تحقیق در مورد فن آوری نانو

لینک دانلود و خرید پایین توضیحات

دسته بندی : وورد

نوع فایل :  .DOC ( قابل ویرایش و آماده پرینت )

تعداد صفحه : 7 صفحه

 قسمتی از متن .DOC : 

نانو تکنولوژی   

      به نام خدای بزرگ

(نانو ؛ تکنولوژی روز دنیا)

                                فضای نانو

مقالات

۱-فناوری نانو چیست؟

۲-کاربردهای عملی نانو لوله های کربنی

اخبار

۱-فناوری نانو.طراحی سربازان اینده.ارتش امریکا

۲-کشف اب نانولوله ای که تا صدها درجه زیر صفر منجمد نمی شود

۳-ترانزیستورهای نانوسیال

۴-اسناد با خطوط نامریی

۵-کاربردهای فناوری نانو در صنعت خودرو

۶- ساخت لباسهای هوشمند پیشرفته توسط دانشمندان نانو

۷-نانو لوله های معدنی برای صفحات نمایش با کیفیت بالا و میکروسکوپ های نیروی اتمی

چکیده مقاله:

فناوری نانو یکی از مدرنترین فناوری های روز دنیاست که دارای خصوصیاتی منحصر به فرد با کاربرد های در تمام زمینه های علم و فناوری است. همین کاربردهای وسیع فناوری نانو که از ان به عنوان ویژگی بین رشته ای بودن                 {cross science}فناوری نانو یاد می شودعامل مهمی در فراگیر شدن این پدیده ی جدید است.

از طرفی توجه روز افزون بشر به این فناوری فقط ناشی از تازگی ان و کنجکاوی بشر برای دانستن انچه نمی داند نیست بلکه به دلیل قابلیت های ویژه ای است که این فناوری پیش روی انسان قرار می دهد و دستیابی به انها جز از این راه ممکن نیست. از سوی دیگر داشتن اطلاعات مختلف درباره ی زمینه های تحقیقاتی و عملی این فناوری در حیطه ی دانش هر فرد باعث پویایی فکر و اندیشه ی وی می شود.

این تحقیق بنا دارد تا ضمن بررسی تعاریف مختلفی که از فناوری نانو وجود دارد به بیان مبانی.ساختار.اهمیت و همچنین کاربردهای فناوری نانو بپردازد و با اشاره به چشم انداز هایی که این شاخه در پی دستیابی به انهاست ذهن خواننده را نسبت به انچه درباره ی فناوری نانو وجود دارد اگاه سازد.

همانطور که می دانیم اختراع ماشین بخار شروع اولین انقلاب صنعتی بودو دانشمندان ساخت ترانزیستورها را اغاز انقلاب دوم صنعتی می دانند و هم اکنون باید بپذیریم که در انقلاب سوم صنعتی هستیم ! چرا که بر خلاف گذشته سه مولفه یعنی فناوری نانو .ITو پروژه ی ژنوم انسانی همزمان با هم شکل دهندهی سومین انقلاب صنعتی هستند.

البته روند رو به رشد کنونی نشان میدهد که فناوری نانو در حال پیشی گرفتن از رقیبان خود است و می خواهد یکه تاز عرصه ی انقلاب صنعتی سوم باشد.

فناوری نانو چیست؟

تعریف فناوری نانو با توجه به ماهیت و زمینه های گسترده ی فعالیت ان در عین سادگی بسیار دشوار است.شاید بتوان گفت هنوز تعریف کاملی که تمام خصوصیات این پدیده را بیان کند وجود ندارد. به این وجود در اینجا به چند تعریف مفید و کاربردی اشاره می کنیم.

فناوری نانو یعنی بررسی مواد در ابعاد اتمی یا مولکولی و یا بررسی مواد در مقیاس ک میلیاردیوم ان.این ساده ترین و عامیانه ترین تعریفی است که می توان از فناوری نانو ارایه داد. می دانیم که یک نانومتر ۱۰ به توان منفی ۹ یا یک میلیاردیوم متر است. این عدد یک هشتاد هزارم قطر موی انسان و یا ۱۰ برابر قطر یک اتم هیدروژن است.

