مقاله در مورد تحولات نانوتکنولوژی

بخشی از مقاله

تحولات نانوتكنولوژي

Nanotechnology Newsletter

مجلس آمريکا و نانوتكنولوژي
18 اکتبر 2002- در تاريخ 17 اکتبر در مجلس نمايندگان آمريکا قانوني تصويب شد که بر اساس آن يک گروه مشاورة صنعتي با همکاري دولت به ارائه راهبردي براي سرمايه¬گذاري در نانوتکنولوژي بپردازند.

مايک هوندا، يکي از اين نمايندگان، گفت: "لازم است متخصصين صنعتي و دانشگاهي در کميته مشاورة نانوتکنولوژي شرکت کنند. اين گروه به تعيين سرمايه¬گذاريها و اهداف برنامة پيشگامي ملي نانوتکنولوژي (NNI) در ايالات متحده کمک خواهد نمود."

اين طرح در پاسخ به نگراني هيات ملي تحقيقات آمريكا در زمينه نقش ضعيف صنعت در سازماندهي اين پيشگامي مطرح شد. اين برنامه نيازمند همکاري گروه مشاوره جهت تدوين سياستهاي پنج ساله کوتاه مدت، ميان مدت و بلند مدت در طول دهه آينده مي-باشد. اين هيات، گزارش سالانه‌اي از پيشرفت تحقيقات و ميزان بودجة سازمانهاي دولتي در زمينه نانوتکنولوژي به رئيس جمهور و کنگره تسليم خواهد کرد.

پيشگامي ملي نانوتکنولوژي ايالات متحده قصد ارائه يك راهبرد ملي جهت افزايش تحقيقات در زمينه نانوتکنولوژي دارد. 30 سازمان دولتي در اين پيشگامي شرکت دارند. در اواخر دهة 1990صنايع نيمه هادي و دانشگاه‌هاي آمريكا با بودجة دولت فدرال به سمت تحقيقات نانوتکنولوژي هدايت شدند.
بنا به اظهارات هوندا: "سياست گذاريهاي نانوتکنولوژي دولت بايد اهداف روشني داشته باشد تا سبب پيشرفت کشور گردد."
منبع: http://www.eetimes.com

آموزش نانوتكنولوژي
1 نوامبر2002-گروه فناوري بن فرانكلين در پنسيلوانيا اعلام كرد كه مبلغ 000/600 دلار از طرف وزارت آموزش ايالات متحده جهت ايجاد يك برنامه آموزش پيوستة نانوتكنولوژي در تعدادي از كالج‌هاي محلي دريافت كرده است.

اين بودجه به موسسه نانوتكنولوژي داده خواهد شدكه در سال 2000 ثبت و مبلغ 5/10 ميليون دلار بودجه از سازمان توسعه فناوري پنسلوانيا براي يك دورة سه ساله دريافت كرد. موسسه نانوتكنولوژي اين مبلغ را براي كمك به گسترش يك برنامه آموزش پيوستة نانوتكنولوژي در دانشگاههاي پن، دركسل، فيلادلفيا، دلوار و مانتوگومري هزينه مي‌كند.
منبع: http://philadelphia.bizjournals.com

کنفرانس نانوتکنولوژي ايتاليا؛ فرصتها و پيامدها
18 اکتبر 2002- روز 25 نوامبر کنفرانسي با موضوع نانوتکنولوژي در شهر ميلان ايتاليا برگزار شد.
اين کنفرانس به بررسي برنامه‌هاي نانوتکنولوژي در اروپا و خارج از آن و نيز عرصه‌هاي صنعتي اميدواركننده در زمينة نانوتكنولوژي پرداخت.
همچنين در اين همايش چگونگي تحقيقات ايتاليا بررسي خواهد شد و سازمان تحقيقات صنعتي ايتاليا (AIRI)، به ارائه برنامة جديد خود با عنوان Nanotech IT پرداخت.

