دانلود تحقیق نانو تکنولوژی

مقدمه

توصیف نانوتکنولوژی کار ساده و آسانی نیست ولی می‌توان به‌صورت کلی بدین‌صورت آن

را تعریف کرد: سروکار داشتن با ابزار و مواد که حداقل در یکی از ابعاد طول، عرض،

ارتفاع (ضخامت)کمتر از nm100 یا 910 × 100 متر باشد. واقعیت آن است که در این

مقیاس بسیاری از قوانین فیزیک کلاسیک از درجه اعتبار ساقط می‌شود و ماهیت فیزیک

کوآنتمی محقق می گردد. علیرغم آنکه در سال‌های اخیر به نانوتکنولوژی توجه زیادی شده

اما نانوتکنولوژی یک علم نوظهور نیست بلکه مبحثی کاملاً متداول در بین محققان، رسانه‌های

خبری، جامعه سرمایه‌گذاری و ... می‌باشد و تنها در سال‌های اخیر توجه بیشتری به این واژه

شده است. هر چند برخی اظهارنظرها در مورد نانوتکنولوژی با مبالغه همراه است، اما

مبالغه نیست اگر بگوییم نانوتکنولوژی موجب تغییر ماهیت در بیشتر صنایع می‌شود.

نانوتکنولوژی توانمندی تولید مواد، ابزارها و سیستم‌های جدید با در دست گرفتن کنترل در

سطوح مولکولی و اتمی و استفاده از خواصی است که در آن سطوح ظاهر می‌شود. از همین

تعریف ساده برمی‌آید که نانوتکنولوژی یک رشته نیست، بلکه رویکردی جدید در تمام رشته‌ها

است. هنگامی‌که در سال 1959 ریچارد فاینمن گفت: "تا آنجائی که من می‌دانم قوانین

فیزیکی هیچ تناقضی با امکان آرایش اتم به اتم مواد ندارد. ما باید این مفهوم را که تأثیراتش

در مقیاسی میکروسکوپی به اثبات رسیده است در مقیاس مولکولی نیز به‌کار بریم. تولید

قطعات به جایی می‌رود که ما می‌خواهیم. البته با قرار دادن آنها در جایی که می‌خواهیم!"

نمی‌دانست که اولین سنگ بنای نانوتکنولوژی را پایه‌گذاری می‌کند . برای نانوتکنولوژی,

کاربردهایی را در حوزه‌های مختلف از غذا، دارو، تشخیص پزشکی، بیوتکنولوژی،

الکترونیک، کامپیوتر، ارتباطات، حمل‌و نقل، انرژی، محیط زیست، مواد، هوافضا و امنیت

ملی بر شمرده‌اند. کاربردهای وسیع این عرصه به همراه اثرات اجتماعی، سیاسی و حقوقی

آن، این فناوری را به عنوان یک زمینه فرارشته‌ای و فرابخشی مطرح نموده است. به

طوریکه به نظر می آید هر صنعتی که در امر سرمایه‌گذاری در نانوتکنولوژی کوتاهی کند،

خود را در معرض خطر قرار خواهد داد.

            فصل اول

                           نانوتکنولوژی   

:1-1 نانو تکنولوژی (Nanotechnology) چیست؟

"نانو تکنولوژی" در ترجمه لفظ به لفظ، به معنی تکنولوژی بسیار کوچک ( "نانو" به معنی بسیار بسیار کوچک، مقیاس10 به توان 9- بار کوچک تر) می باشد.

 این تعریف نمی تواند معنی واژه Nanotechnology را به صورت کامل بیان نماید. زیرا از این ترجمه لفظ به لفظ چنین بر می آید که ما می توانیم چیز های بسیار بسیار کوچک در مقیاس 10 به توان 9- بسازیم. شاید "نانو تکنولوژی" اینکار را به راحتی میسر نماید، اما این تنها یک یکی از توانایی های نانو در عصر حاضر است. اگر معنی این کلمه را چنین برداشت کنیم، خواهیم دید که بسیاری از وسایل قبلا نیز در مقیاس بسار کوچک تر بدست بشر تولید شده بودند، اما نام این کار تکنولوژی نانو نیست. اینکه ما بخواهیم وسایلی بسازیم که مقیاس آنها نسبت به نمونه فعلی آنها میلیارد ها بار کوچک تر باشد، تنها یکی از ابعاد نانو تکنولوژی به شمار می رود.                                                                                     (تصاویر در فایل اصلی موجود است)

اما ترجمه علمی "نانو تکنولوژی" ، که در بین دانشمندان این فن آوری بسیار مورد استفاده قرار می گیرد، دریچه های مرموز Nanotechnology را برای شما آشکارتر خواهد ساخت.

