آموزش نانو/ اندازه ابعاد دنیای نانو چقدر است؟

آخرين خبر/ نانو، علمي‌ است که هر روزه با تبديل شدن به فناوري‌هاي پيشرفته ما را شگفت زده مي‌کند. ما مي‌توانيم از خاصيت اين فناوري کاربردي در صنعت و زندگي روزمره بهره‌هاي بسياري ببريم. از طرفي مسابقه ملي فناوري نانو در پيش است. به بهانه اين رويداد ملي، خوب است با ما براي درک ساز و کار علم و تکنولوژي نانو همراه باشيد. تيم علمي آخرين خبر هر روز برايتان از نانو مي‌گويد. منبع مقالات آموزشي که هر روز مي‌خوانيد سايت آموزش فناوري نانو است که براي شرکت در مسابقه و يا براي افزايش اطلاعات مفيد خود مي‌توانيد مطالعه کنيد. با ما از مفاهيم پايه تا تجاري سازي فناوري نانو را بياموزيد. ابعاد نانو پيشوند نانو از واژه يوناني نانوس (Nanos) به معناي قدکوتاه (Dwarf) استخراج شده است. نانو هم اکنون واژه شناخته شده براي بيشتر علوم پيشرفته و بسياري از نانوواژه‌ها (واژه‌هاي مربوط به نانو) اخيرا در فرهنگ لغات وارد شده‌اند. واژه‌هايي مانند نانومتر، نانومقياس، نانوفناوري، نانوساختار، نانولوله، نانوسيم و نانوربات از اين قبيل هستند. نانو يک پيشوند اندازه به معني يک بيليونيوم يا 9-10 است. همان‌طور که مي‌دانيد غير از نانو پيشوندهاي بسيار ديگري هم بزرگ‌تر و هم کوچک‌تر از نانو وجود دارد که در جدول 1 آمده است. اما از ميان تمام اين مقياس‌ها، امروزه تنها پيشوند نانو به صورت يک علم مطرح است که دليل آن ويژگي‌هاي جديدي است که در اين ابعاد حاصل مي‌شود. به طور عمده، نانو به عنوان صفت مورد استفاده قرار مي‌گيرد تا پديده‌ها، سيستم‌ها و اشياء را با ويژگي‌هايي که در ساختار نانومتري حاصل مي‌شوند، توصيف کند. جدول 1. برخي از پيشوندهاي اندازه فناوري نانو درباره ساختارها يا موادي با اندازه بسيار کوچک در حد چند نانومتر بحث مي‌کند. يک نانومتر (9- 10 متر)، تقريبا معادل طول ده اتم هيدروژن يا پنج اتم سيليکون رديف شده در يک خط است. قطر تار موي سر انسان حدودا 60000 نانومتر است (شکل 1). اهميت مقياس نانو در تغيير خواص و ويژگي‌هاي مواد در اين ابعاد است. خواصي که مواد در ابعاد معمولي دارند و مشخصه يک ماده هستند مانند استحکام، انعطاف‌پذيري، رسانايي الکتريکي، خواص مغناطيسي، رنگ، واکنش‌پذيري و غيره، در ابعاد نانو تغيير مي‌کنند و ويژگي‌هاي جديدي به وجود مي‌آيد. در نتيجه در مقياس نانو مواد جديدي ظهور مي‌يابند که خواص قبلي خود را نداشته و داراي خواص جديدي هستند که بايد اين خواص مشخص شوند. ابعاد کوچک، اجازه کارآمدي بيشتر در يک فضاي معين را مي‌دهند. مواد در مقياس ميکرومتر، معمولا خواص فيزيکي مشابه با حالت ماکروسکوپي (ابعاد معمولي که با چشم غير مسلح قابل مشاهده مي‌باشند) را نشان مي‌دهند اما مواد در مقياس نانو خواص متفاوتي را در مقايسه با ابعاد