فناوری نانو می­تواند 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 ) برندة جایزة نوبل، بالک مینسترفلورسنس را در سال 1985 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 62 درصد افزایش داد تا مطالعات لازم در زمینة‌ 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 بهبودیافتة 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 دربارة مخزن بدست آورد.

مواد نانو

صنعت نفت تقریباً در تمام فرآیندها احتیاج به موادی مستحکم و مطمئن دارد. با ساخت موادی در مقیاس نانو می‌توان تجهیزاتی سبکتر، مقاومتر و محکم‌تر از محصولات امروزی تولید نمود. شرکت نانوتکنولوژی GP در هنگ‌کنگ یکی از پیشگامان توسعة کربید سیلیکون، یک پودر سرامیکی در ابعاد نانو می‌باشد.

با استفاده از این پودرها می‌توان مواد بسیار سختی تولید نمود. این شرکت در حال حاضر مشغول مطالعه و تحقیق بر روی سایر مواد مرکب می‌باشد و معتقد است که می‌توان با نانوکریستال‌ها تجهیزات حفاری بادوامتر و مستحکم‌تری تولید کرد. همچنین متخصصان این شرکت یک سیال جدید حاوی ذرات و نانوپودرهای بسیار ریز تولید نموده‌اند که به‌طور قابل توجهی سرعت حفاری را بهبود می‌بخشد. این مخلوط آسیب‌های وارده به دیوارة مخزن در چاه را حذف نموده و قابلیت استخراج نفت را افزایش می‌بخشد.

آلودگی

آلودگی توسط مواد شیمیایی و یا گازهای آلاینده یک مبحث بسیار دشوار در تولید نفت و گاز می‌باشد. نتایج بدست‌آمده از تحقیقات دانشمندان حاکی از آن است که نانوتکنولوژی می‌تواند تا حد مطلوبی به کاهش آلودگی کمک کند. در حال حاضر فیلترها و ذراتی با ساختار نانو در حال توسعه می‌باشند که می‌توانند ترکیبات آلی را از بخار نفت جدا سازند. این نمونه‌ها علیرغم اینکه اندازه‌ای در حدود چند نانومتر دارند، دارای سطح بیرونی وسیعی بوده و قادر به کنترل نوع سیال گذرنده از خود می‌باشند. همچنین کاتالیست‌هایی با ساختار نانو جهت تسهیل در جداسازی سولفید هیدروژن، آب، مونوکسیدکربن، و دی‌اکسید کربن از گاز‌طبیعی در صنعت نفت بکار گرفته می‌شوند. در حال حاضر مطالعاتی بر روی نمونه‌هایی از خاک رس در ابعاد نانو و جهت ترکیب با پلیمرهایی صورت می‌پذیرد که بتوانند هیدروکربن‌ها را جذب نمایند. بنابراین می‌توان باقیمانده‌های نفت را از گل حفاری جدا نمود.

سنسورهای هیدروژن خود تمیز کننده

خواص فوتوکاتالیستی نانوتیوب‌های تیتانیا در مقایسه با هر فرمی از تیتانیا بارزتر می‌باشد، بطوری‌که آلودگی‌های ایجادشده تحت تابش اشعة ماوراء بنفش به‌طور قابل توجهی از بین می‌روند. تا اینکه سنسورها بتوانند حساسیت اصلی خود نسبت به هیدروژن را حفظ نماید. تحقیقات انجام‌گرفته در این زمینه حاکی از آن است که نانوتیوب‌های تیتانیا دارای یک مقاومت الکتریکی برگشت‌پذیر می‌باشند، بطوری‌که اگر هزار قطعه از آن‌ها در مقابل یک میلیون‌ اتم هیدروژن قرار بگیرند، مقاومت الکتریکی آن در حدود یکصد میلیون درصد افزایش می‌یابد.

سنسورهای هیدروژن بطور گسترده‌ای در صنایع شیمیایی، نفت و نیمه‌رساناها مورد استفاده قرار می‌گیرند. از آنها جهت شناسایی انواع خاصی از باکتری‌های عفونت‌زا استفاده می‌گردد. به‌ هر حال محیط‌هایی نظیر تأسیسات و پالایشگاه‌های نفتی که سنسورهای هیدروژن از کاربردهای ویژه‌ای برخوردار می‌باشند، می‌توانند بسیار آلوده و کثیف باشند این سنسورهای هیدروژن نانوتیوب‌های تیتانیا هستند که توسط یک لایة غیرپیوسته‌ای از پالادیم پوشانده شده‌اند. محققان این سنسورها را به مواد مختلفی نظیر اسید استریک ( یک نوع اسید چرب )‌، دود سیگار و روغن‌های مختلفی آلوده نمودند و سپس مشاهده کردند که تمام این آلوده‌کننده‌ها در اثر خاصیت فوتوکاتالیستی نانوتیوب‌ها از بین می‌روند. حد نهایی آلودگی‌ها زمانی بود که دانشمندان این سنسورها را در روغن‌های مختلفی غوطه‌ور ساخته و سنسورها توانستند خواص خود را بازیابند. محققان سنسورها را در دمای اتاق به مقدار هزار قطعه در مقابل یک میلیون ‌اتم هیدروژن در معرض این گاز قرار دادند و مشاهده نمودند که در طرح‌های اولیة سنسور مقاومت الکتریکی آن به میزان 175000 درصد تغییر می‌کند. سپس سنسورها را توسط لایه‌ای به ضخامت چندین میکرون از روغن موتور پوشاندند تا بطور کلی حساسیت آن‌ها نسبت به هیدروژن از بین برود. سپس این سنسورها را در هوای عادی به ‌مدت 10 ساعت در معرض نور ماوراء بنفش قرار دادند و پس از یک ساعت مشاهده نمودند که سنسورها مقدار قابل توجهی از حساسیت خود را بدست آورده‌ و پس از گذشت 10 ساعت تقریباً بطور کامل به وضعیت عادی خود بازگشتند.

علیرغم قابلیت بازگشتی بسیار مناسب این سنسورها نمی‌توانند پس از آلودگی به انواع خاصی از آلوده‌کننده‌ها حساسیت خود را باز یابند برای مثال روغن WQ -40 به علت دارابودن مقداری نمک خاصیت فوتوکاتالسیتی نانوتیوب‌ها را تا حد زیادی از بین می‌برد.

با افزودن مقدار اندکی از فلزات مختلف نظیر قلع، طلا، نقره، مس و نایوبیم، یک گروه متنوعی از سنسورهای شیمیایی بدست می‌آیند. این فلزات خاصیت فوتوکاتالیستی نانوتیوب‌های تیتانیا را تغییر می‌دهند. به هر حال سنسورها در یک محیط غیرقابل کنترل در دنیای واقعی توسط مواد گوناگونی نظیر بخار‌های آلی فرار، دودة کربن و بخارهای نفت و همچنین گرد و غبار آلوده می‌گردند. قابلیت خودپاک‌کنندگی این سنسورها طول عمر آن‌ها را افزایش و از همه مهمتر خطای آنها را کاهش می‌دهد.

سنسورهای جدید در خدمت بهبود استخراج نفت

براساس آخرین اطلاعات چاپ شده توسط سازمان انرژی آمریکا، استخراج نفت در حدود دو سوم از چاه‌های نفت آمریکا اقتصادی نمی‌باشد. با توجه به دما و فشار زیاد در محیط‌های سخت زیرزمینی، سنسورهای قدیمی الکتریکی و الکترونیکی و سایر لوازم اندازه‌گیری قابل اعتماد نمی‌باشند و در نتیجه شرکت‌های استخراج‌ کنندة‌ نفت در تهیة ‌اطلاعات لازم و حساس جهت استخراج کامل و مؤثر نفت از مخازن با برخی مشکلات مواجه می‌باشند.

در حال حاضر محققان در آزمایشگاه فوتونیک دانشگاه صنعتی ویرجینیا در حال توسعة یک‌سری سنسورهای قابل اعتماد و ارزان از فیبرهای نوری جهت اندازه‌گیری فشار، دما، جریان نفت و امواج آکوستیک در چاه‌های نفت می‌باشند. این سنسورها به‌علت مزایایی نظیر اندازة کوچک ،‌ایمنی در قبال تداخل الکترومغناطیسی ، قابلیت کارآیی در فشار و دمای بالا و همچنین محیط‌های دشوار، مورد توجه بسیار قرار گرفته‌اند. از همه مهم‌تر اینکه امکان جایگزینی و تعویض این سنسورها بدون دخالت در فرآیند تولید نفت و باهزینة‌ مناسب فراهم می‌باشد. در حال حاضر عمل جایگزینی و تعویض سنسورهای قدیمی در چاه‌های نفت میلیون‌ها دلار هزینه در پی دارد. سنسورهای جدید از نظر تولید بسیار مقرون ‌به صرفه بوده و اندازه‌گیری‌های دقیق‌تری ارائه می‌دهند.

انتظار می‌رود که تکنولوژی این سنسورها تولید نفت را با ارائه اندازه‌گیری‌های دقیق و قابل اعتماد و کاهش ریسک‌های همراه با اکتشاف و حفاری نفت بهبود بخشد. همچنین سنسورهای جدید به‌علت برخی کاربردهای ویژه نظیر استخراج دریایی و افقی نفت، جایی که بکاربستن سنسورهای قدیمی در چنین شرایطی بسیار مشکل می‌باشد، از توجه ویژه‌ای برخوردارند.

» نانوتکنولوژی و صنعت نفت

فناوری نانو می­تواند 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 ) برندة جایزة نوبل، بالک مینسترفلورسنس را در سال 1985 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 62 درصد افزایش داد تا مطالعات لازم در زمینة‌ 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 بهبودیافتة 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 دربارة مخزن بدست آورد.

مواد نانو

صنعت نفت تقریباً در تمام فرآیندها احتیاج به موادی مستحکم و مطمئن دارد. با ساخت موادی در مقیاس نانو می‌توان تجهیزاتی سبکتر، مقاومتر و محکم‌تر از محصولات امروزی تولید نمود. شرکت نانوتکنولوژی GP در هنگ‌کنگ یکی از پیشگامان توسعة کربید سیلیکون، یک پودر سرامیکی در ابعاد نانو می‌باشد.

با استفاده از این پودرها می‌توان مواد بسیار سختی تولید نمود. این شرکت در حال حاضر مشغول مطالعه و تحقیق بر روی سایر مواد مرکب می‌باشد و معتقد است که می‌توان با نانوکریستال‌ها تجهیزات حفاری بادوامتر و مستحکم‌تری تولید کرد. همچنین متخصصان این شرکت یک سیال جدید حاوی ذرات و نانوپودرهای بسیار ریز تولید نموده‌اند که به‌طور قابل توجهی سرعت حفاری را بهبود می‌بخشد. این مخلوط آسیب‌های وارده به دیوارة مخزن در چاه را حذف نموده و قابلیت استخراج نفت را افزایش می‌بخشد.