دربين برنامه‌هاي کنفرانس، رنزو تومليني از کميسيون اروپا به بيان خلاصه راهبردهاي سازماني در زمينه نانوتکنولوژي مي‌پردازد و هورست ولر از دانشگاه هامبورگ به تاثير نانوتکنولوژي در آيندة تحقيقات در زمينه انرژي نگاهي داشت و کنفرانس با نمايش فيلمي از کميسيون اروپا در همين زمينه پايان يافت.
منبع: http://www.ekt.gr/news/events/eu/19107.html

نانوتكنولوژي در رژيم اسرائيل
28 اكتبر 2002- نانوتكنولوژي رايج‌ترين واژه در بين فناوري‌هاي برتر روز است كه دامنه كاربردهاي آن از ترانزيستورهاي رايانه‌اي در ابعاد نانو و وسايل بهداشت و سلامت عمومي تا ماشينهاي سنگين و كشفيات فضايي گسترده است.

مجمع علمي و تجاري اسرائيل در اين زمينه، در خط مقدم قرار دارد. اسرائيل به كمك يك تيم كه توسط راشف تن از مؤسسه علوم ويزمن رهبري مي‌شود، بعنوان يكي از قدرتهاي رهبري و هدايت تحقيقات نانوتكنولوژي در جهان شناخته شده است.
تن اعلام كرد: "ورود به اين عرصه، مسؤوليتها و تعهدات بزرگي را به دنبال دارد. اما در صورتي كه خود را هم‌سطح با ايده‌هاي اصلي قرار دهيم، قادر به ساخت وسايل جالبي خواهيم بود."
كنسرسيوم مگنت
يك پروژة دولتي با عنوان، مگنت (كه به زبان عبري معادل تحقيقات و توسعه عمومي فناوري مي‌باشد) براي سرمايه‌گذاري در نانوتكنولوژي انتخاب شده است و از پيش اقدام به تشكيل كنسرسيومي از شركتهاي اسرائيلي علاقه‌مند در اين زمينه كرده است.
نير زالمانو، مدير توسعه تجاري شركت سل‌ژل، توليدكننده لوازم آرايشي و كرم‌هاي ضدآفتاب و رئيس پروژه فوق در توضيح سرمايه‌گذاري راهبردي مگنت چنين گفت: "نانوتكنولوژي فقط يك كلمه رمز

است. نكته اصلي، محصول نهايي است و آنچه ما را در اين زمينه نسبت به ساير زمينه‌ها رشد مي‌دهد آن است كه ما درصدد قبولاندن يك محصول جديد به مردم نيستيم. ما يك شبكه سلولي نسل سوم و يا يك مسير اطلاعاتي جديد را ايجاد نمي‌كنيم. ما محصولات موجود را ارتقاء مي‌دهيم و با شركت‌‌هايي كار مي‌كنيم كه درك صحيح و خوبي از نيازهاي بازار دارند. به اين دليل است كه ما شانس موفقيت بيشتري در كار داريم."

كنسرسيوم مگنت، شركتهاي بزرگ، متوسط و جديدالتأسيس در اسرائيل را كه همگي درگير مسائل مشابهي هستند جمع مي‌كند و با برگزاري كنفرانسها و جلسات مقدماتي موجب مي‌شود كه گروه‌هاي تحقيقات و توسعة‌ متفاوت، از اشتباهات و موفقيت‌هاي يكديگر درس بگيرند. هنگاميكه همه گروه با يك مشكل مانند اتصال نانوذرات به يكديگر مواجه مي‌شوند مي‌توانند ايده‌هاي بهتر را از يكديگر بگيرند و سريعتر به راه‌حل دست يابند.

اعضاي كنسرسيوم شامل فعالان بين‌المللي مانند ددسي بروميد (يك‌ واحد از شركتIsrael chemcals)، شركت صنايعMahteshim-Agan و شركت لوازم آرايشي آهاوا مي‌باشند. تبادل نظر بين اين تيمها به گسترش ايده‌هايي مانند حشره‌كشهاي نانوذره‌اي مي‌انجامد كه مي‌توانند يك مزرعه را با يك دهم ماده فعالي كه در روش‌هاي متداول بكار مي‌رود، سمپاشي كنند و هزينه‌ها و ميزان تخريب محيط را كاهش ‌دهند. نظريه ديگر ماده‌اي ضد حريق است كه از نانوذرات ساخته شده است.

