| نانوتكنولوژي و کاربرد آن در صنایع مختلف | |
| تعداد صفحات | ۸۲ |
| نوع فایل | Word |
| حجم فایل | ۳۸۸ kb |
نانوتكنولوژي و کاربرد آن در صنایع مختلف
در این قسمت پروژه با موضوع نانوتكنولوژي و کاربرد آن در صنایع مختلف به صورت فایل word برای دانلود ارائه شده است.
قسمتی از متن پروژه در زیر نشان داده شده است.
نانوتكنولوژي چيست؟
نانوتكنولوژي توليد كارآمد مواد و دستگاهها و سيستمها با كنترل ماده در مقياس طولي نانومتر، و بهره برداري از خواص و پديده هاي نوظهوري است كه در مقياس نانو توسعه يافته اند.
يك نانومتر چقدر است؟
يك نانومتر يك ميلياردم متر (۹-m 10) است. اين مقدار حدوداً چهار برابر قطر يك اتم است. مكعبي با ابعاد ۵/۲ نانومتر ممكن است حدود ۱۰۰۰ اتم را شامل شود. كوچكترين IC هاي امروزي با ابعادي در حدود ۲۵۰ نانومتر در هر لايه به ارتفاع يك اتم، حدود يك ميليون اتم را در بردارند. در مقايسه يك جسم نانومتري با اندازه اي حدود ۱۰ نانومتر، هزار برابر كوچكتر از قطر يك موي انسان است.
امكان مهندسي در مقياس مولكولي براي اولين بار توسط ريچارد فاينمن (R.Feynnman)، برنده جايزه نوبل فيزيك، مطرح شد. فين من طي يك سخنراني در انستيتو تكنولوژي كاليفرنيا در سال ۱۹۵۹ اشاره كرد كه اصول و مباني فيزيك امكان ساخت اتم به اتم چيز ها را رد نمي كند. وي اظهار داشت كه مي توان با استفاده از ماشين هاي كوچك ماشين هايي به مراتب كوچك تر ساخت و سپس اين كاهش ابعاد را تا سطح خود اتم ادامه داد. همين عبارت هاي افسانه وار فاينمن من راهگشاي يكي از جذاب ترين زمينه هاي نانو تكنولوژي يعني ساخت روبوت هايي در مقياس نانو شد. در واقع تصور در اختيار داشتن لشكري از نانوماشين هايي در ابعاد ميكروب كه هر كدام تحت فرمان يك پردازنده مركزي هستند ، هر دانشمندي را به وجد مي آورد. در روياي دانشمنداني مثل جي استورس هال (J.Storrs Hall) و اريك دركسلر (E.Drexler) اين روبوت ها يا ماشين هاي مونتاژكن كوچك تحت فرمان پردازنده مركزي به هر شكل دلخواهي درمي آيند. شايد در آينده اي نه چندان دور بتوانيد به كمك اجراي برنامه اي در كامپيوتر، تختخوابتان را تبديل به اتومبيل كنيد و با آن به محل كارتان برويد.
چرا اين مقياس طول اينقدر مهم است؟
خواص موجي شكل (مكانيك كوآنتمي) الكترونهاي داخل ماده و اثر متقابل اتمها با يكديگر از جابجايي مواد در مقياس نانومتر اثر مي پذيرند. با توليد ساختارهايي در مقياس نانومتر، امكان كنترل خواص ذاتي مواد ازجمله دماي ذوب، خواص مغناطيسي، ظرفيت بار و حتي رنگ مواد بدون تغيير در تركيب شيميايي بوجود مي آيد. استفاده از اين پتانسيل به محصولات و تكنولوژيهاي جديدي با كارايي بالا منتهي مي شود كه پيش از اين ميسر نبود. نظام سيستماتيك ماده در مقياس نانومتري، كليدي براي سيستمهاي بيولوژيكي است. نانوتكنولوژي به ما اجازه مي دهد تا اجزاء و تركيبات را داخل سلولها قرارداده و مواد جديدي را با استفاده از روشهاي جديد خود_اسمبلي بسازيم. در روش خود_اسمبلي به هيچ روبات يا ابزار ديگري براي سرهم كردن اجزاء نيازي نيست. اين تركيب پرقدرت علم مواد و بيوتكنولوژي به فرايندها و صنايع جديدي منتهي خواهد شد.
ساختارهايي در مقياس نانو مانند نانوذرات و نانولايه ها داراي نسبت سطح به حجم بالايي هستند كه آنها را براي استفاده در مواد كامپوزيت، واكنشهاي شيميايي، تهيه دارو و ذخيرة انرژي ايده ال مي سازد. سراميك هاي نانوساختاري غالباً سخت تر و غيرشكننده تر از مشابه مقياس ميكروني خود هستند. كاتاليزورهاي مقياس نانو راندمان واكنشهاي شيميايي و احتراق را افزايش داده و به ميزان چشمگيري از مواد زائد و آلودگي آن كم مي كنند. وسايل الكترونيكي جديد، مدارهاي كوچكتر و سريعتر و … با مصرف خيلي كمتر مي توانند با كنترل واكنش ها در نانوساختار بطور همزمان بدست آيند. اينها تنها اندكي از فوايد و مزاياي تهيه مواد در مقياس نانومتر است.
منافع نانوتكنولوژي چيست؟
مفهوم جديد نانوتكنولوژي آنقدر گسترده و ناشناخته است كه ممكن است روي علم و تكنولوژي در مسيرهاي غيرقابل پيش بيني تأثير بگذارد. محصولات موجود نانوتكنولوژي عبارتند از: لاستيكهاي مقاوم در برابر سايش كه از تركيب ذرات خاك رس با پليمرها بدست آمده اند، شيشه هايي كه خودبخود تميز ميشوند, مواد دارويي كه در مقياس نانو ذرات درست شده اند، ذرات مغناطيسي باهوش براي پمپهاي مكنده و روان سازها, هد ديسكهاي ليزري و مغناطيسي كه با كنترل دقيق ضخامت لايه ها از كيفيت بالاتري برخوردارند، چاپگرهاي عالي با استفاده از نانو ذرات با بهترين خواص جوهر و رنگ دانه و …
قابليتهاي محتمل تكنيكي نانوتكنولوژي عبارتند از :
- محصولات خوداسمبل
- كامپيوترهايي با سرعت ميلياردها برابر كامپيوترهاي امروزي
- اختراعات بسيار جديد ( كه امروزه ناممكن است)
- سفرهاي فضايي امن و مقرون به صرفه
- نانوتكنولوژي پزشكي كه درواقع باعث ختم تقريبي بيماريها، سالخوردگي و مرگ و مير خواهد شد.
- دستيابي به تحصيلات عالي براي همه بچه‌هاي دنيا
- احياء و سازماندهي اراضي
كامپيوترها اطلاعات را تقريبا” بدون صرف هيچ هزينه اي باز توليد مي‌نمايند. اقداماتي در دست اجراست تا دستگاههايي ساخته شوند كه تقريبا” بدون هزينه – شبيه عمل بيت ها در كامپيوتر – اتمها را به صورت مجزا بهم اضافه كنند ( كنار هم قرار دهند). اين امر ساختن اتوماتيك محصولات را بدون نيروي كار سنتي همانند عمل كپي در ماشين هاي زيراكس ميسر مي كند. صنعت الكترونيك با روند كوچك سازي احياء مي گردد وكار در ابعاد كوچكتر منجر به ساخت ابزاري ميشود كه قادر به دستكاري اتمهاي منفرد مثل پروتئين ها در سيب زميني و همانندسازي اتمهاي خاك، هوا و آب از خودشان مي گردد.
پيوند علم مواد ، شيمي و علوم مهندسي كه نانوتكنولوژي ناميده ميشود عرصه اي را بوجود مي آورد كه ماشين آلات خود تكثيركننده و محصولات خود اسمبل از اتمهاي اوليه ارزان ساخته شوند.
نانوتكنولوژي توليد مولكولي يا به زبان ساده‌تر ، ساخت اشياء اتم به اتم، مولكول به مولكول توسط بازوهاي روبات برنامه‌ريزي شده در مقياس نانومتريك است و نانومتر يك ميلياردم متر است (پهناي معادل با ۳ تا ۴ اتم). نانوتكنولوژي ساخت ابزارهاي نوين مولكولي منحصر به فرد با بكارگيري خواص شيميايي كاملا” شناخته شده اتمها و مولكولها ( نحوه پيوند آنها به يكديگر) را ارائه مي‌دهد. مهارت مطرحه در اين تكنولوژي دستكاري اتمها بطور جداگانه و جاي دادن دقيق آنان در مكاني است كه براي رسيدن به ساختار دلخواه و ايده‌آل مورد نياز مي باشد. اين قابليت تقريبا” حاصل شده است.
