نانوفناوری و پدیده های فیزیکی

واضح آرشیو وب فارسی:پی سی سیتی: نانوفناوری و پدیده های فیزیکی

حتماً تاکنون پیش آمده است که سنگی را به درون دریاچه ای مملو از آب پرتاب کرده یا انداخته باشید.
بیایید امتحان کنیم. لیوانی را پر از آب کنید و روی میز قرار دهید. حال تیله ای را به آرامی درون آب بیندازید. ملاحظه می کنید که تیله در هنگام برخورد با سطح آب سبب پاشیده شدن آب به اطراف می شود. به عبارتی، تیله با ایجاد صدای پولوپ آب را می شکافد و وارد آن می شود. دوباره این کار را با جسمی دیگر امتحان کنید. خواهید دید که شکل پاشیده شدن آب به اطراف متفاوت خواهد بود؛ و حتی اگر با دوربینی حرفه ای از این صحنه ها فیلمبرداری کنید، متوجه خواهید شد که حتی دو شیء یکسان و هم وزن و همجنس را نمی توانید پیدا کنید که به طور یکسان آب را به اطراف پراکنده سازند.
دانشمندان دانشگاه کلودبرنارد لئون در فرانسه در خصوص این پدیده پیچیده مطالعاتی انجام داده اند. آنها در پی یافتن پاسخ این سؤال اند که چرا حتی در حالتی که دو گوی هم اندازه و همشکل و همجنس باشند، باز هم شکل پاشیده شده آب متفاوت است. آنها دریافتند که رفتار ملکولی سطح گویها اینکه آنها آب را جذب یا دفع می کنند - متفاوت است.
این گروه تحقیقاتی آزمایش را با گویهایی از جنس آلومینیوم و فولاد و شیشه تکرار کردند تا گویی را پیدا کنند که بیشترین خاصیت آبدوستی را داشته باشد. پس از انتخاب گوی مناسب (گوی شیشه ای)، گوی را با پراکسید ئیدروژن و اسید سولفوریک و الکل تمیز کردند و آزمایش را انجام دادند. در این حالت، گلوله به آرامی درون آب افتاد و سپس گوی یکسان دیگری را با کمک نانو لایه ای از ماده آبگریز به نام سیلان که تنها به اندازه یک ملکول ضخامت داشت پوشش دادند و آزمایش را تکرار کردند. در این حالت، گوی در هنگام برخورد بشدت آب را به اطراف پاشید. آنها علت این اختلاف را این گونه شرح می دهند: ملکولهای آبگریز سبب می شوند تا هنگام باز شدن ملکولهای آب از یکدیگر حباب هوا ایجاد شود که سبب پاشیده شدن آب به اطراف می شود؛ در حالی که ملکولهای آبدوست شیشه سبب می شوند تا حباب هوا بین سطح ملکولهای شیشه و ملکولهای آب ایجاد نشود. بنابر این، گوی به آرامی و بدون پاشیدن آب به اطراف وارد آب می شود. بنابر این، نانولایه از ایجاد حباب هوا جلوگیری می کند.
یافته های این گروه آزمایشی ثابت می کند که در کاستن از شدت پاشش آب به اطراف عامل سرعت نیز ممکن است مؤثر باشد؛ به گونه ای که هر چه سرعت ورود جسم به آب بیشتر باشد فرصت کمتری برای ایجاد حباب هوا و در نتیجه پاشیده شدن آب به اطراف وجود خواهد داشت.
خوب حالا که دلیل آن را متوجه شدیم، بیایید این کار را با اجسام مختلف امتحان کنیم. فراموش نکنیم که هر چه ملکولهای جسم آبگریزتر باشد آب بیشتری به اطراف پخش می شود.
مواظب باشید خیس نشوید.

کاربرد نانو در زندگی روزمره(1)

شاید 50 سال پیش که ریچارد فاینمن در سخنرانی معروف خود، داستان تخیلی و جذاب‌اش با عنوان "آن پایین فضای بسیار هست 1" را با آب و تاب تعریف می‌کرد و در آن اتم‌ها را مثال اسبا‌ب‌بازی‌هایی به دست آدم‌های قصه‌اش می‌سپرد تا با آن هرچه می‌خواهند بسازند و هرجور می‌خواهند زندگی کنند، گمان نمی‌کرد روزی در همین نزدیکی‌ها، این داستان به واقعیت بدل شود، و امروزه روز همان آدم‌ها از قصه بیرون بیایند و به دنیاهای وسیع و روشن آن پایین سفر کنند.

