فناوری نانو

واضح آرشیو وب فارسی:سایت ریسک: Mahdi Hero18-02-2007, 01:58 AM۱. پزشکی و بدن انسان: رفتار مولکولی در مقیاس نانومتر، سیستم‌های زنده را اداره می‌کند. یعنی مقیاسی که شیمی]، فیزیک، زیست‌شناسی و شبیه‌سازی کامپیوتری، همگی به آن سمت درحال گرایش هستند. * فراتر از سهل‌شدن استفاده بهینه از دارو، نانوتکنولوژی می‌تواند فرمولاسیون و مسیرهایی برای رهایش دارو(Drug Delivery) تهیه کند، که به‌نحو حیرت‌انگیزی توان درمانی داروها را افزایش می‌دهد. * مواد زیست‌سازگار با کارآیی بالا، از توانایی بشر در کنترل نانوساختارها حاصل خواهدشد. نانومواد سنتزی معدنی و آلی را مثل اجزای فعّال، می‌توان برای اعمال نقش تشخیصی(مثل ذرات کوانتومی که برای مریی‌سازی بکار می‌رود) درون سلو‌ل‌ها وارد نمود. * افزایش توان محاسباتی به‌وسیله نانوتکنولوژی، ترسیم وضعیت شبکه‌های ماکرومولکولی را در محیط‌های واقعی ممکن می‌سازد. اینگونه شبیه‌سازی‌ها برای بهبود قطعات کاشته‌شده زیست‌سازگار در بدن و جهت فرآیند کشف دارو، الزامی خواهدبود. ۱. دوام‌پذیری منابع: کشاورزی، آب، انرژی، مواد و محیط زیست پاک: نانوتکنولوژی منجر به تغییراتی شگرف در استفاده از منابع طبیعی، انرژی و آب خواهد شد و پساب و آلودگی را کاهش خواهدداد. همچنین فنّاوری‌های جدید، امکان بازیافت و استفاده مجدد از مواد، انرژی و آب را فراهم خواهند کرد. در زمینه محیط زیست، علوم و مهندسی نانو، می‌تواند تأثیر قابل ملاحظه‌ای در درک مولکولی فرآیندهای مقیاس نانو که در طبیعت رخ می‌دهد؛ در ایجاد و درمان مسایل زیست‌محیطی از طریق کنترل انتشار آلاینده‌ها؛ در توسعه فنّاوری‌های “سبز” جدید که محصولات جانبی ناخواسته کمتری دارند و یا در جریانات و مناطق حاوی فاضلاب، داشته‌باشد. لازم به ذکراست، نانوتکنولوژی توان حذف آلودگی‌های کوچک از منابع آبی (کمتر از ۲۰۰ نانومتر) و هوا (زیر ۲۰ نانومتر) و اندازه‌گیری و تخفیف مداوم آلودگی در مناطق بزرگ‌تر را دارد. در زمینه انرژی، نانوتکنولوژی می‌تواند به‌طور قابل ملاحظه‌ای کارآیی، ذخیره‌سازی و تولید انرژی را تحت تأثیر قرار داده مصرف انرژی را پایین بیاورد. به عنوان مثال، شرکت‌های مواد شیمیایی، مواد پلیمری تقویت‌شده با نانوذرات را ساخته‌اند که می‌تواند جایگزین اجزای فلزی بدنه اتومبیل‌ها شود. استفاده گسترده از این نانوکامپوزیت‌ها می‌تواند سالیانه ۵٬۱ میلیارد لیتر صرفه‌جویی مصرف بنزین به ‌همراه داشته‌باشد. همچنین انتظار می‌رود تغییرات عمده‌ای در فنّاوری روشنایی در ۱۰ سال آینده رخ دهد. می‌توان نیمه‌هادی‌های مورد استفاده در دیودهای نورانی(LED ها) را به مقدار زیاد در ابعاد نانو تولید کرد. در امریکا، تقریبا” ۲۰% کل برق تولیدی، صرف روشنایی(چه لامپ‌های التهابی معمولی و چه فلویورسنت) می‌شود. مطابق پیش‌بینی‌ها در ۱۰ تا ۱۵ سال آینده، پیشرفت‌هایی