دانلود تحقیق معرفی نانوتکنولوژی

معرفی نانوتکنولوژی:

 نانوتکنولوژی یافن آوری نانو به ساخت وکاربرد مواد یا ابزارها در مقیاس بسیار کوچک می پردازد. این مواد یا ابزارها از نظر ابعادی در محدوده ی 1تا100 نانومتر قرار دارند یک نانومتر معادل یک بیلونیوم متر یعنی 10 به توان 9- متر می باشد که ایم مقدار 50بار کوچک تر از قطر تارموی انسان است. دانشمندان محدوده ی ابعادی بین 1تا 100 نانومتر رابه عنوان مقیاس نانومتر معرفی می کنند وموادی راکه دراین محدوده قرار دارند نانوکریستال یا مواد نانویی می نامند. مقیاس نانو منحصر به فرداست. زیراد هیچ ماده ی جامدی را نمی توان پایین تر از این مقیاس به وجود آورد. دلیل دیگر منحصر به فرد بودن آن، انجام بسیاری از طازوکارهای زیستی وفیزیکی درمقیاس ابعادی بین 1تا100نانومتر می باشد. لازم به اشاره است که موادی بااین ابعاد از نظر خواص فیزیکی رفتار متفاوتی رااز خود نشان می دهند، بنابراین دانشمندان منتظرند که اثرات جدید بسیاری رادر مقیاس نانو کشف نمایند واز آنها برای شکستن مرزهای تکنولوژی استفاده کنند. تاکنون اکتشافهای بسیار مهمی در حوزه ی نانوتکنولوژی رخ داده است. چنین پیشرفت هایی را می توان در فرآورده هایی که در سراسر جهان مورد استفاده قرار می گیرد مشاهده نمود. به عنوان مثال از مبدل های کاتالیزوری که در خودروها برای پالایش هوا استفاده می شوند می توان نام برد. همچنین  از ابزارهایی که در کامپیوترها برای نوشتن وخواندن از روی سخت دیسک بکار می روند می توان یادکرد. بسیاری از لایه های محافظ پوست و مواد آرایشی که شفاف بوده وباقرار گرفتن روی پوست از پرتوهای زیان آور خورشید جلوگیری می کنند ویا پوشش های ویژه یی که در لباس هاس ورزشی مورد استفاده قرار می گیرند وکارآیی قهرمانان رابالا می برند، از کاربردهای فناوری نانو محسوب می شوند. هنوز بسیاری از دانشمندان مهندسان وتکنولوژیست ها براین باورند که فقط توانسته اند به فناوری نانو ناخنک بزنند و تنها با گوشه یی ازاین فناوری اشنایی حاصل نموده اند. فناوری نانو فعلا دوران عدم بلوغ خودرا می گذارند وهنوز هیچکس نمی تواند پیش بینی کند که ظرف دهها سال آینده، شکوفایی این فناوری چه نتایجی رابرای بشر به ارمغان خواهد آورد. بسیاری از دانشمندان گفته ی فوق را در حوزه های داروسازی بهداشت. تولید وصرفه جویی انرژی، حفاظت وپاکسازی محیط زیست، الکترونیک کامپیوتر ، سنسورها دفاع وامنیت ملی از خود برجای گذاشته است.

