فناوري نانو چيست؟

به طور كلي اين فناوري عبارت از كاربرد ذرات در ابعاد نانو است. يك نانومتر، يك ميلياردم متر است. از دو مسير به اين ابعاد مي توان دسترسي پيدا كرد. يك مسير دسترسي از بالا به پايين و ديگري طراحي و ساخت از پايين به بالا است. در نوع اول، ساختارهاي نانو با كمك ابزار و تجهيزات دقيق از خرد كردن ذرات بزرگ تر حاصل مي شوند. در طراحي و ساخت از پايين به بالا كه عموما آن را فناوري مولكولي نيز مي نامند، توليد ساختارها، اتم به اتم و يا مولكول به مولكول توليد و صورت مي گيرند. به عقيده مدير اجرايي موسسه نانوتكنولوژي انگلستان، فناوري نانو ادامه و گسترش روند مينياتوريزه كردن است و به اين طريق توليد مواد، تجهيزات و سامانه هايي با ابعاد نانو انجام مي شود. درحقيقت فناوري نانو به ما امكان ساخت طراحي موادي را مي دهند كه كاملا داراي خواص و اختصاصات جديد هستند.

به بيان ديگر اين نوع فناوري چيزهايي را كه در اختيار داريم با خصوصيات جديد در اختيار قرار مي دهد و يا آنها را از مسيرهاي نويني مي سازد. اما گويا صنايع داروسازي از مدت ها قبل به ساخت ذرات ريز مشغول بوده اند. به نظر پروفسور Buckton، طي سخنراني كه در كنفرانس علوم دارويي انگلستان (BPC) انجام داد ادعا نمود كه فناوري نانو در داروسازي اصطلاح تازه به كار گرفته شده اي براي فناوري توليد ذرات در اندازه ميكروني (particles Micro) است كه از سال ها قبل تهيه و ساخته مي شده اند. پس چه چيزي در اين بين جديد خواهد بود؟ به عقيده مدير اجرايي موسسه فناوري نانو انگليس، دستيابي و ساخت دستگاه هاي آناليز پيشرفته و ابداع روش هاي آناليز نوين سبب مي شود تا ما بتوانيم رفتار مواد را به دقت مورد شناسايي قرار دهيم و از اين رهگذر بتوانيم آنها را با ظرافت خاصي دستكاري كنيم.
شاخه‌اي از علوم كه هدف نهايي آن كنترل بر روي تك‌تك اتم‌ها و مولكول‌ها مي‌باشد تا بتوان به كمك آن تراشه‌هاي كامپيوتري و ساير ادواتي توليد كرد كه هزاران بار كوچكتر از ادوات فعلي باشند كه فناوري امروز امكان ساخت آنها را براي ما فراهم آورده است. در فناوري فعلي توليد مدارات نيمه هادي از روش ليتوگرافي براي ايجاد طرح مدار بر روي مواد نيمه هادي استفاده مي‌شود. پيشرفت شگرفي كه در ليتوگرافي طي 2 دهه اخير رخ داده است به ما اين امكان را مي‌دهد كه با بهره‌گيري از دستگاه‌هاي جديد بتوانيم مداراتي كوچكتر از 1 ميكرون (1000 نانومتر) را توليد كنيم. البته بايد توجه داشت كه اين مدارات هنوز از ميليون‌ها اتم تشكيل شده‌اند. بيشتر دانشمندان بر اين باور هستند كه ليتوگرافي به مرزهاي محدودكننده فيزيكي خود نزديك شده است. بنابر اين براي كوچكتر كردن اندازه نيمه‌هادي‌ها مي‌بايست از فناوري‌هاي جديدي كه مي‌توانند تك‌تك اتم‌ها را سازماندهي كنند، استفاده كرد و طبعاً چنين فناوري جزء محدوده فناوري نانو محسوب مي‌شود. اگر چه تحقيق در زمينه فناوري نانو به زماني باز مي‌گردد كه ريچاردپي فاينمن طي سخنراني كلاسيك خود در سال 1959 به اين فناوري اشاره كرد اما عبارت فناوري نانو اولين بار توسط كي‌اريك دركسلر در سال 1986 در كتابي از وي با عنوان موتورهاي آفرينش بسط داده شد. در مقالات و نوشته هاي عمومي واژه فناوري نانو گاهي به هر فرآيند كوچكتر از اندازه‌هاي ميكرون اطلاق مي‌گردد كه مي‌تواند فرآيند ليتوگرافي را نيز شامل شود. به خاطر همين بسياري از دانشمندان هنگامي كه مي‌خواهند درباره فناوري نانو به معني واقعي و علمي كلمه صحبت كنند از آن به عنوان فناوري نانومولكولي ياد مي‌كنند كه به معني فناوري نانو در ابعاد مولكولي مي‌باشد.
فناوري نانو كه گاه به آن فناوري ساخت مولكولي نيز گفته مي‌شود، شاخه‌اي از مهندسي است كه با طراحي و ساخت مدارات الكترونيكي و اداوات مكانيكي بسيار كوچك (در ابعاد مولكولي) سر و كار دارد. پژوهشگاه فناوري نانو انگلستان تعريف فناوري نانو را بدين گونه بيان مي‌كند: قلمروي از علم و فناوري كه به ابعاد و تلورانس‌هاي 1/0 تا 100 نانو مترمي‌پردازد در جايي كه اين ابعاد و يا تلورانس‌ها بتوانند نقش مهمي در خواص قطعه ايفاء كنند.
بحث فناوري نانو اغلب مشابه بحث سيستم‌هاي ميكرو مكانيكي- الكترونيكي مي‌باشد(MEMS) .
در واقع فناوري نانو زير مجموعه MEMS است و MEMS به فناوري‌هاي بزرگتر از ابعاد مولكولي (ابعاد نانو) نيز مي‌پردازد.