از این دست می‌تواند مصرف جهانی را بیش از ۱۰% کاهش دهد که ۱۰۰ میلیارد دلار در سال صرفه‌جویی و ۲۰۰ میلیون تن کاهش انتشار کربن را به‌همراه خواهدداشت. ۱. هواوفضا: محدودیت‌های شدید سوخت برای حمل بار به مدار زمین و ماورای آن، و علاقه به فرستادن فضاپیما برای مأموریت‌های طولانی به مناطق دور از خورشید، کاهش مداوم اندازه، وزن و توان مصرفی را اجتناب‌ناپذیر می‌سازد. مواد و ابزارآلات نانوساختاری، امید حل این مشکل را بوجود آورده‌است. “نانوساختن”(Nanofabrication) همچنین در طرّاحی و ساخت مواد سبک‌وزن، پرقدرت و مقاوم در برابر حرارت، موردنیاز برای هواپیماها، راکت‌ها، ایستگاههای فضایی و سکّوهای اکتشافی سیّاره‌ای یا خورشیدی، تعیین‌کننده است. همچنین استفاده روزافزون از سیستم‌های کوچک‌شده تمام خودکار، منجر به پیشرفت‌های شگرفی در فنّاوری ساخت و تولید خواهدشد. این مسأله با توجه به اینکه محیط فضا، نیروی جاذبه کم و خلأ بالا دارد، موجب توسعه نانوساختارها و سیستم‌های نانو –که ساخت آنها در زمین ممکن نیست- در فضا خواهدشد. ۱. امنیت ملّی: برخی کاربردهای دفاعی نانوتکنولوژی عبارت‌اند از: تسلط اطّلاعاتی از طریق نانوالکترونیک پیشرفته به‌عنوان یک قابلیت مهم نظامی، امکان آموزش مؤثّرتر نیرو، به کمک سیستم‌های واقعیت مجازی پیچیده‌تر حاصله از الکترونیک نانوساختاری، استفاده بیشتر از اتوماسیون و رباتیک پیشرفته برای جبران کاهش نیروی انسانی نظامی، کاهش خطر برای سربازان و بهبود کارآیی خودروهای نظامی، دستیابی به کارآیی بالاتر(وزن کمتر و قدرت بیشتر) موردنیاز در صحنه‌های نظامی و در عین‌حال تعداد دفعات نقص فنّی کمتر و هزینه کمتر در عمر کاری تجهیزات نظامی، پیشرفت در امر شناسایی و در نتیجه مراقبت عوامل شیمیایی، زیستی و هسته‌ای، بهبود طرّاحی در سیستم‌های مورد استفاده در کنترل و مدیریت عدم تکثیر سلاح‌های هسته‌ای، تلفیق ابزارهای نانو و میکرومکانیکی جهت کنترل سیستم‌های دفاع هسته‌ای. در بسیاری موارد، فرصت‌های اقتصادی و نظامی مکمّل هم هستند. کاربردهای دراز مدت نانوتکنولوژی در زمینه‌های دیگر، پشتیبانی کننده امنیت ملّی است و بالعکس. ۱. کاربرد نانوتکنولوژی در صنعت الکترونیک ذخیره‌سازی اطلاعات در مقیاس فوق‌‌العاده کوچک: با استفاده از این فناوری می‌توان ظرفیت ذخیره‌سازی اطلاعات را در حد ۱۰۰۰ برابر یا بیشتر افزایش داد و نهایتاً به ساخت ابزارهای ابرمحاسباتی به کوچکی یک ساعت مچی منتهی شود. ظرفیت نهایی ذخیره اطلاعات به حدود یک ترابیت در هر اینچ مربع برسد، و این امر موجب ذخیره‌ سازی ۵۰ عدد DVD یا بیشتر در یک هارد دیسک با ابعاد یک کارت اعتباری می‌شود. ساخت تراشه‌ها در اندازههای فوقالعاده کوچک به‌عنوان مثال در اندازههای ۳۲ تا ۹۰ نانومتر، تولید دیسک‌های نوری ۱۰۰ گیگابایتی در اندازه‌های کوچک نیز میباشد. ۱. شکل‌گیری بازارهای بسیار