دانلود مقاله نانو تکنولوژی

word قابل ویرایش
67 صفحه
12700 تومان
127,000 ریال – خرید و دانلود

نانو تکنولوژی

نانو تکنولوژى چیست؟
Nano کلمه اى یونانى به معنى کوچک است که در فیزیک و ریاضیات نشان دهنده یک میلیاردیم یک کمیت است. چون قطر یک اتم تقریباً به اندازه ۱۰ نانومتر است، این اصطلاح براى مطالعه عمومى روى ذرات اتمى و مولکولى به کار برده مى شود. نانو تکنولوژى عبارت است از توانمندى تولید مواد، ابزارها و ترکیبات جدید با تغییر ساختار سطوح مولکولى و اتمى آنها براى ایجاد خواص و ویژگى هاى دلخواه در این مواد. از فن آورى نانو به عنوان «رنسانس فن آورى» و «روان کننده جریان سرمایه گذارى» یاد مى شود.

در حال حاضر بخش هاى دولتى و خصوصى کشورهاى مختلف جهان شامل ژاپن، آمریکا، اتحادیه اروپا، چین، هند، تایوان، کره جنوبى، استرالیا، اسرائیل و روسیه در رقابتى تنگاتنگ بر سر کسب پیشتازى جهانى در لااقل یک حوزه از این فن آورى به سر مى برند و روى هم رفته حدود ۳۰ کشور دنیا در زمینه فن آورى نانو داراى «برنامه ملى» یا در حال تدوین آن هستند، و طى پنج سال گذشته بودجه تحقیق و توسعه در امر فن آورى نانو را به ۳‎/۵ برابر افزایش داده اند. کشورهاى ژاپن و آمریکا نیز فن آورى نانو را مهمترین اولویت کشور خود در زمینه فن آورى اعلام کرده اند.

هرچند آزمایش ها و تحقیقات نانو تکنولوژى ، بیشتر از ابتداى دهه ۸۰ قرن بیستم شروع شده است اما اثرات تحول آفرین، معجزه آسا و باور نکردنى نانو تکنولوژى در روند تحقیق و توسعه باعث شد، نظر تمامى کشورهاى بزرگ به این موضوع جلب شود و فن آورى نانو را به عنوان یکى از مهمترین اولویتهاى تحقیقاتى خویش طى دهه اول قرن بیست و یکم محسوب کنند ورود محصولات متکى بر این فن آورى جهشى بس عظیم در رفاه و کیفیت زندگى و توانایى هاى دفاعى و زیست محیطى به همراه خواهد داشت و موجب بروز جابه جایى هاى بزرگ اقتصادى خواهد شد.

استفاده از این فن آورى در کلیه علوم پزشکى، پتروشیمى، علوم مواد، صنایع دفاعى، الکترونیک، کامپیوترهاى کوانتومى و غیره باعث شده، تحقیقات در زمینه نانو به عنوان یک چالش اصلى و علمى و صنعتى پیش روى جهانیان باشد.

علم و فناوری نانو ( نانو علم و نانو تکنولوژی) توانائی بدست گرفتن کنترل ماده در ابعاد نانومتری (ملکولی) و بهره برداری از خواص و پدیده های این بعد در مواد، ابزارها و سیستم های نوین است. این تعریف ساده خود دربرگیرنده معانی زیادی است. به عنوان مثال فناوری نانو با طبیعت فرا رشته ای خود، در آینده در برگیرنده همه ی فناوریهای امروزین خواهد بود و به جای رقابت با فن آوری های موجود، مسیر رشد آنها را در دست گرفته و آنها را به صورت « یک حرف از علم» یکپارچه خواهد کرد.

میلیونها سال است که در طبیعت ساختارهای بسیار پیچیده با ظرافت نانومتری ( ملکولی ) – مثل یک درخت یا یک میکروب – ساخته می شود. علم بشری اینک در آستانه چنگ اندازی به این عرصه است، تا ساختارهائی بی نظیر بسازد که در طبیعت نیز یافت نمی شوند. فناوری نانو کاربردهای را به منصه ظهور می رساند که بشر از انجام آن به کلی عاجز بوده است و پیامدهائی را در جامعه برجا می گذارد که بشر تصور آنها را هم نکرده است. به عنوان مثال: ساخت مواد بسیار سبک و محکم برای مصارف مرسوم یا نوورشکستگی صنایع قدیمی همچون فولاد با ورود تجاری مواد نو

کاهش یافتن شدید تقاضا برای سوخت های فسیلیهمه گیر شدن ابر کامپیوترهای بسیار قوی، کوچک و کم مصرف سلاحهای سبک تر، کوچکتر، هوشمند تر، دوربردتر، ارزانتر و نامرئی تر برای رادار شناسائی فوری کلیه خصوصیات ژنتیکی و اخلاقی و استعدادهای ابتلا به بیماری ارسال دقیق دارو به آدرس های مورد نظر در بدن و افزایش طول عمر.