آلبرت فرانکس یکی از پیشگامان توسعه ی کاربرد های صنعتی فناوری نانو معتقد است: (فناوری نانو بخشی از علم و فناوری است که ابعاد کوچکترین ارقام با معنی در محدوده ۰.۱ تا ۱۰۰ نانومتر در آن نقش اساسی ایفا می کنند.

با توجه به این تعریف فناوری نانو توصیف همه جانبه ی فعالیت ها و تلاش هایی است که با دست بردن در اساسی ترین جز ء ماده (اتم) باعث می شود تا به خواص خارق العاده ای از آن دست یابیم چرا که اگر مواد به کوچکترین ابعادشان(اتم ها یا مولکول ها) شکسته شوند می توانیم خصوصیات بنیادیشان را تغییر دهیم و آن ها را به ماده ای تبدیل کنیم که در حالت عادی تهیه و تولید آن ها به هیچ عنوان امکان پذیر نیست.

 حال با این توضیح مفهوم تعریف اول نیز مشخص تر می شود به این معنی که هر فعالیتی در مقیاس نانو را نمی توان نانو فناوری نامید بلکه فناوری نانو به آن دسته از فعالیت هایی اطلاق می شود که با دست بردن در نحوه ی چینش اتمها در مقیاس نانو مرتبط هستند.

فناوری نانو دانشی است که به دنبال دستیابی به روش ها و فنون و موادو ابزارهای مورد نیازناوری نانو :( یک بسته پر از لوازم مورد نیاز بدون طبقه بندی خاص گ{catch-all}اؤ فعالیت ها ازی است تا بتواند چنین تحولاتی را در مواد مختلف ایجاد کند به عبارت بهتر فناوری نانو نگرشی جدید به انواع رشته های علمی است و تمام عرصه های مختلف علم و فناوری را در بر می گیرد.

اهمیت و ضرورت فناوری نانو:

امروزه علم وفناوری در بسیاری از زمینه ها تقریبآ به مرز نهایی خود نزدیک شده و یا در حال نزدیک شدن است و شاید دیگر جوابگوی توقعات روز افزون بشر نباشد.

در الکترونیک اندازه ی ترانزیستورها آنقدر کوچک شده که به زودی عامل محدود کننده آنها اندازه ی ذرات سیلسیم خواهد بود و یا رایانه های امروزی به سرعت های بحرانی پردازش داده نزدیک می شوند و سرعت رشد آنها با میزان افزایش نیاز بشر همخوانی ندارد.

در پز شکی داروهای فعلی با توجه به میزان مصرف با وجود عوارض جانبی شدید که گاهی باعث کنار رفتن دارو از مصارف درمانی می شود اثرات دارویی در بافت مریض ایجاد نمی کنند و بهبود لازم حاصل نمی شود و یا نامحلول بودن در خون از چرخه مصرف کنار میروند در حالیکه برای درمان بیماری هایی چون ایدز تنها راه حل ممکن هستند.

در شیمی بسیاری از فرایندها و واکنش هایی که از نظر تئوری قابل انجام هستند صرفآ به دلیل عدم وجود راکتوری مستحکم معطل مانده اند و یا سرعت بهترین کاتالیزورهای استفاده شده در واکنش ها با میزان تسریع در انجام فرایند در حضور نانوکاتالیست به هیچ وجه قابل مقایسه نیست.

اینجاست که فناوری نانو قابلیت های نهفته خود را یکی پس از دیگری به بشر عرضه نموده و به یکی از مهمترین و جذابترین زمینه های تحقیقاتی بشر در سالهای اخیر تبدیل شده است. چرا که فناوری نانو توانسته علاوه بر برطرف کردن مشکلات فعلی افق های فراوان دیگری را نیز در زمینه های مختلف به روی ما بگشاید تا بتوان با آن بسیاری از رویاهای دیرین بشر دست یافت.

آیا کسی تصور می کرد که روزی متخصصان فناوری نانو بتوانند ماشینهای بسیار کوچکی را بسازند که در درون بدن در حال گشت و گذارند و به تعقیب باکتری ها و ویروس های بد و مضر می پردازند؟

جواب هر چه باشد ماشین های نانو یا به اصطلاح (نانیتها-Nanhtes) می توانند آسیبهای سطح سلولی را اصلاح کنند و یک عمر تقریبآ ابدی را همراه با سلامت کامل نوید دهند. مطمئنآ سال ها پیش(۱۹۷۸) زمانی که ریگول ولچ در فیلم سینمایی خیره کننده اش با عنوان{سفر دریایی خیالی} داستان یک کشتی مینیاتوری را به تصویر کشید که جریان خون را در می نوردد و با گلبولهای قرمز میشد هرگز چنین روزی را پیش بینی نمی کرد.

