فناوری نانو

از ویکی‌پدیا، دانشنامهٔ آزاد
پرش به: ناوبری، جستجو
‎C60‏ که از جستارهای مهم پژوهش‌های وابسته به فناوری نانو است.

فناوری نانو یا نانوتکنولوژی رشته‌ای از دانش کاربردی و فناوری است که جستارهای گسترده‌ای را پوشش می‌دهد. موضوع اصلی آن نیز مهار ماده یا دستگاه‌های در ابعاد کمتر از یک میکرومتر، معمولاً حدود ۱ تا ۱۰۰ نانومتر است. در واقع نانو تکنولوژی فهم و به کارگیری خواص جدیدی از مواد و سیستمهایی در این ابعاد است که اثرات فیزیکی جدیدی - عمدتاً متأثر از غلبه خواص کوانتومی بر خواص کلاسیک - از خود نشان می‌دهند. فناوری نانو موج چهارم انقلاب صنعتی، پدیده‌ای عظیم است که در تمامی گرایش‌های علمی راه یافته واز فناوریهای نوینی است که با سرعت هرچه تمام تر درحال توسعه می‌باشد. از ابتدای دهه ۱۹۸۰ میلادی گستره طراحی و ساخت ساختمانها هر روزه شاهد نوآوری‌های جدیدی در زمینه مصالح کارآمدتر و پربازده‌تر در مقاومت، شکل پذیری، دوام و توانایی بیشتر نسبت به مصالح سنتی است. نانوفناوری یک دانش به شدت میان‌رشته‌ای است و به رشته‌هایی چون مهندسی مواد، پزشکی، داروسازی و طراحی دارو، دامپزشکی، زیست‌شناسی، فیزیک کاربردی، ابزارهای نیم رسانا، شیمی ابرمولکول و حتی مهندسی مکانیک، مهندسی برق و مهندسی شیمی نیز مربوط می‌شود. تحلیل گران بر این باورند که فناوری نانو، زیست فناوری (Biotechnology) و فناوری اطلاعات (IT) سه قلمرو علمی هستند که انقلاب سوم صنعتی را شکل می‌دهند. نانو تکنولوژی می‌تواند به عنوان ادامهٔ دانش کنونی به ابعاد نانو یا طرح‌ریزی دانش کنونی بر پایه‌هایی جدیدتر و امروزی‌تر باشد.

ایران در زمینه تعداد پتنت‌های منتشر شده در رابطه با فناوری نانو، مقام ۲۹ را در سال ۲۰۱۲ در دنیا کسب کرد.[۱]

پژوهشگران دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل در اردیبهشت ۱۳۹۲ موفق به ارائه و معرفی راه‌های ارتباط بین فناوری نانو و علوم اعصاب به یکدیگر و نیز روشی برای ردیابی پیام رسان‌ها در مغز شدند.[۲]

تاریخچه فناوری نانو[ویرایش]

در حدود ۴۰۰ سال پیش از میلاد مسیح، دموکریتوس فیلسوف یونانی، برای اولین بار واژه اتم را که در زبان یونانی به معنی تقسیم نشدنی است، برای توصیف ذرات سازنده مواد به کار برد. از این رو شاید بتوان او را پدر فناوری و علوم نانو دانست.