از بین بردن کامل عوامل خطرناک جنگ شیمیائی و میکروبی
از بین بردن کامل ناچیز ترین آلاینده های شهری و صنعتی
سطوح و لباسهای همیشه تمیز و هوشمند
تولید انبوه مواد و ابزارهائی که تا قبل از این عملی و اقتصادی نبوده اند ،
و بسیاری از موارد غیر قابل پیش بینی دیگر!

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 ۱۹۹۳ 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 ۴ 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.
تاریخچه نانوتکنولوژی:
۱-۲- ۱۹۵۹- ۱۹۵۸ شکل گیری مفاهیم نانوتکنولوژی

۲-۲- ۱۹۸۶- ۱۹۸۸ شروع شکل گیری تحقیقات با تعاریف شفاف،
پیشرفتهایی در بعضی امکانات و تجهیزات
۳-۲- ۱۹۸۹- ۱۹۹۱ گسترش فعالیتها و شروع حضور دولتها

۴-۲- ۱۹۹۲-۱۹۹۴ تعریف پروژه‌های تحقیقاتی زیاد و جواب دادن بعضی از پروژه‌ها
۵-۲- ۱۹۹۵ تاکنون ورود جدی دولتها و سرایه گذاری بخش خصوصی
یک نانومتر چیست؟
یک نانومتر یک میلیاردم متر (m 9-10) است. این مقدار حدوداً چهار برابر قطر یک اتم است. مکعبی با ابعاد ۵/۲ نانومتر ممکن است حدود ۱۰۰۰ اتم را شامل شود. کوچکترین ICهای امروزی با ابعادی در حدود ۲۵۰ نانومتر در هر لایه به ارتفاع یک اتم، حدود یک میلیون اتم را در بردارند. در مقایسه یک جسم نانومتری با اندازه‌ای حدود ۱۰ نانومتر، هزار برابر کوچکتر از قطر یک موی انسان است.
چرا این مقیاس طول اینقدر مهم است؟
خواص موجی‌شکل (مکانیک کوآنتمی) الکترونهای داخل ماده و اثر متقابل اتمها با یکدیگر از جابجایی مواد در مقیاس نانومتر اثر می‌پذیرند. با تولید ساختارهایی در مقیاس نانومتر، امکان کنترل خواص ذاتی مواد ازجمله دمای ذوب، خواص مغناطیسی، ظرفیت بار و حتی رنگ مواد بدون تغییر در ترکیب شیمیایی بوجود می‌آید. استفاده از این پتانسیل به محصولات و تکنولوژیهای جدیدی با کارایی بالا منتهی می‌شود که پیش از این میسر نبود. نظام سیستماتیک ماده در مقیاس نانومتری، کلیدی برای سیستمهای بیولوژیکی است. نانوتکنولوژی به ما اجازه می‌دهد تا اجزاء و ترکیبات را داخل سلولها قرارداده و مواد جدیدی را با استفاده از روشهای جدید خود_اسمبلی بسازیم. در روش خود_اسمبلی به هیچ روبات یا ابزار دیگری برای سرهم کردن اجزاء نیازی نیست. این ترکیب پرقدرت علم مواد و بیوتکنولوژی به فرایندها و صنایع جدیدی منتهی خواهد شد.

ساختارهایی در مقیاس نانو مانند نانوذرات و نانولایه‌ها دارای نسبت سطح به حجم بالایی هستند که آنها را برای استفاده در مواد کامپوزیت، واکنشهای شیمیایی، تهیه دارو و ذخیره انرژی ایده‌ال می‌سازد. سرامیک‌های نانوساختاری غالباً سخت‌تر و غیرشکننده‌تر از مشابه مقیاس میکرونی خود هستند. کاتالیزورهای مقیاس نانو راندمان واکنشهای شیمیایی و احتراق را افزایش داده و به میزان چشمگیری از مواد زائد و آلودگی آن کم می‌کنند. وسایل الکترونیکی جدید، مدارهای کوچکتر و سریعتر و … با مصرف خیلی کمتر می‌توانند با کنترل واکنش‌ها در نانوساختار بطور همزمان بدست آیند. اینها تنها اندکی از فواید و مزایای تهیه مواد در مقیاس نانومتر است.