آلودگی

آلودگی توسط مواد شیمیایی و یا گازهای آلاینده یک مبحث بسیار دشوار در تولید نفت و گاز می‌باشد. نتایج بدست‌آمده از تحقیقات دانشمندان حاکی از آن است که نانوتکنولوژی می‌تواند تا حد مطلوبی به کاهش آلودگی کمک کند. در حال حاضر فیلترها و ذراتی با ساختار نانو در حال توسعه می‌باشند که می‌توانند ترکیبات آلی را از بخار نفت جدا سازند. این نمونه‌ها علیرغم اینکه اندازه‌ای در حدود چند نانومتر دارند، دارای سطح بیرونی وسیعی بوده و قادر به کنترل نوع سیال گذرنده از خود می‌باشند. همچنین کاتالیست‌هایی با ساختار نانو جهت تسهیل در جداسازی سولفید هیدروژن، آب، مونوکسیدکربن، و دی‌اکسید کربن از گاز‌طبیعی در صنعت نفت بکار گرفته می‌شوند. در حال حاضر مطالعاتی بر روی نمونه‌هایی از خاک رس در ابعاد نانو و جهت ترکیب با پلیمرهایی صورت می‌پذیرد که بتوانند هیدروکربن‌ها را جذب نمایند. بنابراین می‌توان باقیمانده‌های نفت را از گل حفاری جدا نمود.

سنسورهای هیدروژن خود تمیز کننده

خواص فوتوکاتالیستی نانوتیوب‌های تیتانیا در مقایسه با هر فرمی از تیتانیا بارزتر می‌باشد، بطوری‌که آلودگی‌های ایجادشده تحت تابش اشعة ماوراء بنفش به‌طور قابل توجهی از بین می‌روند. تا اینکه سنسورها بتوانند حساسیت اصلی خود نسبت به هیدروژن را حفظ نماید. تحقیقات انجام‌گرفته در این زمینه حاکی از آن است که نانوتیوب‌های تیتانیا دارای یک مقاومت الکتریکی برگشت‌پذیر می‌باشند، بطوری‌که اگر هزار قطعه از آن‌ها در مقابل یک میلیون‌ اتم هیدروژن قرار بگیرند، مقاومت الکتریکی آن در حدود یکصد میلیون درصد افزایش می‌یابد.

سنسورهای هیدروژن بطور گسترده‌ای در صنایع شیمیایی، نفت و نیمه‌رساناها مورد استفاده قرار می‌گیرند. از آنها جهت شناسایی انواع خاصی از باکتری‌های عفونت‌زا استفاده می‌گردد. به‌ هر حال محیط‌هایی نظیر تأسیسات و پالایشگاه‌های نفتی که سنسورهای هیدروژن از کاربردهای ویژه‌ای برخوردار می‌باشند، می‌توانند بسیار آلوده و کثیف باشند این سنسورهای هیدروژن نانوتیوب‌های تیتانیا هستند که توسط یک لایة غیرپیوسته‌ای از پالادیم پوشانده شده‌اند. محققان این سنسورها را به مواد مختلفی نظیر اسید استریک ( یک نوع اسید چرب )‌، دود سیگار و روغن‌های مختلفی آلوده نمودند و سپس مشاهده کردند که تمام این آلوده‌کننده‌ها در اثر خاصیت فوتوکاتالیستی نانوتیوب‌ها از بین می‌روند. حد نهایی آلودگی‌ها زمانی بود که دانشمندان این سنسورها را در روغن‌های مختلفی غوطه‌ور ساخته و سنسورها توانستند خواص خود را بازیابند. محققان سنسورها را در دمای اتاق به مقدار هزار قطعه در مقابل یک میلیون ‌اتم هیدروژن در معرض این گاز قرار دادند و مشاهده نمودند که در طرح‌های اولیة سنسور مقاومت الکتریکی آن به میزان 175000 درصد تغییر می‌کند. سپس سنسورها را توسط لایه‌ای به ضخامت چندین میکرون از روغن موتور پوشاندند تا بطور کلی حساسیت آن‌ها نسبت به هیدروژن از بین برود. سپس این سنسورها را در هوای عادی به ‌مدت 10 ساعت در معرض نور ماوراء بنفش قرار دادند و پس از یک ساعت مشاهده نمودند که سنسورها مقدار قابل توجهی از حساسیت خود را بدست آورده‌ و پس از گذشت 10 ساعت تقریباً بطور کامل به وضعیت عادی خود بازگشتند.

علیرغم قابلیت بازگشتی بسیار مناسب این سنسورها نمی‌توانند پس از آلودگی به انواع خاصی از آلوده‌کننده‌ها حساسیت خود را باز یابند برای مثال روغن WQ -40 به علت دارابودن مقداری نمک خاصیت فوتوکاتالسیتی نانوتیوب‌ها را تا حد زیادی از بین می‌برد.

با افزودن مقدار اندکی از فلزات مختلف نظیر قلع، طلا، نقره، مس و نایوبیم، یک گروه متنوعی از سنسورهای شیمیایی بدست می‌آیند. این فلزات خاصیت فوتوکاتالیستی نانوتیوب‌های تیتانیا را تغییر می‌دهند. به هر حال سنسورها در یک محیط غیرقابل کنترل در دنیای واقعی توسط مواد گوناگونی نظیر بخار‌های آلی فرار، دودة کربن و بخارهای نفت و همچنین گرد و غبار آلوده می‌گردند. قابلیت خودپاک‌کنندگی این سنسورها طول عمر آن‌ها را افزایش و از همه مهمتر خطای آنها را کاهش می‌دهد.

سنسورهای جدید در خدمت بهبود استخراج نفت

براساس آخرین اطلاعات چاپ شده توسط سازمان انرژی آمریکا، استخراج نفت در حدود دو سوم از چاه‌های نفت آمریکا اقتصادی نمی‌باشد. با توجه به دما و فشار زیاد در محیط‌های سخت زیرزمینی، سنسورهای قدیمی الکتریکی و الکترونیکی و سایر لوازم اندازه‌گیری قابل اعتماد نمی‌باشند و در نتیجه شرکت‌های استخراج‌ کنندة‌ نفت در تهیة ‌اطلاعات لازم و حساس جهت استخراج کامل و مؤثر نفت از مخازن با برخی مشکلات مواجه می‌باشند.

در حال حاضر محققان در آزمایشگاه فوتونیک دانشگاه صنعتی ویرجینیا در حال توسعة یک‌سری سنسورهای قابل اعتماد و ارزان از فیبرهای نوری جهت اندازه‌گیری فشار، دما، جریان نفت و امواج آکوستیک در چاه‌های نفت می‌باشند. این سنسورها به‌علت مزایایی نظیر اندازة کوچک ،‌ایمنی در قبال تداخل الکترومغناطیسی ، قابلیت کارآیی در فشار و دمای بالا و همچنین محیط‌های دشوار، مورد توجه بسیار قرار گرفته‌اند. از همه مهم‌تر اینکه امکان جایگزینی و تعویض این سنسورها بدون دخالت در فرآیند تولید نفت و باهزینة‌ مناسب فراهم می‌باشد. در حال حاضر عمل جایگزینی و تعویض سنسورهای قدیمی در چاه‌های نفت میلیون‌ها دلار هزینه در پی دارد. سنسورهای جدید از نظر تولید بسیار مقرون ‌به صرفه بوده و اندازه‌گیری‌های دقیق‌تری ارائه می‌دهند.

انتظار می‌رود که تکنولوژی این سنسورها تولید نفت را با ارائه اندازه‌گیری‌های دقیق و قابل اعتماد و کاهش ریسک‌های همراه با اکتشاف و حفاری نفت بهبود بخشد. همچنین سنسورهای جدید به‌علت برخی کاربردهای ویژه نظیر استخراج دریایی و افقی نفت، جایی که بکاربستن سنسورهای قدیمی در چنین شرایطی بسیار مشکل می‌باشد، از توجه ویژه‌ای برخوردارند.

از نانوتکنولوژی، بیوتکنولوژی و فناوری اطلاع رسانی به عنوان سه قلمرو علمی نام می برند که انقلاب سوم صنعتی را شکل می دهد. از همین روست که کشورهای در حال توسعه که اغلب از دو انقلاب قبل جا مانده اند، می کوشند با سرمایه گذاری در این سه قلمرو، عقب ماندگی خود را جبران کنند. همان گونه که در این گزارش می خوانید، نانوتکنولوژی کاربردهای گسترده ای در تمام حیطه های زندگی دارد و از این رو توسعه آن می تواند به بهبود و تسهیل زندگی کمک فراوان کند.

اتم سنگ بنای بنیادی ماده است و در نتیجه اتم ها بسیار کوچک هستند. توصیف و تصور جهان در سطح اتم و ملکول دشوار است. این حیطه از علم به قدری عجیب است که بخشی خاص از فیزیک به آن اختصاص یافته شده که مکانیک کوانتم نام دارد. هدف این علم برای توصیف رخدادها در سطح اتم است.اگر قرار بود توپ تنیس را به طرف دیوار پرتاب کنید و توپ از آن بگذرد و به سوی دیگر دیوار برود، حتماً تعجب می کردید. اما این دقیقاً همان اتفاقی است که در مقیاس کوانتم رخ می دهد. در مقیاس بسیار کوچک، خواص ماده مانند رنگ، مغناطیس و توانایی انتقال برق نیز به شکل غیرمنتظره تغییر می کند. دیدن جهان اتم به معنای عادی کلمه میسر نیست، چون خواص آن کوچکتر از طول موج نور قابل دیدن است. اما در سال 1981 پژوهشگران شرکت آی بی ام نوعی میکروسکوپ ساختند که نام آن STM بود. اسم این میکروسکوپ در واقع از یک خاصیت در مکانیک کوانتم گرفته شده بود که در میکروسکوپ یاد شده به کار می رود. این دستگاه می توانست پستی و بلندی های در مقایس جهان نانو را نشان دهد. میکروسکوپ STM این امکان را به دانشمندان داد که برای اولین بار اتم ها و ملکول ها را ببینند. تصاویر این میکروسکوپ به زیبایی و وضوح تصاویر طبیعت اما در مقیاس تصورناپذیر نانومتر بود.

یک نانومتر یک میلیاردیم متر یا حدوداً به طول 10 اتم هیدروژن است. با وجودی که دانشمندان از سال های دهه 1950 درباره بررسی مواد در این مقیاس تلاش کرده بودند، آنان ناچار شدند تا اختراع میکروسکوپ STM صبر کنند تا به هدف خود برسند.

عموماً در این باره توافق وجود دارد که نانوتکنولوژی اشیاء بین یک تا 100 نانومتر را در بر می گیرد، هر چند که این تعریف تا حدی قراردادی است. برخی افراد اجسامی به کوچکی یک دهم نانومتر را نیز در نظر می گیرند که به اندازه پیوند بین دو اتم کربن است. در دیگر سوی این گستره در اجسام بزرگتر از 50 نانومتر قوانین فیزیک کلاسیک صدق می کند.

