فناوری نانو چیست؟
فناورینانو واژهای است کلی که به تمام فناوریهای پیشرفته در عرصه کار با مقیاس نانو اطلاق میشود. معمولاً منظور از مقیاس نانوابعادی در حدود 1nm تا 100nm میباشد. (1 نانومتر یک میلیاردیم متر است).
اولین جرقه فناوری نانو (البته در آن زمان هنوز به این نام شناخته نشده بود) در سال 1959 زده شد. در این سال ریچارد فاینمن طی یک سخنرانی با عنوان «فضای زیادی در سطوح پایین وجود دارد» ایده فناوری نانو را مطرح ساخت. وی این نظریه را ارائه داد که در آیندهای نزدیک میتوانیم مولکولها و اتمها را به صورت مسقیم دستکاری کنیم.
واژه فناوری نانو اولین بار توسط نوریوتاینگوچی استاد دانشگاه علوم توکیو در سال 1974 بر زبانها جاری شد. او این واژه را برای توصیف ساخت مواد (وسایل) دقیقی که تلورانس ابعادی آنها در حد نانومتر میباشد، به کار برد. در سال 1986 این واژه توسط کی اریک درکسلر در کتابی تحت عنوان : «موتور آفرینش: آغاز دوران فناورینانو»بازآفرینی و تعریف مجدد شد. وی این واژه را به شکل عمیقتری در رساله دکترای خود مورد بررسی قرار داده و بعدها آنرا در کتابی تحت عنوان «نانوسیستمها ماشینهای مولکولی چگونگی ساخت و محاسبات آنها» توسعه داد.
تاریخچه فناوری نانو
در طول تاریخ بشر از زمان یونان باستان، مردم و بهخصوص دانشمندان آن دوره بر این باور بودند که مواد را میتوان آنقدر به اجزاء کوچک تقسیم کرد تا به ذراتی رسید که خردناشدنی هستند و این ذرات بنیان مواد را تشکیل میدهند، شاید بتوان دموکریتوس فیلسوف یونانی را پدر فناوری و علوم نانو دانست چرا که در حدود 400 سال قبل از میلاد مسیح او اولین کسی بود که واژة اتم را که به معنی تقسیمنشدنی در زبان یونانی است برای توصیف ذرات سازنده مواد به کار برد.
با تحقیقات و آزمایشهای بسیار، دانشمندان تاکنون 108 نوع اتم و تعداد زیادی ایزوتوپ کشف کردهاند. آنها همچنین پی برده اند که اتمها از ذرات کوچکتری مانند کوارکها و لپتونها تشکیل شدهاند. با این حال این کشفها در تاریخ پیدایش این فناوری پیچیده زیاد مهم نیست.
نقطه شروع و توسعه اولیه فناوری نانو به طور دقیق مشخص نیست. شاید بتوان گفت که اولین نانوتکنولوژیستها شیشهگران قرون وسطایی بودهاند که از قالبهای قدیمی(Medieal forges) برای شکلدادن شیشههایشان استفاده میکردهاند. البته این شیشهگران نمیدانستند که چرا با اضافهکردن طلا به شیشه رنگ آن تغییر میکند. در آن زمان برای ساخت شیشههای کلیساهای قرون وسطایی از ذرات نانومتری طلا استفاده میشده است و با این کار شیشههای رنگی بسیار جذابی بدست میآمده است. این قبیل شیشهها هماکنون در بین شیشههای بسیار قدیمی یافت میشوند. رنگ بهوجودآمده در این شیشهها برپایه این حقیقت استوار است که مواد با ابعاد نانو دارای همان خواص مواد با ابعاد میکرو نمیباشند.
در واقع یافتن مثالهایی برای استفاده از نانو ذرات فلزی چندان سخت نیست.رنگدانههای تزیینی جام مشهور لیکرگوس در روم باستان ( قرن چهارم بعد از میلاد) نمونهای از آنهاست. این جام هنوز در موزه بریتانیا قرار دارد و بسته به جهت نور تابیده به آن رنگهای متفاوتی دارد. نور انعکاس یافته از آن سبز است ولی اگر نوری از درون آن بتابد، به رنگ قرمز دیده میشود. آنالیز این شیشه حکایت از وجود مقادیر بسیار اندکی از بلورهای فلزی ریز700 (nm) دارد ، که حاوی نقره و طلا با نسبت مولی تقریبا 14 به 1 است حضور این نانوبلورها باعث رنگ ویژه جام لیکرگوس گشته است.
