نانوتكنولوژی چيست؟
كامپيوترها اطلاعات را تقريبا" بدون صرف هيچ هزينهأي باز توليد مينمايند. اقداماتي در دست اجراست تا دستگاههايي ساخته شوند كه تقريبا" بدون هزينه - شبيه عمل بيتها در كامپيوتر - اتمها را به صورت مجزا بهم اضافه كنند ( كنار هم قرار دهند). اين امر ساختن اتوماتيك محصولات را بدون نيروي كار سنتي همانند عمل كپي در ماشينهاي زيراكس ميسر ميكند. صنعت الكترونيك با روند كوچك سازي احياء مي گردد وكار در ابعاد كوچكتر منجر به ساخت ابزاري ميشود كه قادر به دستكاري اتمهاي منفرد مثل پروتئينها در سيب زميني و همانندسازي اتمهاي خاك، هوا و آب از خودشان ميگردد.
پيوند علم مواد ، شيمي و علوم مهندسي كه نانوتكنولوژي ناميده ميشود عرصه أي را بوجود ميآورد كه ماشين آلات خود تكثيركننده و محصولات خود اسمبل از اتمهاي اوليه ارزان ساخته شوند.
نانوتكنولوژي توليد مولكولي يا به زبان سادهتر ، ساخت اشياء اتم به اتم، مولكول به مولكول توسط بازوهاي روبات برنامهريزي شده در مقياس نانومتريك است و نانومتر يك ميلياردم متر است (پهناي معادل با 3 تا 4 اتم).
نانوتكنولوژي ساخت ابزارهاي نوين مولكولي منحصر به فرد با بكارگيري خواص شيميايي كاملا" شناختهشده اتمها و مولكولها ( نحوه پيوند آنها به يكديگر) را ارائه ميدهد. مهارت مطرحه در اين تكنولوژي دستكاري اتمها بطور جداگانه و جاي دادن دقيق آنان در مكاني است كه براي رسيدن به ساختار دلخواه و ايدهآل موردنياز ميباشد. اين قابليت تقريبا" حاصل شده است.
بازده پيشبيني شده از تسلط بر اين تكنولوژي بسيار فراتر از موفقيتهايي است كه تاكنون انسان بدانها نائل شده است.
قابليتهاي محتمل تكنيكي نانوتكنولوژي عبارتند از :
1.محصولات خوداسمبل
2.كامپيوترهايي با سرعت ميلياردها برابر كامپيوترهاي امروزي
3.اختراعات بسيار جديد ( كه امروزه ناممكن است)
4.سفرهاي فضايي امن و مقرون به صرفه
5.نانوتكنولوژي پزشكي كه درواقع باعث ختم تقريبي بيماريها، سالخوردگي و مرگ و مير خواهد شد.
6.دستيابي به تحصيلات عالي براي همه بچههاي دنيا
7.احياي مجدد بسياري از حيوانات و گياهان منقرضشده
8.احياء و سازماندهي اراضي
دكترDrexler در همايش جهاني نظام علمي در زمينه نانوتكنولوژي اظهار كرده است: “در جهان اطلاعات ، تكنولوژيهاي ديجيتالي كپيبرداري را سريع، ارزان، كامل و عاري از هزينهبري يا پيچيدگي محتوايي نمودهاند. حال اگر همين وضعيت در جهان ماده اتفاق بيافتد چه ميشود. هزينه توليد يك تن تري بيت تراشههاي RAM تقريبا" معادل با هزينه بري ناشي از توليد همان مقدار فولاد ميشود”.
مطالعة نانوتكنولوژی
نانوسيستمها
متن استاندارد اين رشته، كتاب دكتر اريك دركسلر با نام "نانوسيستمها: ماشينآلات ساخت، توليد و محاسبة مولكولي" است. شما ميتوانيد يك نسخه از آن را خريده، و مطالعه كنيد.
مكانيك مولكو لي
هر فنّاوري توليدي بايد بتواند اتمها را از جايي كه هستند، به جايي كه ما ميخواهيم باشند، حركت دهد. بنابراين، چگونه حركت اتمها و نيروهاي اثرگذار روي آنها در طول حركت، رشتهاي حياتي در مطالعة نانوتكنولوژي محسوب مي شود. اين رشته، مكانيك مولكولي ناميده ميشود. يك بحث خيلي خلاصه در مورد مكانيك مولكولي و اهميتش براي نانوتكنولوژي در وب در "نانوتكنولوژي محاسباتي" موجود است، كه شامل مراجعي براي مطالعات بيشتر است.
