فرهنگ و آموزش

نانو تلکنولوژی
نویسنده : زمان اژدری - ساعت ٢:۳٧ ‎ب.ظ روز ۱۳۸٩/٢/٢٠
 
فن‌آوری که دنیا را متحول می‌کند

جهان امروز بر خلاف دنیای دیروز که تمام توجهش به صنایعی چون نفت و انرژی بود، به سمت فن آوری اطلاعات، مواد جدید، بیوتکنولوژی، نانوتکنولوژی و الکترونیک گرایش پیدا کرده است. با توجه به اینکه عمر صنایعی چون نفت روزی به پایان می‌رسد سرمایه‌گذاری در بخش علم و فن‌آوری توجیه قانع کننده‌ای پیدا می‌کند.

فن‌آوری نانو از هم‌پوشی علوم فیزیک، شیمی و زیست شناسی بوجود آمده است.

این فن‌آوری مانند هر فن می‌تواند تغییرات شگرفی در زندگی بشر به‌وجود آورد از جمله در محیط‌زیست او.تاثیرات مستقیم و غیر مستقیم فن‌آوری نانو بر محیط زیست از جنبه‌های مختلف قابل بررسی است.

در حال حاضر می‌توان موارد متعددی از کاربرد موادنانوساختاری در حفظ محیط‌زیست از قبیل نانو فیلترها (برای تصفیه پسابهای صنعتی)، نانوپودرها(برای تصفیه گازهای آلاینده خروجی از خودروها و واحدهای صنعتی) و نانو تیوب‌ها (برای ذخیره‌سازی سوخت کاملا تمیز هیدروژن ) را برشمرد.

امروزه نانوتکنولوژی و درک قابلیت‌های عظیم این فن‌آوری متحول کننده، موجب سازماندهی و تدوین برنامه‌های ملی فراوانی در بسیاری از کشورهای جهان شده است. تدوین این برنامه‌ها عمدتا به منظور بهره‌گیری هر چه بیشتر از قابلیت‌های نانوتکنولوژی و عقب نماندن کشورها از مسیر تحولات سریع و دستاوردهای رو به رشد این فن‌آوری صورت پذیرفته است.

این علم با کنترل مواد در مقیاس مولکولی، گشایش اسرار طبیعت در تمام عرصه‌ها از مهندسی تا پزشکی را نوید می‌دهد. نانو تکنولوژی در جهانی بسیار کوچک کنترل می‌شود و هدف آن ساخت اشیای اتم به اتم، مولکول به مولکول و با یک رویکرد از پایین به بالاست، راهی که طبیعت میلیونها سال است انجام می‌دهد. بسیاری از خواص یک ماده از قبیل رنگ، استحکام و شکنندگی قابل کنترل می‌‌شود. امکان تهیه مصالح مناسب و با ویژگی‌های مورد نظر در بخش‌های مختلف ساختمان و تاسیسات و تجهیزات سرمایی و گرمایی وابسته به آن با توجه به نیازها و خواسته‌های ما در جلوگیری از هدر رفتن انرژی و کاهش مصرف انرژی (بصورت مستقیم و غیر مستقیم) نقش بسزایی خواهد داشت.

آشنایی با فن‌آوری نانوتکنولوژی

نانوتکنولوژی مطالعه ذرات مواد در مقیاس اتمی برای کنترل آنهاست. هدف اصلی اکثر تحقیقات نانوتکنولوژی شکل‌دهی ترکیبات جدید یا ایجاد تغییراتی در مواد موجود است. نانوتکنولوژی در الکترونیک، زیست‌شناسی، ژنتیک، هوانوردی و حتی در مطالعات انرژی بکار برده می‌شود.

نانوکلمه‌ای یونانی به معنی کوچک است و برای تعیین مقدار یک میلیاردیم یا 9 - 10 یک کمیت استفاده می‌شود. چون یک اتم تقریبا10 نانومتر است، این اصلاح برای مطالعه عمومی روی ذرات اتمی و مولکولی بکاربرده می‌شود.

علم و فناوری نانو ( نانو علم و نانو تکنولوژی) توانایی به‌دست گرفتن کنترل ماده در ابعاد نانومتری (ملکولی) و بهره برداری از خواص و پدیده های این بعد در مواد، ابزارها و سیستم های نوین است. این تعریف ساده خود دربرگیرنده معانی زیادی است.