آیا موضوع نانوتکنولوژی کاملاً جدید است؟
بسیاری از تکنولوژیهای موجود به فرایندهایی در مقیاس نانو وابسته هستند فتوگرافی و کاتالیزور دو نمونه از نانوتکنولوژی‌های قدیمی هستند که بصورت تجربی در مقیاس نانو پیشرفت کرده‌اند. بنظر می‌رسد که این دو تکنولوژی همراه با پیشرفت نانوتکنولوژی رشد شایانی نسبت به گذشته داشته باشند. بیشتر تکنولوژی‌‌هایی که امروزه وجود داشته و از ماده در مقیاس نانو استفاده می‌کنند توسط افراد غیرمتخصص در این زمینه کشف شده و در اکثر آنها نیز تا مدتی

پیش، نقشی که مقیاس نانومتر بازی کرده است، مورد توجه قرار نمی‌گرفت. بعنوان مثال حالا معلوم شده که اضافه کردن نوعی خاص از خاک رس به لاستیک، به طور قابل توجهی باعث افزایش طول عمر و بهبود خواص سایش آن می‌گردد زیرا ذرات نانومتر خاک رس ب۰ه انتهای مولکولهای پلیمر چسبیده و تشکیل رشته مولکولی داده و آنها را از شکسته‌شدن باز می‌دارد. این فرایند ساده باعث بهبود قابل توجهی در خواص این ماده مرکب – جزئی لاستیک و جزئی خاک رس- شده است.

منافع نانوتکنولوژی چیست؟
مفهوم جدید نانوتکنولوژی آنقدر گسترده و ناشناخته است که ممکن است روی علم و تکنولوژی در مسیرهای غیرقابل پیش‌بینی تأثیر بگذارد. محصولات موجود نانوتکنولوژی عبارتند از: لاستیکهای مقاوم در برابر سایش که از ترکیب ذرات خاک رس با پلیمرها بدست آمده‌اند‌‌‌، مواد دارویی که در مقیاس نانو ذرات درست شده‌اند، هد دیسکهای لیزری و مغناطیسی که با کنترل دقیق ضخامت لایه‌ها از کیفیت بالاتری برخوردارند، چاپگرهای عالی با استفاده از نانوذرات با بهترین خواص جوهر و رنگ‌دانه.

بسیاری دیگر از ساختارها نیز هم‌ اکنون در مرحله تحقیق و یا توسعه هستند که لیست برخی از آنها در زیر آمده است:
صنایع اتومبیل‌سازی و هوانوردی: مواد جدید که از نانو ذرات ساخته شده‌اند برای بدنه های سبک‌تر، لاستیکهایی با مقاومت سایش بهتر و قابل بازیابی، رنگ‌کارهای بیرونی که احتیاجی به شستشو ندارند، پلاستیکهای ارزان غیرقابل اشتعال، صنایع الکترونیکی برای کنترل، پوشش‌های خود ترمیم و منسوجات بکار میروند.

الکترونیک و ارتباطات: ضبط کامل صدا توسط نانولایه‌ها و نقطه‌چین‌کردن، صفحه‌های نمایش صاف، تکنولوژی بی‌سیم، ابزار و فرایندهای جدید در تکنولوژیهای اطلاعات و ارتباطات، هزاران اصلاح و پیشرفت در ظرفیت ذخیره داده‌ها و سرعت پردازش در سطح پایین‌تر قیمت و کارایی بالاتر در مقایسه با مدارات فعلی الکترونیکی.

مواد و شیمی: کاتالیزورهایی که راندمان انرژی را در واحدهای شیمیایی بالا می‌برند و باعث بهتر شدن بازدهی احتراق در وسایل نقلیه می‌شوند، در‌یلهای خیلی سخت و مقاوم، ابزارآلات برش، ذرات مغناطیسی باهوش برای پمپهای مکنده و روان‌سازها.

