دانلود مقاله نانوتکنولوژی چیست ؟

بخشی از مقاله

كامپيوترها اطلاعات را تقريبا" بدون صرف هيچ هزينهأي باز توليد مينمايند. اقداماتي در دست اجراست تا دستگاههايي ساخته شوند كه تقريبا" بدون هزينه - شبيه عمل بيتها در كامپيوتر - اتمها را به صورت مجزا بهم اضافه كنند ( كنار هم قرار دهند). اين امر ساختن اتوماتيك محصولات را بدون نيروي كار سنتي همانند عمل كپي در ماشينهاي زيراكس ميسر ميكند. صنعت الكترونيك با روند كوچك سازي احياء مي گردد وكار در ابعاد كوچكتر منجر به ساخت ابزاري ميشود كه قادر به دستكاري اتمهاي منفرد مثل پروتئينها در سيب زميني و همانندسازي اتمهاي خاك، هوا و آب از خودشان ميگردد.

پيوند علم مواد ، شيمي و علوم مهندسي كه نانوتكنولوژي ناميده ميشود عرصه أي را بوجود ميآورد كه ماشين آلات خود تكثيركننده و محصولات خود اسمبل از اتمهاي اوليه ارزان ساخته شوند.
نانوتكنولوژي توليد مولكولي يا به زبان ساده‌تر ، ساخت اشياء اتم به اتم، مولكول به مولكول توسط بازوهاي روبات برنامه‌ريزي شده در مقياس نانومتريك است و نانومتر يك ميلياردم متر است
( پهناي معادل با 3 تا 4 اتم). نانوتكنولوژي ساخت ابزارهاي نوين مولكولي منحصر به فرد با بكارگيري خواص شيميايي كاملا" شناخته‌شده اتمها و مولكولها ( نحوه پيوند آنها به يكديگر) را ارائه مي‌دهد. مهارت مطرحه در اين تكنولوژي دستكاري اتمها بطور جداگانه و جاي دادن دقيق آنان در مكاني است كه براي رسيدن به ساختار دلخواه و ايده‌آل موردنياز مي‌باشد. اين قابليت تقريبا" حاصل شده است.
بازده پيش‌بيني شده از تسلط بر اين تكنولوژي بسيار فراتر از موفقيتهايي است كه تاكنون انسان بدانها نائل شده است.

قابليتهاي محتمل تكنيكي نانوتكنولوژي عبارتند از :
1- محصولات خوداسمبل
2- كامپيوترهايي با سرعت ميلياردها برابر كامپيوترهاي امروزي
3- اختراعات بسيار جديد ( كه امروزه ناممكن است)
4- سفرهاي فضايي امن و مقرون به صرفه

5- نانوتكنولوژي پزشكي كه درواقع باعث ختم تقريبي بيماريها، سالخوردگي و مرگ و مير خواهد شد. 

6- دستيابي به تحصيلات عالي براي همه بچه‌هاي دنيا
7- احياي مجدد بسياري از حيوانات و گياهان منقرض‌شده
8- احياء و سازماندهي اراضي

دكترDrexler در همايش جهاني نظام علمي در زمينه نانوتكنولوژي اظهار كرده است: “در جهان اطلاعات ، تكنولوژيهاي ديجيتالي كپي‌برداري را سريع، ارزان، كامل و عاري از هزينه‌بري يا پيچيدگي محتوايي نموده‌اند. حال اگر همين وضعيت در جهان ماده اتفاق بيافتد چه مي‌شود. هزينه توليد يك تن
‌تري بيت تراشه‌هاي RAM تقريبا" معادل با هزينه بري ناشي از توليد همان مقدار فولاد مي‌شود”.
دكترSmalley رئيس هيئت تحقيقاتي دانشگاه رايس و كاشف Buckyballs مي‌گويد:

" نانوتكنولوژي روند زيانبار ناشي از انقلاب صنعتي را معكوس خواهد كرد". در مقدمه مقاله نانوتكنولوژي كه توسط آقايان Peterson و Pergamit در سال 1993 نگاشته شده چنين آمده است :
" تصور كنيد قادريد با نوشيدن دارو كه در آب ميوه مورد علاقه‌تان حل شده است سرطان را معالجه كنيد . يك ابر كامپيوتر را كه به اندازه يك سلول انسان است در نظر بگيريد. يك سفينه فضايي 4 نفره كه به دور مدار زمين مي‌گردد با هزينه‌اي در حدود يك خودروي خانوادگي تجسم كنيد" .