بزرگ شواهد موجود نشان می‌دهد که درصد بالایی از بازارهای محصولات مختلف متکی بر نانوتکنولوژی خواهد بود و به همین دلیل دولت‌ها و شرکت‌های بزرگ و کوچک به دنبال کسب جایگاهی برای خود در این بازارها هستند. میهیل روکو، رییس کمیته علوم و فناوری نانو در ریاست‌جمهوری آمریکا طی مقاله‌ای در ماه می‌‌سال ۲۰۰۱، پتانسیل نانوتکنولوژی برای تغییر چشمگیر در اقتصاد جهانی را یادآوری نموده است. بر مبنای پیش‌بینی وی و بخش دیگری از صاحب‌نظران در ده الی ۱۵ سال آینده نانوتکنولوژی بازار نیمه‌هادی را به طور کامل تحت تأثیر قرار خواهد داد. خبرهایی نیز که اخیراً از شرکتهای اصلی سازنده پردازنده‌های کامپیوتر در آمریکا و ژاپن منتشر شده است، از ورود پردازنده‌های حاوی یک میلیارد نانوترانزیستور تا قبل از ۱۰ سال آینده حکایت دارد. به عنوان مثال شرکت اینتل اعلام نموده است که در سال ۲۰۰۷ پردازنده‌های متکی بر نانوترانزیستور را با قدرت و سرعت بسیار بیشتر و مصرف کمتر نسبت به آخرین دستاوردهای امروزی نیمه‌هادی‌ها وارد بازار خواهد کرد. در بخش دارو نیز پیش‌بینی شده است تا ۱۰ الی ۱۵ سال آینده نیمی از این صنعت متکی بر نانوتکنولوژی خواهد بود که خود نیاز به وسایل تزریق جدید و آموزشهای پزشکی روزآمد خواهد داشت یا در مورد موادشیمیایی، فقط ذکر بازار ۱۰۰ میلیارد دلاری کاتالیست‌ها که تا ۱۰ سال آینده به طور کامل متکی بر کاتالیست‌های نانوساختاری خواهد بود، برای نشان دادن اهمیت بحث کافی است. از هم‌اکنون بازار بزرگی برای بکارگیری مواد جدید در محصولات فعلی در حال شکل‌گیری است. موادی که می‌توانند خواص جدید و فوق‌العاده‌ای به محصولات موجود بخشیده و موجب کاهش قیمت آنها شوند. به عنوان نمونه نانولوله‌های 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. در کنار این پیش‌بینی‌ها، این سؤال باید مطرح شود که جایگاه کشورهایی که به نانوتکنولوژی دسترسی ندارند، در بازارهای آینده و اقتصاد جهانی چه خواهد بود. با توجه به اینکه سهم هر کشور یا بنگاه در زمان شکل‌گیری یک بازار تثبیت می‌شود، زمان سرمایه‌گذاری برای رسیدن به جایگاه مناسب، همین امروز است. شاخه‌های اصلی در دسته‌بندی علوم نانویی، همچنان مسایل حل نشدهٔ زیادی وجود دارد. اما شاخه‌هایی که در زیر آورده شده‌اند، اساس نانو تکنولوژی را تشکیل می‌دهند: * نانو روکش‌ها * نانو مواد o نانو پودرها o نانو لوله‌ها(نانو تیوب‌ها) o نانو کامپوزیت‌ها * مهندسی مولکولی o موتورهای مولکولی(نانو ماشین‌ها) * نانو الکترونیک o نانو سنسورها o نانو ترانزیستورها زمینه‌های کاربرد علم مواد، شیمی و علوم مهندسی Mohammad Hosseyn18-02-2007, 07:38 AMگامى ديگر در نانوتكنولوژى مولكول هاى DNA به طور طبيعى از رشته هايى از چهار نوع باز متصل به يك پايه قند _ فسفات تشكيل شده اند. اين تركيب حاوى دستورالعمل ساخت پروتئين