موضوع:» نانو تكنولوژي و كاربرد آن در صنعت ساختمان

نانوتکنولوژي، فناوري جديد است که تمام دنيا را فرا گرفته است و به تعبير دقيقتر "نانوتکنولوژي بخشي از آينده نيست بکله همه آينده است" . در اين نوشتار بعد از تعريف نانوتکنولوژي و بيان کاربردهاي آن دلايل و ضرورتهاي توجه به اين فناوري آورده شده است:

تعريف نانوتکنولوژي و آشنايي با آن

نانوتکنولوژی، توانمندي توليد مواد، ابزارها و سيستمهاي جديد با در دست گرفتن کنترل در سطوح ملکولي و اتمي و استفاده از خواص است که در آن سطوح ظاهر مي­شود. از همين تعريف ساده برمي­آيد که نانوتکنولوژی يک رشته جديد نيست، بلکه رويکردي جديد در تمام رشته هاست. براي نانوتکنولوژي کاربردهايي را در حوزه های مختلف از غذا، دارو، تشخيص پزشکي و بيوتکنولوژي تا الکترونيک، کامپيوتر، ارتباطات، حمل­و­نقل، انرژي، محيط زيست، مواد، هوافضا و امنيت ملي برشمرده اند.کاربردهاي وسيع اين عرصه به همراه پيامدهاي اجتماعي، سياسي و حقوقي آن، اين فن ­ آوري را به­عنوان يک زمينه فرا رشته­اي و فرابخش مطرح نموده است.

هر چند آزمايش­ها و تحقيقات پيرامون نانوتکتولوژي از ابتداي دهه 80 قرن بيستم بطور جدي پيگيري شد، اما اثرات تحول آفرين، معجزه آسا و باورنکردني نانوتکنولوژي در روند تحقيق و توسعه باعث گرديد که نظر تمامي کشورهاي بزرگ به اين موضوع جلب گردد و فناوري نانو را به عنوان يکي از مهمترين اولويتهاي تحقيقاتي خويش طي دهه اول قرن بيست و يکم محسوب نمايند .

استفاده از اين فن­آوري در کليه علوم پزشکي، پتروشيمي، علوم مواد، صنايع دفاعي، الکترونيک، کامپوترهاي کوانتومي و غيره باعث شده که تحقيقات در زمينه نانو به­عنوان يک چالش اصلي علمي و صنعتي پيش روي جهانيان باشد. لذا محققين، اساتيد و صنعتگران ايراني نيز بايد در يک بسيج همگاني، جايگاه، موقعيت و وضعيت خويش را در خصوص اين موضوع مشخص نمايند و با يک برنامه­ريزي علمي دقيق و کارشناسانه به حضوري فعال و حتي رقابتي سالم در اين جايگاه، عرض­اندام و ابراز وجود نمايند و براي چنين کاري طراحي يک برنامه منسجم، فراگير و همه جانبه اجتناب­ناپذير است.

نانوتكنولوژي و كاربردهاي آن

علوم و فناوري نانو، عنصر ي اساسي در درك بهتر طبيعت در دهه‌هاي آتي خواهد بود. از جمله موارد مهم در آ ي نده، همكاريهاي تحقيقاتي ميان‌رشته‌ا‌ي، آموزش خاص و انتقال ايده‌ها و افراد به صنعت خواهد بود. بخشي از تأثيرات و کاربردهاي نانوتکنولوژي به­شرح زير مي‌باشد:

1 – توليد ، مواد و محصولات صنعتي :

نانوتكنولوژي تغيير بنياني مسيري است كه در آينده، موجب ساخت مواد و ابزارها خواهد شد. امكان سنتز بلوك‌هاي ساختماني نانو با اندازه و تركيب به دقّت كنترل‌شده و سپس چيدن آنها در ساختارهاي بزرگتر، كه داراي خواص و كاركرد منحصربه‌فرد باشند، انقلابي در مواد و فرآيندهاي توليد آنها، ايجاد مي‌كند. محقّقين قادر به ايجاد ساختارهايي از مواد خواهند شد كه در طبيعت نبوده و شيمي مرسوم نيز قادر به ايجادشان نبوده‌است. برخي از مزاياي نانوساختارها عبارتست از: مواد سبك‌تر، قوي‌تر و قابل برنامه‌ريزي ؛ كاهش هزينة عمر كاري از طريق كاهش دفعات نقص فنّي ؛ ابزارهايي نوين بر پاية اصول و معماري جديد ؛ بكارگيري كارخانجات مولكولي يا خوشه‌ا‌ي كه مزيّت مونتاژ مواد در سطح نانو را دارند.

