فناوری نانو و تاریخچه آن

فناوری نانو عبارت است از هنر دستکاری مواد در مقیاس اتمی یا مولکولی و به خصوص ساخت قطعات و لوازم میکروسکوپی (مانند روبات های میکروسکوپی)

فناوری نانو چیست؟

فناوری نانو، توانمندی تولید مواد، ابزار و سیستم های جدید با درست گرفتن کنترل در سطوح مولکولی و اتمی واستفاده از خواص آنها است که در آن سطوح ظاهر می شود. فناوری نانو یک رشته جدید نیست، بلکه رویکردی جدید در تمام رشتـه هاست.

فناری نانو فناوری است که بر پایه دستکاری تک تک اتم ها و مولکول ها استوار است بدین منظور که بتوان ساختاری پیچیده را با خصوصیات اتمی تولید کرد.

فناوری نانو (Nanotechnology)

فناوری نانو موج چهارم انقلاب صنعتی، پدیده ای عظیم است که در تمامی گرایشات علمی راه یافته واز فناوریهای نوینی است که با سرعت هرچه تمام تر در حال توسعه می باشد. از ابتدای دهه 1980 میلادی گستره طراحی و ساخت ساختمانها هر روزه شاهد نوآوری های جدیدی در زمینه مصالح کارآراتر و پربازده ترمقاومت، شکل پذیری، دوام و توانایی بیشتر نسبت به مصالح سنتی است.

ناوری نانو یا نانوتکنولوژی رشته ای از دانش کاربردی و فناوری است که جستارهای گسترده ای را پوشش می دهد. موضوع اصلی آن نیز مهار ماده یا دستگاه های در ابعاد کمتر از یک میکرومتر، معمولاً حدود 1 تا 100 نانومتر است. در واقع نانو تکنولوژی فهم و به کارگیری خواص جدیدی از مواد و سیستم هایی در این ابعاد است که اثرات فیزیکی جدیدی – عمدتاً متاثر از غلبه خواص کوانتومی بر خواص کلاسیک – از خود نشان می دهند.

نانوفناوری یک دانش به شدت میان رشته ای است و به رشته هایی چون مهندسی مواد، پزشکی، داروسازی و طراحی دارو، دامپزشکی، زیست شناسی، فیزیک کاربردی، ابزارهای نیم رسانا، شیمی ابرمولکول و حتی مهندسی مکانیک، مهندسی برق و مهندسی شیمی نیز مربوط می شود.

تحلیل گران بر این باورند که فناوری نانو (نانوتکنولوژی)، فناوری زیستی (Biotechnology) و فناوری اطلاعات (IT) سه قلمرو علمی هستند که انقلاب سوم صنعتی را شکل می دهند. نانو تکنولوژی می تواند به عنوان ادامهٔ دانش کنونی به ابعاد نانو یا طرح ریزی دانش کنونی بر پایه هایی جدیدتر و امروزی تر باشد.

تاریخچه فناوری نانو

در حدود 400 سال پیش از میلاد مسیح، دموکریتوس فیلسوف یونانی، برای اولین بار واژه اتم را که در زبان یونانی به معنی تقسیم نشدنی است، برای توصیف ذرات سازنده مواد به کار برد. از این رو شاید بتوان او را پدر فناوری و علوم نانو دانست.

نانو ریشه یونانی نانس به معنی کوتوله می باشد. فناوری نانو موج چهارم انقلاب صنعتی، پدیده ای عظیم می باشد که در تمامی گرایشات علمی راه یافته است تا جایی که در یک دههٔ آینده برتری فراینده ها، وابسته به این تحول خواهد بود.ماهیت فناوری نانو توانایی کارکردن در تراز اتمی، مولکولی و فراتر از آن در ابعاد بین 1 تا 100 نانومتر، با هدف ساخت و دخل و تصرف در چگونگی آرایش اتم ها یا مولکول ها با استفاده از مواد، وسایل و سیستم هایی با توانایی های جدید و با تغییر این ساختارها و رسیدن به بازدهی بیشتر مواد می باشد.