مواد بسیاری هستند که دارای خواص اجسام در مقیاس نانو هستند اما اسم نانوتکنولوژی به آنها اطلاق نمی شود. نانوتکنولوژی در پی آن است تا از خواص عجیب اجسام در مقیاس بسیار کوچک استفاده کند.

جورج اسمیت سرپرست بخش علم مواد در دانشگاه آکسفورد گفت در مقیاس نانو، خواص «جدید، هیجان انگیز و متفاوتی» یافت می شود. با کوچک تر شدن اجسام، نسبت بین فضای سطح و حجم آن افزایش می یابد. این امر بدان علت مهم است که اتم های موجود در سطح یک ماده معمولاً بیشتر از اتم های مرکز آن واکنش نشان می دهند. از این رو، اگر نقره به ذرات بسیار کوچک تبدیل شود، خواص ضدمیکروبی پیدا می کند که در حجم انبوه آن وجود ندارد. یک شرکت با تولید ذرات ریز از ترکیب اکسید سدیم از این خاصیت استفاده می کند و ماده ای تولید می کند که خاصیت کاتالیزوری آن بیشتر است.

در این جهان نادیدنی، ذرات کوچک طلا در دمای چند صد درجه پایین تر ذوب می شود و مس که معمولاً رسانای خوب الکتریسیته است، ممکن است در لایه های نازک و در مجاورت میدان مغناطیسی مقاوم شود.

الکترون ها (مانند همان توپ تنیس خیالی) می توانند از نقطه ای به نقطه دیگر بجهند و ملکول ها می توانند همدیگر را از مسافت های متوسط جذب کنند. این خاصیت به برخی حشرات اجازه می دهد روی سقف راه بروند، چون موهای ریز کف پایشان به سقف می چسبد.

اما یافتن خواص جدید در مقیاس نانو گام نخست است. گام بعدی استفاده از این دانش است. توانایی ساخت اجسام با دقت اتمی این امکان را به دانشمندان می دهد که موادی با خواص بهتر یا جدید نوری، مغناطیسی، حرارتی یا الکتریک تولید کنند.

اکنون انواع جدیدی از ماده تولید می شود. مثلاً شرکت نانوسونیک در ویرجینیا لاستیک فلزی تولید کرده است. این ماده مانند لاستیک انعطاف و انحنا می پذیرد اما الکتریسیته را مانند فلزی محکم منتقل می کند. مرکز تحقیقاتی جنرال الکتریک در پی ساخت سرامیک انعطاف پذیر است. در صورت موفقیت، از این ماده می توان در ساخت قطعات موتور جت استفاده کرد و موتورهایی ساخت که در دمای بیشتر با کارایی بهتری کار کند. چندین شرکت مشغول کار روی موادی هستند که روزی به صورت رنگ به سلول های خورشیدی بدل خواهد شد.

از آنجایی که نانوتکنولوژی کاربردهای گسترده ای دارد، بسیاری از افراد فکر می کنند این علم اهمیتی به مانند برق یا پلاستیک پیدا کند. مطالعات نشان می دهد نانو تکنولوژی با بهبود مواد و محصولات و تولید مواد کاملاً جدید بر تمام صنایع تأثیر خواهد گذاشت. افزون براین، فعالیت در حد کوچکترین مقیاس ها به پیشرفت های مهم در عرصه هایی مانند الکترونیک، انرژی و پزشکی زیستی خواهد انجامید.

آغاز نانوتکنولوژی

نانو تکنولوژی از یک رشته علمی خاص مشتق نمی شود. با وجودی که نانو تکنولوژی بیشترین وجه مشترک را با علم مواد دارد، خواص اتم و ملکول شالوده بسیاری از علوم است و در نتیجه دانشمندان حوزه های علمی به آن جذب می شوند. برآورد می شود در سراسر جهان حدود 000/20 نفر در نانو تکنولوژی کار می کنند. تحقیقات در مقیاس بسیار ریز در رشته های الکترونیک، نوروبیوتکنولوژی به ترتیب نانوالکترونیک، نانو اپتیکس و نانو بیوتکنولوژی نیز نامیده می شود.

پیشوند نانو از کلمه یونانی به معنای کوتوله مشتق می شود. براساس برآورد شرکت لاکس ریسرچ در نیوریورک، بودجه کل تحقیق و توسعه نانو تکنولوژی دولت ها و شرکت ها در سراسر جهان در سال 2004 بیش از 6/8میلیارد دلار بود. نیمی از این بودجه از جانب دولت ها تأمین می شد. اما به پیش بینی لاکس ریسرچ در سال های آینده، شرکت ها احتمالاً بودجه بیشتری از دولت ها صرف این علم خواهند کرد.

در آمریکا، پس از طرح فرستادن انسان به کره ماه، نانو تکنولوژی بیشترین بودجه را از دولت فدرال دریافت کرده است. در سال ،2004 دولت آمریکا 6/1میلیارد دلار صرف نانو تکنولوژی کرد، یعنی دو برابر بودجه طرح ژنوم انسان در اوج انجام آن. در سال 2005 قرار است 982میلیون دلار دیگر صرف آن شود. در مکان دوم بودجه نانو تکنولوژی ژاپن قرار دارد. بسیاری از کشورهای در حال توسعه مانند هند، چین، آفریقای جنوبی و برزیل جزو کشورهایی هستند که بیشترین بودجه را در این زمینه صرف می کنند.

در خلال شش سال پیش از ،2003 سرمایه گذاری در نانو تکنولوژی توسط سازمان های دولتی هفت برابر شده است. این حجم سرمایه گذاری انتظارات را به اندازه ای افزایش داده است که شاید قابل تحقق نباشد. برخی معتقدند شرکت های نانو تکنولوژی مانند حباب شرکت های اینترنت در سال های اخیر از بین خواهند رفت. اما دلایلی وجود دارد که نشان می دهد درباره مخاطرات آن گزافه گویی شده است. سرمایه گذاران خصوصی اکنون بسیار محتاط تر از دوره رونق شرکت های اینترنت هستند و بیشتر پولی که دولت ها در این زمینه اختصاص می دهند، صرف علوم پایه و فناوری هایی می شود که تا سال ها در اختیار همگان قرار نخواهد گرفت.

با این حال کیفیت برخی محصولات موجود با کاربرد نانو تکنولوژی بهبود یافته است و در چند سال آینده بر تعداد آنها افزوده خواهد شد. مثلاً با افزودن ذرات ریز نقره، بانداژ ضد سوختگی خاصیت ضد میکروبی پیدا کرده است. با اتصال ملکول های ایجاد کننده مانع به فیبر پنبه، پارچه هایی تولید شده است که ضد لکه و بو است. راکت های تنیس با افزودن ذرات ریز تقویت شده است. در درازمدت نانو تکنولوژی به نوآوری های بزرگتری خواهد انجامید، از جمله انواع جدید حافظه کامپیوتر، فناوری پزشکی و روش های تولید انرژی بهتر مانند سلول های خورشیدی.

طرفداران این فناوری می گویند نانو تکنولوژی به تولید انرژی پاک و تولید بدون مواد زائد و غیره خواهد انجامید. مخالفان آن معتقدند نانوتکنولوژی باعث ایجاد نوعی نظام شناسایی بین المللی و آسیب به فقرا، محیط زیست و سلامت انسان خواهد شد. به نظر می رسد هر دو گروه در مورد استدلال های خود گزافه گویی می کنند، اما به هرحال باید از نانو تکنولوژی استقبال کرد.

 

در طی چند سال اخیر فناوری‌نانو به عنوان جزء مهمی از صنعت غذا تبدیل شده است. شرکت‌های مطرح در صنایع غذایی به تحقیق و توسعه در این زمینه پرداخته‌اند و انتظار می‌رود اولین موج محصولات در آینده نزدیک به بازار وارد شود. البته این تنها شروع است و یقیناً فناوری‌نانو در این عرصه راهی طولانی در پیش خواهد داشت. 

 

 

بنابر یک پیش بینی اقتصادی به وسیله تحلیل گران، بازار نانوغذاها از 6.2 میلیارد دلار فعلی به 7 میلیارد دلار در سال آینده و به 4.20 میلیارد دلار در سال 2010 خواهد رسید . 

 

فناوری‌نانو می‌تواند در خط تولید به منظور ایجاد ریزحسگرها و ماشین‌های تشخیص به‌کار رود و تولید غذاهای فاقد آلودگی را تضمین کند. این نانوابزارها در تشخیص میکروب‌های مضر و تعیین زمان ماندگاری محصول نیز کاربرد دارند و به مدیران در اتخاذ تصمیمات راهبردی مانند انتخاب بهترین روش حمل و نقل و انبار محصولات کمک می‌کنند. به گفته کامپرز، مدیر برنامه بیو فناوری‌نانو در دانشگاه واخنینگن، استفاده از فناوری‌نانو به منظور تضمین کیفیت فرآورده‌های غذایی، یقیناً به نفع مصرف‌کننده است؛ البته نانوحسگرها و تشخیص‌دهنده‌های روبوتیک فعلاً فقط در مراکز تحقیقات به‌کار می‌روند، اما پیش‌بینی می‌شود اولین سری این ماشین‌ها در طی 4 سال آینده در محصولات غذایی ظاهر ‌شوند . 

 

در حال حاضر شرکت‌‌های زیادی مانند Nestle، Food،Hershey، Keystone و Unilever مشغول کار روی نانوغذاها هستند.

 

گزارش شده است Nestle و Unilever امولوسیون‌هایی از نانوذرات را کشف کرده‌اند که باعث یکنواخت‌تر شدن بافت غذا شده، و می‌توان در تولید محصولاتی مانند بستنی از آنها استفاده کرد. دیگر پروژه‌های این شرکت، کار روی نانوکپسول‌هایی حاوی غذاهای غنی شده است که مواد مغذی و آنتی اکسیدانت‌ها را به تدریج به بخش‌های خاصی از بدن تحویل می‌دهند. این فناوری موادغذایی قدیمی را به ذراتی در ابعاد نانو تبدیل می‌کند که در داخل بدن رها شده و به خوبی جذب می‌شوند. این فناوری در غذاهای جدید کاربرد زیادی خواهد داشت. 

 

یکی دیگر از شرکت‌های پیشگام در توسعه نانوغذاها، شرکت Kraft است که با تأسیس کنسرسیوم نانوتک (Nanotek) در سال 2000 اولین گام‌های ورود فناوری‌نانو به صنعت غذا را برداشت. این کنسرسیوم مجموعه‌ای از 15 دانشگاه و آزمایشگاه‌های تحقیقاتی ملی است و بیشتر در زمینه تهیه انواع غذاهای تعاملی و فرآورده‌های نوشیدنی فعالیت می‌کند که با ذائقه‌ و نیازهای فردی مصرف کننده سازگار باشد و دامنه وسیعی، از نوشیدنی‌های تغییر رنگ‌دهنده تا غذاهای جدید سازگار با حساسیت مصرف‌کننده (یا نیازهای تغذیه‌ای او) را در برمی‌گیرد. فعالیت دیگر این شرکت، تهیه نانوفیلترهایی است که مولکول‌ها را بیشتر بر اساس شکل و نه بر حسب اندازه غربال می‌کنند، و این مسئله تفکیک اجزای خاصی از یک فرآوده، حتی در دست مصرف کننده را امکان‌پذیر می‌سازد. 

