:
فهرست عناوين
نگاهي بر وضعيت جهاني نانو تكنولوژي
كاربردهاي نانو تكنولوژي در سيستمهاي دفاعي هوشمند
1- نانو مواد
- نانو كامپوزيت ها
- نانو روكش ها
2- نانو پودرها
3- حسگرهاي مولكولي
4- MEMS,NEMS
5- نانو الكترونيك
توجه جهاني به نانو تكنولوژي دفاعي
- روش قوس الكتريكي
- روش Magnetic Field
- روش Under de-ionized Water
دارو رساني به وسيله نانو تيوبهاي كربني
آيا سر انجام روزي خواهد رسيد كه تراشه هاي سيليكوني طبابت كنند؟
درك ماهيت مواد چگونگي ساختار آنها هميشه از اهميت ويژه اي برخوردار بوده است. بشر در ابتداي تاريخ توجهي به ساختار هاي خيلي بزرگ ويا
خيلي كوچك نداشته بلكه تمامي همت خودرا معطوف ساخت وساز در محدوده عادي ودر دسترس نموده است.
اما اين روند كه انسان تا به امروز دنبال ميگرد،ديگر جواب گوي نياز بشر امروزي نيست وبراي حل مشكلي به بزرگي كوچك كردن اندازه در حد اتم
نانو تكنولوژي دست يافت. نانو تكنولوژي به هر حال كه در اندازه ي اتمي ومولكولي انجام ميگيرداطلاق ميشود. در اين تكنولوژي ميتوان با اعمال
كنترل كامل بر ساختار ماده ي فيزيكي در سطوح اتمي ومولكولي به مواد جديد دست يافت.
در اين نوشتار سعي شده است كاربرد هاي اين فن آوري را مورد بررسي قرار دهيم اما بهتر است بدانيم به موزات پيشرفتهاي شگرفي كه دراين زمينه
حاصل شده است برخي ايده هاي خطرناك نيز شكل گرفته اند ،مانند ساختن ماده اي به نامGray gooكه در صورت كنترل نكردن صحيح آن مي تواند
در عرض هفتادودو ساعت تمامي جهان را احاطه كند وباعث به وجود آمدن ترس وواهمه در ميان جوامع نسبت به ناتو تكنولوژيست ها واهدافشان شده
است .
با اميد كه اين مجموعه مورد توجه واستفاده همكاران محترم قرار گيرد.
باتشكر
منير محمد صادق
دبير شيمي دببيرستان اعتصام منطقه 14
در قرن كه ما در آن بسر مي برييم يعني قرن بيست ويكم جنگ اتمي وآلودگي محيط زيست بزرگترين تهديد براي بشريت محسوب نميشود .ظهور ماشين هاي
بينهايت كوچك به اندازه يك سر سوزن ويا نقطه اي كه درآخر سطر گذاشته شده يا حتي در اندازه مولكولي بيشتر از آنها بشريت را تهديد ميكند زيرا اين
ماشينها قادرند با تغيير اتم هاي يك ماده به يك ماده ديگر يك نوع بازسازي تازه انجام دهند كه اگر كوچكترين حالت آن كنترل خارج شود تمام گياهان
.وجانوران وانسانها طي دو روز به عنوان ماده خام ماشين ها مصرف شده واز بين ميروند
دانشمندان اين مسائله را گري گو يا احساس تلخ واندوه مي نامند وطرفداران حفظ محيط زيست را وادار ميكند كه بطور جدي در مقابل آن بايستند به همين
سبب بود كه در آوريل سال 2003 پرنس چارلز وليعهد انگلستان واز حاميان حفظ محيط زيست آن كشور از انجمن سلطنتي محيط زيست انگلستان خواست
.در برنامه هاي خود در مورد نانو تكنولوژي كمال دقت را كرده همه خطرات آن مورد توجه كامل قرار دهند
روزي كه اين ماشين ها از تخليل به واقعيت بپيوند رشته نانو تكنولوژي به سرعت سير تكاملي را خواهد پيمود وهم اكنون كه حدود 450 شركت
و270دانشگاه در آمريكا واروپا وژاپن به تحقيق در اين زمينه بپردازد تنها در يك سال 2/2 ميليارد دلار صرف اين برنامه ميشود.اما طبق تخمين سرمايه
داران سرمايه گذاراي در اين پروژه مي تواند تا سال 2012 يك تريليون دلار سود داشته باشد.
نانو از لغت يوناني (نانوس) به معناي (كوتوله)گرفته شده است ودر اصل علمي است كه درباره اجسام بسيار كوچك مطالعه ميكند.
يك نانو متر يك ميليونيم ميليمتر وده مرتبه كوچكتر از اتم هيدروژن است (تامسي كني) محقق دانشگاه (استنفورد)آن را چنين توصيف ميكند(اندازه اي كه ناخن
شما را در يك ثانيه رشد مي كند .)هر چند كه تعريف دقيقي از اين علم وجود ندارد.
مؤسسه علوم طبيعي در آمريكا نيز آن را چنين تعريف ميكند : (تحقيق وتوسعه ي علم درباره ي موادي به اندازه ي تقريبا 1 تا 100نانومتر ) در موارد خاص
اندازه ها ممكن است كوچكتر از يك نانومتر يا بزرگتر از صد نانومتر باشد.به نظر مي رسد كه تمام اين برنامه ها تا واقعيت فاصله زيادي داشته باشد
(اريك كدركسلر) كه به عنوان يكي از بنيان گذاران نانو تكنولوژي شناخته ميشود اين واژه را در سال 1986 در كتابش با عنوان (ماشين آفرينش)
Engines of creationمورد استفاده قرار داده است. در كسلر در گذشته يكي از محققان انيستيو تكنولوژي ماسا چوست (MIT)بود او آيندهاي را
ترسيم ميكند كه در آن ماشين هاي بسيار كوچك قادرند سلولهاي بيمار را بطور مجزا در جريان خون مداوا كنند، مغزهاي مصنوعي را توسعه دهند،آلودگي
محيط زيست را از بين ببرند وهر چيزي را از ساختمانها گرفته تا فضا پيما ها ، به طور كامل اتم به اتم وبا دقتي بي نظير مورد آزمايش قرار دهند.واز
آنجايي كه مي توانند خودشان را باز سازي كنند ميتواند با رونق وتوسعه را از مسائل بزرگي نظير فقر وگرسنگي هم نجات دهند.
در واقع آنها يك انقلاب صنعتي جديد به حساب مي آيند.در كسلر اولين فردي نبود كه روياي اين دنيا ي كوچك را در سر داشت.تقريبا سه دهه قبل در 29
دسامبر 1959 (ريجارد فيمن) فيزيكدان مشهور سخنراني معروفي را در انجمن فيزيك آمريكا ارائه داد در آن سخنان فيمن با عنوان (در آن جا فضاي زيادي
وجود دارد)ادعا كردكه تمام كلماتي را كه در جهان تا آن تاريخ به رشته تحرير در آمده مي توان بر روي حجمي به اندازه يك دهم ميليمتر جاي داد كه تقريبا
به اندازه كوچكترين ذره ي گردوغباري است كه انسان ميتواند ببيند چنين متني به صورت ديجيتالي ذخيره ميشود.
ايده فن آوري نانو از طرف ريچارد فاينمن در سال 1959 با طرح پنج سئوال كه در سمينار عنوان شد به ميان آمد.
پنج سئوال ريجارد فايمن به اين صورت بود:
1- آيا ميتوان اتمها را جابجا كرد؟(مثلا جاي اتم Aرا با اتم Bعوض كنيم.)
2- آيا ميشود ماشينهاي بسيار بسيار كوچك درست كرد؟(مثلا با چند اتم)
3- آيا ميتوانم سيم هايي درست كنيم كه از اتم ساخته شده باشند؟
(مثل دانه هاي تسبيح)
4- ايا ميتوانيم مغناطيس هاييهايي كه تك حوزه هاي هستند بسازيم؟
5- آيا قوانين فيزيك در برابر اين جزئيات مقاومت ميكند؟
پاسخ فايمن به چهار سئوال اول مثبت وبه سئوال پنج منفي بود با طرح اين سئوالات نانو تكنولوژي پايه ريزي شد با بيان اين سئوالات نانو تكنولوژي به شكل
زير تعريف شد:
هر ساختاري كه از تعداد قابل شمارش اتم يا مولكول تشكيل شده باشد. اگر موادي داشته باشيم كه در اندازه هاي نانومتري باشند خواص خاصي خواهند
داشت به عنوان مثال آلومينيوم مذاب وقتي به جامد تبديل ميشود زير ميكروسكوب ساختار ميكروني را نشان ميدهد ولي همين آلومينوم اگر داراي زير دانه
هاي نانو متري باشد استحكام آن هفت برابر ميشود.
در اين تكنولوژي ميتوان با اعمال كنترل بر ساختار ماده فيزيكي در سطوح اتمي ومولكولي به مواد جديد دست يافت.دخالت در بافت اتمي باعث ايجاد ساختار
ديد ميشود اين ساختار جديد را مي توان به دو طريق به وجود آورد.
1- از بالا به پائين: يك ساختار ميكروني يعني يعني شامل ميليارد اتم را كوچك مي كنيم تا به ساختار ناتو برسيم.
2- از پائين به بالا : اتمها را كنار هم مي گذاريم تا به ساختار هزار اتمي برسيم.(كه در كشورهاي اروپائي وامريكا بيشتر رايج است
اين دنده هاي كوچك مكانيكي سبب مي شوند توان يك موتور كوچك 3 ميليون برابر افزايش پيدا كند.
اين زنجيرها كه از جنس سيليسيوم هستند كوچكترين نمونه در جهان است كه روي يك تار مو جا مي گيرد.
اين ماشين يك ميليون دلاري را آن قدر كوچك كرده اند كه در نوك يك خودكار جا مي گيرد.
نانو تكنولوژي ،توانمندي توليد مواد ،ابزلر ها وسيستمهاي جديد بايد با دردست گرقتن كنترل در سطوح مولكولي واتمي واستفاده از خواصي است كه در آن
سطوح ظاهر ميشود .ازهمين تعريف ساده بر مي آيد كه نانو تكنولوژي يك رشته جديد نيست،بلكه رويكردي جديد در تمام رشته هاست. زماني كه فامين
فيزيكدان برجسته آمريكايي ايده ء كار با اتمها ومولكولهارا مطرح كرد، محققان جهان به كار در اين عرصه روي آوردند وبراي نانو تكنولوژي كاربردهاي را
در حوزه هاي مختلف از غذا ودارو و تشخيص پزشكي وبيوتكنولوژي تا الكترونيك وكامپيوتر،ارتباطات ،حمل ونقل ،انرژي ،محيط زيست ،مواد ،هوا فضا
وامنيت ملي بر شمرده اند. كاربردهاي وسيع اين عرصه به همراه اثرات اجتماعي ،سياسي وحقوقي آن ،اين فناوري را به عنوان يك زمينه (فرا اشته اي
وفرابخشي )مطرح نموده است . علوم وفن آوري نانو ،عنصري اساسي در درك بهتر طبيعت در دهه هاي آتي خواهد بود. از جمله موارد مهم در آينده
،همكاريهاي تحقيقاتي ميان رشته اي ،آموزش خاص وانتقال ايده ها به صنعت خواهد بود .بخشي از تاثيرات وكاربردهاي نانو تكنولوژي به شرح زير مي
باشند :
> توليد مواد وفرآورده هاي صنعتي (مواد سبكتر ،مستحكم تر،قابل برنامه ريزي وهوشمند ،كاهش هزينه ،افزايش عمر ،ابزارهاي جديد بر پايه اصول
ومعماري جديد ،ساخت مولكولي و....)
> پزشكي ،دارو وسازي ومراقبتهاي بهداشتي (توسعه نانو بيو حسگر ها وتكنولوژي تصوير برداري جديد براي تشخيص زودتر ودرمان بيماري هايي مثل
سرطان ،روش بيماري شناسي ودر مان كار آمدتر وارزانتر ،داروهاي جديد ،كمك به بينائي وشنوائي ،مواد جديد سازگار با محيط زيست كه باعث افزايش
زمان نگهداري اندام مصنوعي مي گردد، استفاده از دستگاههاي پزشكي كوچك و هوشمند ،ارسال دارو به طور مستقيم به سلولهاي آسيب ديده...
> الكترونيك وكامپيوتر (تراشه ها وكامپيوتر هاي سريعتر با نانو ترانزيستور ها ،حافظه هاي با ظرفيت بسيار بالا تر ، پهناي باند ارتباطي بالا ،نسل جديدي
از رد يابها،پردازنده ها ونانو دستگاهها
> منابع طبيعي ومحيط زيست (تخليص ونمك زدايي آب ،كاهش مصرف بنزين با تغيير در خودروها ،تاير هاي سازگار با محيط زيست ، استفاده از نانو
پودرها براي رفع آلودگي ،استفاده از سيستمهاي نانو روباتيك وهوشمند براي مديريت فاضلابها ي محيط زيستي هسته اي ....)
> انرژي (بهبود تبديل انرژي خورشيدي به الكتريسيته ،بهبود تبديل انرژي هيدروژن به انرژي گرمائي ،ذخيره ايمن هيدروژن
> ابزارهاي نظامي وامنيت ملي (سلاحهاي جديد، هوشمندي بيشتر مهمات نظامي ،ابزارهاي محافظت در برابر سلاحهاي ميكروبي وشيميايي وتسلط بيشتر بر
اطلاعات و...)
علوم ومهندسي نانو ،منجر به درك بهتر طبيعت ،پيشرفت در پژوهش وآموزش پايه وتغييرات عمده در توليدات صنعتي ،اقتصاد بهداشت ،مديريت محيط
زيست وحفظ منابع طبيعي خواهد شد. به گونهاي كه در 10تا 15 سال آينده يك بازار جهاني بيش از 1000 ميليارد دلاري را ايجاد خواهد كرد وجهان را
براي رسيدن به توسعه ءپايدار اميدوار ساخته است.
نگاهي به وضعيت جهاني نانو تكنولوژي:
بسياري از كشورهاي توسعه يافته ودر حال توسعه (در حدود 30 كشور) ،برنامه هايي را در سطح ملي براي پشتيباني از فعاليتهاي تحقيقاتي وصنعتي نانو
تكنولوژي تدوين واجرا مي كنند .زيرا نانو تكنولوژي به عنوان انقلابي در شرف وقوع ،آينده اقتصادي كشورها وجايگاه آنها در جهان را تحت تاثير جدي
قرارخواهد داد .در بخشي از اين كشورها ،در يكي دو سال اخير تحركات شديدي از طرف دولتها براي سرعت بخشيدن به توسعه نانو تكنولوژي صورت
گرفته وفعاليتهاي كه تا قبل از اين به صورت خود جوش توسط محققان انجام مي گرفته است ،با تشويق وحمايتهاي مستقيم دولت ادامه يافته اند.
به عنوان نمونه ،دولت آمريكا در سال 1998با توجه وسيع محققان ودانشگاهيان ،گروه كاري بين بخشي علوم فناوري نانو را تشكيل داد. اين گروه در فوريه
2000 ،گزارشي با عنوان (پيشگامي ملي نانو تكنولوژي ،به سوي انقلاب صنعتي بعدي ) به رئيس جمهور نيز آن را به كنگره ارائه داد .بخشي از اين
گزارش صرف تهييج مسئولان آمريكا براي توجه جدي به اين موضوع شده است ،تا آنجا كه در صفحه 31 اين گزارش 101 صفحه اي عدم توجه به جنبه
هاي مهم اين كار از جمله جنبه هاي فرا بخشي آن مساوي با در معرض خطر قرار گرفتن ْينده اقتصادي ،كيفيت زندگي وامنيت ملي آمريكا دانسته شده است
يكي از بخشهاي فعال اين برنامه وزارت دفاع مي باشد، كه يك چهارم بودجه نيز به آن اختصاص يافته است.
محققان ژاپني از دهه 1970 ميلادي به صورت خود جوش در زمينه هاي تحقيقاتي نانو تكنولوژي وارد شده اند.تا آنجا كه كلمه نانو تكنولوژي نيز اول بار
بوسط يك محقق ژاپني مورد استفاده قرار گرفت.دولت ژاپن اولين بار در ابتداي دهه 1991 بودجه اي را براي پشتيباني از اين تحقيقات اختصاص داد واين
روند ادامه يافت تا اينكه در سال 1997،مبلغ 120 ميليون دلار ودر سال 2001 ،بودجه 430 ميليون دلار به اين مهم اختصاص يافته است.
دولت كره جنوبي 5 زمينه فناوري را به عنوان صنايع نسل بعدي واولويت اين كشور اعلام نموده وبراي آنها تا سال 2005 مبلغ 10 تريليون ين معادل 8
ميليارد دلار اختصاص داده است .دولت كره جنوبي ،در زمينه نانو تكنولوژي پرورش 12600 كارشناس ومتخصص را در 10 سال آينده برنامه ريزي
نموده است وبا هدف تبديل شدن به پنجمين كشور پيشرفته دنيا در نانو تكنولوژي را فرصتي براي تبديل شدن كره به يكي از كشورهاي پيشرفته دانسته است.
پژوهشگران وكار شناسان جهان در يافته اند كه در علوم ومهندسي در حال نزديك شدن به اندازه ناپيدا (نانومتر)هستيم . ديگر اين سئوال مطرح است كه چه
كسي در هر عرصه پيشتاز خواهد بود؟ به نظر ميرسد سال 2001 ،نقطه شروع نمودار معروف رشد براي نانو تكنولوژي باشد وما براي رسيدن به بخش
رشد صعودي منحني به 5 سال زمان نياز داريم .نرخ افزايش اكتشافات علمي اين بيان را تقويت ميكند.
از زماني كه نانو تكنولوژي به عنوان يك زمينه پژوهشي در جهان مورد توجه قرار گرفت ، صنايع نظامي به اين حوزه توجه نموده وبه دنبال پتانسيل
كاربردهاي نظامي آن بوده اند . البته اين موضوع تقريبا در مورد اكثر فناوري ها صحت داشته وحتي به دليل علاقه زياد صنايع نظامي وپشتيباني نا محدود
دولتها از اين صنايع ،فناوري هاي ممتعددي از بخش نظامي به بخشهاي غير نظامي راه يافته اند ودر واقع تولد آنها در حوزه نظامي بوده است البته در مورد
رويكرد عمومي به نانو تكنولوژي اين موضوع كه شروع كار بخش نظامي باشد،صحت ندارد، ولي قطعا شروع برخي زمينه هاي نانو تكنولوژي نيز باتوجه
زياد بخشهاي دفاعي از اين صنايع بوده وخواهد بود.آنچه مسلم است پتانسيل بزرگ نانو تكنولوژي براي كاربردهاي دفاعي به خوبي مشخص شده وبه همين
جهت در برنامه هاي كوتاه مدت وبلند مدت صنايع دفاعي كشورهاي توسعه يافته ،توجه خاصي به نانو تكنولوژي شده است.
كاربردهاي نانو تكنولوژي در حوزهء سيستمهاي دفاعي هوشمند:
كاربردهاي نانو تكنولوژي در فناوريهاي نظامي را مي توان به طور كلي به 5 دسته نانو مواد ،نانو پودرها ،حسگرهاي مولكولي ،فناوري MEMS,NEMS
و نانو الكترونيك ،تقسيم كرد.
1- نانومواد: نانو مواد ،مواد جديدي هستند كه داراي سبكي ومقاومت كششي بالا وعمر مفيدي چند برابر مواد متداول مي باشند، كه به دو دسته نانو كامپوزيت
ها ونانو روكش ها تقسيم مي شوند .در ادامه به نمونه هايي از كاربردهاي نانومواد اشاره ميشود:
1-1- نانو كامپوزيت ها : جايگزيني نانو كامپوزيت هاي فلزسراميكي وپلاستيكي در قطعات مكانيكي وبدنه خودروهاواشيا پرنده مثل موشك ميتواند متضمن
كاهش مصرف سوخت ،افزايش عمر مفيد ،افزايش برد وهمچنين پنهان ماندن از ديدرادار ،گردد .طي تجربه اي كه در وزارت انرژي آمريكا صورت گرفته
است ، مشاهده شده كه افزايش نانوذرات اكسيد آلومينيم به نيكل ، موجب ميشود تا مقاومت كششي آن 5/2 برابرفولاد ياتاقاني شود.
در اينده با پيشرفت فناوري توليد انبوه نانو لوله هاي كربني طويل ، اين ماده با يك ششم وزن فولاد و50 برابر مقاومت كششي آن ، جايگزين اين فلز قديمي
مي شود وموجب دگرگوني در كل محيط زندگي خواهد شد. البته نه در آينده دور ، كه هم اكنون اين نانو لوله ها به صورت نه چندان دراز ولي همراستا
براي اختلاط با پلاستيكها استفاده مي شوند، تا كامپوزيت هاي سبك ،بسيار مقاوم ورساناي الكتريسته بدست آيد. البته پيش از توليد تجاري ارزان اين نانو لوله
ها براي مصارف نظامي كه كيفيت بر قيميت غلبه دارد ،مي توان از اين مواد سود جست.
منسوجات خود ترميم شونده ومغناطيسي هاي دائمي داراي انرژي مغناطيسي چند برابر مغناطيس هاي عادي (براي استفاده در موتور هاي الكتريكي )از ديگر
قابل ذكر در اين زمينه مي باشد.
2-1- نانوروكش ها : نانو بتونه ها وروكش هاي تك مولكولي ،يكي ديگر از زمينه هاي مورد توجه در نانو مواد است .
اين لايه هاي نازك را مي توان روي سطوح فلزي يا پلاستيكي نشاند ومقاومت سايشي وضربه اي آنها را بشدت ارتقاء داد. از موارد جالب نظامي در اين
زمينه مي توان به موارد زير اشاره كرد :
> طرح ساخت لباسهاي ضد گلوله ونازك توسط ارتش آمريكا
> روكش هاي اسپري حرارتي نانو پودرهاي اكسيد فلزي براي تعمير قطعات فرسوده يا خورده شده در نيروي دريايي آمريكايي
> اعمال اسپري حرارتي كاربيد يا نيتريد تنگستن برروي سر جنگلي با مقاومتي در حد اورانيوم تضعيف شده
2- نانو پودرها: نمونه هايي از كاربرد هاي نانو پودرها (ذرات نانو تكنولوژي) به شرح زير است:
>چون اندازه نانو پودرها در حول وحوش طول موج نوراست ،طول موج رنگ آنها دقيقا با اندازه آنها برابر است لذا اين طول موج خالص را با تلا لو
بسيار زيادي منتشر مي كنند. مثلا فلوئورسانس فلز وطلا در حالت نانو پودر بيش از 10 برابر است لذا در منور ها يا موادي كه نياز به پرراكش شديد طيف
خاصي از نور مرئي يا مادون قرمز است ،مي توان از نانو پودرها استفاده كرد. همچنين براي رنگ آميزي خاص هواپيما ها كه با فرسايندگي سرماي شديد
ارتفاعات مواجه هستند ،ميتوان از رنگهاي متكي بر نانو پودر به جاي رنگهاي آلي سود جست.
> فلزي چون آلو مينيوم در صورت واكنش با اكسيژن 4 برابر هيدرازين انرژي آزاد مي كند، ولي به دليل كمبود سطح مؤثر ،در حالت پودر واكنش محترقه
شديدي ندارد. اما نانو پودرهاي جديد آلومينيوم به طور كامل مي سوزند وانرژي بالاي خود را آزاد ميكنند ومي توان در هر دو نوع سوخت جامد ومايع
موشك،آنها را به كار برد. با توجه به سرعت واكنش احتراق ،به نظر مي رسد به اكسدانت كمتري نياز باشد.
همچنين از نانو پودرهاي فلزي مي توان به عنوان نسل بعد مواد انفجاري نيز ياد كرد.
نانو پودرها ي نقره ونانو ليسيون آب وروغن ،مي توانند از غشاي سلولي ميكروبهاي سياه زخم،ويروسهاي ابولا يا هر نوع عامل بيولوژيكي ديگر عبور
كنند وبا بر هم زدن نظم سلولي وتركاندن آنها،انها را از بين ببرند والبته براي انسان بدون خطر مي باشند.
