زیبایی نانوفناوری در ابعاد اتمی

[ganjineh]

نانو از یک کلمه یونانی (به معنای چیزی کوچکتر از اندازه معمولی) گرفته شده است. واژه "نانوتکنولوژی" به معنی استفاده کردن از چیزهایی در گستره 1 تا 100 نانومتر است. این فناوری هم مانند بسیاری دیگر از تعاریف تکنیکی، پرسش های بسیاری ایجاد کرده است که برای بسیاری از آنان هنوز پاسخ روشن و واضحی وجود ندارد. در اصل یک نانومتر طولی است برابر با 9-10 *1 متر، به عبارت دیگر یک میلیاردم متر. برای درک بهتر این عبارت می توان به این نکته توجه داشت که قطر تار موی انسان برابر 100 هزار نانومتر است یا به عنوان مثال، طول موج رنگ آبی برابر با 500 نانومتر است یا میزان فاصله دیسک خوان کامپیوتر با صفحه دیسک در هنگام فعال بودن برابر 15 نانومتر است. تمام این مثال ها به این منظور است که به فوق العاده کوچک بوده مقیاس نانو پی ببریم، به طوریکه می توان نانو را با ویروس ها و یا حتی تک‌مولکول‌های تشکیل دهنده آنها مقایسه کرد.

در حال حاضر از ذرات نانو سیلیکا ( که یک نوع ماده معدنی شامل سیلیکونی و اکسیژن است) برای تولید رنگ های پوششی استفاده می شود که مزیت آنها الکترواستاتیک بودنشان است، در ضمن موجب پایداری و تقویت محصول نهایی نیز می شوند. این ذرات نخست در محلول رنگ به صورت شناور در آمده و سپس طی فرآیند خشک شدن با آرایش خاصی که به آن آرایش تقاطعی می گویند، به یکدیگر متصل می شوند. در نتیجه استفاده از ذرات نانو در رنگ های مختلف، پایداری آنها در مقابل آسیب پذیری، تقریباً چهار برابر زنگ های معمولی می شود. شرکت امریکایی «هایپریون» کاتالیست اینترنشنال» که در ایالت ویرجینیا واقع است و همواره در استفاده از نانوتکنولوژی پیشرو بوده است، به تازگی در ساخت خطوط انتقال سوخت ( که به طور معمول از جنس پلاستیک است) از نانوتیوپ ها به عنوان حلقه های اتصال دهنده استفاده کرده است. این تیوپ ها در واقع رشته های ظریفی از کربن است و مانع تجمع بارهای الکترونیکی اتومبیل صدمه وارد کند. در حال حاضر کاربردهای نانوتکنولوژی را در بسیاری از ابزارها مشاهده می کنیم. از قطعات و تجهیزات خودرو گرفته تا حسگرهایی که وظیفه شان کنترل میزان انحراف خودرو است، از پرده های محافظ در برابر نور آفتاب گرفته تا توپ های فوتبال و بسکتبال!
وجود نانو در همه جا موجب شده که ما دید بازتری نسبت به این فناوری داشته باشیم. «جورج همیلتون» یکی از محققان موسسه فناوری ماساچوست (MIT) در این زمینه می گوید: «عادت کرده ایم که نانوتکنولوژی را شاخه ای از علم شیمی محسوب کنیم، در حالی که بین این دو زمینه تفاوت های عمیقی وجود دارد.

میزان فضایی که نانوتکنولوژی در بر می گیرد و اشغال می کند چیزی است حد فاصل مشخصه های جمعی مواد و آنچه در سطح اتم آن آماده اتفاق می افتد. تغییرات در اندازه ای در این حد باعث می شود که ویژگی های هر ماده ای دچار دگرگونی های کلی شده و با مشخصات اولیه خود به طور کلی تفاوت داشته باشد.» به طور مثال می توان به عنصر طلا اشاره کرد که در حالت عادی عنصری است که هیچ گونه واکنش پذیری ندارد، اما ذرات نانوی طلا (Nano Gold) فعال است و با استفاده از آنها می توان یک مبدل ارزشمند تولید کرد. مثال دیگر در این زمینه، عنصر کربن است. همان طور که می دانید الماس و گرافیت یا ذغال، اشکال ساخته شده این عنصر در حالت عادی هستند. اما علاوه بر اینها شکل شناخته شده دیگری از کربن وجود دارد که به آن «Bucky Ball» می گویند که تنها از اتم های کربن ساخته شده است و دارای فرمول شیمیایی 60 است. از ذرات نانوی این ماده شیمیایی در طراحی ساخت پانل های خورشیدی و داروهای ضدسرطان استفاده می شود.