بازده پيش‌بيني شده از تسلط بر اين تكنولوژي بسيار فراتر از موفقيتهايي است كه تاكنون انسان بدانها نائل شده است.
دكترDrexler در همايش جهاني نظام علمي در زمينه نانوتكنولوژي اظهار كرده است:
“در جهان اطلاعات ، تكنولوژيهاي ديجيتالي كپي‌برداري را سريع، ارزان، كامل و عاري از هزينه‌بري يا پيچيدگي محتوايي نموده‌اند. حال اگر همين وضعيت در جهان ماده اتفاق بيافتد چه ميشود. هزينه توليد يك تن تري بيت تراشه‌هاي RAM تقريبا” معادل با هزينه بري ناشي از توليد همان مقدار فولاد ميشود”.
دكترSmalley رئيس هيئت تحقيقاتي دانشگاه رايس و كاشف Buckyballs مي‌گويد:
” نانوتكنولوژي روند زيانبار ناشي از انقلاب صنعتي را معكوس خواهد كرد”.
در مقدمه مقاله نانوتكنولوژي كه توسط آقايان Peterson و Pergamit در سال ۱۹۹۳ نگاشته شده چنين آمده است :
” تصور كنيد قادريد با نوشيدن دارو كه در آب ميوه مورد علاقه‌تان حل شده است سرطان را معالجه كنيد . يك ابر كامپيوتر را كه به اندازه يك سلول انسان است در نظر بگيريد. يك سفينه فضايي ۴ نفره كه به دور مدار زمين مي‌گردد با هزينه‌اي در حدود يك خودروي خانوادگي تجسم كنيد” .
موارد فوق، فقط تعداد محدودي از محصولات انتظار رفته از نانوتكنولوژي هستند. انسان در معرض يك انقلاب اجتماعي تسريع شده و قدرتمند است كه ناشي از علم نانوتكنولوژي است. در آينده نزديك گروهي از دانشمندان قادر به ساخت اولين آدم آهني با مقياس نانومتري مي‌گردند كه قادر به همانندسازي است. طي چند سال با توليد پنج ميليارد تريليون نانوروبات ، تقريبا” تمامي فرايندهاي صنعتي و نيروي كار كنوني از رده خارج خواهند شد. كالاهاي مصرفي به وفور يافت‌شده ، ارزان، شيك و با دوام خواهند شد. دارو يك جهش سريع و كوانتومي را به جلو تجربه خواهد نمود. سفرهاي فضايي و همانندسازي امن و مقرون به صرفه خواهند شد. به اين دلايل و دلائلي ديگر، سبكهاي زندگي روزمره در جهان بطور زيربنايي متحول خواهد شد و الگوي رفتاري انسانها تحت‌الشعاع اين روند قرار خواهد گرفت.
تاريخچه فناوري نانو
در طول تاريخ بشر از زمان يونان باستان، مردم و به‌خصوص دانشمندان آن دوره بر اين باور بودند كه مواد را مي‌توان آنقدر به اجزاء كوچك تقسيم كرد تا به ذراتي رسيد كه خردناشدني هستند و اين ذرات بنيان مواد را تشكيل مي‌دهند، شايد بتوان دموكريتوس فيلسوف يوناني را پدر فناوري و علوم نانو دانست چرا که در حدود ۴۰۰ سال قبل از ميلاد مسيح او اولين كسي بود كه واژة اتم را كه به معني تقسيم‌نشدني در زبان يوناني است براي توصيف ذرات سازنده موادبه كاربرد.
با تحقيقات و آزمايش‌هاي بسيار، دانشمندان تاکنون ۱۰۸ نوع اتم و تعداد زيادي ايزوتوپ كشف كرده‌اند. آنها همچنين پي برده اند كه اتمها از ذرات كوچكتري مانند كوارك‌ها و لپتون‌ها تشكيل شده‌اند. با اين حال اين كشف‌ها در تاريخ پيدايش اين فناوري پيچيده زياد مهم نيست.
