آن پایین یک عالمه جا هست

آشنایی با نانوفناوری و تاثیر آن بر دانش روز

در نیم‌قرن گذشته شاهد حضور حدود پنج فناوری عمده بوده‌ایم که باعث پیشرفت‌های عظیم اقتصادی در کشورهای سرمایه‌گذار و ایجاد فاصله شدید بین کشورهای جهان شده‌اند. متاسفانه در کشور ما به دلیل ضعف جرأت علمی و عدم تصمیم‌گیری به‌موقع، پس از گذشت سالیان طلایی آن، به این فرصت‌ها کمتر اهمیت می‌دهند که البته سودی هم برای ما به ارمغان نمی‌آورد (همچون فناوری الکترونیک و کامپیوتر که امروزه به‌رغم توانایی دانشگاهی و داشتن تجهیزات آن، هیچ‌گونه حضور تجاری در بازارهای چندصدمیلیاردی آن نداریم). فناوری نانو جدیدترین این فرصت‌هاست که کشور ما باید برای حضور یا عدم حضور در آن خیلی سریع تصمیم خود را اتخاذ کند.

واژه نانوتکنولوژی در سال‌های اخیر به صورت مکرر در رسانه‌ها گفته شده است. منابع خبری اعلام می‌کنند که نانوتکنولوژی انقلاب علمی آینده است. نانوتکنولوژی وعده‌های بسیاری به ما می‌دهند از جمله: کامپیوترهای سریع‌تر، درمان سرطان‌ها و حل بحران انرژی. اما نانوتکنولوژی دقیقا به چه معناست؟ و آیا این تکنولوژی توان برآورده کردن این وعده‌ها را دارد؟

تعریف رسمی که برای نانوتکنولوژی ارایه شده، به این شرح است: نانوتکنولوژی فهم و کنترل مواد در ابعاد بین یک تا صد نانومتر است. (یک نانومتر یک میلیاردم متر است.) پدیده‌های منحصر به فردی که در ابعاد یک تا صد نانومتر روی می‌هد، انسان را قادر می‌کند کاربردهای جدیدی برای آن ابداع کند. نانوتکنولوژی با عکسبرداری، اندازه‌گیری، مدل‌سازی و دستکاری مواد در این ابعاد نانومتری سروکار دارد. از این تعریف می‌توان به سه نتیجه‌گیری زیر رسید:

۱) نانوتکنولوژی بسیار بسیار کوچک است: هنگامی که چیزی در ابعاد نانو باشد، ابعاد آن حداقل در یک بعد در حد یک تا صد نانومتر است. به همین دلیل این مواد بسیار بسیار کوچک هستند و با چشم دیده نمی‌شوند. حتی با میکروسکوپ‌های نوری خاص نیز دیده نمی‌شوند. دانشمندان برای دیدن این مواد مجبور به استفاده از وسایلی از جمله میکروسکوپ‌های کاونده روبشی (SPM) هستند. به هر حال، اخیرا دانشمندان توانسته‌اند از ابزارهای جدید استفاده کنند و با فرآیندهایی به تولید و دستکاری عموم مواد بپردازند.

