نانو تکنولوژی

در طول تاریخ بشر از زمان یونان باستان، مردم و به‌خصوص دانشمندان آن دوره بر این باور بودند که مواد را می‌توان آنقدر به اجزاء کوچک تقسیم کرد تا به ذراتی رسید که خردناشدنی هستند و این ذرات بنیان مواد را تشکیل می‌دهند، شاید بتوان دموکریتوس فیلسوف یونانی را پدر فناوری و علوم نانو دانست چرا که در حدود ۴۰۰ سال قبل از میلاد مسیح او اولین کسی بود که واژة اتم را که به معنی تقسیم‌نشدنی در زبان یونانی است برای توصیف ذرات سازنده مواد به کار برد.
با تحقیقات و آزمایش‌های بسیار، دانشمندان تاکنون ۱۰۸ نوع اتم و تعداد زیادی ایزوتوپ کشف کرده‌اند. آنها همچنین پی برده اند که اتم‌ها از ذرات کوچکتری مانند کوارک‌ها و لپتون‌ها تشکیل شده‌اند. با این حال این کشف‌ها در تاریخ پیدایش این فناوری پیچیده زیاد مهم نیست.
نقطه شروع و توسعه اولیه فناوری نانو به طور دقیق مشخص نیست. شاید بتوان گفت که اولین نانوتکنولوژیست‌ها شیشه‌گران قرون وسطایی بوده‌اند که از قالب‌های قدیمی(Medieal forges) برای شکل‌دادن شیشه‌هایشان استفاده می‌کرده‌اند. البته این شیشه‌گران نمی‌دانستند که چرا با اضافه‌کردن طلا به شیشه رنگ آن تغییر می‌کند. در آن زمان برای ساخت شیشه‌های کلیساهای قرون وسطایی از ذرات نانومتری طلا استفاده می‌‌شده است و با این کار شیشه‌های رنگی بسیار جذابی بدست می‌آمده است. این قبیل شیشه‌ها هم‌اکنون در بین شیشه‌های بسیار قدیمی یافت می‌شوند. رنگ به‌وجودآمده در این شیشه‌ها برپایه این حقیقت استوار است که مواد با ابعاد نانو دارای همان خواص مواد با ابعاد میکرو نمی‌باشند.
در واقع یافتن مثالهایی برای استفاده از نانو ذرات فلزی چندان سخت نیست.رنگدانه‌های تزیینی جام مشهور لیکرگوس در روم باستان ( قرن چهارم بعد از میلاد) نمونه‌ای از آنهاست. این جام هنوز در موزه بریتانیا قرار دارد و بسته به جهت نور تابیده به آن رنگهای متفاوتی دارد. نور انعکاس یافته از آن سبز است ولی اگر نوری از درون آن بتابد، به رنگ قرمز دیده می‌شود. آنالیز این شیشه حکایت از وجود مقادیر بسیار اندکی از بلورهای فلزی ریز۷۰۰ (nm) دارد ، که حاوی نقره و طلا با نسبت مولی تقریبا ۱۴ به ۱ است حضور این نانوبلورها باعث رنگ ویژه جام لیکرگوس گشته است.
در سال۱۹۵۹ ریچارد فاینمن مقاله‌ای را دربارة قابلیت‌های فناوری نانو در آینده منتشر ساخت. باوجود موقعیت‌هایی که توسط بسیاری تا آن زمان کسب‌شده بود، ریچارد. پی. فاینمن را به عنوان پایه گذار این علم می‌شناسند. فاینمن که بعدها جایزه نوبل را در فیزیک دریافت کرد درآن سال در یک مهمانی شام که توسط انجمن فیزیک آمریکا برگزار شده بود، سخنرانی کرد و ایده فناوری نانو را برای عموم مردم آشکار ساخت.
عنوان سخنرانی وی «فضای زیادی در سطوح پایین وجود دارد» بود.