داروسازی، بهداشت و علوم زندگی: داروهای جدید با ساختار نانو، ژنها و سیستمهای ارسال دارو که بسوی مکانهای مشخصی از بدن هدف‌گیری شده‌اند، قطعات سازگار برای جایگزینی اعضای بدن، سنسورها برای آزمایشگاههای کامل روی یک تراشه، موادی برای استخوان و بازسازی بافت‌ها.
تولید تکنولوژیهای انرژی: انواع جدید باطریها، فتوسنتز مصنوعی برای انرژی تمیز، سلولهای خورشیدی کوانتمی، ذخیره ایمن هیدروژن برای استفاده بعنوان سوخت تمیز، ذخیره انرژی با استفاده از مواد سبکتر و مدارات کوچکتر.

اکتشافات فضایی: وسایل نقلیه سبک فضایی، تولید و مدیریت اقتصادی انرژی ، سیستمهای روباتی فوق‌العاده کوچک و توانا.
محیط‌زیست: پره‌های انتخاب‌کننده که می‌توانند آلودگیها و حتی نمک را از آب جدا کنند، جرم‌‌گیرها و صافی‌های نانوساختار برای برطرف کردن آلودگیها از بیرون ریزهای صنعتی، افزایش بهره‌وری در نگهداری و تعمیرات صنعتی با مواد و انرژی کمتر و افزایش امکان بازیافت.
امنیت ملی: آشکارسازها و مسمومیت‌زداهای مؤسسات بیولوژیکی و شیمیایی، مدارات الکترونیکی تواناتر، مواد و پوشش‌های سخت نانو ساختار، منسوجات سبک و خود ترمیم، جایگزینی خون، سیستمهای نظارتی مینیاتوری

دولت چه باید بکند تا کشور بتواند از تمام مزایای نانوتکنولوژی استفاده کند؟ دولت در اطمینان دادن نسبت به اینکه کشور سودهای عظیم نانوتکنولوژی را دریافت خواهد کرد نقش کلیدی ایفا می‌نماید. اهداف تحقیقات نانوتکنولوژی بسیار پایه‌أی، درازمدت (بیشتر از ۱۰ سال) و فرا رشته‌ ای است و ریسکهای زیادی برای صنعت در به عهده گرفتن سریع رهبری آن وجود دارد. صنعت توان سرمایه‌گذاری بر روی تحقیقات درازمدت و مخاطره‌آمیز را که سالهای دراز طول خواهد کشید تا به مرحله تولید برسند را ندارد لذا در کشور بایستی تحقیقات دانشگاهی و دولتی این خلاء را پر کنند. بخاطر طبیعت فرارشته‌أی نانوتکنولوژی تیمهایی از فیزیکدانان، شیمی‌دانان، بیولوژیست‌ها و مهندسان برای توسعه آن موردنیاز می‌باشد. مؤسسات دولتی نیز بایستی این کار تیمی را پرورانده و به ثمر برسانند. علاوه بر آن زیرساختارهای جدیدی در دانشگاهها و آزمایشگاههای ملی برای توسعه در این بخش لازم است.

نانوتکنولوژی و صنعت نفت
فناوری نانو می¬تواند اثرات قابل توجهی در صنعت نفت داشته باشد، در مطلب زیر بعد از اشاره به برخی از این تأثیرات، تعدادی از کاربردهای فناوری نانو در صنعت نفت بویژه در بحث آلودگی محیط زیست و نیز سنسورهای نانو به طور مختصر معرفی گردیده است:

مقدمه هنگامی که ریچارد اسملی ( Richard Smally ) برنده جایزه نوبل، بالک مینسترفلورسنس را در سال ۱۹۸۵ در دانشگاه رایس کشف نمود،‌ انتظار اندکی داشت که تحقیق او بتواند صنعت نفت را متأثر سازد. سازمان انرژی آمریکا ( DOE ) سرمایه‌گذاری خود را در قسمت فناوری نانو با ۶۲ درصد افزایش داد تا مطالعات لازم در زمینه‌ موادی با نام‌های باکی‌بال‌ها ( Bulky Balls ) و باکی‌تیوب‌ها ( Bulky Tubes )‌ استوانه‌های کربنی که دارای قطر متر می‌باشند صورت گیرد.