http://img.tebyan.net/big/1389/02/135325410361902461581662252617346209220169.jpg

اکنون، و بعد از گذشت نیم قرن، آدم‌های قصه با سفر به دنیای نانو، «زبان ِ اتم‌»‌ها را فراگرفته‌اند و می‌دانند چگونه ساخت مواد را اتم به اتم آغاز کنند و با دست‌کاری و بهبودشان، به چیزی که می‌خواهند دست یابند.
زبان اتم‌ها به ما می‌گوید که نحوه‌ی چیدمان و کنارهم قرارگرفتن‌شان، تا چه اندازه بر خواص و ویژگی‌ها و رفتار مولکول، و در نهایت مواد تشکیل شده از آن‌ها، اثرگذار خواهد بود. فناوری نانو و ابزارهای‌اش امکان رسیدن به مواد،‌ ابزار و سیستم‌هایی با خواص دل‌خواه و کارآمدی لازم را برای‌مان فراهم می‌نماید. تا آن‌جا که امروزه در پیرامون ما به هر طرف که روی بگردانیم از غذایی که می‌خوریم و لباسی که می‌پوشیم تا دارو و ماشین و کرم‌های پوستی که استفاده می‌کنیم، نانوذرات، نانوکامپوزیت و نانوموادی را می‌بینیم که از آزمایشگاه‌ها و مراکز تحقیقاتی بیرون آمده و با ما در زندگی روزانه‌مان زیست می‌کنند.
البته به هیچ‌وجه نباید تصور کرد که فناوری نانو اختراع قرن حاضر است. بل‌که نانو و قوانین حاکم بر آن، همواره جزیی از طبیعت‌ بوده است و حالا ما با الهام از همین طبیعت، به کشفی عظیم برای ساخت و پرداخت دنیا‌ی‌مان دست ‌یافته‌ایم. به طور مثال: سطح برگ لوتوس2(یک نوع نیلوفر آبی) از پرز‌های بسیار ریزی در مقیاس نانومتر پوشیده شده است. این پرزها که آب‌گریز نیز می‌باشند، سبب تجمع ذرات آب به شکل دانه‌های تسبیح می‌شوند. وقتی دانه‌ها به قدر کافی بزرگ و تبدیل به قطره شد، شروع به غلتیدن و لیزخوردن از سطح برگ می‌نماید (شکل 1). گفتنی ا‌ست که آلودگی‌ها و گرد و غبار نیز درون این قطره‌ها معلق شده و همراه آب به پایین می‌غلتند. بنابراین، سطح برگ همواره تمیز خواهد ماند. با تقلید از این پدیده، شیشه‌ها و پارچه‌هایی ساخته شد که «خودتمیزشونده3 » نام گرفت. بر روی سطح این محصولات، همانند برگ نیلوفر آبی، یک لایه نازک نانومتری از دی‌اکسیدتیتانیوم و یا دی‌اکسیدسیلیسیم کشیده شده که مانع از جذب آب و آلودگی‌ها می‌گردد.

http://img.tebyan.net/big/1389/02/1672071674996112301367521416097245228237178.jpg

شکل 1. سطح برگ لوتوس

حال، اجازه بدهید برای آشنایی ملموس با دنیای نانو و حضور آن در زندگی روزانه‌مان به ذکر چند نمونه بپردازم:

نانو و غذایی که می‌خورید

نگه‌داری، بسته‌بندی و جلوگیری از فساد و تخریب مواد غذایی در مقابل انواع باکتری‌ها و قارچ‌ها، و محافظت از آن‌ها در برابر نور و رطوبت، از جمله معضلات اصلی و همیشگی مواد غذایی بوده که موجب خسارت فراوان در این زمینه شده است. امروزه ظروفی که با استفاده از فناوری نانو ساخته می‌شوند، خواص ضدمیکروبی بالایی در مقابل انواع باکتری‌ها و قارچ‌ها دارند. این خواص به دلیل حضور نانوذرات آنتی‌باکتریال در مواد تشکیل دهنده‌ی ظروف می‌باشد.
نگه‌داری مواد غذایی در ظروفی که با نانوذرات نقره ساخته می‌شود، از رشد باکتری‌ها جلوگیری کرده و غذا را به مدت طولانی‌تری در مقایسه با ظروف معمولی نگه‌داری می‌نماید. این ظروف قادر هستند میوه‌ها، سبزیجات، داروها، نان،‌ پنیر، سس و گوشت را در مدت طولانی‌تری، بدون تغییر رنگ و مزه و خواص غذایی‌شان نگه‌داری کنند.
افزودن ترکیباتی مانند نانوذرات دی‌اکسید سیلیس به پوشش‌های پلاستیکی بسته‌بندی و ظروف نگه‌داری مواد غذایی، سبب مقاوم شدن آن‌ها در مقابل پارگی شده و نفوذپذیری آن‌ها را در برابر بخار آب، اکسیژن و پرتو فرابنفش کاهش می‌دهد. از این رو، این بسته‌های پلاستیکی می‌تواند غذا را سالم‌تر و تازه‌تر محافظت نماید.
از طرفی، تولید بسته‌بندی‌های هوشمند می‌تواند ما را از فساد مواد غذایی آگاه سازد. این نوع بسته‌بندی شامل نانوحسگرهایی‌ست که نسبت به گازهای متصاعد شده از مواد غذایی فاسد، به شدت حساس بوده و تغییر رنگ می‌دهند. این تغییر رنگ، نشانه‌ای از فساد مواد غذایی محسوب می‌شود.

نانو و لباسی که می‌پوشید

پارچه‌های ضدلک، ضدآب، ضدچروک، ضدحریق و... همه‌ی این‌ رویاها با فناوری نانو محقق شده است. این پارچه‌ها که با تقلید از طبیعت (برگ لوتوس، پوست سوسک و بال حشرات) بافته می‌شود، در روی سطح خود ناهمواری‌های بسیار کوچکی در مقیاس نانو دارد که مانع از چسبیدن گرد و غبار و دیگر آلاینده‌ها به روی پارچه می‌شوند.

http://img.tebyan.net/big/1389/02/11497157229412132628118150750177212236217.jpg

عرضه‌ی جوراب‌هایی که حاوی نانوذرات نقره می‌باشد، با جلوگیری از رشد انواع باکتری‌ها و قارچ‌ها، بوی بد پا را از بین می‌برد. هم‌چنین، این جوراب، از خارش، سرمازدگی و ترک پاشنه پا، که سبب عفونت در بیماران دیابتی می‌شود، نیز جلوگیری می‌کند.
توزیع نانوذرات سیلیکا در پارچه‌ها سبب ضدحریق شدن آن می‌شود؛ که مصارفی هم‌چون پرده،‌ سرویس‌های اتاق خواب و ... را می‌توان برای آن متصور شد.