فناوری نانو فرایند دستکاری مواد در مقیاس اتمی و تولید مواد و ابزار، به وسیله کنترل آنها در سطح اتم ها و مولکولهاست. در واقع اگر همه مواد و سیستم ها ساختار زیربنایی خود را در مقیاس نانو ترتیب دهند؛ آنگاه تمام واکنش ها سریع تر و بهینه تر صورت می گیرد و توسعه پایدار پیش گرفته می شود. از جمله دستاوردهای فراوان این فناوری کاربرد آن در تولید، انتقال، مصرف و ذخیره سازی انرژی با کارایی بالاست که تحول شگرف را در این زمینه ایجاد می کند. از اینرو دست اندرکاران و محققان علوم نانو در تلاش اند تا با استفاده از این فناوری به آسایش و رفاه بیشتر در درون و برون ساختمان با یافتن طبقه جدیدی از مصالح ساختمانی با عملکرد بالا و صرفه جویی در هزینه ها بخصوص در مصرف منابع انرژی و در نهایت به توسعه پایدار دست یابند. فناوری نانو منجر به تغییرات شگرف در استفاده از منابع طبیعی، انرژی و آب خواهد شد و پساب و آلودگی را کاهش خواهد داد.

معرفی فن آوری نانو Nanotechnology

فن آوری نانو توانایی ساخت، کنترل و استفاده ماده در ابعاد نانومتری است. اندازه ذرات در فن آوری نانو بسیار مهم است، چرا که در مقیاس نانویی، ابعاد ماده در خصوصیات آن بسیار تأثیرگذار است و خواص فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی تک تک اتم ها و مولکول ها با خواص توده ماده متفاوت است. این اندازه در مواد مختلف متفاوت است، اما به طور معمول مواد نانو به موادی که حداقل یکی از ابعاد آن ها کوچک تر از 100 نانو متر باشد گفته می شود.

مراحل فن آوری نانو Nanotechnology

در مجموع این فناوری شامل سه مرحله می باشد:

طراحی مهندسی ساختار ها در سطح اتم.

ترکیب این ساختار ها و تبدیل آن ها به مواد جدید با ساختار نانو با خصوصیات ویژه.

ترکیب اینگونه مواد و تبدیل آن ها به ابزارهای سودمند.

انتظار می رود که نانو تکنولوژی نیاز بشر را به مواد کمیاب کمتر کرده و با کاستن آلاینده ها، محیط زیستی سالم تر را فراهم کند.

محصولات نانو Nanotechnology

محصولات نانو مواد را هم می توان به صورت های زیر بیان کرد:

فیلم های نانو لایه برای کاربردهای عمدتاً الکترونیکی.

نانو پوشش های حفاظتی برای افزایش مقاومت در برابر خوردگی و حفاظت در مقابل عوامل مخرب محیطی.

نانو ذرات به عنوان پیش سازنده یا اصلاح ساز پدیده های شیمیایی و فیزیکی.

تعریف استاندارد Nanotechnology

به طراحی، تعیین ویژگی ها، تولید و کاربرد مواد، ابزار آلات و سیستم ها با کنترل شکل و اندازه در مقیاس نانو می گویند.

به دستکاری کنترل شده، جاگیری دقیق، اندازه گیری، مدلسازی و تولید مواد در مقیاس نانو می گویند و هدف آن تولید مواد، ابزار و سیستم هایی با ویژگی های بنیادی و عملکردهای جدید می باشد پس علم نانو علمی است برای زندگی.

اصول بنیادی

یک نانومتر (nm) یک میلیاردیم متر است. برای سنجش طول پیوندهای کربن-کربن، یا فاصلهٔ میان دو اتم بازهٔ 12. تا 15. نانومتر به کار می رود؛ همچنین قطر یک مولکول دی ان ای دو رشته ای نزدیک به 2 نانومتراست. و از سوی دیگر کوچک ترین باکتری 200 نانومتر است. اگر بخواهیم برای دریافتن مفهوم اندازهٔ یک نانومتر نسبت به متر سنجشی انجام دهیم می توانیم اندازهٔ آن را مانند اندازهٔ یک تیله به کرهٔ زمین بدانیم. یا به شکلی دیگر یک نانومتر اندازهٔ رشد ریش یک انسان در طول زمانی است که برای بلند کردن تیغ از صورتش باید بگذرد.

با توجه به نو بودن این فن آوری، هر سال کاربردهای جدیدی از آن در صنایع مختلف معرفی می شود. در مورد کاربرد های نانوتکنولوژی در صنعت ساختمان به طور خلاصه می توان به موارد زیر اشاره کرد: