نانوتکنولوژی و کاربردهای آن

نانوتکنولوژی

نانو تکنولوژی مطالعه ذرات در مقیاس اتمی برای کنترل آنهاست.

نانوتکنولوژی چیست؟

نانوفناوری (Nanotechnology) رشته‌ای از دانش کاربردی و فناوری است که زمینه های گسترده‌ای را پوشش می‌دهد.

موضوع اصلی نانوتکنولوژی نیز مهار ماده یا دستگاه‌های در ابعاد کمتر از یک میکرومتر،

معمولاً حدود ۱ تا ۱۰۰ نانومتر است.

وجه متمایز کننده و منحصر به فرد فناوری نانو، داشتن عناصری به نام نانومواد و نانوساختار است.

در واقع نانو تکنولوژی فهم و به‌کارگیری خواص جدیدی از مواد و سیستم‌هایی در این ابعاد است؛

در واقع مواد، اثرات فیزیکی جدیدی عمدتاً متأثر از غلبه خواص کوانتومی بر خواص کلاسیک از خود نشان می‌دهند.

سیر تاریخی فناوری نانو

فناوری نانو موج چهارم انقلاب صنعتی، پدیده‌ای عظیم است که در تمامی گرایش‌های علمی راه یافته و از فناوری‌های نوینی است

که با سرعت هرچه تمام تر در حال توسعه می‌باشد.

از ابتدای دهه ۱۹۸۰ میلادی طراحی و ساخت ساختمان‌ها،

هر روزه شاهد نوآوری‌های جدیدی در زمینه مصالح کارآمد تر و پربازده تر در مقاومت،

شکل‌پذیری، دوام و توانایی بیشتری نسبت به مصالح سنتی دارد.

 نانوفناوری یک دانش به شدت میان‌رشته‌ای است و به رشته‌های ذیل مربوط می‌شود:

زیست فناوری و فناوری اطلاعات و ارتباطات

تحلیل گران بر این باورند که فناوری نانو، زیست فناوری (Biotechnology) و فناوری اطلاعات و ارتباطات (ICT) سه قلمرو علمی هستند

که انقلاب سوم صنعتی را شکل می‌دهند.

نانو تکنولوژی می‌تواند به عنوان ادامهٔ دانش کنونی به ابعاد نانو یا طرح‌ریزی دانش کنونی بر پایه‌هایی جدیدتر و امروزی‌تر باشد و فراگیرتر باشد.

هدف اصلی اکثر تحقیقات نانو تکنولوژی شکل‌ دهی ترکیبات

جدید یا ایجاد تغییراتی در مواد موجود است.

نانو تکنولوژی در الکترونیک ، زیست‌شناسی ، ژنتیک ، هوانوردی و حتی درمطالعات انرژی بکار برده می‌شود.

در نیم قرن گذشته شاهد حضور حدود پنج فناوری عمده بودیم،

که باعث پیشرفت های عظیم اقتصادی در کشورهای سرمایه گذار وایجاد فاصله شدید بین کشورهای جهان شد.

حضور تجاری در بازار

متأسفانه در کشور ما به دلیل فقدان جرات علمی و عدم تصمیم گیری به موقع ، به این فرصت ها پس از گذشت سالیان طلائی آن بها داده می‌شد

که البته سودی هم برای ما به ارمغان نمی آورد.

همچون فنآوری الکترونیکی و کامپیوتر در دو سه دهه گذشته

که امروزه علیرغم توانائی دانشگاهی و داشتن تجهیزات آن ، هیچگونه حضور تجاری در بازارهای چند صد میلیاردی آن نداریم.

فناوری نانوجدیدترین این فرصت هاست،

که کشور ما باید برای حضور یاعدم حضور در آن خیلی سریع تصمیم خود را اتخاذ کند.

علم و فناوری نانو (نانو علم و نانو تکنولوژی) توانائی بدست گرفتن کنترل ماده در ابعاد نانومتری (ملکولی) و بهره برداری از

خواص و پدیده‌های این بعد در مواد ، ابزارها و سیستمهای نوین است.

نانوتکنولوژی ، در برگیرنده همه فناوری های امروزین

این تعریف ساده خود در برگیرنده معانی زیادی است.

به عنوان مثال: فناوری نانو با طبیعت فرا رشته‌ای خود

در آینده در برگیرنده همه فناوری های امروزین خواهد بود و به جای رقابت بافن آوریهای موجود

مسیر رشد آنها را در دست گرفته و آنها را بصورت «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 می‌شود.

علم بشری اینک در آستانه چنگ اندازی به این عرصه است، تا ساختارهائی بی‌نظیر بسازد

که در طبیعت نیز یافت نمی‌شوند.

فناوری نانو کاربردهای را به منصه ظهور می‌رساند

که بشر از انجام آن به کلی عاجز بوده است

و پیامدهائی را در جامعه بر جامی‌گذارد که بشر تصور آنها را هم نکرده است.

همایش جهانی نظام علمی در زمینه نانوتکنولوژی

دکترDrexler در همایش جهانی نظام علمی در زمینه نانوتکنولوژی اظهار کرده است: “در جهان اطلاعات ، تکنولوژیهای دیجیتالی کپی‌ برداری 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 تن‌تری بیت تراشه‌هایRAM تقریبا “معادل با هزینه بری ناشی از تولید همان مقدار فولاد‌ می شود”.

دکترSmalley رئیس هیئت تحقیقاتی دانشگاه رایس و کاشفBuckyball ‌میگوید: “نانوتکنولوژی روند زیانبار ناشی ازانقلاب صنعتی را معکوس خواهد کرد”.

در مقدمه مقاله نانوتکنولوژی که توسط آقایانPeterson وPergamit در سال ۱۹۹۳

نگاشته شده چنین آمده است: “تصور کنید قادرید با نوشیدن دارو که در آب میوه مورد ‌علاقه تان 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 با‌هزینهای 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 همانند سازی است.

طی چند سال با تولید پنج میلیارد تریلیون نانو روبات ، تقریبا” تمامی فرآیندهای صنعتی و نیروی کار کنونی از رده خارج خواهند شد.

نانوتکنولوژی ‌از‌ کجا‌ آمده ‌است؟

برای اولین بار ریچارد فاینمن برنده جایزه نوبل فیزیک پتانسیل نانو علم را در یک سخنرانی تکان‌ دهنده با نام “درپایین اتاق های زیادی وجود دارد”، مطرح کرد.

فاینمن اصرار داشت، که دانشمندان ساخت وسائلی را ، که برای کار در مقیاس اتمی لازم است، شروع کنند.

این موضوع مسکوت ماند، تا اینکه اریک درکسلر (دانشجوی تحصیلات تکمیلیMIT) ندای فاینمن را شنید.

یک قالب‌کاری برای مطالعه “وسایلی که توانایی حرکت دادن اشیاء مولکولی و مکان آنها را با دقت اتمی دارند” ایجاد کرد، که در سپتامبر ۱۹۸۱ در مقاله‌ای با نام پروتئین راهی برای تولید انبوه مولکولی ایجاد می‌کند” آن را ارائه داد.

درکسلر آن را با کتابی بنام “موتورهای خلقت” دنبال کرد و توسعه مفهوم نانو تکنولوژی را همانند یک کوشش علمی ادامه داد.

اولین نشانه‌های ثبت‌شده از این مفهوم نانو تکنولوژی

تغییر مکان دادن اشیا مولکولی ، در سال ۱۹۸۹ بود، موقعی که دانشمندی در مرکز تحقیقات آلمادنIBM اتمهای منفرد گزنون راروی صفحه نیکل حرکت داد، تا نامIBM را روی سطح نیکل نقش کند.

وضعیت جهانی نانوتکنولوژی از فناوری نانو به عنوان “رنسانس فناوری” و “روان کننده جریان سرمایه گذاری” یاد می‌شود.

ورود محصولات متکی بر این فناوری جهشی بس عظیم در رفاه و کیفیت زندگی و توانائی های دفاعی و زیست محیطی به همراه خواهد داشت و موجب بروزجابجائی های بزرگ اقتصادی خواهد شد.

هم اکنون بخشهای دولتی و خصوصی کشورهای مختلف جهان شامل ژاپن ، آمریکا ، اتحادیه اروپا ، چین ، هند ، تایوان ، کره جنوبی ، استرالیا ، اسرائیل و روسیه در رقابتی تنگاتنگ بر سر کسب پیشتازی جهانی در لااقل یک حوزه از این فناوری به سر ‌میبرند.

هم اکنون روی هم رفته حدود ۳۰ کشور دنیا در زمینه فناوری نانو دارای “برنامه ملی” یا درحال تدوین آن هستند،

وطی پنچ سال گذشته بودجه تحقیق و توسعه در امر فناوری نانو را به ۵٫۳ برابر افزایش داده‌اند.

کشورهای ژاپن وآمریکا نیز فناوری نانو را اولین اولویت کشور خود در زمینه فناوری اعلام کرده اند.

آیا نانوتکنولوژی خیالی‌تر از علم است؟

از موقعی که اولین مقاله در دهه گذشته منتشر شد، از نانو تکنولوژی همانند چوبدست سحر آمیزی برای ساخت کودکان طراح تا ماشین های تولید اکسیژن برای استعمار کره مریخ ، تصور می‌شد.

هیجانات از واقعیات جلوتر بود، اما پیشرفت واقعی با مسائلی پیش‌ پا افتاده شروع شد.

چند سال پیش محققین در دانشگاههای کالیفرنیا، رایس وMIT موفق به ساخت نانوذراتی شدند، که به دانشمندان کمک می‌کردند.

تعدادی از اساتید این دانشگاهها شرکتهایی تأسیس کردند، که وسایل موردنیاز برای تحقیقات مقیاس نانو را می‌ساختند.

اکنون آنها به شدت دنبال حفاظت کارهایشان از طریق ثبت اختراع هستند، تا زمینه تولید فرآیندهایشان را فراهم کنند.

کاربردهای علمی نانو علم هنوز کم است.

اما مقداری از تولیدات اولیه اکنون وارد بازار می‌شوند.

شاخه‌های اصلی نانوتکنولوژی:

می‌توان موردهای زیر را شاخه‌های بنیادین دانش نانوفناوری دانست:

  • نانوروکش:

نانو روکش به ماده‌ای گفته می‌شود که در مقیاس نانو ساخته شده و به عنوان روکش، پوشاننده یا محافظ برای دیگر مواد به کار می‌رود .

زمینه‌هایی که در آن از نانو روکش‌ها استفاده می‌شود: الکترونیک، مواد غذایی و وسایل نقلیه و….

یکی دیگر از کابردهای نانو روکش این است که می‌توان در آینده ایی نزدیک به عنوان لباس سربازان یا دیگر افراد استفاده شود

موادی که حداقل یکی از ابعاد آن‌ها در مقیاس ۱ الی ۱۰۰ نانومتر باشد، مواد نانویی یا نانومواد خوانده می‌شوند.

این مبحث در قالب موضوعات مربوط به نانوفناوری جای می‌گیرد.

وضعیت نانوتکنولوژی در ایران:

آغاز فناوری نانو در ایران و تنظیم سند راهبرد فناوری نانو

جرقه‌های اولیه فناوری نانو در ایران در سال ۱۳۸۰ زده و با دستور ریاست جمهور وقت ایران، مطالعات راهبردی فناوری‌نانو آغاز شد.

دو سال بعد از شروع این مطالعات، در سال ۱۳۸۲ ستاد ویژه توسعه فناوری نانو (INIC) تأسیس شد، این ستاد سند راهبردی فناوری‌نانو را در مدت دو سال تهیه و به هیئت وزیران تسلیم نمود.

این سند در سال ۱۳۸۴ توسط هیئت وزیران تصویب شد.

در سال ۱۳۸۵ نیز سیاست‌ها و راهبردهای ارتقاء و توسعه فناوری نانو به تصویب رسید.

برای توسعه فناوری نانو این ستاد کارگروه‌های مختلفی را دایر کرد که از آن جمله می‌توان به موارد ذیل اشاره کرد:

کارگروه های نانوتکنولوژی

  • کارگروه صنعت و بازار
  • کارگروه توسعه فناوری
  • کارگروه توسعه منابع انسانی
  • کارگروه زیرساخت‌های فناوری
  • کارگروه ترویج و فرهنگ‌سازی
  • کارگروه روابط بین‌الملل
  • کارگروه سیاست‌گذاری و ارزیابی

سند ده ساله دوم توسعه فناوری‌نانو (۱۴۰۴–۱۳۹۴) با توجه به ارزیابی‌های راهبردی، گزارش‌های عملکرد سالانه و بازخوردهای حاصل از اجرای آن، در سال ۱۳۹۴ تدوین شد.