نقطه شروع و توسعه اوليه فناوري نانو به طور دقيق مشخص نيست. شايد بتوان گفت كه اولين نانوتكنولوژيست‌ها شيشه‌گران قرون وسطايي بوده‌اند كه از قالب‌هاي قديمي(Medieal forges) براي شكل‌دادن شيشه‌هايشان استفاده مي‌كرده‌اند. البته اين شيشه‌گران نمي‌دانستند كه چرا با اضافه‌كردن طلا به شيشه رنگ آن تغيير مي‌كند. در آن زمان براي ساخت شيشه‌هاي كليساهاي قرون وسطايي از ذرات نانومتري طلا استفاده مي‌‌شده است و با اين كار شيشه‌هاي رنگي بسيار جذابي بدست مي‌آمده است. اين قبيل شيشه‌ها هم‌اكنون در بين شيشه‌هاي بسيار قديمي يافت ميشوند. رنگ به‌وجودآمده در اين شيشه‌ها برپايه اين حقيقت استوار است كه مواد با ابعاد نانو داراي همان خواص مواد با ابعاد ميكرو نمي‌باشند.
در واقع يافتن مثالهايي براي استفاده از نانو ذرات فلزي چندان سخت نيست.رنگدانه‌هاي تزييني جام مشهور ليکرگوس در روم باستان ( قرن چهارم بعد از ميلاد) نمونه‌اي از آنهاست. اين جام هنوز در موزه بريتانيا قرار دارد و بسته به جهت نور تابيده به آن رنگهاي متفاوتي دارد. نور انعکاس يافته از آن سبز است ولي اگر نوري از درون آن بتابد، به رنگ قرمز ديده ميشود. آناليز اين شيشه حکايت از وجود مقادير بسيار اندکي از بلورهاي فلزي ريز۷۰۰ (nm) دارد ، که حاوي نقره و طلا با نسبت مولي تقريبا ۱۴ به ۱ است حضور اين نانوبلورها باعث رنگ ويژه جام ليکرگوس گذشته است.
در سال۱۹۵۹ ريچارد فاينمن مقاله‌اي را دربارة قابليتهاي فناوري نانو در آينده منتشر ساخت. باوجود موقعيت‌هايي كه توسط بسياري تا آن زمان كسب‌شده بود، ريچارد. پي. فاينمن را به عنوان پايه گذار اين علم مي‌شناسند. فاينمن كه بعدها جايزه نوبل را در فيزيك دريافت كرد درآن سال در يک مهماني شام كه توسط انجمن فيزيک آمريكا برگزار شده بود، سخنراني كرد و ايده فناوري نانو را براي عموم مردم آشكار ساخت.
عنوان سخنراني وي « فضاي زيادي در سطوح پايين وجود دارد » بود. سخنراني او شامل اين مطلب بود كه مي‌توان تمام دايره‌المعارف بريتانيكا را بر روي يك سنجاق نگارش كرد.يعني ابعاد آن به اندازه۲۵۰۰۰/۱ابعاد واقعيش كوچك مي شود. او همچنين از دوتايي‌كردن اتمها براي كاهش ابعاد كامپيوترها سخن گفت (در آن زمان ابعاد كامپيوترها بسيار بزرگتر از ابعاد كنوني بودند اما او احتمال مي‌داد كه ابعاد آنها را بتوان حتي از ابعاد كامپيوترهاي كنوني نيز كوچكتر كرد. او همچنين در آن سخنراني توسعه بيشتر فناوري نانوراپيش‌بيني نمود.
كاربردهاي نانو تكنولوژي
نانوتكنولوژي به عنوان يك فناوري قدرتمند نوين، توانايي ايجاد انقلاب و تحولات عظيم را در سيستم تامين مواد غذايي و كشاورزي ايالت متحده آمريكا و در گستره جهاني دارد. نانوتكنولوژي قادر است كه ابزارهاي جديدي را براي استفاده در بيولوژي مولكولي و سلولي و همچنين توليد مواد جديدي، براي شناسايي اجرام بيماري زا معرفي نمايد و بنابراين چندين ديدگاه مختلف در نانوتكنولوژي وجود دارد كه مي تواند در علوم كشاورزي و صنايع غذايي، كاربرد داشته باشد. به عنوان مثال امنيت زيستي توليدات كشاورزي و مواد غذايي، سيستمهاي آزاد كننده دارو بر عليه بيماريهاي شايع، حفظ سلامتي و حمايت از محيط زيست از جمله كاربردهاي اين علم مي باشد.
