تبلیغات
علوم پزشكی

علوم پزشكی
سلامتی وزندگی درکار:حق اساسی هرانسان
 

                                         نانو تكنولوژی وكاربردهای آن

 

هدف نانو تكنولوژی ساختن مولكول به مولكول مواد یا تجهیزات در آینده است.علم نانو به عنوان یك علم حیاتی در آینده مطرح خواهد بود،این علم مربوط به مطالعات ذرات در مقیاس اتمی،برای كنترل آنهاست.بنابراین هدف اصلی اكثر تحقیقات نانویی ،شكل دهی تركیبات جدید با ایجاد تغییراتی در مواد موجود است.نانو تكنولوژی در الكترونیك،زیست شناسی،ژنتیك وهوانوردی وحتی در مطالعات انرژی بكار گرفته می شود. تفاوت بین نانو علم ونانو تكنولوژی در این است كه نانو علم صرفا تحقیقات است ولی نانو تكنولوژی كاربرد تحقیقات برای حل مسائل وساخت موادد جدید است.    

 

     تقسیم بندی های نانو تكنولوژی

نانو تكنوولوژی را می توان به گونه های مختلفی تقسیم بندی نمود كه در یك نوع از این تقسیم بندی ها كه شاید بهترین آنها نیز هست،می توان نانو تكنولوژی را به سه دسته تقسیم كرد كه عبارتند از:

 

1) نانو تكنولوژی مرطوب:

  این شاخه به مطالعه سیستم های زیست محیطی كه اساسا در محیط های آبی پیرامون ما وجود دارند، می پردازند.برای مثال در این شاخه در مقیاس نانومتری ساختمان مواد ژنتیكی،غشاء وسایر تركیبات سلولی را در مقیاس نانو متری مورد مطالعه قرار می دهند.موفقیت این رشته، در این است كه بر ساختمان های حیاتی و نحوه عملكرد آن را در مقیاس نانویی نظارت می كند.این شاخه در بر گیرنده علوم پزشكی،دارویی ،زیست محیطی و كلا علوم زیستی می باشد.

 

2) نانو تكنولوژی خشك:

   این بخش از نانو تكنولوژی از علوم شیمی و فیزیك تاثیر زیادی می گیردو تمركز روی آن تشكیل ساختمان های كربنی،   siودیگر مواد غیر آلی،قابل تامل است.فناوری خشك-مرطوب بخش نیمه هادیها را نیز زیر پوشش خود قرار می دهد.الكترون ها آزاد و انتقال دهنده در این مواد آنها را برای استفاده در محیط مرطوب سودمند می سازد.اما همین الكترون ها خصوصیات فیزیكی فراهم می كنند كه ساختار های خشك از آن ها را در الكترونیك،مغناطیس و ابزار های نوری استفاده

می كنند.اثر دیگری كه باعث پیشرفت ساختنار های خشك می شود این است كه قسمت های خود تكثیر مشابه ساختار های مرطوب را دارا هستند.

 

3) نانو تكنولوژی تخمینی(محاسبه ای):

   این قسمت به مطالعه مدل سازی و ساختن ظاهر ساختمان های پیچیده در مقیاس نانو متری توجه دارد.توانایی پیش بینی و تجزیه و تحلیل محاسبه ای در موفقیت نانو تكنولوژی مهم است.زیرا طبیعت میلیون ها سال وقت لازم دارد كه نانو تكنولوژی مرطوب را به صورت كاربردی در آورد.شناختی كه بوسیله محاسبه بدست می آید، به ما اجازه می دهد كه زمان پیشرفت نانو تكنولوژی خشك را به چند دهه كاهش دهیم كه این تاثیر مهمی در در نانوی مرطوب نیز دارد.نانو تكنولوژی تخمینی،پلی است بین علوم مهندسی،محاسبه ای،كامپیوتر و فناوری جدید.

                              

حوزه ی فعالیت تحقیقات نانو

بنابر آنچه گفته شد در طی یك دهه گذشته حوزه تحقیقات نانو بسیار وسیع شده و گسترش پیدا كرده است.یكی از مهمترین این جنبه ها،تهیه مواد نانو متری از جمله نانو لوله ها،ذرات نانومتری و غیره می باشد.

