نانو نه یک ماده است نه یک جسم، فقط یک مِقیاسه! نانو یک میلیاردم متره، اونقدر کوچیکه که حتی دیده نمیشه، اما تاثیر خیلی بزرگی در زندگی انسان و پیشرفت علم و فناوری داره!
نانوتکنولوژی (Nanotechnology)، فناوری جديدیه که تمام دنيا رو فرا گرفته و به تعبير دقيق تر میشه گفت “ نانو تکنولوژی بخشی از آينده نيست بلکه همه آينده است”
وقتی مواد انقدر کوچیک میشن، خیلی از خاصیت هاشون تغییر میکنه و به خاطر همین ویژگی، حالا بشر در آستانه دستیابی به توانایی های بی بدیلی برای تغییر محیط پیرامونش قرار گرفته و جهانی که در آینده ای نه چندان دور
به خاطر این فناوری جدید پدیدار میشه، تفاوت های بنیادینی با جهانی که ما امروزه میشناسیم خواهد داشت...
واژه نانو از ریشه یونانی کلمه "نانس" به معنی کوتوله گرفته شده!
نانو در گذشته فیزیک اتمی نامیده می شد، اما پس از کاربردی شدن، نام آن نانو شد. به همین دلیل نانو یک علم جدید نیست، اما کاربردی شدنش زندگی انسان هارو دگرگون کرد...
اولین بار ۴۰۰ سال پیش از میلاد مسیح دموکریتوس واژه اتم که در زبان یونانی به معنی غیر قابل بُرشه رو، برای توصیف ذرات سازنده مواد به کار برد. پس شاید بشه اونو پدر فناوری و علوم نانو دونست.
اما اولین مطالعه در مورد کاربردهای این فناوری، در سال 1959 توسط ریچارد فاینمن با عنوان «قابلیت‌های فناوری نانو در آینده» منتشر شد. فاینمن که بعدها جایزه نوبل را در فیزیک دریافت کرد درآن سال در یک مهمانی شام که توسط انجمن فیزیک آمریکا برگزار شده بود، سخنرانی کرد و ایده فناوری نانو را برای مردم آشکار کرد. عنوان سخنرانی که اون شب کرد «فضای زیادی در سطوح پایین وجود دارد» بود. او در اون سخنرانی توسعه بیشتر فناوری نانو رو با مثال هایی پیشبینی کرد. پیش بینی ای که امروزه به واقعیت تبدیل شده! به طوریکه در چند سال گذشته بازارهای چند میلیارد دلاری برای نانوتکنولوژی گسترش یافتن!
ایده نانوتکنولوژی هم اولین بار Eric Drexler به دنیا عرضه کرد، او در آزمایشگاه مشهور MIT طی تحقیقاتش متوجه شد که میشه دستگاه های مولکولی تولید کرد و بدین ترتیب ایده نانو تکنولوژی به نام او ثبت شد.
ما در مقیاس متر زندگی کنیم، تقریبا همه چیز اطرافمون هم با همین مقیاس اندازه گیری میکنیم و ویژگی های مواد تو این مقیاس برامون قابل لمسه، به عبارتی ما در دنیای ماکروسکوپی زندگی میکنیم. توی این دنیا میتونیم پاسخ چرایی و چگونگی خیلی از پدیده هارو بدون بررسی مولکولی یا اتمی بدیم. اما برای بررسی خیلی چیزهای دیگه و حتی شاید بشه گفت بررسی دقیق‌تر هر چیزی به دید میکروسکوپی و مقیاس های کوچکتر نیازه.
برای درک بهتر مقیاس نانو، تصور کنید که قطر یک تار موی انسان حدود ۱۰۰ نانومتره!
وقتی تا این اندازه ریز میشیم ویژگی مواد هم به طرز شگفت‌آوری تغییر میکنه.