تن گفت: "به هر حال مهمترين تحقيق در صنعت، توسعه روش‌هاي جديدتر و بهتر جهت بهبود ساختمان نانوذرات مي‌باشد." در گذشته ذرات از بالا به پايين و با توجه به طرح موردنظر ساخته مي‌شدند اما بزودي اين روش با روش‌هاي دقيق ساخت "پايين به بالا" جايگزين خواهد شد كه مواد در اين روشها، توسط اتمهاي منفرد ساخته مي‌شوند. چالش موجود در استفاده از اين

روشها، رسيدن به خودساماني مي‌باشد كه در آن، مولكولها با يكديگر تركيب مي‌شوند تا ساختار مورد نظر را بسازند. شركت ديگري كه درصدد بهبود اين روش‌ها است عضو ديگر كنسرسيوم مگنت با نام نانوپودر است. اين شركت، مكانيزم منحصر به فردي را جهت ايجاد پودرهاي نانومتري اختراع کرده است، مقوله‌اي كه تنها تعداد محدودي شركت در جهان به آن مي‌پردازند. پودرهاي فلزي كه براي صنايع بهداشتي و الكترونيك مناسبند، توانايي بهبود كيفيت ابزارآلات و نيز كاهش ابعاد آنها را دارند.

زالمانو بيان كرد: "آنچه ما ايجاد مي‌كنيم پايه و بنياني است كه افراد ديگر در آينده مي‌توانند از آن براي نظريه‌هاي خود استفاده كنند. هنگاميكه اين بنيان آماده شود، مي‌تواند به عملي ساختن روياهاي شركتهاي بزرگي مانند اينتل و شركتهاي داروسازي بزرگ جهان كمك كند. ما شرايط لازم جهت تحقق اين روياها را فراهم مي‌آوريم."

بنا به اظهارات زالمانو، بزرگترين مانع محدودكننده اقدامات نانوتكنولوژي در اسرائيل، فناوري نيست بلكه عوامل انساني مي‌باشد. وي بيان داشت: "ما پس از مشاهده كاهش تدريجي مطالعات شيميايي دريافتيم كه براي استفاده از بودجه‌هاي تحقيقاتي موجود بايد به شيميدانهاي قوي دست يابيم. اسرائيل بايد شأن و جايگاه شيميدانها را افزايش دهد."

تن نيز نظر خوش بينانه‌اي از اين بخش دارد. وي بيان مي‌دارد: "ما هنوز نفوذ اساسي نانوتكنولوژي را مشاهده نكرده‌ايم." وي پيش‌بيني كرد كه اين واقعه در دهه اخير رخ خواهد داد. وي اظهار داشت "پذيرش زيادي براي دانشمندان نانوتكنولوژي وجود دارد چرا كه ما به زمينه‌‌هاي تحقيقاتي جديد و مهيج علاقه‌مند هستيم و هنگامي كه نفوذ اين علم رخ دهد، اسرائيل جزو پيشقدمان است. كساني كه اكنون سرمايه‌گذاري مي‌كنند همان كساني هستند كه از اين واقعه سود مي‌برند."
منبع: http://www.israel21c.org

ساخت نانولوله‌هاي ويژه در دانشگاه پوردو
24 اكتبر 2002 – پژوهشگران دانشگاه پوردو با استفاده از يك سيستم اتمي پيچيده‌تر از نانولوله‌هاي كربني، روش قابل كنترلي را براي توليد نانولوله‌هايي با تنوع كاربرد فراوان ابداع كرده‌اند. اين نانولوله‌ها كه "نانولوله‌هاي رُزت " ناميده شده‌اند, از تركيب كربن, نيتروژن, هيدروژن و اكسيژن ساخته مي‌شود. اين پژوهشگران معتقدند كه اين ساختارهاي جديد داراي خواص فيزيكي, شيميايي و الكتريكي منحصر به فردي هستند.