 

 

1) نانو لوله های كربنی:

فلورین مولكول تو خالی است كه متشكل از گروه های 6ضلعی و 5ضلعی است كه در كنار هم قرار گرفته اند.كه از 60 عدد اتم كربن تشكیل شده است،یعنی .c60

  این مولكول های توپی شكل پتانسیل بسیار زیادی برای تولید مواد مركب جدید دارند.زیرا تمامی اتم ها در سطحی قرار می گیرند كه می توانند به راحتی با سایر مولكول ها پیوند بر قرار كنند.

از معروفترین ساختارهای نانویی،نانو لوله ها هستندكه كاربردهای زیادی در این علم دارند.منشا نانو لوله های كربنی از فلورین است.اگر فلورین را نصف كنیم و بین دو نیم كره،رشته های از كربنها را قرار دهیم،نانو لوله دو سر بسته ای تولید می شود كه امروزه استفاده های زیادی داشته و خواص جالبی از خود به نمایش می گذارد.یكی از مسائل مهمی كه وجود دارداتصال نانو لوله ها به یكدیگر بوده كه تا سال 2002 این كار به انجام نرسیده بود.اما در شانزدهم سپتامبر2002نحوه اتصال نانو لوله های كربنی تك جداره ای به همدیگر كشف گردید.این كشف نقش مهمی در زمینه ساخت مدارهای مولكولی وشبكه های نانو لوله ای خواهد داشت.برای اتصال نانو لوله ها به همدیگر از تشعشع و حرارت استفاده می كنند.البته پیش از این نانو لوله های چند جداره را می توانستند به هم اتصال دهند ولی خواص الكتریكی نانو لوله های تك جداره بسیار برتر از انواع چند جداره ای  آنهاست.

  پروفسور آجایان كاشف اتصال نانو لوله ها بیان می كند كه اگر بتوان نانو لوله های كربنی را به هم پیوند داد به مواد كامل و تمام عیاری دست خواهیم یافت.اما برای ساخت اتصالات كربنی باید بین لوله ها  پیوند ایجاد كنیم.تشعشع و عملیات حرارتی استفاده شده در یك میكروسكوپ الكترونی ولتاژبالا در اشتوتگارت آلمان برای تولید تشعشع و حرارت لازم برای این آزمایشها استفاده كردند.نانو لوله ها استفاده های زیادی دارند.از جمله كاربردها ی آنها، جابجایی سریع و بدون هدر رفتن گازها می باشد.اتمهای نانو لوله های كربنی به نحوی كنار هم قرار گرفته اند كه عملا امكان عبور بدون اصطكام مولكولهای گاز را فراهم می آ ورند.سطح صاف این مواد باعث می شود كه میزان عبور گازها از درون آن ها به مراتب بیشتر از غشاهای  میكرو حفره ای معمولی كه در جداسازی گازها مورد استفاده قرار می گیرند،باشد.دو مورد از كاربرد های احتمالی انتقال گاز با نانو لوله های كربنی شامل انتقال گازهای در اكسید كربن و هیدروژن می باشد.می دانیم كه دی اكسید كربن موجب گرم شدن زمین می شود و دولتها در صدد كاهش انتشار آنها  از موتورهای احتراق داخلی و واحد های تولید نیرو بر آمده اند.نانو لوله هایی كه با اندازه مناسب تولید می شوند می توانند با صرف انرژی كمتر و بدون نیاز به افزایش فشار،این گاز را از گازهای حاصل از احتراق بزدایند.

  هیدروژن نیز عنصر كلیدی در پیلهای سوختی است و هنگام تركیب با اكسیژن،الكتریسیته تولید می كند.نانو لوله ها می توانند موجب تسریع فرایند تولید هیدروژن خالص از تجزیه حرارتی گاز طبیعی شوند.تیم تحقیقاتی از دانشگاه كارنی ملون شبیه سازی مناسبی از این خاصیت نانو لوله ها را انجام داده و مرحله بعدی كار آنها عملی ساختن این مسئله می باشد.یكی از مشكلات موجود این است كه دو سر نانو لوله ها بسته است واحتملا این پارامتر را نمی توان در شبیه سازی واردنمود.تحقیقات اندكی نیز در زمینه رشد عمودی نانو لوله ها جهت استفاده به عنوان ماده غشایی انجام گرفته است.

