معرفی نانوفناوری و کاربردهای آن

نانوفناوری در تعریف بسیار ساده, یعنی تکنولوژی هایی که در ابعاد نانومتر عمل می کنند نانومتر واحد اندازه گیری است و برابر با۱۰ ۹ یک میلیاردم متر یا متر است اندازه اتم ها و مولکول ها در این محدوده قرار دارد

نانو فناوری به عنوان جدیدترین حوزه فناوری در دنیا، مورد توجه اکثر کشورها قرار گرفته است. برای آشنایی بیشتر هنرمندان عزیز با این فناوری به معرفی و تبیین آن می پردازیم.

● تعریف نانوفناوری و آشنایی با آن

نانوفناوری در تعریف بسیار ساده، یعنی تکنولوژی هایی که در ابعاد نانومتر عمل می کنند. نانومتر واحد اندازه گیری است و برابر با۱۰-۹ یک میلیاردم متر یا متر است. اندازه اتم ها و مولکول ها در این محدوده قرار دارد. بنابراین با ورود به این فضای کوچک، بشر می تواند در نحوه آرایش و چینش اتم ها و مولکول ها دخالت کند و به ساخت مواد جدید و ساختارهایی متفاوت با آن چه تاکنون وجود داشته است، بپردازد. نانوفناوری که از دو کلمه «نانو» و «فناوری» تشکیل شده است به معنای توسعه، ساخت، طراحی و استفاده از محصولاتی است که اندازه آنها یك تا صد نانومتر قرار دارند. در حقیقت نانوفناوری یک فناوری جدید نیست. بلکه یک مقیاس جدید در فناوری ها و رویکردی تازه در تمام رشته‌ها است ؛ که این توانایی را به بشر می دهد، که بتواند دخالت خود را در ساختار مواد گسترش دهد و در ابعاد بسیار ریز ، به ساخت و طراحی اقدام كند. این توانایی می تواند در تمام فناوری هایی که بشر تاکنون به آن دست یافته است، اثر گذار باشد.

● کاربردها و اهمیت نانوفناوری

اگر چه هنوز نانوفناری در آغاز حیات خود قرار دارد، ولی در همین چند سال اخیر امیدهای زیادی را در بین دانشمندان برای دستیابی به مواد با قابلیت های بالا و ساخت محصولات با عمر و کیفیت بالا ایجاد کرده است. تولید نانوتیوب های کربنی (ساختارهای لوله ای کربنی) ماده ای در اختیار بشر قرار داد که رساناتر از مس، مقاوم تر از فولاد و سبک تر از آلومینیوم است. همچنین با ساتفاده از نانو ذرات، می توان سطوح خود تمیز شونده یا همیشه تمیز ساخت و ریایش مغناطیسی را چندین برابر نمود. لاستیک های با عمر بالای ده سال و دارورسانی به تک سلول های آسیب دیده در بدن، از توانایی هایی ست که بشر به مدد نانوفناوری به آن دست یافته است. دانشمندان امیدوارند با گسترش فعالیت ها در نانوفناوری، علاوه بر صرفه جویی هایی که در اثر ارتقای کیفیت در محصولات سنتی ایجاد می کنند، به مواد و محصولات با خواص جدید و چند منظوره دست یابند.

اگر بپذیریم که نانوفناوری، توانمندی تولید مواد، ابزارها و سیستم های جدید با در دست گرفتن کنترل در سطوح ملکولی، اتمی و استفاده از خواص آن سطوح است. آن گاه درمی یابیم كاربردهای این فناوری، در حوزه های مختلف اعم از غذا، دارو، تشخیص پزشکی، فناوری زیستی، الکترونیک، کامپیوتر، ارتباطات، حمل و نقل، انرژی ، محیط زیست ، مواد، هوافضا، امنیت ملی و غیره خواهد بود؛ به گونه ای که به زحمت می توان عرصه ای را که از آن تأثیر نپذیرد معرفی نمود. کاربردهای وسیع این عرصه به همراه پیامدهای اجتماعی، سیاسی و حقوقی آن، این فناوری را به عنوان یک زمینه فرا رشته ای و فرابخشی مطرح نموده است.

