منو
 کاربر Online
1045 کاربر online
تاریخچه ی: نانوتکنولوژی

تفاوت با نگارش: 2

Lines: 1-24Lines: 1-88
-نانوتکنولوژی

نانوتکنولوژی چیست؟ نانوتکنولوژی تولید کارآمد مواد و دستگاهها و سیستمها با کنترل ماده در مقیاس طولی نانومتر، و بهره برداری از خواص و پدیده های نوظهوری است که در مقیاس نانو توسعه یافته اند.

یک نانومتر چقدر است؟ یک نانومتر یک میلیاردم ((متر)) (9-m 10) است. این مقدار حدوداً چهار برابر قطر یک اتم است. مکعبی با ابعاد 5/2 نانومتر ممکن است حدود 1000 ((اتم)) را شامل شود. کوچکترین ((آی سی))های امروزی با ابعادی در حدود 250 نانومتر در هر لایه به ارتفاع یک ((اتم))، حدود یک میلیون ((اتم)) را در بردارند. در مقایسه یک جسم نانومتری با اندازه ای حدود 10 نانومتر، هزار برابر کوچکتر از قطر یک موی انسان است. /> />امکان مهندسی در مقیاس مولکولی برای اولین بار توسط ((ریچارد فاینمن)) (R.Feynnman)، برنده ((جایزه نوبل فیزیک))، مطرح شد. فین من طی یک سخنرانی در انستیتو تکنولوژی کالیفرنیا در سال 1959 اشاره کرد که اصول و مبانی فیزیک امکان ساخت ((اتم)) به ((اتم)) چیز ها را رد نمی کند. وی اظهار داشت که می توان با استفاده از ((ماشین)) های کوچک ((ماشین)) هایی به مراتب کوچک تر ساخت و سپس این کاهش ابعاد را تا سطح خود ((اتم)) ادامه داد. همین عبارت های افسانه وار فاینمن من راهگشای یکی از جذاب ترین زمینه های نانو تکنولوژی یعنی ساخت ((روبات)) هایی در مقیاس نانو شد. در واقع تصور در اختیار داشتن لشکری از نانو((ماشین)) هایی در ابعاد میکروب که هر کدام تحت فرمان یک پردازنده مرکزی هستند ، هر ((دانشمند))ی را به وجد می آورد. در رویای ((دانشمند))انی مثل جی استورس هال (J.Storrs Hall) و اریک درکسلر (E.Drexler) این ((روبات)) ها یا ((ماشین)) های مونتاژکن کوچک تحت فرمان پردازنده مرکزی به هر شکل دلخواهی درمی آیند. شاید در آینده ای نه چندان دور بتوانید به کمک اجرای برنامه ای در کامپیوتر، تختخوابتان را تبدیل به ((اتومبیل)) کنید و با آن به محل کارتان بروید.