1 There is plenty of room in the bottom
2 Lotus

3 Self-cleaning

ادامه دارد...
نویسنده: مریم ملک دار

کاربرد نانو در زندگی روزمره (2)

نانوفناوری؛ پزشکی و خودروسازی

در قسمت قبل درباره کاربردهای روزمره فناوری نانو صحبت کردیم که در این قسمت به ادامه آن می پردازیم:
نانوپزشکی

لابد شما هم مثل من فیلم‌های تخیلی بسیاری را دیده‌اید که در آن انسانی به درون بافت‌های انسان دیگر سفر می‌کرد و از کنار گلبول‌ها و پلاکت‌ها و دیگر اجزای خون عبور می‌نمود. اما امروزه این رویا نیز، در کنار دیگر رویاهای ِ دور انسان، به واقعیت تبدیل شده است. با نانوسیستم‌ها و نانوروبات‌ها خیلی راحت می‌توان به درون بدن رفت، و بافت یا سلول موردنظر را ترمیم کرد.
نانو حتی بر روش‌های درمان بیماری‌ها و دارورسانی نیز اثرات مطلوبی گذارده است. در درمان و دارورسانی دو موضوع مورد توجه قرار می‌گیرد:
1) محافظت دارو تا رسیدن به اندام هدف: در مسیری که دارو تا رسیدن به اندام هدف طی می‌کند، ممکن است به عنوان یک جسم خارجی شناخته شده، و توسط سیستم ایمنی بدن از گردش خون حذف شود و بنابراین، به طور کامل به اندام هدف نرسد.

http://img.tebyan.net/big/1389/02/7383185434536218236189813091151901741.jpg

2) کاهش عوارض جانبی دارو بر اندام‌های دیگر: اغلب داروها سمی بوده و ممکن است به اندام‌های دیگر آسیب برسانند.
در روش‌های نوین و با کمک فناوری نانو، سعی بر این شده است که دارو مستقیماً و منحصراً به اندام هدف رفته و موجب تخریب بافت‌های دیگر بدن نگردد. در این روش‌ها، که بسیار متنوع نیز هست، دارو را توسط نانوذراتی کپسوله

می‌کنند تا از آن، حین عبور از بدن محافظت کنند. و برای این‌که دارو تنها قابل شناسایی برای سلول یا اندام هدف باشد، و به دیگر اندام‌ها آسیبی نرساند، آن را به گیرنده‌هایی مجهز می‌سازند که تنها توسط اندام هدف قابل‌جذب باشد.
این روش‌ها، می‌تواند در درمان بیماری‌هایی هم‌چون سرطان بسیار مفید باشد. با استفاده از نانوذرات مغناطیسی و ایجاد یک میدان مغناطیسی می‌توان دارو را به صورت هوشمند به بافت مورد نظر رسانده و سبب بهبود بافت، بدون صدمه به بافت‌های دیگر شد.

در یک مثال موردی، محققان اسید فولیک را بر روی نانوذرات مغناطیسی قرار داده‌ و به درون سلول‌های سرطانی فرستاده‌ند. سپس با ایجاد یک میدان مغناطیسی قوی، موجب نوسان شدید این نانوذرات شدند. حرارت حاصل از این نوسانات، سبب داغ شدن و بالا رفتن دمای سلول تا بیش از 43 درجه سانتی‌گراد، و در نهایت، مرگ سلول خواهد شد.

نانو در خودرویی که سوار می‌شویم

همانند کشور ما در دیگر نقاط جهان نیز، بحث کاهش مصرف سوخت و بهینه‌سازی مصرف انرژی مطرح است. از جمله راه‌کارهای موثر دراین زمینه، کاهش وزن بدنه و تجهیزات خودرو به وسیله نانوکامپوزیت‌هایی‌ست که وزن کمتر و استحکام بیشتری دارند. کاهش وزن خودروها، سوخت مصرفی آن را نیز کاهش خواهد داد.
به هنگام ریزش باران و برف، آثار آلودگی بر شیشه‌ها و آینه‌ها، دید راننده را دچار مشکل می‌کند و همان‌طور که می‌دانید بیش‌ترین آمار تصادفات نیز مربوط به روزهای بارانی و برفی است. با به‌کارگیری سطوح خودتمیزشونده در شیشه‌ها و اینه‌های خودرو می‌توان این مشکل را به آسانی قابل‌حل نمود.

http://img.tebyan.net/big/1389/02/17625111822461311797713112823171125412195.jpg

ساخت لاستیک‌هایی حاوی نانوذرات کربنی که موجب افزایش طول عمر و مقاومت لاستیک در مقابل سایش خواهد شد، جلوگیری از تابش فرابنفش به وسیله ساخت شیشه‌های حاوی نانوذرات جاذب نور فرابنفش، که موجب محافظت پوست سرنشینان خودرو در مقابل این اشعه خواهدشد، نیز از دیگر کاربردهای فناوری نانو در این حوزه می‌باشد.