2- پزشکي و بدن انسان:

رفتار مولكولي در مقياس نانومتر، سيستمهاي زنده را اداره مي‌كند. يعني مقياسي كه شيمي، فيزيك، زيست‌شناسي و شبيه‌سازي كامپيوتري، همگي به آن سمت درحال گرايش هستند.

•  فراتر از سهل‌شدن استفادة بهينه از دارو، نانوتكنولوژي مي‌تواند فرمولاسيون و مسيرهايي براي رهايش دارو ( Drug Delivery ) تهيه كند، كه به‌نحو حيرت‌انگيزي توان درماني داروها را افزايش مي‌دهد.

•  مواد زيست‌سازگار با كارآيي بالا، از توانايي بشر در كنترل نانوساختارها حاصل خواهدشد. نانومواد سنتزي معدني و آلي را مثل اجزاي فعّال، مي‌توان براي اعمال نقش تشخيصي (مثل ذرات كوانتومي كه براي مرئي‌سازي بكار مي‌رود) درون سلولها وارد نمود.

•  افزايش توان محاسباتي بوسيلة نانوتكنولوژي، ترسيم وضعيت شبكه‌هاي ماكرومولكولي را در محيط‌هاي واقعي ممكن مي‌سازد. اينگونه شبيه‌سازي‌ها براي بهبود قطعات كاشته‌شدة زيست‌سازگار در بدن و جهت فرآيند كشف دارو، الزامي خواهدبود.

3- دوام‌پذيري منابع: كشاورزي، آب، انرژي، مواد و محيط زيست پاك:

نانوتكنولوژي چنان چ ه ذكر شد، منجر به تغييرات ي شگرف در استفاده از منابع طبيعي، انرژي و آب خواهد شد و پس ا ب و آلودگي را كاهش خواهدداد. همچنين فنّاوري‌هاي جديد، امكان بازيافت و استفادة مجدد از مواد، انرژي و آب را فراهم خواه ن د كرد. در زمينه محيط زيست ، علوم و مهندسي نانو، مي‌تواند تأثير قابل ملاحظه‌ا‌ي ، در درك مولكولي فرآيندهاي مقياس نانو كه در طبيعت رخ مي‌دهد ؛ در ايجاد و درمان مسائل زيست‌محيطي از طريق كنترل انتشار آلاينده‌ها ؛ در توسعة فنّاوري‌هاي "سبز" جديد كه محصولات جانبي ناخواستة كمتري دارند و ي ا در جريانات و مناطق حاوي فاضلاب، داشته‌باشد. لازم به ذكراست، نانوتكنولوژي توان حذف آلودگي‌هاي كوچك از منابع آبي (كمتر از 200 نانومتر) و هوا (زير 20 نانومتر) و اندازه‌گيري و تخفيف مداوم آلودگي در مناطق بزرگتر را دارد.

در زمينه انرژي ، نانوتكنولوژي مي‌تواند به‌طور قابل ملاحظه‌ا‌ي كارآيي، ذخيره‌سازي و توليد انرژي را تحت تأثير قرار د ا د ه مصرف انرژي را پايين بياورد . به عنوان مثال، شركتهاي مواد شيميايي، مواد پليمري تقويت‌شده با نانوذرات را ساخته‌اند كه مي‌تواند جايگزين اجزاي فلزي بدنة اتومبيلها شود. استفاده گسترد ه ازاين نانوكامپوزيت‌ها مي‌تواند ساليانه 5/1 ميليارد ليتر صرفه‌جويي مصرف بنزين به ‌همراه داشته‌باشد .

يا انتظار مي‌رود تغييرات عمده‌ا‌ي در فنّاوري روشنايي در 10 سال آينده رخ دهد. مي‌توان نيمه‌هادي‌هاي مورد استفاده در ديودهاي نوراني ( LED ها) را به مقدار زياد در ابعاد نانو توليد كرد. در ا مريکا ، تقريبا" 20% كل برق توليدي، صرف روشنايي (چه لامپهاي التهابي معمولي و چه فلوئورسنت) مي‌شود. مطابق پيش‌بيني‌ها در 10 تا 15 سال آينده ، پيشرفتهايي از اين دست مي‌تواند مصرف جهاني را بيش از 10% كاهش دهد كه 100 ميليارد دلار در سال صرفه‌جويي و 200 ميليون تن كاهش انتشار كربن را به‌همراه خواهدداشت .

