نوشته‌ها

آشنایی با نانو تکنولوژی به زبان ساده

مروری بر فناوری نانو به زبان ساده

سلام بر همراهان همیشگی پست های آموزشی و فناوری وبسایت رسمی IDH. در این مقاله قصد داریم به ساده ترین شکل ممکن، مروری کلی بر فناوری نانو 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 نانو‌تکنولوژی (Nano Technology) طراحی، مطالعه، تولید و کاربرد ساختارها، ابزارها و سیستم ها در مقیاس نانومتری است.

یعنی فناوری نانو زمینه‌ای از دانش کاربردی است که شامل فرآیند تفکیک، تقویت و تغییر شکل مواد به صورت تک‌اتم یا تک‌مولکول 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 1959 ریچـارد فیـنمن (یکی از از برجسته‌ترین و تأثیرگذارترین فیزیکدانان قرن بیستم و برنده‌ جایزه‌ نوبل سال ۱۹۶۵) در نشـست سالیانه جامعه فیزیکی آمریکا یک سخنرانی ارائه داد با عنوان «فضای زیادی در سطوح پایین 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 فناوری نانو (نانو علم و نانو تکنولوژی) توانایی به دست گرفتن کنترل ماده در ابعاد نانومتری (مولکولی) و بهره برداری از خواص و پدیده های آن در مواد و ابزارها است.

شاخه های مطالعاتی فناوری نانو به سه شاخه تقسیم می شود:

  1. فناوری نانو مرطوب

این شاخه به مطالعه در مورد سیستم های زنده ای می پردازد که اساساً در محیط های آبی وجود دارند و ساختمان مولد ژنتیکی، غشاها و سایر ترکیبات سلولی در مقیاس نانومتر را مورد مطالعه قرار می دهد.

  1. فناوری نانو خشک

این شاخه به مطالعه تشکیل ساختارهای کربنی سیلیکون و مواد غیرآلی و فلزی می پردازد که در آن، کاربرد مواد نانومتری در الکترونیک، مغناطیس و ابزارهای نوری مورد مطالعه قرار می گیرد.

  1. فناوری نانو محاسباتی

این شاخه، محاسبات روند پیشرفت را در نانوتکنولوژی خشک و مرطوب فراهم می آورد؛ چرا که در برخی مواقع ابزار آزمایشگاهی موجود برای انجام بعضی از آزمایش ها در مقیاس نانو مناسب نیست و به همین دلیل از کامپیوتر برای شبیه سازی فرآیندها و واکنش های اتم ها و مولکول ها استفاده می شود.

نانوتکنولوژی خشک و مرطوب

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
  • سرامیک‌هایی با سطوح خودتمیزکن (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 های فـوق حـساس جهـت تقویـت حـس شنوایی و بینایی
  • معالجه سرطان با استفاده از روش فتودینامیک بر اساس نابودی سلول های سرطانی به وسیله لیزر.
  • ساخت میکروســـکوپ های قدرتمنـــد که امکــان مشاهده و دستکاری سـلول ها، باکتری ها و ویروس ها را فراهم می کنند.
  • آشکارسازی زودرس، ارزیـابی از مـؤثر بودن درمـان، درمـان هدفمنـد و چنـدمنظوره، تـصویربرداری مولکـولی، جلـوگیری و کنترل سرطان و… (طـی 5 سـال آینـــده)

کاربردهای نانوتکنولوژی در صنعت نساجی:

  • تولید لباس و پارچه های ضد لک، ضداشتعال، ضدآب و ضد چروک (با استفاده از نانوالیاف). چنین لباس‌هایی نیاز به شستشوی کمتری 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.

کاربردهای فناوری نانو

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 1380 دفتر همکاری های فناورى ریاست جمهوری حرکت در حوزه فناورى نانو را آغاز کرد و در سال 1382 ستاد ویژه توسعه فناوری نانو تأسیس 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 2 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.