فناوری نانو؛ چالشی برای انقلاب آینده علم

آفتاب‌‌نیوز : آفتاب: مکانیک کوانتوم بخشی از فیزیک است که به شرح رفتار ماده در مقیاس میکروسکوپی می پردازد و در خصوص تمام پدیده‌هایی که فیزیک کلاسیک قادر به بررسی آنها نیست توضیح می‌دهد.

در این میان فناوری‌های نانو از ابزار ارائه شده توسط فیزیک کوانتوم برای کنترل و توسعه دستگاههای در مقیاس کوچکتر از میکرومتر (از یک تا 100 نانومتر) استفاده می کند و توجه ویژه ای به استفاده از پدیده های "اثر تونلی" (tunnel effect) نشان می دهد.

"اثر تونلی" کاربردهایی برای ساخت "دیود تونلی" دارد و وجود یک احتمال هرچند کوچک را در مواردی از قبیل اینکه یک ذره می تواند از یک مانع عبور کند و اینکه برخی مواد عایق در مقیاس میکروسکوپی رفتار متفاوتی از خود نشان می دهند و این مواد در برخی شرایط خاص به جای عایق بودن می توانند به نیمه رساناها تبدیل شوند اثبات کند.

فناوری نانو یک عرصه بینابین برای کشف ناشناخته ها بوده و شیمی، مهندسی، فیزیک و پزشکی را برای مطالعه بر روی ویژگیهایی که می توانند مزایای مواد را در فضاهای نانویی افزایش دهند درگیر می کند.

فناوری‌های نانو کاربردهایی در بخشهای صنعت و اقتصاد دارند و می‌توانند نتایجی عالی درباره انواع موادی چون چوب، پارچه و عرصه‌هایی چون پزشکی زیستی و ساخت پروتزهای استخوان و دندان برجای بگذارند و در برنامه ریزی و توسعه مولکول‌های جدید و ساخت دستگاه‌های بسیار کوچک وارد شوند.

از دیگر کاربردهای فناوری‌های نانو، استفاده از آن در الکترونیک، تحقیق درباره نانولوله‌ها و نانوالیاف است که نتایج بسیار مهمی در ساخت حافظه ها و ریز پردازش‌گرهای فوق سریع دارند.

نانولوله ها و نانوالیاف

در حال حاضر، نانوساختارهای که به خصوص در عرصه الکترونیک و اطلاعات با بیشترین میزان توجه مواجهند، نانولوله ها و نانو الیاف کربنی هستند. به ویژه نانو الیافی که در ساخت رساناهای با قطر کمتر از یک نانومتر به کار می‌روند از اقبال بالایی برخوردارند. این رساناها برای تولید ترانزیستورها و در نتیجه ساخت دستگاه‌های الکترونیکی بسیار سریع و با ابعاد کوچک کاربرد دارند.

نانولوله‌ها از یک ساختار منظم به شکل کره‌های اتم‌های کربن ساخته شده‌اند که روی یکدیگر چیده شده و یک ساختار استوانه‌ای را می‌سازند.

نانولوله ها کاربردهای مختلفی دارند و برای مثال می‌توانند درهای جدیدی را برای ایجاد ماشین‌های سبکتر، ایمن‌تر و اقتصادی‌تر حتی از دیدگاه مصرف سوخت باز کنند.

از کاربردهای دیگر این مواد نانویی می توان به استفاده از آن در صنایع نساجی و ترکیب الیاف و نانولوله‌ها برای تولید پوشاکی که قادر به انتقال و حفظ اطلاعات هستند اشاره کرد.

محصولات ساخته شده

در بخش نساجی، تاکنون لباس‌هایی تولید شده اند که با یک لایه نازک از نانوذرات اکسید روی پوشیده شده اند. این لباس‌ها بیشترین حفاظت را درمقابل پرتوهای ماوراء بنفش را از خود نشان می‌دهند.

همچنین لباس‌هایی با ویژگی‌های ضد آب وجود دارند که با وارد کردن لایه‌هایی از نانوذرات در ردیفهای تار پارچه ایجاد شده‌اند.

تکنیکی که برای حفاظت در مقابل پرتوهای "ماوراء بنفش" استفاده شده نتایج خوبی نیز در تولید نوع ویژه ای از شیشه با خاصیت فتوشیمیایی و هیدروفیل نشان داده است.

مقاومت زیاد برخی از مواد ترکیبات ساخته شده در سطح میکروسکوپی منجر به ایجاد شیشه‌های سخت‌تر و قوی‌تری شده که به سختی خش بر می‌دارند و می‌شکنند.