 

از دیگر اهداف این شرکت، کار روی بسته‌بندی‌های هوشمند غذایی است. از نانوحسگرهایی که به رهایش مواد شیمیایی ناشی از فساد غذاها حساس هستند می‌توان در بسته‌بندی‌های هوشمند استفاده کرد، تا به محض شروع خراب شدن غذا، رنگ بسته‌بندی تغییرکرده، به مشتری هشدار می‌دهد. این سیستم به مراتب دقیق‌تر و مطمئن‌تر از فروش با تاریخ مصرف است . 

 

یکی دیگر از شرکت‌‌های فعال در زمینه نانوغذا، NutraLease است که روی فناوری غذاهای غنی شده تحقیق کرده و جهت افزایش رهایش زیستی (Biodelivery) مواد غذایی، از نانوکپسول‌ها استفاده می‌کند. این فناوری در نوعی روغن آشپزی به‌کار برده شده است که از استرول‌های گیاهی به منظور کاهش جذب کلسترول و کاهش خطر بیماری‌های قلبی استفاده می‌کند. بر اساس گزارشی این فرآورده باعث کاهش حدود 14درصد ازمیزان کلسترول LDL می‌شود. 

 

شرکت Oil Fresh از اجزای نانوسرامیکی در تهیه ماهی‌تابه‌های رستوران‌ها استفاده می‌کند که باعث کاهش زمان سرخ کردن و مصرف روغن می‌شود. استفاده از این فرآورده به رستوران‌ها اجازه می‌دهد که از روغن‌های گیاهی به جای روغن‌های هیدروژنه استفاده کنند و در نتیجه میزان چربی‌های ترانس کاهش یافته و غذاهای سالم‌تری به دست می‌آید. 

 

شرکت دیگری به نام Voridian از ترکیباتImpern نانوکامپوزیت ها در ساخت بطری‌های پلاستیکی نوشیدنی‌ها استفاده کرده است. Impern نوعی پلاستیک است که با نانوذرات خاک رس آمیخته و پلاستیک‌هایی به سختی شیشه ولی محکم‌تر را به وجود آورده است، که نسبت به شیشه شکنندگی کمتری دارند. لایه نانوذرات به‌گونه‌ای طراحی شده‌ که فرار مولکول‌های دی‌اکسیدکربن از نوشیدنی و نفوذ مولکول‌های اکسیژن به درون نوشیدنی جلوگیری کرده، در نتیجه باعث حفظ تازگی و افزایش زمان ماندگاری محصول می‌شود. 

نانو فناورى در تعریفى بسیار ساده ، یعنى تکنولوژى هایى که در ابعاد نانومترى عمل مى کنند. نانومتر واحد اندازه گیرى است و برابر یک میلیاردم متر یا ??به توان ?-متر است . اندازه اتم ها و مولکول ها در این محدوده قرار دارد، بنابراین با ورود به این فضاى کوچک بشر مى تواند در نحوه چینش و آرایش اتم ها و مولکول ها دخالت کند و به ساخت مواد جدید و ساختارهایى متفاوت با آنچه تاکنون وجود داشته است بپردازد.

تولید نانو تیوب هاى کربنى (ساختارهاى لوله اى کربنى) ماده اى در اختیار بشر قرار داد که رساناتر از مس، مقاوم تر از فولاد و سبک تر از آلومینیوم است. همچنین با استفاده از نانو ذرات مى توان سطوح خود تیزشونده یا همیشه تمیز ساخت و ربایش مغناطیسى را چندین برابر کرد. لاستیک هاى با عمر بالاى ?? سال و دارورسانى به تک سلول هاى آسیب دیده در بدن از توانایى هایى است که بشر به مدد نانوفناورى به آن دست یافته است. اگر بپذیریم که نانو فناورى توانمندى تولید مواد، ابزارها و سیستم هاى جدید، با در دست گرفتن کنترل در سطوح اتمى و مولکولى و استفاده از خواص آن سطوح است آنگاه درخواهیم یافت که کاربردهاى این فناورى در حوزه هاى مختلف اعم از غذا، دارو، تشخیص پزشکى، فناورى زیستى ، الکترونیک، کامپیوتر، ارتباطات، حمل و نقل، انرژى ، محیط زیست و امنیت ملى خواهد بود به گونه اى که به زحمت مى توان عرصه اى را که از آن تأثیر نپذیرد معرفى کرد.

هرچند آزمایش ها و تحقیقات پیرامون نانو تکنولوژى از ابتداى دهه ?? قرن بیستم به طور جدى پیگیرى شد، اما اثرات تحول آفرین و باورنکردنى نانوفناورى در روند تحقیق و توسعه باعث گردید که نظر همگى کشورهاى بزرگ به این موضوع جلب گردد و فناورى نانو را به عنوان یکى از مهم ترین اولویت هاى تحقیقاتى خویش طى دهه اول قرن بیست و یکم محسوب کنند. لذا محققان ، اساتید و صنعتگران ایرانى نیز باید در بسیجى همگانى، جایگاه و وضعیت خویش را درباره این موضوع مشخص کنند و با یک برنامه ریزى علمى و کارشناسانه به حضورى فعال و حتى رقابتى دراین جایگاه ابراز وجود کنند. زیرا بسیارى از صاحب نظران و محققان، نانوفناورى را مساوى آینده دانسته اند به عبارت دیگر مى توان گفت، اولویت کشور، هر صنعت و فناورى که باشد بدون تسلط بر ابعادنانو، در دنیاى جدید نمى توان در آن صنعت و فناورى حرفى در دنیا زد. ماهیت فرارشته اى علوم و فناورى نانو به عنوان توانمندى تولیدمواد، ابزارها و سیستم هاى جدید با دقت اتم و مولکول، موجب کاربردهاى بسیار زیادى در عرصه هاى مختلف علمى و صنعتى شده است.

براى مثال در بخش پزشکى و بهداشت از زمینه هاى کارى بسیار مهم نانوفناورى، سیستم توزیع دارو درداخل بدن است . مصرف دارو در حال حاضر به صورت حجمى است در حالى که سلول هاى خاصى از بدن نیازمند آن هستند ، در روش جدید دارو با وسایل تزریق متفاوت با امروزه، به صورت مستقیم به سمت سلول هاى مشخص جهت گیرى شد و دارو به محل نیاز تحویل داده مى شود. از نظر دفاعى نیز این فناورى براى کشورها هم فرصت و هم تهدید است. به لحاظ کاربردهاى زیاد این فناورى گرایش زیادى در بخش دفاعى کشورها به تحقیق و توسعه صورت گرفته است. این کاربردها از لباس هاى مانع خطر تا پرنده هاى بسیار کوچک تجهیزات اطلاعاتى و بسیارى موارد دیگر است که هم اکنون با حمایت وزارتخانه هاى دفاع کشورهایى چون آمریکا ، ژاپن و برخى کشورهاى اروپایى به صورت طرح هاى تحقیقاتى در حال انجام هستند. نانوفناورى، تغییر بنیانى مسیرى است که در آینده موجب ساخت مواد جدیدخواهد شد و انقلابى در مواد ایجادخواهد کرد که محققان قادر به ساخت موادى خواهند شد که در طبیعت نبوده و شیمى مرسوم نیز قادر به ایجادشان نیست.

برخى از مزایاى مواد نانوساختار، عبارت است از مواد سبک تر، قوى تر، قابل برنامه ریزى، کاهش هزینه عمر کارى از طریق کاهش دفعات نقص فنى ابزارهایى نوین برپایه اصول و معمارى جدید، صنعت خودرو و لوازم خانگى بااستفاده از این فناورى جدید در درازمدت مى توان تومورهاى مغزى را به درستى تشخیص داد و نیز بدون آسیب زدن به بافت هاى سالم و با استفاده از پرتو درمانى این بیمارى را بهبود بخشید، نانو کپسول هاى تولیدى با استفاده از فناورى نانو، داراى موادى مانند ویتامین A، رتینول و بتاکاروتن خواهد بود که باید به لایه هاى عمقى پوست منتقل شوند تا بیشترین خواص ضدپیرى و سایر خواص دارویى خود را بروز دهند. با کارگذارى نانو ذرات فعال نورى در داخل گلبول هاى سفید خون موفق به شناسایى سلول هاى آسیب دیده خواهیم شد. در زمینه انرژى مى تواند به طور قابل ملاحظه اى کارآیى ، ذخیره سازى و تولید انرژى را تحت تأثیر قرار داده و مصرف انرژى را پایین بیاورد.

به عنوان مثال شرکت هاى موادشیمیایى، موادپلیمرى تقویت شده را ساخته اند که مى تواند جایگزین اجزاى فلزى بدنه اتومبیل ها شود. استفاده گسترده از این نانوکامپوزیت ها مى تواند سالیانه ?‎/? میلیاردلیتر صرفه جویى مصرف بنزین به همراه داشته باشد.

چندمحصول تجارى شده با استفاده از فناورى نانو

در زیر چند محصول برتر نانو فناورى در سال ???? طبقه بندى شده است. این خبر نشان مى دهد کسانى که هنوز معتقدند نانو فناورى فقط در آزمایشگاه است، اشتباه مى کنند.

پارچه هاى ضدچروک و ضدلکه

شرکتى با اضافه کردن ساختارهاى مولکولى به الیاف کتان، الیافى ساخته است که مایعات و لکه ها برروى آنها حرکت کرده و جذب نمى شوند. بنابراین چنانچه قهوه برروى شلوار سفیدرنگى ریخته شود به طرز شگفت آورى روى آن حرکت کرده و جذب نمى شود.

محافظت پوست، با قابلیت نفوذ عمیق

یکى از بزرگ ترین شرکت هاى تولیدکننده موادآرایشى در جهان نخستین محصول نانوفناورى خود را در سال ،???? معرفى کرد. این محصول کرم ضدچروک Plenitude Revitalift است که در تولید این کرم از یک فرآیند انحصارى نانو فناورى به منظور داخل کردن ویتامین A به درون یک کپسول پلیمرى استفاده شده است. کپسول مانند اسفنج ،کرم را درون خود جذب و نگهدارى مى کند تا این که پوسته بیرونى آن در زیرپوست حل شود.

عینک هاى آفتابى با کیفیت بالا

شرکتى دیگر با استفاده از نانو فناورى، پوشش هاى پلیمرى بسیارنازک، ضدانعکاس و حفاظتى براى عینک ها ساخته است بطورى که شیشه آنها در مقابل خراشیدگى مقاومت داشته و ضدانعکاس نیست این پوشش چربى ها و لکه ها را از روى عدسى ها برطرف و عدسى ها را حساس تر مى کند.