نانو تکونولوژی چیست؟

برای درک بهتر مقیاس نانو، بهتر است قطراتم را که کوچک ترین جزء سازنده مواد می باشد در نظر آورید. اتم هیدروژن یکی از کوچکترین اتم های طبیعی ست که قطر آن برابر 1/0 نانومتر می باشد. در حقیقت تقریبا کلیه ی اتم ها قریب به اتفاق اندازه یی برابر 1/0 نانومتر دارند وبه همین دلیل آنقدر کوچک هستند که باچشمان معمولی دیده نمی شوند. از پیونداتم ها بایکدیگر، مولکول پدید می آیند. مولکول ها کوچکترین جزء یک ترکیب شیمیایی محسوب می شوند. قطر مولکولهاییکه بالغ بر30اتم دارند فقط برابر 1 نانومتر است. سلول ها که کوچک ترین واحد حیات محسوب می شوند از مولکول ها تشکیل شده اند. سلول های بدن انسان از نظر ابعادی بین 5000 تا 200000 نانومتر می باشند که از مقیاس نانو بزرگترند. گرچه پروتئین ها که فعالیت های داخلی سولها را عهده دار هستند، از نظر ابعادی فقط 3تا20 نانومتر می باشند ودر مقیاس نانو قرار دارند. همچنین ابعاد ویروس هایی که به سلول های بدن حمله ور می شوند حدود 10تا200 نانومتر است ومولکولهایی که در داروها برای حمله به ویروس بکار می روند ابعادی معادل 5نانومتر دارند. امکان ساخت مواد وابزارهای جدیدی که بتوانند در مقیاس هایی مشابه با طبیعت عمل کنند، بیانگر آن است که چرا توجه به مقیاس های کوچک تر از 100 نانومتر تااین اندازه حائز اهمیت می باشد. اما 100 نانومتر مرز اختیاری نمی باشد. این مقدار محدوده یی ست که درآن خواص ویژه یی درمواد بروز می کند و خواص مورد نظر باآنچه که در مقیاس غیرنانو اتفاق می افتد، متفاوت است. در بعضی مواقع انسانها بدون آن که خود بدانند ویاعلت اصلی به وجود آمدن این گونه مواد را بشناسند، دانسته هایی رادر باره ی خواص ویژه ی این مواد به دست آورده اند. به عنوان مثال شیشه گران قرون وسطی، می دانستند که باخرد کردن طلا به صورت ذرات ریز وپاشیدن آنها در شیشه، بسته به اندازه ی ذرات طلا، رنگ آن از زرد به ابی، سبز ویا قرمز می گراید. آنها ازاین ذرات رنگی برای ساخت شیشه های الوان که در پنجره ها به کار می رفتند استفاده می کردند که نمونه هایی ازآن را می توان در کلیساهای  جامع سراسر اروپا مانند کلیسای نوتردام پاریس مشاهده نمود. این شیشه گران بدون آن که خود بدانند، در زمانهای پیشین نانوکریستال ساخته اند. در مقیاس های بالاتر از 100تانومتر طلا به رنگ زرد ودر مقیاس های پایین تر از آن، رنگ های دیگری از خودبروز می دهد. نانو تکنولوژیست بافراهم آوردن امکان ساخت ابزارهای مصنوعی در مقیاس مولکولی، شگفتی می آفرینند. به همین دلیل حوزه ی نانوتکنولوژی گاهی اوقات نانوتکنولوژی مولکولی، نامیده می شود. برخی نانوتکنولوژیست ها، باز تولید این ابزارها را توسط خود ابزارها هدف قرار داده اند به گونه یی که این ابزار ضمن انجام وظایف محوله ، تعدادشان افزایش یافته و مانند موجودات زنده دوباره تکثیر می شوند. باتوجه به قدمت این حوزه، این جنبه از نانوتکنولوژی از اهمیت بیشتری برخوردار می باشد. به لحاظ اصولی، اگر واحدهای کوچکی که هر یک وظایفی به عهده دارند در کنار یکدیگر قرار گیرند وتحت شرایط کنترل شده یی بازتولید شوند، به کارایی های بسیار زیادی دست خواهیم یافت. گرچه بسیاری از دانشمندان به امکان بازتولید نانو ساختارها با دیده ی شک می نگرند.

رویکرد به نانوتکنولوژی:

 اصولا دانشمندان بادو رویکرد برای ساخت ابزارها ومواد در مقیاس نانو دست به آزمایش می زنند. یکی از این روشها رویکرد از بالا به پایین  [ Top –down] و دیگری رویکرد از پایین به بالا  [ Down- Top] می باشد.

