برترین کاربران هفتگی این مقاله

از ۱۳۹۶/۰۹/۰۴ تا ۱۳۹۶/۰۹/۱۰

هیچ کاربری در این بازه زمانی وجود ندارد

آمار مقاله
  • بازدید کل ۴,۲۶۸
  • بازدید این ماه ۱۰۷
  • بازدید امروز ۱۹
آمار آزمون مقاله
  • کل شرکت کنندگان ۰
  • قبول شدگان ۰
  • شرکت کنندگان یکتا ۰
  • میانگین درصد شرکت کنندگان ۰
واژه نامه فناوری نانو

نانو

nano

پيشوندي به معناي يک بيليونم يا (000،000،000،1/1). در متون فناوري‌نانو، معمولا براي مشخص کردن يک واحد اندازه‌گيري برابر با 10 به توان منفي 9 متر استفاده مي‌شود.

سطح مقاله

ویژه المپیاد دانش‌آموزی

طرح درس

منابع پیشنهادی هشتمین المپیاد دانش آموزی نانو

نویسندگان
امتیاز کاربران

تاریخچه فناوری نانو

نقطه شروع و توسعه اولیه فناوری نانو به طور دقیق مشخص نیست. در حقیقت تاریخ فناوری نانو به دوران ماقبل تاریخ و زمانی که بشر اولیه از نانومواد طبیعی استفاده می‌کرد، برمی‌گردد.
فناوری نانو از آغاز تا کنون

نقطه شروع و توسعه اولیه فناوری نانو به طور دقیق مشخص نیست. در حقیقت تاریخ فناوری نانو به دوران ماقبل تاریخ و زمانی که بشر اولیه از نانومواد طبیعی استفاده می‌کرد، برمی‌گردد. آموختیم که اولین مهندس فناوری نانو در حقیقت خود طبیعت بوده است. چنانچه به طور مثال مولکول‌های کربن در مقیاس نانومتری در حفرات دیواره غارها قرار گرفته که نتیجه آن باقی ماندن آنها برای هزاران سال است. در دوران صنعتی و پسا صنعتی و در صنایع برقی نیز کوچک‌سازی اجسام، مقوله جدیدی نبوده است. هزاران سال قبل و در خاور دور، کوچک بودن، ارزش و بهای ویژه‌ای داشته است. چنانچه در متون ادبی کلاسیک ژاپن در قرن دهم از کوچکی به عنوان زیبایی یاد شده است.
در آثار باستانی دوران مختلف تاریخی همچون قرون وسطا نیز اثری از مواد نانوساختار دیده شده است. شاید شیشه‌گران قرون وسطا را بتوان اولین فناوران نانو دانست. مطالعات نشان داده است که در شیشه‌های بسیار زیبای کلیساها در آن دوران از نانوذرات طلا استفاده شده است. البته این شیشه‌گران نمی‌دانستند که چرا با اضافه‌کردن طلا به شیشه رنگ آن تغییر می‌کند. نمونه مشهور دیگر، جام لیکرگوس در رم و متعلق به قرن چهارم میلادی است. این جام در نور روز به رنگ سبز دیده می‌شود ولی با تاباندن نور به داخل جام، به رنگ قرمز و صورتی دیده می‌شود. این خاصیت جالب نوری به دلیل وجود نانوذرات طلا و نقره به کار رفته در آن است. تصویر این جام و تفاوت رنگ آن در شکل 1 مشاهده می‌شود.

filereader.php?p1=main_c4ca4238a0b923820
شکل 1: تصویر جام مشهور لیکرگوس. تفاوت رنگ جام در حالات مختلف قابل ملاحظه است

