نانوفناوری چیست

همانطور که می دانید خواص مواد به نوع اتمهای تشکیل دهنده آنها و نوع اتصال این اتمها به یکدیگر بستگی دارد بنابراین اگر بتوانیم این اتم ها را به شکل مورد نظر خودمان به هم متصل کنیم, مواد جدیدی با خواص و توانایی های مورد نظرمان, به دست آوریم

فرض کنید که یک جعبه از آجرک‌های ساختمان سازی در اختیار دارید و می خواهید با آن یک دیوار به ارتفاع ۱۰ سانتی متر بسازید. برای ساختن دیوار چند راه مختلف دارید:

▪ راه اول: می توانید آجرک‌ها را همین طوری روی هم بریزید تا یک پشته ده سانتی متری درست شود. دراین حالت دیوار شما کاملا بی نظم و غیر یکنواخت است. مثلا ضخامت دیوار در قسمتهای پایینی خیلی بیشتر از قسمتهای بالایی است.

▪ راه دوم: ممکن است کمی حوصله به خرج دهید و آجرک‌ها را چندتا چندتا به هم وصل کنید. مثلا قطعاتی به اندازه جعبه کبریت بسازید و بعد این قطعات را همین طوری روی هم بریزید تا یک پشته ۱۰ سانتی متری درست بشود، این بار هم دیوار شما بی نظم و غیر یکنواخت خواهد بود؛ اما به طور قطع از دیوار قبلی منظم تر و قدری هم خوش قیافه‌تر است.

▪ راه سوم:اگر خیلی آدم صبور و باحوصله ای باشید، آجرک‌ها را دانه به دانه به هم متصل تا یک مستطیل به ارتفاع ده سانتی متر بسازید. این دیوار کاملا یکدست و منظم خواهد بود. به عنوان مثال اگر از وسط آن را بشکنید، هرکدام از نصفه دیوارها نظم اولیه خود را حفظ خواهد کرد.

حالا به تصویر شماره ۴ نگاه کنید، به نظر شما این تصویر شبیه کدامیک از دیوارها است؟

فکر می‌کنم در این مورد شما هم با من موافقید، بله! تصویر شماره ۴ بیش از همه به دیوار دوم شبیه است. حتما می پرسید که تصویر شماره ۴ چه چیزی را نشان می‌دهد؟ باید بگویم که این تصویر، عکس واقعی سطح یک میله مسی کاملا صیقل داده شده در زیر میکروسکوپ است! اگر سطح یک فلز را خوب صیقل دهیم، بعد آن را به خوبی بشوییم، و سپس زیر میکروسکوپ بگذاریم چنین ساختاری را مشاهده خواهیم کرد. (البته نه به این وضوح!) به هرکدام از چندضلعی‌های تصویر، یک «دانه» می گوییم. هر دانه در واقع مجموعه ای از هزاران اتم فلز است که به طور منظمی کنار هم قرار گرفته اند. هرکدام از این اتمها قطری در حدود «یک نانومتر» یعنی یک میلیاردیم متر دارند.

خوب، حال بگذارید که تشابه بین دیوارهای شما و سطح فلز را بررسی کنیم:

آجرهای ساختمان سازی مانند اتم ها هستند و قطعات به اندازه جعبه کبریت در دیوار دوم هم مانند دانه ها. در واقع اتمهای درون یک دانه مانند آجرک‌های یک قطعه به هم متصل شده اند. اما دیوار سوم شبیه چیست؟

از یک نظر می توان گفت که دیوار سوم شبیه یک تصویر بزرگ از درون یکی از دانه ها است. اما آیا در عمل می توانیم فلزی داشته باشیم که همه اتمهای آن مانند دیوار سوم به شکل منظم به هم متصل شده باشند؟ یعنی همه سطح فلز یکدست باشد نه اینقدر تکه تکه ونامنظم؟

باید دانست که تا چند سال پیش نه تنها هیچ فلزی، بلکه هیچ ماده مصنوعی هم وجود نداشت که در ابعاد بزرگ، حتی مثلا در ابعاد چند میلی متر در چند میلی متر، یکدست و منظم باشد. فکر می کنید چرا؟

دلیلش این است که ما انسانها در بیشتر مواقع، وقتی می خواهیم یک جسم جدید بسازیم، آن را از روش ساختن دیوار اول درست می کنیم! شاید روش ساختن یک قطعه فلزی را در تلویزیون دیده و یا در کتابی خوانده باشید: "ابتدا فلز را ذوب می کنیم و بعد به وسیله ظرفهای مخصوصی فلزمذاب را درقالب قطعه مورد نظر می ریزیم." این کار دقیقا مانند ساختن دیوار به روش اول است؛ کاملا کیلویی!!!

حتی همان دانه هایی هم که در تصویر ۴ دیدید، به طورطبیعی و بدون دخالت انسان ایجاد می شوند و ما در اکثر روشهای معمولِ ساختنِ چیزها، توانایی نظم دادن و یا شکل دادن به اتمها در ابعاد کوچک را نداریم. البته باید به این نکته هم اشاره کرد که در بسیاری از کاربردها، به موادی شبیه به دیوار اول یا دوم نیاز داریم. برای مثال فلزات که ساختاری شبیه به دیوار دوم دارند (مثل مسی که عکسش را دیدید)، قابلیت چکش خواری و شکل پذیری بیشتری از خود نشان می دهند.

اما در چند سال اخیر روشهایی ابداع شده اند که به ما اجازه می دهند که اتم ها و مولکول ها (آجرک ها) را به طور منظم وبه دلخواه خودمان به هم متصل کنیم. دانشمندان این روشهای جدید را «نانوفناوری» نامیده اند. به تصویر شماره ۵ توجه کنید.

شاید بپرسید كه چرا این روشهای جدید را "نانوفناوری" نامیده اند؟ جواب این است که در شیوه های فوق با ساختارهایی سروکار داریم که از تعداد کمی اتم و مولکول ساخته شده اند و اتمها و مولکولها هم ابعادی در حدود نانومتر دارند.

همانطور که می دانید خواص مواد به نوع اتمهای تشکیل دهنده آنها و نوع اتصال این اتمها به یکدیگر بستگی دارد. بنابراین اگر بتوانیم این اتم ها را به شکل مورد نظر خودمان به هم متصل کنیم، مواد جدیدی با خواص و توانایی های مورد نظرمان، به دست آوریم؛ این کار، مهمترین هدف در نانوفناوری است. مثلا می توانیم ماده ای بسازیم که هم خیلی محکم باشد و هم خیلی سبک و یا ماده ای که در ابعاد بزرگ هم یکدست و منظم باشد.

در این سایت مطالب مختلفی درباره نانوفناوری و کاربردهای آن خواهید یافت. سرگرمی ها و فعالیت های مختلفی هم خواهید دید که می توانید با انجام آن ها نانوفناوری را بهتر بشناسید.

مجله کاوش، شماره دوم، آبان ۱۳۸۲

یاسر خوشنویس