نانو ریشه یونانی «نانس» به معنی کوتوله می‌باشد.[۳] فناوری نانو موج چهارم انقلاب صنعتی، پدیده‌ای عظیم می‌باشد که در تمامی گرایش‌های علمی راه یافته است تا جایی که در یک دههٔ آینده برتری فراینده‌ها، وابسته به این تحول خواهد بود.[۴] ماهیت فناوری نانو توانایی کارکردن در تراز اتمی، مولکولی و فراتر از آن در ابعاد بین ۱ تا ۱۰۰ نانومتر، با هدف ساخت و دخل و تصرف در چگونگی آرایش اتم‌ها یا مولکول‌ها با استفاده از مواد، وسایل و سیستم‌هایی با توانایی‌های جدید و با تغییر این ساختارها و رسیدن به بازدهی بیشتر مواد می‌باشد. فناوری نانو فرایند دستکاری مواد در مقیاس اتمی و تولید مواد و ابزار، به وسیله کنترل آنها در سطح اتم‌ها و مولکولهاست. در واقع اگر همه مواد و سیستم‌ها ساختار زیربنایی خود را در مقیاس نانو ترتیب دهند؛ آنگاه تمام واکنش‌ها سریع‌تر و بهینه‌تر صورت می‌گیرد و توسعه پایدار پیش گرفته می‌شود.[۳] از جمله دستاوردهای فراوان این فناوری کاربرد آن در تولید، انتقال، مصرف و ذخیره‌سازی انرژی با کارایی بالاست که تحول شگرف را در این زمینه ایجاد می‌کند.[۴] از اینرو دست‌اندرکاران و محققان علوم نانو در تلاش اند تا با استفاده از این فناوری به آسایش و رفاه بیشتر در درون و برون ساختمان با یافتن طبقه جدیدی از مصالح ساختمانی با عملکرد بالا و صرفه‌جویی در هزینه‌ها بخصوص در مصرف منابع انرژی و در نهایت به توسعه پایدار دست یابند. فناوری نانو منجر به تغییرات شگرف در استفاده از منابع طبیعی، انرژی و آب خواهد شد و پساب و آلودگی را کاهش خواهد داد.

معرفی فن‌آوری نانو[ویرایش]

فن‌آوری نانو توانایی ساخت، کنترل و استفاده ماده در ابعاد نانومتری است. اندازه ذرات در فن‌آوری نانو بسیار مهم است، چرا که در مقیاس نانویی، ابعاد ماده در خصوصیات آن بسیار تأثیرگذار است و خواص فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی تک تک اتم‌ها و مولکول‌ها با خواص توده ماده متفاوت است. این اندازه در مواد مختلف متفاوت است، اما به طور معمول مواد نانو به موادی که حداقل یکی از ابعاد آن‌ها کوچک‌تر از ۱۰۰ نانومتر باشد گفته می‌شود.[۵]

مراحل فن‌آوری نانو[ویرایش]

در مجموع این فناوری شامل سه مرحله می‌باشد:

  1. طراحی مهندسی ساختارها در سطح اتم.
  2. ترکیب این ساختارها و تبدیل آنها به مواد جدید با ساختار نانو با خصوصیات ویژه.
  3. ترکیب اینگونه مواد و تبدیل آنها به ابزارهای سودمند.

انتظار می‌رود که نانو تکنولوژی نیاز بشر را به مواد کمیاب کمتر کرده و با کاستن آلاینده‌ها، محیط زیستی سالم‌تر را فراهم کند.[۶]

محصولات[ویرایش]

محصولات نانو مواد را هم می‌توان به صورت‌های زیر بیان کرد:

  1. فیلم‌های نانو لایه برای کاربردهای عمدتاً الکترونیکی.
  2. نانو پوشش‌های حفاظتی برای افزایش مقاومت در برابر خوردگی و حفاظت در مقابل عوامل مخرب محیطی.
  3. نانو ذرات به عنوان پیش‌سازنده یا اصلاح ساز پدیده‌های شیمیایی و فیزیکی.[۴]

تعریف استاندارد[ویرایش]

  1. به طراحی، تعیین ویژگی‌ها، تولید و کاربرد مواد، ابزار آلات و سیستم‌ها با کنترل شکل و اندازه در مقیاس نانو می‌گویند.[۷]
  2. به دستکاری کنترل شده، جاگیری دقیق، اندازه‌گیری، مدلسازی و تولید مواد در مقیاس نانو می‌گویند و هدف آن تولید مواد، ابزار و سیستم‌هایی با ویژگی‌های بنیادی و عملکردهای جدید می باشدپس علم نانو علمی است برای زندگی.[۷]

اصول بنیادی[ویرایش]