خواص فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی ماده تبدیل شده به ابعاد نانو نسبت به خواص آن در ابعاد ماکرویی کاملا متفاوته. نانو در مولکولهای ماده انرژی بالایی را ایجاد می کنه به همین دلیل معجزه آسا نامیده می شه!
مثلا طلا که ما اونو فلزی پایدار میدونیم که واکنش دهی خیلی پایینی داره، در مقیاس نانوذره تبدیل به یک ماده ناپایدار میشه، یا مس در این مقیاس شفافه!
از جمله تغییرات شیمیایی که بر اثر کوچک شدن ذرات تا اندازه نانومتری به وجود میان عبارتن از :
۱) تغییر رنگ
هممون بارها خرده‌های یک شیشه شکسته شده رو دیدیم. ذرات حاصل از شکستن یک شیشه هرچقدر هم که کوچک بشن، باز به بی‌رنگی و شفافیت شیشه اولیه هستن. دانشمندان هم مدت ها بر این باور بودن که خواصِ شدتی مواد، همیشه ثابت و مستقل از مقدار ماده است؛ تا اینکه نانو این باور رو زیر سوال برد!
این قاعده در مقیاس نانو صادق نیست. یعنی موادی وجود دارن که رنگ ذرات چند نانومتری آنها، با رنگ ذرات بزرگ‌ترشان متفاوته، مثلا ذرات ۲۰ نانومتری طلا به رنگ قرمز، ذرات ۴۰ نانومتری طلا به رنگ ارغوانی و ذرات ۶۰ نانومتری طلا به رنگ بنفش دیده میشن!
"این پدیده در دنیای ماکرو مقیاسِ ما یک اتفاق غیر معموله به خاطر همین شاید درکش برامون سخت باشه"
اما از آن غیرعادی‌تر اینه که نانو ذرات با تغییر شکل هندسی هم تغییر رنگ می‌دهند! یعنی رنگ نانو ذرات کروی و هرمی و.. با هم فرق دارن!! مثلا: نانو ذرات کروی طلا 100 نانو متری نارنجی رنگ و نانو ذرات هرمی شکل طلای 100 نانو متری قرمز رنگ هستن!
۲) تغییر شفافیت
شفافیت، یک خاصیت فیزیکیه و نشان دهنده میزان توانایی یک ماده ،در عبور دادن نور مرئی از خودشه. همونطور که هممون میدونیم، یک پرتو نور در برخورد با سطح ماده می‌تونه از اون عبور کنه، جذب یا بازتاب بشه.
این خاصیت هم در مقیاس نانو ذره تغییر میکنه. یکی از کاربرد های این پدیده برای کرم های ضد آفتابه! اکسید تیتانیوم نور ماورای بنفش را کاملا جذب و نور مرئی رو بازتاب میکنه و بهترین گزینه برای ضد آفتاب هاست. اما این مواد به رنگ سفید دیده میشن و خیلی ها رنگ سفیدی که این کرم‌ها بر روی پوست ایجاد میکنن رو دوست ندارن. علم نانو اینجا وارد عمل میشه! نانوذرات اکسید روی و اکسید تیتانیوم، با وجود اینکه نور ماورای بنفش را کاملا جذب می‌کنند، برخلاف ذرات بزرگتر کاملا شفاف هستن. نقره هم در مقیاس نانو شفافه !
۳) تغییر واکنش پذیری
واکنش‌پذیری یا تمایل یک ماده برای واکنش با سایر مواد، از جمله مهمترین خواص شیمیاییه. این خاصیت هم در مقیاس نانو به طور چشمگیری تغییر میکنه و زیاد میشه، مثلا طلا و آلومینیوم که ما اونارو موادی با واکنش پذیری خیلی کم میشناسیم در این مقیاس بسیار واکنش پذیر میشن! نانو ذرات طلا نه تنها واکنش‌پذیری بالایی دارن، بلکه برای افزایش سرعت واکنش مواد دیگه به عنوان کاتالیزگر هم استفاده میشن. نانوذرات آلومینیوم هم در هوا آتش می‌گیرن و حتی میشه از اونها به عنوان سوخت موشک استفاده کرد!
