مقاله نانوتكنولوژي چيست ؟

... دانلود ...

بخشی از متن مقاله نانوتکنولوژي چيست ؟ :

کامپیوترها اطلاعات را تقریبا” بدون صرف هیچ هزینهأی باز تولید مینمایند. اقداماتی در دست اجراست تا دستگاههایی ساخته شوند که تقریبا” بدون هزینه – شبیه عمل بیتها در کامپیوتر – اتمها را به صورت مجزا بهم اضافه کنند ( کنار هم قرار دهند). این امر ساختن اتوماتیک محصولات را بدون نیروی کار سنتی همانند عمل کپی در ماشینهای زیراکس میسر میکند. صنعت الکترونیک با روند کوچک سازی احیا می گردد وکار در ابعاد کوچکتر منجر به ساخت ابزاری میشود که قادر به دستکاری اتمهای منفرد مثل پروتئینها در سیب زمینی و همانندسازی اتمهای خاک, هوا و آب از خودشان میگردد.

پیوند علم مواد , شیمی و علوم مهندسی که نانوتکنولوژی نامیده میشود عرصه أی را بوجود میآورد که ماشین آلات خود تکثیرکننده و محصولات خود اسمبل از اتمهای اولیه ارزان ساخته شوند.
نانوتکنولوژی تولید مولکولی یا به زبان ساده‌تر , ساخت اشیا اتم به اتم, مولکول به مولکول توسط بازوهای روبات برنامه‌ریزی شده در مقیاس نانومتریک است و نانومتر یک میلیاردم متر است
( پهنای معادل با 3 تا 4 اتم). نانوتکنولوژی ساخت ابزارهای نوین مولکولی منحصر به فرد با بکارگیری خواص شیمیایی کاملا” شناخته‌شده اتمها و مولکولها ( نحوه پیوند آنها به یکدیگر) را ارائه می‌دهد. مهارت مطرحه در این تکنولوژی دستکاری اتمها بطور جداگانه و جای دادن دقیق آنان در مکانی است که برای رسیدن به ساختار دلخواه و ایده‌آل موردنیاز می‌باشد. این قابلیت تقریبا” حاصل شده است.
بازده پیش‌بینی شده از تسلط بر این تکنولوژی بسیار فراتر از موفقیتهایی است که تاکنون انسان بدانها نائل شده است.

قابلیتهای محتمل تکنیکی نانوتکنولوژی عبارتند از :
1- محصولات خوداسمبل
2- کامپیوترهایی با سرعت میلیاردها برابر کامپیوترهای امروزی
3- اختراعات بسیار جدید ( که امروزه ناممکن است)
4- سفرهای فضایی امن و مقرون به صرفه

5- نانوتکنولوژی پزشکی که درواقع باعث ختم تقریبی بیماریها, سالخوردگی و مرگ و میر خواهد شد. 

6- دستیابی به تحصیلات عالی برای همه بچه‌های دنیا
7- احیای مجدد بسیاری از حیوانات و گیاهان منقرض‌شده
8- احیا و سازماندهی اراضی

دکترDrexler در همایش جهانی نظام علمی در زمینه نانوتکنولوژی اظهار کرده است: “در جهان اطلاعات , تکنولوژیهای دیجیتالی کپی‌برداری را سریع, ارزان, کامل و عاری از هزینه‌بری یا پیچیدگی محتوایی نموده‌اند. حال اگر همین وضعیت در جهان ماده اتفاق بیافتد چه می‌شود. هزینه تولید یک تن
‌تری بیت تراشه‌های RAM تقریبا” معادل با هزینه بری ناشی از تولید همان مقدار فولاد می‌شود”.
دکترSmalley رئیس هیئت تحقیقاتی دانشگاه رایس و کاشف Buckyballs می‌گوید:

” نانوتکنولوژی روند زیانبار ناشی از انقلاب صنعتی را معکوس خواهد کرد”. در مقدمه مقاله نانوتکنولوژی که توسط آقایان Peterson و Pergamit در سال 1993 نگاشته شده چنین آمده است :
” تصور کنید قادرید با نوشیدن دارو که در آب میوه مورد علاقه‌تان حل شده است سرطان را معالجه کنید . یک ابر کامپیوتر را که به اندازه یک سلول انسان است در نظر بگیرید. یک سفینه فضایی 4 نفره که به دور مدار زمین می‌گردد با هزینه‌ای در حدود یک خودروی خانوادگی تجسم کنید” .