نانو جوراب

نه فقط ورزشکارها بلکه اکثر مردم از عرق پا رنج مى برند و نمى توانند آن را تحمل کنند بطور طبیعى هر پا داراى ???هزار غدد عرقى است که قادرند حدود ??? میلى لیتر عرق در روز تولید کنند.
به تازگى جوراب هایى از جنس کتان که به وسیله نانو ذرات نقره، بهبود یافته اند به وسیله شرکت سول، وارد بازار شده است که این ذرات نقره از رشد باکترى ها و قارچ ها جلوگیرى کرده و بدین وسیله از چرب شدن و بدبوشدن پا جلوگیرى مى کنند.

کرم هاى ضدآفتاب

مصرف کرم هاى ضدآفتاب معمولى پوست را به قدرى سفید مى کند که حالت نامناسبى پیدامى کند. این سفیدى ناشى از اکسید روى است که از پوست دربرابر هردونوع اشعه ماوراى بنفش Aو Bخورشید محافظت مى کند. جهت حل این مشکل شرکت BASF ماده اى با کمک فناورى نانو، ساخته است که سبب تولید نانو کریستال هاى اکسیدروى با خلوص بالا تهیه شده و این امر منجر به افزایش مرغوبیت کرم هاى ضد آفتاب مى شود از دیگر مزایاى این کرم ها این است که به وسیله پوست جذب نشده و ایجاد آلرژى نمى کند.

از همان ابتدای خلقت ، دست یافتن به نظریه ای برای همه چیز دل مشغولی بشر بود ، یافتن جوابی که پاسخ تمامی سئوالات باشد . سئوالاتی که مطرح شده اند و یادر آینده ممکنست مطرح شوند چه سئوالات مربوط به متافیزیک ، چه سئوالات مربوط به جهان ماده .بله ، با دست یافتن به"نظریه ای برای همه چیز"گیریم که توانستیم در قرن بیست و یکم به نظریه ای برای همه چیز دست یابیم آیا در این صورت می توان ادعا کرد که در قرن بیست و دوم ، بیست و سوم و... این نظریه در آن زمان هم نظریه ای برای همه چیز باشد؟ اگر قادر به اثبات تجربی آن نباشیم" همه چیز" این نظریه بلوفی بیش نخواهد بود چرا که ممکنست تکنولوژی آینده به مبارزه با پیش بینی های آن برآید.و ضعف های آن را برملا سازد.

ناممکن بودن دست یافتن به نظریه ای برای همه چیز در محدوده ی مسائل مادی و غیرمادی بشر را مجبور ساخت تا مشکلات خود را در دو حوضه ی مجزا مورد مطالعه قرار دهد، در عرصه غیر مادی انسان به سرعت، شاید در همان دوران غارنشینی به نظریه ای برای همه چیز دست یافت اما در حیطه ی مسائل مادی هزاران سال است انسان برای رسیدن به این نظریه تلاش می کند ودر این راستا بشر و طبیعت به زور آزمایی با هم پرداخته اند ، این مبارزه من را به یاد کارتون های افسانه ای می اندازد که پیرمردی با ریش سفید و بلند، عصا به دست (طبیعت) معمایی مطرح می کند و پسربچه ای (انسان) بی تجربه با تحمل مشقات زیاد و کسب تجربه و علم به آن پاسخ می دهد.

این رویارویی پایاپای تاکی ادامه دارد و برنده ی این بازی کیست ؟ انسان یا طبیعت ؟

بیش از صد سال پیش انسان موفق شد همه معما های به جا مانده از گذشته های دور را در قالب فیزیک کلاسیک قدرتمندانه پاسخ دهد و دانشمندان را در به پایان رسیدن دوران جستجو و کنکاش دلخوش نماید .

در این میان فریادهای مستانه ی دانشمندانی از گوشه و کنار جهان به گوش می رسید که ما دیگر قادر خواهیم بود هرآنچه در آینده ممکنست رخ دهد با مطالعه ی وضع موجود پیش بینی کنیم چرا که راز نظم بنیادین طبیعت را کشف نموده ایم ودر قالب فیزیک کلاسیک فرمول بندی کرده ایم .

ولی چه زود طبیعت به حال خوش آنان (باپیش کشاندن چندین معما نظیر سرعت نور ، تابش جسم سیاه ، اثر کامپتون ، اثر فوتو الکتریک،...) پایان داد مشکلات پیچیده ای که برای حل آنها دیگر از دست فیزیک کلاسیک کاری بر نمی آمد .

اما دیری نپائید که مسائل لاینحل و آزاردهنده ی پیش روی فیزیک کلاسیک با ابداع نظریه های نسبیت توسط اینشتین بر طرف شد و توپ را انسان برا ی بار دیگر به زمین طبیعت انداخت .

فیزیک کلاسیک به همراه نسبیت ها هرچه در زمین و ورای آن رخ می داد را قانونمند ساخت و به سئوالاتی مانند موقعیت یک ذره در آینده ( با مطالعه نیرو های وارد بر آن ) تاریخ کسوف های بعدی ، ماهیت عالم و چگونگی شکل گیری آن و صدها رخداد مشابه از این دست را به دقت پاسخ میداد .

طولی نکشید که ایده ای دیگر سر از تخم تکامل اندیشه ی بشر بیرون آورد . کوانتوم . ایده ای جسورانه، نظریه ای که ریزترین اجزاء طبیعت را مورد مطالعه قرار می دهد ، به یمن دست آورد های فیزیک کوانتومی بود که به ناگاه ذراتی از پس پرده ی نمایان شدند که تا آن زمان طبیعت آنها را از چشم بشر مخفی نگاه داشته بود ،دهها نوع ذره با نامها و رفتارها ی متفاوت ، این کوانتوم بود که معما هایی چون ساختمان اتم و مولکول ها را به انسان شناسانید و او را در شکافتن دل ذرات یاری نمود تا آفتاب نهان در آنها را به نظاره بنشیند و برای بار دیگر ذهنش را از سئوالات گوناگون رهایی بخشد.

انسان قرن بیستم موفق شد به طور باور نکردنی سئوالات به ارث مانده از پیشینیانش را که طی صدها سال بی پاسخ مانده بود را پاسخ دهد . وتمام جوانب عالم را به کمک نظریه های گوناگون توضیح دهد اگر این نظریه ها را ما به شکل لباسی در نظر بگیریم که انسان تن طبیعت کرده است ،این لباس در عین پوشاندن بدن عریان طبیعت اما از یک ناهمگونی آزاردهنده ای برخودار است ، پیراهن کوانتومی وصله خورده ،کت چروک و گشاد نسبیتی،بهمراه شلوار مرتب اما تنگ و کوتاه کلاسیکی .

این لباسی که ما به تن طبیعت کردیم به زحمت توانستیم قسمتی از پیراهن کوانتومی را به زیر شلوار کلاسیکی جای دهیم (کنایه از بسط برخی از روابط کوانتومی جهت استفاده در محاسبه وقایع ماکروسکوپی ) و وصله های آن را به زیر کت نسبیتی بپوشانیم (کنایه از اتحاد نسبیت خاص با مکانیک کوانتومی و تدوین نظریه کوانتومی میدان )

با این اوضاع آیا می توانیم به انجام وظیفه مان خرسند باشیم و بگوییم هرچه طبیعت از ما طلب می کرد ما آن را به انجام رساندیم.

چگونه می توانیم طبیعت را از این پوشش نا مرتب برهانیم ؟ طبیعتی که ما هنوز کفشی به پاهای برهنه اش نکرده ایم(منظورناتوانی در حل معماهای امروزی مانند ماده تاریک، انرژی تاریک ،سرانجام عالم ،ماهیت نوترینو ،...)


در این صورت است که وقایع لحظات اولیه ی خلقت عالم ، منشاء و چیستی ماده و انرژی تاریک ،سرانجام کائنات ،ماهیت برخی از ذرات بنیادی و دهها سئوال دیگر که تاکنون بی پاسخ مانده اند به جوابشان دست خواهیم یافت .

اکنون سئوالات اساسی که برای دست یافتن به این نظریه پیش می آید این است که،

1- آیا می توان به دست یابی بشر در آینده ای نزدیک به نظریه ای برای همه چیز خوشبین بود.؟

2- آیا نظریه ای برای همه چیز تا ابد نظریه ای برای همه چیز باقی خواهد ماند.؟

اعتقاد من براین است که تلاش انسان در این برهه از زمان برای رسیدن به نظریه ای برای همه چیز منوط به تحقق یافتن دو چیز است

الف )آگاهی کامل از تمام جوانب عالم

ب)رسیدن به تکنولوژی پیشرفته برای آزمودن نظریه های پیشنهادی

مورد اول بدون شک با امکانات موجودغیر ممکن به نظر می آید ،چرا که ما نه شناخت کامل از عالم در بعد ماکروسکوپی آ ن داریم و نه می توانیم به روشنی از ابعاد میکروسکوپی آن سخن برانیم، بنابراین ما در دو حیطه با تاریکی مطلق سر و کار داریم یکی ماهیت عالم در نقاط دور دست که نه نوری از آنجا به چشم ما می آید و نه ما قادریم به آنجا سفر کنیم ، و مسئله ی دیگر ماهیت عالم در ابعاد فرمی و کوچکتر از آن می باشد ،اطلاعات ما از این بعد تنها یکسری مشاهدات غیر مستقیم است که در برخی از موارد برداشت های ضد و نقیضی به مشاهده گر القا می کند . با این وضعیت ما می خواهیم نظریه ای ابداع کنیم که این دو حیطه ی ناشناخته و هر چه بین آنها ست را بدون کم و کاست توضیح دهد .

تازه اگر موفق به تدوین این نظریه شدیم می ماند اثبات آن ،به نظر من دیگر نباید بی درنگ تسلیم ظاهر نظریه ها شد ،بدین صورت که اگر نظریه ای بر روی کاغذ و در قالب ریاضیاتی آن بدون نقص بود به آن به چشم یک راه حل بی بدیل و قطعی نگاه کنیم که این نظریه تنها راه حل مشکل ماست.

همین نظریه ی نسبیت را در نظر بگرید ،با همه توانایی هایش در برخی از زمینه های علم فیزیک تاکنون هیچ مدرک قطعی برای اثبات پیش بینی هایش ارائه نگردید ،تنها نسبیت خاص را توانسته اند با ذرات موجود در شتابدهندها که ذرات در آن از حرکت شتابدار برخوردارهستند (در صورتی که نسبیت خاص ویژه ی حرکت با سرعت ثابت است ) مورد آزمایش قرار دهند مخالفت این نظریه با "عقل سلیم" وپارادوکس حل نشده ی دو قلو های آن دیگر بماند.

در ضمن تاکنون مدرک مستدلی در تاییدبرخی از پیش بینی های نسبیت عام با تمام زیباییهایی که این نظریه دارد ارایه نشده است.

در زمینه ی یافته های فیزیک کوانتومی نیز با همین مشکل مواجه هستیم جایی که صحبت از اتحاد بزرگ و یا اثبات وجود کوارک ها می شود (به صورت منفرد ) یا وجود ذرات گلوئون، خر شتابدهندها به گل می نشیند .

ناتوانی دانشمندان در ابداع روشی برای اثبات تجربی این یافته ها زمینه را برای ظهور ادعا های تازه مهیا ساخت. ادعا هایی که هیچگونه چشم اندازی در آینده های بسیار دور نیز برای اثبات آنها وجود ندارد .

گرچه تلاش و پشتکار دانشمندان برای دست یابی به نظریه ای برای همه چیز قابل احترام و ستودنی است اما آنان مرا به یاد کیمیا گران قدیم می اندازند که امیدتبدیل مس به طلا سراسروجودشان را فرا گرفته است ،چند سالی است که تب کیمیا گری از علم شیمی به علم فیزیک منتقل شده است و کیمیای "نظریه ای برای همه چیز" رویای شیرین برخی از فیزیکدانان گردیده است .

البته همانطوری که در طول تاریخ کیمیاگری برخی از گوشه و کنار جهان ادعای دست یافتن به ماده ای که مس را به طلا تبدیل می کند را مطرح می کردند ،اینک نیز پیدا می شوند دانشمندانی که مدعی دست یافتن به نظریه ای برای همه چیز هستند.

جالب اینجاست که اینان برای منطقی جلوه دادن نظریه هایشان بنیان طبیعت را دگرگون می سازند ، ذرات رابه ریسمان و ابعاد عالم را تا جایی که مشکلشان حل شود افزایش می دهند .


همان طوری که تا قرن نوزدهم فیزیک کلاسیک برای همه چیز شناخته شده تا آن زمان پاسخ قانع کننده ای داشت . و به نوعی نظریه ای برای همه چیز بود. اما تکنولوژی قرن بیستم همانند شتابدهندها ،تلسکوپ ها ی قوی ،و تجهزات دقیق آزمایشگاهی سئوالاتی پیش روی آن قرار دادند که ناقص بودن آن را نشان دادند .

تلاش برای دست یابی به نظریه ای برای همه چیز در حالی در حال انجام است که دانشمندان هنوز در همساز کردن نسبیت خاص با کوانتوم با مشکلات عدیده ای دست به گریبان هستند ، از وجود ذرات میدان گرانش سخن به میان می آورند اما قادر به اثبات تجربی آنها نیستند ، از کم و کیف نیروی قوی هسته ای اطلاعات دقیقی ندارند،و...

کوتاه سخن اینکه اگر دانش بشری در مسیر دست یافتن به نظریه هایی باشند که بتواند تنها مشکلات موجود را حل کند (مانندطریقه ی شکل گیری نسبیت و کوانتوم)و اجازه بدهیم تا با پیدایش پاره نظریه ها زوایای بیشتری از نظریه ی بزرگ آشکار شود آنگاه به راحتی وبا اطمینان بیشتر قادر خواهیم بود گمشده ی خود (که شاید نظریه ای برای همه چیز باشد) را بیابیم.

شاید تمایل دانشمندان در این برهه از زمان برای دست یافتن به یک نظریه ای برای همه چیز ناشی از ناتوانی آنها در حل معضلات فعلی است که برای فرار از این مشکلات خود را به دامان نظریه ای برای همه چیز انداخته اند . همین اقدام های گنگ و سر در گم کننده است که این سئوال بزرگ را در اذهان تداعی می کند

پس از آن که محققان BMW اعلام کردند امکان تولید یک خودرو در مقیاس نانو با کارکردهاى چندگانه وجود دارد، دانشمندان دانشگاه «رایس» اولین خودروى مولکولى را که بر روى یک بزرگراه میکروسکوپى از اتم هاى طلا حرکت مى کند، تولید کردند. این خودرو یک کوپه کوچک است که سیستم فرمان هاى قدیمى را ندارد و یک محور با اندازه کمتر از ? نانومتر دارد. دانشمندان اطمینان مى دهند این مرحله آغازى جدید براى درک چگونگى دستکارى در مقیاس نانو در سیستم هاى غیرزیستى است. این نانوخودرو شامل یک شاسى و محور است که از گروه هاى آلى منظم ساخته شده اند که محور معلق بوده و به آزادى مى چرخد. چرخ هاى این خودرو از باکى بال درست شده اند و تمام اندازه آن فقط ? تا ? نانومتر است. هنگامى که این پروژه آغاز شد این تیم توانستند شاسى و محور این خودرو را فقط در مدت شش ماه آماده کنند. اما مرحله نصب چرخ هاى این خودرو بسیار سخت بود. این مرحله جزء مراحل ابتدایى بود زیرا به گفته این محققان باکى بال ها به وسیله کاتالیزورهاى فلزى واکنش هاى میانى را متوقف مى کردند. در نهایت تیم تصمیم گرفت شاسى و محورها را با واکنش هاى مزدوج با استفاده از کاتالیزورهاى پالادیم سنتز کنند که در این روش اتصال چرخ ها آخرین مرحله سنتز به شمار مى رفت، اما انتقال چهار باکى بال به درون مولکول با بازده بالا کار آسانى نبود. آنها دریافتند نانوماشین بر روى سطح تا دماى ??? درجه سانتى گراد کاملاً پایدار است زیرا چرخ ها پیوندهاى قوى با سطح زیرین طلا حاصل مى کنند. سطوح کاملاً صاف طلا مانع از چرخش خودرو به دور چرخ هاى خود مانند حالتى که یک خودرو روى یک سطح یخى قرار مى گیرد، مى شود. محققان مشاهده کردند که نانوخودرو در دماهاى بین ??? تا ??? درجه سانتى گراد با یک حرکت انتقالى و محورى مى چرخد. حرکت انتقالى همیشه در جهت عمود بر محور ماشین است که نشان از حرکت چرخشى نسبت به حرکت لغزشى دارد.

در سالهای اخیر، پیشرفتهای تکنولوژی وسایل و مواد با ابعاد بسیار کوچک به دست آمده است و به سوی تحولی فوق العاده که تمدن بشر را تا پایان قرن دگرگون خواهد کرد ، پیش می رود . برای درک بهتر اندازه های مادون ریز ، قطر موی سر انسان را که یک دهم میلیمتر است در نظر بگیرید ، یک نانومتر صدهزار برابر کوچکتراست . تکنولوژی و مهندسی در قرن پیش رو با وسایل ، اندازه گیریها و تولیداتی سروکار خواهد داشت که چنین ابعاد مادون ریزی دارند . درحال حاضر پروسه هایی در ابعاد چند مولکول قابل طراحی و کنترل است . همچنین خواص مکانیکی ، شیمیایی ، الکتریکی ، مغناطیسی ، نوری و... مواد در لایه ها در حدود ابعاد نانومتر قابل درک و تحلیل و سنجش است .


تکنولوژی درقرن گذشته در هرچه ریزتر کردن تولیدات تکنولوژیکی پیشرفت چشمگیری داشت ، بطوریکه به مزاح گفته شد که دیگر کشف ذرات ریز اتمی ( Sub-Atomic ) نه تنها جایزه نوبل ندارد ، بلکه به آن جریمه هم تعلق می گیرد ! تکنولوژی نو درقرن حاضر مسیر عکس را طی می کند . یعنی مواد مادون ریز را باید ترکیب کرد تا دانه های بزرگتر کارآمد به وجود آ ورد
درست همان روشی که در طبیعت برای تولید کردن حاکم است . مجموعه های طبیعی ، ترکیبی از دانه های مادون ریز قابل تشخیص با خواص مشابه و یا متفاوت با اندازه های در حدود نانو است .

اثر تحقیقات در فناوریهای مادون ریز هم اکنون در درمان بیماریها و یا دست یافتن به مواد جدید به ظهور رسیده است . موارد بسیاری در مرحله تحقیقات کاربردی و آزمایشی است .اکنون ساخت رایانه های بسیار کوچکتر و میلیونها بار سریعتر در دستور کار موسسات تحقیقاتی قرار دارد .

در بیانی کوتاه نانوتکنولوژی یک فرایند تولید مولکولی است . همانطور که طبیعت مجموعه ها را بطور خودکار مولکول به مولکول ساخته و روی هم مونتاژ کرده است ، دانشمندان این علم هم باید برای تولید محصولات جدید ، با این اعتقاد که هرچه در طبیعت تولید شده قابل تولید در آزمایشگاه نیز هست ، نظیر طبیعت راهی پیدا کنند . البته منظور این نیست که چند هسته از مواد راپیدا کنند و با رساندن انرژی و خوراک پس از چند سال یک نیروگاه از آن ساخته شود که شهری را برق دهد . بلکه برای ترکیب و تکامل خودکار تولیدات مادون ریزکه به نحوی در مجموعه های بزرگتر مصرف دارد ، راهیابی شود . در اندازه های مادون ریز ، روشها و ابزارآلات متعارف فیزیکی مانند تراشیدن و خم کردن و سوراخ کردن و...جوابگو تیستند .

برای ساختن ماشینهای ملکولی باید روش پروسه های طبیعی را دنبال کرد . با تهیه نقشه های ساختاری بدن یعنی آرایش ژنها و DNA که ژنم نامیده شده است و به موازات آن دست یافتن به تکنولوژی مادون ریز ، در دراز مدت تحولات بسیاری در هستی ایجاد خواهد شد . تولید مواد جدید ، گیاهان ، جانداران و حتی انسان متحول خواهد شد . اشکالات ساختاری موجودات در طبیعت رفع می شود و با ترکیب و خواص اورگانیک گیاهان و جانوران ، موجودات جدیدی با خواص فوق العاده و شخصیتهای متفاوت بوجود خواهد آمد .آینده علوم و مهندسی که چندین گرایشی Multi- Disciplinary است ، به طرف تولید ماشینهای مولکولی سوق داده خواهد شد تا در نهایت بتواند مجموعه های کارآیی از پیوندهای ارگانیک و سایبریک را عرضه نماید .

هستی را به رایانه ( سخت افزار ) و برنامه ( نرم افزار ) که دو پدیده مختلف ولی ادغام شده هستند ، می توان تشبیه کرد . سخت افزار مصداق ماده ( اغلب اتم هیدروژن ) و نرم افزار یا برنامه ، قابلیت نهفته در خلقت آن است .