4 - هوا ­ و ­ فضا :

محدوديت‌هاي شديد سوخت براي حمل بار به مدار زمين و ماوراي آن، و علاقه به فرستادن فضاپيما براي مأموريتهاي طولاني به مناطق دور از خورشيد ، كاهش مداوم اندازه، وزن و توان مصرفي را اجتناب‌ناپذير مي‌سازد. مواد و ابزارآلات نانوساختاري، اميد حل اين مشكل را بوجود آورده‌است.

"نانوساختن" ( Nanofabrication ) همچنين در طرّاحي و ساخت مواد سبك‌وزن، پرقدرت و مقاوم در برابر حرارت، موردنياز براي هواپيماها، راكت‌ها، ايستگاههاي فضايي و سكّوهاي اكتشافي سيّاره‌ا‌ي يا خورشيدي، تعيين‌كننده است. همچنين استفادة روزافزون از سيستمهاي كوچك‌شدة تمام خودكار، منجر به پيشرفتهاي شگرفي در فنّاوري ساخت و توليد خواهدشد. اين مسأله با توجه به اينكه محيط فضا، نيروي جاذبة كم و خلأ بالا دارد، موجب توسعة نانوساختارها و سيستمهاي نانو – كه ساخت آنها در زمين ممكن نيست- در فضا خواهدشد.

5- امنيت ملّي:

برخي کاربردهاي دفاعي نانوتکنولوژي عبارتند از: تسلط اطّلاعاتي از طريق نانوالكترونيك پيشرفته بعنوان يك قابليت مهم نظامي ، امكان آموزش مؤثّرتر نيرو، به كمك سيستمهاي واقعيت مجازي پيچيده‌تر حاصله از الكترونيك نانوساختاري ، استفادة بيشتر از اتوماسيون و رباتيك پيشرفته براي جبران كاهش نيروي انساني نظامي، كاهش خطر براي سربازان و بهبود كارآيي خودروهاي نظامي ، دستيابي به كارآيي بالاتر (وزن كمتر و قدرت بيشتر) موردنياز در صحنه‌هاي نظامي و در عين‌حال تعداد دفعات نقص فنّي كمتر و ه ز ينة كمتر در عمر كاري تجهيزات نظامي ، پيشرفت در امر شناسايي و در نتيجه مراقبت عوامل شيميايي، زيستي و هسته‌ا‌ي ، بهبود طرّاحي در سيستمهاي مورد استفاده در كنترل و مديريت عدم تكثير سلاحهاي هسته‌ا‌ي ، تلفيق ابزارهاي نانو و ميكرومكانيكي جهت كنترل سيستمهاي دفاع هسته‌ا‌ي . در بسياري موارد، فرصتهاي اقتصادي و نظامي مكمّل هم هستند. كاربردهاي درازمدت نانوتكنولوژي در زمينه‌هاي ديگر، پشتيباني كننده امنيت ملّي است و بالعكس.

6- کاربرد نانوتکنولوژي در صنعت الکترونيک

ذخيره‌سازي اطلاعات در مقياس فوق‌ العاده کوچک، با استفاده از اين فناوري مي‌توان ظرفيت ذخيره سازي اطلاعات را در حد 1000 برابر يا بيشتر افزايش دهد و نهايتاً به ساخت ابزارهاي ابرمحاسباتي به کوچکي يک ساعت مچي منتهي شود.

ظرفيت نهايي ذخيره اطلاعات به حدود يک ترابيت در هر اينچ ربع برسد، و اين امر موجب مي‌شود که ذخيره‌ سازي 50 عدد DVD يا بيشتر در يک هارد ديسک با ابعاد يک کارت اعتباري شود.

ساخت تراشه‌ها در اندازه­هاي فوق­العاده کوچک به عنوان مثال در اندازه­هاي 32 تا 90 نانو متر، توليد ديسک‌هاي نوري 100 گيگا بايتي در اندازه­هاي کوچک نيز مي­باشد.