سخنرانی او شامل این مطلب بود که می‌توان تمام دایره‌المعارف بریتانیکا را بر روی یک سنجاق نگارش کرد.یعنی ابعاد آن به اندازه۲۵۰۰۰/۱ابعاد واقعیش کوچک می شود. او همچنین از دوتایی‌کردن اتم‌ها برای کاهش ابعاد کامپیوترها سخن گفت (در آن زمان ابعاد کامپیوترها بسیار بزرگتر از ابعاد کنونی بودند اما او احتمال می‌داد که ابعاد آنها را بتوان حتی از ابعاد کامپیوترهای کنونی نیز کوچکتر کرد. او همچنین در آن سخنرانی توسعه بیشتر فناوری نانو را پیش‌بینی نمود.
برخی از رویدادهای مهم تاریخی در شکل گیری فناوری و علوم نانو

تاریخ رویدادهای مهم در زمینه فناوری نانو
۱۸۵۷ مایکل فارادی محلول کلوئیدی طلا را کشف کرد
۱۹۰۵ تشریح رفتار محلول‌های کلوئیدی توسط آلبرت انیشتین
۱۹۳۲ ایجاد لایه‌های اتمی به ضخامت یک مولکول توسط لنگمویر (Langmuir)
۱۹۵۹ فاینمن ایده " فضای زیاد در سطوح پایین " را برای کار با مواد در مقیاس نانو مطرح کرد
۱۹۷۴ برای اولین بار واژه فناوری نانو توسط نوریو تانیگوچی بر زبانها جاری شد
۱۹۸۱ IBM دستگاهی اختراع کرد که به کمک آن می‌توان اتم‌ها را تک تک جا‌به‌جا کرد.
۱۹۸۵ کشف ساختار جدیدی از کربن C۶۰
۱۹۹۰ شرکت IBM توانایی کنترل نحوه قرارگیری اتم‌ها را نمایش گذاشت
۱۹۹۱ کشف نانو لوله‌های کربنی
۱۹۹۳ تولید اولین نقاط کوانتومی با کیفیت بالا
۱۹۹۷ ساخت اولین نانو ترانزیستور
۲۰۰۰ ساخت اولین موتور DNA
۲۰۰۱ ساخت یک مدل آزمایشگاهی سلول سوخت با استفاده از نانو لوله
۲۰۰۲ شلوارهای ضدلک به بازار آمد
۲۰۰۳ تولید نمونه‌های آزمایشگاهی نانوسلول‌های خورشیدی
۲۰۰۴ تحقیق و توسعه برای پیشرفت در عرصه فناوری‌نانو ادامه دارد

فن آوری نانو چیست؟
فناوری‌نانو واژه‌ای است کلی که به تمام فناوری‌های پیشرفته در عرصه کار با مقیاس نانو اطلاق می‌شود. معمولاً منظور از مقیاس نانوابعادی در حدود ۱nm تا ۱۰۰nm می‌باشد. (۱ نانومتر یک میلیاردیم متر است).
اولین جرقه فناوری نانو (البته در آن زمان هنوز به این نام شناخته نشده بود) در سال ۱۹۵۹ زده شد. در این سال ریچارد فاینمن طی یک سخنرانی با عنوان «فضای زیادی در سطوح پایین وجود دارد» ایده فناوری نانو را مطرح ساخت. وی این نظریه را ارائه داد که در آینده‌ای نزدیک می‌توانیم مولکول‌ها و اتم‌ها را به صورت مسقیم دستکاری کنیم.