موارد فوق, فقط تعداد محدودی از محصولات انتظار رفته از نانوتکنولوژی هستند. انسان در معرض یک انقلاب اجتماعی تسریع شده و قدرتمند است که ناشی از علم نانوتکنولوژی است. در آینده نزدیک گروهی از دانشمندان قادر به ساخت اولین آدم آهنی با مقیاس نانومتری می‌گردند که قادر به همانندسازی است. طی چند سال با تولید پنج میلیارد تریلیون نانوروبات , تقریبا” تمامی فرایندهای صنعتی و نیروی کار کنونی از رده خارج خواهند شد. کالاهای مصرفی به وفور یافت‌شده , ارزان, شیک و با دوام خواهند شد. دارو یک جهش سریع و کوانتومی را به جلو تجربه خواهد نمود. سفرهای فضایی و همانندسازی امن و مقرون به صرفه خواهند شد. به این دلایل و دلائلی دیگر, سبکهای زندگی روزمره در جهان بطور زیربنایی متحول خواهد شد و الگوی رفتاری انسانها تحت‌الشعاع این روند قرار خواهد گرفت.

تعاریف :
– Assembler : یک ماشین مولکولی که قابل برنامه‌ریزی‌شدن به‌منظور ساخت هر ساختار مولکولی یا وسیله از واحدهای ساختمانی شیمیایی کوچکتر می‌باشد. مانند کارخانه تولید ماشین که با کامپیوتر کنترل می‌شود.
– Atomic Force Microscope : یک وسیله که قادر است با پروب کردن (Probing) سطوح, از آنهـا تصاویـری بـا دقـت مولکولی تهیـه کنـد.این وسیله در واقع یـک نـوع میل نزدیک‌شونده (Proximal Probe) است.

– Biomolecular Nanotechnology : نانوتکنولوژی بیومولکولی, نانوتکنولوژی مربوط به سیستمهای زنده. این تکنولوژی, نتیجه توانایی ما برای بکارگیری بیومولکولها بعنوان اجزای نانوتکنولوژی مولکولی می‌باشد.

– Bottom up : پایین به بالا. ساختن چیزهای بزرگ از اجزای ساختمانی کوچکتر. نانوتکنولوژی به دنبال اینست که اتمها و مولکولها را بعنوان اجزای ساختمانی بکار گیرد. مزیت طراحی پایین به بالا, اینست که پیوندهای کووالانسی که در یک مولکول وجود دارد, بسیار قویتر از پیوندهای شیمیایی ضعیفی است که مولکولها را به هم پیوند می‌دهد.

– Brownion Assembly : حرکت موجی در یک سیال باعث می‌شود مولکولها در حالات مختلفی نسبت به همدیگر قرار گیرند. اگر مولکولها دارای سطح تماس مناسب باشند, می‌توانند با هم ترکیب شده و به شکل یک ساختار خاص درآیند. Brownion Assembly یک اسم ظاهرا” بی‌معنی برای self-assembly است (چگونه یک ساختار می‌تواند خودش را بسازد, وقتی خودش هنوز وجود ندارد؟).

– Causality : قانون علت و معلول. علیت در فیزیک, قانونی است که توسط انیشتن ارائه شده‌است و چنین بیان می‌دارد که اطلاعات نمی‌توانند با سرعتی بیش از سرعت نور حرکت کنند. آیا این قانون نقض شده‌است؟

– Definition of Scanning Probe Microscopy : تعریف میکروسکوپی با میل تصویربردار. روشی برای مشاهده ساختار نانومتری سطوح که در آن از نیروهای با برد کوتاه مانند نیروهای تونلی (Tunneling), نیروهای اتمی, مولکولی, موضعی و غیره استفاده می‌شود.

– Denderimer : درخت‌سان. درخت‌سان, یک پلیمر شاخه‌دار است و اسم آن از لغت یونانی dendra-tree گرفته شده‌است.

– Disassembler : سیستمی از نانوماشینها که می‌تواند تعداد کمی از اتمهای یک شیُ را بطور جداگانه دریافت کرده و ساختار آن را در سطح مولکولی نشان دهد.

– Electron Beam : پرتو الکترونی. جریانی از الکترونها که با سرعت یکسان در یک جهت حرکت می‌کنند. می‌توان با شتاب‌دادن و هم‌جهت‌کردن الکترونها بین یک کاتد و یک آند که بین آنها خلأ می‌باشد, یک پرتو الکترونی را تولید نمود. شاید بیشترین پرتو الکترونی موجود, همانهایی باشند که در لوله‌های اشعه کاتدی موجود در دستگاه تلویزیون ایجاد می‌شوند. پرتوهای الکترونی مبنای تصویربرداری میکروسکوپی الکترونی (Scanning Electron Microscopy) و چاپ الکترونی (Electron Beam Lithography) می‌باشند.

– Electron Beam Lithography (EBL) : چاپ الکترونی. روشی برای ساختن سطوح نانومتری بوسیله قراردادن سطوح حساس الکتریکی در مسیر یک پرتو الکترونی. این روش شبیه چاپ نوری (Photolithography) است, اما الکترونها را بیشتر از فوتون‌ها بکار می‌برد. از آنجا که طول موج الکترون خیلی کمتر از فوتون است, لذا شکست نور, مانعی برای شفافیت نیست. هرچند EBL خیلی گرانتر از چاپ نوری بوده و قابل رقابت با آن نیست, اما شفافیت آن بالاتر بوده و اخیرا” برای ساخت ماسکهای لیتوگرافیکی بکار می‌رود.

– Magnetic Force Microscopy (MFM) : میکروسکوپی با نیروی مغناطیسی. یک روش برای مشاهده مواضع مغناطیسی موضعی نزدیک یک سطح.

– Micro-Electrohanical Systems (MEMS) : سیستمهای میکروالکترونی (که اغلب با نام میکروسیستمها “MST” شناخته می‌شوند) الکترونیک را با وسایل مکانیکی میکرومتری ترکیب کرده و ماشین‌آلات میکروسکوپی را بوجود می‌آورند. سیستمهای نانوالکترونی (MEMS) به لحاظ کوچکتربودن, مهمتر بوده و یکی از اهداف نانوتکنولوژی می‌باشند.

– Molecular Electronics : الکترونیک مولکولی. این روزها هر سیستمی که دارای وسایل الکترونی دقیق در مقیاس نانومتری باشد, بخصوص اگر بیشتر از بخشهای مولکولی مجزا ساخته شده‌باشد تا مواد به‌هم پیوسته, جز وسایل نیمه‌هادی شناخته می‌شود.

– Molecular Manipulator : سازنده مولکولی. وسیله‌ا‌ی شامل یک مکانیسم میل‌محوری که دارای یک پوسته مولکولی روی یک سوزن می‌باشد. وبرای استقرار دقیق مولکولها به کار می‌رود. این وسیله می‌تواند بعنوان مبنای ایجاد ساختارهای پیچیده بوسیله آنالیز مکانی مورد استفاده قرار گیرد.

– Molecular Manufacturing : ساخت مولکولی. ساخت با ماشین‌آلات مولکولی و کنترل مولکول به مولکول تولید از طریق آنالیز شیمیایی مکانی .

– Molecular hanics : مکانیک مولکولی. یک برنامه مکانیک مولکولی توسط نرمن آلینگر و همکارانش بوجود آمد؛ مدل MM2 یک تابع انرژی پتانسیل مولکولی است که توسط روابط , قوانین و پارامترهای موجود در برنامه توضیح داده می‌شود.

– NEMS : سیستمهای نانو الکترومکانیکی. MEMS در مقیاس نانومتری.
– Nano : یک پیشوند به معنی9-10 یا یک‌میلیاردم.
– Nano Computer : نانوکامپیوتر. کامپیوتر ساخته‌شده از اجزا (مکانیکی, الکترونیکی یا سایر مواد) در مقیاس نانومتری.
– Nanoelectronics : نانوالکترونیک. الکترونیک در مقیاس نانومتری, چه بوسیله روشهای معمولی ایجادشده باشد, چه توسط نانوتکنولوژی که شامل الکترونیک مولکولی و وسایل با مقیاس نانو باشد, مانند وسایل نیمه‌هادی امروزی.
– Nanoimprinting : نانوچاپ. گاهی چاپ نرم (Soft lithography) نامیده می‌شود. روشی که در اصل بسیار ساده بوده و بطور کل قابل مقایسه با چاپ قالبی می‌باشد, اما در این روش از قالبهایی در مقیاس نانومتری استفاده می‌شود . دو نوع نانوچاپ وجود دارد: یکی روشی که از فشار برای ایجاد اثر قالبها روی سطح استفاده می‌کند و دیگری که شباهت بیشتری با printing press دارد و اساس آن استفاده از جوهر برای ایجاد اثر قالب روی سطح می‌باشد. روشهای دیگر مانند سیاه‌قلم (etching) ممکن است در آینده ارائه شوند.