چرا این مقیاس طول اینقدر مهم است؟ خواص موجی شکل ((«مکانیک کونتم))ی) الکترونهای داخل ماده و اثر متقابل ((اتم))ها با یکدیگر از جابجایی ((مواد)) در مقیاس نانومتر اثر می پذیرند. با تولید ساختارهایی در مقیاس نانومتر، امکان کنترل خواص ذاتی ((مواد)) ازجمله ((دمای ذوب))، ((خواص مغناطیسی))، ((ظرفیت)) بار و حتی رنگ ((مواد)) بدون تغییر در ترکیب شیمیایی بوجود می آید. استفاده از این پتانسیل به محصولات و تکنولوژیهای جدیدی با کاریی بالا منتهی می شود که پیش از این میسر نبود. نظام سیستماتیک ماده در مقیاس نانومتری، کلیدی برای سیستمهای بیولوژیکی است. نانوتکنولوژی به ما اجازه می دهد تا اجزاء و ترکیبات را داخل سلولها قرارداده و ((مواد)) جدیدی را با استفاده از روشهای جدید خود_اسمبلی بسازیم. در روش خود_اسمبلی به هیچ ((روبات)) یا ابزار دیگری برای سرهم کردن اجزاء نیازی نیست. این ترکیب پرقدرت علم ((مواد)) و بیوتکنولوژی به فریندها و صنایع جدیدی منتهی خواهد شد. /> />ساختارهایی در مقیاس نانو مانند نانوذرات و نانولایه ها دارای نسبت سطح به حجم بالایی هستند که آنها را برای استفاده در ((مواد)) کامپوزیت، واکنشهای شیمیایی، تهیه دارو و ذخیرة ((انرژی)) ایده ال می سازد. سرامیک های نانوساختاری غالباً سخت تر و غیرشکننده تر از مشابه مقیاس ((میکرون))ی خود هستند. کاتالیزورهای مقیاس نانو ((راندمان)) واکنشهای شیمیایی و احتراق را افزایش داده و به میزان چشمگیری از ((مواد)) زائد و آلودگی آن کم می کنند. وسایل الکترونیکی جدید، مدارهای کوچکتر و سریعتر و … با مصرف خیلی کمتر می توانند با کنترل واکنش ها در نانوساختار بطور همزمان بدست آیند. اینها تنها اندکی از فواید و مزایای تهیه ((مواد)) در مقیاس نانومتر است.

منافع نانوتکنولوژی چیست؟ مفهوم جدید نانوتکنولوژی آنقدر گسترده و ناشناخته است که ممکن است روی علم و تکنولوژی در مسیرهای غیرقابل پیش بینی تأثیر بگذارد. محصولات موجود نانوتکنولوژی عبارتند از: لاستیکهای مقاوم در برابر سایش که از ترکیب ذرات خاک رس با پلیمرها بدست آمده اند، شیشه هایی که خودبخود تمیز میشوند, ((مواد)) دارویی که در مقیاس نانو ذرات درست شده اند،ذرات ((مغناطیس))ی باهوش برای ((پمپهای)) مکنده و روان سازها, هد ((دیسکهای لیزری)) و ((مغناطیس))ی که با کنترل دقیق ضخامت لایه ها از کیفیت بالاتری برخوردارند، چاپگرهای عالی با استفاده از نانو ذرات با بهترین خواص جوهر و رنگ دانه و ...

قابلیتهای محتمل تکنیکی نانوتکنولوژی عبارتند از :

# محصولات خوداسمبل
# کامپیوترهایی با سرعت میلیاردها برابر کامپیوترهای امروزی
# ((اختراعات)) بسیار جدید ( که امروزه ناممکن است)
+

>>
/>
>
/>||نانوتکنولوژی تولید کارآمد مواد و دستگاهها و سیستمها با کنترل ماده در مقیاس طولی نانومتر و بهره برداری از خواص و پدیدههای نو ظهوری است که در مقیاس نانو توسعه یافتهاند.|| />


>
!یک نانومتر چقدر است؟ />یک نانومتر یک میلیاردم متر (10-9 m) است. این مقدار حدودا چهار برابر قطر یک اتم است. مکعبی با ابعاد 2.5 نانومتر ممکن است حدود 1000 ((اتم)) را شامل شود. کوچکترین ((IC|آی سیهای)) امروزی با ابعادی در حدود 250 نانومتر در هر لایه به ارتفاع یک اتم ، حدود یک میلیون اتم را در بردارند. در مقایسه یک جسم نانومتری با اندازهای حدود 10 نانومتر ، هزار برابر کوچکتر از قطر یک موی انسان است.