تاريخچه فناوري نانو در جهان

چهل سال پيش Richard Feynman ، متخصص کوانتوم نظري و دارنده جايزه نوبل، درسخنراني معروف خود در سال 1959 با عنوان " آن پايين فضاي بسياري هست "( Ther is plenty of room in the bottom ) به بررسی بعد رشد نيافته علم مواد پرداخت. وي درآن زمان اظهار داشت : "اصول فيزيک، تا آنجايي که من توانايي فهمش را دارم، بر خلاف امکان ساختن اتم به اتم چيزها حرفي نمي­زنند." او فرض را بر اين قرار داد که اگر دانشمندان فرا گرفته­اند که چگونه ترانزيستورها و ديگر سازه­ها را با مقياسهاي کوچک بسازند، پس ما خواهيم توانست که آنها را کوچک و کوچک­تر کنيم. در واقع آنها به مرزهاي حقيقي­شان در لبه­هاي نامعلوم کوانتوم نزديک خواهند بود به­طوري که يک اتم را در مقابل ديگري به­گونه­اي قرار دهيم که بتوانيم کوچکترين محصول مصنوعي و ساختگي ممکن را ايجاد کنيم.

با استفاده از اين فرمهاي بسيار کوچک چه وسايلي مي­توانيم ايجاد کنيم؟

Feynman در ذهن خود يک "دکتر مولکولي" تصور کرد که صدها بار از يک سلول منحصربه فرد کوچکتر است و مي­تواند به بدن انسان تزريق شود و درون بدن براي انجام کاري يا مطالعه و تاييد سلامتي سلولها و يا انجام اعمال ترميمي و به­طور کلي براي نگهداري بدن در سلامت کامل به سير بپردازد. در بحبوبه سالهاي صنعتي کلمه "بزرگ" از اهميت ويژه­اي برخوردار بود. مثل علوم بزرگ، پروژه­های مهندسي بزرگ و غيره حتي کامپيوترها در دهه 1950 تمام طبقات ساختمان را اشغال مي­کردند. ولي از وقتي Feynman نظرات و منطق خود را بازگو کرد، جهان روندي به­سوي کوچک شدن در پيش گرفت.

Marvin Minsky تفکرات بسيار باروري داشت که مي­توانست به انديشه­هاي Feynman قوت ببخشد. Minsky پدر يابنده هوش­هاي مصنوعي دهه 70-1960 جهان را در تفکراتي که مربوط به آينده مي­شد، رهبري مي­کرد. در اواسط دهه 70 ، Eric Drexler که يک دانشجوي فارغ التحصيل بود، Minskey را به­عنوان استاد راهنما جهت تکميل پايان­نامه­اش انتخاب کرد و او نيز اين مسئوليت را بر عهده گرفت. Drexler سبت به وسايل بسيار کوچک Feynman علاقه­مند شده بود و قصد داشت تا در مورد تواناييهای آنها به کاوش بپردازد. Minskey نيز با وي موافقت کرد. Drexler در اوايل دهه 80، درجه استادي خود را در رشته علوم کامپيوتر دريافت کرده بود و گروهي از دانشجويان را به صورت انجمني به دور خود جمع نموده بود. او افکار جوانترها را با يک سري ايده­ها که خودش "نانوتکنولوژي" نامگذاري کرده، مشغول مي­داشت. Drexler اولين مقاله علمي خود را در مورد نانوتکنولوژي مولکولي (MNT) در سال 1981 ارايه داد. او کتاب Engin of Creation:The Coming Era of Nanotechnology را در سال 1986 به چاپ رساند. Drexler تنها درجه دکتري در نانوتکنولوژي را در سال 1991 از دانشگاه MIT دريافت داشت. او يک پيشرو در طرح نانوتکنولوژي است و هم­اکنون رئيس استيتو Foresight و Research Fellow مي­باشد.

تعيين بودجه­های کلان در کشورهای صنعتي براي تحقيقات در زمينه نانوتکنولوژي

بسياري از كشورهاي توسعه‌يافته و در حال توسعه (در حدود 30 كشور)، برنامه‌هايي را در سطح ملي براي پشتيباني از فعاليتهاي تحقيقاتي و صنعتي نانوتكنولوژي تدوين و اجرا مي‌نمايند. زيرا نانوتكنولوژي به عنوان انقلابي در شرف وقوع، آينده اقتصادي كشورها و جايگاه آنها در جهان را تحت تأثير جدي قرار خواهد داد و اين مس أ له در اين كشورها توسط صاحب‌نظران و محققان تبيين‌شده و براي مديران اجرايي به صورت يك امر شفاف و قطعي درآمده است. در بخشي از اين كشورها، در يكي دو سال اخير تحركات شديدي از طرف دولتها براي سرعت بخشيدن به توسعه نانوتكنولوژي صورت گرفته و فعاليتهايي كه تا قبل از اين به صورت خودجوش توسط محققان انجام مي‌گرفته است، با تشويق و حمايتهاي مستقيم دولت ادامه يافته‌اند كه در اين قسمت نمودار ستوني ميزان سرمايه گذاري دولتها آورده شده است:

