nanoscience
نانو چیست؟ Nano

نانو چیست؟

 

نانو چیست؟ آیا فکر می کنید نانو یک جسم یا ماده شبیه بقیه مواد است؟ نانو به خودی خود هیچ ماده یا جسم عجیب و غریبی نیست. نانو یک مقیاس برای اندازه گیری است که همچون دیگر مقیاس های اندازه گیری برای سنجش اندازه به کار برده می شود. مقیاسی مثل کیلوگرم، لیتر، متر، درجه سلسیوس، ثانیه و ….

 

در ادامه با تیم علمی تحقیقاتی نانویاب باشید تا از جامع ترین و بروزترین اطلاعات و اخبار روز فناوری نانو در دنیا مطلع شوید

 

کلمه نانو ریشه یونانی «نانس» به معنای کوتوله است.این مقیاس و واحد اندازه گیری بسیار کوچکتر از چیزی است که فکرش را می کنید. در واقع اندازه واحد نانو با چشم قابل مشاهده نیست و اگر بخواهیم ان را با متر بسنجیم به اندازه بسیار کوچکی می رسیم که به زبان ریاضی 10 به توان منفی 9 گفته می شود.

پیشوند های اندازه گیری ISI و ابعاد نانو

 

 

تاریخچه علم نانو 

 

 از حدود نیم قرن پیش محققین شروع به دستکاری آرایش اتمی کردند و این علم را فیزیک اتم نامیدند. ۴۰۰ سال قبل از میلاد مسیح، دموکریتوس فیلسوف یونانی، نخستین بار از واژه اتم (در زبان یونانی به معنای تقسیم نشدنی) جهت وصف ذرات سازنده مواد استفاده نمود، به همین دلیل بعضا از وی بعنوان پدر فناوری نانو نام می برند که از دید دانشمندان نوین اشتباه است! چرا؟؟ 

“ریچارد فاینمن” متولد 1918 در نیویورک  ایالات متحده، ستاره ای برای رشد سریع نانوتکنولوژی شد، او عاشق ریاضیات و علوم بود. فاینمن در سال 1935 به دانشگاه MIT راه یافت و در سال 1939 مدرک کارشناسی در رشته فیزیک و 3 سال بعد، پس از مطالعه بر روی ساخت بمب های اتمی موفق به کسب درجه دکترا از دانشگاه پرینستون شد.

وی از سال 1952 تا سال 1988 که از دنیا رفت به سمت استادی فیزیک در انستیتو تکنولوژی کالیفرنیا ( COLTECH ) به تدریس و تحقیق مشغول بود. دکتر فاینمن در سال 1965، موفق به اخذ جایزه فیزیک نوبل گردید.


او سال 1959، در یک گردهمایی علمی در انجمن فیزیک امریکا، طی سخنرانی مشهورش برای اولین بار ایده فناوری نانو را مطرح کرد. عنوان سخنرانی دکتر فاینمن « فضای زیادی در سطوح پایین وجود دارد» بود.

 


قسمتی از سخنرانی ریچارد فاینمن (پدر علم نانو) را در ادامه می خوانید:

 

من مایلم رشته ای را تشریح کنم که در مورد آن کار بسیار اندکی صورت گرفته و جای رشد و کار بیشتری خواهد داشت. آنچه که امروز می گویم درباره نحوه انجام و کنترل ساختارهایی در مقیاس خیلی کوچک است. ساده ترین مرحله در مسیر سخنرانی من این است که در زیر آنچه ما باور داریم (اتم و مولکول ها)، بدون شک جهانی بسیار کوچکتر وجود دارد… چرا نتوانیم 29 جلد لغت نامه ی بریتانیا را روی سر یک سوزن بنویسیم!؟

قطر سر سوزن یک شانزدهم اینچ است. اگر آن را 25 هزار بار بزرگتر کنیم، سطح آن به اندازه سطح کل صفحات لغت نامه  می شود. بنابراین لازم است همه نوشته های آن را 25 هزاربار کوچکتر کنیم. آیا چنین کاری ممکن است؟ نکته اصلی این است که یاد بگیریم چطور بتوانیم کوچکتر بنویسیم. امروز هیچ روش معینی برای چنین کاری نداریم، اما این کار اینقدرها هم مشکل نیست…