هر چند آزمایش ها و تحقیقات پیرامون نانوتکنولوژی از ابتدای دهه هشتاد قرن بیستم به طور جدی پی گیری شد، اما اثرات تحول آفرین، معجزه آسا و باورنکردنی نانوفناوری در روند تحقیق و توسعه باعث گردید، نظر تمامی کشورهای بزرگ به این موضوع جلب گردد و فناوری نانو را به عنوان یکی از مهم ترین اولویت های تحقیقاتی خویش، طی دهه اول قرن بیست و یکم محسوب نمایند.

استفاده از این فناوری در کلیه علوم پزشکی ، پتروشیمی، علوم مواد، صنایع دفاعی، الکترونیک ، کامپیوترهای کوانتومی و ... باعث شده است، تحقیقات در زمینه نانو به عنوان یک چالش اصلی علمی و صنعتی پیش روی جهانیان باشد. لذا محققین ، اساتید و صنعت گران ایرانی باید در یک بسیج همگانی، جایگاه، موقعیت و وضعیت خویش را در خصوص این موضوع مشخص نمایند و با یک برنامه ریزی علمی دقیق و کارشناس شده به حضوری فعال و حتی رقابتی سالم در این جایگاه، عرض اندام و ابراز وجود نمایند. برای چنین هدفی ، طراحی یک برنامه منسجم، فراگیر و همه جانبه اجتناب ناپذیر است.

● تاریخچه ای از ظهور نانوفناوری

چهل سال پیش ریچارد فایمن، متخصص کوانتوم نظری و دارنده جایزه نوبل، در سخنرانی معروف خود در سال هزار و نهصد و پنجاه و نه میلادی با عنوان «آن پایین، فضای بسیاری هست» ، به بررسی بعد رشد نیافته علم مواد پرداخت. وی در آن زمان اظهاركرد: «اصول فیزیک، تا آن جایی که من توانایی فهمیدن آن را دارم، بر خلاف امکان ساختن اتم به اتم چیزها حرفی نمی زنند.» او فرض را بر این قرار داد که اگر دانشمندان فرا گرفته اند چگونه ترانزیستورها و دیگر سازه ها را با مقیاس های کوچک بسازند، پس ما خواهیم توانست که آن ها را کوچک و کوچک تر کنیم. در واقع آن ها به مرزهای حقیقی خود در لبه های نامعلوم کوانتوام نزدیک خواهند بود. به نحوی که اتم را در مقابل دیگری به گونه ای قرار دهیم که بتوانیم کوچک ترین محصول مصنوعی و ساختگی ممکن را ایجاد کنیم. با استفاده از این فرم های بسیار کوچک چه وسایلی را که نمی توانیم، ایجاد کنیم.

فایمن در ذهن خود یک «دکتر مولکولی» تصور کرد که صدها بار از یک سلول منحصر به فرد کوچک تر است و می تواند به بدن انسان تزریق شود و درون بدن برای انجام کاری یا مطالعه و تأیید سلامتی سلول ها و یا انجام اعمال ترمیمی و به طور کلی برای نگه داری بدن در سلامت کامل به سیر بپردازد. می توان گفت در آن سال ها کلمه «بزرگ» از اهمیت ویژه ای برخوردار بود (مثل علوم بزرگ، پروژه های مهندسی بزرگ و غیره ؛ حتی کامپیوترها در دهه هزار و نهصد و پنجاه (م) تمام طبقات ساختمان را اشغال می کردند) . ولی از وقتی فایمن نظرو منطقه خود را بازگو کرد، جهان روندی به سوی کوچک شدن در پیش گرفت.

پس از آن، ماروین مینسکی تفکرات بسیار باروری داشت ، که می توانست به اندیشه های فایمن قوت ببخشد. میسنکی پدر علم هوش مصنوعی است و در دهه هزار و نهصد و شصت تا هفتاد (م) جهان را در تفکراتی که مربوط به آینده می شد، رهبری کرد. در اواسط دهه هفتاد میلادی، اریک در کسلر که یک دانشجوی فارغ التحصیل بود، میسنکی را به عنوان استاد راهنما جهت تکمیل پایان نامه خود انتخاب کرد. او نیز این مسؤولیت را بر عهده گرفت. در کسلر سخت به وسایل بسیار کوچک فایمن علاقه مند شده بود و قصد داشت تا در مورد توانایی های آنان به کاوش بپردازد. مینسکی نیز با وی موافقت کرد. در کسلر در اوایل دهه هشتاد(م) ، درجه استادی خود را در رشته علوم کامپیوتر دریافت کرد و گروهی از دانشجویان را به صورت انجمنی به دور خودجمع نمود. او افکار جوان ترها را با یک سری ایده ها که خود «نانوفناوری» نام گذاری کرد، مشغول است. در کسلر اولین مقاله علمی خود را در مورد نانوفناوری مولکولی (MNT) در سال هزار و نهصد و هشتاد و یك ارایه داد. او کتاب Engin of Creation: The Coming Era of Nanotechnology را در سال هزار و نهصد و هشتاد و شش به چاپ رساند. در کسلر اولین درجه دکتری در نانوفناوری را در سال هزارونهصد و نود و یك از دانشگاه MIT دریافت كرد.

● اهمیت نانوفناوری برای کشور ما

بسیاری از صاحب نظران و محققان، نانوفناوری را مساوی آینده می دانند. به عنوان نمونه کمیته مشاوران رئیس جمهوری آمریکا در علوم و فناوری، در تأیید برنامه ملی نانوتکنولوژی برای سال دو هزار و یك میلادی، از نانوفناوری به عنوان محور آینده جهان یاد می کند. به دلیل تأثیر این فناوری بر اکثر صنایع و فناوری های موجود، عقیده صاحب نظران این است که متخصصان رشته های مختلف بدون گرایش به مباحث نانو در دهه های آینده، فرصتی برای رشد نخواهند داشت و شکوفایی بسیاری از فناوری های مهم از جمله فناوری اطلاعات و بیوتکنولوژی به عنوان دو دستاورد بسیار عظیم قرن بیستم بدون بهره گیری از نانوفناوری دچار اختلاف خواهند شد. از این جهت این مسئله برای دانشگاهیان، محققان و مسؤولان هر کشور امری حیاتی است.

به عبارت دیگر می توان گفت، اولویت کشور هر صنعت و فناوری که باشد، بدون تسلط بر ابعاد نانو، در دنیای جدید نمی توان در آن صنعت و فناوری حرفی در دنیا زد. بنابراین می توان دلایل زیر را برای اجتناب ناپذیری ورود کشورهایی چون ایران اقامه نمود.

تآثیر اساسی نانوفناوری در رشد و پیشرفت بسیاری از صنایع و فناوری ها ماهیت فرا رشته ای علوم و فناوری نانو به عنوان توانمندی تولید مواد، ابزارها و سیستم های جدید با دقت اتم و مولکول، موجب تعریف کاربردهای بسیار زیادی در عرصه های مختلف علمی و صنعتی شده است. برای نانوفناوری کاربردهای بسیاری را در حوزه های دارو، غذا، بهداشت ، درمان بیماریها، محیط زیست ،انرژی ، الکترونیک ، کامپیوتر، اطلاعات ، مواد ، ساخت ، تولید ، هوا فضا ، بیوتکنولوژی و کشاورزی، امنیت ملی و دفاع برشمرده اند.

لذا مشاهده می شود که نانوفناوری در صنایع و تمام فناوری ها تأثیر گذاشته است . این تأثیر اغلبً ریشه ای و بنیادین است. به عنوان نمونه در بخش پزشکی و بهداشت، یک زمینه کاری بسیار مهم، نانوفناوری، سیستم توزیع دارو در داخل بدن است. مصرف دارو در حال حاضر به صورت حجمی است؛ در حالی که سلول های خاصی از بدن نیازمند آن است. در روش جدید، دارو با وسایل تزریق متفاوت با امروزه به صورت مستقیم به سمت سلول های مشخص جهت گیری شده و دارو به محل نیاز تحویل داده می شود. این تحول در صنعت داروسازی بنیادین است.