الف- رویکرداز بال به پایین: دراین فرآیند، نانوتکنولوژیست ها کار خود را با موادی که نسبتا جثه ی بزرگتری دارند آغاز می کنند واز طریق آنها موادی رابا ساختار ریزتر که در مقیاس نانو می باشد، به دست می آورند. این همان روشی ست که امروزه تراشه های کامپیوتری رابه طور گسترده توسط آن تولید می کنند. منظور از تراشه های کامپیوتری ، واحدهای منطق وحافظه های بسیار کوچکی ست که به آنها مدارهای مجتمع نیز می گویند و عملکرد کامپیوتر به آنها بستگی دارد. برای تولید تراشه ی کامپیوتری ، روی یک قرص نازک از جنس سیلیکون رابایک لایه ی نازک از مواد که به ماسک معروف است می پوشانیم وسپس قسمت های غیرضروری آن را جدا می کنیم. تقریبا ابعاد کلیه ی تراشه های کامپیوتری که امروزه ساخته می شود از 100 نانومتر بیشتر است. هرچند که تکنولوژی ساخت تراشه های کامپیوتری کوچک تر از 100 تانومتر نیز گسترش یافته است. هرچه تراشه ها کوچک تر وسریع تر باشد. این امکان فراهم می شود که کامپیوترهایی با حجم کوچک تر وسرعت پردازش بیشتر ساخته شود. رویکرد از بالا به پایین که گاهی اوقات نامهای دیگری مانند ساخت در مقیاس میکرو یا ساخت در مقیاس نانو به آن داده شده است، ار شیوه های لیتو گرافی پیشرفته برای تولید ساختارهای کوچک تر از تراشه های کامپیوتری استفاده می نماید. این شیوه های لیتوگرافی پیشرفته شامل لیتوگرافی نوری ولیتوگرافی پرتو- الکترونی می باشند. لیتو گرافی نوری معمولا برای تولید ساختارهای کوچکتر از 100 نانومتر به کار می رود وتلاش های بسیاری در دست انجام است که بتوانند ساختارهای کوچکتر از مقدار فوق رابا این روش تولید کنند. لیتوگرافی پرتو- الکترونی می تواند ساختارهایی به اندازه ی 20نانومتر را تولید نماید. ولی روش لیتوگرافی پرتو- الکترونی برای تولید در مقیاس های بزرگتر مناسب نمی باشد، زیرا بسیار گران تمام می شود واز نظر اقتصادی مقرون به صرفه نیست. هم اکنون هزینه ی تجهزیات مورد نیاز برای ساخت تراشه های کامپیوتری که از روش لیتوگرافی نوری استفاده می کنند بالغ بر7میلیارد دلاز می باشد. نهایتا باید گفت که رویکرد از بالا به پایین برای تولید نانو ساختارها نه تنها احتمالا خیلی گران خواهد بود بلکه از نظر فنی امکان پذیر نمی باشد.مونتاژ تراشه های کامپیوتری وسایر موادی که در مقیاس نانو تولید شده اند به دلایل اصولی قابل انجام نمی باشند. در روش های طراحی ویژه یی که برای کوچک کردن ابعاد مواد به کار می بریم، باید ابزارهایی که برای این منظور به کار می روند از نظر دقت وابعاد از قطعه یی که قرار است کوچک تر شود، ظریف تر باشند. بنابراین لبه ی برنده ی ماشین افزار مورد استفاده باید از لبه ی قطعه ی مورد نظر که قرار است بریده شود تیزتر باشد. همچنین ماسک لیتوگرافی که به واسطه ی آن روی قرص سیلیکونی عملیات کنده کاری صورت می گیرد وموقعیت های لازم روی آن ایجاد می شود باید از مواد کنده شده از نظر ساختاری ظریف تر باشد. در مقیاس نانو، در مواردی که می خواهیم یک اتم یا مولکول رااز محل خود خارج سازیم، تامین چنین شرایطی امکان پذیر نمی باشد.