ريز، خيلي ريز!

سفري کوتاه به دنياي نانو فناوري
دنيايي را تصور کنيد که در آن مسئوليت محافظت از بدن انسان ها بر عهده ي پزشکان ميکروسکوپي است، دنيايي که در آن پردازنده هاي رايانه اي به کوچکي ذرات غبار روي ميز شماست، دنيايي که در آن توده اي از کاوشگرهاي فضايي مينياتوري داده ها را به جاهاي خيلي دور ارسال کنند. بسياري از خواسته هاي دور از باور بشر امروز، در آينده به کمک نانو فناوري به وسايل ساده اي تبديل خواهند شد. اما سؤال اين است که واقعاً نانو به چه معناست و دليل پديدار شدن اين فناوري چيست؟
نانو فناوري يک علم و در عين حال يک مهندسي پيشرفته در مقياس مولکول ها و اتم هاست؛ دانش تغيير دادن مواد و استفاده از آنها براي ساخت وسايل و تجهيزاتي که کوچک تر از آنها را نمي توان به وجود آورد.

چقدر کوچک؟
 

اندازه ي مواد نانو بين 0/1 تا 100 نانومتر است. يک نانو متر برابر است با يک ميليونيوم متر.
اين مقياسي است که در آن عمليات بنيادي زيست شناختي صورت مي گيرد و مواد در اين اندازه ي خواص غيرعادي فيزيکي و شيميايي از خود نشان مي دهند. کوچک شدن سطح و حجم ذرات در اين مقياس، دليل بروز اين خواص متفاوت از مواد است.
اگر يک نانومتر را به اندازه پهناي يک سر سوزن فرض کنيم، در اين صورت يک متر در اين مقياس به يک هزار کيلومتر تبديل مي شود. البته يک سر سوزن يک ميليون بار بزرگ تر از يک نانو متر است.
پهناي بيشتر اتم ها بين 0/1 تا 0/2 نانومتر، پهناي يک رشته ي DNA حدود 2 نانومتر، قطر يک گلبول قرمز خون 7 هزار نانومتر، و پهناي يک رشته ي موي انسان 80 هزار نانومتر است.
از ديرباز انسان ها بدون اين که بدانند، از خواص مواد در مقياس نانو استفاده مي کردند. براي مثال ذرات ريز طلا به رنگ هاي قرمز با سبز ديده مي شوند و اين خاصيتي بود که از آن در ساخت شيشه هاي رنگي استفاده مي شد.
امروزه فناوري نانو در بخش عظيمي از زندگي انسان ها مورد استفاده قرار مي گيرد، از ساخت صفحات ضخيم پنجره ها تا توليد ضد آفتاب ها و مواد آرايشي.

تولد نانو فناوري
 

نظريه ي فناوري نانو در سال 1959 توسط فيزيکداني به نام "ريچارد فاينمن" ارائه شد. اين فيزيکدان در پايان نامه ي خود پيرامون نظريه ي ساخت اجسام در مقياس اتم و مولکول بحث کرده بود. او در تصورات خود گفته بود مي توان تمام دايره المعارف را روي سر سوزني جاي داد.
در هر حال فناوري نانو تا سال 1981 به صورت تئوريک (نظري) باقي ماند و مورد بحث و استفاده قرار نگرفت، تا اين که مؤسسه ي علمي واقع در زوريخ، سوئيس، اولين ميکروسکوپ تجسس تونلي (1) را با استفاده از اين فناوري ساخت. اين دستگاه قدرت ديدن تک اتم ها را به دانشمندان مي داد.
در سال 1990 مؤسسه ي IBM کشف کرد که چگونه مي توان تک اتم هاي زنون را روي سطح نيکل به چرخش درآورد.
با پيشرفت علم نانو، بهره هاي بيشتري از آن برده شد. يکي از آنها رسيدن به فناوري عکس برداري در مقياس اتم بود. اين فناوري شامل يک ميکروسکوپ قدرتمند اتمي AFR، دستگاه عکس برداري رزونانسي مغناطيسي MRI و حتي نوعي ميکروسکوپ اصلاح شده ي نوري بود.
ديگر پيشرفت هاي قابل توجه اين فناوري در سال 1985 توسط شيمي دانان ارائه شد. آنها با استفاده از اين علم کشف کردند که چگونه مي توانند 60 اتم کربن را کنار يکديگر قرار داده و آنها را به شکل يک توپ درآورند.
در سال 1991 نخستين رشته ي فوق قوي از کربن ها ساخته شد که به آن نانولوله هاي کربني مي گويند. اين نانولوله ها 6 بار سبک تر و در عين حال 100 بار قوي تر از فولاد هستند.
نانولوله ها به صورت رشته هاي مارپيچي بسيار بلند ساخته مي شوند و در ساخت و توليد پلاستيک هاي سفت، تراشه هاي رايانه اي و هزاران وسيله ي ديگر کاربرد دارند.
دور از تصور نيست که در آينده هاي دور، از نانولوله ها بتوان حتي در ساختن آسانسورهاي فضايي هم استفاده کرد.
دانشمندان با کار روي ذرات نانو توانسته اند تجهيزاتي مانند ترانزيستورهاي بسيار کوچک، پيستون هايي در ابعاد مولکول، يک نانو قطار، نانو گيتار و ... درست کنند.