به عنوان مثال فناوری نانو با طبیعت فرا رشته ای خود، در آینده در برگیرنده همه ی فناوریهای امروزین خواهد بود و به جای رقابت با فن آوری های موجود، مسیر رشد آنها را در دست گرفته و آنها را به صورت « یک حرف از علم» یکپارچه خواهد کرد.

میلیونها سال است که در طبیعت ساختارهای بسیار پیچیده با ظرافت نانومتری ( ملکولی ) – مثل یک درخت یا یک میکروب – ساخته می شود. علم بشری امروزدر آستانه چنگ اندازی به این عرصه است، تا ساختارهایی بی نظیر بسازد که در طبیعت نیز یافت نمی شوند. فناوری نانو کاربردهای را به منصه ظهور می رساند که بشر از انجام آن به کلی عاجز بوده است و پیامدهایی را در جامعه برجا می گذارد که بشر تصور آنها را هم نکرده است.

نانوتکنولوژی و محیط زیست

از دیر باز آلودگی های مختلف، تهدیدی جدی برای محیط زیست جهانی و زندگی انسان بوده است. در قرن بیست و یکم توسعه فناوری‌های جدیدی که اقتصاد صنعتی را بدون آسیب رساندن به سلامت انسان و محیط زیست شکوفا نماید، از اهمیت بسیار زیادی برخوردار است. توسعه فناوری های جدید ساخت و انتقال و سایر فعالیت‌های کاهش یا حذف محصولات زیان آور در حین تولید، تصفیه و اصلاح مواد سمی موجود در محیط زیست، مهمترین چالش کنونی جوامع ماست.

علم و مهندسی مقیاس نانو می‌تواند به طرز چشم‌گیری شناخت ما را از فرآیندهای مولکولی که در محیط زیست رخ می‌دهد بهبود بخشد. توسعه فناوری‌های «سبز» که استفاده، تولید و انتقال محصولات زاید، خصوصا مواد سمی را به حداقل می‌رسانند به کاهش آلودگی کمک کند. پاک سازی محیط زیست به وسیله زدودن آلودگی از هوا و آب تا رساندن آنها به سطحی که در حال حاضر غیرقابل حصول است، با اندازه‌گیری پیوسته و به موقع آلودگیها میسر خواهد شد. از این رو افزایش شناخت اثرات نانو تکنولوژی برروی محیط زیست، اجتماع و سلامتی انسان یک امر حیاتی است.

نانوتکنولوژی دوام‌پذیری منابع طبیعی را تضمین می کند. این فناوری منجر به تغییراتی شگرف در استفاده از منابع طبیعی، انرژی و آب خواهد شد و پساب و آلودگی را کاهش خواهدداد. همچنین فناوری‌های 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 درمان مسائل زیست‌محیطی از طریق کنترل انتشار آلاینده‌ها داشته‌باشد. لازم به ذکراست، نانوتکنولوژی توان حذف آلودگی‌های کوچک از منابع آبی (کمتر از 200 نانومتر) و هوا (زیر 20 نانومتر) و اندازه‌گیری و کاهش مداوم آلودگی در مناطق بزرگتر را دارد.

نانوتکنولوژی و انرژی

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 استفادة مجدد از مواد، انرژی و آب را فراهم خواهند کرد.

در زمینه انرژی، نانوتکنولوژی می‌تواند به‌طور قابل ملاحظه‌ا‌ی کارآیی، ذخیره‌سازی و تولید انرژی را تحت تاثیر قرار داده و مصرف انرژی را پایین بیاورد. به عنوان مثال، شرکت‌های تولیدکننده مواد شیمیایی، مواد پلیمری تقویت‌شده با نانوذرات را ساخته‌اند که می‌تواند جایگزین اجزای فلزی بدنه اتومبیل‌ها شود. استفاده گسترده از این مواد می‌تواند سالانه 5/1 میلیارد لیتر صرفه‌جویی مصرف بنزین به ‌همراه داشته‌باشد.

هدایت حرارتی موادی که با فناوری نانو حاصل شده، کاربردهای دیگری نیز ارائه می دهد. ازآنجایی که دانسیته مناسب از این مواد می توانند قادر به هدایت سریع حرارت از سطح تماس به حفره های حرارتی (Heat sinks) باشند، امکان تحقق این مواد اصلاح شده از نظر مقاومت حرارتی مطرح می‌شود همچنین بعدها ممکن است توسعه مواد عایق‌کننده و لوله های حرارتی، بهره‌مندی از اختلاف هدایت حرارتی در طول و عرض لوله‌ها را تحقق بخشد. یکی ازاین کاربردها می تواند گرم کردن ساختمان‌ها باشد که جایگزین سیستم های برمبنای مایع موجود، برای گرما دهی طبقات خواهد شد.