علم نانوتكنولوژي چيست؟
انجمن ملي نوبنياد نانوتكنولوژي كه يك نهاد دولتي در كشور امريكا مي باشد ، واژه نانوتكنولوژي را چنين توصيف مي كند: “تحقيق و توسعه هدفمند، براي درك و دستكاري و اندازه گيريها مورد نياز در سطح موادي با ابعاد در حد اتم”، مولكول و سوپرمولكولها را نانوتكنولوژي مي گويند. اين مفهوم با واحدهايي از يك تا صد نانومتر، همبستگي دارد. دراين مقياس خصوصيات فيزيكي، بيولوژيكي و شيميايي مواد تفاوت اساسي با يكديگر دارند و غالبا اعمال غير قابل انتظار از آنها مشاهده مي شود. در سيستم كشاورزي امروزي، اگردامي مبتلا به يك بيماري خاص شود، مي توان چند روز و حتي چند هفته يا چند ماه قبل علائم نامحسوس بيماري را شناسايي كنند و قبل از انتشار و مرگ و مير كل گله، دامدار را براي اخذ تصميمات مديريتي و پيشگيري كننده آگاه كند و بنابراين مي توان نسبت به مقابله با آن بيماري اقدام نمايد. نانوتكنولوژي به موضوعاتي در مقياس هم اندازه با ويروسها و ساير عوامل بيماري زا مي پردازد و بنابراين پتانسيل بالايي را براي شناسايي و ريشه كني عوامل بيماري زا دارد. نانوتكنولوژي امكان استفاده از سيستمهاي آزاد كننده داروئي را كه بتواند به طور طولاني مدت فعال باقي بماند، فراهم مي كند. طراحي سيستمهاي آزاد كننده مواد دارويي، يك آرزوي و روياي هميشگي محققان براي سيستمهاي رها كننده داروها، مواد مغذي و پروبيوتيكها بوده و مي باشد.
نانوتكنولوژي به عنوان يك فناوري قدرتمند به ما اجازه مي دهد كه نگرشي در سطح مولكولي و اتمي داشته و قادر باشيم كه ساختارهايي در ابعاد نانومتر را بيافرينيم.
براي تعيين و شناسايي بسيار جزئي آلودگيهاي شيميايي، ويروسي يا باكتريايي در كشاورزي و صنايع غذايي معمولا از روشهاي بيولوژيكي، فيزيكي و شيميايي استفاده مي گيرد. در روشهاي اخير نانوتكنولوژي براي استفاده توام اين روشها، يك سنسور در مقياس نانو طراحي كرده اند در اين سيستم جديد، مواد حاصل از متابوليسم و رشد باكتريها با اين سنسورها تعيين مي گردد.
سطوح انتخابي بيولوژيكي، محيطي هايي هستند كه عمده واكنشهاي و فعل و انفعالات بيولوژيكي و شيميايي در آن محيط انجام مي شود. چنين سطوحي همچنين توانايي افزايش يا كاهش قدرت اتصال ارگانيزمها و ملكولهاي ويژه را دارد. از جنبه هاي كاريردي استفاده از اين سطوح، طراحي سنسورها، كاتاليستها، و توانايي جداسازي يا خالص سازي مخلوطهاي بيومولكولها مي باشد.
نانومولكولها موادي هستند كه اخيرا از طريق نانوتكنولوژي به دست آمده اند و يا در طبيعت موجودند و بوسيله اين ساختارها، امكان دستكاريهاي درسطح نانو و تنظيم و كاتاليز واكنشهاي شيميايي وجود دارد. نانو مواد از اجزاي با سايز بسيار ريز تشكيل شده اند و اجزا تشكيل دهنده چنين ساختارهايي بر خواص مواد حاصل در سطح ماكرو تاثير مي گذارد. ساختارهاي كروي توخالي (buckey balls ) كه با نام ديگر فلورن هم شناخته شده اند، مجموعه از اتمهاي كربن متحدالشكل به صورت كروي هستند كه در چنين ساختاري هر اتم كربن به سه اتم كربن مجاورش متصل شده. دانشمندان اكنون به خوبي مي دانند كه چگونه يك چنين ساختاري را به وجود آورند و كاربردهاي بيولوژيكي آن امروزه كاملا شناخته شده است. از جمله كاربردهاي چنين ساختارهايي براي رها سازي دارو يا مواد راديواكتيو در محلهاي مبتلا به عوامل بيماريزا مي باشد.
