انوتکنولوژی انقلاب صنعتی آینده:

کاربردهای نانوتکنولوژی

علوم و فناوری نانو، عنصری اساسی در درک بهتر طبیعت در دهه‌های آتی خواهد بود. از جمله موارد مهم در آینده، همکاریهای تحقیقاتی میان‌رشته‌ای، آموزش خاص و انتقال ایده‌ها و افراد به صنعت خواهد بود. بخشی از تأثیرات و کاربردهای نانوتکنولوژی بهشرح زیر می‌باشد:



نانوتکنولوژی، تغییر بنیادی مسیری است که در آینده، موجب ساخت مواد و ابزارها خواهد شد. امکان سنتز بلوک‌های ساختمانی نانو با اندازه و ترکیب به دقّت کنترل‌شده و سپس چیدن آنها در ساختارهای بزرگتر، که دارای خواص و کارکرد منحصربه‌فرد باشند، انقلابی در مواد و فرآیندهای تولید آنها ایجاد می‌کند. محقّقین قادر به ایجاد ساختارهایی از مواد خواهند شد که در طبیعت نبوده و شیمی مرسوم نیز قادر به ایجادشان نبوده‌است. برخی از مزایای نانوساختارها عبارتست از: مواد سبک‌تر، سخت‌تر و قابل برنامه‌ریزی؛ کاهش هزینه عمر کاری از طریق کاهش دفعات نقص فنّی؛ ابزارهایی نوین بر پایهٔ اصول و معماری جدید؛ بکارگیری کارخانجات مولکولی یا خوشه‌ای که مزیّت مونتاژ مواد در سطح نانو را دارند.

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

. 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 مرئی‌سازی بکار می‌رود) درون سلو‌ل‌ها وارد نمود.

*افزایش توان محاسباتی بوسیله 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.

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 مسائل 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 ۵٬1 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 نورانیها) را به مقدار زیاد در ابعاد نانو تولید کرد. در امریکا، تقریبا" 20% کل برق تولیدی، صرف روشنایی می‌شود. مطابق پیش‌بینی‌ها در ۱۰ تا ۱۵ سال آینده، پیشرفت‌هایی از این دست می‌تواند مصرف جهانی را بیش از 10% کاهش دهد که ۱۰۰ میلیارد دلار در سال صرفه‌جویی و ۲۰۰ میلیون تن کاهش انتشار کربن را به‌همراه خواهدداشت.

هوا و فضا:

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

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.

امنیت ملّی

برخی کاربردهای دفاعی نانوتکنولوژی عبارتند از: تسلط اطّلاعاتی از طریق نانوالکترونیک پیشرفته بعنوان 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.

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" دی وی دی "

یا بیشتر در یک هارد دیسک با ابعاد یک کارت اعتباری می‌شود. ساخت تراشه‌ها در اندازههای فوقالعاده کوچک به‌عنوان مثال در اندازههای 32 تا ۹۰ نانومتر، تولید دیسک‌های نوری ۱۰۰ گیگابایتی در اندازه های کوچک نیز میباشد.

سازندگان تجهیزات الکترونیکی ، علاقه بسیاری به کوچک کردن ابعاد و بالا بردن قدرت محاسبات این تجهیزات دارند. ولی این امر با استفاده از فناوریهای معمولی تقریبا به مرز نهایی خود نزدیک شده است. اما فناوری نانو ، راه دیگری را پیش پا گذاشته و می‌توان گفت دنیای الکترونیک را دگرگون ساخته است. با استفاده از این فناوری ، نسل جدیدی از رایانه‌ها به نام رایانه کوانتومی به بازار خواهد آمد، که تقریبا 1000 برابر رایانه‌های امروزی قدرت خواهد داشت! با استفاده از این رایانه‌ها ، سرعت دستیابی به اطلاعات صدها برابر شده و طبعا برتری اطلاعاتی با دارندگان این تجهیزات خواهد بود.