1-موارد استفاده از فناوری نانو رو نام ببرید.(حداقل 5 تا...10 امتیاز)

1. تغيير در خصوصيات دارويي
2.ژن درماني
3. تحليل
4. شناسايي و جداسازي كاملاً اختصاصي DNA
5.از بين بردن باكتري‌ها
6.تصوير برداري زيستي دقيق
7.حسگرهاي شيميايي و زيستي قابل اطمينان و داراي عمر طولاني

2-یکی از موارد استفاده رو کاملا توضیح بدید.(20 امتیاز)

نانوتكنولوژي در صنايع نيمه‌هادي
صنايع نيمه‌هادي در سير تكامل خود در حال رسيدن به نقط‌هاي است كه توانايي آن براي توليد نقاط كوچكتر با مشكلاتي جدي همچون اثرات كوانتومي و نوسانات سطوح اتمي روبرو خواهد شد.

مشكلات ديگر در راه پيشرفت CMOS عبارتند از مصرف بالا، اتلاف حرارت و هزينه بسيار بالاي ساخت. اين مسائل در آينده مانعي سخت براي توليد نيمه‌هادي‌هاي كارآمد خواهد بود. به گفته NanoMarkets ، نانوتكنولوژي به ادامه پيشرفت و توليد CMOS كمك خواهد كرد و همچنين فناوري‌هاي جديد را قادر خواهد ساخت تا گوي سبقت را در جلب رضايت بازار از CMOS بربايند.غول‌هاي بزرگ صنعتي همچون فري‌اسكيل ‌، آي‌بي‌اِم، اينفينئون و اينتل پشتوانة مهمي براي نانوحافظه‌ها به حساب مي‌آيند.

يك گزارش جديد از NanoMarkets بيانگر اين مطلب است كه همان‌طوركه روش‌هاي كنوني ليتوگرافي به پايان راه خود رسيده‌اند، ابزار‌هايي كه براي توسعه، توليد و آزمايش CMOS به كار مي‌روند، نيز بايد بر پاية نانوتكنولوژي طرح‌ريزي گردند. پرتوافكن مستقيم الكترونيكي كه در توليد ASIC به كار مي‌رود، نمونه‌هاي از ابزاري است كه به كمك نانوتكنولوژي بوجود آمده‌است. اما نانوماركتز معتقد است كه كاربرد واقعي نانوتكنولوژي در توليد محصولات جديد، با توجه به خصوصيات مواد مقياس نانو مي‌باشد. بخش‌هايي از صنعت نيمه‌هادي كه بيشترين تأثير نانوتكنولوژي در آنها ديده مي‌شود خارج از مقوله CMOS قرار دارند. به گفته نانوماركتز اين موضوع در موارد زير به وضوح ديده مي‌شود:

o حافظه غيرفرار: حافظه غيرفرار يكي از عوامل تقويت محاسبات سيار است. اما با توجه به اينكه حجم و سرعت فناوري Flash محدود مي‌باشد، حافظه‌هاي جديد كه در طراحي آنها از نانوتكنولوژي بهره گرفته شده است، كارايي بهتري را از خود نشان داده‌اند. FRAM و MRAM نمونه‌هايي از اين نوع حافظه‌ها هستند.

o الكترونيك پليمري: سوني، زيراكس و سايرين آماده‌اند كه محصولات الكترونيك لايه نازك را وارد بازار كنند. الكترونيك پليمري، برخلاف CMOS، از خصوصيات حرارتي بسيار خوبي برخوردار است و هزينه‌ توليد در حجم كم را پايين مي‌آورد. اين خصوصيات امكان توليد محصولات جديدي را به وجود مي‌آورد. در سال 2006 نمايشگر‌هاي بزرگ رولي و همچنين برچسب‌هاي RFID با قيمت پايين توليد خواهد شد كه امكان استفاده از آنها براي اجناس يك‌بار‌مصرف فراهم خواهد شد.

o نانوحسگر: نانوحسگرها نسبت به رقباي خود از آستانه تشخيص بسيار پايين‌تري برخوردارند. آنها قادرند در زمينه كشف امراض بيولوژيك نقش مهمي را ايفا كنند. به گونه‌اي كه در مورد اعلام وجود سرطان، از سرعت بسيار زيادي برخوردارند.

گزارش NanoMarkets بيانگر اين مطلب است كه نانوتكنولوژي به‌زودي مي‌تواند در مديريت حرارتي و اتصالات داخلي پر‌سرعت، به ميزان قابل‌توجهي كمك نمايد. در زمينه اتصالات داخلي پرسرعت مي‌توان از نانولوله‌ها استفاده نمود زيرا توانايي آنها در انتقال جريان از مس خيلي بيشتر است و مي‌توان آنها را به روش‌هاي قابل انطباق با CMOSها رشد داد (اينفينئون در سال 2002 اين قابليت را نشان داد). از نانولوله‌ها مي‌توان خنك‌كننده‌هاي بسيار خوبي براي رفع مشكلات حرارتي ساخت (همانند قطعاتي كه اينتل از سال 2002 به بعد به كارشان گرفت) و يا مي‌توان با ايجاد جرقه بين آنها جرياني از هواي خنك توليد نمود.

از اين گزارش چنين نتيجه گرفته مي‌شود كه فرصت‌هاي قابل توجهي در نانوالكترونيك وجود دارد. به‌گونه‌اي كه در سال 2006 نانوحافظه‌ها به تنهايي 1/3 ميليارد دلار سودآوري خواهند داشت. همان‌گونه كه در بالا توضيح داده‌شد، اين امر هم‌اكنون در قالب روش‌هاي جديد براي تكميل CMOSها آغاز شده‌است. اين گزارش نشان مي‌دهد كه سازندگان نيمه‌هادي‌ها از هم‌اكنون بايد به فكر طرح ريزي براي به‌كارگرفتن نانوتكنولوژي در توليدات خود باشند. در غير اين‌صورت بايد از دست دادن توليدات بزرگ آينده را بپذيرند، كه البته پذيرفتن اين ريسك بسيار دور از ذهن به‌نظر مي‌رسد.