یک نانومتر (nm) یک میلیاردیم متر است. برای سنجش طول پیوندهای کربن-کربن، یا فاصلهٔ میان دو اتم بازهٔ ۱۲. تا ۱۵. نانومتر به کار می‌رود؛ همچنین قطر یک مولکول دی‌ان‌ای دو رشته‌ای نزدیک به ۲ نانومتراست؛ و از سوی دیگر کوچک‌ترین باکتری ۲۰۰ نانومتر است. اگر بخواهیم برای دریافتن مفهوم اندازهٔ یک نانومتر نسبت به متر سنجشی انجام دهیم می‌توانیم اندازهٔ آن را مانند اندازهٔ یک تیله به کرهٔ زمین بدانیم.[۸] یا به شکلی دیگر یک نانومتر اندازهٔ رشد ریش یک انسان در طول زمانی است که برای بلند کردن تیغ از صورتش باید بگذرد.[۹]

نانو در بهبود کیفیت فضاهای شهری[ویرایش]

  • دیوارنویسی و تبلیغات
  • آنتی گرافیت‌ها (پوشش نانو ضد دیوار نویسی):

آنتی گرافیت کردن سطوح توسط پوششهای آنتی گرافیتی پایدار که دارای خاصیت ضد آب و ضد آلودگی زیاد هستند. پوششهای آنتی گرافیتی روی مصالح سبب می‌گردد رنگهای افشانه شده و پوسترهای چسبانده شده به راحتی از روی سطوح دیوارها، موانع صوتی و پایه پلها در شهرها پاک شوند. نمونه موردی: مجتمع hofjager palais

  • خصوصیت خود تمیزشوندگی در زمین بازی کودکان

فضای بازی کودکان درمرکز پارک که بخشی از آن برای محافظت دربرابر نور و استفاده از پوشش‌های خودتمیزشونده استفاده شده است.

  • تصفیه کنندهٔ هوا

اگرچه مواد نانو نمی‌توانند کاملاً هوا را تصفیه کننداما می‌توانند کیفیت هوا را بهتر کنند. این مواد بوها و آلودگی‌ها را نیز ریشه کن می‌کنند. خصوصیت تصفیه کنندگی هوای مصالح نانو هم درخارج وهم درداخل بناها نقش مهمی رادر محیط خارج بازی می‌کند.[۱۰]

رابطه نانو تکنولوژی و معماری[ویرایش]

گستره حوزه نانو تکنولوژی، معماری و ساختمان سازی را نیز در بر می‌گیرد. اساساً نانو تکنولوژی خود نوعی ساختن و بنا کردن است و از این حیث شباهت زیادی به معماری در مقیاس انسانی دارد. شاید مهمترین فرق تنها در مقیاس نانو ساختارها با ساختارهای معماری باشد. فن آوری نانو، فن آوری طبیعت است و در پی حقارت مقیاس انسان در فضا یا دگرگونی انسان در طبیعت نیست. این موضوع اثر مستقیم روی فرهنگ کاربران خواهد داشت.[۱۱]

کاربرد نانوتکنولوژی در صنعت ساختمان[ویرایش]

با توجه به نو بودن این فن آوری، هر سال کاربردهای جدیدی از آن در صنایع مختلف معرفی می‌شود. در مورد کاربردهای نانوتکنولوژی در صنعت ساختمان به طور خلاصه می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:[۵]

  • بهبود خواص سیمان و بتن
    • بهبود خواص مکانیکی
    • افزایش کیفیت سیمان و بتن
    • جلوگیری از نفوذ عوامل مخرب خارجی به داخل بتن
  • نانو پوشش‌ها
    • ایجاد پوشش عایق مناسب
    • عدم نفوذ عوامل خوردگی
    • افزایش مقاومت در برابر انتقال حرارت
    • افزایش مقاومت در برابر خوردگی، سایش و پوسیدگی
    • خاصیت خود تمیز شوندگی سطوح
    • رنگ‌های تصفیه کننده هوا
  • نانو ضد آب کننده‌ها
  • نانو شیشه‌ها
    • شیشه‌های خود تمیز شونده
    • شیشه‌های محافظ در برابر آتش
    • شیشه‌های کنترل کننده انرژی
  • نانو آسفالت‌ها
  • نانوکامپوزیت‌ها
  • تصفیه کننده‌های آب و فاضلاب