موارد فوق، فقط تعداد محدودي از محصولات انتظار رفته از نانوتكنولوژي هستند. انسان در معرض يك انقلاب اجتماعي تسريع شده و قدرتمند است كه ناشي از علم نانوتكنولوژي است. در آينده نزديك گروهي از دانشمندان قادر به ساخت اولين آدم آهني با مقياس نانومتري مي‌گردند كه قادر به همانندسازي است. طي چند سال با توليد پنج ميليارد تريليون نانوروبات ، تقريبا" تمامي فرايندهاي صنعتي و نيروي كار كنوني از رده خارج خواهند شد. كالاهاي مصرفي به وفور يافت‌شده ، ارزان، شيك و با دوام خواهند شد. دارو يك جهش سريع و كوانتومي را به جلو تجربه خواهد نمود. سفرهاي فضايي و همانندسازي امن و مقرون به صرفه خواهند شد. به اين دلايل و دلائلي ديگر، سبكهاي زندگي روزمره در جهان بطور زيربنايي متحول خواهد شد و الگوي رفتاري انسانها تحت‌الشعاع اين روند قرار خواهد گرفت.

تعاريف :
- Assembler : يك ماشين مولكولي كه قابل برنامه‌ريزي‌شدن به‌منظور ساخت هر ساختار مولكولي يا وسيله از واحدهاي ساختماني شيميايي كوچكتر مي‌باشد. مانند كارخانة توليد ماشين كه با كامپيوتر كنترل مي‌شود.
- Atomic Force Microscope : يك وسيله كه قادر است با پروب کردن (Probing) سطوح، از آنهـا تصاويـري بـا دقـت مولكولي تهيـه كنـد.اين وسيله در واقع يـك نـوع ميل نزديك‌شونده (Proximal Probe) است.

- Biomolecular Nanotechnology : نانوتكنولوژي بيومولكولي، نانوتكنولوژي مربوط به سيستمهاي زنده. اين تكنولوژي، نتيجة توانايي ما براي بكارگيري بيومولكولها بعنوان اجزاي نانوتكنولوژي مولكولي مي‌باشد.

- Bottom up : پايين به بالا. ساختن چيزهاي بزرگ از اجزاي ساختماني كوچكتر. نانوتكنولوژي به دنبال اينست كه اتمها و مولكولها را بعنوان اجزاي ساختماني بكار گيرد. مزيت طراحي پايين به بالا، اينست كه پيوندهاي كووالانسي كه در يك مولكول وجود دارد، بسيار قويتر از پيوندهاي شيميايي ضعيفي است كه مولكولها را به هم پيوند مي‌دهد.

- Brownion Assembly : حركت موجي در يك سيال باعث مي‌شود مولكولها در حالات مختلفي نسبت به همديگر قرار گيرند. اگر مولكولها داراي سطح تماس مناسب باشند، مي‌توانند با هم تركيب شده و به شكل يك ساختار خاص درآيند. Brownion Assembly يك اسم ظاهرا" بي‌معني براي self-assembly است (چگونه يك ساختار مي‌تواند خودش را بسازد، وقتي خودش هنوز وجود ندارد؟).

- Causality : قانون علت و معلول. عليت در فيزيك، قانوني است كه توسط انيشتن ارائه شده‌است و چنين بيان مي‌دارد كه اطلاعات نمي‌توانند با سرعتي بيش از سرعت نور حركت كنند. آيا اين قانون نقض شده‌است؟

- Definition of Scanning Probe Microscopy : تعريف ميكروسكوپي با ميل تصويربردار. روشي براي مشاهدة ساختار نانومتري سطوح كه در آن از نيروهاي با برد كوتاه مانند نيروهاي تونلي (Tunneling)، نيروهاي اتمي، مولكولي، موضعي و غيره استفاده مي‌شود.

- Denderimer : درخت‌سان. درخت‌سان، يك پليمر شاخه‌دار است و اسم آن از لغت يوناني dendra-tree گرفته شده‌است.

- Disassembler : سيستمي از نانوماشينها كه مي‌تواند تعداد كمي از اتمهاي يك شيُء را بطور جداگانه دريافت كرده و ساختار آن را در سطح مولكولي نشان دهد.

- Electron Beam : پرتو الكتروني. جرياني از الكترونها كه با سرعت يكسان در يك جهت حركت مي‌كنند. مي‌توان با شتاب‌دادن و هم‌جهت‌كردن الكترونها بين يك كاتد و يك آند كه بين آنها خلأ مي‌باشد، يك پرتو الكتروني را توليد نمود. شايد بيشترين پرتو الكتروني موجود، همانهايي باشند كه در لوله‌هاي اشعة كاتدي موجود در دستگاه تلويزيون ايجاد مي‌شوند. پرتوهاي الكتروني مبناي تصويربرداري ميكروسكوپي الكتروني (Scanning Electron Microscopy) و چاپ الكتروني (Electron Beam Lithography) مي‌باشند.