امکان مهندسی در مقیاس مولکولی برای اولین بار توسط ((ریچارد فاینمن)) (R.Feynnman) ، ((برندگان جایزه نوبل فیزیک|برنده جایزه نوبل فیزیک)) مطرح شد. فاینمن طی یک سخنرانی در انستیتو تکنولوژی کالیفرنیا در سال 1959 اشاره کرد که اصول و مبانی فیزیک امکان ساخت اتم به اتم چیزها را رد نمیکند. وی اظهار داشت که میتوان با استفاده از ماشینهای کوچک ماشینهایی به مراتب کوچکتر ساخت و سپس این کاهش ابعاد را تا سطح خود اتم ادامه داد.

همین عبارتهای افسانه وار فاینمن راهگشای یکی از جذابترین زمینههای نانو تکنولوژی یعنی ساخت روباتهایی در مقیاس نانو شد. در واقع تصور در اختیار داشتن لشکری از نانو ماشینهایی در ابعاد میکروب که هر کدام تحت فرمان یک پردازنده مرکزی هستند، هر دانشمندی را به وجد میآورد. در رویای دانشمندانی مثل ((جی استورس هال)) (J.Storrs Hall) و ((اریک درکسلر)) (E.Drexler) این روباتها یا ماشینهای مونتاژکن کوچک تحت فرمان پردازنده مرکزی به هر شکل دلخواهی در میآیند. شاید در آیندهای نه چندان دور بتوانید به کمک اجرای برنامه ای در کامپیوتر ، تخت خوابتان را تبدیل به ((اتومبیل)) کنید و با آن به محل کارتان بروید.
>







{img src=img/daneshnameh_up/2/28/nanotech-carbon.jpg}


>
!چرا این مقیاس طول اینقدر مهم است؟ />خواص موجی شکل (((مکانیک کونتوم|مکانیک کوانتومی))) الکترونهای داخل ماده و اثر متقابل اتمها با یکدیگر از جابجایی مواد در مقیاس نانومتر اثر میپذیرند. با تولید ساختارهایی در مقیاس نانومتر ، امکان کنترل خواص ذاتی مواد ازجمله ((دمای ذوب)) ، ((خواص مغناطیسی مواد|خواص مغناطیسی)) ، ((ظرفیت الکتریکی|ظرفیت بار)) و حتی رنگ مواد بدون تغییر در ترکیب شیمیایی بوجود میآید. استفاده از این پتانسیل به محصولات و تکنولوژیهای جدیدی با کاریی بالا منتهی میشود که پیش از این میسر نبود.

نظام سیستماتیک ماده در مقیاس نانومتری ، کلیدی برای سیستمهای بیولوژیکی است. نانوتکنولوژی به ما اجازه میدهد تا اجزاء و ترکیبات را داخل سلولها قرار داده و مواد جدیدی را با استفاده از روشهای جدید __خود_اسمبلی__ بسازیم. در روش __خود_اسمبلی__ به هیچ ((روبات)) یا ابزار دیگری برای سرهم کردن اجزاء نیازی نیست. این ترکیب پر قدرت ((علم مواد)) و ((بیوتکنولوژی)) به فریندها و صنایع جدیدی منتهی خواهد شد.

ساختارهایی در مقیاس نانو مانند نانو ذرات و نانولایهها دارای نسبت سطح به حجم بالایی هستند که آنها را برای استفاده در ((مواد کامپوزیت)) ، واکنشهای شیمیایی ، تهیه دارو و ((ذخیره انرژی)) ایدهال میسازد. سرامیکهای نانوساختاری غالبا سختتر و غیرشکنندهتر از مشابه مقیاس میکرونی خود هستند. کاتالیزورهای مقیاس نانو راندمان واکنشهای شیمیایی و احتراق را افزایش داده و به میزان چشمگیری از مواد زائد و آلودگی آن کم میکنند. وسایل الکترونیکی جدید ، مدارهای کوچکتر و سریعتر و … با مصرف خیلی کمتر میتوانند با کنترل واکنشها در نانوساختار بطور همزمان بدست آیند. اینها تنها اندکی از فواید و مزایای تهیه مواد در مقیاس نانومتر است. />