سوال 1 - کاربردهای نانو تکنولوژی :

• همه گیر شدن ابر کامپیوترهای بسیار قوی، کوچک و کم مصرف
• سلاحهای سبک تر، کوچکتر، هوشمند تر، دوربردتر، ارزانتر و نامرئی تر برای رادار
• شناسائی فوری کلیه خصوصیات ژنتیکی و اخلاقی و استعدادهای ابتلا به بیماری
• ارسال دقیق دارو به آدرس های مورد نظر در بدن و افزایش طول عمر
• از بین بردن کامل عوامل خطرناک جنگ شیمیائی و میکروبی





سوال 2 - توضیح یکی از کاربردهای نانو تکنولوژی :

« نانو تکنولوژی و بدن »

پژوهشگران به تازگي در يافته اند كه شكل خاصي از مولكولهاي كربن مي توانند به خوبي وارد هسته سلولها شوند ومي توان در آِينده اي نزديك از آنها درسيستم دار سازي وواكسيناسيون استفاده كردامروزه از اين مولكولهاي كربن كه (نانو تيوبهاي كربنCarbon nano tubes) ناميده مي شوند تنها جهتحمل پپتيدهاي كوچك به هسته هاي سلولهاي فيبروپلاستي استفاده مي شود ولي پژوهشگران اميدوارند كه بتوانند از آنها در درمان سرطان ،ژن درماني و واكسيناسيون نيز استفاده نمايند.

آلبرتوبيانكو از موسسه CNRSدر استراسبوك فرانسه مي كويد كه پژوهشگران در مراحل اوليه تحقيقات مي باشند واز آنجا كه به نظر مي آيد نانو تيوبها مي توانند وارد هسته شوند، از اين خاصيت جهت حمل ژنها ي ساخته شده ورساندن داروها به بخش خاصي از سلول مي توان استفاده كرد.

تيم تحقيقاتي بيانكو ،نانو تيوبها را چند روز در دي متيل فرماميد حرارت دادند وبه دنبال آن اتصالات كوتاهتري (اتيلن گيكول TEG) ايجاد شد وسپس پپتيدهاي كوچك به مولكولهاي TEGمتصل شدند وهنگامي كه اين نانو تيوبها با سلولهاي فيبروپلاست انساني كشف شده مخلوط شدند،به سرعت به سمت هسته حركت كردند. اصولا طيف وسيعي از مولكولها مي توانند به نانو تيوبها متصل شوند وبه راحتي به سمت سلولها حركت كنند وبه طور كلي نانو تيوبها سميت بالايي ندارند ودر دوزهاي پايين براي سلولها بي ضررند ولي در غلضتهاي بالا باعث از بين رفتن سلولها مي شوند وبايد اثرات آن در بدن مورد مطالعه قرار گيرد.

روت دوتكان پژوهشگر دانشگاه كاريف انگلستان مي گويد:دلايل بسياري وجود دارد كه نشان مي دهد كه ذرات بسيار ريز مي توانند در سيستم دارو سازي مفيد باشند.اما مكانيسم وارد شدن نانو تيوبها به داخل سلولها مشخص نمي باشد.همچنين او مي گويد تحقيات نا موفقي جهت استفاده از bucky balls (نانو تيوبهاي كربني كروي) جهت رساندن داروهاي ضد سرطان ونوكلوتيدهاي پرتو زا به داخل سلول انجام شده است.


با استفاده از علم تکنولوژی ، این ارزوی که سالهای سال دانشمندان به دنبال آن بوده اند براورده خواهد شد .

1 - کاربردهای نانو تکنولوژی :

1 استفاده در صنایع مخابرات
2 استفاده در صنایع خدرو سازی
3 استفاده در صنایع فضای
4 استفاده در کشاورزی
5 استفاده در صنایع ذوب فلزات
6 استفاده در صنایع غذایی
7 استفاده در صنایه بسته بندی
8 استفاده در صنایع تولید محصولات مرتبط با آی تی
استفاده در صنایع نظامی

2- یکی از کاربردهای نانو تکنولوژی :

ساخت موادی به نام سوپر جاذب
من فقط بحث مواد سوپر جاذبی که در صنایع نساجی کاربرد داره رو اینجا مطرح میکنم

در ساخت این نوع محصولات در چند مرحله از نانو تکنولوژی استفاده میشه
مرحله یتولید مواد اولیه در صنایع پلیمر
در ماده یپلیمر ی که برای ساخت سوپر جاذب ها کار برد داره ابتدا با استفاده از روش پلیمرازیسیون تراکمی و با استفاده از کاتالیزور های زیگلر-ناتا (مثل تترا کلرید تیتانیوم ) و کمک کاتالیزور های مثل دی اتیل آلمینیوم کلرید ماده یپلیمر را به صورت رشته های باریک به قطری در حدود 600 تا 800 نانو متر در می آورند
توجه داشته باشید که بسته به نوع پلیمر اولیه این طول متغییر است
بعد این رشته ها در محیط های سوسپانسوینی مانند آب قرار داده و ماده ی مربوطه را به کارخانه ها تولید سوپر جاذب ها منتقل کرده
در آن کارخانه ها گروهی از پلیمر خاص( نامش رو نمیدونم) بسته به نوع استفاده با آب ی که رشته های پلیمری قبلی در آن قرار دارد ترکیب شده و بعد از حرارت دادن تا نزدیک مرحله ی سیال شدن این نوع پلیمر ها (این نوع پلیمر تخریب نمیشود) و بخار شدن آب واکنش بین زنجیر و ماده یپلیمری جدید روی داده
یعنی ماده یپلیمری اضافه شده به رشته های زنجیر پلیمری میچسبد
در انتها این مواد را به کارخانه های ریسندگی مخصوص منتقل کرده که آن های ره به نخ های با قطر 1200 تا 5000 نانو متر تبدلی کند و در انتها از این نخ ها پارچه های جاذب آب یا بعضی از مواد ساخته میشود