اتم به نظر ساده و ابتدایی هیدروژن در طی میلیاردها سال با قابلیت نهفته در خود توانسته است میلیونها نوع آرایش مختلف را در هستی بوجود آورد . بشر از بوجود آوردن اساس ماده عاجز است . ولی در برنامه ریزیهای جدید و یافتن اشکال دیگری از آنچه در طبیعت وجود دارد ، پیش خواهد رفت . طبیعت را خواهد شناخت و به اصطلاح ، قفلهای شگفت آور آن را باز خواهد کرد . احتمالا انسان در شرایط مناسبتری از درجه حرارت و فشار که درتشکیل طبیعی مواد مختلف از هیدروژن لازم است ، بتواند اتمهای مورد نباز خود را تولید کند ، سیارات دیگری را در نهایت در اختیار بگیرد و بعید نیست که انسانهای آینده بتوانند در نیمه های راه ابدیت در اکثر نقاط جهان هستی و کهکشانها سکنی گزینند.

به احتمال زیاد قبل از پایان هزاره سوم انسانها در بدن خود انواع لوازم مصنوعی و دیجیتالی راخواهند داشت. . از بیماری ، پیری ، درد ستون فقرات ، کم حافظه ای و... رنج نخواهند برد .قابلیت فهم و تحلیل اطلاعات در مغز آنها در مقایسه با امروز بی نهایت خواهد شد . در هزاره های آینده انسانهای طبیعی مانند امروز احتمالا برای مطالعات پژوهشی نگهداری شده و به نمونه های آزمایشگاهی و بطور حتم قابل احترام تبدیل خواهند شد و مردمان آینده از اینهمه درد و ناراحتی که اجداد آنها در هزاره های قبل کشیده اند ، متعجب و متاثر خواهند بود .

چه انتظاری باید از نانوتکنولوژی داشت :

این تکنولوژی جدید توانایی آن را دارد که تاثیری اساسی بر کشورهای صنعتی در دهه های آینده بگذارد . در اینجا به برخی از نمونه های عملی در زمینه نانوتکنولوژی اشاره می شود .

انتظار می رود که مقیاس نانومتر به یک مقیاس با کارایی بالا و ویژگیهای منحصربفرد ،محصولاتی ساخته می شود که روش شیمی سنتی پاسخگوی این امر نمی تواند باشد .

· نانوتکنولوژی می تواند باعث گسترش فروش سالانه بسیار زیاد برای صنعت نیمه هادیها و مدارهای مجتمع ، طی 10 تا 15 سال آینده شود .

· نانوتکنولوژی ، مراقبتهای بهداشتی ، طول عمر ، کیفیت و تواناییهای جسمی بشر را افزایش خواهد داد .

· تقریبا نیمی از محصولات دارویی در 10 تا 15 سال آینده متکی به نانوتکنولوژی خواهد بود که این امر ، خود میلیونها دلار نقدینگی را به گردش درخواهد آورد .

· کاتالیستهای نانوساختاری در صنایع پتروشیمی دارای کاربردهای فراوانی هستند که پیش بینی شده است این دانش ، سالانه میلیارد ها دلار را طی 10 تا 15 سال آینده تحت تاثیر قرار دهد .

· نانوتکنولوژی موجب توسعه محصولات کشاورزی برای یک جمعیت عظیم خواهد شد و راههای اقتصادی تری را برای تصویه و نمک زدایی آب و بهینه سازی راههای استفاده از منابع انرژیهای تجدید پذیر همچون انرژی خورشیدی ارائه می نماید . بطور مثال استفاده از یک نوع انباره جریان گذرا با الکترودهای نانولوله کربنی که اخیرا آزمایش گردید و از رسانه ها خبر آن را شنیدیم، نشان داد که این روش 10 بار کمتر آب دریا را نمک زدایی می کند .

· انتظار می رود که نانوتکنولوژی نیاز بشر را به مواد کمیاب کمتر کرده و با کاستن آلاینده ها ، محیط زیستی سالمتر را فراهم کند . برای مثال مطالعات نشان می دهد در طی 10 تا 15 سال آینده ، روشنایی حاصل از پیشرفت نانوتکنولوژی ،مصرف جهانی انرژی را تا 10 درصد کاهش داده ، باعث صرفه جویی سالانه 100 میلیارد دلار و همچنین کاهش آلودگی هوا به میزان 200 میلیون تن کربن شود.

در چند سال گذشته بازارچند میلیارد دلاری برپایه نانوتکنولوژی کسترش یافته اند . برای مثال در ایالات متحده ، IBM برای هد دیسکهای سخت ، یک سری حسگرهای مغناطیسی را ابداع کرده است .

Eastern Kodak و 3M تکنولوژی ساخت فیلمهای نازک نانو ساختاری را به وجود آورده اند . شرکت Mobil کاتالیستهای نانو ساختاری را برای دستگاههای شیمیایی تولید کرده است و شرکت Merck ، داروهای نانوذره ای را عرضه کرده است . تویوتا در ژاپن مواد پلیمری تقویت شده نانوذره ای را برای خودروها و Samsung Electronics در کره ، در حال کار بر روی سطح صفحات نمایش توسط نانولوله های کربنی هستند . بشر درست در ابتدای مسیر قرار دارد و فقط چندین محصول تجاری از نانوساختارهای یک بعدی بهره می گیرند ( نانو ذرات ، نانو لوله ها ، نانو لایه و سوپر لاستیکها ) . نظزیات جدید و روشهای مقرون به صرفه تولید نانوساختارهای دو و سه بعدی از موضوعات مورد بررسی آینده می باشند.

نانو تکنولوژی یا کاربرد فناوری در مقیاس یک میلیونیم متر، جهان حیرت انگیزی را پیش روی دانشمندان قرار داده است که در تاریخ بشریت نظیری برای آن نمی توان یافت. پیشرفتهای پرشتابی که در این عرصه بوقوع می پیوندد، پیام مهمی را با خود به همراه آورده است: بشر در آستانه دستیابی به توانایی های بی بدیلی برای تغییر محیط پیرامون خویش قرار گرفته است و جهان و جامعه ای که در آینده ای نه چندان دور به مدد این فناوری جدید پدیدار خواهد شد، تفاوت هایی بنیادین با جهان مالوف آدمی در گذشته خواهد داشت.

به گزارش ایرنا نانو تکنولوژی نظیر هر فناوری دیگری چونان یک تیغ دولبه است که می توان از آن در مسیر خیر و صلاح و یا نابودی و فنا استفاده به عمل آورد. گام اول در راه بهره گیری از این فناوری شناخت دقیق تر خصوصیات آن و آشنایی با قابلیت های بالقوه ای است که در خود جای داده است. در خصوص نانو تکنولوژی یک نکته را می توان به روشنی و بدون ابهام مورد تاکید قرار داد: این فناوری جدید هنوز، حتی برای متخصصان، شناخته شده نیست و همین امر هاله ابهامی را که آن را در برگرفته ضخیمتر می کند و راه را برای گمانزنی های متنوع هموار می سازد.

کسانی بر این باورند که این فناوری نظیر هیولایی فرانکشتین در داستان مری شلی و یا همانند جعبه پاندورا در اسطوره های یونان باستان، مرگ و نابودی برای ابنای بشر درپی دارد. در مقابل گروهی نیز معتقدند که به مدد توانایی های حاصل از این فناوری می توان عالم را گلستان کرد.

در حال حاضر 450 شرکت تحقیقاتی- تجاری در سراسر جهان و 270 دانشگاه در اروپا، آمریکا و ژاپن با بودجه ای که در مجموع به 4 میلیارد دلار بالغ می شود سرگرم انجام تحقیقات در عرصه نانو تکنولوژی هستند. در این قلمرو اتمها و ذرات رفتاری غیرمتعارف از خود به نمایش می گذارند و از آنجا که کل طبیعت از همین ذرات تشکیل شده، شناخت نحوه عمل آنها، به یک معنا شناخت بهتر نحوه شکل گیری عالم است. به این ترتیب دانشمندانی که در این قلمرو به کاوش مشغولند، به یک اعتبار با ذهن و ضمیر خالق هستی و نقشه شگفت انگیز او در خلقت عالم آشنایی پیدا می کنند، اما از آنجا که دانایی توانایی به همراه می آورد، شناسایی رازهای هستی می تواند توان فوق العاده ای را در اختیار کاشفان این رازها قرار دهد. تحقیق در قلمرو نانو تکنولوژی از اواخر دهه 1950 آغاز شد و در دهه 1990 نخستین نتایج چشمگیر از رهگذر این تحقیقات عاید گردید.

از جمله آنکه یک گروه از محققان شرکت آی بی ام موفق شدند35 اتم گزنون را بر روی یک صفحه از جنس نیکل جای دهند و با کمک این تک اتمها نامی را بر روی صفحه نیکلی درج کنند. محققان دیگر به بررسی درباره ساختارهای ریز موجود در طبیعت نظیر تار عنکبوت ها و رشته های ابریشم پرداختند تا بتوانند موادی نازک تر و مقاوم تر تولید کنند. در این میان ساخت یک نوع مولکول جدید کربن موسوم به باکمینسترفولرین یا کربن- 60 راه را برای پژوهشهای بعدی هموارتر کرد. محققان با کمک این مولکول که خواص حیرت انگیز آن هنوز در درست بررسی است، لوله های موئینه ای در مقیاس نانو ساخته اند که می تواند برای ایجاد ساختارهای مختلف در تراز یک میلیونیم متر مورد استفاده قرار گیرد. بررسی هایی که در ابعاد نانو بر روی مواد مختلف صورت گرفته و خواص تازه ای را آشکار کرده است. به عنوان مثال ذرات سیلیکن در این ابعاد از خود نور ساطع می کنند و لایه های فولاد در این مقیاس از استحکام بیشتری در قیاس با صفحات بزرگتر این فلز برخوردارند.

برخی شرکتها از هم اکنون بهره برداری از برخی یافته های نانوتکنولوژی را آغاز کرده اند. به عنوان نمونه شرکت آرایشی اورال از مواد نانو در محصولات آرایشی خود استفاده می کند تا بر میزان تاثیر آنها بیفزاید. ساخت دیودهای نوری با استفاده از مواد نانو موجب می شود تا 80درصد در هزینه برق صرفه جویی شود. توپهای تنیسی که با کربن 60 ساخته شده و روانه بازار گردیده سبکتر و مستحکمتر از توپهای عادی است. شرکتهای دیگر با استفاده از مواد نانو پارچه هایی تولید کرده اند که با یک بار تکاندن آنها می توان حالت اتوی اولیه را به آنها بازگرداند و همه چین و چروکهایشان را زایل کرد. با همین یک بار تکان همه گردوخاکی که به این پارچه ها جذب شده اند نیز پاک می شوند. نوارهای زخم بندی هوشمندی با این مواد درست شده که به محض مشاهده نخستین علائم عفونت در مقیاس مولکولی، پزشکان را مطلع می سازند.