>




{img src=img/daneshnameh_up/1/1a/C_nano_tube.jpg}


>
!منافع نانوتکنولوژی چیست؟ />مفهوم جدید نانوتکنولوژی آنقدر گسترده و ناشناخته است که ممکن است روی علم و تکنولوژی در مسیرهای غیرقابل پیش بینی تأثیر بگذارد. محصولات موجود نانوتکنولوژی عبارتند از: لاستیکهای مقاوم در برابر سایش که از ترکیب ذرات خاک رس با پلیمرها بدست آمدهاند، شیشههایی که خودبه خود تمیز مشوند، مواد دارویی که در مقیاس نانو ذرات درست شدهاند، ذرات مغناطیسی باهوش برای پمپهای مکنده و روان سازها ، ((دیسک لیزری|هد دیسکهای لیزری)) و ((دیسک مغناطیسی|مغناطیسی)) که با کنترل دقیق ضخامت لایهها از کیفیت بالاتری برخوردارند، چاپگرهای عالی با استفاده از نانو ذرات با بهترین خواص جوهر و رنگ دانه و ... .
!قابلیتهای محتمل تکنیکی نانوتکنولوژی
#محصولات خود_اسمبل
#کامپیوترهایی با سرعت میلیاردها برابر کامپیوترهای امروزی
#اختراعات بسیار جدید (که امروزه ناممکن است)
 # سفرهای فضایی امن و مقرون به صرفه  # سفرهای فضایی امن و مقرون به صرفه
-# نانوتکنولوژی پزشکی که درواقع باعث ختم تقریبی بیماریها، سالخوردگی و مرگ و میر خواهد شد. +# نانوتکنولوژی پزشکی که در واقع باعث ختم تقریبی بیماریها ، سالخوردگی و مرگ و میر خواهد شد.
 # دستیابی به تحصیلات عالی برای همه بچه‌های دنیا  # دستیابی به تحصیلات عالی برای همه بچه‌های دنیا
 # احیاء و سازماندهی اراضی # احیاء و سازماندهی اراضی
 +!برخی کاربردها
 +

 +
 +
 +
 +{img src=img/daneshnameh_up/7/70/nano_system.jpg}
 +
 +
 +
 +

 +!مدلسازی مولکولی و نانوتکنولوژی
 +در سازمان ­دهی و دستکاری مواد در مقیاس نانو ، لازم است تمامی ابزار موجود جهت افزایش کارایی مواد و وسایل بکار گرفته شود. یکی از این ابزار ، ((شیمی تحلیلی)) ، خصوصا ((مدل ‌سازی مولکولی)) و ((شبیه‌سازی مولکولی|شبیه ‌سازی)) است. امروزه ابزار تحقیقاتی فراگیری مانند روشهای شیمی تحلیلی مزیتهای فراوانی نسبت به روشهای تجربی دارند. میهیل یورکاز شرکتContinental Tire North America می‌گوید:"روشهای تجربی مستلزم بهره‌گیری از نیروی انسانی ، شیمیایی ، تجهیزات ، انرژی و زمان است. شیمی تحلیلی این امکان را برای هر فرد مهیا می‌سازد که فعالیتهای شیمیایی چندگانه‌ای را در 24 ساعت شبانه ‌روز انجام دهد. شیمیدانها می‌توانند با انجام آزمایشها توسط رایانه ‌، احتمال فعالیتهای غیرمؤثر را از بین ببرند و گستره احتمالی موفقیتهای آزمایشگاهی را وسعت دهند.

نتیجه نهایی این امر ، کاهش اساسی در هزینه‌های آزمایشگاهی (مانند مواد ، انرژی ، تجهیزات) و زمان است." از طرف دیگر ، در شیمی تحلیلی سرمایه‌ گذاری اولیه جهت تهیه نرم‌افزار و هزینه‌های وابسته از جمله سخت‌افزار جدید ، آموزش و تغییرات پرسنل بسیار بالا خواهد بود. ولی با بکار گیری هوشمندانه این ابزار می‌توان هریک از هزینه‌های اولیه را نه تنها از طریق صرفه‌جویی در هزینه آزمایشگاه بلکه بوسیله فراهم نمودن دانشی که منجر به بهینه ‌سازی فرآیندها و عملکردها می‌شود، جبران ساخت.