به طور مثال یکی از این پارچه ها توانایی جذب نفت را دارا میباشد و برای پاکسازی دریا ها از نفت مورد استفاده قرار میگیرد

( از این خلاصه تر نمیشد بنویسم )

سوال 1 - کاربردهای نانو تکنولوژی :

# شناسایی و درمان بیماریها و کشف داروها
# ساخت حسگرها (استفاده از حسگرهای مغناطیسی جهت شناسایی ویروسها)
# ساخت میکرو آرایه‌های DNA با نانومُهر زنی
# نتایج بررسی بالینی فناوری Nano - JETA RT- PCR توسط شرکت Acrongenomics
# طراحی و ساخت کارتهای نانویی برای کاهش درد و افزایش شادابی انسان

سوال 2- یکی از کاربردهای نانو تکنولوژی :

سمبلی مولوکولیMolecular Assembly


اولین بروسه های تولیدی مانوفاکتور در پایان قرون وسطی در اروپای اواخر سالهای 1500 شکل گرفتند. این تولید عبارت بود از ساختن اشیأ از مواد اولیه با دست یا با ماشین آلات به طور سیستماتیک همراه تقسیم کار. سپس اختراع ماشین بخار در قرن هجدهم، ماشین آلات متحرک را بوجود اورد، که با نیروی مهار شده توسط این موتور ها به حرکت در میآمدند. مانوفاکتور به کارخانه توسعه یافت، و بدینگونه سیمای کره زمین طی دویست سال بعد از آن، کاملأ دگرگون شد. امروز نانوتکنولوژی درباره اسمبلی مولوکولی است، که نوع مینیاتوری مانوفاکتور است، و میتواند اساسأ دنیا را از نوبیآفریند، آنهم با بازدهی بهتر، و نتیجه آن نه تنها میتواند به وابستگی به مواد خام طبیعی پایان دهد، بلکه ممکن است توسعه صنعتی را کامل کند. آنگونه که دنیل بل بخوبی نشان داده، جامعه صنعتی اساسأ عصر انرژی تمدن بشر بود، تولیدی با ماشین آلات متحرک که از انرژی مهار شده استفاده میکردند. در نتیجه نانوتکنولوژی میتواند بطور موفقیت آمیزی مابقی تولید کشاورزی و صنعتی را کامل کند، و نه تنها از طریق حل مسأله انرژی، بلکه همچنین، از طریق افزودن هوش به موضوعات این تمدن های بشری. به طور خلاصه میتواند به تمام فعالیت های تولیدی که در شیوه های تولید ماقبل صنعتی هستند کمک کند که به تولید هوشمند فراصنعتی برسند، هم آنگونه که برنامه های کامپیوتری هوشمند در تولیدات تکنولوژی نوینhigh tech امروز به کار برده میشوند. یعنی پس از توسعه ننوتک، اینگونه تولیدات هوشمند برای همه فعالیت های تولیدی به کار خواهند رفت. عبارات زیر آنگونه ایست که کورزویل استفاده از هوش را در ننوتک توضیح میدهد، با استفاده از اصطلاح *نرم افزار* به معنی وسیع کلمه:
"هرچند پیکربندی هایconfigurations بسیاری پیشنهاد شده، یک اسمبلر نوعیtypical assembler، به صورت یک واحد روی میزی توصیف شده، که میتواند هر محصولی که از نظر فیزیکی ممکن، و ما برایش توصیف ترم افزاری داشته باشیم را، تولید کند. محصولات میتوانند از کامپیوتر باشند تا لباس، آثار هنری باشند تا غذای پخته شده. محصولات بزرگتر، نظیر اثاثیه، ماشین، و حتی خانه نیز میتوانند به صورت قایسیmodular ساخته شوند، یا از طریق ساختن اسمبلرهای بزرگتر. آنچه که از اهمیت ویژه برخوردار است اسمبلری است که که میتواند کپی خود را خلق کند. هزینه افزوده برای ساختن هر محصول فیزیکی، که شامل هزینه خود اسمبلر هم میشود، چند پنیpennies برای هر پوند خواهد بود، اساسأ قیمت مواد خام آن. البته هزینه واقعی در ارزش اطلاعاتی خواهد بود که هر محصول را توصیف میکند ، یعنی نرم افزاری که پروسه اسمبلی را کنترل میکند. در نتیجه هر چیز با ارزش در جهان، از جمله خود اشیأ فیزیکی، اساسأ از اطلاعات تشکیل میشوند. ما ازامروز از چنین شرایطی چندان دور نیستیم، چرا که "محتوی اطلاعاتی" محصولات بطور سریعی به خط مجانب صد درصد ارزش آنها مماس میشود." ری کورز.یل-جدل درکسلر-اسمالی درباره اسمبلر مولوکولی، 3 دسامبر، 2003] عبارات بالا بیان اصل آنچیزی است که در پارادیم ننوتک برای دنیا اهمیت دارد. اگر نیوتون قوانین حرکت را توصیف کرد، و در پی آن، لاپلاس بحث میکرد که اگر شرایط اولیه جهان را داشته باشیم، با دانش قوانین نیوتون، میتوان جهان در هر لحظه را پیش بینی کرد، ما نیز در اینجا شاهد آنیم که علم در 300 سال گذشته توصیف ساختمان اشیأ را انجام داده، و آن به این معنی است که میشود، آنگونه که در همانجا کورزویل از سخنرانی تاریخی 1959 فیزیک دان معروف فینمنFeynman نقل میکند، در نهایت تمام طبیعت را مصنوعأ از نو "اتم به اتم" ساخت.

