javad jan
05-16-2013, 02:29 PM
نانو فن آوری و شکل گيري بازارهاي بسيار بزرگ جديد
تدوین: مهدي ياراحمدي خراساني
معرفي نانوفناوري و کاربردهاي آن
نانو فناوري به عنوان جديدترين حوزه فناوري در دنيا، مورد توجه اکثر کشورها قرار گرفته است.
تعريف نانوفناوري و آشنايي با آن
نانوفناوري در تعريف بسيار ساده، يعني تکنولوژي هايي که در ابعاد نانومتر عمل مي کنند. نانومتر واحد اندازه گيري است و برابر با يک ميلياردم متر است. اندازه اتم ها و مولکول ها در اين محدوده قرار دارد. بنابراين با ورود به اين فضاي کوچک، بشر مي تواند در نحوه آرايش و چينش اتم ها و مولکول ها دخالت کند و به ساخت مواد جديد و ساختارهايي متفاوت با آن چه تاکنون وجود داشته است، بپردازد. نانوفناوري که از دو کلمه «نانو» و «فناوري» تشکيل شده است به معناي توسعه، ساخت، طراحي و استفاده از محصولاتي است که اندازه آنها يك تا صد نانومتر قرار دارند. در حقيقت نانوفناوري يک فناوري جديد نيست. بلکه يک مقياس جديد در فناوري ها و رويکردي تازه در تمام رشته‌ها است ؛ که اين توانايي را به بشر مي دهد، که بتواند دخالت خود را در ساختار مواد گسترش دهد و در ابعاد بسيار ريز ، به ساخت و طراحي اقدام كند. اين توانايي مي تواند در تمام فناوري هايي که بشر تاکنون به آن دست يافته است، اثر گذار باشد.
کاربردها و اهميت نانوفناوري
اگر چه هنوز نانوفناري در آغاز حيات خود قرار دارد، ولي در همين چند سال اخير اميدهاي زيادي را در بين دانشمندان براي دستيابي به مواد با قابليت هاي بالا و ساخت محصولات با عمر و کيفيت بالا ايجاد کرده است. توليد نانوتيوب هاي کربني (ساختارهاي لوله اي کربني) ماده اي در اختيار بشر قرار داد که رساناتر از مس، مقاوم تر از فولاد و سبک تر از آلومينيوم است. همچنين با ساتفاده از نانو ذرات، مي توان سطوح خود تميز شونده يا هميشه تميز ساخت و ريايش مغناطيسي را چندين برابر نمود. لاستيک هاي با عمر بالاي ده سال و دارورساني به تک سلول هاي آسيب ديده در بدن، از توانايي هايي ست که بشر به مدد نانوفناوري به آن دست يافته است. دانشمندان اميدوارند با گسترش فعاليت ها در نانوفناوري، علاوه بر صرفه جويي هايي که در اثر ارتقاي کيفيت در محصولات سنتي ايجاد مي کنند، به مواد و محصولات با خواص جديد و چند منظوره دست يابند.
اگر بپذيريم که نانوفناوري، توانمندي توليد مواد، ابزارها و سيستم هاي جديد با در دست گرفتن کنترل در سطوح ملکولي، اتمي و استفاده از خواص آن سطوح است. آن گاه درمي يابيم كاربردهاي اين فناوري، در حوزه هاي مختلف اعم از غذا، دارو، تشخيص پزشکي، فناوري زيستي، الکترونيک، کامپيوتر، ارتباطات، حمل و نقل، انرژي ، محيط زيست ، مواد، هوافضا، امنيت ملي و غيره خواهد بود؛ به گونه اي که به زحمت مي توان عرصه اي را که از آن تأثير نپذيرد معرفي نمود. کاربردهاي وسيع اين عرصه به همراه پيامدهاي اجتماعي، سياسي و حقوقي آن، اين فناوري را به عنوان يک زمينه فرا رشته اي و فرابخشي مطرح نموده است.