واژه فناوری نانو اولین بار توسط نوریوتاینگوچی استاد دانشگاه علوم توکیو در سال ۱۹۷۴ بر زبانها جاری شد. او این واژه را برای توصیف ساخت مواد (وسایل) دقیقی که تلورانس ابعادی آنها در حد نانومتر می‌باشد، به کار برد. در سال ۱۹۸۶ این واژه توسط کی اریک درکسلر در کتابی تحت عنوان : «موتور آفرینش: آغاز دوران فناوری‌نانو»بازآفرینی و تعریف مجدد شد. وی این واژه را به شکل عمیق‌تری در رساله دکترای خود مورد بررسی قرار داده و بعدها آنرا در کتابی تحت عنوان «نانوسیستم‌ها ماشین‌های مولکولی چگونگی ساخت و محاسبات آنها» توسعه داد.
تفاوت اصلی فناوری نانو با فناوری‌های دیگر در مقیاس مواد و ساختارهایی است که در این فناوری مورد استفاده قرار می‌گیرند. البته تنها کوچک بودن اندازه مد نظر نیست؛ بلکه زمانی که اندازه مواد دراین مقیاس قرار می‌گیرد، خصوصیات ذاتی آنها از جمله رنگ، استحکام، مقاومت خوردگی و ... تغییر می‌یابد. در حقیقت اگر بخواهیم تفاوت این فناوری را با فناوری‌های دیگر به صورت قابل ارزیابی بیان نماییم، می‌توانیم وجود "عناصر پایه" را به عنوان یک معیار ذکر کنیم. عناصر پایه در حقیقت همان عناصر نانومقیاسی هستند که خواص آنها در حالت نانومقیاس با خواص‌شان در مقیاس بزرگتر فرق می‌کند.
اولین و مهمترین عنصر پایه، نانوذره است. منظور از نانوذره، همانگونه که از نام آن مشخص است، ذراتی با ابعاد نانومتری در هر سه بعد می‌باشد. نانوذرات می‌توانند از مواد مختلفی تشکیل شوند، مانند نانوذرات فلزی، سرامیکی، ... .


دومین عنصر پایه، نانوکپسول است. همان طوری که از اسم آن مشخص است، کپسول‌های هستند که قطر نانومتری دارند و می‌توان مواد مورد نظر را درون آنها قرار داد و کپسوله کرد. سال‌هاست که نانوکپسول‌ها در طبیعت تولید می‌شوند؛ مولکول‌های موسوم به فسفولیپیدها که یک سر آنها آبگریز و سر دیگر آنها آبدوست است، وقتی در محیط آبی قرار می‌گیرند، خود به خود کپسول‌هایی را تشکیل می‌دهند که قسمت‌های آبگریز مولکول در درون آنها واقع می‌شود و از تماس با آب محافظت می‌شود. حالت برعکس نیز قابل تصور است.

عنصر پایه بعدی نانولوله کربنی است. این عنصر پایه در سال ۱۹۹۱ در شرکت NEC کشف شدند و در حقیقت لوله‌هایی از گرافیت می‌باشند. اگر صفحات گرافیت را پیچیده و به شکل لوله در بیاوریم، به نانولوله‌های کربنی می‌رسیم. این نانولوله‌ها دارای اشکال و اندازه‌های مختلفی هستند و می‌توانند تک دیواره یا چند دیواره باشند. این لوله‌ها خواص بسیار جالبی دارند که منجر به ایجاد کاربردهای جالب توجهی از آنها می‌شود.


در حقیقت کاربرد فناوری نانو از کاربرد عناصر پایه نشأت می‌گیرد. هر کدام از این عناصر پایه، ویژگی‌های خاصی دارند که استفاده از آنها در زمینه‌های مختلف، موجب ایجاد خواص جالبی می‌گردد. مثلاً از جمله کاربردهای نانوذرات می‌توان به دارورسانی هدفمند و ساده، بانداژهای بی‌نیاز از تجدید، شناسایی زود هنگام و بی‌ضرر سلول‌های سرطانی، و تجزیه آلاینده‌های محیط زیست اشاره کرد. همچنین نانولوله‌های کربنی دارای کاربردهای متنوعی می‌باشند که موارد زیر را می‌توان ذکر کرد:
• تصویر برداری زیستی دقیق
• حسگرهای شیمیایی و زیستی قابل اطمینان و دارای عمر طولانی
• شناسایی و جداسازی کاملاً اختصاصی DNA
• ژن‌درمانی که از طریق انتقال ژن به درون سلول توسط نانولوله‌ها صورت می‌پذیرد.