  به نظر می رسد كه در زمینه تولید هیدروژن،نانو لوله های بسته مناسب ترند.بسیاری از نانو لوله ها به صورت چند جداره تشكیل می شوند و فضای بین آن ها می تواند به شكل مطلوبتری ایفای نقش كرده و حتی می توان از این نانو لوله ها به عنوان منابع ذخیره انرژی استفاده نمود.اگر نانو لوله ها بتوانند گازها را به طور انتخابی از خود عبور دهند، می توان از غشا های نانو لوله ای جهت بدست آوردن N2و 2 O از هوا استفاده نمود.از جمله استفاده های دیگر نانو لوله ها می توان به استفاده آنها در تلوزیون های نسل جدید اشاره كرد.با استفاده از نانولوله ها وخواص گسیل الكتروون آنها می توان تصویر متحركی را ایجاد كرد و بر روی صفحه نمایش به تصویر كشید.

   یعنی به عبارت دیگر الكترونها با استفاده از ولتاژ اندك از فیلمهای ضخیم  دارای نانو لوله به سمت صفحه نمایش پرتاب  شده و باعث روشن شدن آن می شوند.دكتر جیمز مدیر بخش علوم مواد در شركت Dupontمی گوید این فناوری با نانو لوله های حاصل از فرایندكوره لیزری،باعث ایجاد تصویر روشن  با ولتاژ كم و مصرف انرژی پایین می شود به طوری كه انرژی مصرفی در این فرایند كسر كوچكی از انرژی مصرفی در تلوزیونهای معمولی  یا صفحه های نمایش پلاسما است.

2) نانو سرامیكها ونانو كامپوزیتها

    همانطور كه قبلا گفتیم نانو مواد دسته ای از مواد هستند كه از طریق كنار هم قرار دادن اتمها و مولكولها یا مجموعه هایی از آنها به طور مصنوعی ساخته می شوند.نانو سرامیكها جزو مواد مطرح در این زمینه می باشند.آنها به علت داشتن خواص ویژه ای در مقایسه با سرامیكهای معمولی مورد توجه واقع شده اند.ویژگیهای برجسته ای كه باعث شده تا این مواد نیز به عنوان یكی از حوزه های تحقیقاتی نانو مورد توجه قرار گیرد را می توان از چندین جنبه ی مختلف مطرح نمود.اولین مسئله خواص مكانیكی آنهاست.اولین مشخصه استحكام مكانیكی بسیار بالاتر نانو سرامیكها در مقایسه با سرامیكهای معمولی است.برای مثال پوشش دادن سطح اجسام با نانو سرامیكها باعث افزایش استحكام و سختی جسم می شود،كه نسبت به سرامیك های عادی به مراتب بالاتر است.به علاوه قدرت پوشش نانو سرامیك ها نیز بالاتر است.در ساختار نانو،تعداد مكانهای فعال افزایش می یابد .این افزایش در سطح منجر به كاهش مقدار مواد مصرفی شده و قدرت پوشش را بالا می برد. همچنین در سرامیك های معمولی انعطاف پذیری وجود ندارد.ولی در نانو سرامیكها به دلیل داشتن خاصیت منحصر به فرد در قابلیت حركت ریز دانه ها بر روی هم،انعطاف پذیری خوبی وجود دارد.

  دومین خاصیت ابررسانایی بهتر آنهاست.نانو سرامیك ها به علت داشتن خواص نوری والكتریكی به عنوان ابر رسانا نیز استفاده می شوند. سومین خاصیت،سازگاری با محیط است.این مواد آلودگی های مواد قبلی را ندارند و بسیار سازگار با محیط هستند.در نهایت سطح ویژه بالای این مواد نیز یكی دیگر از مشخصه های آنهاست.نانو سرامیكها سطح ویژه ی بالایی دارند ودر انجام واكنشهای شیمیا یی در كاتالیستها،سنسورهای كاری،جداسازی وجذب مواد بر روی سطح آن و غیره مورد استفاده قرار می گیرند.