ماکروسکوپي و معمولي نشان مي‌دهند. شکل 1. نمايش شماتيک اندازه يک تار موي انسان بسياري از مواد موجود در طبيعت داراي ساختاري در ابعاد ميکرو و نانو هستند. جهان طبيعت پر از سيستم‌هايي با ساختارهاي نانومتري مانند شير (يک کلوئيد نانومقياس)، پروتئين‌ها، سلول‌ها، ويروس‌ها و غيره است که در شکل 2 برخي از آن‌ها نشان داده شده است. بسياري از موجودات از ساختارهايي در ابعاد نانو در داخل بدن خود استفاده مي‌کنند. مانند مارمولک که علت چسبندگي بالاي آن به سطوح مختلف، داشتن سوزن‌هاي نانومتري در پنجه‌هايش مي‌باشد. پيشرفت‌هاي اخير صورت گرفته در ساخت ابزارهاي مشخصه‌يابي نانوساختارها (مانند ميکروسکوپ الکتروني، روبشي و ...) به جهش عظيمي در مطالعه و استفاده صنعتي از اين مواد منجر شده است. شکل 2. مقايسه مواد زيستي در مقياس نانو و ميکرو تعريف‌هاي مختلف فناوري نانو اين واقعيت را نشان مي‌دهند که اين فناوري دامنه وسيعي از حوزه‌هاي علمي را در بر مي‌گيرد و در حقيقت يک علم بين رشته‌اي است. به طور کلي، فناوري نانو مي‌تواند به عنوان فناوري طراحي، توليد و کاربرد نانوساختارها شناخته شود. فناوري نانو همچنين شامل فهم بنيادي پديده‌ها و خواص فيزيکي در ابعاد نانو مي‌باشد. مفهوم فناوري نانو اولين بار با سخنرني آقاي فاينمن (R. Feynman) در جلسه 1959 انجمن فيزيک آمريکا آغاز شد که در آنجا فاينمن گفت: «چه اتفاقي رخ خواهد داد اگر ما بتوانيم اتم‌ها را دانه به دانه به صورتي که خودمان مي‌خواهيم مرتب کنيم؟» همان‌طور که مي‌دانيد خواص مواد به شدت تابع نحوه کنار هم قرار گرفتن (چيدمان) اتم‌ها مي‌باشد و براي مثال دو ماده الماس و گرافيت (ذغال) هر دو فقط و فقط از اتم‌هاي کربن تشکيل شده‌اند اما خواص کاملا متفاوتي دارند. الماس يک ماده فوق مستحکم، عايق جريان الکتريسيته مي‌باشد؛ در حالي که گرافيت نرم است و تا حدي رساناي جريان الکتريسيته مي‌باشد. تفاوت اين دو ماده تنها در چيدمان اتم‌هاي کربن، طول پيوند و زاويه پيوند است. در الماس زاويه بين پيوند اتم‌هاي کربن حدودا 109 درجه است اما در گرافيت اين زاويه 120 درجه مي‌باشد که در شکل 3 نشان داده شده است. بنابراين با تغيير چيدمان اتم‌ها مي‌توان به مواد جديد با خواص بهبود داده شده دست يافت. با پيشرفت علم نانو و تجهيزات مربوط به آن اين امکان براي انسان‌ها فراهم شد تا بتوانند چيدمان اتم‌ها را تغيير دهند و آن‌ها را به صورت دلخواه مرتب کنند. به اين کار اصطلاحا دستکاري (Manipulation) گفته مي‌شود. شکل 3. ساختار اتمي الماس و گرافيت پس به طور خلاصه هم با ريز کردن ابعاد مواد و رساندن آن به ابعاد نانو مي‌توان خواص مواد را تغيير داد و هم با چيدمان اتم‌هاي آن که اين دو مفهوم مبناي روش‌هاي ساخت مواد نانوساختار است. با کانال تلگرامي «آخرين خبر» همراه شويد