فناوری نانو و تحقق رویای مرد نامرئی:

در حال حاضر برخی از متخصصان نانو تکنولوژی در حال کار بر روی مواد و پارچه های هوشمندی هستند که علاوه بر توانایی استتار خود بتوانند پارگی های خودشان را نیز تعمیر کنند. اصل این کار بر مبنای موادی است که می توانند بر پایی ی نوری که به آنها می رسد واکنش های مختلفی از خود نشان دهند. اما این کار فقط از عهده ی مواد طبیعی بر می آید به عنوان مثال : سیستم های زنده قادرند شکستگی ها و زخم ها را درمان کنند و یا اینکه برای حفاظت از خود در برابر تغییرات محیط رنگ خود را عوض کند. در حالیکه سیستم های مصنوعی یا سنتزی از این قابلیت بی بهره اند.   به همین دلیل نانو تکنولوژیست ها قصد دارند از بعضی ارگانیسم های زنده (نظیر برخی ماهی ها و دیگر موجودات دریایی مثل هشت پا) تقلید کنند.

وقتی نور به بدن یک ماهی برخورد می کند ذرات بسیار ریزی که روی ماهی وجود دارد فواصل و پراکنش خود را تغییر می دهند و به این ترتیب خواص نوری سطح پوست ماهی دستخوش تغییر می شود. نانوتکنولوژیست ها سعی دارند یک چنین کاری را در سیستم های سنتزی انجام دهند.

برای این کار یک دسته از پروتئین ها موسوم به پروتئین های موتوری وظیفه ی حمل و نقل مولکول های کوچک و دیگر مواد درون سلول ها را به عهده دارند و می توانند آنها را به موقعیت های خیلی دقیق هدایت کنند به این ترتیب خواص نوری آن سلول را تغییر می دهند. این پروتئین ها علاوه بر انجام این کار قادرند تعمیرات را نیز انجام دهند یعنی می توانند ذراتی که در مقیاس نانو هستند مثلآ به اندازه ی چند اتم جا بجا کنند و سپس آنها را به صورت یک رشته متوالی درآورند و در نتیجه کار ترمیم و مرمت را انجام دهند .

این پروتئین ها همچنین می توانند بلور های بسیار ریزی را که نقاط  کوانتمی نامیده می شوند و هر یک به اندازه ی یک مولکول هستند با خود حمل کنند. این نقاط کوانتمی  می توانند از خود رنگ های نئونی ساطع کنند که این رنگ ها نیز به اندازه هر یک از این ذرات بستگی دارد. به این ترتیب فاصله ی این بلورها یعنی نزدیک یا دور شدن آنها از همدیگر می تواند رنگ سطوح مصنوعی را تغییر دهد درست به همان روشی که یک ماهی رنگ پوست خود را عوض می کند.   معنی تمام مطالب این است که اگر پروتئین های موتوری کار خود را به درستی انجام دهند دیگر نه لازم است که مرد نامرئی لباس خود را بشوید و نه اینکه اگر پاره شد آن را تعمیر کند!

فناوری نانو . طراحی سربازان آینده . ارتش امریکا

 فناوری نانو  همانند فناوری های جدید دیگر بر همه ی عرصه های زندگی بشری تاثیر خواهد گذاشت. یکی از جنبه ها که در دو دهه ی اخیر بسیار با اهمیت شده است کاربردهای نظامی و حفظ جان نظامیان است. جنگ عراق و کشته های سربازان آمریکایی ها باعث شد که ارتش آمریکا حفظ جان سربازان خود را بیشتر مد نظر قرار دهد چون کشته شدن آمریکایی ها عاملی است که بر روی افکار عمومی اثرات منفی بر جان می گذارد. از این رو ارتش آمریکا قراردادی ۵۰ میلیون دلاری را به مدت ۵ سال با دانشگاه ماساچوست(MIT) منعقد کرد تا این دانشگاه تجهیزاتی را برای سربازان آینده تهیه کند. در این خبر به بررسی علل و عوامل تشکیل ساختار و پروژه های حاضر در این مرکز می پردازیم. این مطلب بر گرفته از مطالبی از سایت دانشگاه MIT است.