3- حسگرهاي مولكولي: با كمك نانو تكنولوژي مي توان به اشكال مختلف،حسگرهايي آفريد كه به شكل تغيير رنگ يا انتقال سيگنال،مواد شيميايي را در
غلضتهاي مولكولي شناسايي كنند.
از اين حسگرها مي توان براي آشكار سازي مواد مخدر ومنفجره (از بيرون چمدان)يا عوامل شيميايي مثل گازهاي اعصاب استفاده كرد. اين مساله مي تواند
روزي به سلاح بوياب منتهي شود مثلا محققين شركت 3Mبا بكارگيري كريستال مايع متصل به گيرنده هاي خاص يك ماده شيميايي روي سطح داراي چين
خوردگيهاي نانو متري طلا، حسگرهاي كوچك ودقيق ساخته اند در اين تكنيك ،به محض اينكه ماده شيميايي هدف با گيرنده ها با بلور مايع گسسته ميشود
وآرايش بلورر مايع روي سطح طلا به هم مي خورد ،كه اين وضعيت براي چشم غير مسلح ،به صورت تغيير رنگ قابل مشاهده است. با اين فناوري مي
توان چندين ماده شيميايي مختلف را در طي زمانهاي متفاوت تماس ،تشخيص داد.
4-MEMS,NAMS:سيستمهاي ميكرو ونانو اكترو مكانيكي (MENS,NEMS)تحولي نوين هستند ،كه با قيمتي كم وسرعتي بالا ،با كمك فناوري ساخت مدارات مجتمع
ساخته مي شوند وبه تراشه حسابگر مدارت مجتمع چشم وبازو را مي افزايند. به اين شكل كه پديده هاي مختلفي چون گشتاور،سرعت فشار،دما و... را حس كرده يا مخابره
ميكنند.
از مهمترين خصيصه هاي MEMS,NAMSكوچكي آاست،كه باعث مي شود در همه جا به راحتي استفاده شوند،به راحتي تعمير وجايگزين شوند،انرژي فوق العاده كمي
مصرف كنند وبه محيط زيست آسيبي نرسانند.
> حسگر ها وعمل كننده هاي متكي بر MEMS از نوع شتاب سنج براي كنترل موشك با يك هفدهم حجم ،يك چهارم قيمت وبا كيفيتي بسيار بالاتر ،در حال جايگزين شدن در
موشكها واشيا پرنده ديگر هستند.
> هم اكنون تلاش گسترده هاي نيز براي استفاده از ميكرو نازل ها براي هدايت گلوله هاي 40 ميليمتري دردست اجرا است وبررسيهاي ديناميك كار در آن پايان يافته
است.هواپيماهاي كوچك جاسوسي از ديگر موارد قابل ذكر است.
> فناوري عمل كننده MEMS در حال منسوخ كردن تفنگها وخمپاره اندازه هاي مكانيكي مرسوم وراهي به سمت استفاده از اتوماسيون ورباتيك پيشرفته براي جبران كمي
وكيفي نيروي نظامي است.
شركت استراليايي Metal StomLtd در حال تهيه سيستم جايگزين مين ضد نفر است . اين سيستم شامل مجموععهاي از حسگرهاي سنجش از نزديك ودور
مي باشد ،كه مي تواند به كامپيوتر دستي فردي در چند كيلومتر دورتر هشدار دهد، كه شخصي در حال نفوذ است.پس از شناسايي تهاجم مي توان يك دوربين
تلويزيون بسيار كوچك را به صحنه پرتاب كرده ،تا در حين فرود آ«دن با چتر به آن فرد نشان دهد، كه فرد نفوذي يك فرد شتر سوار است يا يك دشمن ،فرد
مي تواند واكنش مناسب را نشان دهد،شايد فقط صداي زياد ايجاد كند تا مرد شتر سوار را بتر ساند ،يا سيستم الكترونيكي شليك خمپاره انداز را به كار
بياندازد .اين شركت همچنين اميدوار شليك مي كنند، استفاده كنند.
> عمل كننده MEMS پس از 170 سال تك تازي الكتروموتورها در حال كنار زدن آنهاست ،به عنوان مثال شركت NanoMuscle تلاش دارد تا در سال
آينده ،محصول خود را با 5 برابر كارايي انرژي 10 برابر سرعت ،يك سوم وزن،يك پنجاهم قيمت ، جايگزين الكتريكي كوچك وسايل الكترونيكي خانگي
كند.
> سيستمهاي ارتباطي با فرايندMEMS دگرگون خواهد شد .در 7 فوريه 2000 دو سوئيچ راديوMEMS باسيمي به طول 30 متر به هم متصل شده بودند
،از ماهواره مادر خارج شدند و توانستند با سوئيچ سوم در زمين ارتباط موفقيت آميزي داشته باشند .در آينده نانو ماهواره ها را مي توان به راحتي يا سنجش
از راه دور خود را در فضا پرتاب كرد تا وظيفه ارتباطي يا سنجش از راه دور خودرا در فضا انجام دهند. كيفيت ار تباطي با فناوري MEMS بي نظير
مي باشد وبا ورود گسترده آن به بازار ،متواند مثلا به فيلتر ها ،گيرنده ها ،فرستنده ها ي بسيار كوچكتر وانتنهاي گيرنده تنگ تر (عدم نياز به آنتن ماهواره)
منجر شود.
بازار جديدي براي ابزار ميكروالكترومكانيك MEMSكه تركيبي از اجزاي الكتريكي ومكانيكي است در حال شكل گيري مي باشد (ميكرو الكترومكانيك يا
MEMS سيستنمهاي الكتريكي ومكانيكي بسيار كوچك مرتبط به هم هستند كه با عبور جريان در يك سيم پيچ كار مي كنند.)
ابزارMEMS به نوعي جزء ابزار نانو تكنولوژي شناخته مي شوند اما در واقع به اندازه كافي كوچك نيستند .آنها به كمك يك ميكرومتر اندازه گيري مي
شوند و100بار بزرگتر از يك نانو متر هستند .با اين وجود ابزار ميكرو الكترومكانيكي در محدوده اين علم بحساب ميآيند ،زيرا هر ساله 10 ميليارد دلار بر
روي اين ابزار سرمايه گذاري مي شود.امروزه گيرنده هاي متحرك ابزار MEMS در نوك خود نويسها ،روان نويسها جاي ميگيرند وهمچنين نمونه هاي
اوليه آن در ماشينهاي مختلف مورد استفاده قرار مي گيرد .در دانشگاه كاليفرنيا در بركلي كوچكترين نمونه موتور گرمايي جهان ساخته شده است كه با
سوخت فندك كار مي كند ودر هر دقيقه 40000دور مي زند. در آينده نزديك اين موتور مي تواند انرژي رايانه هاي دستي ،دوربين هاي ديجيتالي وديگر
اسباب الكتريكي دستي را فراهم كند .متخصصين در آزمايشگاه ملي سنديا در آمريكا با هدف توليد موتورهايي اين چنين وحتي كوچكترتلاش مي كنند دنده ها ،
زنجيرهها وتسمه هايي بسازند كه نيرو را از موتور به محل ديگري انتقال دهند وبدين ترتيب از ايجاد تعداد زيادي موتور براي تامين انرژي ابزار
MEMSجلوگيري كنند. همچنين دانشمندان تا كنون موفق شده اند كه با ايجاد ارتباط بين قسمتهاي داخلي ماشين ،قدرت آن را تا حدود 3 ميليون برابر افزايش
دهند وبا اين كار موتورهاي بسيار كوچكي ساخته شده اند كه مي توانند وسايل خانه را براحتي جابجا كنند.
اين ماشينها اگر تا حد سبك سبك باشند مي توانند در ماهوارها هم مورد استفاده قرار گيرند اين وسايل همچنين براي كوچك كردن ميكروسكپهاي كانوني
استفاده مي شود .ميكروسكوپي كه در حال حاضر تقريبا به اندازه يك دستگاه فتوكپي است وبا تصوير برداري از سطح مواد به كمك پرتو ليزر ،تصويري سه
بعدي ايجاد مي كند.