فناوری نانو و شیمی

با استفاده از فناوری نانو می‌توان کاتالیزورهایی با نسبت سطح به حجم بسیار بالا تولید کرده و راندمان را در واحدهای شیمیایی به میزان بسیار زیادی افزایش داد. سلولهای خورشیدی کوانتومی با استفاده از هیدروژن به عنوان سوخت تمیز ، نسل جدید باتریها ، پوششهای بسیار مقاوم ، رنگهای بی‌نیاز از شستشو و تحولات خارق‌العاده دیگر در دنیای شیمی و تولید ، از دیگر کاربردهای فناوری نانو ، می‌باشند که قابلیت ایجاد تحول در نحوه زندگی انسان خواهد داشت. به همین ترتیب ، می‌توان کاربردهای بسیاری را در سایر شاخه‌های علوم و فناوری برای فناوری نانو نام برد.



فناوری نانو و پزشکی

همانگونه که می‌دانید روش معمولی درمان دارویی ، بدین صورت است که ماده موثر را وارد بدن می‌کنند و این ماده علاوه بر سلولهای مریض به سلولها و بافتهای سالم بدن نیز سرایت می‌کند. این امر ، باعث مصرف بسیار بالای دارو شده و مهمتر اینکه موجب آسیب رساندن به بافتهای سالم بدن نیز می‌گردد. محققان با استفاده از فناوری نانو ، در حال ساخت کپسولهایی با ابعاد نانومتری هستند که علاوه بر اندازه غیر قابل تصورشان قدرت تشخیص بافتهای مریض را داشته ، دقیقا روی این بافتها قرار گرفته و مقدار داروی لازم را به آنها می‌رسانند.

این پدیده را دارو رسانی

گویند. فناوری نانو همچنین راه را برای ساخت اندامکهای سازگار با بدن بسیار هموارتر ساخته و بسیاری از امراض غیر قابل علاج را درمان پذیر خواهد کرد. در مورد درمان سرطان نیز محققان در حال ساخت نانو ذراتی هستند که به محض ورود به بدن ، بافتهای سرطانی را حتی اگر به اندازه چند سلول باشند، شناسایی کرده و از بین می‌برند. این امر موجب خواهد شد که بافتهای سرطانی در همان روزهای ابتدای شکل گیری، شناسایی شده و از بین بروند. بطور کلی در سالهای آینده پیشگیری ، تشخیص و درمان بیماریها نسبت به آنچه امروزه به عنوان پزشکی خوانده می‌شود، بسیار متفاوت خواهد شد.

فناوری نانو و حمل و نقل

مواد جدیدی که از نانو ذرات ساخته شده‌اند، به میزان چشم گیری موجب کاهش وزن وسایل نقلیه خواهند شد. در خودروهای نسل آینده ، بجای فولاد ، از مواد مرکب یا نانو کامپوزیتهایی استفاده می‌شود که وزنی بسیار ناچیز و استحکام حیرت انگیز دارند (نسبت استحکام به وزن در این مواد در مقایسه با فولاد چند صد برابر بیشتر است).

کاهش وزن در وسایل نقلیه یعنی دستیابی به سرعتهای بالاتر ، کاهش مصرف سوخت ، کاهش تولید آلاینده‌ها و هزاران منفعت دیگر که به یمن کاهش آلودگی ، عاید بشر خواهد شد. هم‌اکنون با استفاده از این فناوری ، لاستیکهایی ساخته می‌شود که با دارا بودن درصدی از خاک رس ، مقاومت به سایش بسیار بالایی داشته و عمری چند برابر لاستیکهای معمولی دارند.



نانوتکنولوژی و صنعت نفت» «

فناوری نانو میتواند اثرات قابل توجهی در صنعت نفت داشته باشد، در مطلب زیر بعد از اشاره به برخی از این تأثیرات، تعدادی از کاربردهای فناوری نانو در صنعت نفت بویژه در بحث آلودگی محیط زیست و نیز سنسورهای نانو به طور مختصر معرفی گردیده است

مقدمه هنگامی که ریچارد اسملی

برندة جایزة نوبل، بالک مینسترفلورسنس را در سال 1985 در دانشگاه رایس کشف نمود،‌ انتظار اندکی داشت که تحقیق او بتواند صنعت نفت را متأثر سازد. سازمان انرژی آمریکا

سرمایه‌گذاری خود را در قسمت فناوری نانو با 62 درصد افزایش داد تا مطالعات لازم در زمینة‌ موادی با نام‌های باکی‌بال‌ها

و باکی‌تیوب‌ها

استوانه‌های کربنی که دارای قطر متر می‌باشند صورت گیرد. نانولوله‌های کربنی با وزنی در حدود وزن فولاد، صد برابر مستحکم

تر از آن بوده، دارای رسانش الکتریکی معادل با مس و رسانی گرمایی هم ارز با الماس می‌باشند. نانوقفلها می‌توانند به جداسازی مواد در میدان‌های نفتی کمک کنند و کاتالیست‌های نانو می‌توانند تأثیر چندین میلیارد دلاری در فرآیند پالایش به‌دنبال داشته باشند.

از سایر مزایای نانولوله‌های کربنی می‌توان به کاربرد آن‌ها در تکنولوژی اطلاعات نظیر ساخت پوشش‌های مقاوم در مقابل تداخل‌های الکترومغناطیسی، صفحه‌های نمایش مسطح، مواد مرکب جدید و تجهیزات الکترونیکی با کارآیی زیاد اشاره نمود.

علم نانو یک تحول بزرگ در مقیاس بسیار کوچک

بسیاری از محققان و سیاستمداران جهان معتقدند که علم نانو می‌تواند تحولات اساسی در صنعت جهانی ایجاد نماید صنعت نفت نیز از پیشرفت این تکنولوژی بهره‌مند خواهد گشت.

علم نانو می‌تواند به بهبود تولید نفت و گاز با تسهیل جدایش نفت وگاز در داخل مخزن کمک نماید. این کار با درک بهتر فرآیندها در سطوح مولکولی امکانپذیر می‌باشد. با توجه به اینکه نانو مربوط به ابعادی در حدود متر می‌باشد، نانوتکنولوژی به مفهوم ساخت مواد و ساختارهای جدید توسط مولکول‌ها و اتم‌ها در این مقیاس می‌باشد.

خوشبختانه کاربردهای عملی نانو در صنعت نفت جایگاه‌ ویژه‌ای دارند. نانوتکنولوژی دیدگاه‌های جدید جهت استخراج بهبود یافته نفت فراهم کرده است. این تکنولوژی به جدایش موثرتر نفت و آب کمک می‌کند . با افزودن موادی در مقیاس نانو به مخزن می‌توان نفت بیشتری آزاد نمود. همچنین می‌توان با گسترش تکنیک‌های اندازه‌گیری توسط سنسورهای کوچک،‌ اطلاعات بهتری درباره مخزن بدست آورد

مواد نانو

صنعت نفت تقریباً در تمام فرآیندها احتیاج به موادی مستحکم و مطمئن دارد. با ساخت موادی در مقیاس نانو می‌توان تجهیزاتی سبکتر، مقاومتر و محکم‌تر از محصولات امروزی تولید نمود. شرکت نانوتکنولوژی "جی پی"

در هنگ‌کنگ یکی از پیشگامان توسعه کربید سیلیکون، یک پودر سرامیکی در ابعاد نانو می‌باشد.