مثال‌های بالا تنها موارد کوچکی از حضور نانو در زندگی‌ روزانه‌مان بود. در ساختمان سازی: (ساخت سازه‌های مقاوم‌ و سبک‌تر در برابر زلزله، شیشه‌های خودتمیزشونده، پنجره‌های بدون نیاز به پرده، عایق‌های حراراتی و کاهش اتلاف انرژی)، در لوازم آرایشی و بهداشتی: (کرم‌های ضد آفتاب حاوی نانوذرات که محافظی مطمئن در برابر آفتاب‌سوختگی و پیری پوست هستند، خمیردندان‌هایی با محافظ‌های مخصوص برای مینای دندان) در فناوری اطلاعات (ساخت حافظه‌های کوچک‌تر با قابلیت ذخیره بیش‌تر، پردازنده‌هایی با سرعت بسیار بالا) و در هر جای دیگری که انسان حضور دارد، نانو نیز در کنار آن زندگی می‌کند.

نویسنده: مریم ملک دار

نانو و کاربردهایش-قسمت اول

در آبان ماه سال 1388 جشنواره ملی فناوری‌نانو در مصلی تهران برگزار شد. از بین بخش‌های مختلف نمایشگاه، غرفه آموزش عمومی که توسط باشگاه نانو برپا شده بود، بیش از سایرین جلب توجه می‌کرد. در این غرفه محصولات مختلف فناوری‌نانو در 10 حوزه کاربردی مختلف به نمایش گذاشته شده بود. امکان بررسی خواص این محصولات موضوعی بود که سبب جلب توجه بازدیدکنندگان بسیاری بود. از این رو بر آن شدیم تا در خصوص محصولات دردسترس فناوری‌نانو، مصاحبه‌ای با خانم مهندس فاطمه موید یکی از مسئولین این غرفه داشته باشیم.

http://img.tebyan.net/big/1389/02/1081251152119824420615695209338088148157104.jpg
• لطفا خودتان را معرفی کنید و بفرمایید فعالیت خود در زمینه نانو را چگونه آغاز کردید.

فاطمه موید هستم مدیر محتوایی باشگاه نانو و مسئول سایت باشگاه به آدرس nanoclub.ir. دانش‌آموخته رشته مهندسی شیمی در مقطع کارشناسی ارشد می‌باشم. فعالیت خودم را در سال 1380 در قالب یک گروه دانشجویی شروع کردم و در این 9 سال حدود 14 پروژه مرتبط با نانو در پرونده کاری خود دارم.
• ابتدا ممکن است تعریف خود را از فناوری‌نانو بیان کنید.

در نیم قرن گذشته شاهد حضور چند فناوری عمده در جهان بوده‌ایم كه باعث پیشرفت‌های عظیم اقتصادی در كشورهای سرمایه گذار و ایجاد رقابت شدید بین كشورهای جهان شد. یکی از مهمترین فناوری‌هایی که در سال‌های اخیر فناوری‌نانو است. مدت زیادی است که جسته و گریخته مطالبی راجع به فناوری‌نانو می شنویم. بعضی از محصولات نانو نیز در حال وارد شدن به زندگی روزمره مردم هستند. اما شاید هنوز تصویر واضح و شفافی در ذهن همه نباشد. تعریف فناوری‌نانو چند جزء دارد: اول اینکه در مقیاس نانو کار می‌کند، یعنی ابعاد 1 تا 100 نانومتر. ما در این مقیاس با تعداد انگشت‌شماری اتم و مولکول مواجه هستیم. فناوری‌نانو می‌خواهد با کنترل چینش این اتم‌ها و مولکول‌ها محصولات جدید با خواص جدیدی تولید کند. از سوی دیگر اگر ذرات تشکیل دهنده مواد تا حد نانومتر کوچک شوند، خواص و ویژگی‌های آنها تغییر می‌کند. تغییر خواص نویدبخش کاربری‌های جدید و محصولات با کیفیت است.
• بسیاری از مردم درباره فناوری‌نانو شنیده‌اند اما در مورد زمینه‌های کاربری آن کمتر می‌دانند، یا نمی‌دانند که بشر از کی به این فناوری دست یافته است.