با این حال با توسعه علم و ابزارهای مطالعه خواص و ویژگی‌های مواد در قرن بیستم بود که مقیاس نانو و اهمیت آن شناخته و مورد توجه قرار گرفت. بسیاری از محققین ریچارد فاینمن (فیزیکدان و برنده جایزه نوبل فیزیک در سال 1965) را پدر فناوری نانو دانسته‌اند (شکل 2). وی در سال 1959 در همایش جامعه فیزیک آمریکا طی یک سخنرانی، پیش‌بینی‌های جالب و انقلابی خود را بیان کرد. عنوان سخنرانی وی «فضای زیادی در سطوح پایین وجود دارد» بود. سخنرانی او شامل این مطلب بود که چرا نتوان تمام 24 جلد دایره‌المعارف بریتانیکا را بر روی یک سنجاق نگارش کرد؟ وی در آن سخنرانی این نکته را مطرح ساخت که اصول علم فیزیک چیزی جز امکان ساختن اتم به اتم اشیا را بیان نمی‌کند. فاینمن همچنین خطوط حکاکی شده‌ای روی یک سطح را فرض نمود که عرضی به اندازه تنها چند اتم داشته‌اند. وی پیشنهاد کرد که می‌توان اتم‌های مجزا را دستکاری کرد و مواد و ساختارهای کوچکی را تولید نمود که خواص متفاوتی دارند (در جلسه آینده به طور مفصل با پیشنهادهای فاینمن آشنا خواهید شد). اگر چه فاینمن مستقیما به کلمه نانو اشاره‌ای نکرد ولی آشکارا مفهوم جهان نانو را مطرح کرده بود.

filereader.php?p1=main_c81e728d9d4c2f636
شکل 2: ریچارد فاینمن، پدر علم نانو

در سال 1974 ناریو تاینگوچی استاد دانشگاه علوم توکیو برای اولین بار از واژه فناوری نانو استفاده کرد. وی این واژه را برای توصیف ابزار دقیقی که ابعادش نزدیک به نانومتر است، استفاده کرد. در این ابعاد گرانش کاهش یافته ولی در عین حال استحکام مواد افزایش می‌یابد. اختراع میکروسکوپ پروبی روبشی در سال 1981 در آزمایشگاه و در آزمایشگاه تحقیقاتی زوریخ IBM از دیگر اتفاقات تاثیرگذار بر توسعه علم نانو بود. از طریق این میکروسکوپ دانشمندان برای اولین بار توانستند اتم‌های مجزا را مشاهده کنند. کارل بینیگ و هاینرک رورر مخترعان این میکروسکوپ در سال 1986 جایزه نوبل را دریافت کردند. همچنین در سال 1981 محقق روسی الکساندر اکیموف، نانوبلورها (نقاط کوانتومی نیمه‌رسانا در زمینه شیشه‌ای) را کشف کرد و مطالعاتی بر روی خواص الکترونی و نوری آنها انجام داد.
دانشمند برجسته دیگری که تاثیر مهمی بر توسعه علم نانو داشت، ریچارد اسمالی بود. او سرپرست مرکز علوم و فناوری نانو در شهر رایس در سال‌های 1996 تا 2002 بوده است و سپس سرپرست آزمایشگاه نانوفناوری کربن در دانشگاه رایس در تگزاس شده است. او بیش از هر چیز به خاطر کشف و مطالعه خواص مولکول C60 و دیگر فولرین‌ها در سال 1985 شناخته شده است. فولرین‌ها مجموعه مولکول‌های توخالی کربنی و متشکل از ساختارهای پنج و شش ضلعی هستند. این دسته از نانوساختارهای کربنی به همراه نانولوله‌های کربنی و گرافن از مهم‌ترین نانوساختارهایی است که به دلیل خواص منحصر به فردشان، چشم‌انداز بزرگی را پیش رو محققین قرار داده است. اسمالی به همراه دیگر همکارانش (کرل و کروتو) در سال 1996 برنده جایزه نوبل به دلیل کشف فولرین‌ها شدند. تصویر اسمای و مولکول C60 در شکل 3 مشاهده می‌شود.
واژه فناوری نانو در سال 1986 توسط کی اریک درکسلر در کتابی تحت عنوان "موتور آفرینش آغاز دوران فناوری ‌نانو" بازآفرینی و تعریف مجدد شد. وی این واژه را به شکل عمیق‌تری در رساله دکترای خود مورد بررسی قرار داده و بعدها آن را در کتابی تحت عنوان "نانوسیستم‌ها ماشین‌های مولکولی، چگونگی ساخت و محاسبات آنها" توسعه داد. در حقیقت درکسلر پایه‌گذار نانوفناوری مولکولی بوده است. وی شاگرد مینسکی پدر هوش مصنوعی بود. مینسکی گروهی از دانشجویان کامپیوتر را به صورت یک انجمن گرد یکدیگر جمع کرد. آنها بر اساس عقاید فاینمن ایده‌هایی را که فناوری نانو نامیده بود دنبال می‌کردند. تحقیقات درکسلر به شیمیدان‌ها نشان داد که چگونه علم مولکول‌ها و پیوندهای میان آنها می‌تواند به عنوان پایه توسعه هر چه بیشتر سیستم‌های ساخت ابزارها در فناوری نانو عمل کند. او همچنین به مهندسین و فیزیکدانان مسیر چگونه کوچک کردن سیستم‌های ماکرومولکولی به مقیاس‌های مولکولی را نشان داد.