• از بین بردن باکتری‌ها
اینها تنها مواردی از کاربردهای بسیار زیادی هستند که برای عناصر پایه قابل تصور می‌باشند. کاربرد این عناصر پایه در صنایع مختلف، در درخت دیگری به نام «درخت صنعت» آورده شده است که با مراجعه به گروه مطالعاتی آینده‌اندیشی، بخش درخت صنعت، می‌توانید آن را مشاهده کنید.
در نهایت «درخت فناوری نانو» معرفی می‌گردد که فناوری نانو را به شکل یک زنجیره از رویکرد ساخت عناصر پایه تا کاربرد آنها، در یک درخت چهار سطحی نمایش می‌دهد. با مراجعه به گروه مطالعاتی آینده‌اندیشی، بخش درخت فناوری، می‌توانید آن را مشاهده کنید.
دکتر ریچارد فیلیپس فاینمن در ۱۱ می سال ۱۹۱۸ در منهتن نیویورک چشم به جهان گشود. فاینمن در طول سال‌های تحصیلش بر روی ریاضیات و علوم بسیار مطالعه می‌کرد زیرا پدرش می‌خواست که او یک معلم فیزیک شود. وی همچنین برای آزمایش در زمینه الکتریسیته یک آزمایشگاه در خانه‌اش برپا کرد. فاینمن از نمادهای ریاضیاتی خودش برای توابع Sin، Cos، tanو F(x) استفاده می‌کرد.
فاینمن در دبیرستان فار راک اوی (Far Rock away) به تحصیل پرداخت و در سال آخر دبیرستان برنده جایزه ریاضی دانشگاه نیویورک شد. پس از اتمام دبیرستان او تمایل به ادامه تحصیل داشت اما به جز انستیتو تکنولوژی ماساچوست (MIT) بقیه دانشگاه‌ها به خاطر نمراتش و یهودی‌بودنش از پذیرش وی سرباز زدند. فاینمن در سال ۱۹۳۵ وارد MIT شد و در سال ۱۹۳۹ فارغ‌التحصیل لیسانس فیزیک گردید. در سال ۱۹۴۲ وی پس از کارکردن بر روی ساخت بمب اتمی (۱۹۴۲-۱۹۴۱) دکترای خود را از دانشگاه پرینستون دریافت نمود. او پس از دریافت مدرک دکترایش به لوس‌آلاموس (Los Alamos) رفت تا کار بر روی بمب اتمی را ادامه دهد. سپس فاینمن به ریاست بخش تئوری منسوب شد. در سال ۱۹۴۵ فاینمن به عنوان استاد فیزیک تئوری در دانشگاه کرنل (Cornell) به فعالیت پرداخت. در بین سال‌های ۱۹۵۲ تا ۱۹۵۹ به عنوان استاد مهمان (Visiting Professor) درس فیزیک تئوری در انستیتو تکنولوژی کالیفرنیا (Caltech) به نام ریچارد چیس تولمن (Richard chase Tolman) مشغول به کار شد. بعد از آن سال تا زمان مرگش در سمت استاد فیزیک تئوری در آن دانشگاه مشغول کار بود.