این موضوع برای شیمیدانها بسیار مناسب است، ولی روشهای شبیه‌سازی چطور می‌توانند برای نانوتکنولوژیستها مفید واقع شود؟ محدودیتهای آزمایشگر در مقیاس نانو ، زمانی آشکار می‌شود که شگفتی جهان دانشمندان نظری وارد عمل می‌شود. در اینجا هنگامی که دانشمندان قصد قرار دادن هر یک از اتمها را در محل مورد نظر دارند ((مکانیک کوانتوم|قوانین کوانتوم)) وارد صحنه می‌شود. پیش‌بینی رفتار و خواص در محدوده­ای از ابعاد برای نانوتکنولوژیستها حیاتی است.

مدل‌سازی رایانه‌ای با بکارگیری قوانین اولیه مکانیک کوانتوم و یا شبیه‌سازیهای مقیاس میانی ، دانشمندان را به مشاهده و پیش‌بینی رفتار در مقیاس نانو و یا حدود آن قادر می‌سازد. مدلهای مقیاس میانی با بکارگیری واحدهای اصلی بزرگتر از مدلهای مولکولی که نیازمند جزئیات اتمی است، به ارائه خواص جامدات ، مایعات و گازها می­پردازند. روشهای مقیاس میانی در مقیاسهای طولی و زمانی بزرگتری نسبت به شبیه­سازی مولکولی عمل می‌کنند. می‌توان این روشها را برای مطالعه مایعات پیچیده ، مخلوطهای پلیمر و مواد ساخته‌شده در مقیاس نانو و میکرو بکار برد.
 +

 +
 +
 +
 +{img src=img/daneshnameh_up/1/1e/abstra1.jpg}
 +
 +
 +
 +!!مدل ‌سازی خاک‌ رس
 +محققین دانشگاه لندن در انگلستان و دانشگاه Paris Sud در فرانسه ، شبیه‌سازیهایی بر اساس مکانیک کوانتوم برای مطالعه و کامپوزیتهای خاک ‌رس–پلیمر بکار برده‌اند. امروزه این ترکیبات یکی از موفق‌ترین مواد نانوتکنولوژی هستند، زیرا بطور همزمان مقاومت بالا و شکل‌پذیری از خود نشان می‌دهند؛ خواصی که معمولاً در یکجا جمع نمی‌شوند. نانو کامپوزیتهای پلیمر–خاک رس می‌توانند با پلیمریزاسیون در جا تهیه شوند؛ فرآیندی که شامل مخلوط کردن مکانیکی خاک معدنی با مونومر مورد نیاز است. بنابراین مونومر در لایه درونی جای‌گذاری می‌شود (خودش را در لایه‌های درون ورقه‌های سفال جای می‌دهد) و تورق کل ساختار را افزایش می‌دهد. پلیمریزاسیون ادامه می‌یابد تا سبب پیدایش مواد پلیمری خطی و همبسته گردد.
 +

 +
 +
 +
 +{img src=img/daneshnameh_up/5/59/nano 1.jpg}
 +
 +
 +
 +

 +دانشمندان با بکارگیری __Castep__ (یک برنامه مکانیک کوانتوم که نظریه کارکردی چگالی را بکار می‌گیرد) تحول کشف شده در این روش را که پلیمریزاسیون میان ‌گذار خود کاتالیست نامیده می‌شود مطالعه کردند. این پروژه ، دانشی نظری در زمینه ساز و کار این فرآیند جدید را بوسیله مشخص کردن نقش سفال در کامپوزیت فراهم نمود. ضروری است که دانش حاصل از شبیه‌سازیها ، جهت کنترل و مهندسی نمودن فعل و انفعالات پلیمر-سیلیکات به کمک دانشمندان آید.