در این سند تلاش شده تا اهداف و نحوه دستیابی به آنان به‌گونه‌ای به‌روزرسانی شود که حرکت پیش‌گامانه کشور در عرصه این فناوری نوظهور، به صورت شتابان تداوم داشته باشد.

بر این اساس، رویکرد کلی حاکم بر سند اول که ناظر بر توسعه و تربیت سرمایه انسانی و تأمین زیرساخت‌های توسعه این فناوری بود، به رویکردهایی از قبیل دستیابی به مرجعیت علمی نانو در جهان، توسعه فناوری‌های کلیدی، استقرار سیستم نانونماد، ایجاد و ارتقای صنایع نانو و توسعه بازار این فناوری ارتقا یافت.

انرژی، بهداشت و سلامت، آب و محیط زیست، و ساخت و ساز، اولویت‌های ملی فناوری نانو در ایران محسوب می‌شوند.

حوزه انرژی، با توجه به این که نفت و گاز از صنایع اصلی در ایران هستند از اولویت‌های اصلی تحقیقات فناوری نانو قلمداد می‌شود.

ترویج عمومی ‌نانوتکنولوژی

ترویج عمومی فناوری‌نانو یکی از ویژگی‌های منحصر به فرد برنامه توسعه فناوری نانو در ایران محسوب می‌شود.

در ایران به آموزش عمومی فناوری نانو به ویژه در سطح دانش‌آموزی توجه ویژه ای می‌شود.

ستاد نانو به منظور ارتقای آشنایی دانش‌آموزان با علوم و فناوری نانو و زمینه‌سازی تحقیق و پژوهش دانش‌آموزی در این حوزه، اقدام به تأسیس باشگاه دانش‌آموزی نانو نموده‌است.

یکی از برنامه‌های ترویجی ایران برگزاری نوآورانه المپیاد فناوری نانو در این کشور است.

در سال ۱۳۸۳ سایت باشگاه دانش‌آموزی نانو فعالیت‌های آموزشی خود را در فضای مجازی آغاز و از سال ۱۳۸۷مجموعه فعالیت‌های مختلف آموزشی را برنامه‌ریزی و اجرا کرده‌است.

این مجموعه سعی دارد تا دانش‌آموزان را در طی یک فرایند آموزشی، از یادگیری مفاهیم اولیه تا خلق ایده‌های دانش‌محور هدایت نماید.

با این هدف که پس از فارغ‌التحصیلی، آموخته‌ها و تجربیات باشگاه پایه پژوهش‌های دانشگاهی شوند.

از مهم‌ترین اصول مطرح در باشگاه نانو، فراهم‌سازی امکان تجربه کار گروهی است.

ترسیم ماهیت بین‌رشته‌ای علوم و فناوری‌نانو، مفهومی است که در جریان فعالیت در باشگاه به‌طور تجربی به دانش‌آموزان آموزش داده شده‌است.

ماهنامه زنگ نانو، ماهنامه فناوری نانو و پایگاه مجازی نانوکلوپ از دیگر اقدامات ستاد جهت ترویج این فناوری است.

از دیگر برنامه‌های انجام شده در بخش دانش آموزی می‌توان به راه‌اندازی ۷ آزمایشگاه دانش آموزی در پژوهش‌سراها اشاره کرد

توسعه منابع انسانی

با توجه به اهمیت پرورش متخصصان فناوری‌نانو، طی ده سال گذشته در ۲۳ دانشگاه ایران دوره‌های دکتری مرتبط با فناوری‌ نانو تأسیس شده‌اند که در آن‌ها دانش‌پژوهان در رشته‌هایی نظیر نانوشیمی، نانوفیزیک، نانومواد، نانوپزشکی و چند رشته مرتبط دیگر تحصیل می‌کنند.

همچنین ۶۶ دانشگاه نیز در مقطع کارشناسی ارشد دانشجو می‌پذیرند.

تا پایان سال ۹۶، ۳۷۷۰ پروژه دکتری در حوزه فناوری‌نانو به اتمام رسید و ۷۴۰ پروژه نیز در دست انجام بود.

در مقطع کارشناسی ارشد نیز بیش از ۱۶۰۰۰ پروژه انجام شد و ۳۴۰۰ پروژه هم در حال انجام بود.

