نانو تکنولوژی واثر شگرف آن در زندگی زمینیها

یک نانومتر (nm) یک میلیاردیم متر است .
برای آن‌که تصوری از این ابعاد داشته‌ باشید می‌توانید فرض کنید
نسبت نانومتر به متر تقریبا مثل نسبت شعاع یک تیله‌ی کوچک است به شعاع کره‌ی زمین.
نانو‌تکنولوژی زمینه‌ای از دانش کاربردی است که مباحث متنوعی را پوشش می‌دهد وهدف اصلی آن کنترل ماده در ابعاد 1 تا 100 نانومتر ونیز ساخت ومهندسی وسیله‌هایی در این ابعاد است.
این دانش یک دانش میان‌رشته‌ای است که از رشته‌های متعدد و متنوعی مشتق شده ‌است، رشته‌هایی نظیر فیزیک، مهندسی مواد
 البته به فراخور نیاز از رشته‌های دیگر نیز بهره می‌گیرد.
پیشرفت علم و تکنولوژی وتولید ابزارهای دقیق سنجشی نظیر میکروسکپ نیروی اتمی(AFM) و میکروسکپ تونل‌زنی‌ی پیمایشی(STM) به پژوهش ونو‌آوری در عرصه‌ی نانو شتاب قابل ملاحظه‌ای بخشید.

کمی تاریخچه...

نخستین جرقه‌ی شکل‌گیری‌ی نانوتکنولوژی به عنوان یک دانش فراگیر در نشست انجمن فیزیک امریکا در29 دسامبر1959 زده شد. جایی‌که ریچارد فاینمن«Richard Feynmanسخن‌رانی مشهور خود را باعنوان« در آن پایین فضای زیادی هست!» ایراد کرد. او در این سخن‌رانی فر‌آیندی را پیش‌بینی و توصیف کرد که با پی‌گیری‌ی آن انسان قادر به دست‌کاری‌ی اتم‌ها و مولکول‌های منفرد است.
بااین‌وجود واژه‌ی نانوتکنولوژی«Nano technology» نخستین‌ بار توسط نوریو تانی‌گو‌چی «Norio Taniguchi» در سال 1974 میلادی اینگونه توصیف شد:نانوتکنولوژی به‌طور عمده شامل فرآیند تفکیک، تقویت، وتغییر شکل مواد به صورت تک‌اتم یا تک‌مولکول است...
مواد در ابعاد نانو نسبت به ابعاد ماکروسکپی ویژگی‌های متفاوتی از خود به نمایش می‌گذارند. به عنوان نمونه:
ماده‌ی کدر شفاف می‌شود(مس).
ماده‌ی ساکن متحرک می‌شود(پلاتینیم).
جامد در دمای اتاق به مایع تبدیل می‌شود(طلا).
نارسانا ،رسانا می‌شود(سیلیکون). و...
بسیاری از ویژگی‌های جذاب و فریبنده‌ی نانو تکنولوژی از همین پدیده‌های رویه‌ای وکوانتمی منحصر به فردی ناشی می‌شود که مواد در ابعاد نانو از خود به نمایش می‌گذارند.

نانو در پزشکی، شیمی و انرژی

 روش‌های کاتالیز و فیلتراسیون (تصفیه) شیمیایی دو مثال برجسته از زمینه هایی هستند که نانوتکنولوژی همواره در آن‌های موثر بوده است ... - نانوتکنولوژی بازده تبدیل انرژی را به کمک استفاده از نانوساختارهایی با پیوستاری از شکاف‌های انرژی، افزایش می‌دهد.

کاربردهای نانو در پزشکی

تحویل دارو :مواد نانو متخلخل نمونه‌ای از موادی هستند که در‌حالی‌که از ملکول‌های کوچک دارو نگه‌داری می‌کنند، آن‌ها را به محل موردنظر که از پیش تعیین شده، انتقال می‌دهند.
روش دیگری برای کاهش مصرف دارو به‌کارگیری سیستم‌های الکترومکانیکی کوچک است.هدف از بکارگیری این سیستم‌ها، آزاد کردن فعال داروهاست. مثلا از این روش برای درمان سرطان به‌وسیله‌ی نانوذرات آهن یا پوسته‌های طلا استفاده‌می‌شود.
 

مهندسی بافت

نانوتکنولوژی می‌تواند به بازتولید و نیز بازسازی بافت‌های تخریب ‌شده و معیوب کمک کند
 مهندسی بافت به زودی جای‌گزین درمان‌های متعارف امروزی نظیر پیوند عضو، القاء مصنوعی و .. می‌شود.
بخشی از عملیات مهندسی بافت استفاده از نانومواد برای تکثیر سلول‌های برانگیخته به روش مصنوعی است.
باید توجه کرد که راه‌بردها و دستاوردهای مهندیسی بافت،‌ باید در چارچوب موازین اخلاقی قرار داده شود. به همین منظور بحث‌های گسترده‌ای در سطح بین‌المللی مطرح است و به تدریج قوانین متعددی در این زمینه به تصویب می‌رسد.

کاربردهای نانو در شیمی
روش‌های کاتالیز و فیلتراسیون (تصفیه) شیمیایی دو مثال برجسته از زمینه هایی هستند که نانوتکنولوژی همواره در آن‌های موثر بوده است.

فیلتراسیون (تصفیه)
نانوشیمی در فرآیند تصفیه فاضلاب‌ها، تصفیه‌ی هوا، در دستگاه‌های ذخیره‌سازی انرژی و ... نقش مهمی بازی می‌کند.

یکی از این مراحل تصفیه استفاده از غشاهایی با سوراخ‌هایی به اندازه‌ی مناسب است، به‌وسیله‌ی این روش مایع در میان غشا فشرده می‌شود. غشاهای نانومتخلخل برای تصفیه‌ی مکانیکی می‌توانند از نانولوله‌ها تشکیل شوند و منافذی بسیار کوچک،‌ حتی کوچک‌تر از 10 نانومتر داشته باشند.
استفاده از ذرات نانومغناطیس، بازده جذب آلاینده‌ها را افزایش می‌دهد و نسبت به روش‌های سنتی تصفیه، ارزان‌تر است.

کاربردهای نانو در انرژی
ذخیره‌سازیف تبدیل، تولید بهینه بوسیله‌ی کاهش آهنگ فرآیندها و مواد، صرفه‌جویی انرژی (به عنوان مثال به وسیله‌ی عایق‌سازی گرمایی بهتر) و منابع انرژی تجدید‌پذیر پیشرفته.

کاهش مصرف انرژی

روشی عملی برای کاهش مصرف انرژی،‌عایق‌بندی بهتر سیستم‌هاست.
این کار با استفاده از سیستم‌های کارآمدتر سوخت و روشنایی، استفاده از مواد سبک‌تر با استحکام بیشتر در صنعت حمل و نقل و ... قابل حصول است.
لامپ‌های متداول امروزی صرفا حدود 5 درصد انرژی الکتریکی را به نور تبدیل می‌کنند. دستاوردهای نانوتکنولوژی نظیر دیودهای گسیل نوری (LED) به کاهش شدید مصرف انرژی در وسایل روشنایی ‌زا می‌انجامد.

افزایش کارآیی تولید انرژی
بهترین سلول‌های خورشیدی امروزی لایه‌هایی از چندین نیمه‌رسانای مختلف است که روی هم قرار دارند و به این ترتیب نور با انرژی‌های مختلف (بسامدهای مختلف) را جذب می‌کنند.

نانوتکنولوژی بازده تبدیل انرژی را به کمک استفاده از نانوساختارهایی با پیوستاری از شکاف‌های انرژی، افزایش می‌دهد.

باتری‌های بازیافتی
به خاطر چگالی انرژی نسبتا پایین باتری‌ها، زمان کارکرد آن‌های محدود است. بنابراین آن‌ها به تعویض یا شارژ مجدد نیاز دارند.
به کمک صنعت نانو می‌توان باتری‌هایی با ظرفیت انرژی بالاتر یا باتری‌هایی قابل شارژ و یا حتی ابرخازن‌هایی با میزان شارژکنندگی بیشتر – که از نانو مواد در آن‌ها استفاده می‌شود – طراحی و تولید کرد.

کاربرد نانو در صنایع سنگین، فناوری اطلاعات و کالاهای مصرفی
- مواد سبک‌تر و با استحکام بیشتر کاربردهای وسیعی در سازه‌های حمل و نقل، هوانوردی و نیز در فضانوکاربرد نانو در صنایع سنگین
برخی کاربردهای قطعی و اجتناب‌ناپذیر نانوتکنولوژی در صنایع سنگین است:

هوانوردی
مواد سبک‌تر و با استحکام بیشتر کاربردهای وسیعی در سازه‌های هوانوردی و نیز در فضانوردی دارند. زیرا در هر دو مورد وزن شاخص مهمی در فرآیندها و دستگاه‌های هوانوردی و فضانوردی است.

پالایش‌گاه‌ها
با استفاده از کاربردهای نانوتکنولوژی محصولات پالایش‌گاه‌ها (نظیر فولاد و آلومینیوم) با خلوص بیشتری تولید خواهند شد.

صنعت حمل و نقل
مواد سبکی که در عین حال از استحکام خوبی هم برخوردار باشند، در صنعت حمل و نقل نیز به‌کار گرفته می‌شوند. وسایلی که از این مواد ساخته شده باشند، هم سرعت بیشتری دارند و هم از امنیت بیشتری برخوردارند.

سازه‌های ساختمانی
بتن یکی از مهم‌ترین سازه‌های ساختمانی است که هرچه مقاومت و نفوذپذیری آن بالاتر باشد، ‌مرغوب‌تر است. با اضافه کردن نانوذرات ویژه‌ای به سنگ‌های متخلخل بتن و پخش یکنواخت این ذرات می‌توان بتنی با مقاومت بالا، نفوذپذیری کم و البته به طور قابل‌ملاحظه ای سبک تولید کرد.

 

کاربردهای نانو در فناوری اطلاعات و ارتباطات

دستگاه‌های نیمه‌رسانای جدید
مقاومت مغناطیسی که به GMR موسوم است میزان چگالی ذخیره‌ای داده‌ها را در دیسک سخت افزایش می‌دهد.
نوع دیگری از مقاومت مغناطیسی، مقاومت مغناطیسی تونل‌زن (TMR) است و به دلیل وابستگی اسپین الکترون‌ها به تونل‌زنی آن الکترون از لایه‌های فرومغناطیس مجاور اتفاق می‌افتد.
اثرات GMR و TMR هردو می‌توانند در ساخت یک حافظه‌ی اصلی غیر فرار برای کامپیوترها مورد استفاده‌ی علمی قرار گیرند. چنین کاربردی در ساختار حافظه دسترسی تصادفی مغناطیسی (MRAM) دیده می‌شود.
در فناوری اطلاعات نوین، دستگاههای الکتریکی آنالوگ قدیمی به وسیله‌ی دستگاه‌های الکترونوری یا نوری جایگزین می‌شوند. زیرا این دستگاه‌ها به ترتیب پهنای باند و ظرفیت بیشتری نسبت به دستگاه‌های قبلی دارند.
در این عرصه بلورهای فوتونیک و نقاط کوانتومی دو موضوعی هستند که نتایج تحقیقات در باره‌ی آنها بسیار امیدبخش است.
بلورهای فوتونیک موادی هستند با یک متغییر تناوبی در شاخص انکساری با یک شبکه که نصف طول‌موج نوری است که مورد استفاده قرار می‌گیرد.
این بلورها شبیه نیمه‌رساناها عمل می‌کنند،
در این عرصه بلورهای فوتونیک و نقاط کوانتومی دو موضوعی هستند که نتایج تحقیقات در باره‌ی آنها بسیار امیدبخش است.
بلورهای فوتونیک موادی هستند با یک متغییر تناوبی در شاخص انکساری با یک شبکه که نصف طول‌موج نوری است که مورد استفاده قرار می‌گیرد.
این بلورها شبیه نیمه‌رساناها عمل می‌کنند، با این تفاوت که نیمه‌رساناها با الکترون‌ها سروکار دارند ولی این بلورها با نور و فوتون‌ها.

کامپیوترهای کوانتمی
تمام دستاوردهای جدید در زمینه‌ی کامپیوتر از قوانین کوانتم برایکامپیوترهای کوانتمی جدید استفاده می‌کند. این کامپیوترها سبب کوتاه شدن زمان انجام الگوریتم می‌شوند.

کالاهای مصرفی
نانوتکنولوژی به سرعت بازار کالاهای مصرفی را با تولید محصولاتی با کارایی‌های نوین تحت سلطه‌ی خود در می‌آورد:

مواد غذایی
نانوتکنولوژی در زمینه‌ی تولید، فناوری و بسته‌بندی محصولات غذایی مورد استفاده قرار می‌گیرد. فرآیند پوشش توسط نانوکامپوزیت‌ها می‌تواند صنعت بسته‌بندی غذاها را دگرگون کند. این روش بدین ترتیب انجام می‌شود که عوامل ضد میکروب به طور مستقیم در سطح لایه‌ی پوشش قرار می‌گیرند. نانوکامپوزیت‌ها می‌توانند گذردهی گاز از میان فیلترهای مختلف را به فراخور شرایط و برحسب نیاز برای محصولات مختلف افزایش یا کاهش دهند. ضمنا می‌توانند ویژگی های مکانیکی و مقاومت در برابر گرما را بهبود بخشند و نیز میزان عبور اکسیژن را کاهش دهند.
 

محصولات خانگی
برجسته‌ترین کاربرد فناوری اطلاعات تولید شیشه‌ها یا سرامیک‌هایی با سطوح خودتمیزکن (Self-Cleaning) است.
ذرات نانو سرامیک همواری و مقاومت گرمایی ابزارهای متداول خانگی را بهبود می‌بخشد.

نور
نانواپتیک امروزه می‌تواند دقت انواع اعمال جراحی بر روی چشم به کمک لیزر را افزایش دهد.

منسوجات
با استفاده از نانوالیاف لباس‌های ضدآب، ضدلک و ضد چروک تولید می‌شود. چنین لباس‌هایی نیاز به شستشوی کمتری و نیز نسبت به لباس‌‌های معمولی با آب با دمای کمتری شسته می‌شوند.
 

منبع : حامیان ولایت