مهندسي شگفت انگيز
 

مهندسي در ابعاد نانو کار ساده اي نيست و دانشمندان بايد با سؤالات متفاوت و راه حل هاي کاملاً متفاوتي دست و پنجه نرم کنند تا به نتيجه ي نهايي و البته مطلوب برسند. بعضي از مواد نانو مثل نانو سيم ها و ديگر تجهيزات ساده، در صورتي که حالت صحيح به آنها داده شود، مي توانند خود به خود مونتاژ شوند؛ اما وسايل و تجهيزات بزرگ تر نمي توانند به صورت خودکار در جايگاه صحيح قرار گيرند.
محققان همچنين راه هايي براي قرار دادن پروتئين ها، DNA، ويروس ها، باکتري ها و ديگر ميکروارگانيسم ها در ساختار نانو مواد يافته اند.

پتانسيل عظيم
 

در يک دوره ي کوتاه بزرگ ترين پيشرفت هاي نانو فناوري در دستگاه هاي جديد پزشکي و پردازنده ها مورد استفاده قرار مي گيرد، همچنين در توليد کاتاليزورهاي صنايع و ديگر قطعات رايانه اي.
امروزه تحقيقي در بخش پزشکي نانو در حال اجراست که راه هاي جديد رساندن دارو از طريق لنزهاي برخوردي را بررسي مي کند؛ روشي براي رساندن دارو به تومورها توسط نانو بمب ها يا نانو گلوله هايي از جنس طلا که پس از برخورد به تومورها، توسط محتوياتشان باعث نابودي آنها مي شوند، همچنين تشخيص دادن بيماري ها و يا حتي مبارزه با آنها توسط روبات هاي فوق العاده کوچک.
زيست شيمي دان ها به اين اميد هستند که با استفاده از علم نانو بتوانند با استخدام ويروس ها به عنوان دوربين هاي ضبط کننده، از اتفاقات در حال رخ دادن در سلول باخبر شوند.
با پيشرفت بخش محاسباتي علم نانو شايد بتوان پردازنده هاي کوچک تر و حتي قوي تر از امروز توليد کرد. برخي از تحقيقات نشان مي دهند که حتي مي توان قطعات رايانه اي را تا حدي کوچک کرد که در دل يک باکتري جاي گيرند.
در واقع پيشرفت بشر در زمينه هاي رايانه و محاسبات پيشرفته، فقط و فقط به خاطر پيشرفت فناوري نانو و تکنيک هاي بهره گيري از آن است.
از فناوري نانو در ارتباط با محيط زيست هم استفاده شده و به کمک آن فيلترهايي براي کشف و از بين بردن باکتري ها و آلاينده ها و سموم موجود در آب ساخته شده است. علم نانو با ساخت مبدل هاي کاتاليزي کمک زيادي به حفظ محيط زيست کرده است. نوآوري هاي علم نانو در زمينه ي محيط زيست و حفاظت از آن بي ترديد بي شمار خواهد بود که از آنها مي توان به ساخت باتري هاي مؤثرتر و کارآمدتر و همچنين پيشرفت در زمينه ي بهره بري از انرژي خورشيدي اشاره کرد.
به علاوه، توليد ديودهاي نورافشان (LED) جديد و قدرتمند هم از نوآوري هاي علم نانو است که به صرفه جويي انرژي کمک بسيار زيادي مي کند.
در زمينه ي فناوري نظامي، براي ساخت سلاح هاي جديد، کم وزن و قدرتمندتر، خرج هاي هنگفتي مي شود. ساخت لباس هاي ضد گلوله، لباس هاي استتار و يا حتي ساخت تجهيزاتي براي ترميم شکستگي استخوان ها و يا ساخت نانو حسگرهايي که شايد بتوانند مواد شيميايي و مواد زيستي را کشف کنند، همه به دست علم نانو ميسر مي شود و مي تواند از هزينه هاي اضافي بکاهد.
در يک کلام، مي توان گفت که فراگيرشدن دانش نانو و محصولات توليد شده به وسيله ي نانو فناوري، آينده ي زندگي بشر را دگرگون خواهد کرد.

پي نوشت ها :
 

Scanning Tunneling Microscope
 

منبع:ماهنامه ي علمي - فني دانشمند، شماره ي 558
/ع