با استفاده از این پودرها می‌توان مواد بسیار سختی تولید نمود. این شرکت در حال حاضر مشغول مطالعه و تحقیق بر روی سایر مواد مرکب می‌باشد و معتقد است که می‌توان با نانوکریستال‌ها تجهیزات حفاری بادوامتر و مستحکم‌تری تولید کرد. همچنین متخصصان این شرکت یک سیال جدید حاوی ذرات و نانوپودرهای بسیار ریز تولید نموده‌اند که به‌طور قابل توجهی سرعت حفاری را بهبود می‌بخشد. این مخلوط آسیب‌های وارده به دیواره مخزن در چاه را حذف نموده و قابلیت استخراج نفت را افزایش می‌بخشد.

آلودگی

آلودگی توسط مواد شیمیایی و یا گازهای آلاینده یک مبحث بسیار دشوار در تولید نفت و گاز می‌باشد. نتایج بدست‌آمده از تحقیقات دانشمندان حاکی از آن است که نانوتکنولوژی می‌تواند تا حد مطلوبی به کاهش آلودگی کمک کند. در حال حاضر قفل ها و ذراتی با ساختار نانو در حال توسعه می‌باشند که می‌توانند ترکیبات آلی را از بخار نفت جدا سازند. این نمونه‌ها علیرغم اینکه اندازه‌ای در حدود چند نانومتر دارند، دارای سطح بیرونی وسیعی بوده و قادر به کنترل نوع سیال گذرنده از خود می‌باشند. همچنین کاتالیست‌هایی با ساختار نانو جهت تسهیل در جداسازی سولفید هیدروژن، آب، مونوکسیدکربن، و دی‌اکسید کربن از گاز‌طبیعی در صنعت نفت بکار گرفته می‌شوند. در حال حاضر مطالعاتی بر روی نمونه‌هایی از خاک رس در ابعاد نانو و جهت ترکیب با پلیمرهایی صورت می‌پذیرد که بتوانند هیدروکربن‌ها را جذب نمایند. بنابراین می‌توان باقیمانده‌های نفت را از گل حفاری جدا نمود.

سنسورهای جدید در خدمت بهبود استخراج نفت

براساس آخرین اطلاعات چاپ شده توسط سازمان انرژی آمریکا، استخراج نفت در حدود دو سوم از چاه‌های نفت آمریکا اقتصادی نمی‌باشد. با توجه به دما و فشار زیاد در محیط‌های سخت زیرزمینی، سنسورهای قدیمی الکتریکی و الکترونیکی و سایر لوازم اندازه‌گیری قابل اعتماد نمی‌باشند و در نتیجه شرکت‌های استخراج‌ کنندة‌ نفت در تهیه ‌اطلاعات لازم و حساس جهت استخراج کامل و مؤثر نفت از مخازن با برخی مشکلات مواجه می‌باشند

در حال حاضر محققان در آزمایشگاه فوتونیک دانشگاه صنعتی ویرجینیا در حال توسعه یک‌سری سنسورهای قابل اعتماد و ارزان از فیبرهای نوری جهت اندازه‌گیری فشار، دما، جریان نفت و امواج آکوستیک در چاه‌های نفت می‌باشند. این سنسورها به‌علت مزایایی نظیر اندازة کوچک ،‌ایمنی در قبال تداخل الکترومغناطیسی ، قابلیت کارآیی در فشار و دمای بالا و همچنین محیط‌های دشوار، مورد توجه بسیار قرار گرفته‌اند. از همه مهم‌تر اینکه امکان جایگزینی و تعویض این سنسورها بدون دخالت در فرآیند تولید نفت و باهزینة‌ مناسب فراهم می‌باشد. در حال حاضر عمل جایگزینی و تعویض سنسورهای قدیمی در چاه‌های نفت میلیون‌ها دلار هزینه در پی دارد. سنسورهای جدید از نظر تولید بسیار مقرون ‌به صرفه بوده و اندازه‌گیری‌های دقیق‌تری ارائه می‌دهند.

