نانو، نانو ... چيست؟(2)

در آمدي برتاريخچه، چيستي و کاربردهاي فناوري نانو
فناوري نانو واژه اي است کلي، که به تمام فناوري هاي پيشرفته در عرصه کار با مقياس نانو اطلاق مي شود. معمولاً منظور از مقياس نانو ابعادي در حدود 1nm تا 100nm
(1 تا 100نانو متر) است.
اولين جرقه فناوري نانو (البته در آن زمان هنوز به اين نام شناخته نشده بود ) در سال 1959 زده شد. در اين سال، ريچارد فاينمن طي يک سخنراني با عنوان ؟« فضاي زيادي در سطوح پايين وجود دارد» ايده فناوري نانو را مطرح ساخت. وي اين نظريه را با ارائه داد که در آينده اي نزديک مي توانيم مولکول ها و اتم ها را به صورت مستقيم دستکاري کنيم. يک نانومتر يک هزارم ميکرون است (هر متر 10 به توان 6 ميکرون است) و اگر بخواهيم احساس فيزيکي نسبت به آن داشته باشيم، مي توان گفت که يک نانومتر 1/80000 قطر موي انسان مي باشد. اما اين تعريف مقياس نانو، نمي تواند مقايسه درستي باشد، چرا که ضخامت موي انسان با توجه به خصوصيات فردي هر انسان از چند ده ميکرومتر تا چند صد ميکرومتر متغير است....
نانو فناوري، هنر دست کاري مواد در مقياس اتمي يا مولکولي و بدين منظور که بتوان ساختاري پيچيده را با خصوصيات اتمي توليد کرد، به خصوص براي ساختن قطعات و لوازم ميکروسکوپي ( مانند روبات هاي ميکروسکوپي) و تراشه هاي کامپيوتري وساير ادواتي که هزاران بار کوچکتر از ادوات فعلي باشند، است. در فناوري فعلي توليد مدارات نيمه هادي از روش ليتوگرافي براي ايجاد طرح مدار بر روي مواد نيمه هادي استفاده مي شود. پيشرفت شگرفي که در ليتو گرافي، طي دو دهه اخير رخ داده است به ما اين امکان را مي دهد که با بهره گيري از دستگاه هاي جديد بتوانيم مداراتي کوچک تر از 1 ميکرون (1000 نانومتر) را توليد کنيم. البته بايد توجه داشت که اين مدارات هنوز از ميليون ها اتم تشکيل شده اند. بيشتر دانشمندان بر اين باور هستند که ليتوگرافي به مرزهاي محدود کننده فيزيکي خود نزديک شده است. بنا بر اين براي کوچک تر کردن اندازه نيمه هادي ها مي بايست از فناوري هاي جديدي که مي توانند تک تک اتم ها را سازماندهي کنند، استفاده کرد و طبعاً چنين فناوري جزء محدوده فناوري نانو محسوب مي شود.
در مقالات و نوشته هاي عمومي واژه فناوري نانو گاهي به هر فرآيند کوچکتر از اندازه هاي ميکرون اطلاق مي گردد که مي تواند فرآيند ليتو گرافي را نيز شامل شود. به خاطر همين بسياري از دانشمندان هنگامي که مي خواهند درباره فناوري نانو به معني واقعي و علمي کلمه صحبت کنند از آن به عنوان فناوري نانو مولکولي ياد مي کنند، که به معني فناوري نانو در ابعاد مولکولي مي باشد.
تفاوت اصلي فناوري نانو با فناوري ديگر در مقياس مواد و ساختارهايي است که در اين فناوري مورد استفاده قرار مي گيرند. البته تنها کوچک بودن اندازه مد نظر نيست؛ بلکه زماني که اندازه مواد در اين مقياس قرار مي گيرد، خصوصيات ذاتي آنها از جمله رنگ، استحکام، مقاومت، خوردگي و ... تغيير مي يابد. در حقيقت اگر بخواهيم تفاوت اين فناوري را با فناوري هاي ديگر به صورت قابل ارزيابي بيان نماييم. مي توانيم وجود "عناصر پايه" به عنوان يک معيار ذکر کنيم. عناصر پايه در حقيقت همان عناصر نانو مقياسي هستند که خواص آنها در حالت نانو مقياس با خواص شان در مقياس بزرگ تر فرق مي کند.