دانشمندان در شرکت BASF شبیه‌ سازیهای مقیاس میانی را برای بررسی علم و رفتار ~~green:ریزواره‌ها~~ بکاربردند. ریزواره‌ها ذراتی کروی شکل با ابعاد نانو هستند که به صورت خود به خود در محلولهای کوپلیمری ایجاد می‌شوند و در زمینه‌هایی مانند سنسورها وسایل آرایشی و دارو رسانی کاربرد دارند. دانشمندانBASF با بکار گیری esoDyn ، یک ابزار شبیه ‌سازی برای پیش‌بینی ساختارهای مقیاس میانی مواد متراکم محلولهای تغلیظ ‌شده کوپلیمرهای آمفی‌فیلیک را بررسی کردند.

شبیه‌سازیها مشخص نمود که کدام شرایط مولکولی و فرمولی به شکل‌گیری "ریزواره‌های معکوس" مانند نانو ذرات آب در یک محیط فعال منتهی‌ می­شود. چنین نتایجی برای درک رفتار عوامل فعال سطحی ضروری هستند. به کمک روشهایی مانند پرتاب محلول در آزمایشگاه می‌توان به نتایجی در این زمینه دست یافت، اما دستیابی به این نتایج ماهها به طول می‌انجامد، درحالی که آزمایشهای شبیه‌سازی شده تنها طی چند روز نتیجه می‌دهند.

::~~green:__محدودیتهای این روشها چیست؟__~~::

در حالیکه امروزه ابزار مدلسازی در سطح کوانتومی و مقیاس میانی به خوبی توسعه یافته‌اند، همچنان محدودیتهایی در این عرصه وجود دارد. برای مثال کاربردهایی در زمینه وسایل الکترونیک مستلزم انجام محاسبات مکانیک کوانتوم برای تعداد اتمهایی بیش از روشهای حاضر می‌باشد که بیش از توان عملیاتی منابع محاسبه‌گر فعلی است. همچنین مدلسازی کل وسایل امکان‌پذیر نیست، بویژه عملکردها و خواص آنها.
 +!مباحث مرتبط با عنوان
 +*((رویکرد نانوتکنولوژی))
 +*((نانو الکترونیک))
 +*((نانو بیوتکنولوژی))
 +*((نانوتکنولوژی انقلاب صنعتی آینده))
 +*((نانو تکنولوژی در صنعت))
 +*((نانو تکنولوژی در پزشکی))
 +*((نانو تکنولوژی در صنایع هوافضا))
 +*((نانو کامپوزیتها))
 +*((رایانه کوانتومی))
 +*((فناوری اطلاعات))
 +*((فناوری کشت سلولی))
 +*((فناوری نانو))
 +*((مهندسی مواد))

تاریخ شماره نسخه کاربر توضیح اقدام
 یکشنبه 29 آبان 1384 [09:50 ]   4   مجید آقاپور      جاری 
 یکشنبه 29 آبان 1384 [09:34 ]   3   مجید آقاپور      v  c  d  s 
 دوشنبه 21 دی 1383 [11:42 ]   2   نفیسه ناجی      v  c  d  s 
 پنج شنبه 02 مهر 1383 [17:46 ]   1   خسروشاهی      v  c  d  s 


ارسال توضیح جدید
الزامی
big grin confused جالب cry eek evil فریاد اخم خبر lol عصبانی mr green خنثی سوال razz redface rolleyes غمگین smile surprised twisted چشمک arrow



از پیوند [http://www.foo.com] یا [http://www.foo.com|شرح] برای پیوندها.
برچسب های HTML در داخل توضیحات مجاز نیستند و تمام نوشته ها ی بین علامت های > و < حذف خواهند شد..