همانطور که شما اشاره کردید فناوری نانو بحث است که خیلی‌ها درباره آن شنیده‌اند. زیاد هم شنیده شده که مطرح شدن آن در جوامع علمی توسط ریچارد فاینمن انجام شد و به سال سال 1959 میلادی برمی‌گردد. اما بررسی‌ها نشان می‌دهد که کاربری این موضوع به زمان‌های بسیار عقب‌تری باز می‌گردد، دورانی که هخامنشیان از نانوذرات سرخ رنگ طلا در سکه‌های خود استفاده می‌کردند یا زمانی‌که در اروپای قرون وسطای، نقاشان از نانوذرات طلا و نقره برای تولید رنگ‌های مختلف استفاده می‌کردند و یا جام معروف لیکرگوس که بسته به جهت و زاویه تابش نور رنگ آن تغییر می‌کند و در قرن چهارم میلادی ساخته شده است. گفتیم که دلیل انتخاب بُعد نانومتر (10 به توان منهای 9) برای مطالعه، کار و تولید محصول، اینست که خواص و ویژگی های مواد در این مقیاس تغییر می‌کند و از آنجا که کل زندگی ما بر پایه مواد ساخته شده است و در هر بخشی از آن ما با مواد سر و کار داریم وقتی این ویژگی‌ها تغییر کند طبعا مواد کاربردهای جدیدی پیدا خواهند کرد. فناوری‌نانو ادعا می کند با تغییراتی که در چیدمان مولکول ها ایجاد می‌کند و تغییراتی که خواص بر اساس چیدمان ذرات می کنند، محصولات جدیدی تولید می‌شود که این محصولات در طیف گسترده‌ای توزیع شده‌اند. منسوجات، لوازم خانگی، صنایع خودروسازی، ساختمان، سلامت و بهداشت، غذا و کشاورزی، محیط زیست و ... مثال‌هایی از حوزه‌هایی هستند که ما به طور روزمره با آنها مواجهیم و فناوری‌نانو پیشنهادهای جدیدی برای آنها دارد. به طور مثال می‌توانیم به سه مورد منسوجات، لوازم خانگی و صنایع خودروسازی اشاره کنیم.

http://img.tebyan.net/big/1389/02/2041841311061121751391872220175155352612754.jpg

در حوزه منسوجات فناوری نانو می‌تواند لباس ها را ضد لک، ضد چروک، ضد بو و ضد عرق کند و لباس‌های کاموایی را ضد جرقه نماید. می‌تواند جوراب‌های نخی بسازد که پا را در برابر سرما حفظ کنند، بدون اینکه از تنفس آن جلوگیری نمایند. می‌تواند پارچه‌های نرم و لطیفی بسازد که آتش نمی‌گیرند.

در بخش لوازم خانگی می‌توان ظروفی جدید ساخت که نانومواد موجود در آن از سوختن غذا در آن جلوگیری می‌کنند یا ظروف ضد میکروبی که طول عمر غذاهای درون خود را افزایش می دهند و با تغییر رنگ خود فاسد بودن یا سالم بودن غذا را نشان می دهند. اگر غرفه آموزش عمومی را دیده باشید تخته های گوشتی را به یاد خواهید آورد که علاوه بر ضد میکروب بودن، ضربان چاقو روی آن شکاف کمتری ایجاد می کند. یا صابون‌های ضد بویی که اگر پس از کارکردن با مواد غذایی دست خود را با آن بشویید، بوی بد ناشی از مواد غذایی را از بین می‌برد. اکنون نیز دستمال هایی وارد بازار شده که با بهره‌گیری از نانوفیبرها و میکروفیبرها می تواند سطوح را بدون مواد شوینده تمیز کند و به دستمال های جادویی معروف شده‌است.
در صنایع خودروسازی طیف گسترده‌ای از کاربردهای نانو وجود دارد که خودروهای ایرانی هم به سوی بهره گیری از آنها پیش می‌روند. ب کیفیت خش‌های مختلف خودرو، از لاستیک و تایر گرفته تا شیشه و قطعات داخلی را می‌توان با بهره‌گیری از نانومواد افزایش داد. مثلا کامپوزیتهای سبک، ضد خش و ضد ضربه که در بدنه به‌کار می‌روند. ما نباید نگران سبکی این خودروها باشیم، زیرا تایرهای آنها که به کمک نانوالیاف ساخته شده‌اند با زمین سطح تماس بیشتری دارند و به سختی به زمین می‌چسبند. این تایرها می‌توانند خودرو را از سطوح شیب‌دار و لغزنده بالا ببرند، بدون اینکه از کیفیت و امنیت حرکت آن بکاهدن. موضوع استفاده از شیشه‌های خودتمیزشونده و حذف برف پاکن از خودرو، مثال دیگری از پیشنهادهای فناوری‌نانو برای صنایع خودروسازی است.
البته اینها همه از محصولات دسته اول فناوری‌نانو هستند.

ادامه دارد...
تهیه و تنظیم: محسن مرادی

نانوفناوري و کاربردهايش-قسمت دوم

ادامه قسمت قبل:
• بر اساس چه معياري محصولات دسته اول هستند؟ آيا تقسيم‌بندي خاصي وجود دارد؟

تقسيم‌بندي وجود دارد که محصولات را بر حسب زمان ورود آنها به بازار (که البته تابع پيشرفت اين فناوري است)، دسته‌بندي مي‌کند.
اين تقسيم‌بندي مربوط به ديدگاه فناوري‌نانو مولکولي است و بر اساس آن محصولات حاصل از فناوري‌نانو به 4 بخش تقسيم مي‌شوند.
محصولات نسل اول که زودتر از همه وارد بازار مي‌شوند که به آن نانوساختارهاي غير فعال (نانو ساختارها موادي هستند که همه يا برخي از ابعادشان نانومتري باشد) مي گويند؛ مانند پوشش‌ها، نانوذرات، فلزات نانوساختار، پليمرها، سراميک‌ها و ... . مثال‌هايي که در بخش قبل زديم بيشتر محصولات هستند که با بهره‌گيري از نانوساختارهاي غير فعال ساخته شده‌اند.نسل دوم نانوساختارهاي فعال هستند که بحث داروهاي هوشمند اوليه و نانو حسگرها در اين حوزه قرار دارد. نسل سوم مجموعه‌ها و سيستم‌هاي متشکل از نانوساختارها هستند مثل نانوربات‌ها. نسل چهارم نيز نانوسيستم‌هاي مولکولي هستند که از تعداد محدودي مولکول توليد شده‌اند و در مقياس‌نانو از آنها استفاده مي‌شود.
• شما بيشتر به محصولات فعلي فناوري‌نانو که در زندگي روزمره کاربرد دارند، اشاره کرديد. خوب است که بخشي از اين گفتگو را نيز به حوزه‌هاي تخصصي‌‌تر و پيچيده‌تر اختصاص دهيم، به طور مثال پزشکي يا هوا و فضا

بحث ارتباط فناوري‌نانو با پزشکي، بحث مفصل و پيچيده‌اي است. آنقدر که شاخه جديدي در علم پزشکي ايجاد شده است با نام "نانوپزشکي" که به دنبال حفظ و ارتقاس سلامتي انسان با استفاده از ابزارهاي مولکولي و دانش مولکولي از بدن انسان است. دارورساني هدفمند و هوشمند که در طي آن دارو محل بروز بيماري را تشخيص داده و ماده موثر را فقط تحويل سلول بيمار مي‌دهد، بهبود کيفيت و زيست‌سازگاري وسايل کاشتني‌ معمول با استفاده از نانومواد، وسايل کاشتني هوشمند که به طور مداوم شرايط حياتي بدن را گزارش مي‌کنند، ابزارهاي جراحي نانومقياسي که با سرعت و دقت از ميان رگ‌هاي خوني عبور مي‌کنند و کار جراحي را انجام مي‌دهند (چنين ابزارهايي مي‌توانند با ورود به داخل سلول‌ها ساختار آسيب‌ديده آنها را تغيير دهند و درصدد تعمير آنها برآيند. آنها قادرند خود را تكثير كنند يا نواقص ژنتيكي را با جابه‌جا كردن يا دستكاري مولكول‌هاي DNAبرطرف سازند)، ابزارهاي تشخيص نانومقياسي که بروز بيماري را مي‌توانند زماني تشحيص دهند که پيشرفت آن در حد چند سلول است و ... مثال‌هايي از توانمندي نانوپزشکي است.

http://img.tebyan.net/big/1389/02/2262521561620075179101671891896932233298.jpg

اما در مورد صنايع هوا و فضا؛ به خاطر داشته باشيد که در ابتداي اين گفتگو اشاره کردم که در فناوري‌نانو به دنبال تغيير خواص مواد هستيم. پس هر جا که با ماده سر و کلر داريم، با فناوري‌نانو هم مواجه خواهيم بود. بنابراين صنايع هوا و فضا هم مستثني نيست و در اين زمينه هم مثال‌هايي وجود دارد. به طور مثال مي‌توان با استفاده از فناوري‌نانو لباس‌هاي

جديدي براي فضانوردان ساخت که در عين داشتن مقاومت بالا در مقابل پرتوهاي پرانرژي كيهاني، سبك و راحت نيز باشد. اين لباس‌ها اختلالي در حركات فيزيكي فضانوردان ايجاد نمي‌كند و فضانوردان قادر هستند با آرامش و آزادي عمل بيشتري فعاليت‌هاي تحقيقاتي خود را انجام دهند. مثال جذاب‌تر و شايد تخيلي‌تري هم در اين خصوص دارد که مربوط به طرح آسانسور فضايي است. بايد به اين موضوع اشاره کنم که ايده اين طرح پيشتر وجود داشته است، اما ويژگي‌هاي نانومواد دستيابي به آن‌را محتمل‌تر کرده است. براي اساس اين طرح سفرهاي فضايي با کمک يک آسانسور انجام مي‌شود. براي ساخت اين پلکان فضايي لازم است بتوانيم محلي را در آسمان پيدا کنيم که اگر جسمي در آن قرار گيرد، نسبت به زمين ثابت باقي بماند. در اين صورت شايد بتوان طنابي را از اين نقطه آسماني به سطح زمين انداخت و يک سيستم آسانسوري که زمين را به آسمان وصل مي‌کند، راه‌اندازي کرد. بر اساس قوانين و محاسبات اختر فيزيکي، در ارتفاع 35600 کيلومتري زمين، مي‌توان مداري ثابتي را تصور کرد که فضاپيماها با قراگيري در آن مي‌توانند هر 23 ساعت و 56 دقيقه و 4 ثانيه، يک بار به دور زمين بگردند. اين زمان، طول مدت يک شبانه‌روز زميني است. يعني فضاپيماها با قراگيري در اين مدار، نسبت به زمين ثابت مي‌مانند. براي اينکه تعادل اين مجموعه حفظ شود، لازم است اين طناب را 64 هزار کيلومتر ديگر نيز امتداد داد و آن‌را به يک وزنه تعادلي وصل کرد.
از نگاه دانشمندان گره اصلي ساخت اين مجموعه، ساخت کابل آسانسور است. ريسمان بسيار محکم و سبکي که بتواند هزاران کيلومتر کشيده شود. نانولوله‌هاي کربني کانديداهاي خوبي براي ساخت اين ريسمان هستند. ماده‌اي که يكصد برابر محكم‌تر از فولاد و 50 هزار برابر ريزتر از يك تار موي انسان است و تنها يک گرم از اين ماده، براي ساخت نخي به طول 29 کيلومتر کافي است.