- Electron Beam Lithography (EBL) : چاپ الكتروني. روشي براي ساختن سطوح نانومتري بوسيلة قراردادن سطوح حساس الكتريكي در مسير يك پرتو الكتروني. اين روش شبيه چاپ نوري (Photolithography) است، اما الكترونها را بيشتر از فوتون‌ها بكار مي‌برد. از آنجا كه طول موج الكترون خيلي كمتر از فوتون است، لذا شكست نور، مانعي براي شفافيت نيست. هرچند EBL خيلي گرانتر از چاپ نوري بوده و قابل رقابت با آن نيست، اما شفافيت آن بالاتر بوده و اخيرا" براي ساخت ماسكهاي ليتوگرافيكي بكار مي‌رود.

- Magnetic Force Microscopy (MFM) : ميكروسكوپي با نيروي مغناطيسي. يك روش براي مشاهدة مواضع مغناطيسي موضعي نزديك يك سطح.

- Micro-Electrohanical Systems (MEMS) : سيستمهاي ميكروالكتروني (که اغلب با نام ميكروسيستمها "MST" شناخته مي‌شوند) الكترونيك را با وسايل مكانيكي ميكرومتري تركيب كرده و ماشين‌آلات ميكروسكوپي را بوجود مي‌آورند. سيستمهاي نانوالكتروني (MEMS) به لحاظ كوچكتربودن، مهمتر بوده و يكي از اهداف نانوتكنولوژي مي‌باشند.

- Molecular Electronics : الكترونيك مولكولي. اين روزها هر سيستمي كه داراي وسايل الكتروني دقيق در مقياس نانومتري باشد، بخصوص اگر بيشتر از بخشهاي مولكولي مجزا ساخته شده‌باشد تا مواد به‌هم پيوسته، جزء وسايل نيمه‌هادي شناخته مي‌شود.

- Molecular Manipulator : سازندة مولكولي. وسيله‌ا‌ي شامل يك مكانيسم ميل‌محوري که داراي يك پوستة مولكولي روي يك سوزن مي‌باشد. وبراي استقرار دقيق مولكولها به کار مي‌رود. اين وسيله مي‌تواند بعنوان مبناي ايجاد ساختارهاي پيچيده بوسيلة آناليز مكاني مورد استفاده قرار گيرد.

- Molecular Manufacturing : ساخت مولكولي. ساخت با ماشين‌آلات مولكولي و كنترل مولكول به مولكول توليد از طريق آناليز شيميايي مکاني .

- Molecular hanics : مكانيك مولكولي. يك برنامة مكانيك مولكولي توسط نرمن آلينگر و همكارانش بوجود آمد؛ مدل MM2 يك تابع انرژي پتانسيل مولكولي است كه توسط روابط ، قوانين و پارامترهاي موجود در برنامه توضيح داده مي‌شود.

- NEMS : سيستمهاي نانو الكترومكانيكي. MEMS در مقياس نانومتري.
- Nano : يك پيشوند به معني9-10 يا يك‌ميلياردم.
- Nano Computer : نانوكامپيوتر. كامپيوتر ساخته‌شده از اجزاء (مكانيكي، الكترونيكي يا ساير مواد) در مقياس نانومتري.
- Nanoelectronics : نانوالكترونيك. الكترونيك در مقياس نانومتري، چه بوسيلة روشهاي معمولي ايجادشده باشد، چه توسط نانوتكنولوژي كه شامل الكترونيك مولكولي و وسايل با مقياس نانو باشد، مانند وسايل نيمه‌هادي امروزي.
- Nanoimprinting : نانوچاپ. گاهي چاپ نرم (Soft lithography) ناميده مي‌شود. روشي كه در اصل بسيار ساده بوده و بطور كل قابل مقايسه با چاپ قالبي مي‌باشد، اما در اين روش از قالبهايي در مقياس نانومتري استفاده مي‌شود . دو نوع نانوچاپ وجود دارد: يكي روشي كه از فشار براي ايجاد اثر قالبها روي سطح استفاده مي‌كند و ديگري كه شباهت بيشتري با printing press دارد و اساس آن استفاده از جوهر براي ايجاد اثر قالب روي سطح مي‌باشد. روشهاي ديگر مانند سياه‌قلم (etching) ممكن است در آينده ارائه شوند.