 به علت خواص فوق العاده ای كه نانو سرامیكها دارند طراحان وسایل و محصولات با استفاده از این مواد به عنوان مواد اولیه،محصولاتی با استحكام بالا كه در محدوده دمایی بیشتری كار می كنند ،می توانند تولید كنند.نانو سرامیكها در حال توسعه وبكارگیری برای كاربردهای گوناگونی هستند كه از خواص مغناطیسی،نوری،الكتریكی،كاتالیستی و دیگر خواص آنها می توان استفاده كرد.از جمله كار برد های آنها در قطعات سرامیكی با دوام برای موتورهای خودكار، سیمهای ابررسانای انعطاف پذیر واجزای متصل كننده فایراستیكی را می توان نام برد.

 

3) نانو كریستالها

  نانو كریستالها نیز یكی دیگر از مواد مورد استفاده در زمینه ی نانو تكنولوژیِ هستند.آنها قالبهای ساختمانی  این فناوری می باشند.این نانو كریستال با تلفیق دو یا چند نوع مختلف از مواد معدنی شكل می گیرند.نانو كریستالها از عناصر مختلف و متنوعی ساخته شده اند. اولین سری نانو كریستالهای تجاری در پوششهایی بسیار مقاوم در برابر گرما و زنگ زدگی ارزه شده كه از AL و  Siتشكیل شده اند.نانو كریستالها از جنسهای مختلفی تهیه می شوند وروشهای متفاوتی در تهیه آنها وجود دارد.مثلا از برخی از آنها می توان به عنوان منابع نوری استفاده كرد.یا از برخی از آنها نور های لیزری گرفت كه در مقیاسهای بزرگ چنین طول موجهایی را نداشته اند.از جمله این مواد می توان Pbs را نام برد.به دلیل اهمیت ویژه ای كه نانو كریستالها دارند ازجنسهای مختلفی تهیه می شوند وروشهای متفاوتی در تهیه ی آنها وجود داردواین به دلیل اهمیت ویژه ای است كه نانو كریستالها یا به تعبیر دیگر نقطه های كوانتومی در آینده ی فناوری نانو دارا می باشند

   

                  تغییرات و انتظاراتی كه از ورود به علم نانو داریم 

 

1)روش های جدید طراحی تراشه ها:

2)حوزه بیو مكانیك-تولید موتورهای مولكولی

3)حوزه پزشكی-كنترل رادیوییDNA دارو وتشخیص بیماری

4)حوزه فتونیك-دیوارهایی از نمایشگرهای دیجیتال كریستال مایع:

  در آینده نه چندان دور با فشار دادن یك دكمه رنگ دیوارهای خانه ها از یك رنگ به رنگ دلخواه ما تغییر خواهد یافت.یك نمونه از پنجره هایی كه از طریق این تحقیقات بدست آمده نشان  می دهد.گروههای تحقیقاتی متعددی نیز  در زمینه ی  LCD(نمایشگرهای كریستال مایع)كارهایی را انجام داده اند.كریستال مایع ،مایعی است كه مولكولهای آن بسیار منظم هستند و با عبور جریان برق از آنها ،نظم آنها تغییر می كند و در نتیجه صفحه تغییر رنگ می دهد.در LCDهای فعلی،كریستال مایع بین دو صفحه شیشه ای ضخیم قرار می گیرند. دانشمندان در صدد آن هستند كه این كریستالها را بر روی شیشه و یا پلاستیك بر پا كرده و نهایتا بر روی پارچه این كار صورت بگیرد.LCD ها در حال حاظر بسیار گران هستند.ولی اگر از پلاستیك در آن استفاده شود قیمت آن نیز كاهش می یابد. این محققان تلاش كرده اند كه پایه ای از شیشه یا پلاستیك را با لایه ی نازكی از LCD رنگی،لایه نشانی كرده وروی آنها را با شبكه های 4خانه ریز بپوشانند به طوریكه با تاباندن اشعه ی ماوراء بنفش شبكه هایی از دیواره ها بر روی مایع شكل گیرد . در مرحله ی دوم پوشش بالایی را بر داشته تابش دومی را با طول موجی متفاوت به نحوی كه در كل لایه مایع نفوذ نكند بر روی خانه ها بتابانند و این گونه است كه LCD های رنگی روی پایه شیشه ای و یا پلاستیكی ایجاد می شود .  



ادامه مطلب

نوشته شده در تاریخ یکشنبه 22 آذر 1388 توسط vahid cheraghi
درباره وبلاگ


mostafamirzaei28@yahoo.com
Blog Skin