هر چند آزمايش ها و تحقيقات پيرامون نانوتکنولوژي از ابتداي دهه هشتاد قرن بيستم به طور جدي پي گيري شد، اما اثرات تحول آفرين، معجزه آسا و باورنکردني نانوفناوري در روند تحقيق و توسعه باعث گرديد، نظر تمامي کشورهاي بزرگ به اين موضوع جلب گردد و فناوري نانو را به عنوان يکي از مهم ترين اولويت هاي تحقيقاتي خويش، طي دهه اول قرن بيست و يکم محسوب نمايند.
استفاده از اين فناوري در کليه علوم پزشکي ، پتروشيمي، علوم مواد، صنايع دفاعي، الکترونيک ، کامپيوترهاي کوانتومي و ... باعث شده است، تحقيقات در زمينه نانو به عنوان يک چالش اصلي علمي و صنعتي پيش روي جهانيان باشد. لذا محققين ، اساتيد و صنعت گران ايراني بايد در يک بسيج همگاني، جايگاه، موقعيت و وضعيت خويش را در خصوص اين موضوع مشخص نمايند و با يک برنامه ريزي علمي دقيق و کارشناس شده به حضوري فعال و حتي رقابتي سالم در اين جايگاه، عرض اندام و ابراز وجود نمايند. براي چنين هدفي ، طراحي يک برنامه منسجم، فراگير و همه جانبه اجتناب ناپذير است.
تاريخچه اي از ظهور نانوفناوري
چهل سال پيش ريچارد فايمن، متخصص کوانتوم نظري و دارنده جايزه نوبل، در سخنراني معروف خود در سال هزار و نهصد و پنجاه و نه ميلادي با عنوان «آن پايين، فضاي بسياري هست» ، به بررسي بعد رشد نيافته علم مواد پرداخت. وي در آن زمان اظهاركرد: «اصول فيزيک، تا آن جايي که من توانايي فهميدن آن را دارم، بر خلاف امکان ساختن اتم به اتم چيزها حرفي نمي زنند.» او فرض را بر اين قرار داد که اگر دانشمندان فرا گرفته اند چگونه ترانزيستورها و ديگر سازه ها را با مقياس هاي کوچک بسازند، پس ما خواهيم توانست که آن ها را کوچک و کوچک تر کنيم. در واقع آن ها به مرزهاي حقيقي خود در لبه هاي نامعلوم کوانتوام نزديک خواهند بود. به نحوي که اتم را در مقابل ديگري به گونه اي قرار دهيم که بتوانيم کوچک ترين محصول مصنوعي و ساختگي ممکن را ايجاد کنيم. با استفاده از اين فرم هاي بسيار کوچک چه وسايلي را که نمي توانيم، ايجاد کنيم.
فايمن در ذهن خود يک «دکتر مولکولي» تصور کرد که صدها بار از يک سلول منحصر به فرد کوچک تر است و مي تواند به بدن انسان تزريق شود و درون بدن براي انجام کاري يا مطالعه و تأييد سلامتي سلول ها و يا انجام اعمال ترميمي و به طور کلي براي نگه داري بدن در سلامت کامل به سير بپردازد. مي توان گفت در آن سال ها کلمه «بزرگ» از اهميت ويژه اي برخوردار بود (مثل علوم بزرگ، پروژه هاي مهندسي بزرگ و غيره ؛ حتي کامپيوترها در دهه هزار و نهصد و پنجاه (م) تمام طبقات ساختمان را اشغال مي کردند) . ولي از وقتي فايمن نظرو منطقه خود را بازگو کرد، جهان روندي به سوي کوچک شدن در پيش گرفت.