۲) در ابعاد نانو، مواد از خود رفتارهای متفاوتی نشان می‌دهند: بسیاری از مواد معمولی در ابعاد نانو از خود خواص غیرعادی نشان می‌دهند. به عنوان مثال مقاومت الکتریکی فوق‌العاده پایین، نقطه ذوب پایین‌تر یا واکنش شیمیایی سریع‌تر. برای مثال، در ابعاد ماکرو، طلا (Au) درخشنده و زردرنگ است در حالی که زمانی که ابعاد آن به ۲۴ نانومتر برسد به رنگ قرمز درمی‌آید. ذرات ریزتر طلا با نور واکنش متفاوتی دارد بنابراین ذرات طلا، رنگ‌های مختلفی آشکار می‌کند که به عوامل بسیاری بستگی دارد. این عوامل اندازه نانوذرات طلا و همچنین شکل این ذرات است. رنگ نانوذرات طلا با توجه به این عوامل قرمز، زرد یا آبی است. مثال دیگر از نانوذرات موادی است که در کرم‌های ضد آفتاب کاربرد دارد که به نظر می‌رسد مطابقتی با خواص آن در ابعاد ماکروسکوپیک ندارند. اکسید تیتانیوم (Tio۲) در کرم‌های ضد آفتاب و موانع نور خورشید استفاده می‌شود. این مواد یکی از اجزایی است که باعث می‌شود رنگ کرم، سفید به نظر برسد. اکنون تولیدکنندگان از نانوذرات برای تولید کرم‌ها و ژل‌های شفاف استفاده می‌کنند که علت آن شفافیت و بی‌رنگی نانوذرات اکسید تیتانیوم است. خواص دیگر مواد نیز هنگامی که در ابعاد نانو هستند، تغییر می‌کند. برای مثال آلومینیوم (Al) فلزی نرم و درخشان است که برای تولید قوطی‌های لیموناد استفاده می‌شود. آلومینیوم در ابعاد نانو، بسیار واکنش‌پذیر است و قابلیت انفجار دارد. نانوذرات بسیار واکنش‌پذیرند زیرا سطح آنها از حالت ماکروسکوپیک بیشتر است.

محققان می‌خواهند این رفتارهای متفاوت و غیرعادی مواد در ابعاد نانو را برای ایجاد تکنولوژی جدید تحت کنترل قرار دهند. محققان رشته‌های مختلف با کنترل این رفتارهای جدید، آرزوی ساخت وسایل جدیدی را از تولیدات روزانه مثل جوراب‌های ضدباکتری و راکت‌های سبک‌تر تنیس، سلول‌های خورشیدی و کامپیوترهای سریع‌تر و کوچک‌تر یا درمان‌های دارویی گزینشی دارند. بسیاری از دانشمندان فکر می‌کنند که احتمال تحقق این آرزوها بسیار زیاد است.

علم و فناوری نانو توانایی به دست گرفتن کنترل ماده در ابعاد نانومتری و بهره‌برداری از خواص و پدیده‌های مواد، ابزارها و سیستم‌های نوین است. این تعریف ساده خود دربرگیرنده معانی زیادی است. به عنوان مثال فناوری نانو با ماهیت فرارشته‌ای خود، در آینده دربرگیرنده همه فناوری‌های امروزی خواهد بود و به جای رقابت با فناوری‌های موجود، مسیر رشد آنها را در دست گرفته و آنها را یکپارچه خواهد کرد.

میلیون‌ها سال است که در طبیعت ساختارهای بسیار پیچیده با ظرافت نانومتری ساخته می‌شود. علم بشری اینک در آستانه دستیابی به این عرصه است تا ساختارهایی بی‌نظیر بسازد که در طبیعت نیز یافت نمی‌شود. فناوری نانو کاربردهایی را به منصه ظهور می‌رساند که بشر تاکنون از انجام آن به کلی عاجز بود و پیامدهایی را در جامعه برجا‌ می‌گذارد که بشر تصور آنها را هم نکرده است. به عنوان مثال:

- ساخت مواد بسیار سبک و محکم برای مصارف مرسوم یا نو

- ورشکستگی صنایع قدیمی همچون فولاد با ورود تجاری مواد نو

- کاهش یافتن شدید تقاضا برای سوخت‌های فسیلی

- همه‌گیر شدن ابرکامپیوترهای بسیار قوی، کوچک و کم‌مصرف

- سلاح‌های سبک‌تر، کوچک‌تر، هوشمندتر، دوربردتر، ارزان‌تر و نامریی‌تر برای رادار

- شناسایی فوری کلیه خصوصیات ژنتیکی و اخلاقی و استعدادهای ابتلا به بیماری

- ارسال دقیق دارو به آدرس‌های مورد نظر در بدن و افزایش طول عمر

- از بین بردن کامل عوامل خطرناک جنگ شیمیایی و میکروبی

- از بین بردن کامل ناچیزترین آلاینده‌های شهری و صنعتی

- سطوح و لباس‌های همیشه تمیز و هوشمند

- تولید انبوه مواد و ابزارهایی که تا قبل از این عملی و اقتصادی نبودند

- و بسیاری از موارد غیرقابل پیش‌بینی دیگر

دکتر «درکسلر» (Drexler) در همایش جهانی نظام علمی در زمینه نانوتکنولوژی گفت: «در جهان اطلاعات، تکنولوژی‌های دیجیتالی، کپی‌برداری را سریع، ارزان، کامل و کم‌هزینه و بدون پیچیدگی محتوایی کرده‌اند. حال اگر همین وضعیت در جهان ماده اتفاق بیفتد چه می‌شود. هزینه تولید یک تن ترابابت تراشه‌های RAM تقریبا معادل هزینه تولید همان مقدار فولاد می‌شود.»

دکتر «اسمالی» (Smalley) رییس هیات تحقیقاتی دانشگاه رایس و کاشف باکی‌بال‌ها (Buckyballs) می‌گوید: «نانوتکنولوژی روند زیانبار ناشی از انقلاب صنعتی را معکوس خواهد کرد.» در مقدمه مقاله نانوتکنولوژی که توسط «پترسون» (Peterson) و «پرگامیت» (Pergamit) در سال ۱۹۹۳ نگاشته شده، چنین آمده است: «تصور کنید می‌توانید با نوشیدن دارو که در آب میوه محبوب‌تان حل شده است، سرطان را معالجه کنید. یک ابرکامپیوتر را که به اندازه یک سلول انسان است، در نظر بگیرید. یک فضاپیمای چهار نفره که در مدار زمین می‌گردد، تجسم کنید که هزینه‌ آن در حدود یک خودرو شخصی است.»

موارد فوق، فقط تعداد محدودی از محصولات انتظار رفته از نانوتکنولوژی است. انسان در معرض یک انقلاب اجتماعی تسریع‌شده و قدرتمند است که ناشی از علم نانوتکنولوژی است. دانشمندان در آینده نزدیک می‌توانند اولین آدم آهنی را در مقیاس نانومتری بسازند که قادر به همانندسازی است. طی چند سال آینده با تولید انبوه نانوروبات‌ها، تقریبا تمامی فرآیندهای صنعتی و نیروی کار کنونی، از رده خارج خواهند شد. کالاهای مصرفی فراوان، ارزان، شیک و بادوام خواهند شد. دارو جهش‌های سریع و کوانتومی به جلو را تجربه خواهد کرد. سفرهای فضایی و همانندسازی، امن و مقرون به صرفه خواهد شد. به این دلایل و دلایلی دیگر، سبک‌های زندگی روزمره در جهان به‌طور زیربنایی متحول خواهد شد و الگوی رفتاری انسان‌ها تحت‌الشعاع این روند قرار خواهد گرفت.

● وضعیت جهانی

از فناوری نانو به عنوان «رنسانس فناوری» و «روان‌کننده جریان سرمایه‌گذاری» یاد می‌شود. ورود محصولات متکی بر این فناوری، جهشی بس عظیم در رفاه و کیفیت زندگی و توانایی‌های دفاعی و زیست‌محیطی به همراه خواهد داشت و موجب بروز جابه‌جایی‌های بزرگ اقتصادی خواهد شد. هم‌اکنون بخش‌های دولتی و خصوصی کشورهای مختلف جهان شامل ژاپن، آمریکا، اتحادیه اروپا، چین، هند، تایوان، کره‌جنوبی، استرالیا، اسراییل و روسیه در رقابتی تنگاتنگ بر سر کسب پیشتازی جهانی، تلاش می‌کنند. هم‌ا‌کنون روی هم رفته حدود ۳۰ کشور دنیا در زمینه فناوری نانو «برنامه ملی» دارند یا درحال تدوین آن هستند و طی پنج سال گذشته بودجه تحقیق و توسعه در امر فناوری نانو را به ۵/۳ برابر افزایش داده‌اند. کشورهای ژاپن و آمریکا نیز فناوری نانو را اولین اولویت خود در زمینه فناوری اعلام کرده‌اند.

عصمت جعفری