"Nanotechnology" تازه ترین فن آوری است که بشر به آن دست یافته، و در آن سعی می شود تا با استفاده از خواص مولکولی مواد موجود در طبیعت، وسایلی ساخته شود تا مشکلات این وسایل را که در حال حاضر گریبان گیر بشر است مرتفع ساخته و همچنین کارایی آنها را نیز بالاتر ببرد. شاید یک مثال درک این موضوع را آسانتر نماید. در نظر بگیرید لباسی را که هر یک از ما به تن دارد کثیف می شود، باید شسته شود، نیاز به اتو کردن دارد، باید خنک باشد، یا اینکه گرم باشد، اصلا جالب تر اینکه لباس بتواند در هر فصل سال بنا به خصوصیات فصلی که آنرا می پوشیم گرم یا سرد باشد. آیا چنین لباسی وجود دارد؟ بله! با استفاده از فن آوری نوین نانو بشر قادر شده پارچه هایی را تولید نماید که هیچوقت کثیف نمی شوند، یعنی هیچ نوع آلودگی بر روی آنها نمی نشیند. جالب تر اینکه پارچه این لباس اگر چروک شود، فقط با یک بار تکان دادن، تمام چین و چروک های آن از بین می رود.

دانشمندان برای تولید این چنین پارچه هایی از تکنولوژی نانو استفاده نموده اند. این بدان معنی نیست که ما پارچه هایی در مقیاس بسیار کوچک تولید کرده ایم، بلکه به وسیله فن آوری نانو، تغییراتی در خواص مولکول های تشکیل دهنده این پارچه صورت پذیرفته است، که مولکولهای تشکیل دهنده این پارچه هیچگاه کثیف نمی شوند و در نتیجه پارچه ای که از این مولکول ها تشکیل شده تمام خواص این مولکول ها را خواهد داشت.

امیدواریم تعریف Nanotechnology"" به خوبی بیان شده باشد. نانو تکنولوژی، فن آوری تغییر در خواص مولکولهای تشکیل دهنده مواد است و به همین دلیل مقیاس نانو بهترین تعریف برای این تکنولوژی می باشد. بشر سعی دارد تا با استفاده از نانو خواص مولکول ها را تغییر دهد تا وقتی جسمی از این مولکول ها درست شد تمام خواص این مولکول ها را در خود داشته باشد.

(تصاویر در فایل اصلی موجود است)

 :2-1تاریخچه 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 واژه 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 نانوتکنولوژیست‌ ها 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 درباره 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.

بعد از دهه نود که فن آوری اطلاعات هیاهوی بسیاری در جهان بپا نمود، در آغاز قرن بیست و یکم دانشمندان تمرکز خود را بر روی فن آوری نوینی معطوف کرده اند که به عقیده عده ای نه تنها قسمتی از آینده بشری می باشد، بلکه این فن آوری تمامی آینده بشر را متحول خواهد ساخت. نانو تکنولوژی دارای سابقه زیادی نمی باشد. این موضوع برای اولین بار حدود 40 سال پیش مطرح شد.

در سال 1959 Richard Feynman‌ دانشمند کوانتوم نظری و دارنده جایزه نوبل مطرح نمود که اگر دانشمندان ترانزیستور ها را ساخته اند، ما با علم اتمی می توانیم همین ترانزیستور ها را با مقیاس بسیار کوچک بسازیم. او قصد داشت تا با قرار دادن اتم ها در کنار یکدیگر کوچکترین مصنوعات بشری را بسازد. 

همانطور که گفته شد نظریه کار بر روی سیستم ها در سطح نانو برای اولین بار توسط Feynman استاد کوانتم بیان گردید. بعدها یک دانشجو رشته کامپیوتر برای انجام پروژه فارغ التحصیلی خود، دانشمند بزرگ هوش مصنوعی دکتر Minsky که پدر علم هوش مصنوعی نیز شناخته می شود را به عنوان استاد راهنمای پروژه فارغ التحصیلی خود برگزید. این دانشجو آقای Eric Drexler نام داشت.Drexler ‌ که علاقه زیادی به نظریه های Feynman‌ (‌ساخت سیستم ها در ابعاد نانو)‌ داشت، سعی در شکوفایی این فرضیا ت نمود. وی بعد از اخذ درجه استادی علوم کامپیوتر، با جمع آوری جوانان جویا و کوشا، نظریه نانو تکنولوژی را بنا نهاد. اولین مقاله وی در زمینه نانو تکنولوژی در سال 1981 و با موضوع نانو تکنولوژی مولکولی به چاپ رسید. Drexler‌ اولین کس بود که در سال 1991 از دانشگاه MIT‌ مدرک دکتری نانو تکنولوژی را دریافت نمود. وی هم اکنون رئیس انیستیتو Foresight‌ و Research Fellow می باشد.