هيچام فنيري, استاد دانشگاه پوردو مي‌گويد: "هم اکنون مي¬توان خواص فيزيكي و شيميايي اين نانولوله‌ها را از طريق يك روش جديد اصلاح كرد. شكل خاص اين نانولوله‌ها، موجب مي¬شود که آنها خواص و رفتارهاي زيست تقليدي مورد نياز در كاربردهاي خاص را داشته باشند."
اين گروه انحصاري از ساختارهاي آلي خودسامان، توسط يك كانال ميان تهي كه طول نانولوله را تشكيل مي‌دهد، ساخته مي‌شوند. برخلاف نانولوله‌هاي كربني, قطر داخلي و خارجي آنها قابل تنظيم است. معمولاً كانالهاي ميان تهي كوچكتر براي جاي گرفتن مولكول‌هاي خاص و ارائه كاربردهاي مشخص مناسب‌تر هستند.

رشد هسته
عمليات رشد اين ساختار با يك مولكول "بذر" نانولوله شروع مي‌شود كه خود را در آب به صورت حلقه‌هاي كوچكي ساماندهي مي‌كند. سپس اين حلقه‌ها به صورت لوله به يكديگر متصل مي‌شوند و مي¬توانند تا هر طول دلخواه رشد يابند. خودساماني با كدگذاري لبه‌هاي اين حلقه‌ها صورت مي‌گيرد به طوري كه آنها مي‌توانند با حلقه‌هاي ديگر فقط در جهت مناسب پيوند تشكيل دهند. اين رُزت‌ها از طرف داخل آبگريز و از طرف خارج آب دوست هستند و براي دور ماندن قسمت داخلي‌شان از آب، به فرم, درمي‌¬آيند. حاصل آن، عمليات¬هاي خودساماني است كه با برنامه‌ريزي مي‌تواند فقط به يك روش انجام شود.

قابليتها
فنيري قبلاً از دو مولكول بذر براي مصارف الكترونيكي استفاده كرده بود: يكي براي الكتريسيته كه سيم‌هاي معمولي را رشد مي‌داد و ديگري براي رشد نانولوله‌هاي نوري جهت فرآوري نور.
وي مي‌گويد: "ما اميدواريم بتوانيم نانولوله‌هاي خاص بسياري بسازيم كه براي توليد سيستم‌هاي حافظة رايانه‌اي جديد, صفحه‌هاي نمايش

بسيار شفاف, حسگرهاي زيستي و سيستم‌هاي دارو‌سازي مفيد باشند."
اين نتايج تأييد مي‌كند كه نه تنها امكان توليد نانولوله‌هايي در اندازه‌هاي خاص وجود دارد بلكه مي‌توان شكل و تركيب خاصي از آنها را ايجاد نمود كه داراي خواص ويژه‌اي مانند استحكام و هدايت الكتريكي باشد. مثلاً به منظور افزايش استحكام سيم-هاي نانومتري مي‌توان يك مولكول نايلون را به ديواره‌هاي خارجي چسباند و در نتيجه يك عايق مستحكم به دور تا دور افزود.
با آنكه نانولوله‌هاي فنيري به تشكيل خودشان كمك كنند اما به منظور امتحان كاربردهاي خاص هر لوله مي‌توان مواد جديدي را به قسمت خارجي آنها افزود. پس با تصحيح دما, فشار و ديگر فاكتورهاي محيطي, اين نانولوله‌ها به صورت ساختار مطلوب درمي‌آيند.
يكي از قابليت‌هاي جديد و بسيار جالب توجهي كه توسط اين روش بدست آمده است خواصي

موسوم به خواص چيروپتيکال است. نانولوله‌هاي رُزت مي‌توانند همانند مولكول‌هاي DNA به صورت ساختارهاي حلقوي رشد يابند كه با انواع ديگر ساختارهاي مشابه مطابقت و هم خواني داشته باشند. حلقه‌هاي DNA زوج هستند و هر دو در يك جهت درهم پيچيده شده‌اند. اما فنيري برخلاف روش موجود در طبيعت روشي را براي پيچاندن نانولوله‌ها به سمت چپ يا راست پيدا كرد كه اجازه توليد دو نوع متفاوت از نانولوله‌هاي دوقلوي غير همسو را مي‌داد.