 

ریچارد فاینمن ایده تکنولوژی نانو را مطرح نمود، اما این تفکر او بعد از دو دهه و در اواخر دهه 70 میلادی، توسط  “اریک درکسلر” که دانشجوی مقطع دکترا علوم کامپیوتر بود تکمیل شد و در سال 1986درکسلر اولین مقاله خود را درباره تکنولوژی نانو مولکولی منتشر نمود.

 

امروزه اکثر دانشمندان و دانشجویان از دکتر ریچارد فاینمن بعنوان پدر علم نانو یاد می کنند.


با این گفته ها متوجه شدیم نانو یک علم نوظهور و پدیده ای جدید نیست ولی کاربرد آن در زندگی بسیار پر رنگ تر از گذشته شده است. تکنولوژی های جدیدی که بر پایه همین اندازه بنا شده اند، تاثیری فوق العاده بزرگ در پروسه زندگی بشر داشته اند. ولی شاید هنوز عموم جامعه با این فناوری و مقیاس نانو آشنایی نداشته باشند. اسامی فناوری نانو، نانو تکنولوژی، نانو ذرات همگی اشاره به مفهوم استفاده از مقیاس nano در دستکاری و تغییر مواد دارند.


به بیانی ساده با توجه به مقیاس نانو در می بایم که خواص اتم ها با خواص ماده تفاوت دارد. این تفاوت به لحاظ ساختار فیزیکی، بیولوژیکی و حتی شیمیایی است. همه اتم های یک ماده را به این مقیاس بسنجیم در مقایسه با اتم های دیگری دارای اختلاف ساختاری هستند.

 


اهمیت علم نانو چیست؟

 

 


با ظهور فناوری ها مرتبط با نانو، یافته های علمی دچار تحول زیادی شد. دانشمندان از سه گروه فناوری اطلاعات IT ، نانوتکنولوژی و ژنتیک و زیست فناوری به عنوان تسخیرکنندگان علوم و تکنولوژی های آینده نام می برند. در این راستا هم علوم پزشکی و هم علوم مهندسی به دستاوردهای نوینی دست پیدا کرده اند و این امر گرایش به نانو فناوری را بیشتر نموده است. تکنولوژی نانو را می توان دستکاری و آرایش اتم ها برای ساخت محصول مورد نظر نامید. به این ترتیب خواص فیزیکی، بیولوژیکی و شیمیایی ماده تغییر خواهد کرد. این دستکاری اتمی انرژی بالایی را در مولکول های ماده به وجود می آورد که در نوع خود بی نظیر و شگفت انگیز است.

 

خصوصیات بیشتر مواد اغلب با ترکیبات نانو به طرز چشمگیری تغییر می کنند. کامپوزیت های ساخته شده از ذرات سرامیک در اندازه های نانو یا فلزات کوچکتر از 100 نانومتر می توانند به طور ناگهانی بسیار قوی تر از آنچه پیش بینی می شود توسط مدل های علمی-مواد باشند.
به عنوان مثال ، فلزات با اندازه به اصطلاح دانه در حدود 10 نانومتر به اندازه هفت برابر سخت تر و سفت تر از همتایان معمولی خود با اندازه دانه در صدها نانومتر هستند. دلایل این تغییرات شدید ناشی از دنیای عجیب فیزیک کوانتومی است. خاصیت های عمومی هر ماده صرفاً متوسط ​​تمام نیروهای کوانتومی است که بر همه اتم ها تأثیر می گذارد. هرچه مسائل را کوچکتر و کوچکتر می کنید، در نهایت به جایی می رسید که میانگین آن دیگر کار نمی کند.
 