filereader.php?p1=main_eccbc87e4b5ce2fe2
شکل 3: تصویر ریچارد اسمالی و مولکول C60

در سال 1986 بینینگ و همکارانش میکروسکوپ دیگری به نام میکروسکوپ نیروی اتمی را اختراع کردند. این میکروسکوپ توانایی مشاهده، اندازه‌گیری و دستکاری مواد در مقیاس نانو را دارا است. با این میکروسکوپ و توانایی‌های آن به صورت مفصل آشنا خواهید شد. در سال 1989 محققین شرکت IBM، 35 اتم مستقل زنون را دستکاری کرده تا لگوی شرکت IBM را در مقیاس اتمی تولید کنند! در شکل 4 این لگوی اتمی را مشاهده می‌کنید. این کار توانایی دستکاری دقیق اتم‌ها را نشان داد.

filereader.php?p1=main_a87ff679a2f3e71d9
شکل 4: لگوی شرکت IBM ساخته شده با چینش اتم‌های زنون

در دهه 90 توسعه و پیشرفت فناوری نانو با سرعت بیشتری صورت گرفت. چنانچه در اواخر دهه 80 و دهه 90 میلادی اولین شرکت‌های فعال در حوزه فناوری نانو شروع به کار کردند. در سال 1991 نانوساختار بسیار مهم دیگری کشف شد: نانولوله‌های کربنی. این ساختار توسط ایجیما و به وسیله میکروسکوپ الکترونی کشف گردید. نانولوله‌های کربنی در واقع صفحاتی از گرافیت هستند که به شکل لوله درآمده‌اند. ایجیما در هنگام بررسی رسوبات کاتدی ناشی از گرافیت برای تولید فولرین در روش قوس الکتریکی این ساختار را شناسایی کرد. نانولوله‌های کربنی دارای خواص غیرعادی از لحاظ استحکام و رسانایی گرمایی و الکتریکی می‌باشند. توسعه نانومواد و روش‌های تولید آنها نیز به سرعت در دهه 90 گسترش یافت. به عنوان مثال در سال 1992 نانوساختارهای متخلخل سیلیکا تولید شدند که در صنایع تصفیه نفت خام و آب و پزشکی کاربردهای فراوانی دارند. همچنین در اواخر این دهه توسعه و پیشرفت روش‌های لیتوگرافی و اختراع نانولیتوگرافی قلم غوطه‌ور شده، منجر به ایجاد روش‌های تولید و تکثیر مدارهای الکتریکی پیشرفته و آرایه‌هایی از زیست مواد برای تحقیقات زیستی گردید (شکل 5)

filereader.php?p1=main_1679091c5a880faf6
شکل5: چاپ مواد زیستی با استفاده از لیتوگرافی قلم غوطه ور شده