به این ترتیب تنوع مواد کربنی درساخت پوشش های مختلف، به این مواد خواص استثنایی می بخشد. به طور مثال ماده ای به نام CDC وجود دارد که از کربن ساخته شده است. و نسبت به ساییدگی، فوق العاده مقاوم است و ویژگی های اصطکاک آن بسیار پایین است. این ماده هم اکنون به وسیله شرکت های خودروسازی امریکا و ژاپن به صورت گسترده در صنایع خودروسازی استفاده می شود. جالب اینکه می توان از حسگرهای نانو در تولید پارچه با دیگر مواد مشابه استفاده کرد و به این ترتیب آنها را هوشمند کرد تا بتوانند چنانچه تحت فشار یا استفاده غلط پاره شدند به کاربران خود اطلاعات انتقال دهند. این ویژگی در صنایع نظامی کاربردهای بسیار سودمندی دارد و در حال حاضر بر روی این طرح کار می شود. ضمن اینکه این حسگرهای نانو هم اکنون نیز می گویند. این بیوچیپس ها موجب می شوند سرعت تحقیق بر روی داروها افزایش یافته و پاسخی که از انجام آزمایش های خون به دست می آید، بسیار دقیق تر و سریع تر از روش های فعلی باشد. باید به این نکته هم توجه داشت از آنجای یکه ذرات نانو به اندازه ویروس ها هستند، می توانند به راحتی به درون سلول های زیستی رخنه کرده و احتمالاً اثرات مخربی هم به دنبال داشته باشند.

نانو روبات ها ذرات ریزی هستند که پیوسته در حال رشد و توسعه و تکثیرند. این مساله تنها یک تخیل علمی نیست، بلکه ایده آن از ترکیب دو واژه به وجود آمده است که عبارتند از قابلیت خودتکثیری و خودمونتاژی که ساختار پایه ای نانو روبات ها است. به گفته ریچارد ویلیامز محقق دانشگاه برکلی که در زمینه نانو روبات ها فعاللیت می کند، خودمونتاژی، طبیعت بسیاری از چیزها است. به طور نمونه سدیم و کلر را در کنار یکدیگر قرار دهید، ملاحظه خواهید کرد که با ترکیب شدن یا به عبارتی خودمونتاژ شدن، تشکیل کریستال می دهند. ضمن اینکه این نوع فناوری کاملاً قابل کنترل و کاربردی است.

نانوکریستال هایی که قابل جاسازی در مواد رسانای جریان الکتریستیه هستند، می توانند شرایط لازم را برای تولید برق از خورشید با هزینه بسیار مناسبی به وجود آورند. در این پلاستیک ها، مواد پلاستیکی بین الکترودها به صورت لایه لایه قرار داده می شود سپس با یک لایه نازک پوشیده می شوند و می توانند درصد بسیار بالایی از انرژی خورشید را جذب کنند.

معمولاً ایمنی یک ماده تحت تأثیر آرایش شیمیایی آن است. در حالی که مواد نانو اغلب با تغییر اندازه، تغییر می کنند. برای مثال محققان اعلام کرده اند ذرات نانو که در اثر تنفس وارد ریه می شوند، خطرناک تری از موادی هستند که اندازه شان بزرگ تر است. ضمن اینکه این تفاوت در میزان سمی بودن سطح نانون هم اتفاق می افتد. یعنی درجه سمی بودن می تواند از یک نانومتر شروع شده تا دو هزار نانومتر افزایش یابد.

البته جنبه مثبت در این مورد هم قابل بررسی است، زیرا محققان دریافته اند که اگر ذرات نانو تجمعی به اندازه 5/1 میلیون داشته باشند، این توانایی را دارند تا باکتری هایی به نام «Escherichia» را از بین ببرند به طور کلی نانو کریستال های فولورین (نوعی کربن خاص) آنتی بیوتیک های مفید و قدرتمندی هستند.



روزنامه شرق