در سال1959 ریچارد فاینمن مقالهای را دربارة قابلیتهای فناوری نانو در آینده منتشر ساخت. باوجود موقعیتهایی که توسط بسیاری تا آن زمان کسبشده بود، ریچارد. پی. فاینمن را به عنوان پایه گذار این علم میشناسند. فاینمن که بعدها جایزه نوبل را در فیزیک دریافت کرد درآن سال در یک مهمانی شام که توسط انجمن فیزیک آمریکا برگزار شده بود، سخنرانی کرد و ایده فناوری نانو را برای عموم مردم آشکار ساخت.
عنوان سخنرانی وی «فضای زیادی در سطوح پایین وجود دارد» بود.
سخنرانی او شامل این مطلب بود که میتوان تمام دایرهالمعارف بریتانیکا را بر روی یک سنجاق نگارش کرد.یعنی ابعاد آن به اندازه25000/1ابعاد واقعیش کوچک می شود. او همچنین از دوتاییکردن اتمها برای کاهش ابعاد کامپیوترها سخن گفت (در آن زمان ابعاد کامپیوترها بسیار بزرگتر از ابعاد کنونی بودند اما او احتمال میداد که ابعاد آنها را بتوان حتی از ابعاد کامپیوترهای کنونی نیز کوچکتر کرد. او همچنین در آن سخنرانی توسعه بیشتر فناوری نانو را پیشبینی نمود.
چرخش جریان در نانولولههای کربنی
نانولولههای کربنی امکانات بسیار جالبی برای فناوری آینده ایجاد میکنند. یکی از قابلیتهای بسیار جذاب این مواد که کاربردهای فراوانی نیز میتواند داشته باشد، انتقال آب توسط نانولولههای کربنی است. آزمایشات گذشته نشان دادهاند که میتوان با استفاده از اعمال گرادیان فشار، به سرعتهای بسیار بالای انتقال آب از درون نانولولههای کربنی به قطر 2 نانومتر دست یافت.
پروفسور آلورو در موسسه علوم و فناوری پیشرفته بکمن در دانشگاه ایلینویز به همراه سونی جوزف، دانشجوی دکترایی که اخیراً موضوع پایاننامه خود را تعریف کرده است، از شبیهسازی رایانهای برای بررسی روشی که توسط آن انتقال آب از درون نانولولههای کربنی کوچکتر میتواند بهبود بیشتری یابد، استفاده کردهاند. این محققان نتایج کار خود را در Physical Review Letters منتشر کردهاند.
سونی جوزف میگوید: «شبیهسازیهای قبلی نشان دادهاند که حرکت آب درون نانولولههای کربنی کوتاه در هر دو جهت صورت میگیرد. اما اگر بتوانیم آب را وادار کنیم که در یک نانولوله دراز تنها در یک جهت حرکت کند، در حقیقت انتقال آب درون آن نانولوله اتفاق میافتد. حال اگر گرادیان فشار را نیز در این نانولوله اعمال کنیم، سرعت انتقال افزایش بیشتری یافته و ما میتوانیم استفادههای زیادی (از جمله تقلید کانالهای پروتئینی زیستی) از آن بکنیم».
جوزف و آلورا از شبیهسازی دینامیک مولکولی در نانولولههای کربنی دراز (به طول حدود 10 نانومتر) استفاده کردند تا رابطه میان جهت جریان آب و جهتگیری دوقطبی را نشان دهند. پروفسور آلورا توضیح میدهد: «برای حفظ جهت جریان، ما به میدان الکتریکی موضعی یا گروههای عاملی در انتهای نانولولهها نیاز داریم. این کار به آب جهت داده و جریان آن را در یک جهت حفظ میکند». این دانشمندان میگویند برای تغییر جهت جریان، تنها باید جهت میدان الکتریکی را عوض کرد.
جوزف و آلورا روی میدان الکتریکی خارجی تمرکز کرده و چگونگی برهمکنش میدان با مولکولهای آب را مدلسازی کردند. بار الکتریکی مولکولهای آب صفر بوده و از طریق گشتاور با میدان الکتریکی برهمکنش میکنند. این گشتاورها به درجه آزادی چرخشی مولکولها اعمال میشود. این دانشمندان توضیح میدهند که تغییرات ایجاد شده در درجه آزادی انتقالی در این سیستم انتقال آب، بیشتر به دلیل نحوه جفت شدن حرکات چرخشی و انتقالی با یکدیگر میباشد.
شامل 17 صفحه pdf و 27 صفحه word مجموعا 44 صفحه
دانلود تحقیق فناوری نانو چیست