هايى است كه فرآيند حيات را ميسر مى سازند. اما مولكول هاى DNA مصنوعى را مى توان وادار به مونتاژ خود به خودى در الگوهاى گوناگون كرد. همچنين مى توان آنها را به گونه اى تحريك كرد كه به اشيايى مثل نانوتيوب هاى كربن متصل شوند. نانوتيوب هاى كربن ورقه هاى غلت خورده استوانه اى شكلى از اتم هاى كربن اند كه خواص الكتريكى فوق العاده اى دارند و مى توان آنها را در ابعادى هزار بار كوچكتر از باكترى ساخت. در واقع با اعمال طراحى درست، مولكول هاى DNA قادر به مونتاژ اشيا خواهند بود. محققان دانشگاه دوك در نظر دارند به كمك مجموعه اى از ابزارهاى CAD (طراحى به كمك كامپيوتر)، فرآيند مونتاژ اجزاى مولكولى را در طراحى مدارهاى كامپيوترى كه از نانوتيوب هاى كربن مونتاژ شده توسط DNA مصنوعى ساخته مى شوند، ساده سازى كنند. چنين مدارهايى در مقياس مولكولى كه محصول مونتاژ خود به خودى اند بايد بتوانند نسبت به كامپيوترهايى كه براساس تكنولوژى هاى امروز تراشه سازى مبتنى بر سيليكون توليد مى شوند، دستگاه هايى به مراتب ارزان تر و كارآمدتر ارائه دهند. به گفته كريس دوير (Dwyer.C)، استاديار مهندسى برق و كامپيوتر در دانشگاه دوك، «اين ابزارها امكان طراحى مدارهاى كامپيوترى كه بتوانند به طور خودكار توسط مولكول هاى DNA مونتاژ شوند را فراهم مى كند. در واقع به كمك ابزارهاى ما است كه با تكيه بر فرآيند مونتاژ خودبه خودى DNA و نانوتيوب هاى كربن، طراحى و ارزيابى مدارها امكان پذير مى شود». اين ابزارها براى ساخت مدارهاى كامپيوترى با چگالى 2500 ترانزيستور در هر ميكرون مربع طراحى شده اند. اين چگالى حدود 30 برابر بزرگتر از تراكمى است كه با استفاده از تكنولوژى هاى تراشه سازى فعلى در مدارهاى كامپيوترى اعمال مى شود. به عبارت ديگر 2500 ترانزيستور در هر ميكرون مربع يعنى 250 ميليارد ترانزيستور در هر سانتى متر مربع. ترانزيستورها به شكل گيت هاى منطقى آرايش مى يابند سپس با تلفيق ميليون ها گيت با يكديگر مدارهاى پيچيده اى به وجود مى آيند كه وظيفه ذخيره و پردازش اطلاعات در كامپيوتر را به عهده دارند. بنابراين توانايى مونتاژ ترانزيستورهاى نانوتيوبى منفرد، پيش نياز دستيابى به تكنولوژى تراشه سازى بر پايه نانوتيوب ها است. در واقع كليد اين معما دريافتن روش هايى براى تلفيق آنها به شكل مدارهاى منطقى است. به تازگى تيم تحقيقاتى ديگرى از دانشگاه دوك موفق به ساخت ابزارهايى شده اند كه از چهارچوب DNA بهره مى گيرند. در واقع مى توان اين ابزارها را پايه اى براى مدارهاى نانوتيوبى دانست. اين چارچوب محصول تور مانندى از مونتاژ خودبه خودى مولكول هاى DNA مصنوعى است كه عرض حفره هاى آن به 20 نانومتر مى رسد.