اولين و مهمترين عنصر پايه، نانو ذره است. منظور از نانو ذره، همان گونه که از نام آن مشخص است، ذراتي با ابعاد نانومتري در هر سه بعد مي باشد. نانو ذرات مي توانند از مواد مختلفي تشکيل شوند، ماند نانو ذرات فلزي، سراميکي و ...
دومين عنصر پايه، نانو کپسول است. همان طوري که از اسم آن مشخص است، کپسول هايي هستند که قطر نانومتري دارند و مي توان مواد مورد نظر را درون آنها قرار داد و کپسوله کرد. سال هاست که نانو کپسول ها در طبيعت توليد مي شوند؛ مولکول هاي موسوم به فسفوليپيدها که يک سر آنها آب گريز و سر ديگر آنها آب دوست است، وقتي در محيط آبي قرار مي گيرند، خود به خود به کپسول هايي را تشکيل مي دهند که قسمت هايي آبگريز مولکول در درون آنها واقع مي شود و از تماس با آب محافظت مي شود. حالت برعکس نيز قابل تصور است.
عنصر پايه بعدي نانولوله کربني است. اين عنصر پايه در سال 1991 در شرکت NECکشف شد ودر حقيقت لوله هايي از گرافيت هستند. اگر صفحات گرافيت را پيچيده و به شکل لوله در بياوريم، به نانولوله هاي کربني مي رسيم. اين نانولوله ها داراي اشکال و اندازه هاي مختلفي هستند و مي توانند تک ديواره يا چند ديواره باشند. اين لوله ها خواص بسيار جالبي دارند که منجر به ايجاد کاربرهاي جالب توجهي از آنها مي شود.
به طور کلي عناصر پايه با دو رويکرد «بالا به پايين » و پايين به بالا » قابل ساخت مي باشند. در رويکرد بالا به پايين براي توليد محصول، يک مادهاي توده اي را شکل گيري و اصلاح مي کنند. در حقيقت در اين روش، يک ماده بزرگ را بر مي داريم و با کاهش ابعاد و شکل دهي آن، به يک محصول با ابعاد نانو مي رسيم. اين کار اغلب و نه هميشه شامل حذف بعضي از مواد به شکل ضايعات است،
رويکرد پايين به بالا درست عکس رويکرد بالا به پايين مي باشد. در اين رويکرد، محصول از طريق کنار هم قرار دادن مواد ساده تر به وجود مي آيد، مانند ساخت يک موتور از قطعات آن. در حقيقت کاري که در اينجا انجام مي شود، کنار هم قرار دادن اتم ها و مولکول ها (که ابعاد کوچکتر از مقياس نانو دارند) براي ساخت يک محصول نانومتري است .تصور کنيد که قادريم اتم ها و مولکول ها را به طور واقعي ببينيم و آنها را به طور دلخواه کنار هم قرار دهيم تا شکل مورد نظر حاصل شود. معمولاً روش پايين به بالا ضايعاتي ندارند؛ هر چند الزاماً اين مسأله صادق نيست.
درحقيقت کاربرد فناوري نانو از کاربرد عناصر پايه نشأت مي گيرد. هر کدام از اين عناصر پايه، ويژگي هاي خاصي دارند که استفاده از آنها در زمينه هاي مختلف، موجب ايجاد خواص جالبي مي گردد. مثلاً از جمله کاربردهاي نانو ذرات مي توان به دارو رساني هدفمند و ساده، شناسايي زود هنگام و بي ضرر سلول هاي سرطاني، و تجزيه آلاينده هاي محيط زيست اشاره کرد. همچنين نانو لوله هاي کربني داراي کاربردهاي متنوعي مي باشند که مواد زير را مي توان ذکر کند:
*تصوير برداري زيستي دقيق
* شناسايي وجداسازي کاملاً اختصاصي DNA
* ژن درماني که از طريق انتقال ژن به درون سلول توسط نانولوله ها صورت مي پذيرد.
* از بين بردن باکتري ها
اينها تنها مواردي از کاربردهاي بسيار زيادي هستند که براي عناصر پايه قابل تصور مي باشند.
منبع: لذت فيزيک -ش 18