1 - کاربردهای نانو تکنولوژی :

1 ترابری دارو و ژن (طراحی داروهایی با هدف گیری بسیار مطلوب که از نانو ماشینهای پروتئینی بهره می‌برند و ...)
2 تشخیص زیستی پاتو ژنها
3 تشخیص پروتئینها
4 جستجو در ساختار DNA وتغییر آن که ارزو دیرینه بشریت بوده
5 ابداع روشهایی برای استفاده از RNA در فناوری ‌نانو
6 حرکت رباتهای زنده با نیروی ماهیچه

2- یکی از کاربردهای نانو تکنولوژی :

پارچه هاي خود پاك كننده:

فرآيند توليد اين پارچه ها با محيط زيست سازگار بوده ومطابق استاندارد bluesgn كشور سوئيس شده است .شركت Scholler Textiles AG به خاطر طراحي پارچه هاي جديد موفق به دريافت تقدير نامه كنگره طراحي ممتاز سوئيس در سال 2001 شد. پارچه هاي شركت صنعتي پارچه بافي سوئيس موسوم به Nanesphere ضد آب وضد لك بوده وچربيها روي ان به طور خود به خود از بين مي رود .

اين پارچه از طبيعت الهام گرفته وتوليد آن با نانو تكنولوژي تحقق يافته است .برگهاي برخي گياهان مانند نيلوفرآبي ويا پوست سوسك وبال حشرات هميشه تمييز باقي مي ماند زيرا ناهمواريهايي بي نهايت كوچك روي سطوح آنها مانع چسبيدن ذرات گرد وخاك به اين سطوح شده وكوچكترين بارشي سطح آنها تمييز مي كند .شركت Schoeller پس از سالها تلاش وبا ظهور نانو تكنولوژي موفق به تقليد اين فرآيند شد وبا به كارگيري فناوري Nano Sphere در پارچه ها ساختار سه بعدي خاصي بر روي سطوح ايجاد كرده وسطح تماس براي ذرات گرد وخاك محدود گرديده وذرات باقيمانده بر روي سطوح در قطرات اب معلق شده وبه آساني توسط اين قطرات خارج ميگردند ابعاد ميكروسكوبي نانو تكنولوژي امكان تغييرات فوق العادهاي را بر روي سطوح به وجود آورده ومنجر به توليد پارچه هايي با خواص كاملا جديد مي گردد.

این کاربرد دیگری از نانو تکنولوژی است .

سوال اول :
- محصولات خوداسمبل 2- كامپيوترهايي با سرعت ميلياردها برابر كامپيوترهاي امروزي 3- اختراعات بسيار جديد ( كه امروزه ناممكن است) 4- سفرهاي فضايي امن و مقرون به صرفه 5- نانوتكنولوژي پزشكي كه درواقع باعث ختم تقريبي بيماريها، سالخوردگي و مرگ و مير خواهد شد. 6- دستيابي به تحصيلات عالي براي همه بچه‌هاي دنيا 7- احياي مجدد بسياري از حيوانات و گياهان منقرض‌شده 8- احياء و سازماندهي اراضي

از آنجايي كه نانوتكنولوژي كاربردهاي گسترده اي دارد، بسياري از افراد فكر مي كنند اين علم اهميتي به مانند برق يا پلاستيك پيدا كند. مطالعات نشان مي دهد نانو تكنولوژي با بهبود مواد و محصولات و توليد مواد كاملاً جديد بر تمام صنايع تأثير خواهد گذاشت. افزون براين، فعاليت در حد كوچكترين مقياس ها به پيشرفت هاي مهم در عرصه هايي مانند الكترونيك، انرژي و پزشكي زيستي خواهد انجاميد
توانايي ساخت اجسام با دقت اتمي اين امكان را به دانشمندان مي دهد كه موادي با خواص بهتر يا جديد نوري، مغناطيسي، حرارتي يا الكتريك توليد كنند

سوال دوم
توضیح در مورد ویژگی ماده سازی :

اكنون انواع جديدي از ماده توليد می‌شود. مثلاً شركت نانوسونيك در ويرجينيا لاستيك فلزي توليد كرده است. اين ماده مانند لاستيك انعطاف و انحنا مي پذيرد اما الكتريسيته را مانند فلزي محكم منتقل مي كند. مركز تحقيقاتي جنرال الكتريك در پي ساخت سراميك انعطاف‌پذیر است. در صورت موفقيت، از اين ماده مي توان در ساخت قطعات موتور جت استفاده كرد و موتورهايي ساخت كه در دماي بيشتر با كارايي بهتري كار كند. چندين شركت مشغول كار روي موادي هستند كه روزي به صورت رنگ به سلول هاي خورشيدي بدل خواهد شد.

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 4 نفره كه به دور مدار زمين مي‌گردد با هزينه‌اي در حدود يك خودروي خانوادگي تجسم كنيد".

1-موارد استفاده از فناوری نانو رو نام ببرید.(حداقل 5 تا...10 امتیاز)

•کاهش یافتن شدید تقاضا برای سوخت های فسیلی
• از بین بردن کامل ناچیز ترین آلاینده های شهری و صنعتی
• سطوح و لباسهای همیشه تمیز و هوشمند
• تولید انبوه مواد و ابزارهائی که تا قبل از این عملی و اقتصادی نبوده اند
• بالا بردن آسانسورهایی با قابلیت حمل بیش از سی تن با خطی به ضخامت یک میل !
-------------------------------------------------------------------------
2-یکی از موارد استفاده رو کاملا توضیح بدید.(20 امتیاز)

« نانوتکنولوژی و امکان مشاهده درون اجسام جامد »

محققين تحولي عظيم در نانوتکنولوژي تراهرتزي ايجاد کرده‌اند. نتايج کار آنها مي‌تواند در تصويربرداري پزشکي، تشخيص مواد خطرناک و حتي در عمليات نجات کاربرد داشته باشد. اين تيم تحقيقاتي، به کمک يک نانوساختار نيمه‌هادي، روشي را براي کنترل توان فرکانسهاي تراهرتزي کشف کرده‌اند.
تراهرتز، افق نهايي مطالعات امواج الکترومغناطيس است و در طيف فرکانسي بين ميکروويو و نور مادون قرمز قرار مي‌گيرد. فرکانس امواج تراهرتز 1000مرتبه بزرگتر از فرکانس امواج ميکروويو و بين 100 تا 1000مرتبه ضعيف‌تر از نورمرئي است.