شاخه‌های اصلی در نانو[ویرایش]

می‌توان موردهای زیر را شاخه‌های بنیادین دانش نانوفناوری دانست:

ایران و فناوری نانو[ویرایش]

ایران از جمله کشورهایی است که در سال‌های اخیر رشد چشمگیری در حوزه فناوری نانو کسب کرده است. بر اساس داده‌های بانک اطلاعاتی استت نانو در سال ۲۰۱۵ تعداد ۱۳۰ هزار و ۶۲۳ مقاله در حوزه فناوری نانو به چاپ رسیده که ۱٫۶ درصد نسبت به سال ۲۰۱۴ درصد رشد داشته است و به طور کلی، مقالات با موضوع فناوری نانو ۹٫۶ درصد از کل مقالات سال ۲۰۱۵ را به خود اختصاص داده است. بانک اطلاعاتی استت نانو اعلام کرد: جمهوری اسلامی ایران با انتشار ۶ هزار و ۱۶۰ مقاله در حوزه فناوری نانو در سال ۲۰۱۵، رتبه هفتم جهان در حوزه تولید علم نانو را به دست آورد و از فرانسه، انگلیس و روسیه پیشی گرفت.[۱۲]

جستارهای وابسته[ویرایش]

منابع[ویرایش]

  1. [۱]
  2. Iranian researchers from Noshirvani Babol University of Technology could specify the applications of nanotechnology in neurosciences by carrying out a field study. nanotech-now.com
  3. ۳٫۰ ۳٫۱ عابدینی، ف؛ و همکاران. "بررسی و تحلیل چگونگی بهره‌گیری از فناوری نانو در توسعه معماری پایدار". همایش ملی معماری پایدار و توسعه شهری، بوکان، اردیبهشت ۱۳۹۲.
  4. ۴٫۰ ۴٫۱ ۴٫۲ کرامت آذر، ز. فیض‌اله بیگی، ا. حاجب، س. "بررسی جایگاه مصالح هوشمند و خود ترمیم در معماری پایدار". اولین همایش ملی معماری، مرمت، شهرسازی و محیط زیست پایدار، همدان، دانشکده فنی شهید مفتح همدان، شهریور ۱۳۹۲.
  5. ۵٫۰ ۵٫۱ فصلنامه کیسون. مقاله کاربرد تکنولوژی نانو در صنعت ساختمان
  6. حق پناه، م؛ و همکاران. "سازه‌های نو در ساختمان‌های هوشمند با رویکرد معماری پایدار". همایش ملی معماری پایدار و توسعه شهری، بوکان، اردیبهشت ۱۳۹۲.
  7. ۷٫۰ ۷٫۱ دیکشنری نانو
  8. Jennifer Kahn (2006). "Nanotechnology". National Geographic 2006 (June): 98-119
  9. Jennifer Kahn (2006). "Nanotechnology". National Geographic 2006 (June): 98-119.
  10. نقش مصالح نانو در بهبود فضاهای شهری. مؤلف:لیلا داوودزاده... عضوهیئت علمی دانشگاه سما تهران
  11. کتاب بکارگیری فناوری نانو در عرصه معماری ساختمان. مؤلف سیده حدیثه صدیق ضیابری، محمد محمدزاده
  12. ایران رتبه هفتم جهان در حوزه تولید علم نانو را از آن خود کرد . [خبرگزاری جمهوری اسلامی(ایرنا) http://www.irna.ir]
  1. ویکی‌پدیای انگلیسی (دسترسی در ۲۱ ژوئیه ۲۰۰۷)

پیوند به بیرون[ویرایش]