نانولوله‌های کربنی با وزنی در حدود وزن فولاد، صد برابر مستحکم ¬ تر از آن بوده، دارای رسانش الکتریکی معادل با مس و رسانی گرمایی هم ارز با الماس می‌باشند. نانوفیلترها می‌توانند به جداسازی مواد در میدان‌های نفتی کمک کنند و کاتالیست‌های نانو می‌توانند تأثیر چندین میلیارد دلاری در فرآیند پالایش به‌دنبال داشته باشند. از سایر مزایای نانولوله‌های کربنی می‌توان به کاربرد آن‌ها در تکنولوژی اطلاعات (‌ IT ) نظیر ساخت پوشش‌های مقاوم در مقابل تداخل‌های الکترومغناطیسی، صفحه‌های نمایش مسطح، مواد مرکب جدید و تجهیزات الکترونیکی با کارآیی زیاد اشاره نمود.

علم نانو یک تحول بزرگ در مقیاس بسیار کوچک بسیاری از محققان و سیاستمداران جهان معتقدند که علم نانو می‌تواند تحولات اساسی در صنعت جهانی ایجاد نماید صنعت نفت نیز از پیشرفت این تکنولوژی بهره‌مند خواهد گشت.

علم نانو می‌تواند به بهبود تولید نفت و گاز با تسهیل جدایش نفت وگاز در داخل مخزن کمک نماید. این کار با درک بهتر فرآیندها در سطوح مولکولی امکانپذیر می‌باشد. با توجه به اینکه نانو مربوط به ابعادی در حدود متر می‌باشد، نانوتکنولوژی به مفهوم ساخت مواد و ساختارهای جدید توسط مولکول‌ها و اتم‌ها در این مقیاس می‌باشد.

خوشبختانه کاربردهای عملی نانو در صنعت نفت جایگاه‌ ویژه‌ای دارند. نانوتکنولوژی دیدگاه‌های جدید جهت استخراج بهبودیافته نفت فراهم کرده است. این تکنولوژی به جدایش موثرتر نفت و آب کمک می‌کند . با افزودن موادی در مقیاس نانو به مخزن می‌توان نفت بیشتری آزاد نمود. همچنین می‌توان با گسترش تکنیک‌های اندازه‌گیری توسط سنسورهای کوچک،‌ اطلاعات بهتری درباره مخزن بدست آورد.
علوم محاسباتی و علم نانو

یکی از کاربردی ترین و مولدترین زمینه ها در علوم محاسباتی، کاربرد آن در شاخه های علوم مولکولی و نانوفناوری است. این زمینه ها در کنار هم و در کنار علومی چون بیولوژی مولکولی ، ژنتیک مولکولی، فناوری اطلاعات و علوم شناختی ارکان انقلاب صنعتی-علمی را تشکیل می دهند. اشتراک بین این ۴ رکن در آینده نزدیک ،به خلق فناوری همگرای فوق العاده ای منجر می شود که بوجود آمدن سیستم ها و ابزار و مواد هوشمندی را نوید می دهد؛ که ازپایین به بالا، اتم به اتم و مولکول به مولکول چیده شده و این در بر دارنده تمام کاراکترها، عملکردها و مکانیزم های پیچیده در سیستم های هوشمند زنده مانند حافظه، تعمیر خود به خود، تکثیربرنامه ریزی شده بی نقص، خود چیدمانی و خود سازماندهی می‌باشد.

همگرایی در مقیاس نانو رخ می دهد؛ جایی بنیادین که در آنجا بلوک های ساختمانی پایه، اعم از فیزیکی، بیلوژیکی و مواد هوشمند در کنار هم قرار می گیرند. نانوساختارها (یعنی اندازه ای بین ۱ تا ۱۰۰ نانومتر) چیده می شوند و قوانین میکروسکوپی چیدمان، ساختار قرارگیری زیر لایه ها را کنترل می کنند. در نهایت علوم محاسباتی و فناوری نانو با هم دانشی عالی را برای دستکاری و اصلاح ساختاری مواد در سطوح اتمی و هسته ای، بوجود آورده و چگونگی امکان کنترل کامل روی شکل گیری، عملکرد و خواص آنها را به عنوان مواد جدید هوشمند در اختیار ما می گذارند. باکمک علوم نانو محاسبات اکنون می توانیم روی یک تک اتم در یک سیستم پیچیده مولکولی سوار شده و به بررسی تعاملات ذرات آن بپردازیم، نظربه اینکه این سیستم نانومتری می تواند جامد، سیال، گاز، یک پروتئین DNA و یا یک ویروس باشد که در فاز خود از یک میکرو حالت به میکرو حالتی دیگر سویچ کرده و نتایج محاسباتی معنی داری را برای خواص قابل مشاهده بدست دهد.