اهميت مطرح شدن طرح

همانگونه كه اشاره شد بسياري از كشورهاي پيشرفته و در حال پيشرفت، برنامه‌هايي را براي پشتيباني از فعاليتهاي تحقيقاتي و صنعتي نانوتكنولوژي تدوين و اجرا مي‌نمايند. اما يك سوال مهم براي كشور ما و بسياري از كشورها كه هنوز به نانوتكنولوژي به عنوان تمدن آينده علمي توجه كافي نكرده‌اند، اين است كه آيا بايد با اين روند همراه شد يا نه؟ توجه به فضاي بسيار بزرگ و در حال ايجاد نانوتكنولوژي و حجم وسيع فعاليتهاي مربوط به آن در دنيا، اين باور را به انسان القاء مي‌كند كه دير يا زود بايد آينده را ديد و براي ورود به آن اقدام نمود.

١1) ورود كشورها به عرصه نانوتكنولوژي اجتناب‌ناپذير است.

بسياري از صاحب‌نظران و محققان، نانوتكنولوژي را مساوي آينده دانسته‌اند. به عنوان نمونه كميته مشاوران رئيس‌جمهور آمريكا در علوم و فناوري در تأييد برنامه ملي نانوتكنولوژي براي سال 2001، از نانوتكنولوژي به عنوان محور آينده جهان ياد مي‌كند. به دليل تأثيرات اين فناوري بر اكثر فناوريهاي موجود، عقيده صاحب‌نظران اين است كه متخصصان رشته‌هاي مختلف بدون گرايش به مباحث مقياس نانو در دهه‌هاي آينده فرصتي براي رشد نخواهند داشت و شكوفايي بسياري از فناوريهاي مهم ازجمله فناوري اطلاعات و بيوتكنولوژي به عنوان دو دستاورد بسيار عظيم قرن بيستم بدون بهره‌گيري از نانوتكنولوژي دچار اختلال خواهند شد. از اين جهت اين مسئله براي دانشگاهيان، محققان و مسؤولان هر كشور امري حياتي است.

2٢) دلايل اساسي ضرورت ورود كشور به عرصة نانوتكنولوژي

علاوه بر موضوع فوق، مي‌توان دلايل زير را براي اجتناب‌ناپذيري ورود كشورهايي چون ايران اقامه نمود:

١2-٢1) تاثير اساسي نانوتكنولوژي در رشد و پيشرفت بسياري از فناوريها

ماهيت فرارشته‌اي علوم و فناوري نانو به عنوان توانمندي توليد مواد، ابزارها و سيستمهاي جديد با دقت اتم و مولكول، موجب تعريف كاربردهاي بسياري زيادي در عرصه‌هاي مختلف علمي و صنعتي شده است. براي نانوتكنولوژي كاربردهاي بسياري را در حوزه‌هاي دارو و غذا و بهداشت، درمان بيماريها، محيط‌زيست، انرژي، الكترونيك، كامپيوتر و اطلاعات، مواد، ساخت و توليد، هوافضا، بيوتكنولوژي و كشاورزي و امنيت ملي و دفاع برشمرده‌اند. به همين دليل بر تمام فناوريها تأثير گذاشته و دير يا زود بايد شاهد محصولات آنها بود. به عنوان نمونه در بخش پزشكي و بهداشت، يك زمينه كاري بسيار مهم، سيستم توزيع دارو در داخل بدن مي‌باشد. مصرف دارو در حال حاضر به صورت حجمي است در حالي كه سلولهاي خاصي از بدن نيازمند آن مي‌باشند. در روش جديد دارو با وسايل ترزيق متفاوت با امروزه به صورت مستقيم به سمت سلولهاي مشخص جهت‌گيري شده و دارو به محل نياز تحويل داده مي‌شود. با همين مكانيزم، بيماريهاي بزرگ و كوچك در آغاز شكل‌گيري قابل تشخيص و درمان خواهند بود. يا در بخش مواد، پروژه‌هايي در دست كار مي‌باشد كه موادي با وزن بسيار كم و خواص بسيار مناسب توليد شوند. كاربرد اين مواد در ساختمان، خودرو، هواپيما و بسياري از ملزومات زندگي انسانها ديده خواهد شد.

منبع : www.autnano.org

نویسنده :«احسان غرقابي_مدير سایت» جمعه 1386/01/17 4:11 قبل از ظهر

. .