– Nano Lithography : نوشتن در مقیاس نانو. این کلمه از لغات یونانی nanos-dwarf , lithos-rocks و grapho-to write حاصل شده‌است. این لغت بطور تحت‌اللفظی به معنای “ریزنوشتن بر روی سنگ” می‌باشد.
– Nano Machine : نانوماشین. یک ماشین مولکولی مصنوعی که با ساخت مولکولی تولید می‌شود.
– Nanomanufacturing : نانوساخت. شبیه ساخت مولکولی است.

– Nanotube : نانولوله. یک ساختار تک‌بعدی با شکل استوانه‌ا‌ی (یک شبکه محدب از اتمها که فقط شکلهای 5 یا 6 وجهی دارند). نانولوله‌های کربنی در سال 1991 توسط سومیو ایجیما کشف شدند که مانند گرافیت لوله شده‌بودند. البته آنها را نمی‌توان واقعا” از این طریق تولید کرد. نانولوله‌ها بر حسب جهتی که لوله شوند, ممکن است به صورت هادی یا نیمه‌هادی عمل کنند. نانولوله‌ها نمونه‌ا‌ی از کاربرد ترکیبات مولکولی در نانوتکنولوژی می‌باشند.

– Nuclear Magnetic Resonance (NMR) : ارتعاش مغناطیسی هسته‌ا‌ی. یک روش تجزیه‌ا‌ی با کاربردهای فراوان که برای بررسی اتمی و اطلاعات ساختاری مولکولها بکار می‌رود. این روش شامل بکارگیری یک میدان مغناطیسی قوی روی یک نمونه و اندازه‌گیری نحوه پاسخ‌دهی آن به امواج رادیویی می‌باشد (هرچه میدان قوی‌تر باشد, نتایج واضح‌تر است). نحوه پاسخ بستگی به میزان جذب امواج توسط هسته‌ها به علت موقعیت اسپینی آنها دارد.

– Optical Tunneling : یک پدیـده مکانیک کوانتومی منتـج از تغییـر موضع فوتـون, که باعث عبور نور از موانعی مانند یک سطح مشترک می‌شود. احتمالا” اسحاق نیوتن اولین کسی بود که این پدیده را مشاهده و ثبت نمود. اخیرا” این اصل جهت غلبه بر دو محدودیت تئوری نور مورد استفاده قرار گرفته‌است. این دو محدودیت عبارتند از “محدودیت سرعت” و “محدودیت شکست میدان دور” (far-field diffraction limit).
– Photolithographic Mask : یک شابلون مورد استفاده در لیتوگرافی نوری که باعث می‌شود که سطوح حساس به نور به طور انتخابی در معرض نور قرار گیرند.
– Photolithography : لیتوگرافی نوری. کنده‌کاری با بکارگیری نور. اغلب با بکارگیری یک شابلون, سطح حساس به نور را به‌طور انتخابی در معرض نور قرار می‌دهند و منطقه در معرض نور قرارگرفته, قلم‌کاری می‌شود (کنده‌کاری به مفهوم شیمیایی صورت می‌گیرد).

– Positional Synthesis : آنالیز موضعی. کنترل واکنشهای شیمیایی بوسیله تعیین دقیق موضع مولکولهای واکنش‌دهنده. مبنای اصلی اسمبل‌کننده‌ها.
– Proximal Probs : میلهای نزدیک‌شونده. یک مجموعه از وسایل با توانایی کنترل و تشخیص موضعی ریز, شامل تصویربرداری تونلی و میکروسکوپهای با نیروی اتمی؛ بطور کل یک تکنولوژی توانا در نانوتکنولوژی است.
– Quantum Computer : کامپیوتر کوانتومی. یک کامپیوتر که به علت داشتن اجزا مولکولی, اتمی و نانومتری دارای مزایای خواص مکانیک کوانتومی می‌باشد. کامپیوترهای کوانتومی ممکن است در آینده‌ا‌ی نه‌چندان دور, صنعت کامپیوتر را دگرگون سازند.

– Quantum Dot : نقطه کوانتومی. یک وسیله بسیار کوچک که اضافه یا کم‌کردن یک الکترون باعث ایجاد تغییر قابل ملاحظه‌ا‌ی در آن شود.
– Quantum Mirage : سراب کوانتومی. یک خاصیت با مقیاس نانو که انتقال اطلاعات را در حین بکارگیری خاصیت موجی الکترونها, ممکن می‌سازد. بنابراین کامپیوترهای کوانتومی ممکن است به کابل بدان صورت که ما می‌شناسیم, احتیاج نداشته‌باشند.