در اواخر دهه 90 و با آغاز قرن جدید، محصولات مبتنی بر فناوری نانو وارد بازار شدند. از اولین محصولات می‌توان به سپرهای سبک و مقاوم در برابر خراش خودروها، لوازم ورزشی همچون راکت‌های مقاوم تنیس و توپ‌های گلفی که حرکت یکنواخت‌تری داشتند، جوراب‌های ضد میکروبی حاوی نانوذرات نقره، کرم‌های ضد آفتاب شفاف، لباس‌های ضد چروک و لک، پوشش‌های ضدخراش شیشه‌ای، باطری‌هایی با قابلیت شارژ سریع و دستگاه‌های الکترونیکی با صفحه نمایش باکیفیت‌تر اشاره کرد.
در دهه اول قرن بیست و یکم کنفرانس‌ها و همایش‌های تخصصی حوزه فناوری نانو آغاز به کار کردند. آرام آرام با شناخته شدن اهمیت و بزرگی این فناوری و نقشی که در آینده‌ فنی و اقتصادی دنیا دارد، کشورهای بزرگ و پیشرفته برای بهره‌گیری از فرصت این فناوری برای بیشتر کردن فاصله خود با دنیا، وارد میدان مسابقه می‌شوند. چنانچه در سال 2000 ایالات متحده برای تمرکز و یکپارچه‌سازی تحقیقات حوزه نانو، برنامه توسعه ملی فناوری نانو را تصویب کرد. ژاپن در سال 2201، 400 میلیون دلار و در سال 2004، 960 میلیون دلار در این زمینه هزینه کرده و آمریکا برای این امر در سال‌های 2005 تا 2008 حدود 7/3 میلیارد دلار اختصاص داده است. هرچند موج‌های علمی و فنی معمولا با یک فاصله زمانی چند ده ساله به ایران می‌رسد، اما فناوری نانو در ایران، مسیری غیر از دیگر فناوری‌ها را در پیش می‌گیرد. در سال 1382 ستاد ویژه توسعه فناوری نانو به منظور توسعه همه جانبه این فناوری در کشور و در نهایت حصول ثروت از آن تشکیل گردیده، که نتیجه آن حضور ایران در میان ده کشور پیش رو در این حوزه فناوری برای سالیان متمادی است.
امروزه فناوری نانو در اثرگذاری بر بسیاری از جنبه‌های زندگی مردم، بیش از هر کشف علمی‌ای موثر بوده است. می‌توانید کاربردها و اثرات آن را در حوزه‌های مختلف مشاهده کنید. از حوزه‌های پزشکی تا صنایع الکترونیکی تا محیط زیست. در بخش آینده با توجه به اهمیت سخنرانی ریچارد فاینمن به عنوان پدر علم نانو به بررسی پیشنهادهای او درباره حوزه فناوری نانو می‌پردازیم.

منابـــع و مراجــــع

• http://www.nano.gov/timeline

• https://en.wikipedia.org/wiki/History_of_nanotechnology

• http://futurehumanevolution.com/history-of-nanotechnology-updated

• http://www.foresight.org/nano/history.html

2- برای مطالعه متن کامل سخنرانی ریچارد فاینمن می توانید به کتاب مقدمه ای بر نانوتکنولوژی تالیف دکتر علی شکوه فر و مهندس کسری مومنی نشر مرکز فرهنگی نشر گستر مراجعه کنید.

3- برای آشنایی با چگونگی تشکیل ستاد ویژه فناوری نانو در ایران و اهداف آن به مقاله "گذری بر فناوری نانو در ایران از 1379 تا 1388" نوشته عماد احمدوند، در بخش معرفی ستاد سایت ستاد نانو به آدرس nano.ir مراجعه کنید.

4- کتاب "نانوشیمی، روش های ساخت، بررسی خواص و کاربردها" نوشته دکتر مسعود صلواتی نیاسری و زینب فرشته، انتشارات سخنوران

نظرات و سوالات

نظرات

1 0

ماجده آبخیز - ‏۱۳۹۶/۰۸/۱۸

جالب بود ممنون

1 0

علیرضا باقریان - ‏۱۳۹۶/۰۵/۰۱

بسیار جالب بود

0 0

علیرضا کرم پور شرف خلیل - ‏۱۳۹۵/۱۱/۱۰

جذاب بود

پاسخ مسئول سایت :
سلام
رضایت شما باعث افتخار است.