انستیتوی سربازان نانوفناوری

Institute for Soldier Nanotechnology :MIT

انستیتوی سربازان نانوفناوری Institute for Soldior Nanotechnology (یا ISN) یک مرکز تحقیقات داخلی در دانشگاه ماساچوست (MIT) است. این مرکز در سال ۲۰۰۲ با قراردادی ۵ ساله و با ارزش ۵۰ میلیون دلار بین ارتش آمریکا و این دانشگاه تاسیس شد. هدف این مرکز استفاده از فناوری نانو به منظور بهبود شرایط ایمنی یک سرباز در جبهه ی جنگ است. هدف نهایی این مرکز تغییر شرایط مبارزه و نبرد در قرن ۲۱ با استفاده از توانایی فناوری های برتر و تولید تجهیزات سبک تر و ایمن تر است. نمونه هایی از این کاربردها و تجهیزات لباس های ضد گلوله نفوذ ناپذیر (بدون افزایش ضخامت) بازبینی دایم سلامتی سرباز تشخیص جراحات و برقراری ارتباطات خودکار است که احتمالآ سربازان آینده را دارای توانایی های مافوق بشری میکند.در حقیقت این مرکز با فناوری نانو قصد دارد آسیب پذیری سربازان در برلبر دشمن و تهدیدات محیطی کمتر کند. امروزه به علت جنگ طلبی آمریکا و لشکرکشی به مناطق مختلف سربازان مجبورند تجهیزات لازم خود را همراه داشته باشند که تا حدی قدرت تحرک را از آنها می گیرد. معمولآ هر سرباز حدود ۱۰۰-۱۴۰ پوند بار به همراه دارد. با وجود این تجهیزات هنوز سربازان امریکایی نسبت به امواج بالستیک (امواج منتشر شده از انفجار ) سلاح های میکروبی و شیمیایی آسیب پذیرند.

وجود تنوع و تعدد تجهیزات همراه و همخوان نبودن این تجهیزات با هم کار با آنها را مشکل کرده است. این مرکز قصد دارد تجهیزات را سبک تر و همسان تر کند تا این تجهیزات بتوانند از بازبینی دائم پزشکی تا ارتباطات را با هم انجام دهند.

تحقیقات این انستیتو :

هدف اصلی ISN تحقیقات در مهندسی و علوم پایه است. طراحی سیستم سرباز برای آینده فرایندی است که نیازمند طیف وسیعی از تخصص ها از شیمی تا مهندسی مکانیک است. مرزبندی تحقیقات در سه دسته اصلی قرار می گیرد :حفاظت شناسایی جراحت و درمان و بهبود شرایط سرباز.

نوآوری تیمی کلید اصلی حل مسایل گروه ISN است مسایلی مثل حفاظت سربازان فردا در برابر سلاح های شیمیایی و زیستی. برای همین منظور ۷ تیم اصلیبرای براورده کردن نیازها تشکیل شده است و بر روی پروژه های اصلی خود کار می کند. این تیم ها عبارتند از:

تیم ۱:مواد جاذب انرژی                                                                                                                                                 تیم ۲:مواد و تجهیزات فعال مکانیکی                                                                                                                             تیم ۳: دریافت(حس کردن) و اقدام متقابل                                                                                                                     تیم ۴: نانو تجهیزات و مواد زیستی برای مراقبت های پزشکی از سرباز                                                                           تیم ۵: پردازش و ساخت  تجهیزات                                                                                                                                 تیم ۶: مدل کردن و ارزیابی مواد و فرایندها                                                                                                                     تیم ۷: طراحی سیستم ها و یکپارچه سازی 

تحلیل:

در حقیقت این ۷ تیم بر روی ۳ مسئله اصلی کار می کنند. لباس های ضد گلوله / ضد انفجار/ و هوشمند.               ISN در صدد ساخت تارهای پلیمری است که استحکام فوق العاده بالا داشته و در عین حال جاذب انرژی باشند تا بتوانند از این مواد در لباسهای ضدگلوله و ضدانفجار استفاده کنند. همچنین این لباسها دارای سنسورهایی خواهند بود که جراحات بدن سرباز را شناسایی می کند و با شناسایی نوع جراحات عمل لازم را برای نجات جان سرباز انجام می دهد. به عنوان مثال اگر قلب یک سرباز در اثر موج هنفجار از کار بیفتد سنسورها آن را تشخیص می دهند و با کمک موادی پیشرفته که در مکانهای نزدیک قلب تعبیه شده عملیات بازگشت قلبی انجام می شود این مواد همانند یک ماساژور قلبی عمل می کند. 