– Replication :همانند سازی. مکانیسمی که برای کپی‌برداری از اطلاعات ژنتیکی سیستمهای زنده بکار می‌رود.
– Replicator : همانندساز. در بحث تکامل, یک همانندساز عبارتست از ماهیتی که قابلیت کپی‌کردن خود را داشته‌باشد (مانند ژن یا محتویات یک دیسک کامپیوتری). این کپی شامل تمام تغییراتی است که بر سر آن ماهیت آمده‌است. در یک دید وسیعتر, یک همانندساز سیستمی است که می‌تواند خود را کپی کند ولی لازم نیست که تمام تغییراتی را که متحمل شده‌است, کپی نماید. ژنهای یک خرگوش از دیدگاه اول, همانندساز هستند (یعنی تغییرات ژنتیکی به ارث برده می‌شوند). خرگوش به خودی خود یک همانندساز است, اما فقط از دیدگاه دوم. یک شکاف ایجادشده در گوش خرگوش به ارث برده نمی‌شود.
– Restriction Enzyme : آنزیم مانع. هر آنزیمی که DNA را در محلهای خاصی قطع کند. این آنزیم به بیولوژیست‌ها این اجازه را می‌دهد تا مواد ژنتیکی را به DNA وارد و یا از آن خارج سازند.
– Scanning Capacitance Microscopy : روشی برای نقشه‌برداری از ظرفیت موضعی یک سطح.

– Scanning Force Microscopy : روشی برای مشاهده توپوگرافی نانومتری و سایر خواص یک سطح.این روش همچنین به‌ نام Atomic Force Microscopy(AFM) نیز نامیده می‌شود.
– Scanning Near Field Optical Microscopy : روشی برای مشاهده خواص نوری موضعی یک سطح که ممکن است کوچکتر از طول موج نور بکاررفته باشند.
– Scanning Thermal Microscopy : روشی برای مشاهده دماهای محلی و گرادیان دما در یک سطح.
– Scanning Tunneling Microscopy : وسیله‌ا‌ی جهت عکسبرداری از سطوح هادی با دقت اتمی, این وسیله برای اتصال مولکولها به یک سطح بکار می‌رود.
– Self-Assembler : خودچیدمان. یک نوع خاص از همانندسازها که اقدام به خودچیدمانی می‌نمایند بدون اینکه به انرژی خارجی یا اطلاعات ورودی نیاز داشته‌باشند. در یک خودچیدمان, انتخاب مواد شروع (ورودی), تعیین‌کننده فرآیند بوده و این مرحله همیشه در سطح انرژی بالاتری نسبت به محصول (خروجی) قرار دارد.

– Self-Assembly : خودچیدمانی. یک روش ساخت که در آن اجزا در یک محصول, فاز گاز یا یک سطح مشترک تا رسیدن به حداقل انرژی بطور خودبه‌خود رشد یافته و تکثیر می‌شوند. اجزا در یـک ساختـار خودچیدمانـی, موضـع قرارگیری خـود را بـر حسـب خـواص ساختـاری خویش (یا خواص شیمیایی در سطح اتمی یا مولکولی) می‌یابند. نیروی فعالیت لازم توسط اختلاف انرژی بین حالت اولیه و نهایی ایجاد می‌شود. خودچیدمانی فقط به مقیاس مولکولی محدود نمی‌شود و می‌توان آن را در هر مقیاسی اجرا نمود و این امر باعث شده‌است که این تکنیک, یک روش قوی تولید پایین به بالا (Bottom-up) در نانوتکنولوژی شود.

– Self-Replication : خود همانندسازی . عمل همانندسازی اشیا توسط خودشان مانند تولید بیولوژیکی است, با این تفاوت که اشیا خودهمانندسازی می‌توانند کپی‌های دقیقی از خود ایجاد نمایند.
– Single Electron Transfer : انتقال تک‌الکترون. حضور یک الکترون در یک زمان بین دو الکترود. در حالیکه وسایل الکترونیکی معمولی با توده‌ا‌ی از الکترونها کار می‌کنند, مدارهای نانوالکترونی می‌توانند با تعداد اندکی یا حتی یک الکترون فعالیت کنند.
– Superposition : سوپرموضع. یک پدیده مکانیک کوانتومی که در آن یک شی می‌تواند بطور همزمان در دو موقعیت وجود داشته‌باشد.