چندي پيش پرفوسور لوك پي.لي از دانشگاه كاليفرنيا در بر كلي مدل كوچكتري از آن ساخت .او دوباره اين نانو ماشين مي گويد: ما اين ماشين يك ميليون
دلاري را آنقدر كوچك كرده ايم.
كه در نوك يك خودكار جاي گيرد .كاربرد اين وسايل بسيار مهيج است. حجم ميكروسكوپ آقاي لي تنها يك ميليمتر مكعب است وبه راحتي مي تواند وارد
سلولهاي بيمار شود .او در مورد طرز استفاده ازآن چنين توضيح ميدهد: پزشك اين ميكروسكوپ را نوك يك آندوسكوپ قرار داده به درون بدن يك بيمار
سرطاني را در حالت طبيعي مشاهه كند.اين وسيله همچنين مي تواند براي رساندن دارو وبه طور مستقيم به تومورهاي سرطاني كاربرد داشته باشد .پزشك به
سادگي واكنش تومورها را در برابر دارومورد بررسي قرار مي دهد.
5- نانو الكترونيك: با كوچكتر شدن ميكرو الكترونيك به عرصه نانو متر ،ديگر فناوري ليتو گرافي سيليكوني جوابگو نخواهد بود وفناوري اطلاعات به ناچار
توسط الكترونيك مولكولي وكوانتمي ،احاطه خواخد شد .الكترونيك مولكولي كه بر پايه مولكولهاي آلي بزرگ نانو لوله هلي كربني يا مولكول DNAمي
باشد،تا حدود 2007 وارد بازار خواهد شد وسرعتهايي در حداقل چند صد برابر را به تراشه هاي امروزي خواهد بخشيد .البته لازم به ذكر است ،كه نانو
الكترونيك علاوه بر پرئدازش شامل ذخيره سازي وانتقال اطلاعات نيز مي شود.
نوع ديگري ا زالكترونيك نيز كه با هم اكنون در حال پيگيري است مي تواند مثلا عمل رمز گشاي كليدي Key Encyption را كه در رايانه هاي امروزي
حدود يك ميليون سال وقت ميبرد در عرض يك ماه انجام دهد، وبه اين خواص مكانيك كوانتمي منجمله (انتقال اطلاعات از راه دور ) بدون نياز به سيستم
براين نوع تراشه حكمفرما خواهد بود.
> نانو الكترونيك به عنوان يك فناوري متحول كننده ،همه چيز از جمله فناوري نظامي را درهم خواهد ريخت .توفيق اطلاعاتي پي در پي در نبردهاي آينده
،تعيين كننده برنده ءنبرد ميباشد.
> واقعيت مجازي پيچيده ترمتكي بر نانو الكترونيك ،مي تواند براي شبيه سازي عيني بسياري از رخداد ها بكار رود وسيستمهاي مديريتي وآموزشي پرسنل
را ارتقا دهد.
> قوي تر بودن تراشه هاي الكترونيكي ،بيانگر دقت ناوبري ،هواپيما وموشكهاست .كافيست تصور كنيد يك ابر رايانه را درون يك موشك قرار دادهايم.
> توانايي تحليل وانتقال داده بالا ،موجب مي شود سنجش از راه دور كه در شناسايي عمليات نظامي دخيل مي باشد ،بيشتر مفيد باشد واطلاعات بيشتري را
بتوان از آن استخراج كرد.(مثل ردگيري يك پايگاه زير زميني يا حركات دشمن در پس مه وگردوغبار ) شايد درآن هنگام ساده ترين كارها ،پيش بيني زمان
دقيق نزولات آسماني وشكستهاي نظامي باشد.
آنچه مسلم است اين است كه ،اثرات چنين فناوري بزرگي را به سختي مي توان پيش بيني كرد.
توجه جهاني به نانو تكنولوژي دفاعي:
همانطور كه گفته شد به دليل كارايي بالاي نانو تكنولوژي براي كارهاي دفاعي،اين حوزه مورد توجه زياد سازمانهاي نظامي دنيا قرار گرفته است .حتي قبل
از آنكه بخشهاي دولتهاي بزرگ به برنامه ريزي واختصاص بودجه به نانو تكنولوژي بپردازند، بخشهاي دفاعي برنامهايي براي توسعه آن داشته اند به عنوان
نمونه وزارت دفاع آمريكا در اواخر دهه 80 وانگليس در دهه 90 پروژه هايي در اين زمينه داشته اند يكي از كشورهايي كه در دو سه حالت اخير به
صورت جدي به نانو تكنولوژي نظامي پرداخته است،امريكا مي باشد . در برنامه پيشگامي ملي نانو تكنولوژي كشور آمريكا در سالهاي 2001و2002
وهمچنين برنامه پيشنهادي 2003 تقريبا يك چهارم بودجه به وزارت دفاع اختصاص يافته است .در برنامه وزارت دفاع آمريكا در رشته هاي جمع اوري
،پردازش ،ذخيره ونمايش اطلاعات ،موارد كار آمد ودفاع شيمياي وبيولوژيكي فعاليت مي كند ونانو الكترونيك ،حسگرهاي بيو شيميايي وهمچنين ابزارهاي
جديد شناسايي در مقياس نانو از زمينه هاي مهم فعاليت اين وزارتخانه مي باشد. اين وزارتخانه برنالمه هاي خود را از طريق تعريف پروژه براي دانشگاهها
ومراكز تحقيقاتي ،محققان منفرد،آزمايشگاههاي وابسته وهمچنين فراهم نمودن زير ساختمانهايي چون تجهيزات با كارايي بالا به انجام مي رساند.
از جمله برنامه هاي اصلي وزارت دفاع آمريكا در نانو تكنولوژ ي كه در سال 2002 اضافه شد، حسگرهاي چند كاره است.اين حسگرها توانيي حس
،پردازش محاسبه ومخابره اطلاعات را دارند واندازه آنها واقعا در ابعاد نانو متر مي باشد.
با قرار دادن اين حسگرها ،مي توان هوشمندي را به همه تجهيزات ،سلاحها ومهمات اضافه نمود وبه سادگي ميتوان تصور نمود كه يك ابر كامپيوتر در هر
بخش از تجهيزات ومواد، در بدنه هواپيما وموشك ،در بمب ومين ودر همه تجهيزات نظامي وجود داشته باشد.
آمريكا يها به دنبال نسل جديد قابليتهاي نظامي هستند كه تصور مي كنند با نانو تكنولوژي ايجاد خواهد شد.هوشمندي ،جزء اصلي همه لوازم جنگي آينده است
حتي لباس سربازان نيز مي تواند به نوعي هوشمند باشد.
نانو تيوپهاي كربني:
نانو تيوب كربني بهترين گزينه است كه تقريبا به طور اتفاقي توسط يك محقق ژاپني در سال 1991كشف شد.نانو تيوبها صفحاتي از اتمهاي كربن هستند كه
درون قسمتي غلطك مانند حركت مي كنند ودر ظاهر شبيه توريهاي سيمي هستند كه بر روي يك سمت آنها پوششي قرار گرفته باشد.اين نانو تيوبها فوق العاده
محكم هستند.
آنها 10 برابر از فولاد محكمتر ند در حاليكه وزنشان يك ششم وزن فولاد است. اين امتياز باعث شده است كه آنها اولين انتخاب براي ساختن پلها، هواپيماها
وحتي سفينه هاي فضايي باشند. تنها مشكل اين است كه بزرگترين نانو تيوبي كه در آزمايشگاه ساخته مي شود تنها چند ميلينتر است. اما اين مسئله باعث شده
كه درمورد ماشينهاي كوچك ، نانو تيوب ها ي كربني ايده آل باشند. يكي از مشكلاتي كه بر كيفيت ابزار MEMSتاثير منفي مي گذارد ساييدگي قسمتهاي
بسيار كوچك آنهاست كه در هر ثانيه هزاران بار اتفاق مي افتد. اما در ياتاقانهاي ساخته شده از نانو تيوبها تقريبا هيچ گونه اصطحكاكي وجود
ندارد.وامتيازمهم اين است كه نانو تيوبها در هر دو حالت رسانا ونارسانا وجود دارند واين ويژگي موجب استفاده آنها در وسايل مختلف الكتريكي شده است.