همچنین اگر یک سرباز در منطقه ی آلوده ی شیمیایی قرار بگیرد سنسورها مطلع می شوند و به کمک نانو تجهیزات تعبیه شده در لباس نوع عامل شیمیایی تشخیص داده می شود. سپس به کمک نانو تجهیزات تهیه شده ی ضد این عامل به خون تزریق می شود. در این حالت سرباز بدون کمک دیگران و حتی خودش قادر است از مرگ نجات پیدا کند.

از سه نظر می توان این پروژه را مد نظر قرار داد اول اینکه آمریکا بعد از جنگ عراق به دنبال ایجاد جنگ روانی گسترده بر علیه کشورهای دشمن است. از این رو می توان گفت شاید تصویب این دست پروژه ها ارعاب کشورهای دشمن و ترساندن آنهاست و القای این مطلب که ارتش آمریکا همیشه ارتش شماره ی یک جهان خواهد بود .  

منظری دیگر این است کهبه فناوری نانو در صنایع نظامی فرصت طلبانه نگاه کنیم. آیا در آینده نیز باید ارتش آمریکا رتبه ی اول باشد؟ آیا وقت آن نرسیده است که ما هم جهشی در صنایع نظامی انجام دهیم؟ فناوری نانو فرصتی است گران بها برای قدرتمند شدن اگر قدرش را بدانیم. 

منظر سوم این است که این پروژه با موفقیت انجام شود. در این حالت به نظر میرسد این تجهیزات نانویی جنگ های آینده را متحول می کند. این امر ناشی از توانایی فناوری نانو است و خطراتی را هم پیش روی ما قرار می دهد. آیا گلوله های آینده برای کشتن این سربازان باید چگال تر شوند(استفاده از تنگستن و اورانیوم فقیر شده )یا بایستی انفجاری شوند؟ در این حالت باید فکری اندیشید!!! 

کشف آب نانولوله ای که تا صدها درجه زیر صفر منجمد نمی شود 

شکل جدیدی از آب توسط فیزیکدانان بخش منبع نوترونی پالسی شدید آزمایشگاه آگون کشف شد. این مولکولها که آب نانوتیوبی نامیده میشوند شامل دو اتم هیدروژن یک اتم اکسیژن است و حتی تا نزدیکی صفر مطلق به یخ تبدیل      نمی شود. 

 یک لوله تک جداره از اتم های کربن که پهنای آن کمتر از ۲ نانو متر یا دو میلیاردیم متر است در نظر بگیرید. هنگامی که دما به ۸ کلوین یا منفی ۵۰۹ فارنهایت می رسد دیواره ای از یخ روی جداره داخلی این لوله تشکیل میشود و زنجیری از مولکولهای آب مانند در میان لوله کربنی شناور می شوند. هنگامی که دما به سمت دمای اتاق افزایش می یابد آب نانو تیوبی به مایع تبدیل می شود.

دانشمندان مختلفی از زمین شناسان گرفته تا زیست شناسان و همچنین دانشمندان علم مواد علاقمند به بررسی رفتار آب در اینچنین فضای محدودی هستند.این فضا را مواد آب گریز کنترل می کنند زیرا چنین موقعیتی در طبیعت نیز یافت می شود به عنوان مثال ریشه های کوچکی را که آب را به گیاه منتقل می کنند می توان در نظر گرفت.در برخی از پوسته های پروتئینی نیز این مورد مشاهده می شود.مانند aquaporin که جریان آب از دیواره های سلول را کنترل می کند.