جایزه آلبرت انیشتن از دانشگاه پرینستون به سال ۱۹۵۴، جایزه آلبرت انیشتن از کالج پزشکی و جایزه لورنس (Lawrence) در سال ۱۹۶۳ جوایزی بودکه ریچارد فاینمن موفق به اخذ آنها گردید. وی در سال ۱۹۶۵ به خاطر توسعه‌دادن الکترودینامیک کوانتوم که تئوری اثر متقابل ذرات و اتم‌ها را در میدان‌های تشعشعی بیان می‌کند به شهرت رسید. وی در قسمتی از کارهایش آنچه را که امروزه به نام "دیاگرام فاینمن" نامیده می‌شود، ترسیم نمود. این دیاگرام نمودار مکان- زمان اثر متقابل ذرات را نشان می‌دهد. به خاطر این کار وی جایزه نوبل را درآن سال به همراه جی- اسکوینجر (J-Schwinger) و اس. آی. توموناجا (S.I. Tomonaga) اخذ کرد.
بعدها در طول زندگیش هنگامی که به گروه تحقیق حادثه انفجار شاتل چنجر پیوست و دو کتاب خاطراتش را که پرفروش‌ترین کتاب‌ها شدند، منتشر کرد به چهره برجسته‌ای تبدیل شد.
پروفسور فاینمن عضو انجمن فیزیک آمریکا، انجمن آمریکایی علوم پیشرفته و آکادمی ملی علوم بود. او همچنین در سال ۱۹۶۵ به عنوان عضو خارجی انجمن سلطنتی انگلستان انتخاب شد.
در سال۱۹۵۹ ایشان مقاله‌ای را درباره قابلیت‌های فناوری نانو در آینده منتشر ساخت. فاینمن درآن سال در یک مهمانی شام که توسط انجمن فیزیک آمریکا برگزار شده بود، سخنرانی کرد و ایده فناوری نانو را برای عموم مردم آشکار ساخت.
عنوان سخنرانی وی این بود «فضای زیادی در سطوح پایین وجود دارد» باوجود موقعیت‌هایی که توسط بسیاری تا آن زمان کسب‌شده بود، ریچارد. پی. فاینمن را به عنوان پایه گذار این علم می‌شناسند.
سخنرانی او شامل این مطلب بود که می‌توان تمام دایره‌المعارف بریتانیکا را بر روی یک سنجاق نگارش کرد. یعنی ابعاد آن را به اندازه ۲۵۰۰۰/۱ ابعاد واقعیش کوچک کرد. او همچنین از دوتایی‌کردن اتم‌ها برای کاهش ابعاد کامپیوترها سخن گفت (در آن زمان ابعاد کامپیوترها بسیار بزرگتر از ابعاد کنونی بودند اما او احتمال می‌داد که ابعاد آنها را بتوان حتی از ابعاد کامپیوترهای کنونی نیز کوچکتر کرد) او همچنین در آن سخنرانی توسعه بیشتر فناوری نانو را پیش‌بینی نمود. وی در پایان سخنرانیش ۱۰۰۰ دلار برای اختراع اولین الکتروموتوری که ابعادش حداکثر ۶۴/۱اینچ مکعب باشد، پیشنهاد داد. جایزه‌ای که برای اولین کسی که بتواند ابعاد یک صفحه کتاب را به اندازه ابعاد اصلیش کوچک کند، تعیین کرد. ابعاد این صفحه کتاب می‌بایست به اندازه‌ای باشد که بتوان آن را به کمک یک میکروسکوپ الکترونی خواند. این ایده‌ها در سال‌های ۱۹۶۰ و ۱۹۸۵ تحقق یافتند و جایزه‌های آنها نیز پرداخت شد.
ریچارد فاینمن با گوند هوارد (Gwenth Howarth) ازدواج کرد که ثمره این ازدواج یک پسر به نام کارل ریچارد (Corl Richard) (متولد ۲۲ آوریل ۱۹۶۱) و یک دختر به نام میشل کاترین (Michell Cathrine) (متولد ۱۳ آگوست سال ۱۹۶۸) بود. متأسفانه فاینمن در سال ۱۹۸۸ به خاطر سرطان شکم در مرکز پزشکی لوس‌آنجلس درگذشت. یاد فاینمن همواره به خاطر گشودن دریچه‌ای نو در قلمرو علم فیزیک به سوی ما، در ذهن‌ها باقی می‌ماند.