به اعتقاد دوير اين تكنولوژى هنوز در آغاز راه است و اين چارچوب و ديگر ابزارها به موازات يكديگر توسعه مى يابند. به گفته وى «زمانى كه تكنولوژى چارچوب DNA مهيا شود ما بايد بتوانيم درباره كارايى اين دستگاه و نوع معمارى كامپيوترى خاصى كه ما را به آن سمت مى كشاند، به درستى بينديشيم تا امكان تصميم گيرى هاى استراتژيك سطح بالايى مثل تعيين چگونگى بازسازى جريان اطلاعات و اجراى محاسبات فراهم شود.» در معمارى مدار نانوتيوب _ DNA محققان دانشگاه دوك، براى اتصال انتهاهاى نانوتيوب هاى كربن به نقاطى در چارچوب DNA از جفت هايى از توالى هاى مكمل در DNA استفاده شده است. در واقع اتصال نانوتيوبى نيمه رسانا در امتداد خط مركزى يكى از حفره ها و اتصال نانوتيوب فلزى ديگرى در راستاى عمود بر اولى منجر به يك ترانزيستور اثر ميدانى خواهد شد. ابزارهاى اين محققان نيز مثل ابزارهاى سنتى طراحى به كمك كامپيوتر امكان طراحى منفرد قطعات دستگاه مثل گيت هاى منطقى، اتصال آنها براى تشكيل سيستم كامل، ايجاد طرح اوليه مدار و توليد يك توالى از مراحل مونتاژ را در اختيار كاربران قرار مى دهد. اين ابزار از مدل هاى تخصص يافته اى بهره مى گيرد كه مى تواند عملكرد مدارها براساس رفتار ترانزيستور نانوتيوبى در سيگنال هاى كوچك را به طور تقريبى نشان دهد. به گفته دوير «ما به كمك اين ارزيابى قادريم سرعت و ميزان مصرف انرژى طراحى هايمان را تخمين بزنيم.» براى آن كه بتوان بهترين تكنولوژى ممكن را براساس نانوالكترونيك و به ويژه فرآيند مونتاژ خودبه خودى ساخت بايد به گونه اى ديگر درباره مدارها و چگونگى انجام محاسبات انديشيد. به گفته دوير «ابزارهاى ما زيربنايى براى طراحى هاى آينده اند. گام بعدى محققان استفاده از آنها در طرح هاى ساده است. ما هم اكنون مشغول مونتاژ شبكه ساده اى از DNA هستيم كه اساساً مى تواند براى يك گيت NAND مناسب باشد.» گيت NAND يا Not AND يكى از عناصر زيربنايى در مدارهاى كامپيوترى به شمار مى رود. اين گيت شامل دو سيگنال ورودى و يك سيگنال خروجى است كه در صورت يك بودن هر يك از سيگنال هاى ورودى، سيگنال خروجى صفر خواهد بود.يكى از چالش هاى موجود در راه توسعه تكنولوژى DNA اين حقيقت است كه هر چه چارچوب DNA بزرگتر باشد، تعداد توالى هاى منحصر به فرد موردنياز براى مدار بيشتر خواهد بود. به گفته دوير «محققان به دنبال راهى هستند تا تعداد كل توالى هاى موردنياز را كاهش دهند» اما با اين حال به نظر نمى رسد ابزارهاى طراحى به كمك كامپيوتر تا پيش از پنج يا ده سال آينده قادر به ساخت نانوتيوب باشند. منبع ::www.sharghnewspaper.com سایت ما را در گوگل محبوب کنید با کلیک روی دکمه ای که در سمت چپ این منو با عنوان +1 قرار داده شده شما به این سایت مهر تأیید میزنید و به دوستانتان در صفحه جستجوی گوگل دیدن این سایت را پیشنهاد میکنید که این امر خود باعث افزایش رتبه سایت در گوگل میشود

این صفحه را در گوگل محبوب کنید

[ارسال شده از: سایت ریسک]

[مشاهده در: www.ri3k.eu]

[تعداد بازديد از اين مطلب: 308]