ابزارهای نوری مورد مطالعه قرار می گيرد.
فناوری نانو محاسباتی
این شاخه، محاسبات روند پيشرفت را در نانوتكنولوژی خشك و مرطوب فراهم می آورد؛ چرا که در برخی مواقع ابزار آزمایشگاهی موجود برای انجام بعضی از آزمایش ها در مقياس نانو مناسب نيست و به همین دلیل از کامپیوتر برای شبيه سازی فرآیندها و واكنش های اتم ها و مولكول ها استفاده می شود.
چند مثال جالب از کاربرد فناوری نانو
فناوری نانو کاربردهای متعددی در زمینه های موادغذایی، دارو، تشخیص پزشکی، بیوتکنولوژی، الکترونیک و کامپیوتر، حمل و نقل، انرژی، محیط زیست، مواد، هوافضا، امنیت ملی و… دارد.
کاربردهای نانوتکنولوژی در صنعت ساختمان:
- بهبود خواص سیمان و بتن
- ایجاد پوشش عایق مناسب
- افزایش مقاومت در برابر انتقال حرارت، خوردگی، سایش و پوسیدگی
- رنگ‌های تصفیه کننده هوا
- شیشه‌های خود تمیز شونده، شیشه‌های محافظ در برابر آتش و شیشه‌های کنترل کننده انرژی
- نانو آسفالت‌ها و نانوکامپوزیت‌ها
- تصفیه کننده‌های آب و فاضلاب
- سراميك‌هايي با سطوح خودتميزكن (Self-Cleaning)
کاربردهای نانوتکنولوژی در پزشکی و سلامت:
- ساخت دندان مصنوعی با روکش نانویی (از خواص منحصر به فرد این دندان مصنوعی، افزایش التیام دندان و عایق بودن آن در برابر خراش است.)
- ساخت دستگاه هاي فـوق حـساس جهـت تقويـت حـس شنوایي و بينایي
- معالجه سرطان با استفاده از روش فتودینامیک بر اساس نابودی سلول های سرطانی به وسیله لیزر.
- ساخت ميكروســـكوپ هاي قدرتمنـــد که امكــان مشاهده و دستكاري سـلول ها، باكتري ها و ويروس ها را فراهم مي كنند.
- آشكارسازي زودرس، ارزيـابي از مـؤثر بودن درمـان، درمـان هدفمنـد و چنـدمنظوره، تـصويربرداري مولكـولي، جلـوگيري و كنترل سرطان و… (طـي ۵ سـال آينـــده)
کاربردهای نانوتکنولوژی در صنعت نساجی:
- تولید لباس و پارچه های ضد لک، ضداشتعال، ضدآب و ضد چروك (با استفاده از نانوالياف). چنين لباس‌هايي نياز به شستشوي كمتري دارند.
- تولید الیافی که دوام رنگی بالایی داشته و در مقابل گرما یا سرمای هوا عملکرد حرارتی بهتری دارند.
- ساخت مبلمان یا لوازم داخلی خانه (با کمک نانوفیبر‌های کربن) با ۳۵ درصد میزان اشتعال‌پذیری کمتر.
و هزاران هزار کاربرد متنوع دیگر در بخش های مختلف زندگی روزمره انسان.
توجه داشته باشید که تهیه فهرستی دقیق از تمامی کاربردهای نانو غیرممکن است؛ چرا که روز به روز تحقیقات گسترده ای در سراسر دنیا در این زمینه انجام می شود و محققان هر روز به دستاوردهای جدیدی دست پیدا می کنند.
فناوری نانو در ایران
از سال ۱۳۸۰ دفتر همكاری های فناورى ریاست جمهوری حركت در حوزه فناورى نانو را آغاز كرد و در سال ۱۳۸۲ ستاد ویژه توسعه فناوری نانو تأسيس شد.
ایران طی سال های اخیر توانسته از فناوری نانو به صورت عملی بهره برداری کند و جایگاه جهانی خود در این حوزه را ارتقا دهد، به طوری که در حال حاضر از جایگاه قابل قبولی در میان کشورهای دارنده این فناوری برخوردار است.
براساس سند چشم انداز افق ۱۴۰۴ پیش بینی شده است که ایران به ۲ درصد سهم بازار جهانی در بازار نانو برسد.
چشم انداز آینده فناوری نانو
تحلیلگران بر این باورند که فناوری نانو (Nano Technology) به همراه دو علم دیگر به نام های فناوری زیستی (Bio Technology) و فناوری اطلاعات IT (Information Technology)، سه شاخه علمی هستند که با یکدیگر، موج چهارم انقلاب صنعتی را شکل خواهند داد.
با پررنگ شدن هرروزه نقش نانوتکنولوژی در زندگی بشر امروز، بی شک آینده کره زمین زیر سایه فناوری نانو رقم خواهد خورد.
دیگر پست های آموزشی و اخبار دنیای فناوری را نیز از دست ندهید.
راستی! شما میتوانید در بخش دیدگاه ها موضوعات مورد علاقه خود را برای مقالات بعدی که به صورت اختصاصی توسط تیم وبسایت رسمی IDH تهیه میشوند با ما در میان بگذارید.
امیدواریم از این مقاله که در خصوص مروری کلی بر فناوری نانو به زبان ساده بود استفاده و لذت برده باشید.