 

خواص مواد به دو دلیل در مقیاس نانو می توانند متفاوت باشند:

 
در مرحله اول، نانومواد نسبت به همان ماده در ابعاد غیرنانو، سطح مقطع نسبتاً بیشتری دارند. این باعث می شود مواد از نظر شیمیایی واکنشی بیشتری داشته باشند (در بعضی موارد موادی که در فرم بزرگتر بی اثر هستند، در صورت تولید در فرم نانو واکنش پذیر هستند) و بر قدرت یا خصوصیات الکتریکی آنها نیز تأثیر می گذارد.
 
دوم، اثرات کوانتومی می توانند بر رفتار ماده در مقیاس نانو – خصوصاً در خواص نوری، الکتریکی و مغناطیسی مواد تأثیر بگذارند. با کمک فناوری نانو می توان موادی را تولید کرد که از نظر ابعادی نانو هستند ولی با خواص الکتریکی متفاوت تر (به عنوان مثال نانوسیم ها و نانولوله‌ها). یا موادی با خواص جدیدتر در دو بعد(شکل های صفحه مانند شکل نانو، لایه نانو و گرافن ) یا مواد متفاوت در هر سه بعد (مثلاً نانوذرات).
 
 
 

نانو تکنولوژی، قابلیتی جهت توليد مواد، ابزارها و سيستم هاي جديد با دستکاری و  تغییر در سطوح ملکولي و اتمي آنها و بهره گیری از خواص جدیدی است که در آن سطوح ایجاد مي­ شود. از همين تعريف ساده مشخص است که نانوتکنولوژي يک رشته جديد نيست، بلکه رويکرد و دانشی ناب برای تمام رشته هاست.

 

شاید بتوان گفت نانوتکنولوژي کاربردهاي واقعا بیشماری دارد!! در خیلی از مقالات و کتب علمی استفاده از فناوری نانو را در حوزه هاي مختلف: خوراکی و بهداشتی، خودروسازی، صنعت سازه و ساختمان، داروهای جدید و موثر،محيط زيست، تشخيص پزشکي و بيوتکنولوژي، کامپيوتر، الکترونيک، ارتباطات، حمل ­و­نقل، انرژي، مواد، هوا و فضا، امنيت ملي و … برشمرده اند. حال کاربردهای سری و مخفی در حوزه های تسلیحاتی و ژنتیک و نجوم بر ما پوشیده است. کاربردهاي فوق وسیع اين عرصه از علم، اين فنآوري را به ­عنوان يک زمينه علمی فرای دیگر رشته ه­ای علمی و تحقیقاتی مطرح نموده است.

 

در همین سال های جدید تکنولوژی های مرتبط با نانو بسیار کاربردی تر شده و بی شک همه ما در تمام عرصه های زندگی نمونه هایی از آنها را دیده ایم. به همین دلایل  بنظر می رسد که جایگزین شدن علم نانو بجای فیزیک اتم، مناسب تر باشد.

چنانچه از خواص ماده در مقیاس نانو به درستی استفاده شود، تحولات بنیادی در علوم و صد البته زندگی بشر رخ خواهد داد. تولید محصولات مرتبط با این فناوری می توانند نیازهای ضروری انسان را با قیمت کمتری برآورده کنند.

کاهش هزینه های اقتصادی، کاهش مصرف انرژی، افزایش کیفیت محصولات تولیدی و حتی کشاورزی، بالاتر رفتن راندمان کاری در زمان، تغییر در سبک زندگی اجتماعی و شخصی برخی از تاثیرات اساس نانو تکنولوژی بر زندگی همه افراد هستند. بدون تردید این فناوری منجر به تغییر سبک زندگی در همه جهان شده است.

 

📌 کشور عزیزمان ایران در یک دهه اخیر با همت اساتید و دانمشندان مبتکر و پرتوان دانشگاهی در زمینه نانوفناوری به موفقیت های بسیار چشمگیری رسیده است. به طوری که از رتبه  ۲۹ در سال 2012 به رتبه چهارم جهان در سال 2018 رسیده است. ❤

 

 

 ❤ ترجمه و تدوین در تیم تحقیقاتی نانویاب

 ❤ خیلی خوشحال میشیم نظرات یا سوالاتتون رو همین جا در قسمت دیدگاه ها بنویسید