نانوتکنولوژی چیست؟

نانوتکنولوژی مولکولی ، نامی است که به یک نوع فن‌آوری تولیدی اطلاق می‌شود. همانطور که از نامش پیداست ، نانوتکنولوژی مولکولی، هنگامی محقق می‌شود که ما توانایی ساختن چیزها را از اتمها داشته باشیم و در این صورت ما توانایی آرایش دوباره مواد را با دقت اتمی خواهیم داشت.

هدف نانوتکنولوژی ساختن مولکول به مولکول آینده است . همانطور که وسایل مکانیکی به ما اجازه می‌دهند که چیزی فراتر از نیروی فیزیکی خود به دست آوریم، علم نانویی و تولید در مقیاس نانو هم، سبب می‌شود تا ما بتوانیم پارا بفراتر از محدودیتهای اندازه‌ای که به طور طبیعی موجود است، بگذاریم و درست روی واحدهای ساختاری مواد کار کنیم, جایی که خاصیت مواد مشخص می‌شود و با تغییر در آن واحدها می‌توان تغییرات خواص را ایجادکرد. برای کنترل ساختار مواد، باید یک سیستم کامل و ارزان قیمت در اختیار داشته باشیم. فرض اصلی در نانوتکنولوژی این است که تقریباً همه ساختارهای با ثبات شیمیایی که از نظر قوانین فیزیک رد نمی‌شوند را می‌توان ساخت. 

ماهیت نانوتکنولوژی، عبارت است از توانایی کار کردن در تراز اتمی، مولکولی و فراتر از مولکولی، در ابعاد بین ۱ تا ۱۰۰ نانومتر، با هدف ساخت و دخل و تصرف در چگونگی آرایش اتمها یا مولکولها و با استفاده از موا‌د, وسایل و سیستم‌هایی با تواناییهای جدید و اعمال تازه که ناشی از ابعاد کوچک ساختارشان می‌باشد. همه مواد و سیستم‌ها زیربنای ساختاری خود را در مقیاس نانو ترتیب می‌دهند. در اینجا مثالهایی را ذکر می‌کنیم. یک مولکول آب دارای قطر حدود ۱ نانومتر است. قطر یک نانوتیوب تک لایه ۲/۱ نانومتر می‌باشد. کوچکترین ترانزیستورها به اندازه ۲ نانومتر می‌باشند. مولکول DNA ، ۵/۲ نانومتر پهنا دارد و پروتئینها بین ۱ تا ۲۰ نانومتر هستند. قطر ATP ، ۱۰ نانومتر بوده و یک وسیله مولکولی نیز ممکن است در حدود چند نانومتر باشد….

پیشگامان نانوتکنولوژی

چهل سال پیش Richard Feynman ، متخصص کوانتوم نظری و دارنده‌ی جایزه‌ی نوبل، درسخنرانی معروف خود در سال ۱۹۵۹ با عنوان ” آن پایین فضای بسیاری هست” به بررسی بعد رشد نیافته علم مواد پرداخت. وی در آن زمان اظهار داشت، ” اصول فیزیکن تا آنجایی که من توانایی فهمش را دارم، بر خلاف امکان ساختن اتم به اتم چیزها حرفی نمی‌زنند”. او فرض را بر این قرار داد که اگر دانشمندان فراگرفته‌اند که چگونه ترانزیستورها و دیگر سازه‌ها را با مقیاسهای کوچک، بسازند پس ما خواهیم توانست کا آنها را کوچک و کوچک‌تر کنیم. در واقع آنها به مرزهای حقیقی‌شان در لبه‌های نامعلوم کانتوم نزدیک خواهند شد و فقط هنگامی این کوچک شدن متوقف می‌شود که خود اتمها تا حد زیادی ناپایدار شده و غیر قابل فهم گردند.  Feynman فرض کرد وقتی زبان یا سبک خاص اتمها کشف گردد، طراحی دقیق مولکولها امکان‌پذیر خواهد بود و به طوری که یک اتم را در مقابل دیگری به گونه‌ای قرار دهیم که بتوانیم کوچکترین محصول مصنوعی و ساختگی ممکن را ایجاد کنیم. 

با استفاده از این فرمهای بسیار کوچک چه وسایلی می‌توانیم ایجاد کنیم؟ 

.  Feynmanدر ذهن خود یک ” دکتر مولکولی” تصور کرد که صدها بار از یک سلول منحصر به فرد کوچکتر است و می‌تواند به بدن انسان تزریق شود و درون بدن برای انجام کاری یا مطالعه و تایید سلامتی سلولها و یا انجام اعمال ترمیمی و به طور کلی برای نگهداری بدن در سلامت کامل به سیر بپردازد.

مواد

مواد عالي و هوشمند

1)         مواد عالي: 

مواد عالي ساختارهايي با دقت اتمي‌اند كه مي‌توانند ساختارهاي فلزي با استحكام بالا و بدون نقض بسازند. اين مواد كه با دقت اتمي ساخته شده‌اند وزن بيشتري تحمل مي‌كنند و مدت زمان بيشتري دوام دارند و در حين واكنش، گرماي كمتري ايجاد مي‌كنند. كربن الماسي شكل 50 تا 70 برابر قويتر از فولاد است و وزن كمتري دارد،  Bucky tubeها صد برابر قويتر و مثل مس هادي الكتريسته هستند. بسياري از كربنهايي كه در حال حاضر نياز است كه توليد بشوند از ميلياردها پوند سوخت فسيلي كه در زمان انقلاب صنعتي در جو سوزانده شده‌اند توليد شده و در حال حاضر در دسترسند. بنابراين مواد خام خودشان از قبل توليد شده‌اند. 

2)مواد هوشمند: 

تصور كنيد كه مايع شفافي را براي ناخن‌هايتان استفاده كنيد، كه قسمتي با تمام رنگ ناخن شما را با دستور شفاهي شما عوض كند. با مرتب كردن اتمها به صورتهاي مناسب، مواد هوشمند همان روش شكست نور را استفاده خواهند كرد، مثل بالهاي پروانه كه براي درست كردن رنگ از اين روش استفاده مي‌كنند. نكته جالب ديگر اينكه از اين به بعد ناخن‌هايتان نخواهد شكست، پوشش سختي با يك شبكه الماسي موثر، در ناخن نفوذ مي‌كند، اين شبكه يك نيروي فيزيكي براي حفظ نوك ناخن‌ها ايجاد مي‌نمايد. اگر يك ناخن صدمه ببيند اين پوشش اتوماتيك ‌وار آن را دوباره سازي مي‌كند. لوازم آرايش جز صنايع چند ميليون دلاري است كه از اين سري جديد پوشش‌هاي هوشمند هستند، سود خواهند برد.