اعضاء هیئت عملی فعال در فناوری‌نانو نیز در سال ۱۳۸۳، ۲۴۴ نفر بودند که این رقم در پایان سال ۱۳۹۶ به ۲۴۵۰ نفر رسید.

در کنار این فعالیت‌ها، کتاب‌های متعددی نیز به چاپ رسیده‌است که از آن جمله می‌توان به ۳۲ کتاب انگلیسی و ۱۲۶ کتاب به زبان فارسی اشاره کرد.

صنعت نانوتکنولوژی

طی ۱۳ سال گذشته از زمان اجرای سند توسعه فناوری نانو در ایران، ۱۷۶ شرکت مبتنی بر فناوری‌نانو در ۱۳ صنعت مختلف تأسیس و مشغول به تولید هستند.

حدود یک چهارم از این شرکت‌ها در تجهیزات آزمایشگاهی فعالیت دارند.

ساخت تجهیزات آزمایشگاهی و صنعتی مرتبط با فناوری‌نانو یکی از اولویت‌های اصلی متولیان فناوری‌نانو در ایران بوده‌است.

از این رو برنامه‌های تشویقی متعددی برای سوق دادن مخترعان و دانش‌پژوهان به سوی ساخت ادوات و تجهیزات مرتبط با فناوری‌نانو تدوین و اجرا شده‌اند.

پس از تجهیزات، بیشترین شرکت‌ها در صنایع ساخت و ساز، به ترتیب شامل موارد زیر است:

  • نساجی
  • پلیمر
  • کامپوزیت

همچنین تعداد محصولات نانوی ساخت ایران موجود در بازار تا اردیبهشت ۹۷، ۴۲۱ محصول بوده‌است که ۳۵ درصد از آن‌ها (۱۵۰ محصول) را تجهیزات آزمایشگاهی و صنعتی دربرمی‌گیرند.

در محصولات نیز پس از تجهیزات سه حوزه پزشکی و سلامت، نساجی و ساخت و ساز بیشترین سهم را دارا هستند.

محصولات نانوی ایران در سال ۹۶ به ۴۷کشور دنیا (عمدتاً در آسیا و اروپا) صادر شده‌است

شاخص‌های علم و فناوری

تعداد مقالات فناوری نانو که در نشریات ISI به چاپ رسیده یکی از شاخص‌های علمی برای بررسی جایگاهی علمی کشورها در این حوزه است.

ایران در سال‌های اخیر رشد قابل توجهی در این شاخص داشته‌است.

به طوری‌که از رتبه ۵۶ در سال ۲۰۰۰ به رتبه ۴ در سال ۲۰۱۷ رسیده‌است.

بر اساس اطلاعات پایگاه استت‌نانو در سال ۲۰۱۷ ایران ۸۷۹۱ مقاله نانو به چاپ رسانده که معادل ۵٫۷ درصد از کل مقالات نانوی سال ۲۰۱۷ می‌شود.

ایران در این شاخص رتبه اول در حوزه خلیج فارس و همچنین کشورهای اسلامی را دارد

از منظر کیفیت مقالات نانو، مقدار شاخص (اچ ایندکس) پنج ساله برای مقالات نانوی ایران (منتشر شده در سال‌های ۲۰۱۳–۲۰۱۷) ۹۳ و رتبه ایران در این شاخص هجدهم است وهمچنین ایران از نظر متوسط ارجاع به مقالات نانو در پنج سال منتی به ۲۰۱۷ در رده چهل و چهارم دنیا قرار دارد

ایران در مجموع بیش از ۲۲۰ پتنت مرتبط با فناوری نانو تا سال ۲۰۱۸ در دفاتر ثبت پتنت اروپا و آمریکا ثبت کرده‌است که این مقدار حدود یک سوم از کل پتنت‌های ایران در حوزه‌های مختلف می‌شود.

در سال ۲۰۱۷ رتبه ایران در تعداد پتنت‌های منتشر شده در دفتر ثبت آمریکا (USPTO) بیست و دوم بود.

ترازپویش را در آپارات، یوتیوب و اینستاگرام دنبال کنید!

Social Media - TarazPouyesh

برای ارتباط با ما و کسب خدمات ویژه با ما در تماس باشید.

تماس با ما

 

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

یلدا تا نوروز