يك مقدّمة كلاسيك به مكانيك مولكولي، كتاب مكانيك مولكولي نوشتة اولريخ بوركرت و نورمن آلينجر، چاپ انتشارات American Chemical Society در سال 1982 است، كه هرچند چاپ نميشود، ولي در كتابخانههاي دانشگاهي موجود است.
كتاب نانوسيستمها مفهوم پاية مكانيك مولكولي را در فصل 3 خود شروع كردهاست. مزيت بزرگ اين كار دركسلر، پذيرش واحدهاي سازگار SI است. مطالعة آهسته و دقيق اين فصل شايستة انجام است.
پيشدرآمدهاي بسيار ديگري به مكانيك مولكولي موجود است. بستههاي نرمافزاري كه مداخل ورودي خاصي به اين زمينه دارند، موجود بوده و براي درك مفاهيم آن، بسيار مفيد هستند.
كنترل مكاني، سختي و انعطافپذيری
يك ايدة اساسي در نانوتكنولوژي، كنترل مكاني است؛ كه با ابزارهاي رباتيك كاملا" استاندارد قابل حصول است. تفاوت عمدة ابزارهاي رباتيك مرسوم با انواع مولكولي، مسألة نويز حرارتي است. در مقياس مولكولي، ذرّات به دليل حركت براوني درحال جستوخيز هستند. براي كنترل اين مسأله، ذرّات را بايستي محكم نگهداشت، يعني يك نيروي برگرداننده بايد وجود داشتهباشد كه براي بازگرداندن ذرّات به موقعيت تعادلي، در صورت انحراف عمل كند (تعريف موجزي از "كنترل مكاني"، همين وجود نيروي برگرداننده است). نيروي برگرداننده معمولا" به صورت تابع خطي جابجايي فرض ميشود :
نيروي برگرداننده = جابجايي× Ks
ثابت Ks معياري از سختي سيستم است. هرچه سختي بيشتر باشد، نيروي برگرداننده بزرگتر و انحراف سيستم از موقعيت تعادلي، كوچكتر ميشود. رابطة بنيادي سختي و بيثباتي مكاني عبارتست از :
б2 = kT / Ks
اين رابطة 4-5 فصل 5 كتاب نانوسيستمها است، كه بايد بهخاطر سپرده و كاربردهاي اصلي آن را شناخت. براي استفاده از آن، لازم است سختي (Ks) مشخص شود. سختي يك ساختار را از هندسه و خواص مواد آن ميتوان تعيين كرد. اين مفاهيم پايه در فصول 38 و 39 دروس فيزيك فينمن نوشتة فينمن، ليتون و سندز، چاپ انتشارات Addison-Wesley سال 1964 موجود است. لذا خواندن اين فصل پيشنهاد ميشود.
كاربرد اين معادلات در بعضي ابزارهاي رباتيك (ازجمله سكّوي استوارت كه به علت سختي بالايش براي مصارف رباتيك مولكولي) مورد توجه است)، در خانوادة جديدي از ابزارهاي مكاني با 6 درجة آزادي، توضيح داده شدهاست. اين كاربردها همچنين در فصل 5 نانوسيستمها و بخش 4-13 آن، كه يك بازوي رباتيك را مورد بحث قرار داده، بيان شدهاست.
خود همانند سازي
انديشة اساسي دوم در نانوتكنولوژي، خودهمانندسازي است. دانشجو بايد صفحة وبي را بعنوان مقدمة خودهمانندسازي خوانده و چند مرجع موجود در آن را براي مطالعة بيشتر انتخاب كند. تئوري دور و تكرار (recursion theorem) مبناي سيستمهاي خودهمانندساز است. فهم اين تئوري، الزامي است. بعنوان تمرين برنامهاي بنويسيد كه خودش را دقيقا" چاپ كند. نسخهاي از مطالعات 1980NASA را ميتوانيد بخريد، كه داراي بخش باشكوهي در مورد سيستمهاي خودهمانندساز است.
ساختار و مفاهيم كلی نانو تكنولوژی
كاربردهای نانو تکنولوژي در كشاورزي و علوم دامی
رفع چسبندگی سيستمهای جداسازی با کليدهای مولکولی
رهايش داروهای ضدسرطان نامحلول به كمك نانوذرات
توليد سطوح ابرآبگريز با استفاده از نانوتمشکها
نگاهى به کاربرد نانوتکنولوژي در علوم زيستى