در سال 1991 توسط پژوهشگر ژاپني به نام سوميو ايجيما كه متخصص ميكروسكوپ آزمايشگاه NECبود ،آزمايشي به وقوع پيوست كه تا به حال سهم به
سرتئي در توسعه نانو تكنولوژي داشته است. وي كه به دستكاري وتغيير روش هاي ارائه شده توسط محققين موسسه ي فيزيك هسته اي ماكس پلانگ جهت
توليد فولرين مشغول بود، دو الكترد گرافيت را به جاي اتصال در فاصله كمي از يكديگر قرار داد وبين آنها قوس الكتريكي برقرار كرد. اين آزمايش سبب
شد كه وي به طور كاملا اتفاقي نانو تيوب هاي كربني را كشف كند. اهميت روز افزون اين مواد در صنعت به دليل خواص مكانيكي والكتريكي جالب ومتنوع
آنها ست .پيش بيني مي شود كه اين مواد بتوانند در بسياري از ساختار هاي نانو متري آينده به كار روند.
دو نوع ساختار متفاوت نانو تيوب كربن وجود دارد،كه از بقيه اشكال آن تا حدودي متمايز است:
1- نانو لوله تك جداره Single Wall
2- نانو لوله چند جداره Multi Wall
اين دو مورد وخصوصا نوع تك جداره آن صرفا به دليل سادگي توجه پژوهشگران بيشتري را به خود جلب كرده است.نانو لوله تك جداره از يك ورقه ي
گرافيت پيچيده به صورت استوانه به وجود آمده كه دو سر آن به حالت كروي مسدود است.تفاوت نوع چند جداره به وجود آمده كه درون هم قرار دارند. در
ميان انواع روشهاي توليد نانو تيوب كربني تك جداره ،سه روش از اهميت وارزش بالاتري بر خوردار دارند. اين روشها عبارتند از :
1- قوس الكتريكي Arc Discharge
2- رسوب گذاري بخار شيميايي :
(Chemical Vapor Deposition or CVD)
3- تبخير ليزري (Laser Vaporization)
روش قوس الكتريكي همان روشي است كه توسط سوميو ايجميا براي اولين بار به كار برده شد،بااين وجود مقدار محصول به وجود آمده در اين روش بسيار
پايين است.ولي در روش رسوب گذاري بخار شيميايي مي توان محصول بيشتري را به دست آورد.و به همين دليل پيش بيني ميشود كه در آـينده براي توليد
انبوه نانو لوله ها در مقياس صنعتي به كار رود.در روش قوس الكتريكي از دو الكترد گرافيت استفاده ميشود وآنها را درفاصله كمي از يكديگر قرار مي
دهند به خاطر اينكه خلوص بدست آمده در روش ايجيميا بسيار پاييين بود Journet وهمكار انش در سال 1997 به دستكاري متد بكار رفته توسط ايجما
پرداختند وبا بهينه كردن پارامتر هاي توليد توانستند نانو لوله هاي تك ديواره با خلوص وراندمان بالا بدست آورند .آنها از آند گرافيتي با قطر 16 وطول 40
ميلي متر وهمچنين الكترود ديگري با قطر 16 وطول 100 ميل متر به عنوان كاتد استفاده كردند ونيز براي بدست آوردن نانو لوله Single Wall
ميان اند كاتاليست Ni,Yپرگرديد. عمود بودن يا در امتداد هم قرار داشتن كاتد وآند تاثير چنداني در سنتز ندارد.
براي اجراي قوس الكتريكي بايد محيط اطراف دستگاه را ابتدا خلا كرده وسپس در فشاري پايين (معمولا بين 260 تا 360 torr) از هليوم ويا آرگون كه
گازهاي بي اثر هستند پر كنيم .يكي از عوامل مهم در سنتز نانو لوله ها به روش قوس الكتريكي پايداري قوس الكتريكي اعمال شده ونيز مقدار شدت جريان
وولتاژ است كه مي تواند در مقدار محصول بدست آمده موثر باشد.در صورتي كه محصول مورد نظر نانو تيوب هاي Multi Wallباشد ديگر اجباري در
استفاده از كاتاليزگرها نداريم با اينكه محصول به دست آمده توسط روس قوس الكتريكي به خاطر محدود بودن وسايل آزمايش بسيار كم است، اين روش
توسط بسياري از پژوهشگران اجرا مي شودف زيرا مقدارمحصول براي يك كار تحقيقي روي نانو لوله اهميت خاصي ندارد بلكه آنچه مهم است خلوص
محصول وكامل بودن ساختار آن است .كه روش قوس الكتريكي تا حد زيادي اين مشكل را بر طرف ميكند واما مشكل ديگردر روش قوس الكتريكي تكنيك
خلا است كه در بسياري از آزمايشگاههاي سطح پايين امكان آن وجود ندارد ونيز استفاده از هليم وآرگون كه هر دو گازهاي گراني هستند، هر چند در
بعضي از روشها از گاز هيدروژن استفاده شده است ولي اين مورد تالثير چنداني نداشته ومشكل بوجود آمده ديگر امكان انفجار وخطرات جانبي هيدروژن
است.
پايداري قوس الكتريكي عامل مهمي در سنتز به شمار مي آيد با اين وجود استفاده از يك منبع تغذيه ي DCميتواند تاثير خوبي در سنتز داشته باشد وآزمايشات
نشان داده است هر چند اندازه ي شدت جريان نسبت به اختلاف پتانسيل بيشتر باشد شرائط بهتر است ولي رسيدن به چنين جريان هائي بسيار مشكل است.
يكي از موضوعات وپارامترهاي مهم براي پژوهشگراني كه مي خواهند از نانو لوله ها استفاده كنند خلوص محصول است وهمچنين اينكه در سطح مقدار
بيشتري نانو لوله قرار گرفته باشد، تا بتوانند آزمايشهاي كيفي خود را با دقت بالاتري انجام دهند.
در روش قوس الكتريكي هنگاه ايجاد قوس در اطراف كاتد وآند به دليل اختلاف پتانسيل وجريان، دما تا حد قابل توجهي بالا مي رود ،اين مقدار به اندازه اي
است كه گرافيت (در حالت كلي كربن ) رو يآند بخار شده وسپس روي كاتد مي نشيند.از آنجا كه در اطراف كاتد وآند گاز قرار دارد در نتيجه اين افزايش
دما بر گاز نيز اثر گذاشته ودماي آنرا افزايش مي دهد . ودر نتيجه در اطراف محيطي نه به شكل گاز بلكه به شكل حالت چهارم ماده پلاسما به وجود آمده
است .
دليل ليمكه پلاسما را حالت جديدي از ماده مي ناميم اين است كه از تركيب يئن هاي مثبت ومنفي اتم هاي خنثي بوجود آمدهاست .با افزايش دما تعداد اتمهاي
خنثي كاهش يافته در حقيقت ميزان بارهاي آزاد دما تعداد اتمهاي خنثي كاهش يافته در حقيقت ميزان بارهاي آزاد افزايش مي يابد .اما نكته مهم در پلاسما
اثرات ميدان مغناطيسي بر آنهاست .به وسيله ميدان مغناطيسي مي توان پلاسما را در يك منطقه محصور كرد.اين جلوگيري از برخورد پلاسما با ديواره
طرف كه در راكتور كه در راكتور گداخت گرمائي از آن استفاده ميشود مي تواند در سنتز نانو لوله ها بسيار موثر واقع شود.
فرض كنيد اطراف الكترود هاي گرافيتي را با يك ميدان مغناطيسي حاصل از چها رآهن ربا احاطه كنيم ،در اين صورت وجود ميدان سبب مي شود پلاسما
ي وجود آمده به ديوارها برخورد نكند وفقط در محدوده ي گرافيتها دما افزايش مي يابد كه اين امر باعث كمك به تبخير بهتر وسريعتر آند مي شود ودر كل
سنتز حالت بهتري به خود مي گيرد.در اين مورد ديگر جنس طرف اهميت خاصي ندارد.