انتظار می‌رود که تکنولوژی این سنسورها تولید نفت را با ارائه اندازه‌گیری‌های دقیق و قابل اعتماد و کاهش ریسک‌های همراه با اکتشاف و حفاری نفت بهبود بخشد. همچنین سنسورهای جدید به‌علت برخی کاربردهای ویژه نظیر استخراج دریایی و افقی نفت، جایی که بکاربستن سنسورهای قدیمی در چنین شرایطی بسیار مشکل می‌باشد، از توجه ویژه‌ای برخوردارند.





نانوتکنولوژی و افزایش بازده موتورها

محققین دانشگاه کالیفرنیا در سانتاکروز در راس یک برنامه همکاری به منظور توسعه فناوری جدیدی جدیدی جهت افزایش بازده

موتور های احتراق داخلی قرار دارند.

این فناوری قرار است حرارت خروجی از موتور را به جریان الکتریکی تبدیل نماید.این پروژه از مهندسی نانومتری مواد ، جهت تبدیل مستقیم انرژی حرارتی به انرژی الکتریکی استفاده خواهد نمود.



اشاره‌اي به کاربردهاي فناوري نانو در صنعت خودرو



امروزه فناوري نانو در بخش‌هاي مختلفي از صنعت خودروسازي وارد شده است که غفلت از آن باعث عقب‌ماندگي کشور در صنعت خودروسازي مي‌گردد. اين فناوري عامل بسيار مهمي در توليد خودروهاي کم مصرف‌تر و مرغوب‌تر خواهد بود.

از عوامل کليدي در صنعت خودرو مي‌توان به موارد زير اشاره کرد:

کاهش آلايندگي و مصرف سوخت*

بازيافت *

ايمني *

بهبود عملکرد و ا فزايش کارايي موتور *

زيبايي گرايي*

بازارهاي بخش‌هاي فناوري نانو در صنعت خودرو مطابق تحقيقات انجام شده، بصورت ذيل مي‌باشد:

توليد و ذخيره انرژي : پيل‌هاي سوختي ، پيل‌هاي خورشيدي ، کاتاليزورهاي گازوئيلي و بنزيني ،ذخيره‌سازي انرژي

مواد نانوساختار – نانوکامپوزيت‌ - نانوذرات:نانوساختارهاي سبک وزن،مواد مقاوم در برابر آتش و حرارت،افزايش استحکام و بهبود پايداري

رنگ‌ها و پوشش‌هاي نانوساختار و هوشمند،خود تميز شونده‌ها،مقاومت به خراش،عملکرد نوري پوشش‌ها،مواد قابل برنامه‌ريزي

حسگرها و نمايشگرهاي دقيق:نمايشگرهاي حرکت،نمايشگرهاي فشار،نمايشگرهاي شيب،سيستم‌هاي بيومتريک،حسگرهاي جوي

نانوالکترونيک:مديريت هوشمند موتور،سيستم روشنايي،الکترونيک در دماي بالا،کنترل امنيت،باطري‌هاي با طول عمر طولاني

مواد و پوشش‌ها:پوشش‌هاي نانوکامپوزيتي با اصطکاک پائين،پوشش‌هاي نانوکامپوزيتي مقاوم به سايش،پوشش‌هاي مقاوم به حرارت

کاربردهاي زيستي:تجهيزات بهداشتي،سيستم‌هاي امداد،طراحي زيستي

توليد:اندازه‌گيري و کنترل،اداوات، ابزار و ماشين‌ها،اتوماسيون

محيط زيست:فناوري زيست محيطي،بازيافت،سوخت

ابزارهاي نانو و فناوري‌هاي متقارب در صنعت خودرو:فناوري بر اساس نانولوله‌هاي کربني،مدل سازي و شبيه‌سازي،نانوحسگرها و محرک‌ها

اسپينترونيک و نانومغناطيس
-------
هر دو تا سوالو با هم جوابیددم!!
نمره کامل ودین!

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 .