روبرت ای فریتاس مدیر تحقیقات موسسه ساخت مولکولی (Institute for Molecular Manufacturing) می‌باشد. وی در رشته‌های فیزیک، روانشناسی و حقوق تحصیل کرده است و بیش از ۱۵۰ مقاله‌ فنی و عمومی با موضوعات مختلف علمی، مهندسی و حقوقی نوشته است. وی همچنین عهده‌دار نوشتن فصل‌هایی از کتاب‌های مختلف می باشد.
او در سال ۱۹۸۰ گزارشی تحلیلی درباره امکان ساخت کارخانه‌های فضایی تکثیر شونده یعنی کارخانه‌هایی که بتوانند کارخانه‌های مشابه خودشان را به وجود آورند نوشت و سپس اولین تحقیق فنی را که به جزئیاتی درباره نانوروبات‌های پزشکی پرداخته بود در مجله پزشکی (medical jarmal) منتشر ساخت.
اخیراً فریتاس کتاب نانوپزشکی را منتشر کرده است. این کتاب اولین کتاب فنی می‌باشد که درباره قابلیت‌های نانوفناوری مولکولی در نانوروبات‌های پزشکی که کاربردهای پزشکی و دارویی دارند به بحث پرداخته است. جلد اول این کتاب در سال ۱۹۹۹ توسط شرکت Lands Bioscience منتشر شد. در این زمان فریتاس محقق موسسه ساخت مولکولی واقع در ایالت کالیفرنیا بود. او در سال ۲۰۰۳ قسمت اول جلد دوم آن کتاب را توسط همان شرکت منتشر ساخت. وی در آن زمان در شرکت زیوکس zyvex به عنوان یک محقق مشغول به کار بود. زیوکس یک کمپانی در زمینه فناوری نانو می‌باشد که مرکز آن در فاصله سال‌های ۲۰۰۰ تا ۲۰۰۴ در ریچاردسون تگزاس بود. فریتاس هم اکنون مشغول تکمیل کردن قسمت دوم جلد دوم و جلد سوم کتاب نانوپزشکی می‌باشد. همچنین وی به عنوان مشاور در زمینه‌های سنتز نانومکانیکی الماس و طراحی متصل کننده‌های مولکولی به عنوان مدیر تحقیقات موسسه ساخت مولکولی مشغول به کار می‌باشد.
در سال ۲۰۰۴ روبرت فریتاس و رالف مرکل با همکاری یکدیگر کتاب"سینماتیک ماشین‌های تکثیر شونده" را منتشر نمودند. این اولین کتابی است که در زمینه فیزیک ماشین‌های تکثیر شونده تاکنون به چاپ رسیده است.

ارسال :امیرحسین ستوده بیدختی
منبع:
• Robert Freitas&#۰۳۹;s website (http://www.rfreitas.com/) (including his publications (http://www.rfreitas.com/index.htm#Publications))
• Nanomedicine website (http://www.nanomedicine.com) Freitas&#۰۳۹; Nanomedicine book series on medical nanorobotics, freely available online
• A paper on Respirocytes (artificial red cells) (http://www.foresight.org/Nanomedicine/Respirocytes.html) by Freitas (first medical nanorobot design paper ever published)
• A paper on Microbivores (artificial white cells) (http://www.rfreitas.com/Microbivores.htm) by Freitas
• Molecular assembler website (http://www.molecularassembler.com/)
• Report on self-replicating space factories (http://www.islandone.org/MMSG/aasm/) ۱۹۸۰ NASA Study edited by Freitas
• Kinematic Self-Replicating Machines (http://www.MolecularAssembler.com/KSRM.htm) first survey of field, by Freitas and Merkle
http://www.nano.ir/images/iconsarms/pdf.jpg
http://www.nano.ir/images/iconsarms/pdf.jpg
-www.nano.ir

منبع : شبکه فیزیکی هوپا