برخي از محققان در جهت تلاش براي حذف تكنيك خلا وهم چنين گازهاي گران قيمت هليوم وآرگون به روشهاي جديدي دست يافته اند، از اين موارد مي
توان به قرار دادن الكترودها در نيتروژن ما يع اشاره كرد، كه خود پر خطر است. آب چون يكي از موادي است كه به فور در طبيعت يافت ميشود ،مي
تواند به راحتي مورد استفاده قرار گيرد. البته آبي كه در ساخت نانو لوله ها استفاده ميشود،از نوع de- ionized يا يون زدوده است كه از عبور جريان به
مقدار زيادي جلوگيري مي كند .اين آب كه معمولا در صنعت ميكرو الكترونيك كاربرد زيادي دارد را مي توان به راحتي با استفاده از دستگاههاي
(رزين)در آزمايشگاههاي شيمي بدست آورد ومعمولا نيروگاهها از اين آب استفاده مي كنند. خصوصيت جالب در مورد آب يون زدوده اين است كه خاصيت
عبور ندادن جريان در آن براحتي از دست نمي رود . سنتز در آب مي تواند هزينه ي آزمايش را تا حد قابل توجهي كاهش دهد، ولي مقدار ودرجه خلوص
نانو تيوب هاي بوجود آمده د راين آزمايش بسيار پايين است خصوصا اينكه مقداري از نانو لوله ها ممكن است در آب به صورت مخلوط وارد شود، كه البته
مي توان با يك روكش گرافيتي از آن جلوگيري كرد. شكل الكترود ها وحالت قرار گرفتن آنها در سنتز قوس الكتريكي بسيار انعطاف پذير است .تا كنون با
آزمايشهائي كه به وسيله اين روش صورت گرفته حتي در زمانهايي كه از كاتاليز گرها استفاده شده است ، محصول از نوع چند جداره بوده واين خاصيت
آب در تشكيل نانو لوله هاي MWNTs است.
دارو رساني به وسيله نانو تيوبهاي كربني:
پژوهشگران به تازگي در يافته اند كه شكل خاصي از مولكولهاي كربن مي توانند به خوبي وارد هسته سلولها شوند ومي توان در آِينده اي نزديك از آنها
درسيستم دار سازي وواكسيناسيون استفاده كردامروزه از اين مولكولهاي كربن كه (نانو تيوبهاي كربنCarbon nano tubes) ناميده مي شوند تنها جهت
حمل پپتيدهاي كوچك به هسته هاي سلولهاي فيبروپلاستي استفاده مي شود ولي پژوهشگران اميدوارند كه بتوانند از آنها در درمان سرطان ،ژن درماني
وواكسيناسيون نيز استفاده نمايند.
آلبرتوبيانكو از موسسه CNRSدر استراسبوك فرانسه مي كويد كه پژوهشگران در مراحل اوليه تحقيقات مي باشند واز آنجا كه به نظر مي آيد نانو تيوبها
مي توانند وارد هسته شوند، از اين خاصيت جهت حمل ژنها ي ساخته شده ورساندن داروها به بخش خاصي از سلول مي توان استفاده كرد.
تيم تحقيقاتي بيانكو ،نانو تيوبها را چند روز در دي متيل فرماميد حرارت دادند وبه دنبال آن اتصالات كوتاهتري (اتيلن گيكول TEG) ايجاد شد وسپس
پپتيدهاي كوچك به مولكولهاي TEGمتصل شدند وهنگامي كه اين نانو تيوبها با سلولهاي فيبروپلاست انساني كشف شده مخلوط شدند،به سرعت به سمت هسته
حركت كردند. اصولا طيف وسيعي از مولكولها مي توانند به نانو تيوبها متصل شوند وبه راحتي به سمت سلولها حركت كنند وبه طور كلي نانو تيوبها سميت
بالايي ندارند ودر دوزهاي پايين براي سلولها بي ضررند ولي در غلضتهاي بالا باعث از بين رفتن سلولها مي شوند وبايد اثرات آن در بدن مورد مطالعه قرار گيرد.
روت دوتكان پژوهشگر دانشگاه كاريف انگلستان مي گويد:دلايل بسياري وجود دارد كه نشان مي دهد كه ذرات بسيار ريز مي توانند در سيستم دارو سازي
مفيد باشند.اما مكانيسم وارد شدن نانو تيوبها به داخل سلولها مشخص نمي باشد.همچنين او مي گويد تحقيات نا موفقي جهت استفاده از bucky balls (نانو
تيوبهاي كربني كروي) جهت رساندن داروهاي ضد سرطان ونوكلوتيدهاي پرتو زا به داخل سلول انجام شده است.
فرآيند توليد اين پارچه ها با محيط زيست سازگار بوده ومطابق استاندارد bluesgn كشور سوئيس شده است .شركت Scholler Textiles AG به خاطر
طراحي پارچه هاي جديد موفق به دريافت تقدير نامه كنگره طراحي ممتاز سوئيس در سال 2001 شد. پارچه هاي شركت صنعتي پارچه بافي سوئيس موسوم
به Nanesphere ضد آب وضد لك بوده وچربيها روي ان به طور خود به خود از بين مي رود .
اين پارچه از طبيعت الهام گرفته وتوليد آن با نانو تكنولوژي تحقق يافته است .برگهاي برخي گياهان مانند نيلوفرآبي ويا پوست سوسك وبال حشرات هميشه
تمييز باقي مي ماند زيرا ناهمواريهايي بي نهايت كوچك روي سطوح آنها مانع چسبيدن ذرات گرد وخاك به اين سطوح شده وكوچكترين بارشي سطح آنها
تمييز مي كند .شركت Schoeller پس از سالها تلاش وبا ظهور نانو تكنولوژي موفق به تقليد اين فرآيند شد وبا به كارگيري فناوري Nano Sphere در چ
پارچه ها ساختار سه بعدي خاصي بر روي سطوح ايجاد كرده وسطح تماس براي ذرات گرد وخاك محدود گرديده وذرات باقيمانده بر روي سطوح در
قطرات اب معلق شده وبه آساني توسط اين قطرات خارج ميگردند ابعاد ميكروسكوبي نانو تكنولوژي امكان تغييرات فوق العادهاي را بر روي سطوح به
وجود آورده ومنجر به توليد پارچه هايي با خواص كاملا جديد مي گردد.
آيا سرانجام روزي خواهدر سيد كه تراشه هاي سيليكوني طبابت كنند؟
مفهوم تركيب انسان وماشين موضوع بسياري از فيلم ها ونمايشهاي علمي ،تخيلي مانند روبوكاپ ،كارگاه گجت وغيره مي باشد .با وجود اينكه نمايش هاي
هاليودي تا حدي اغراق آميز است، اما توانائي ما در توليد وسايل كوچك كه بتواند درون بدن انسان قرار گيرد در 30 اخير نسبتا ترقي كرده است. ما اكنون
مي توانيم وسايل الكتروني دقيق وحساب شده اي مانند ضربان ساز قلب بسازيم كه زندگي هزاران بيمار را طولاني تر كرده است. بسياري از اين پيشرفتها
مرهون سرمايه گذاريهاي گسترده در تكنولوژي سيليكوني است. اين سرمايه گذاريها منجر به تكامل تدريجي گروهي از وسايل هوشمند جهت تامين بهداشت
انسان شده است. به عنوان مثال درون كاشتها (ايمپلنت ها ) حلزون گوش ،اولين پيوند مستقيم ميان تراشه سيليكوني ومغز انسان بودند. هنگامي كه درون
كاشت به صورت القائي به يك ميكروفون خارجي وصل مي شود، صداهاي خارجي را به سيگنالهاي الكتريكي تبديل ميكند، اين سيگنالها در گروهي از
ميكرو الكترودها كه به اعصاب گوش داخلي متصلند ، جريان مي يابند و سپس پيامهاي عصبي ومغزبرده شده ودر انجا با صداهايش مشخص مي شود. درون
كاشتهاي حلزوني آنقدر كوچكند كه حتي مي توانند در نوزادهاي ناشنوا كاشته شوند. همچنين پيشرفتهاي مهمي در ترقي وسايل سيليكوني رخ داده است .اين
وسائل مي توانند در درمان فلج ، كوري وبيماريهاي رو به خامت عصبي موثر باشند.