"اين تحقيقات با عملي ‌ساختن دسترسي به امواج تراهرتزي، تحولي را در اين فناوري ايجاد خواهد کرد. ابزار مورد استفاده در کار به اندازة يک سلولي تلفن[7] بوده و قابل حمل نيز مي‌باشد، در صورتي که سيستمهاي تراهرتزي قبلي چنين قابليتي را نداشتند. "
مي‌دانيم که امواج توسط اتمسفر جذب مي‌شوند. به همين دليل امواج تراهرتز، وسيلة مناسبي براي ارتباطات فواصل دور از طريق هوا نيستند. اما اين امواج براي فواصل نزديک، با ارزش مي‌باشند.
با توجه به علم نانو تکنولوژی از اين امواج مي‌توان در تشخيص ترکيبات شيميايي همچون آلاينده‌ها کمک گرفت. اين امواج همچنين به مولکولها حساس هستند و مي‌توانند از درون مواد جامد عبور کرده و در تصويربرداري و پيمايش مواد مورد استفاده قرار گيرند.
مي‌توان با استفاده از آنها به مطالعة امراضي همانند سرطان پرداخت که در آنها، سلولها داراي لرزشهاي تراهرتزي مي‌باشند.
اين امواج همچنين ابزار قدرتمند ديگر علاوه بر اشعه X در اختيار دندانپزشکان قرار داده و نيز در عمليات نجات جهت تشخيص افراد محصور در زير آوار و همچنين در تشخيص مواد خطرناک کاربرد دارند. قابل ذکر است که تمامي اين امکانات در يک وسيلة قابل حمل با دست جاسازي مي‌شود نه در وسيله‌اي با ابعاد يک اطاق.
اين ادوات بر مبناي يک نيمه‌هادي سيليکون ژرمانيوم استوارند. نيمه‌هادي جهت تشخيص باندهاي انرژي مرتبط با امواج تراهرتز بکار مي‌رود. همچنين از فيلترهايي جهت کنترل دقيق فرکانس بهره گرفته مي‌شود.
علم نانولوژی موفق شده است تا با این علم پیشرفته انسان را قادر نماید تا از فراسوی هر جسم جامدی ، دور دستها را مشاهده نماید و درون هر چیزی را نظاره کند .
بدین طريق به طور مثال می توان درون تخم مرغ یا هر چیز دیگری را مشاهده نمود .

1-موارد استفاده از فناوری نانو رو نام ببرید.(حداقل 5 تا...10 امتیاز)

1- ساخت موتورهایی با قدرت بیش از یک ملیون اسب بخار
2- ساخت خودروهایی با مصرف سوخت یک لیتر در سال
3- مقاوم کردن یک رشته سیم به مقداری که نیروی بیش از هزار برابر را تحمل کند .
4- ساخت صوتهایی با بسامدهایی که شنیده نمیشوند .
5 - مشاهده ستاره ها با شیشه هایی به اندازه شیشه های معمولی
6- ساخت شبکه های عظیم مولکولی با ذرات یک اتم
7- مقابله با بیماری های سرطانی و ریشه کن کردن آنها

2-یکی از موارد استفاده رو کاملا توضیح بدید.(20 امتیاز)



نانو تکنولوژی و جذب آلاینده های فلزی سمی

در روش‌هاي عمومي تصفيه آب، بيشتر آلاينده‌هاي آن گرفته مي‌شوند، اما روش‌هاي تصفيه هدفمند، براي از بين بردن تركيبات سمي كه بايد با بازدهي بالايي انجام شوند، بسيار مناسب هستند. براي از بين بردن اغلب فلزات سنگين موجود در آب روش تصفيه كاتاليزوري، گزينه مناسبي نيست، بنابراين محققان به جاي آن از روش‌هاي جذب روي پليمرها و يا ذرات افزودني استفاده مي‌كنند. آرسينك از آلاينده‌هاي بسيار سمي رايجي است كه هم به طور طبيعي و هم به شكل پساب‌هاي بشري باعث آلودگي آب مي‌شود.
در این لحظه علم نانو تکنولوژی راه حل جدیدی برای دانشمندان باز نموده است .