- Nano Lithography : نوشتن در مقياس نانو. اين كلمه از لغات يوناني nanos-dwarf ، lithos-rocks و grapho-to write حاصل شده‌است. اين لغت بطور تحت‌اللفظي به معناي "ريزنوشتن بر روي سنگ" مي‌باشد.
- Nano Machine : نانوماشين. يك ماشين مولكولي مصنوعي كه با ساخت مولكولي توليد مي‌شود.
- Nanomanufacturing : نانوساخت. شبيه ساخت مولكولي است.

- Nanotube : نانولوله. يك ساختار تك‌بعدي با شكل استوانه‌ا‌ي (يك شبكة محدب از اتمها که فقط شكلهاي 5 يا 6 وجهي دارند). نانولوله‌هاي كربني در سال 1991 توسط سوميو ايجيما كشف شدند كه مانند گرافيت لوله شده‌بودند. البته آنها را نمي‌توان واقعا" از اين طريق توليد كرد. نانولوله‌ها بر حسب جهتي كه لوله شوند، ممكن است به صورت هادي يا نيمه‌هادي عمل كنند. نانولوله‌ها نمونه‌ا‌ي از كاربرد تركيبات مولكولي در نانوتكنولوژي مي‌باشند.

- Nuclear Magnetic Resonance (NMR) : ارتعاش مغناطيسي هسته‌ا‌ي. يك روش تجزيه‌ا‌ي با كاربردهاي فراوان كه براي بررسي اتمي و اطلاعات ساختاري مولكولها بكار مي‌رود. اين روش شامل بكارگيري يك ميدان مغناطيسي قوي روي يك نمونه و اندازه‌گيري نحوة پاسخ‌دهي آن به امواج راديويي مي‌باشد (هرچه ميدان قوي‌تر باشد، نتايج واضح‌تر است). نحوة پاسخ بستگي به ميزان جذب امواج توسط هسته‌ها به علت موقعيت اسپيني آنها دارد.

- Optical Tunneling : يك پديـدة مكانيك كوانتومي منتـج از تغييـر موضع فوتـون، كه باعث عبور نور از موانعي مانند يك سطح مشترك مي‌شود. احتمالا" اسحاق نيوتن اولين كسي بود كه اين پديده را مشاهده و ثبت نمود. اخيرا" اين اصل جهت غلبه بر دو محدوديت تئوري نور مورد استفاده قرار گرفته‌است. اين دو محدوديت عبارتند از "محدوديت سرعت" و "محدوديت شكست ميدان دور" (far-field diffraction limit).
- Photolithographic Mask : يك شابلون مورد استفاده در ليتوگرافي نوري كه باعث مي‌شود که سطوح حساس به نور به طور انتخابي در معرض نور قرار گيرند.
- Photolithography : ليتوگرافي نوري. كنده‌كاري با بكارگيري نور. اغلب با بكارگيري يك شابلون، سطح حساس به نور را به‌طور انتخابي در معرض نور قرار مي‌دهند و منطقة در معرض نور قرارگرفته، قلم‌كاري مي‌شود (كنده‌كاري به مفهوم شيميايي صورت مي‌گيرد).

- Positional Synthesis : آناليز موضعي. كنترل واكنشهاي شيميايي بوسيلة تعيين دقيق موضع مولكولهاي واكنش‌دهنده. مبناي اصلي اسمبل‌كننده‌ها.
- Proximal Probs : ميلهاي نزديك‌شونده. يك مجموعه از وسايل با توانايي كنترل و تشخيص موضعي ريز، شامل تصويربرداري تونلي و ميكروسكوپهاي با نيروي اتمي؛ بطور كل يك تكنولوژي توانا در نانوتكنولوژي است.
- Quantum Computer : كامپيوتر كوانتومي. يك كامپيوتر كه به علت داشتن اجزاء مولكولي، اتمي و نانومتري داراي مزاياي خواص مكانيك كوانتومي مي‌باشد. كامپيوترهاي كوانتومي ممكن است در آينده‌ا‌ي نه‌چندان دور، صنعت كامپيوتر را دگرگون سازند.

- Quantum Dot : نقطة كوانتومي. يك وسيلة بسيار كوچك كه اضافه يا كم‌كردن يك الكترون باعث ايجاد تغيير قابل ملاحظه‌ا‌ي در آن شود.
- Quantum Mirage : سراب كوانتومي. يك خاصيت با مقياس نانو كه انتقال اطلاعات را در حين بكارگيري خاصيت موجي الكترونها، ممكن مي‌سازد. بنابراين كامپيوترهاي كوانتومي ممكن است به كابل بدان صورت كه ما مي‌شناسيم، احتياج نداشته‌باشند.