بعدها کشورهای توسعه یافته، برنامه ریزی های گسترده ای را برای فعالیت های تحقیقاتی و صنعتی در زمینه نانو تکنولوژی تدوین نموده اند. به روشنی می توان دید که آینده بشر در اختیار نانو تکنولوژی می باشد.

 :3-1مشاهیر در حیطه توسعه فناوری نانو

ریچارد. پی. فاینمن (Richard. P. Feynman )

ریچارد. پی. فاینمن فیزیکدان آمریکایی و استاد فیزیک انستیتو کالتک در سال1959 مقاله‌ای را درباره قابلیت‌های فناوری نانو در آینده منتشر ساخت. باوجود موقعیت‌هایی که توسط بسیاری تا آن زمان کسب‌شده بود، ریچارد. ریچارد. پی. فاینمن را به عنوان پایه گذار این علم می‌شناسند. . فاینمن که بعدها در سال 1965جایزه نوبل را در فیزیک دریافت کرد در یک مهمانی شام که توسط انجمن فیزیک آمریکا برگزار شده بود، سخنرانی کرد و ایده فناوری نانو برای عموم مردم آشکار ساخت .

ریچارد ارت اسمالی (Richard Errett Smalley)

ریچارد ارت اسمالی استاد شیمی دانشگاه رایس در هوستون ایالت تگزاس ایالات متحده می باشد ایشان به همراه دو نفر دیگر از همکارانش بنامهای روبرت کورل استاد شیمی دانشگاه رایس و هارولد کروتو استاد دانشگاه ساسکس موفق به کسب جایزه نوبل شیمی در سال 1996 برای کشف فلورین شدند. ایشان هم اکنون بر روی نانو لوله های کربنی مشغول کار است و به عنوان یک فرد خبره بر روی ایده نانو تکنولوژی مولکولی مطرح می باشد.

(تصاویر در فایل اصلی موجود است )

روبرت ای فریتاس (Robert A.Freitas Jr)

روبرت ای فریتاس مدیر تحقیقات موسسه ساخت مولکولی است. وی در رشته‌های فیزیک، روانشناسی و حقوق تحصیل کرده است و بیش از 150 مقاله‌ فنی و عمومی با موضوعات مختلف علمی، مهندسی و حقوقی نوشته است. ایشان نویسنده کتب مختلفی است . یکی از این کتابهاکه تحت عنوان نانو پزشکی منتشر شده است درباره قابلیت‌های نانو فناوری مولکولی و نانوروبات‌ های پزشکی در کاربردهای پزشکی و دارویی است.

رالف مرکل (Ralph Merkle)

رالف سی مرکل یکی از پیشگامان در عرصه طراحی و بازگشایی کلیدهای رمز نویس عمومی است . با این حال الان می‌توان وی را به عنوان یک محقق و یک سخنران در

 عرصه فناوری نانو و علم کریونیک (cryonics) بر شمرد. ایشان جزو محققین و طرفداران بنیادی است که افراد بیمار لاعلاج را برای درمان در زمان مناسب منجمد میکند، می باشد. ایشان معتقد است فناوری نانو پتانسیل بسیار زیادی برای درمان بیماری های صعب العلاج دارد. از این رو ایشان فعالیتهای خود را در زمینه کاربردهای این فناوری در پزشکی متمرکز نموده است.

کی اریک درکسلر(K.Eric Drixler)

کی. اریک درکسلر دانشمند و نویسنده مشهوری است که نسبت به سایر دانشمندان علوم و فناوری نانو فعالیت‌های موثر بیشتری در جهت افزایش سطح آگاهی و دانش عمومی در این زمینه انجام داده است. او که هم‌اکنون رئیس پژوهشگاه فورسایت می‌باشد،‌ سخنرانی‌های زیادی در زمینه فناوری‌نانو انجام داده و سه کتاب مهم در این زمینه نوشته است.