مواد، حدود 70 درصد از رشد ناخالص جوامع صنعتی را در یک یا چند زمینه تشکیل می دهند و از این رو برای اقتصاد حیاتی هستند. نانوتکنولوژی تقریبا مسیر تولید انواع نامحدودی از مواد جدید را به شیوه‌های گوناگون فراهم می‌آورد. نانو مواد را می‌توان به صورت مواد جدیدی که اندازه ساختار بنیادی آنها در مقیاس نانومتری طراحی شده تعریف کرد. اصولا مواد نانومتری با کاهش اندازه، در هر مقیاس رفتار جدیدی را بروز می‌دهند.نانوتکنولوژی اجازه ایجاد مواد و وسایلی با خصوصیات عملکردی و کارایی های جدید را می‌دهد.

ساخت ابزار در مقیاس مولکولی دارای مزایا و معایب بسیاری است از مزیت‌های عمده آن می‌توان به افزایش دقیق و دقت کامپیوترها میلیون برابر بیشتر از کامپیوترهای کنونی, کنترل بیماری توسط نانو لفسورها, کامپیوترها و نانو ابزارها و انجام جراحی‌های کنترل شده توسط آن‌ها و هزاران مزیت دیگر نام برد. به طورکلی این فن‌آوری برای ما آینده‌ای سریع, ارزان با تولیدات بهتر و محیط زیستی پاکیزه تر به همراه خواهد داشت.

اما مهم‌ترین عیبی که این فن‌آوری به دنبال خود دارد سوق دادن این فن‌آوری و استفاده از آن در تولید سلاح‌های مرگبار است که ارزان بودن این سلاح‌ها خود نوید خطرناک شدن آینده برای ما را به دنبال دار. در هر صورت حرکت سریع این تکنولوژی با این چالش‌ها و مزیت‌ها به صورتی غیرقابل اجتناب به نظر می‌رسد.

تفاوت اصلی فن‌آوری نانو با فن‌آوری‌های دیگر در مقیاس مواد و ساختارهایی است که در این فن‌آوری مورد استفاده قرار می‌گیرند. البته تنها کوچک بودن اندازه مد نظر نیست؛ بلکه زمانی که اندازه مواد دراین مقیاس قرار می‌گیرد، خصوصیات ذاتی آنها از جمله رنگ،استحکام، مقاومت خوردگی و... تغییر می‌یابد.

نانوتکنولوژی فواید بسیاری برای محیط زیست از طریق کاهش منابع لازم برای تولیدکالاها و افزایش راندمان انرژی فراهم می‌نماید.فن‌آوری نانو باعث کاهش وزن هواپیماها (کاهش مصرف سوخت )می شود.این هواپیماهای کوچکتر می‌توانند ارزانتر تولید شده و هزین ه بلیت آنها کاهش یافته و تعداد مسافران بیشتری را جابجا کنند.

نانوتکنولوژی موجب توسعه محصولات کشاورزی برای یک جمعیت عظیم خواهد شد و راههای اقتصادی تری را برای تص فیه و نمک زدایی آب و بهینه سازی راههای استفاده از منابع انرژیهای تجدید پذیر همچون انرژی خورشیدی ارائه مینماید. انتظار می‌رود که نانوتکنولوژی نیاز بشر را به مواد کمیاب کمتر کرده و با کاستن آلاینده‌ها، محیط زیستی سالمتر را فراهم کند.

نانو تکنولوژی نظیرهر فن‌آوری دیگری چونان یک تیغ دولبه است که می‌توان از آن در مسیر خیر و صلاح و یا نابودی و فنا استفاده به عمل آورد. گام اول در راه بهره گیری از این فن‌آوری شناخت دقیق تر خصوصیات آن و آشنایی با قابلیت‌های بالقوه‌ای است که در خود جای داده است.نانوذرات و سایر مواد مرنبط با آنها اگرچه فن آوری جدیدی را بوجود آورده‌اند ملی باید خطرات آنها برای سلامتی و محیط زیست نیزدر نظر گرفته شود.