- Replication :همانند سازي. مكانيسمي كه براي كپي‌برداري از اطلاعات ژنتيكي سيستمهاي زنده بكار مي‌رود.
- Replicator : همانندساز. در بحث تكامل، يك همانندساز عبارتست از ماهيتي كه قابليت كپي‌كردن خود را داشته‌باشد (مانند ژن يا محتويات يك ديسك كامپيوتري). اين كپي شامل تمام تغييراتي است كه بر سر آن ماهيت آمده‌است. در يك ديد وسيعتر، يك همانندساز سيستمي است كه مي‌تواند خود را كپي كند ولي لازم نيست كه تمام تغييراتي را كه متحمل شده‌است، كپي نمايد. ژنهاي يك خرگوش از ديدگاه اول، همانندساز هستند (يعني تغييرات ژنتيكي به ارث برده مي‌شوند). خرگوش به خودي خود يك همانندساز است، اما فقط از ديدگاه دوم. يك شكاف ايجادشده در گوش خرگوش به ارث برده نمي‌شود.
- Restriction Enzyme : آنزيم مانع. هر آنزيمي كه DNA را در محلهاي خاصي قطع كند. اين آنزيم به بيولوژيست‌ها اين اجازه را مي‌دهد تا مواد ژنتيكي را به DNA وارد و يا از آن خارج سازند.
- Scanning Capacitance Microscopy : روشي براي نقشه‌برداري از ظرفيت موضعي يك سطح.

- Scanning Force Microscopy : روشي براي مشاهدة توپوگرافي نانومتري و ساير خواص يك سطح.اين روش همچنين به‌ نام Atomic Force Microscopy(AFM) نيز ناميده مي‌شود.
- Scanning Near Field Optical Microscopy : روشي براي مشاهدة خواص نوري موضعي يك سطح كه ممكن است كوچكتر از طول موج نور بكاررفته باشند.
- Scanning Thermal Microscopy : روشي براي مشاهدة دماهاي محلي و گراديان دما در يك سطح.
- Scanning Tunneling Microscopy : وسيله‌ا‌ي جهت عكسبرداري از سطوح هادي با دقت اتمي، اين وسيله براي اتصال مولكولها به يك سطح بكار مي‌رود.
- Self-Assembler : خودچيدمان. يك نوع خاص از همانندسازها كه اقدام به خودچيدماني مي‌نمايند بدون اينكه به انرژي خارجي يا اطلاعات ورودي نياز داشته‌باشند. در يك خودچيدمان، انتخاب مواد شروع (ورودي)، تعيين‌كنندة فرآيند بوده و اين مرحله هميشه در سطح انرژي بالاتري نسبت به محصول (خروجي) قرار دارد.

- Self-Assembly : خودچيدماني. يك روش ساخت كه در آن اجزاء در يك محصول، فاز گاز يا يك سطح مشترك تا رسيدن به حداقل انرژي بطور خودبه‌خود رشد يافته و تكثير مي‌شوند. اجزاء در يـك ساختـار خودچيدمانـي، موضـع قرارگيري خـود را بـر حسـب خـواص ساختـاري خويش (يا خواص شيميايي در سطح اتمي يا مولكولي) مي‌يابند. نيروي فعاليت لازم توسط اختلاف انرژي بين حالت اوليه و نهايي ايجاد مي‌شود. خودچيدماني فقط به مقياس مولكولي محدود نمي‌شود و مي‌توان آن را در هر مقياسي اجراء نمود و اين امر باعث شده‌است كه اين تكنيك، يك روش قوي توليد پايين به بالا (Bottom-up) در نانوتكنولوژي شود.

- Self-Replication : خود همانندسازي . عمل همانندسازي اشياء توسط خودشان مانند توليد بيولوژيكي است، با اين تفاوت كه اشياء خودهمانندسازي مي‌توانند كپي‌هاي دقيقي از خود ايجاد نمايند.
- Single Electron Transfer : انتقال تك‌الكترون. حضور يك الكترون در يك زمان بين دو الكترود. در حاليكه وسايل الكترونيكي معمولي با توده‌ا‌ي از الكترونها كار مي‌كنند، مدارهاي نانوالكتروني مي‌توانند با تعداد اندكي يا حتي يك الكترون فعاليت كنند.
- Superposition : سوپرموضع. يك پديدة مكانيك كوانتومي كه در آن يك شيء مي‌تواند بطور همزمان در دو موقعيت وجود داشته‌باشد.