مثال این آزمایش مفید در تصاویر زیر آمده؛ جایی که توزیع یک شکافت دینامیک در یک لایه اتمی به تصویر کشیده شده است.
رنگ ها نشان دهنده فشار در تراز مولکولی هستند بدین ترتیب که رنگ آبی کمترین و رنگ قرمز بیشترین فشار را نشان می دهد. موتورهای پروتئینی برائونی که از انواع آن می توان کینسین ها و میوسین ها(انتقال دهنده های غذا به داخل سلول های بدن) را نام برد و موتور چرخنده ATPase که برای سلول ها تولید سوخت ATP می کند ،جزسیستم هایی هستند که در چندین بخش دچار تغییر شده اند و بر اساس دینامیک لانژوین بهترین مثال برای کاربرد مدل سازی

محاسباتی در سیستم های نانو بیولوژیکی هستند. شبیه سازی در مقیاس های بزرگ در بخش نانو هم اکنون در کشورهای آمریکا، ژاپن و اروپا در حال انجام است. علاوه بر شبیه سازی مبتنی بر دینامیک کلاسیک، ما اکنون شاهد وقوع انفجاری در کاربردهای کوآنتم مکانیکی بر پایه روش های شبیه سازی برای طراحی مواد جدید وسیستم های کوچک که شامل چدین تن اتم می باشند هستیم. وقتی شبیه سازی انجام می شود داده های خروجی به سادگی به

چشم می آیند و دیدی عمیق را نسبت به عمل شبیه سازی در اختیار محققان قرار می دهند. به عنوان یک نتیجه ابزار بصری در حال ورود به انقلابی در کاربردهای خود می باشند. دید خوب نسبت به نتایج، به ما امکان تصحیح فیزیک پایه را بوسیله دستیابی سریع به تغییر شکل های تحمل شده توسط سیستم می دهد.

در سطوح بین المللی علوم محاسباتی افق های جدیدی را برای کشورهای در حال توسعه بوسیله منابع و تعدیل مصارف روشن کرده است تا بتوانند در سطح جهانی نقش آفرین باشند. در ایران انستیتو تحقیقات علوم پایه (IPM) که در سال ۱۹۸۹ تاسیس شد، موسسه پیشگام در این زمینه بوده و در چندین شاخه از علوم پایه مانند فیزیک پلاسما، علوم نانو، پردازش تصویر، ریاضیات محاسباتی و مدل سازی پدیده ها در فیزیک ذرات با استفاده از داده های CERN فعالیت می کند. ما اکنون از این شادمان هستیم که می بینیم علوم محاسباتی در ایران با استقبال از سوی مراکز علمی همچون دانشگاه ها روبرو شده و در حال تبدیل به شاخه ای مستقل است.
سه فناوری تسخیرکننده

تسخیرکنندگان علم و فناوری آینده در سه گروه فناوری اطلاعات، نانوفناوری و زیست فناوری خلاصه می شوند
قرارگیری مقادیر و حجم زیادی از اطلاعات در فضائی کوچک از ابعاد هم گرائی نانوفناوری و فناوری اطلاعات می باشد از طرفی در زیست فناوری و یا به عبارتی برای زیست شناسان قرار گیری حجم زیادی از اطلاعات در یک فضای بسیار کوچک موضوعی بسیار آشنا می باشد.
در کوچکترین سلول انسانی همه اطلاعات مربوط به یک موجود زنده از قبیل رنگ مو، رشد استخوان و عصب ها وجود دارد. حتی در قسمت بسیار کوچکی از سلول به نام DNA که شامل حدوداً پنجاه اتم می باشد همه این اطلاعات ذخیره می گردد ( نه تنها سطح یا به عبارتی تعداد اتم ها بلکه نحوه قرار گرفتن این زنجیره ها در ذخیره سازی اطلاعات زیستی اهمیت دارد). شاید یکی از علل هم گرائی این فناوری و فناوری اطلاعات وجود همین مسائل مشترک این سه فناوری است.