● تأثیرات امنیتی نانوفناوری (فرصت و تهدید)

از نظر دفاعی، نانوفناوری برای کشورها، هم فرصت و هم تهدید است، به لحاظ کاربردهای بسیار زیادی که این فناوری می تواند در امور نظامی داشته باشد، گرایش زیادی در بخش دفاعی کشورها به تحقیق و توسعه نانوفناوری صورت گرفته است. این کاربردها از لباس های مانع خطر تا پرنده های بسیار کوچک، تجهیزات اطلاعاتی و بسیاری موارد دیگر است که هم اکنون با حمایت وزارتخانه های دفاع کشورهایی چون: آمریکا، ژاپن و برخی کشورهای اروپایی به صورت پروژه های تحقیقاتی در حال انجام هستند. از این جهت این فناوری برای کشورها یک تهدید محسوب می شود. اما برای کشورهایی که بتوانند با استفاده از روند موجود، جایگاهی را در آینده امنیت جهانی برای خود در نظر بگیرند، یک فرصت خواهد بود. این کاربردها بسیار متنوع هستند، هر کشوری می تواند زمینه ای را برای پیشگامی در جهان سهم خود نماید و در آینده ی رقابت های بین المللی نقشی داشته باشد.

● شکل گیری بازارهای بسیار بزرگ جدید

شواهد موجود نشان می دهد که درصد بالایی از بازارهای جدید محصولات مختلف متکی برنانوفناوری خواهد بود. به همین دلیل دولت ها و شرکت های بزرگ و کوچک به دنبال کسب جایگاهی برای خود در این بازارها هستند. میهیل روکوه، رئیس کمیته علوم و فناوری نانو در ریاست جمهوری آمریکا طی مقاله ای در ماه «می» سال دو هزار و یك (م)، پتانسیل نانوفناوری برای تغییر چشمگیر در اقتصادی جهانی را یادآوری نموده است. بر مبنای پیش بینی وی و اعتقاد بخش دیگری از صاحب نظران در ده الی پانزده سال آینده، نانوفناوری بازار نیمه هادی را به طور کامل تحت تأثیر قرار خواهد داد . خبرهایی نیز که به تازگی از شرکت های اصلی سازنده پردازنده های کامپیوتر در آمریکا و ژاپن منتشر شده است، از ورود پردازنده های حاوی یک میلیارد نانوترانزیستور تا قبل از ده سال آینده حکایت دارد. به عنوان مثال شرکت اینتل اعلام نموده است که در سال دو هزار و هفت پردازنده های متکی بر نانوترانزیستور را با قدرت و سرعت بسیار بیشتر و مصرف کمترنسبت به آخرین دستاوردهای امروزی نیمه هادی ها، وارد بازار خواهد کرد.

در بخش دارو نیز پیش بینی شده است تا ده الی پانزده سال آینده نیمی از این صنعت متکی بر نانوفناوری خواهد بود که خود نیاز به وسایل تزریق جدید و آموزش های پزشکی روزآمد خواهد داشت. همچنین در صنایع شیمیایی، فقط ذکر بازار صد میلیارد دلاری کاتالیست ها که تا ۱۰ سال آینده به طور کامل متکی بر کاتالیست های نانوساختاری خواهد بود؛ برای نشان دادن اهمیت بحث کافی است.

همچنین از هم اکنون بازار بزرگی برای بکارگیری مواد جدید در محصولات فعلی در حال شکل گیری است. موادی که می تواننند خواص جدید و فوق العاده ای به محصولات موجود بخشیده و موجب کاهش قیمت آن ها شوند. به عنوان نمونه نانولوله های کربنی (Carbon Nanotubes) با وزن بسیار کمتر و استحکام بسیار بیشتر نسبت به موادی چون فولاد، بخش زیادی از صنایع را در آینده تحت تأثیر قرار خواهد داد.

---