• بخش پاياني اين گفتگو را به ميزان توسعه فناوري‌نانو در ايران و جايگاه کشور در عرصه بين الملل اختصاص مي‌دهيم. ممکن است بفرماييد که ايران فعاليت خود را در حوزه فناوري‌نانو از چه زماني و چگونه آغاز کرد.

اولين اقدام دولتي در اين خصوص به سال 1380 برمي‌گردد. اوايل اين سال "کميته کميته مطالعات سياست نانوتکنولوژي" به پيشنهاد مرحوم دکتر محمد تقي ابتکار در دفتر همکاري‌هاي فناوري رييس جمهور شکل گرفت.
در اثر فعاليت اين کميته و بسترسازي‌‌هاي انجام شده "ستاد ويژه توسعه فناوري نانو" در سال ???? تاسيس شد و در مرداد سال 1384 "سند ملي راهبرد آينده" در هيات دولت به تصويب رسيد.

اين برنامه چارچوب فعاليت ستاد از سال 1384 تا 1393 را مشخص مي‌کند و در فاصله‌هاي زماني مشخصي به روز مي شود. به عنوان مثال در سال 1386 براساس ارزيابي اجراي سه ساله‌ي سند اول، سند تکميلي دوم تدوين و تصوب شد.

http://img.tebyan.net/big/1389/02/97511342417524254131161901851999822615499.jpg

در طي عمل به برنامه‌هاي سند، ما در حال حاضر حدود 6700 محقق در کشور داريم که در حال فعاليت در زمينه علوم‌وفناوري‌نانو هستند. 2000 نفر از اين تعداد عضو هيئت علمي، 500 نفر دانشجوي دکتري و 2000 نفر دانشجوي کارشناسي ارشد هستند. آمارهاي جهاني نيز نشان مي دهند که ايران بر اساس شاخص توليد مقالات در مقام اول منطقه و جايگاه پانزدهم جهان قرار گرفته‌است.

• وضعيت صنعت و توليد محصول در ايران چگونه است.

هدف از توسعه فناوري‌نانو در ايران "توليد ثروت و بهبود کيفيت زندگي" عنوان شده است. دستيابي به اين هدف جز با تجاري‌سازي محصولات و سرمايه‌گذاري در بخش صنعت محقق نخواهد شد. در حوزه صنعتي برنامه ريزي‌هاي انجام شده روي شکل گيري شرکت‌ها است تا بتوان نمونه‌هاي ساخته شده در بخش‌هاي پژوهشي را به توليد صنعتي رساند. براي اينکار بايد راه و روش تجاري‌سازي را به متقاضيان آموزش داد. براي حل اين مشکل هم حمايت از شرکت‌ها و مراکز رشد در دستور کار قرار گرفته است، يعني محقق مي‌تواند در فاز بعدي کار خود وارد مرکز رشد شود، مراحل اوليه توليد محصول را در آنجا طي کند تا آماده ورود به بازار شوند. شبکه شرکت‌هاي فناوري‌نانو هم در راستاي هدايت و تامين نيازهاي اين شرکت‌ها تاسيس شده است. البته در حال حاضر بيش از 10 محصول داخلي نيز داريم که توانسته‌اند تاييديه‌هاي مختلف را از مراکز مختلف دريافت کرده و محصولشان را وارد بازار کنند. امروز من و شما تبليغات بعضي از اين محصولات را در رسانه‌هاي کشور مي‌بينيم.

• درباره باشگاه نانو و فعاليت هاي آن هم اگر توضيجاتي داريد، بفرماييد.

مرکزي متعلق به ستاد نانو است که عهده دار مسئوليت ترويج و آموزش پيش از دانشگاه است. مخاطب عام اين مجموعه عموم مردم و مخاطب خاص آن دانش‌آموزان هستند. باشگاه در سال 1383 کار خود را با يک سايت (www.nanoclub.ir) شروع کرد يعني صرفا فعاليتي مجازي داشت. به لحاظ عدم مراجع فارسي، مهمترين هدف باشگاه در آن سال‌ها توليد محتوا بود.

http://img.tebyan.net/big/1389/02/1621303821015717380192158135891621195175191.jpg

در سال 1387 ساختار باشگاه مورد بازنگري قرار گرفت و کار اين محموعه از شکل مجازي به شکل حقيقي درآمد , البته به صورت مجازي هم کماکان به کار خودش ادامه مي دهد. در حال حاضر باشگاه با برگزاري نمايشگاه استاني براي نمايش محصولات، اجراي مسابقات و جشنواره ها نظير جشنواره برترين‌هاي دانش‌آموزي، چاپ کتاب و لوح فشرده آموزشي،

برگزاري کلاس‌ها و دوره‌هاي آموزشي و ... علاوه بر توليد محتوا، سعي مي‌کند دانش‌آموزان سراسر کشور را با علوم و فناوري‌نانو آشنا سازد.

