فناوری نانو 1
1- تعریف علم و فناوری نانو
احتمالا تا به امروز نام نانو یا فناوری نانو را شنیدهاید و همچنین با برخی از کاربردهای آن در صنایع مختلف آشنا شدهاید. در نتیجه حتما این سوالات برای شما پیش آمده است که نانو چیست؟ آیا علم نانو، علم جدیدی است؟ فناوری نانو به چه فناوریای گفته میشود؟ به چه دردمان میخورد؟
در قدم اول اجازه دهید شما را با تعریف علم نانو آشنا کنیم. تا به امروز تعریفهای مختلفی از علم نانو (nanoscience) ارائه شده است. یکی از بهترین تعریفهای علم نانو که به صورت بسیار مختصر شما را با جهان نانو آشنا میکند بدین گونه است: علم نانو مطالعه پدیدهها و دستکاری مواد در مقیاسهایی در ابعاد اتمی، مولکولی و ماکرومولکولی است که منجر به تغییر شدید خواص مواد (نسبت به مواد در ابعاد بزرگ) میشود.
همانطور که متوجه شده اید، علم نانو به پدیدههایی اشاره میکند که در مقیاسهای مشخص و احتمالا بسیار کوچک رخ میدهد. مواد تودهای (تکهای بزرگ از مواد؛ همانند آنچه که اطراف ماست) خواص فیزیکی مشخص و پیوستهای دارند. به عبارت دیگر خواص فیزیکی آنها جدای از ابعادشان برای ما شناخته شده بوده و تغییر نمیکند. حال اگر یک ماده را کوچک کنیم، خواص آن ماده در ابعاد کوچکتر و میکرومتری (به عنوان مثال به اندازه یک ذره شن) نیز تقریبا مشابه همان تکه تودهای اولیه است ولی هنگامی که آن ماده به ابعاد بسیار کوچکتر و به اندازه ابعاد نانومتری برسد، خواص ماده به گونهای تغییر میکند که دیگر قوانین فیزیک معمول و کلاسیک توانایی توضیح دادن آن را ندارد. آن ماده (به عنوان مثال طلا) در ابعاد نانومتری ممکن است خواص (به عنوان مثال خواص الکتریکی، نوری یا مکانیکی) بسیار متفاوتی نسبت به اندازه تودهای خود داشته باشد.
حال با درک اولیه از تعریف علم نانو میتوانیم فناوری نانو (nanotechnology) را این گونه تعریف نماییم: فناوری نانو طراحی، مطالعه، تولید و کاربرد ساختارها، ابزارها و سیستمها از طریق کنترل شکل و اندازه آنها در مقیاس نانومتری است. سوالی که مطمئنا برایتان پیش آمده است این است که کلماتی همچون میکرومتری، نانومتری یا ابعاد نانو دقیقا به چه معنا است و به چه ابعادی اشاره میکند. پس بهتر است نگاهی دقیقتر به کمیتهای اندازهگیری بیاندازیم.
1- 2- یک نانومتر چقدر کوچک است؟
هیچکس نمی داند که اولین انسانها چه زمانی متوجه شدند که نیازمند اندازه گیری بعضی چیزها هستند، اما گویا از اولین کمیتهایی که توانستند اندازه بگیرند، فاصله یا طول بوده است. انسانها در ابتدا با استفاده از اعضای بدن خود این کمیت را اندازه گیری میکردند. طول ساعد، طول پا و طول دستهای بازشده از هم، اولین مبناهای اندازه گیری بودند. اندک اندک با پیشرفت زندگی انسان و افزایش شناخت او از طبیعت و محیط اطرافش، واحدهای اندازه گیری نیز دقیقتر شدند. امروز دستگاههای اندازه گیری معینی تعریف شدهاند و همه از واحدهای مشخصی استفاده میکنند.
متر، یکی از شناخته شده ترین واحدهای اندازه گیری طول است. این اندازه به حدی شناخته شده است که به راحتی میتوان با طول یک گام بلند آن را نشان داد. بیشتر آنچه که انسانها به طور روزمره با آن مواجه هستند، اندازهای بین صد متر تا یک صدم متر (سانتی متر) دارند. در حقیقت زندگی معمول انسانها در اندازه بزرگی متر (مقیاس ماکرو) میگذرد. اما این محدوده، بخش بسیار بسیار کوچکی از اندازههای موجود در طبیعت پیرامون زندگی انسان است. او بر روی کره زمین زندگی میکند که قطری معادل 12,760,000 متر (12/76 میلیون متر) دارد و موجودات کوچکی (مانند باکتری) به اندازه 0/000001متر (یک میلیونیم متر) میتوانند به آسانی سلامت و حتی حیات و بقای او را تحت تاثیر قرار دهند. به نظر میرسد تصور کردن این اندازهها کار مشکلی است.
ریاضیدانان سعی نمودهاند که این مشکل را حل کنند. آنها با استفاده از نمادگذاری و ارائه یک روش مقایسهای، تصور اندازههای بسیار کوچک و بسیار بزرگ را آسانتر نمودهاند. روش پیشنهادی آنها را میتوان با یک آزمایش ساده ارزیابی کرد. اگر پشت یک میز و روبروی نمایشگر یک رایانه نشستهاید، احتمالا میزی که رایانه شما بر روی آن قرار دارد طولی حدود یک متر دارد. اگر طول این میز را 10 بار کوچک کنید، برابر قطر یک سی-دی (لوح فشرده) میشود. اگر قطر لوح فشرده را 10 بار کوچک کنید، برابر قطر یک تیله میشود و اگر تیله را 10 بار کوچک کنید، به اندازه یک دانه نمک درمیآید (شکل 1). حالا اگر دانه نمک را سه مرتبه و هر مرتبه 10 بار بزرگ کنید، میتوانید از آن به عنوان میز استفاده نمایید. ریاضیدانان برای نمایش این نسبت میان دانه نمک و میز از نماد 3-10 (سه مرتبه و هر مرتبه 10 بار کوچک سازی) استفاده کردهاند. البته آنها از این روش برای توصیف اندازههای بزرگ نیز بهره بردهاند. به طور مثال میتوان منظومه شمسی با اندازه 1013 متر (13 مرتبه و هر مرتبه 10 بار بزرگنمایی) و کهکشان راه شیری با اندازه 1021 متر (21 مرتبه و هر مرتبه 10 بار بزرگنمایی) را نیز با این روش توصیف کرد.
نوشتن دیدگاه
نوشته: HTML ترجمه نمی شود!