این ها فقط مثال های خیلی خیلی محدودی از تغییر ویژگی های ماده در مقیاس نانو هستن، خواص مغناطیسی، نقطه ذوب، خواص حرارتی، خواص الکتریکی، خواص مکانیکی و ده‌ها خاصیت فیزیکی و شیمیایی دیگه هم در این مقیاس تغییر میکنن؛ و همین موضوعه که باعث شگفت‌انگیز بودن دنیای نانو میشه!
نانوتکنولوژی مطالعه ی کاربرد اشیاء بسیار ریز و استفاده از آن ها در تمام حوزه ها و علوم مثل شیمی، مواد زیست‌شناسی، مهندسی و... است.
به طور عاميانه “نانو تکنولوژی” رو میشه دانش طراحی، شناسايی، توليد و کاربرد سازه ها و سيستم ها با استفاده از کنترل شکل و اندازه آنها در مقياس نانو (< 100nm) تعريف کرد. در طول سه دهه ی گذشته، علم نانوتکنولوژی استراتژی های اميد دهنده ای برای غلبه به مشکلات مختلفی در زمينه های علوم پزشکی، مهندسی، کشاورزی، پوشاک، دارو و خیلی شاخه های متنوع دیگه ای از علم ارائه کرده.
" نانوتکنولوژی يک رشته جديد نيست، بلکه رويکردی جديد در تمام رشته هاست "
جمله بالا خیلی جمله مهمیه! نانو تکنولوژی، توانمندی توليد مواد، ابزارها و سيستم های جديد با در دست گرفتن کنترل در مقیاس مولکولی و اتمی و استفاده از خواصی است که در آن مقیاس ظاهر ميشه.
نانوتکنولوژی در حوزه های مختلف از غذا، دارو، تشخيص پزشکی و بيوتکنولوژی تا الکترونيک، کامپيوتر، انرژی، ارتباطات، حمل‌ونقل، محيط زيست، مواد، هوافضا و تقریبا همه چیز (!) کاربرد داره. کاربردهای وسيع اين عرصه در همه رشته ها به همراه پيامد های زیادش، اين فناوری رو تبدیل به یک موضوعِ فرا رشته ای کرده.
قابلیت این فناوری در تغییر و تحول جدی در کیفیت زندگی انسان باعث شده در دهه اخیر، نانوفناوری به عنوان یکی از مهمترین و برجسته ترین فناوری های جدید، به بسیاری از عرصه های علمی وارد بشه و کاربردهای گسترده ای پیدا کنه.
به این طریق و با ساخته شدن ماده ها و وسیله های مختلف با استفاده از ویژگی های خاص مواد در مقیاس نانو، تحولی فوق‌العاده در حال اتفاق افتادنه که تمدن بشر رو تا پایان قرن دگرگون میکنه!
ما در سری برنامه های کافه نانویی با دعوت از اساتید متخصص در حوزه نانو ،در حال کشف دنیای شگفت انگیز نانو در کنار هم هستیم! شما هم میتونین با کلیک روی لینک بالا وبینار هارو در کانال آپارات ما مشاهده کنین و با عضو شدن در کانال تلگراممون بقیه این سری برنامه هارو شرکت کنین!
خوشحال میشیم ببینیمتون!
مهندسی نانو عملا مهندسی در ابعاد نانو است! که در آن از جنبه ها و ویژگی های منحصر به فرد یک ماده در ساختار نانومقیاس برای ایجاد یک وسیله استفاده میشه.
حالا این به چه معنیه؟! همونطور که با هم خوندیم ویژگی مواد در ابعاد نانو به طرز شگفت‌آوری تغییر میکنه و همین موضوع تحول بزرگی در جهان ایجاد کرده چون حالا با وجود این خاصیت ها، مهندسان رشته های مختلف موفق به ساخت موادی شدن که ساختنشون در گذشته غیر ممکن بود!