تهيه و تنظيم: محسن مرادي

نانوفناوری؛ پزشکی و خودروسازی

در قسمت قبل درباره کاربردهای روزمره فناوری نانو صحبت کردیم که در این قسمت به ادامه آن می پردازیم:
نانوپزشکی

لابد شما هم مثل من فیلم‌های تخیلی بسیاری را دیده‌اید که در آن انسانی به درون بافت‌های انسان دیگر سفر می‌کرد و از کنار گلبول‌ها و پلاکت‌ها و دیگر اجزای خون عبور می‌نمود. اما امروزه این رویا نیز، در کنار دیگر رویاهای ِ دور انسان، به واقعیت تبدیل شده است. با نانوسیستم‌ها و نانوروبات‌ها خیلی راحت می‌توان به درون بدن رفت، و بافت یا سلول موردنظر را ترمیم کرد.
نانو حتی بر روش‌های درمان بیماری‌ها و دارورسانی نیز اثرات مطلوبی گذارده است. در درمان و دارورسانی دو موضوع مورد توجه قرار می‌گیرد:
1) محافظت دارو تا رسیدن به اندام هدف: در مسیری که دارو تا رسیدن به اندام هدف طی می‌کند، ممکن است به عنوان یک جسم خارجی شناخته شده، و توسط سیستم ایمنی بدن از گردش خون حذف شود و بنابراین، به طور کامل به اندام هدف نرسد.

http://img.tebyan.net/big/1389/02/7383185434536218236189813091151901741.jpg

2) کاهش عوارض جانبی دارو بر اندام‌های دیگر: اغلب داروها سمی بوده و ممکن است به اندام‌های دیگر آسیب برسانند.
در روش‌های نوین و با کمک فناوری نانو، سعی بر این شده است که دارو مستقیماً و منحصراً به اندام هدف رفته و موجب تخریب بافت‌های دیگر بدن نگردد. در این روش‌ها، که بسیار متنوع نیز هست، دارو را توسط نانوذراتی کپسوله

می‌کنند تا از آن، حین عبور از بدن محافظت کنند. و برای این‌که دارو تنها قابل شناسایی برای سلول یا اندام هدف باشد، و به دیگر اندام‌ها آسیبی نرساند، آن را به گیرنده‌هایی مجهز می‌سازند که تنها توسط اندام هدف قابل‌جذب باشد.
این روش‌ها، می‌تواند در درمان بیماری‌هایی هم‌چون سرطان بسیار مفید باشد. با استفاده از نانوذرات مغناطیسی و ایجاد یک میدان مغناطیسی می‌توان دارو را به صورت هوشمند به بافت مورد نظر رسانده و سبب بهبود بافت، بدون صدمه به بافت‌های دیگر شد.

در یک مثال موردی، محققان اسید فولیک را بر روی نانوذرات مغناطیسی قرار داده‌ و به درون سلول‌های سرطانی فرستاده‌ند. سپس با ایجاد یک میدان مغناطیسی قوی، موجب نوسان شدید این نانوذرات شدند. حرارت حاصل از این نوسانات، سبب داغ شدن و بالا رفتن دمای سلول تا بیش از 43 درجه سانتی‌گراد، و در نهایت، مرگ سلول خواهد شد.
نانو در خودرویی که سوار می‌شویم

همانند کشور ما در دیگر نقاط جهان نیز، بحث کاهش مصرف سوخت و بهینه‌سازی مصرف انرژی مطرح است. از جمله راه‌کارهای موثر دراین زمینه، کاهش وزن بدنه و تجهیزات خودرو به وسیله نانوکامپوزیت‌هایی‌ست که وزن کمتر و استحکام بیشتری دارند. کاهش وزن خودروها، سوخت مصرفی آن را نیز کاهش خواهد داد.
به هنگام ریزش باران و برف، آثار آلودگی بر شیشه‌ها و آینه‌ها، دید راننده را دچار مشکل می‌کند و همان‌طور که می‌دانید بیش‌ترین آمار تصادفات نیز مربوط به روزهای بارانی و برفی است. با به‌کارگیری سطوح خودتمیزشونده در شیشه‌ها و اینه‌های خودرو می‌توان این مشکل را به آسانی قابل‌حل نمود.

http://img.tebyan.net/big/1389/02/17625111822461311797713112823171125412195.jpg

ساخت لاستیک‌هایی حاوی نانوذرات کربنی که موجب افزایش طول عمر و مقاومت لاستیک در مقابل سایش خواهد شد، جلوگیری از تابش فرابنفش به وسیله ساخت شیشه‌های حاوی نانوذرات جاذب نور فرابنفش، که موجب محافظت پوست سرنشینان خودرو در مقابل این اشعه خواهدشد، نیز از دیگر کاربردهای فناوری نانو در این حوزه می‌باشد.

مثال‌های بالا تنها موارد کوچکی از حضور نانو در زندگی‌ روزانه‌مان بود. در ساختمان سازی: (ساخت سازه‌های مقاوم‌ و سبک‌تر در برابر زلزله، شیشه‌های خودتمیزشونده، پنجره‌های بدون نیاز به پرده، عایق‌های حراراتی و کاهش اتلاف انرژی)، در لوازم آرایشی و بهداشتی: (کرم‌های ضد آفتاب حاوی نانوذرات که محافظی مطمئن در برابر آفتاب‌سوختگی و پیری پوست هستند، خمیردندان‌هایی با محافظ‌های مخصوص برای مینای دندان) در فناوری اطلاعات (ساخت حافظه‌های کوچک‌تر با قابلیت ذخیره بیش‌تر، پردازنده‌هایی با سرعت بسیار بالا) و در هر جای دیگری که انسان حضور دارد، نانو نیز در کنار آن زندگی می‌کند.

نویسنده: مریم ملک دار

این صفحه را در گوگل محبوب کنید

[ارسال شده از: پی سی سیتی]

[مشاهده در: www.p30city.net]

[تعداد بازديد از اين مطلب: 510]