وي مي‌گويد: "ما خواص چيروپتيکال نانولوله‌ها را باكنترل اَبَر مولكول‌هاي مارپيچي آنها تنظيم مي‌كنيم. به همين خاطر با تغيير ميزان استفاده از تحريك كننده‌هاي شيميايي خارجي كه تشديد كننده ناميده مي‌شوند مي‌توان آنها را وادار به چرخش به چپ يا راست كرد."
طبق اظهارات وي, درست همانند DNA واقعي, يك تشديد كننده هم رفتارهاي غالب و هم

رفتارهاي بازگشتي را تحريك مي‌كند. نانولوله‌ها ترجيح مي‌هند كه به يك تشديد كننده غالب ملحق شوند اما در صورتي كه تشديد كننده‌هاي آن داراي غلظت كمي باشد, رفتار بازگشتي آن بروز خواهد كرد. فنيري براي ساخت چنين نانولوله‌اي دو راه را ارائه داد, روش بازگشتي كُند يا روش غالب سريع كه "واكنش زنجيره‌اي اَبَرمولكولي" ناميده مي‌شود. واكنش‌هاي زنجيره‌اي اَبَرمولكولي سريعتر از فرآيند خودساماني با يك عامل تشديد كنندة خارجي صورت مي‌گيرند.

از زمان كشف نانولوله‌ها در سال 1991 تا به حال, از آنها به عنوان ترانزيستور لوله¬اي توسط شركت IBM , گسيل كنندة الكترون براي لوله‌هاي خلاء ميكروسكوپي توسط شركت Agere systems و توسط شركت NEC در باترهاي پيل سوختي كه مي ‌توانند انرژي يك رايانه دستي را روزها تأمين كنند, استفاده ‌شده است.

نانولوله‌هاي مورد ادعاي فنيري علاوه بر مدارهاي الكترونيكي, كاربردهاي جديد فراواني از درمان بيماري گرفته تا ساختن پلاستيك‌هايي براي ذخيرة نوري اطلاعات خواهند داشت.
منبع: http://www.eetonline.com/at/news/OEG20021023S0058

مدلسازي مولكولي و نانوتکنولوژي
اكتبر 2002- در سازمان¬دهي و دستكاري مواد در مقياس نانو، لازم است تمامي ابزار موجود جهت افزايش كارايي مواد و وسايل بكار گرفته شود. يكي از اين ابزار، شيمي تحليلي، خصوصاً مدل‌سازي مولكولي و شبيه‌سازي است.
امروزه ابزار تحقيقاتي فراگيري مانند روشهاي شيمي تحليلي، مزيتهاي فراواني نسبت به روشهاي تجربي دارند.
ميهيل يورك از شركت Continental Tire North America مي‌گويد: "روش‌هاي تجربي مستلزم بهره‌گيري از نيروي انساني، شيميايي، تجهيزات، انرژي و زمان است. شيمي تحليلي اين امكان را براي هر فرد مهيا مي‌سازد كه فعاليتهاي شيميايي چندگانه‌اي را در 24 ساعت شبانه‌روز انجام دهد. شيميدانها مي‌توانند با انجام آزمايشها توسط رايانه‌، احتمال فعاليتهاي غيرمؤثر را از بين ببرند و گستره احتمالي موفقيتهاي آزمايشگاهي را وسعت دهند. نتيجه نهايي اين امر، كاهش اساسي در هزينه‌هاي آزمايشگاهي (مانند مواد، انرژي، تجهيزات) و زمان است."