داده‌هاي اخير از ارتباط روشن مصرف اين ماده با افزايش آمار سرطان‌هاي مثانه و روده‌ حكايت دارد. با توجه به اين داده‌ها، آمريكا استاندارد ميزان مجاز آرسنيك در آب آشاميدني را به 10 ppb (يك در ميليارد) کاهش داده و اين رقمي است كه در اغلب كارخانه‌هاي تصفيه آب رسيدن به آن بسيار دشوار است. در سطح جهان هم آمار مسموميت با آرسنيك بسيار بالا است و در بسياري از كشورهاي در حال توسعه مانند بنگلادش كه بيش از 10 تا 20 درصد جمعيت آن دچار مسموميت با آرسنيك شده‌اند، يك فاجعه بهداشتي تلقي مي‌شود. اگر چه اغلب آلايندگي‌هاي ناشي از آرسنيك به كشورهاي جهان سوم اختصاص دارد اما با اين وجود ميزان آرسنيك در بسياري از منابع آب آشاميدني آمريكا هم بيش از حد مجاز 10ppb است. به اين ترتيب نياز شديدي به فناوري‌هاي نوين كه بتوانند آلاينده‌هاي فلزي سنگين مانند آرسنيك را از آب آشاميدني حذف كند؛ احساس مي‌شود.
به اين منظور، از نانوبلورهاي مغناطيسي که با علم نانوتکنولوژی تولید می شوند به عنوان هسته اصلي سيستم‌هاي تصفيه جديد استفاده مي‌شود. سطوح معدني آهني نه تنها تمايل شديدي به جذب آرسنيك دارند، بلکه با انتخاب اندازه مناسب مي‌توان به راحتي اين ذرات مغناطيسي را به واسطه جداسازي مغناطيسي از آب جدا كرد. اما اولين شرط لازم براي انجام اين كار توسعه مواد مغناطيسي با كيفيت بالا است، كه به خوبي قابل استفاده در محيط آبي باشند. محققان به همين منظور، راهبردي را براي توليد ذرات مغناطيسي تك پراكنشي به قطر 20-15 نانومتر كه مناسب‌ترين اندازه براي جداسازي مغناطيسي مي‌باشند؛ توسعه داده‌اند. هنگام توليد اين مواد در حلال‌هاي آلي استفاده از روش‌هاي شيميايي كنترل سطح ضروري است.

با احترام
A.M

کاربردهای نانو تکنولوژی :

1 مهندسی بافت
2 تخریب تومورهای بدن از طریق گرما دهی به آن
3 بهبود تباین (کنتراست)
4 روشهای بیولوژیکی ذخیره کردن و بازیابی اطلاعات به منظور حل مسائل محاسباتی و دیگر کاربردها تحت کنترل در آمده‌اند.
5 ساخت سلولهای مصنوعی (با ساختارهای محدود خود تکثیر شونده و مولکولهای اطلاعاتی خود تکرار شونده)
6 فرآیندهای تشخیص و ردیابی مقادیر بسیار کم ماده

سوال 2 - یکی از کاربردهای نانو تکنولوژی :

نانو در خودرو سازی

«نانو تكنولوژي» امروزه به شدت فن آوري پوشش اجسام را تحت تأثير قرار داده است. در اين فناوري موادي در مقياس نانو بر روي اجسام به صورت پوشش قرار مي گيريد كه بسياري از خواص منفي اجسام را خنثي مي نمايد. هدف اصلي اين تكنولوژي كاهش آلودگي هاي زيست محيطي، جلوگيري از اتلاف انرژي و افزايش مقاومت در برابر خوردگي مي باشد.

يكي از انواع پوشش هاي نانوتكنولوژي (نانو ذرات طلا) مي باشند. موارد استفاده اين مواد اپتيك، الكترونيك، كاتاليست ها و نيز ماده رنگزا در صنعت رنگ مي باشد. يكي از موارد مهم استفاده از اين پوشش هاي نانو تكنولوژي در صنعت «خودرو سازي» مي باشد.

با پوشش دادن بدنه اتومبيل بوسيله نانو ذرات طلا مي توان براقيت بدنه اتومبيل را دوام بخشيد. اين خاصيت كه (effect Color-flop) نام دارد، باعث مي شود تا ناحيه روشن به دليل بازتاب نور از ذرات آلومينيوم، قرمز روشن ديده شود و چون در ناحيه سايه تقريبا بازتاب نداريم به همين دليل تيره رنگ به نظر مي رسد. با كمك اين فناوري در نانو تكنولوژي، نواحي زاويه دار بدنه اتومبيل مدور به نظر مي رسند. ضخامت اين تركيب نانو حدود 10 تا 30 نانومتر است. اين ماده خميري شكل است و از دولايه تشكيل شده است. لايه اول شامل ذرات برگچه اي شكل آلومينيوم كه به عنوان آستري بر روي فلز به كار برده مي شود. لايه دوم كه همان نانو ذرات طلا هستند كه بر روي آستري اعمال مي شود.

با نانو تكنولوژي بدون آنكه جنس بدنه اتومبيل و قالب هاي آن را تغيير دهيم، تنها با Nanolaminate (پوشاندن سطح اتومبيل با مواد نانو ذرات طلا)‌ با هزينه اي بسيار اندك جلوه، زيبايي و دوام رنگ اتومبيل را می توان افزايش داد .

1-موارد استفاده از فناوری نانو رو نام ببرید.(حداقل 5 تا...10 امتیاز)