از همین نوع مواد همچنین لیوانهایی تولید شده که قابلیت خود- تمیزکردن دارند. لنزها و عدسیهای عینک ساخته شده از جنس مواد نانو ضد خش هستند و یک گروه از محققان تا آنجا پیش رفته اند که درصددند با مواد نانو پوششهای مناسبی تولید کنند که سلولهای حاوی ویروسهای خطرناک نظیر ویروس ایدز را در خود می پوشاند و مانع خروج آنها می شود. مهمترین نکته درباره موقعیت کنونی فناوری نانو آن است که اکنون دانشمندان این توانایی را پیدا کرده اند که در تراز تک اتمها به بهره گیری از آنها بپردازند و این توانایی بالقوه می تواند زمینه ساز بسیاری از تحولات بعدی شود. یک گروه از برجسته ترین محققان در حوزه نانوتکنولوژی بر این اعتقادند که می توان بدون آسیب رساندن به سلولهای حیاتی، در درون آنها به کاوش و تحقیق پرداخت. شیوه های کنونی برای بررسی سلولها بسیار خام و ابتدایی است و دانشمندان برای شناخت آنچه که در درون سلول اتفاق می افتد ناگزیرند سلولها را از هم بشکافند و در این حال بسیاری از اطلاعات مهم مربوط به سیالهای درون سلول یا ارگانلهای موجود در آن از بین می رود.

یک گروه از محققان که در گروهی موسوم به اتحاد سیستمهای زیستی گرد آمده اند، سرگرم تکمیل ابزارهای ظریفی هستند که هدف آن بررسی اوضاع و احوال درون سلول در زمان واقعی و بدون آسیب رساندن به اجزای درونی سلول یا مداخله در فعالیت بخشهای داخلی آن است. ابزاری که این گروه مشغول ساخت آن هستند ردیف هایی از لوله ها یا سیمهای بسیار ظریفند که قادرند وظایف مختلفی را به انجام برسانند از جمله آنکه هزاران پروتئینی را که به وسیله سلولها ترشح می شود شناسایی کند. گروههای دیگر از محققان نیز به نوبه خود سرگرم تولید دستگاهها و ابزارهای دیگر برای انجام مقاصد علمی دیگر هستند.

به عنوان نمونه یک گروه از محققان سرگرم تکمیل فیبرهای نوری در ابعاد نانو هستند که قادر خواهند بود مولکولهای مورد نظر را شناسایی کنند. گروهی نیز دستگاهی را دردست ساخت دارند که با استفاده از ذرات طلا می تواند پروتئین های معینی را فعال سازد یا از کار بیندازد. به اعتقاد پژوهشگران برای آنکه بتوان از سلولها در حین فعالیت واقعی آنها اطلاعات مناسب به دست آورد، باید شیوه تنظیم آزمایشها را مورد تجدیدنظر اساسی قرار داد. سلولها در فعالیت طبیعی خود امور مختلفی را به انجام می رسانند: از جمله انتقال اطلاعات و علائم و داده ها میان خود، ردوبدل کردن مواد غذایی و بالاخره سوخت و ساز و اعمال حیاتی. یک گروه از روش تازه ای موسوم به الگوی انتقال ابر - شبکه استفاده کرده اند که ساخت نیمه هادیهای نانومتری به قطر تنها 8 نانومتر را امکان پذیر می سازد. هریک از این لوله های بسیار ریز بالقوه می توانند یک پادتن خاص یا یک بخش کوچک از رشته دی ان ای بر روی خود جای دهند.

با کمک هر تراشه می توان 1000 آزمایش متفاوت بر روی یک سلول انجام داد. برای دستیابی به موفقیت کامل باید بر برخی از محدودیتها غلبه شود، ازجمله آنکه درحال حاضر برای بررسی سلولها باید آنها را در درون مایعی قرار داد که مصنوعاً محیط زیست طبیعی سلولها را بازسازی می کند، اما یون موجود در این مایع می تواند سنجنده های موئینه را از کار بیندازد. برای رفع مشکل، محققان سلولها را درون مایعی جای می دهند که چگالی یون آن کمتر است. گروههای دیگری از محققان نیز در تلاشند تا ابزارهای مناسب در مقیاس نانو برای بررسی جهان سلولها ابداع کنند. یکی از این ابزارها چنانکه اشاره شد یک فیبر نوری است که ضخامت نوک آن 40 نانومتر است و بر روی نوک نوعی پادتن جا داده شده که قادر است خود را به مولکول مورد نظر در درون سلول متصل سازد. این فیبر نوری با استفاده از فیبرهای معمولی و تراش آنها ساخته شده و بر روی فیبر پوششی از نقره اندود شده تا از فرار نور جلوگیری به عمل آورد. نحوه عمل این فیبر نوری درخور توجه است.

از آنجاکه قطر نوک این فیبر نوری، از طول موج نوری که برای روشن کردن سلول مورد استفاده قرار می گیرد به مراتب بزرگتر است، فوتونهای نور نمی توانند خود را تا انتهای فیبر برسانند، درعوض در نزدیکی نوک فیبر مجتمع می شوند و یک میدان نوری بوجود می آورند که تنها می تواند مولکولهایی را که در تماس با نوک فیبر قرار می گیرند تحریک کند. به نوک این فیبر نوری یک پادتن متصل است و محققان به این پادتن یک مولکول فلورسان می چسبانند و آنگاه نوک فیبر را به درون یک سلول فرو می کنند. در درون سلول، نمونه مشابه مولکول فلورسان نوک فیبر، این مولکول را کنار می زند و خود جای آن را می گرد. به این ترتیب نوری که از مولکول فلورسان ساطع می شد از بین می رود و فضای درون سلول تنها با نوری که به وسیله میدان موجود در فیبر نوری بوجود می آید روشن می شود و درنتیجه محققان قادر می شوند یک تک مولکول را در درون سلول مشاهده کنند.

مزیت بزرگ این روش در آن است که باعث مرگ سلول نمی شود و به دانشمندان اجازه می دهد درون سلول را در هنگام فعالیت آن مشاهده کنند. نانو تکنولوژی همچنین به محققان امکان می دهد که بتوانند رویدادهای بسیار نادر یا مولکولهای با چگالی بسیار کم را مشاهده کنند. به عنوان مثال بلورهای مینیاتوری نیمه هادیهای فلزی در یک فرکانس خاص از خود نور ساطع می کنند و از این نور می توان برای مشخص کردن مجموعه ای از مولکولهای زیستی و الصاق برچسب برای شناسایی آنها استفاده کرد. به نوشته هفته نامه علمی نیچر چاپ انگلستان یک گروه از محققان دانشگاه میشیگان نیز توانسته اند سنجنده خاصی را تکمیل کنند که قادر است حرکت اتمهای روی را در درون سلولها دنبال کند و به دانشمندان در تشخیص نقایص زیست عصبی مدد رساند.

از ابزارهای در مقیاس نانو همچنین می توان برای عرضه مؤثرتر داروها در نقاط موردنظر استفاده به عمل آورد. در آزمایشی که بتازگی به انجام رسیده نشان داده شده است که حمله به سلولهای سرطانی با استفاده از ذرات نانو 100برابر بازده عمل را افزایش می دهد. محققان امیدوارند در آینده ای نه چندان دور با استفاده از نانو تکنولوژی موفق شوند امور داخلی هر سلول را تحت کنترل خود درآورند. هم اکنون گامهای بلندی در این زمینه برداشته شده و به عنوان نمونه دانشمندان می توانند فعالیت پروتئینها و مولکول دی ان ای را در درون سلول کنترل کنند. به این ترتیب نانو تکنولوژی به محققان امکان می دهد تا اطلاعات خود را درباره سلولها یعنی اصلی ترین بخش سازنده بدن جانداران به بهترین وجه کامل سازند

 

میگویند اینها بعضی از مهارت های یک معلم وب هستند: " برقراری ارتباط چشمی، برای دانستن اینکه فرد موضوع را فهمیده؛ باز خورد گرفتن با سوال کردن تا معلم متوجه شود آیا میتواند درس را ادامه بدهد یا نه و درنهایت درک این نکته که معلم و شاگرد باید با هم گام بردارند و ... حالا میخواهیم ببینیم در دنیای حیوانات رابطه معلم و شاگردی چگونه است."

مورچه ها تکنیک هایی در آموزش دارند که باعث شرمندگی محققان شده است. مورچه ها هم مثل آدم ها، معلم دارند؛ معلم های ریزه میزه ای که به شاگردان نشان میدهند برای اینکه عضو مفیدی در اجتماع باشند باید بدانند و یاد بگیرند.
جالبترین کشف دانشمندان این است که مورچه های معلم، خود را باسرعت نو آموزان تنظیم میکنند و قبل از شروع درس بعدی ، به این اطمینان میرسند که بچه مورچه ، درس قبلی را خوب یاد گرفته باشد.
در دنیای حیوانات معلم تعریف معینی دارد؛ کسی که در حضور مشاهده گر بی تجربه و تازه کار، رفتارش را طوری تغییر میدهد که شاگردش سریع تر یاد بگیرد. دردنیای آدم ها، شاگرد برای یادگیری هزینه میکند اما بین مورچه ها این معلم است که باید بهای تعلیم را بپردازد و آن کند شدن سرعت خودش است.
در ضمن اعتقاد بر این است که در آموزش، باز خورد دو طرفه بین شاگرد و معلم وجود دارد. به عبارتی، معلم اطلاعات و راهنمایی های لازم را در حد توانایی شاگرد به او میدهد و شاگرد هروقت که درس را یاد گرفت ، به معلم علامت میدهد.

پایت را بگذار جای پای من!
مورچه ها با کمک مولکول هایی شیمیایی به نام فرمون، موقع راه رفتن برروی زمین ردی از خود به جای میگذارند و به این وسیله مورچه های دیگر را به سمت غذا راهنمایی میکنند اما فقط خودشان از کار خود سر در می آورند. به همین خاطر یک مورچه معلم (که ماده است) کار هدایت نفر به نفر را به عهده میگیرد. او یک مورچه تازه کار که مایل است به خاطر غذا دنبال او بیاید را پیدا میکند و به او آموزش میدهد. این نو آموز موقع راه رفتن، پی در پی می ایستد و با پاهایش به شکم و پاهای مورچه معلم میزند تا به او بفهماند این روند را ادامه بدهد. اگر اینکار را انجام ندهد مورچه معلم می ایستد.
وقتی فاصله بین این دو خیلی زیاد میشود، معلم سرعتش را کم و مورچه نوآموز سرعتش را زیاد میکند. معلم در واقع با این کار از خود گذشتگی میکند چون در حالت عادی سرعتش 4 برابر این مقدار است.
این مورچه جدید آن قدر درسش را خوب یاد میگیرد که تواند خودش معلم شود و جریان اطلاعات در کلنی مورچه ها را برقرار نگه دارد.
میبینید که شگفتی های دنیای آفرینش خداوند در کوچکترین موجودات هم جلوه گری میکند. پس لطفا این دفعه که خواستید سهوا یا خدای نکرده عمدا مورچه ای را زیر پای مبارکتان له کنید به این فکر بیفتید که چه دنیای در همین مخلوق کوچک به چشم نیامدنی نهفته است. آن وقت حتما دورش خواهید زد.