ابزارهای جدید برای کارهای ظریف
اگر شما از دانشمندان علوم سطح بپرسید که چه پیشرفتهای عمده دستگاهی باعث شده‌اند تا نانوتکنولوژی در خطوط مقدم تحقیقات علوم فیزیکی قرار گیرد، تقریبا” همه آنها به داستان میکروسکوپ پروب اسکن‌کننده SPM (Scanning probe microscope SPM: در SPM یک پروب نانوسکوپی در ارتفاع ثابتی بر بالای بستری از اتم‌ها حفظ می‌شود. این فاصله می‌تواند آن‌قدر کم باشد که الکترون‌های اتم‌های تیرک و سطح با هم تعامل داشته باشند. این تعاملات می‌تواند آن‌قدر قوی باشد، که اتم‌ها از جا کنده شده و به جای دیگری بروند.)

اشاره می‌کنند. علیرغم تازه واردگی به عرصه تحلیل دستگاهی، استفاده از میکروسکوپی تونل‌زنی اسکن‌کننده STM (Scanning tunneling microscope STM : وسیله‌ای برای تهیه تصویر از اتمهای روی سطوح مواد، که نقش مهمی در درک توپوگرافی و خواص الکتریکی مواد و رفتار قطعات میکروالکترونیکی دارند. STM بر خلاف یک میکروسکوپ نوری، برای تهیه تصویر نیروهای الکتریکی را با یک پروب نازک‌شده به حد تیزی یک اتم آشکار می‌کند. پروب سطح را جاروب کرده،

بی‌نظمی‌های الکتریکی حاصل از پوسته‌های الکترونی یا ابرالکترونی پیرامون اتم‌ها را به کمک یک کامپیوتر به تصویر مبدل می‌کند. به دلیل یک اثر مکانیک کوانتومی موسوم به «تونل‌زنی»، الکترون‌ها می‌توانند به سادگی از تیرک به سطح و بالعکس بجهند. درجه وضوح تصاویر در حدود nm1 یا کمتر است. از STM می‌توان برای جابجایی تک به تک اتم‌ها و تهیه نقشه‌های پروضوح از سطوح مادی استفاده کرد.) ، میکروسکوپی نیروی اتمی (AFM) و دیگر تکنیکهای

مشتق‌شده از این دو مورد اصلی در بسیاری از آزمایشگاهها ، به دلیل حجم زیاد اطلاعاتی که از مقیاس نانومتر به دست می دهند، متداول و حتی گریزناپذیر شده است. ریچارد فینمن طی یک سخنرانی در همایش جامعه فیزیک آمریکا در ۱۹۵۹ در مؤسسه تکنولوژی کالیفرنیا که بعد در آنجا استاد فیزیک شد ایده‌هایی بنیادی در زمینه کوچک‌سازی نوشتجات، مدارها و ماشین‌ها ایراد کرد : ” آنچه من می‌خواهم به شما بگویم، مسئله دستکاری و کنترل اشیاء در مقیاس کوچک است. تردیدی وجود ندارد که در نوک یک سوزن آنقدر جا هست که بتوان تمام دایره‌‌المعارف بریتانیکا را جا داد.” فینمن برای به تفکر واداشتن محققین و تاکید

نمودن بر عقیده‌اش مبنی بر امکان فیزیکی چنین معجزه‌ای ، جایزه‌هایی ۱۰۰۰ دلاری برای اولین افرادی که به اهداف مشخص شده ای در کوچک‌سازی کتابها و موتورهای الکتریکی دست یابند تعیین کرد. فینمن تاکید کرد : ” من در حال خلق ضد جاذبه نیستم که به فرض روزی اگر قوانین (فیزیک) آنچه ما می‌پنداریم، نبودند عملی شود. من صحبت از چیزی می‌کنم اگر قوانین آنچه ما می‌پنداریم باشند، عملی خواهد بود. ما به آن دست پیدا نکرده‌ایم چون خیلی ساده هنوز درصدد انجام آن نبوده‌ایم

این فقط قسمتی از متن مقاله است . جهت دریافت کل متن مقاله ، لطفا آن را خریداری نمایید
word قابل ویرایش - قیمت 12700 تومان در 67 صفحه
127,000 ریال – خرید و دانلود
سایر مقالات موجود در این موضوع
دیدگاه خود را مطرح فرمایید . وظیفه ماست که به سوالات شما پاسخ دهیم

پاسخ دیدگاه شما ایمیل خواهد شد