پس از آن، ماروين مينسکي تفکرات بسيار باروري داشت ، که مي توانست به انديشه هاي فايمن قوت ببخشد. ميسنکي پدر علم هوش مصنوعي است و در دهه هزار و نهصد و شصت تا هفتاد (م) جهان را در تفکراتي که مربوط به آينده مي شد، رهبري کرد. در اواسط دهه هفتاد ميلادي، اريک در کسلر که يک دانشجوي فارغ التحصيل بود، ميسنکي را به عنوان استاد راهنما جهت تکميل پايان نامه خود انتخاب کرد. او نيز اين مسؤوليت را بر عهده گرفت. در کسلر سخت به وسايل بسيار کوچک فايمن علاقه مند شده بود و قصد داشت تا در مورد توانايي هاي آنان به کاوش بپردازد. مينسکي نيز با وي موافقت کرد. در کسلر در اوايل دهه هشتاد(م) ، درجه استادي خود را در رشته علوم کامپيوتر دريافت کرد و گروهي از دانشجويان را به صورت انجمني به دور خودجمع نمود. او افکار جوان ترها را با يک سري ايده ها که خود «نانوفناوري» نام گذاري کرد، مشغول است. در کسلر اولين مقاله علمي خود را در مورد نانوفناوري مولکولي (
MNT
) در سال هزار و نهصد و هشتاد و يك ارايه داد. او کتاب
Engin of Creation: The Coming
Era of Nanotechnology
را در سال هزار و نهصد و هشتاد و شش به چاپ رساند. در کسلر اولين درجه دکتري در نانوفناوري را در سال هزارونهصد و نود و يك از دانشگاه
MIT
دريافت كرد.
اهميت نانوفناوري براي کشور ما
بسياري از صاحب نظران و محققان، نانوفناوري را مساوي آينده مي دانند. به عنوان نمونه کميته مشاوران رئيس جمهوري آمريکا در علوم و فناوري، در تأييد برنامه ملي نانوتکنولوژي براي سال دو هزار و يك ميلادي، از نانوفناوري به عنوان محور آينده جهان ياد مي کند. به دليل تأثير اين فناوري بر اکثر صنايع و فناوري هاي موجود، عقيده صاحب نظران اين است که متخصصان رشته هاي مختلف بدون گرايش به مباحث نانو در دهه هاي آينده، فرصتي براي رشد نخواهند داشت و شکوفايي بسياري از فناوري هاي مهم از جمله فناوري اطلاعات و بيوتکنولوژي به عنوان دو دستاورد بسيار عظيم قرن بيستم بدون بهره گيري از نانوفناوري دچار اختلاف خواهند شد. از اين جهت اين مسئله براي دانشگاهيان، محققان و مسؤولان هر کشور امري حياتي است.
به عبارت ديگر مي توان گفت، اولويت کشور هر صنعت و فناوري که باشد، بدون تسلط بر ابعاد نانو، در دنياي جديد نمي توان در آن صنعت و فناوري حرفي در دنيا زد. بنابراين مي توان دلايل زير را براي اجتناب ناپذيري ورود کشورهايي چون ايران اقامه نمود.
تآثير اساسي نانوفناوري در رشد و پيشرفت بسياري از صنايع و فناوري ها ماهيت فرا رشته اي علوم و فناوري نانو به عنوان توانمندي توليد مواد، ابزارها و سيستم هاي جديد با دقت اتم و مولکول، موجب تعريف کاربردهاي بسيار زيادي در عرصه هاي مختلف علمي و صنعتي شده است. براي نانوفناوري کاربردهاي بسياري را در حوزه هاي دارو، غذا، بهداشت ، درمان بيماريها، محيط زيست ،انرژي ، الکترونيک ، کامپيوتر، اطلاعات ، مواد ، ساخت ، توليد ، هوا فضا ، بيوتکنولوژي و کشاورزي، امنيت ملي و دفاع برشمرده اند.
لذا مشاهده مي شود که نانوفناوري در صنايع و تمام فناوري ها تأثير گذاشته است . اين تأثير اغلبً ريشه اي و بنيادين است. به عنوان نمونه در بخش پزشکي و بهداشت، يک زمينه کاري بسيار مهم، نانوفناوري، سيستم توزيع دارو در داخل بدن است. مصرف دارو در حال حاضر به صورت حجمي است؛ در حالي که سلول هاي خاصي از بدن نيازمند آن است. در روش جديد، دارو با وسايل تزريق متفاوت با امروزه به صورت مستقيم به سمت سلول هاي مشخص جهت گيري شده و دارو به محل نياز تحويل داده مي شود. اين تحول در صنعت داروسازي بنيادين است.