همچنین دانشمندان علوم فناوری‌های نانو موفق شده‌اند با استفاده از نانولوله‌های گرافیت دمیده شده، چوب بیسبالی بسازند که بسیار سبک بوده اما همزمان نسبت به چوب‌های فعلی از مقاومت بالاتری برخوردار است.

همچنین محصولاتی نیز با مصرف روزانه وجود دارند که به برکت تحقیقات انجام شده در عرصه فناوری نانو تولید شده‌اند که از آن جمله می‌توان به مانیتورهای LCD، خازن‌های مینیاتوری شده، نانوباتری‌ها و میکروپردازش‌گرهای حاضر در داخل رایانه‌های مدرن تنها به عنوان بخشی از دستاوردهای فناوری‌های نانو اشاره کرد.

خطرات و مشکلات ممکن

توسعه فناوری‌های نانو تنها منجر به بهبود کاربردهای مختلف در عرصه‌های مهندسی، پزشکی و حفظ محیط زیست در تلاش برای حل مشکلات فعلی آلودگی نیست بلکه به دنبال محصولاتی می‌گردد که می‌توانند موتور جدید نوآوری اقتصادی برای بسیاری از کشورهای دنیا را به حرکت در آورند.

باوجود این نباید از خاطر برد که حتی اگر منافع این حوزه علم بسیار متعدد باشد، بسیاری از دانشمندان به شدت نگران اثرات مخربی هستند که دستگاه‌های برپایه فناوری‌های نانو می‌توانند داشته باشند.

این نگرانی به خصوص از این مسأله ناشی می‌شود که در سطح نانومتری، عناصر به روشی متفاوت از سطح ماکروسکوپی رفتار می‌کنند و هنوز اثرات برخورد این رفتار متفاوت با انسان کاملا مشخص نشده است.

از دیدگاه فیزیک و بیولوژی، پزشکان معتقدند که نانوذرات می توانند از لایه "هماتوآنسوفالیک" مغز عبور کنند. این لایه از بافت مغز در مقابل عناصر شیمیایی سمی حاضر در خون محافظت می‌کند.

در آزمایشی که "اوا اوبردورستر" سم شناس زیست محیطی انجام داد، مشخص شد که تغییر شکل کربن می‌تواند در ماهی‌ها در سطح مغزی آسیب‌هایی ایجاد کند و پس از 48 ساعت پس از تماس با این نانوذرات در این جانوران سبب بروز جهش‌های ژنتیکی شود.

در آزمایش دیگری، آسیب‌های ممکن به جنین در دوره بارداری در اثر تماس با نانوذرات مورد ارزیابی قرار گرفت. برخی از دانشمندان معتقدند که جفت مانعی طبیعی می‌سازد که می‌تواند نانوذرات را فیلتر کند در حالی که برخی دیگر از پزشکان در این خصوص دچار تردیدها و نگرانی‌هایی هستند.

نگاه به آینده

کشفیات مداوم و تکامل سریع ابزارهای نانوذرات می‌توانند نشان دهند که در سال‌های آینده نوآوری‌های بزرگی در عرصه‌های مختلف علم ایجاد شود.

دانشمندان خوش‌بین‌تر امیدوارند که در آینده می‌توان نانوماشین‌هایی ساخت که قادرند بر روی تک اتم‌ها کار کرده و براساس یک الگوی از پیش تعیین شده محصول مورد نظر را ایجاد کنند. این ماشین‌ها دستگاه‌هایی هستند که می‌توانند با دقت اتمی، واکنش‌های شیمیایی را برای رسیدن به یک محصول نهایی هدایت و ساماندهی کنند.

در حال حاضر به نظر می‌رسد که این تکنیک کاملا آرمان‌گرایانه باشد اما بی‌شک در آینده تحقق یافتنی است.

نانوماشین‌ها در بخش پاکسازی محیط زیست نیز می‌توانند مفید باشند و به روشی سریع آثار مواد خطرناک و آلاینده را پاک کنند و از لایه نازک ازون استراتوسفر محافظت کنند.

همچنین فناوری نانو ساخت منابع روشنایی بهتر را با حداقل مصرف انرژی و بهره وری بیشتر امکانپذیر می کند.

مینیاتوری سازی مداوم ترانزیستورها به دانشمندان اجازه داده است که ادغام دستگاه‌های نانوالکترونیک را در داخل سلول‌های زنده امتحان کنند و عملکرد این دستگاه‌ها را به‌عنوان حس‌گرهای بین‌سلولی مورد ارزیابی قرار دهند.

توسعه دستگاه‌های کوچکتر در عرصه سلولی به‌طور حتم می‌تواند منجر به درک بهتر تمام فرایندهای مکانیکی، بیوشیمیایی و گرمایی شود.