این مطالعات IPNS اولین کار تجربی با آب داخل نانولوله است. آلکساندر کولنسیکو مدیر پروژه می گوید.من بسیار متعجب شدم هنگامی که متوجه شدم  تاکنون آب را در داخل نانولوله موردبررسی قرار نداده بودند.کارهای محاسباتی بسیار زیادی در این زمینه وجود دارد که با توجه به مشکل بودن شبیه سازی آب کار بسیار مشکلی است.اما هیچ کار تجربی صورت نگرفته است.

کریستین .جی. بورنهام از دانشگاه هوستون می گوید:اگر چه افراد مختلفی در چند دهه ی اخیر آب را مدل سازی کرده اند اما ما برای اولین بار صحت واهمیت توصیف کوانتومی حرکت نوکلئون ها (هسته ها)ی هیدروژن را احساس کردیم و اکنون ما روی توصیف ریاضی دقیق تری از ابرهای الکترونی که هر مولکول آب را در برگرفته است کار می کنیم.

شرکت MER تامین کننده ی نانولوله های لازم برای انجام این آزمایش بود.این لوله ها از کربن تقریبا خالص ساخته شده و ضخامت آنها فقط یک اتم است .عرض هر لوله۱/۴نانومتر و طول آن ۱۰۰۰۰ نانومتر است. برای تصور چنین لوله ای می توان یک رشته ماکارونی تو خالی به طول ۲۰۰ متر در نظر گرفت زیرا طول نانولوله ۱۰۰۰۰۰ برابر بیشتر از عرض آن است .

کولنسیکو می گوید :با استفاده از چنین ساختار یک بعدی ما انتظار مشاهده ی چیزهای جدیدی را داشتیم اما دیگر نه به این صورت در این مشخصاتی که ما مشاهده کردیم بعضی از چیزها به صورت فوق العاده ای ظاهر شدند.

کولنسیکو می گوید:آنچه اتفاق می افتد متفاوت از حالت مایع یا یخ به صورت توده ای( bulk) است.در دمای ۸ کلوین مولکولهای آب با عدد کوردیناسیون ۴  لایه ای از یخ را داخل نانولوله که به طور طبیعی آب گریز است تشکیل می دهند.این لایه به طور آزاد داخل نانولوله شناور می ماند و فاصله آن از هر طرف تا جداره ۳۲ نانومتر است.این حداقل فاصله ای است که طبیعت اجازه می دهد آب از اتم کربن داشته باشد. همچنین کولنسیکو می گوید:یک زنجیر داخلی نیز درون این لایه یخ حرکت می کند.اما در مقایسه با آب توده ای شکل حرکت بسیار بیشتری دارد.

دانشمندان صفت عجیب و غریب را به این مولکولها که عدد کوردیناسیون کوچکی دارند نسبت داده اند.در آب مایع به طور متوسط ۸/۳ پیوند هیدروژنی (عدد کوردیناسیون)مولکول را به نزدیکترین مولکولهای همسایه اش متصل می کند .در یخ ۴ پیوند هیدروژنی مولکول را به مولکولهای همسایه اش متصل می کنند .ولی در آب نانوتیوبی عدد کوردیناسیون برای مولکولهای آب زنجیری فقط ۸۶/۱ است.

کولنسیکو می گوید :به خاطر کم شدن پیوندها این آب مدام در حال حرکت است.لایه ی یخی بسیار پایدار است اما این زنجیر متحرک به طور پیوسته پیوندهایی را بین قسمتهای مختلف مولکول و گاهی با دیواره ی یخی تشکیل داده وسپس می شکند.

ترانزیستورهای نانوسیال:

دانشمندان در دانشگاه برکلی کالیفرنیا اولین ترانزیستور نانوسیال را ساختند.ترانزیستور نانوسیال وسیله ای است که به طور الکتریکی جریان سیال را درون نانولوله ها و کانالهای سیلیکایی کنترل میکند.

همانطور که ترانزیستورهای الکترونیکی جزء اصلی میکروتراشه هایی به شمار می آیند  که در کامپیوترهای امروزی بکار میروند ترانزیستورهای نانوسیال نیز می توانند پایه اصلی آزمایشگاه های میکروسکوپی باشند که می توانند جایگزین دستگاه های رباتیک عظیمی گردند که امروزه برای آنالیز DNA و دیگر عناصر زیستی مورد استفاده قرار گیرد.