تدوین: مهدي ياراحمدي خراساني
معرفي نانوفناوري و کاربردهاي آن
نانو فناوري به عنوان جديدترين حوزه فناوري در دنيا، مورد توجه اکثر کشورها قرار گرفته است.
تعريف نانوفناوري و آشنايي با آن
نانوفناوري در تعريف بسيار ساده، يعني تکنولوژي هايي که در ابعاد نانومتر عمل مي کنند. نانومتر واحد اندازه گيري است و برابر با يک ميلياردم متر است. اندازه اتم ها و مولکول ها در اين محدوده قرار دارد. بنابراين با ورود به اين فضاي کوچک، بشر مي تواند در نحوه آرايش و چينش اتم ها و مولکول ها دخالت کند و به ساخت مواد جديد و ساختارهايي متفاوت با آن چه تاکنون وجود داشته است، بپردازد. نانوفناوري که از دو کلمه «نانو» و «فناوري» تشکيل شده است به معناي توسعه، ساخت، طراحي و استفاده از محصولاتي است که اندازه آنها يك تا صد نانومتر قرار دارند. در حقيقت نانوفناوري يک فناوري جديد نيست. بلکه يک مقياس جديد در فناوري ها و رويکردي تازه در تمام رشته‌ها است ؛ که اين توانايي را به بشر مي دهد، که بتواند دخالت خود را در ساختار مواد گسترش دهد و در ابعاد بسيار ريز ، به ساخت و طراحي اقدام كند. اين توانايي مي تواند در تمام فناوري هايي که بشر تاکنون به آن دست يافته است، اثر گذار باشد.
کاربردها و اهميت نانوفناوري
اگر چه هنوز نانوفناري در آغاز حيات خود قرار دارد، ولي در همين چند سال اخير اميدهاي زيادي را در بين دانشمندان براي دستيابي به مواد با قابليت هاي بالا و ساخت محصولات با عمر و کيفيت بالا ايجاد کرده است. توليد نانوتيوب هاي کربني (ساختارهاي لوله اي کربني) ماده اي در اختيار بشر قرار داد که رساناتر از مس، مقاوم تر از فولاد و سبک تر از آلومينيوم است. همچنين با ساتفاده از نانو ذرات، مي توان سطوح خود تميز شونده يا هميشه تميز ساخت و ريايش مغناطيسي را چندين برابر نمود. لاستيک هاي با عمر بالاي ده سال و دارورساني به تک سلول هاي آسيب ديده در بدن، از توانايي هايي ست که بشر به مدد نانوفناوري به آن دست يافته است. دانشمندان اميدوارند با گسترش فعاليت ها در نانوفناوري، علاوه بر صرفه جويي هايي که در اثر ارتقاي کيفيت در محصولات سنتي ايجاد مي کنند، به مواد و محصولات با خواص جديد و چند منظوره دست يابند.
اگر بپذيريم که نانوفناوري، توانمندي توليد مواد، ابزارها و سيستم هاي جديد با در دست گرفتن کنترل در سطوح ملکولي، اتمي و استفاده از خواص آن سطوح است. آن گاه درمي يابيم كاربردهاي اين فناوري، در حوزه هاي مختلف اعم از غذا، دارو، تشخيص پزشکي، فناوري زيستي، الکترونيک، کامپيوتر، ارتباطات، حمل و نقل، انرژي ، محيط زيست ، مواد، هوافضا، امنيت ملي و غيره خواهد بود؛ به گونه اي که به زحمت مي توان عرصه اي را که از آن تأثير نپذيرد معرفي نمود. کاربردهاي وسيع اين عرصه به همراه پيامدهاي اجتماعي، سياسي و حقوقي آن، اين فناوري را به عنوان يک زمينه فرا رشته اي و فرابخشي مطرح نموده است.
