اهمیت فناوری نانو 

تغییرات خواص در ابعاد نانو

با کوچک کردن ذرات در ابعاد نانومتری تغییراتی در مواد به وجود می آید که باعث اهمیت فناوری نانو می شود. دلیل تغییرات در ابعاد نانو را می توان این گونه بیان کرد که هر قدر ماده ای کوچک تر شود، تعداد اتم هایی که در سطح قرار می گیرند بیش تر می شود.

با افزایش تعداد اتم ها در سطح، نسبت سطح به حجم ماده افزایش می یابد که در نتیجه تماس ماده با عناصر پیرامون بیش تر می شود و واکنش بین آن ها افزایش می یابد و این افزایش واکنش پذیری، باعث تغییرات عمده در شرایط مکانیکی و ویژگی های ماده می شود.

دلیل دیگر تغییرات در ابعاد نانو این است که در دنیای پیرامون ما (دنیای ماکروسکپی) قوانین فیزیک کلاسیک (قوانین سه گانه نیوتن) حاکم است، در حالی که در ابعاد نانومتری قوانین فیزیک کوانتم برقرار می شوند که با فیزیک کلاسیک متفاوت است. البته آثار کوانتومی در دنیای ماکروسکپی نیز وجود دارد، اما شدت آن کم است و هر چه اندازه ی ذرات کوچک تر شود، شدت این آثار نیز قوی تر می گردد.

دلیل آخر تغییرات در ابعاد نانو به طول موج طیف نور مرئی مربوط است. در دنیای ماکروسکپی (یعنی همان دنیای اطراف ما) اجسام را به رنگ نوری می بینیم که از آن ها منعکس می شود. همان طور که می دانیم، طول موج نورهای مرئی بین 400 تا 780 نانومتر است. بنابر این برخی از نانوموادی که ذراتی کوچک تر از 400 نانومتر دارند، نور مرئی را از خود عبور می دهند و این امر باعث می شود که این اجسام شفاف دیده شوند. مثلاً ذرات اکسیدتیتانیوم در حالت عادی سفید هستند اما در مقیاس نانو بی رنگ می شوند.

تفاوت فناوری نانو با فناوری های دیگر

دلیل اهمیت فناوری نانو فقط کوچک بودن ابعاد آن نیست. کوچک بودن ابعاد مواد در محدوده ی نانو باعث تغییر در ویژگی های ذاتی آن ها از جمله رنگ، استحکام، واکنش پذیری و ... می شود و همین تغییر در ویژگی ها است که باعث می شود دانشمندان علاقه مند به استفاده ی فناوری نانو در رشته های مختلف، برای بهتر شدن زندگی انسان هستند.

در واقع فناوری نانو یک فناوری جدید نیست، بلکه استفاده ی از تغییر در ویژگی های مواد در محدوده ی ابعادی نانو است. و بر تمام فناوری هایی که انسان تاکنون به دست آورده تأثیر می گذارد. به دلیل گستردگی بسیار زیاد فناوری نانو و ارتباط نزدیک آن با علوم و فناوری های دیگر و به دلیل این که این فناوری یک فناوری بین رشته ای است، نمی توان آن را متعلق به یک رشته یا زمینه ی علمی خاص دانست و برای پیشرفت در این فناوری همکاری بین رشته های مختلف ضروری است.

شاخه های فناوری نانو

فناوری نانو به یک رشته ی خاص منحصر نیست، بلکه به علوم مختلف وابسته است و با استفاده از پیشرفت هایی که در علوم مختلف به دست می آید، می توان در فناوری نانو نیز پیشرفت کرد.

کاربردهای مختلفی را می توان برای این فناوری بیان کرد؛ مانند کاربردهای الکترونیکی، پزشکی، زیستی و ... که از نظر رشته ای ارتباط خاصی با هم ندارند. با توجه به موارد گفته شده، شاید نانوفناوری رشته ای کاملاً گسسته به نظر آید که موضوع های آن هیچ ارتباطی با هم ندارند.

به طور کلی دانشمندان، فناوری نانو را به سه شاخه ی مختلف تقسیم می کنند. این سه شاخه عبارتند از:

  • نانوفناوری مرطوب
  • نانوفناوری خشک
  • نانوفناوری محاسباتی

نانو فناوری مرطوب

دانشمندان این شاخه از فناوری نانو در مورد سیستم های زنده تحقیق و بررسی می کنند. این سیستم های زنده اساساً در محیط های آبی وجود دارند. در این شاخه ساختمان مواد ژنتیکی، غشاها و سایر ترکیبات سلولی در مقیاس نانومتر مورد مطالعه قرار می گیرند.

پژوهشگران موفق شده اند ساختارهای زیستی زیادی را تولید کنند که می توان چگونگی عملکرد آن ها را در مقیاس نانویی کنترل کرد. این شاخه شامل علوم پزشکی، دارویی و به طور کلی علوم مرتبط با زیست فناوری است.

نانوفناوری خشک

این شاخه نتیجه ی تحقیق و بررسی در علوم پایه مانند شیمی و فیزیک است. در این شاخه، دانشمندان به مطالعه ی ساختارهای موادی از قبیل کربن، سیلیکون و مواد آلی و فلزی می پردازند. در نانوفناوری خشک کاربرد مواد نانویی در الکترونیک، مغناطیس و ابزارهای نوری مورد مطالعه قرار می گیرد. برای مثال، یکی از کاربردهای نانوفناوری خشک طراحی و ساخت میکروسکپ هایی است که بتوان با استفاده از آن ها مواد را ابعاد نانومتری مطالعه کرد.

نانوفناوری محاسباتی

در بسیاری از مواقع وسایل و ابزارهای آزمایشگاهی موجود برای انجام بعضی از آزمایش ها در ابعاد نانومتری مناسب نیستند یا انجام این آزمایش ها بسیار گران تمام می شود. در این موارد از رایانه ها برای شبیه سازی فرآیندها و واکنش های اتم ها و مولکول ها استفاده می شود. نتایجی که به وسیله ی محاسبه به دست می آید، باعث می شود که زمان لازم برای پیشرفت در نانوفناوری خشک به طور قابل ملاحظه کاهش یابد و در نتیجه باعث پیشرفت در نانوفناوری مرطوب نیز خواهد شد.

منابع


دنیای نو در ابعاد نانو (فناوری نانو)/ نویسنده: نگار زاده ختمی مآب و رضا ایجادی؛ انتشارات کانون پرورش فکری کودکان و نوجوانان، تهران