توليد مواد وفرآورده هاي صنعتي (مواد سبكتر ،مستحكم تر،قابل برنامه ريزي وهوشمند ،كاهش هزينه ،افزايش عمر ،ابزارهاي جديد بر پايه اصول
ومعماري جديد ،ساخت مولكولي و....)
> پزشكي ،داروسازي ومراقبتهاي بهداشتي (توسعه نانو بيو حسگر ها وتكنولوژي تصوير برداري جديد براي تشخيص زودتر ودرمان بيماري هايي مثل
سرطان ،روش بيماري شناسي ودر مان كار آمدتر وارزانتر ،داروهاي جديد ،كمك به بينائي وشنوائي ،مواد جديد سازگار با محيط زيست كه باعث افزايش
زمان نگهداري اندام مصنوعي مي گردد، استفاده از دستگاههاي پزشكي كوچك و هوشمند ،ارسال دارو به طور مستقيم به سلولهاي آسيب ديده...)
> الكترونيك وكامپيوتر (تراشه ها وكامپيوتر هاي سريعتر با نانو ترانزيستور ها ،حافظه هاي با ظرفيت بسيار بالا تر ، پهناي باند ارتباطي بالا ،نسل جديدي
از رد يابها،‌پردازنده ها ونانو دستگاهها )
> منابع طبيعي ومحيط زيست (تخليص ونمك زدايي آب ،كاهش مصرف بنزين با تغيير در خودروها ،تاير هاي سازگار با محيط زيست ، استفاده از نانو
پودرها براي رفع آلودگي ،استفاده از سيستمهاي نانو روباتيك وهوشمند براي مديريت فاضلابها ي محيط زيستي هسته اي ....)
> انرژي (بهبود تبديل انرژي خورشيدي به الكتريسيته ،بهبود تبديل انرژي هيدروژن به انرژي گرمائي ،ذخيره ايمن هيدروژن )
> ابزارهاي نظامي وامنيت ملي (سلاحهاي جديد، هوشمندي بيشتر مهمات نظامي ،ابزارهاي محافظت در برابر سلاحهاي ميكروبي وشيميايي وتسلط بيشتر بر
اطلاعات و...)
علوم ومهندسي نانو ،منجر به درك بهتر طبيعت ،پيشرفت در پژوهش وآموزش پايه وتغييرات عمده در توليدات صنعتي ،اقتصاد بهداشت ،مديريت محيط
زيست وحفظ منابع طبيعي خواهد شد. به گونه اي كه در 10تا 15 سال آينده يك بازار جهاني بيش از 1000 ميليارد دلاري را ايجاد خواهد كرد وجهان را
براي رسيدن به توسعه پايدار اميدوار ساخته است.

2-یکی از موارد استفاده رو کاملا توضیح بدید.(20 امتیاز)
( با اجازه همه اش رو نوضیح بدم پروفسور!)
شناسایی پروتئین‌های ترشح شده از یاخته‌ها
یک گروه از محققان که در گروهی موسوم به اتحاد سیستمهای زیستی گرد آمده‌اند. این گروه سرگرم تکمیل ابزارهای ظریفی هستند که هدف آن بررسی اوضاع و احوال درون یاخته در زمان واقعی و بدون آسیب رساندن به اجزای درونی یاخته یا مداخله در فعالیت بخشهای داخلی آن است. ابزاری که این گروه مشغول ساخت آن هستند ردیف‌هایی از لوله‌ها یا سیمهای بسیار ظریف هستند که قادرند وظایف مختلفی را به انجام برسانند. از جمله آنکه هزاران پروتئینی را که به وسیله یاخته‌ها ترشح می‌شود، شناسایی ‌می‌کنند.
ساخت فیبر نوری
گروههای دیگری از محققان نیز در تلاشند تا ابزارهای مناسب در مقیاس نانو برای بررسی جهان یاخته‌ها ابداع کنند. یکی از این ابزارها فیبر نوری است که ضخامت نوک آن 40 نانومتر است و بر روی نوک آن نوعی پادتن جا داده شده که قادر است خود را به مولکول مورد نظر در درون یاخته متصل سازد. این فیبر نوری با استفاده از فیبرهای معمولی و تراش آنها ساخته شده و روی فیبر پوششی از نقره اندود شده تا از فرار نور جلوگیری به عمل آورد. نحوه عمل این فیبر نوری درخور توجه است.
از آنجا که قطر نوک این فیبر نوری، از طول موج نوری که برای روشن کردن یاخته مورد استفاده قرار می‌گیرد به مراتب بزرگتر است، فوتونهای نور نمی‌توانند خود را تا انتهای فیبر برسانند، در عوض در نزدیکی نوک فیبر جمع می‌شوند و یک میدان نوری بوجود می‌آورند که تنها می‌تواند مولکولهایی را که در تماس با نوک فیبر قرار می‌گیرند تحریک کند. به نوک این فیبر نوری یک پادتن متصل است و محققان به این پادتن یک مولکول فلورسان می‌چسبانند و آنگاه نوک فیبر را به درون یک یاخته فرو می‌کنند.
در درون یاخته، نمونه مشابه مولکول فلورسان نوک فیبر، این مولکول را کنار می‌زند و خود جای آن را می‌گیرد. به این ترتیب نور ساطع شده از مولکول فلورسان از بین می‌رود و فضای درون یاخته تنها با نوری که به وسیله میدان موجود در فیبر نوری بوجود می‌آید روشن می‌گردد. درنتیجه محققان قادر می‌شوند یک تک مولکول را در درون یاخته مشاهده کنند. مزیت بزرگ این روش در آن است که باعث مرگ یاخته نمی‌شود و به دانشمندان اجازه می‌دهد درون یاخته را در هنگام فعالیت آن مشاهده کنند.
شناسایی مولکول‌های زیستی
نانو فناوری همچنین به پژوهندگان امکان می‌دهد که بتوانند رویدادهای بسیار نادر یا مولکولهای با چگالی بسیار کم را مشاهده کنند. به عنوان مثال بلورهای مینیاتوری نیم هادیهای فلزی در یک بسامد ویژه از خود نور ساطع می‌کنند و از این نور می‌توان برای مشخص کردن مجموعه‌ای از مولکولهای زیستی و الصاق برچسب برای شناسایی آنها استفاده کرد.
کنترل فعالیت درون یاخته‌ها
محققان امیدوار هستند که در آینده‌ای نه چندان دور با استفاده از نانو فناوری موفق شوند امور داخلی هر یاخته را تحت کنترل خود در آورند. هم اکنون گامهای بلندی در این زمینه برداشته شده و به عنوان نمونه دانشمندان می‌توانند فعالیت پروتئینها و D.N.A را در درون یاخته کنترل کنند. به این ترتیب نانو فناوری به پژوهشگران امکان می‌دهد تا اطلاعات خود را درباره یاختهها یعنی اصلی‌ترین بخش سازنده بدن جانداران به بهترین وجه کامل سازند.


عکسی در رابطه با نانو تکنولوژی
فناوری نانو منجر می شود آب به سطح اجسام نفوذ نکند