هر چند آزمايش ها و تحقيقات پيرامون نانوتکنولوژي از ابتداي دهه هشتاد قرن بيستم به طور جدي پي گيري شد، اما اثرات تحول آفرين، معجزه آسا و باورنکردني نانوفناوري در روند تحقيق و توسعه باعث گرديد، نظر تمامي کشورهاي بزرگ به اين موضوع جلب گردد و فناوري نانو را به عنوان يکي از مهم ترين اولويت هاي تحقيقاتي خويش، طي دهه اول قرن بيست و يکم محسوب نمايند.
استفاده از اين فناوري در کليه علوم پزشکي ، پتروشيمي، علوم مواد، صنايع دفاعي، الکترونيک ، کامپيوترهاي کوانتومي و ... باعث شده است، تحقيقات در زمينه نانو به عنوان يک چالش اصلي علمي و صنعتي پيش روي جهانيان باشد. لذا محققين ، اساتيد و صنعت گران ايراني بايد در يک بسيج همگاني، جايگاه، موقعيت و وضعيت خويش را در خصوص اين موضوع مشخص نمايند و با يک برنامه ريزي علمي دقيق و کارشناس شده به حضوري فعال و حتي رقابتي سالم در اين جايگاه، عرض اندام و ابراز وجود نمايند. براي چنين هدفي ، طراحي يک برنامه منسجم، فراگير و همه جانبه اجتناب ناپذير است.
تاريخچه اي از ظهور نانوفناوري
چهل سال پيش ريچارد فايمن، متخصص کوانتوم نظري و دارنده جايزه نوبل، در سخنراني معروف خود در سال هزار و نهصد و پنجاه و نه ميلادي با عنوان «آن پايين، فضاي بسياري هست» ، به بررسي بعد رشد نيافته علم مواد پرداخت. وي در آن زمان اظهاركرد: «اصول فيزيک، تا آن جايي که من توانايي فهميدن آن را دارم، بر خلاف امکان ساختن اتم به اتم چيزها حرفي نمي زنند.» او فرض را بر اين قرار داد که اگر دانشمندان فرا گرفته اند چگونه ترانزيستورها و ديگر سازه ها را با مقياس هاي کوچک بسازند، پس ما خواهيم توانست که آن ها را کوچک و کوچک تر کنيم. در واقع آن ها به مرزهاي حقيقي خود در لبه هاي نامعلوم کوانتوام نزديک خواهند بود. به نحوي که اتم را در مقابل ديگري به گونه اي قرار دهيم که بتوانيم کوچک ترين محصول مصنوعي و ساختگي ممکن را ايجاد کنيم. با استفاده از اين فرم هاي بسيار کوچک چه وسايلي را که نمي توانيم، ايجاد کنيم.
فايمن در ذهن خود يک «دکتر مولکولي» تصور کرد که صدها بار از يک سلول منحصر به فرد کوچک تر است و مي تواند به بدن انسان تزريق شود و درون بدن براي انجام کاري يا مطالعه و تأييد سلامتي سلول ها و يا انجام اعمال ترميمي و به طور کلي براي نگه داري بدن در سلامت کامل به سير بپردازد. مي توان گفت در آن سال ها کلمه «بزرگ» از اهميت ويژه اي برخوردار بود (مثل علوم بزرگ، پروژه هاي مهندسي بزرگ و غيره ؛ حتي کامپيوترها در دهه هزار و نهصد و پنجاه (م) تمام طبقات ساختمان را اشغال مي کردند) . ولي از وقتي فايمن نظرو منطقه خود را بازگو کرد، جهان روندي به سوي کوچک شدن در پيش گرفت.