اخيرا نقش سيليكون در پزشكي دوره جديدي را آغاز كرده است. انواعي از سيليكون نه تنها در بخش الكترونيك به عنوان نيمه هادي بلكه به عنوان نيمه هادي
بلكه به عنوان نيمه هادي بلكه به عنوان زيست ماده در بخش پزشكي نيز با ارزش است. به ويژه سيليكون متخلخل -سيليكوني حجيم كه بطور دقيق با
وراخهاي ريزي در حد نانومتر متخلخل شده باشد - مي تواند زيست سازگار خوبي باشد. بنابر اين بجاي اينكه مجبور باشيم وسيله هاي سيليكوني را از
بافتهاي بدن وجريان خون محافظت كنيم - همانطور كه در گذشته چنين بوده است - امروزه حداقل در حد نظريه ساختن وسايل سيليكوني كه اصالتاا زيست
كنش هستند ممكن شده است .سطح يك تراشه مي تواند طوري طراحي شود كه فعالانه با بافتهاي زنده جهت ايجاد پاسخهاي فيزيولوژيكي مطلوب بر هم كنش
داشته باشد. به عنوان مثال تراشه سيليكوني م يتواند سلولهاي رسوبي استخوان را تحريك كند تا تراشه ها را هم در كلاژن وهم در هيدروكسي پاتيت(ماده
غير آلي استخوان )بپوشاند. بدين طريق به آن يك استتار طبيعي مي دهند وآن را براي جوش خوردن به استخوان مجاور توانا مي سازد.روش ديگر شامل
قرصهاي حاوي مخلوطي از داروهاي پوشيده شده در منابع مي باشد كه در مواقع آزاد مي شود .
چگونه يك تكه سيليكون خالص مي تواند به سيليكون خالص مي تواند به سيليكون متخلخل زيست سازگار تبديل شود؟
يك راه شناخته شده براي حك كردن سوراخهاي نانو متري روي سطح ويفر سيليكوني استفاده از محلول اسيد هيدروفلئوريك است مي توان بسته به مقاومت
ويفر،تركيب الكتروليت وشدت جريان داده شده، درشت سوراخهايي (با عرض بيش از 50 نانو متر) يا سوراخهاي (با عرض 250 نانومتر )ويا ريز
سوراخهايي (با عرض كمتر از 2 نانو متر ساخت).
سيليكون متخلخل كه به اين ترتيب توليد شده است هنوز سيليكون خالص است اما اين سيليكونها بسيار متفاوت از سيليكون حجيم غير متخلخل عمل مي كنند
ومقاومت شيميايي آن افزايش يافته است حكاكي سيليكون به وسيله اسيد ،تركيبات هيدروژن وسيليكون را در انتهاي كالبد سيليكوني به وجود مي آورد.اين
تركيبات به آهستگي در هوا اكسيد مي شوند وباعث مي شود كه به مرور زمان خواص سيليكون تغيير كند. به عنوان مثال ، مقاومت الكتريكي آن افزايش
مي يابد به همين دليل گروههايي در دانشگاههاي مختلف براي تغييير سطح نانو ساخت يافته سيليكون تلاش مي كردند كه فعاليت آنها منجر به توليد فرمهاي
جديد سيليكون شد كه در آن تركيبات كربن - سيليكون جايگزين تركيبات هيدروژن -سيليكون شدند كه اين تركيبات اكسيد نمي شوند.اين فرآيند ها طيف
گستردهاي از مولكولهاي زيستي و آلي را قادر ساخت تا با سطح سيليكون پيوندهاي كووالانسي تشكيل دهند .اين مولكولها طيف گسترده هاي از خواص
مختلف را به سيليكون متخلخل دادند.عنوان مثال پادتن هاي پيوندي مي توانند به طور انتخابي با مولكولعاي حمله كننده (آنتي ژنها )كه در جريان خون سير
مي كنند تركيب شوند.
اولين آزمايشها در مورد محيطهاي زيستي در سال 1995 انجام شد.انواع معيني از سيليكون متخلخل وهم چنين سيليكون چند كريستاله حاوي پرزهايي د حد
نانو متر نشان دادند كه مي توانند رشد جزء معدني استخوان (هيدروكسي پاتيپ) را تحريك كنند ويا حمايت ساختاري آنرا فراهم كنند.آزمايشها بر روي
پلاسماي زيستي شبيه سازي شده (قسمت مايع خون ) انجام شده بود.
آزمايشهاي در اصل به وسيله تاداشي كوكوبو در دانشگاه كيوتو انجام شده بود .اين آزمايشها هم اكنون توسط محققين در زمينه زيست ماده انجام مي شود تا
بفهميد كه آيا سراميكها مي توانند با استخوان در بدن تركيب شوند.
مطالعات نشان داد كه لايه هاي نازك سيليكون متخلخل با درصد تخلخل زيادي مي توانند از ويفر نانو متخلخل پاييني در طول يك روز يا بيشتر تجزيه شوند.
به عبارت ديگر سيليكون نانو ساخت يافته مي تواند به صورت آزمايشگاهي زيست فرو پاش باشد. اين يك نتيجه شگفت انگيز بود، يعني بدن انسان احتمالا به
خودي خود قادر به تجزيه ودفع سيليكون است .اگرچنين باشد، سيليكون نامش را در فهرست مواد زيست فرو پاش اضافه خواند كرد .اين مواد در پزشكي با
اقبال فرايندهاي روبرو شده اند زيرا براي هميشه در بدن نمي مانند وبنا براين خطر آلودگي وپس زني توسط سيستم ايمني را كاهش مي دهند. به عبارت ديگر
مواد زيست فروپاش به بدن ما كمك مي كنند تا خودش را درمان كند.
رفتار سيليكون متخلخل در محيطهاي شبيه سازي شده بدني مانند شيره معده ،مايع روده ، مايع نخاعي ونخاع موجود در مغز به صورت آزمايشگاهي بر
آورده شده است .نتايج اميد بخش هستند ، تقريبا در تمام سيليكون متخلخل نسبتا به سرعت حل مي شود به غير از يك استثنا در مورد شيره معده كه بسيار
اسيدي است وبه ميزان قابل توجهي سرعت تجزيه شدن را كاهش ميدهد .
نانو تكنولوژي داراي كاربردهاي زيادي در عرصه دفاعي است وتاثير عمدهاي در هوشمندي هر چه بيشتر تجهيزات ومهمات وسيستمهاي دفاعي دارد.
هوشمندي بيشتر واندازه ووزن كوچكتر ،از مهمترين نتايج كاربردهاي نانو تكنولوژي در دفاع خواهد بود كه البته مسير ،نسبتا طولاني است ولي شواهدي از
اطلاعات منتشر شده دنيا نشان مي دهد كه بعضي از دستاوردهاي آن در سالهاي جاري به تحقق پيوسته يا خواهد پيوست.
كشور مانيز قطعا نياز دارد ،با برنامه ريزي بلند مدت ،بخش دفاعي خود را با اين روند اجتناب ناپذير دنيا همراه سازد .بدين منظور پيشنهاد ميشود اولا
نانوتكنولوژي به عنوان يكي از محورهاي اولويت دار در وزارت دفاع مورد توجه قرار گيردف ثانيا برنامه اي براي موفقيت در اين عرصه زير نظر
مسئولان رده بالاي وزارت خانه تدوين شود. آموزش محققان ،استفاده از توانائي تحقيقاتي دانشگاهها ومراكز پژوهشي وهمچنين ايرانيان مقيم خارج ف از
بخشهاي اين برنامه خواهد بود.
راه اندازي واحدهاي تحقيق وتوسعه نانوتكنولوژي در داخل مراكز صنعتي دفاع نيز پيشنهاد ميشود .موضوعات تحقيق و توسعه اين مراكز بايد توسط گروهي
از انديشمندان در اين وزارتخانه تعيين شود.
اميد كه بتوانيم در اين عرصه پيش رو با تصميم گيري به موقع وبرنامه ريزي درست در اين زمينه به موفقيت دست يابيم.
منابع :
www.Newscientist.com
www.smalltimes .com
www. wapmi.ir/new/nana.htm
انجمن مطالعات پيشرفته علوم پايه www.iasbs.ac.ir
كميته مطالعات سياسي نانو تكنولوژي
iafahan.com/Findex.htm
پارك علمي وفن www.tco.ac.ir/nano
مجله دانستنيها