ايده استفاده از۶۰ اتم كربن به جاي ۸۰ اتم، ساختارهاي توخالي را براي آزاد سازي دارو فراهم مي كند. هدف از اين كار در نهايت رسيدن به گروهاي قابل انحلال پپتيدها در آب مي باشد كه نتيجتا اين مولكولها به جريان خون راه پيدا مي كنند.
نانوتيوپها ساختارهاي توخالي ديگري هستند كه از دو طرف باز شده اند و گروههاي اتمي ديگري به آنها اضافه شده اند و يك ساختار شش گوشه را تشكيل مي دهند. نانوتيوپها مي توانند به عنوان يك ورقه گرافيت در نظر گرفته شوند كه به دور يك لوله پيچيده شده اند.
كاربرد پلي مرهاي سنتزي در داروسازي پيشرفتهاي چشمگيري داشته است. سبكي، نداشتن آثار جانبي و امكان شكل دهي پلي مرها، كاربرد آنها را در زمينه پزشكي و دامپزشكي افزايش داده است. در روشهاي دارورساني مدرن، فرآورده شكل دارويي موثر خود را با يك روند مشخص شده قبلي براي مدت زمان معلوم بطور سيستماتيك به عضو هدف آزاد مي كند. پليمرها نه تنها به عنوان منابع ذخيره دارو و غشا و ماتريكس هاي نگهدارنده عمل مي كنند بلكه مي توانند سرعت انحلال آزاد سازي و تعادل دفع و جذب آزاد را در بدن كنترل كنند.
دندريمر(پلي مر) يك طبقه جديد از مولكولهاي سه بعدي مصنوعي هستند كه از مسير و راه نانوسنتزي به دست آمده اند كه اين دندريمرها از تواليها و شاخه اي تكراري حاصل آمده اند. ساختار چنين تركبيباتي از يك درجه بالاي تقارن برخوردار است.
نقاط كوانتومي، كريستالهايي در مقياس نانومتري هستند كه اساسا در اواسط ۱۹۸۰ براي كاربردهاي اپتوالكترونيك به كاربرده شدند. آنها در طي سنتز شيميايي در مقياس نانو ايجاد مي شوند و از صدها يا هزاران اتم در نهايت يك ماده نيمه هادي معدني تشكيل شده اند كه اين ماده به اتمها خاصيت فلورنس مي دهد. وقتي يك نقطه كوانتومي با يك پرتو نور برانگيخته مي شود آنها دوباره نور را منتشر مي كنند. ميزان يك طيف نشري متقارن باريك مستقيم به اندازه كريستال بستگي دارد. اين بدان معني است كه اجرام كوانتومي مي توانند به خوبي براي انتشار نور در طول موجهاي مختلف طراحي شوند.
فهرست عناوین
نانوتكنولوژي چيست؟
يك نانومتر چقدر است؟
چرا اين مقياس طول اينقدر مهم است؟
منافع نانوتكنولوژي چيست؟
تاريخچه فناوري نانو
كاربردهاي نانو تكنولوژي
نانوتكنولوژي و فراپزشكي
نمونه‌هاي عملي از کاربرد فناوري‌نانو در تصفيه آب
نانو تکنولوژي (فناوري مادون ريز)
پيل سوختي الكلي در ابعاد ميکرو
كاربرد فناوري نانو در صنعت لاستيك
نانو و کاربرد آن در خواص دارويي و درماني
تأثير پيشرفتهاي فناوري نانو بر دارو رساني
آيا بيونانوتكنولوژي با نانوبيوتكنولوژي متفاوت است؟
محصولات و زمينه‌هاي فعاليت بيونانوتکنولوژي
چه انتظاري بايد از نانوتکنولوﮋي داشت؟!
| نانوتكنولوژي و کاربرد آن در صنایع مختلف | |
| تعداد صفحات | ۸۲ |
| نوع فایل | Word |
| حجم فایل | ۳۸۸ kb |