از طرف ديگر، در شيمي تحليلي سرمايه‌گذاري اوليه جهت تهيه نرم‌افزار و هزينه‌هاي وابسته ازجمله سخت‌افزار جديد، آموزش و تغييرات پرسنل بسيار بالا خواهد بود. ولي با بكارگيري هوشمندانة اين ابزار مي‌توان هريك از هزينه‌هاي اوليه را نه تنها از طريق صرفه‌جويي در هزينه آزمايشگاه بلكه بوسيله فراهم نمودن دانشي كه منجر به بهينه‌سازي فرآيندها و عملكردها مي‌شود، جبران ساخت.

اين موضوع براي شيميدانها بسيار مناسب است ولي روشهاي شبيه‌سازي چطور مي‌توانند براي نانوتكنولوژيست¬ها مفيد واقع شود؟ محدوديتهاي آزمايشگر در مقياس نانو، زماني آشكار مي‌شود كه شگفتي جهان دانشمندان نظري وارد عمل مي‌شود. در اينجا هنگاميكه دانشمندان قصد قرار دادن هريك از اتمها را در محل موردنظر دارند قوانين كوانتوم وارد صحنه مي‌شود.

اما چرا دانشمندان مي‌خواهند بر تمام مشكلات جابجايي اتم فائق آيند؟ تغييرات در مقياس نانومتري برخواص موج‌گونه الكترونهاي درون مواد اثر مي‌گذارد. با جابجا كردن اتمها در اين مقياس مي‌توان خواص اصلي مواد (به عنوان مثال دماي ذوب، اثرات مغناطيسي، ظرفيت بار) را بدون تغيير كلي تركيب شيميايي مواد، دگرگون ساخت.
پيش‌بيني رفتار و خواص در محدوده¬اي از ابعاد براي نانوتكنولوژيستها حياتي است. خوشبختانه در طول دو دهه قبل روشهاي تحليلي به حدي از تكامل رسيده‌اند كه مي‌توانند تمام مقياسهاي طول و زمان را از ابعاد الكتروني تا ابعاد بزرگ پوشش دهند.

مدل‌سازي رايانه‌اي با بكارگيري قوانين اوليه مكانيك كوانتوم و يا شبيه‌سازيهاي مقياس مياني، دانشمندان را به مشاهده و پيش‌بيني رفتار در مقياس نانو و يا حدود آن قادر مي‌سازد. مدلهاي مقياس مياني با بكارگيري واحدهاي اصلي بزرگتر از مدلهاي مولكولي كه نيازمند جزئيات اتمي است، به ارائه خواص جامدات، مايعات و گازها مي¬پردازند. روشهاي مقياس مياني در مقياس‌هاي طولي و زماني بزرگتري نسبت به شبيه¬سازي مولکولي عمل مي‌كنند. مي‌توان اين روشها را براي مطالعه مايعات پيچيده، مخلوطهاي پليمر و مواد ساخته‌شده در مقياس نانو و ميكرو بكار برد.
مدل‌سازي خاك‌رس
محققين دانشگاه لندن در انگلستان و دانشگاه Paris Sud در فرانسه، شبيه‌سازيهايي براساس مكانيك كوانتوم براي مطالعه نانوكامپوزيتهاي خاك‌رس – پليمر بكار برده‌اند. امروزه اين تركيبات يكي از موفق‌ترين مواد نانوتكنولوژي هستند، زيرا بطور همزمان مقاومت بالا و شكل‌پذيري از خود نشان مي‌دهند؛ خواصي كه معمولاً در يكجا جمع نمي‌شوند.

نانوكامپوزيتهاي پليمر – خاك رس مي‌توانند با پليمريزاسيون ميان‌گذار تهيه شوند؛ فرآيندي كه شامل مخلوط كردن مكانيكي خاك معدني با مونومر مورد نياز است. بنابراين مونومر در لايه دروني جاي‌گذاري مي‌شود -خودش را در لايه‌هاي درون ورقه‌هاي سفال جاي مي‌دهد- و تورق كل ساختار را افزايش مي‌دهد. پليمريزاسيون ادامه مي‌يابد تا سبب پيدايش مواد پليمري خطي و همبسته گردد.