پس از آن، ماروين مينسکي تفکرات بسيار باروري داشت ، که مي توانست به انديشه هاي فايمن قوت ببخشد. ميسنکي پدر علم هوش مصنوعي است و در دهه هزار و نهصد و شصت تا هفتاد (م) جهان را در تفکراتي که مربوط به آينده مي شد، رهبري کرد. در اواسط دهه هفتاد ميلادي، اريک در کسلر که يک دانشجوي فارغ التحصيل بود، ميسنکي را به عنوان استاد راهنما جهت تکميل پايان نامه خود انتخاب کرد. او نيز اين مسؤوليت را بر عهده گرفت. در کسلر سخت به وسايل بسيار کوچک فايمن علاقه مند شده بود و قصد داشت تا در مورد توانايي هاي آنان به کاوش بپردازد. مينسکي نيز با وي موافقت کرد. در کسلر در اوايل دهه هشتاد(م) ، درجه استادي خود را در رشته علوم کامپيوتر دريافت کرد و گروهي از دانشجويان را به صورت انجمني به دور خودجمع نمود. او افکار جوان ترها را با يک سري ايده ها که خود «نانوفناوري» نام گذاري کرد، مشغول است. در کسلر اولين مقاله علمي خود را در مورد نانوفناوري مولکولي (
MNT
) در سال هزار و نهصد و هشتاد و يك ارايه داد. او کتاب
Engin of Creation: The Coming
Era of Nanotechnology
را در سال هزار و نهصد و هشتاد و شش به چاپ رساند. در کسلر اولين درجه دکتري در نانوفناوري را در سال هزارونهصد و نود و يك از دانشگاه
MIT
دريافت كرد.
اهميت نانوفناوري براي کشور ما
بسياري از صاحب نظران و محققان، نانوفناوري را مساوي آينده مي دانند. به عنوان نمونه کميته مشاوران رئيس جمهوري آمريکا در علوم و فناوري، در تأييد برنامه ملي نانوتکنولوژي براي سال دو هزار و يك ميلادي، از نانوفناوري به عنوان محور آينده جهان ياد مي کند. به دليل تأثير اين فناوري بر اکثر صنايع و فناوري هاي موجود، عقيده صاحب نظران اين است که متخصصان رشته هاي مختلف بدون گرايش به مباحث نانو در دهه هاي آينده، فرصتي براي رشد نخواهند داشت و شکوفايي بسياري از فناوري هاي مهم از جمله فناوري اطلاعات و بيوتکنولوژي به عنوان دو دستاورد بسيار عظيم قرن بيستم بدون بهره گيري از نانوفناوري دچار اختلاف خواهند شد. از اين جهت اين مسئله براي دانشگاهيان، محققان و مسؤولان هر کشور امري حياتي است.
به عبارت ديگر مي توان گفت، اولويت کشور هر صنعت و فناوري که باشد، بدون تسلط بر ابعاد نانو، در دنياي جديد نمي توان در آن صنعت و فناوري حرفي در دنيا زد. بنابراين مي توان دلايل زير را براي اجتناب ناپذيري ورود کشورهايي چون ايران اقامه نمود.
تآثير اساسي نانوفناوري در رشد و پيشرفت بسياري از صنايع و فناوري ها ماهيت فرا رشته اي علوم و فناوري نانو به عنوان توانمندي توليد مواد، ابزارها و سيستم هاي جديد با دقت اتم و مولکول، موجب تعريف کاربردهاي بسيار زيادي در عرصه هاي مختلف علمي و صنعتي شده است. براي نانوفناوري کاربردهاي بسياري را در حوزه هاي دارو، غذا، بهداشت ، درمان بيماريها، محيط زيست ،انرژي ، الکترونيک ، کامپيوتر، اطلاعات ، مواد ، ساخت ، توليد ، هوا فضا ، بيوتکنولوژي و کشاورزي، امنيت ملي و دفاع برشمرده اند.
لذا مشاهده مي شود که نانوفناوري در صنايع و تمام فناوري ها تأثير گذاشته است . اين تأثير اغلبً ريشه اي و بنيادين است. به عنوان نمونه در بخش پزشکي و بهداشت، يک زمينه کاري بسيار مهم، نانوفناوري، سيستم توزيع دارو در داخل بدن است. مصرف دارو در حال حاضر به صورت حجمي است؛ در حالي که سلول هاي خاصي از بدن نيازمند آن است. در روش جديد، دارو با وسايل تزريق متفاوت با امروزه به صورت مستقيم به سمت سلول هاي مشخص جهت گيري شده و دارو به محل نياز تحويل داده مي شود. اين تحول در صنعت داروسازي بنيادين است.