نانوتکنولوژی در مهندسی پزشکی، صنایع، برق، مکانیک، کامپیوتر، کشاورزی، شیمی، نساجی، بافت، عمران و تقریبا همه‌ی مهندسی ها و حتی علوم شیمی، زیست شناسی، مواد و... هم نقش و کاربرد های خیلی خیلی زیادی داره..!
کاربرد نانو در مهندسی و صنعت اونقدر گسترده و وسیعه که توضیحش در این مقاله جا نمیشه! شاید بهتر باشه به عنوان نمونه کاربرد اونو توی یکی از مهندسی ها با هم به طور دقیق تر نگاه کنیم.
نانو تکنولوژی باعث تحول عظیمی در پزشکی شده، نانوپزشکی بهره‌گیری از فناوری نانو برای امور پزشکی است. میشه با بهره گیری از نانو تکنولوژی وسایل آزمایشگاهی جدیدی ساخت و از اونها در کشف داروهای جدید، تشخیص ژن‌های فعال تحت شرایط گوناگون در سلول ها و... استفاده کرد. به علاوه، نانو ابزارها میتونن در تشخیص سریع بیماری‌ها و نقص‌های ژنتیکی هم نقش ایفا کنن.
پزشکیِ نانو، گستره وسیعی است که از به کار بردن نانومواد در امور پزشکی تا استفاده از نانو الکترونیک در طراحی بیوسنسور ها( یا حسگرهای زیستی) رو در بر می‌گیره.
بعضی از مثال های کاربرد نانو در مهندسی پزشکی و پزشکی رو در ادامه با هم میخونیم:
ـــــ علاوه بر این کاربرد هایی که گفته شد نانو کاربرد های زیاد دیگه ای هم در پزشکی داره، مثل: نانوسیم ها، نانو حسگرها نانو لوله های کربنی نانو فیبر نوری برای آزمایش های سلولی، پوشش نانو، نانو ذرات طلا در ژنتیک و... تازه دانشمندان، مهندس ها و محققانِ این حوزه روز به روز در حال کشف و اختراع ابزار جدید و کاربردی هستن.
همونطور که دیدیم کاربرد نانو بیش از تصور ماست، بالاتر گفتیم که نانو یک رشته نیست بلکه رویکردی جدید در تمام رشته هاست و شاید این بهترین توصیف برای اون باشه.
نانو در سایر مهندسی ها هم مثل مهندسی پزشکی تا حد خیلی زیادی نفوذ کرده و نقش و کاربرد اساسی داره..
امروزه دانشمندان و مهندسان کاربردهای زیادی برای ساخت مواد با مقیاس های نانو پیدا کردن و با استفاده از قابلیت های شگفت‌انگیز مواد نانویی مثل توانایی بالاتر و کنترل بیشتر تونستن قدم های بزرگی بردارن.
بعضی ها فناوری نانو رو موج چهارم انقلاب صنعتی میدونن، پدیده‌ای عظیم که به همه گرایش های علمی راه پیدا کرده و با سرعت هرچه تمام تر در حال توسعه است.
نقش نانو و نانوتکنولوژی خیلی بزرگه و همه پیشبینی میکنن که به زودی با مواد و ابزار نانویی زندگی انسان ها دگرگون میشه، همینطور که تا همین جا هم با این فناوری پیشرفت های بزرگی در خیلی از زمینه ها اتفاق افتاده؛
از پیشرفت ها و کاربرد های خیلی بزرگ مثل ربات های نانویی، درمان بیماری ها و تغییرات ژنتیک گرفته تا چیز هایی که شاید بنظرمون ساده بیاد و بیشتر به گوش هامون خورده، مثل جوراب ها یا لباس های از جنس نانو!
منابعی که برای نوشتن این مقاله ازشون استفاده شده:
