پایان نامه ها

پایان نامهi– (115)

دانشگاه آزاد اسلامی
واحد دامغان
پایان نامه کارشناسی ارشد رشته معماری M.A
عنوان:
طراحی مرکز همایش و تحقیقات نانو تکنولوژی
استاد راهنما:
جناب آقای دکتر محمد جعفر کرباسچی
استاد مشاور:
جناب آقای دکتر تیمور جلال برش
نگارنده:
بابک ترابی قلعه قاضی
سال تحصیلی 1392-1391
لم یشکر المخلوق من لم یشکر الخالق
از کلیه عزیزانی که در ایجاد زمینه رشد اینجانب از مساعدتهای خود دریغ ننموده و موجبات ارتقاء سطح تحصیلی اینجانب را فراهم نموده اند صمیمانه تشکر و سپاسگزاری می نمایم.
در این ارتباط از جناب آقای دکتر محمد جعفر کرباسچی که در ارائه نکات مهم کلیدی و اساسی و رهنمودهای لازم همت گمارده و همچنین از همسر مهربانم خانم مهندس ندا خلیلی که در تمامی مراحل تهیه این پایان نامه با اینجانب همراه بوده است تشکر و قدردانی ویژه می نمایم.
در خاتمه بهره مندی اینجانب از مشاوره مؤثر جناب آقای دکتر تیمور جلال برش مورد امتنان و تشکر می باشد.
تقدیم به:
تقدیم به او که مرا آفرید
و آنها که بودند تا گشتیم پدید
و ایشان که دادند از علم بر ما ندا و نوید
و مائیکه داریم عشق
و شما اکنون…
تقدیم به پدر و مادر عزیزم که
وجودشان برایم همه عشق است و
وجودم برایشان همه رنج
توانشان رفت تا به توانایی رسم و
مویشان گرد سپیدی گرفت تا رویم سپید بماند
تقدیم به تمام کسانی که فروغ نگاهشان
گرمی کلامشان و روشنی رویشان
سرمایه جاودان زندگی من بوده است.

فهرست مطالب
عنوان صفحه
چکیده…………………………………………………………………………..1
فصل اول: کلیات تحقیق2
1-1- مقدمه3
1-2- بیان مسئله4
1-3- ضرورت انجام تحقیق5
1-4- اهداف پژوهش6
1-5- پرسش اصلی تحقیق (مسأله تحقیق)6
1-6- فرضیه6
فصل دوم: مفاهیم نانو فناوری7
2-1- تعریف نانو8
2-2- مقیاس نانو8
2-3- تعریف فناوری نانو8
2-4- چرا نانو فناوری؟9
2-5- تاریخچه فناوری نانو10
2-6- تقویم توسعه فناوری نانو13
2-7- وضعیت جهانی نانو فناوری16
2-8- ماهیت و ساختار فناوری نانو18
2-9- اهمیت و ضرورت فناوری نانو19
2-9-1- ضرورت اولویت دادن به توسعه فناوری نانو در ایران20
2-10- آینده توسعه فناوری نانو20
2-10-1- فناوری های قابل دسترس در کوتاه مدت21
2-10-2- فناوری های قابل دسترس در میان مدت 21
2-10-3- فناوری های قابل دسترس در بلند مدت21
فصل سوم : نانو در معماری22
3-1- نانو .ذرات23
3-1-1- منابع نانو ذرات23
3-2- فولرین های کربنی 24
3-2-1- باکی بال24
3-2-2- نانو لوله های کربنی 24
3-2-2-1-انواع نانو لوله25
3-3- نانو معماری26
3-3-1- فناوری نانو در معماری26
3-4-تاثیرات مواد و مصالح بر معماری27
3-5-تولید بتن هایی با کارایی بالاتر28
3-5-1-نانو سیلیکا استحکام بتن را افزایش می دهد29
3-5-2-بتن خود ترمیم کننده ترک30
3-5-3-بتن های خود تمیز شونده و آلاینده زدا30
3-6-خواص و کاربرد نانو ذرات آهن30
3-6-1-مزایا و ویژگی های نانو ذرات آهن31
3-6-2-روش های تولید نانو پودر آهن32
3-6-3-افزایش استحکام فولاد با استفاده از فناوری نانو32
3-6-4-افزایش مقاومت به خوردگی فولاد با استفاده از نانو فناوری33
3-6-5-افزایش مقاومت دربرابر خوردگی با نانو لوله های کربنی33
3-7-گچ،آجر و سیمان متاثر از فناوری نانو34
3-8- کاشی و سرامیک خود تمیز شونده35
3-8-1- سرامیک خود ترمیم گر35
3-9-افزایش ماندگاری چوب با استفاده از فناوری نانو36
3-10-کاربردهای فناوری نانو در صنعت شیشه37
3-10-1-شیشه های خود تمیز شونده37
3-10-2-برخی مزایا و ویژگی های شیشه های خود تمیز شونده38
3-10-3-شیشه های رنگی حاوی نانو ذرات39
3-10-4-شیشه های نانو متخلخل39
3-10-5-شیشه های ذخیره کننده انرژی40
3-11-نانوپوشش های هوشمند41
3-11-1- نانوپوشش های هوشمند تمیز شونده42
3-11-2- نانو پوشش های هوشمند ت صفیه کننده هوا42
3-11-3-تولید پوشش های ضد مه با استفاده از نانو ذرات43
3-11-4- پوشش های ضد نقش وضد نوشتار(ضد دیوار نویسی)43
3-12- دستگاه تصفیه کننده هوای اتاق46
3-13- آئروژل ها47
3-14- نانوژل47
3-15-ساخت سلول های خورشیدی سه بعدی با استفاده از نانو لوله های کربنی48
فصل چهارم:تحلیل وبررسی نمونه های مشابه50
4-1- عملکردهای مهم مراکز تحقیقاتی51
4-2-مرکز تحقیقات نانو فناوری دافیلدهال دانشگاه کرنل52
4-3-مرکز تحقیقات نانو فناوری بیرک دانشگاه پرودو در ایندیانا54
4-4-آزمایشگاه ملی بروکهان(مرکز نانو مواد کاربردی، نیویورک) 56
4-5- مرکز تحقیقات نانو فناوری مارکوس57
فصل پنجم: اصول ، استانداردها،ضوابط طراحی وبرنامه فیزیکی 58
5-1- فعالیت های ایران در حوزه استاندارد سازی فناوری نانو59
5-1-1- استانداردهای ملی ایران59
5-2- سایر فعالیت های جهانی استانداردسازی فناوری نانو60
– کمیته E56 مؤسسه استاندارد ASTM60
– کمیته IEC/TC11360
– کمیته استانداردسازی فناوری نانو (CEN/TC352)61
– انجمن فناوری نانو مؤسسه IEEE61
– کمیته ملی فناوری نانو انگلستان (NTI/1)62
– کمیته استاندارد فناوری نانو کره جنوبی62
– کمیته ملی استاندارد نانو چین (SAC/TC279)62
– هیأت استانداردهای فناوری نانو مؤسسه استاندارد آمریکا (ANSI-NSP)62
– کمیته استاندارد نانو آلمان62
5-3- درخت فناوری نانو63
5-4-استانداردها و ضوابط در طراحی آزمایشگاه70
5-4-1-مدول طراحی آزمایشگاه و فضاهای جانبی آن70
5-4-2- مدول آزمایشگاه70
5-5- برنامه فیزیکی71
فصل ششم:طراحی 75
بخش اول:مطالعات طبیعی،اقلیمی وجغرافیایی76
6-1-1-بررسی مشخصات جغرافیایی شهر تهران77
6-1-1-1-بررسی مشخصات جغرافیایی منطقه77
6-1-2-بررسی مشخصات اقلیمی تهران78
6-1-2-1- دما78
6-1-2-2-رطوبت نسبی79
6-1-2-3-بارندگی79
6-1-2-4سابقه یخبندان80
6-1-2-5- تابش آفتاب80
6-1-2-6- باد81
6-1-3-جهت استقرار ساختمان82
6-1-4- وضعیت توپوگرافی وشیب منطقه83
6-1-5- منابع آب موجود در منطقه84
6-1-5-1- آبهای زیر زمینی منطقه84
6-1-5-2-آبهای سطحی منطقه85
6-1-6-شبکه ی حمل ونقل ودسترسی به منطقه85
6-1-7-انواع کاربری اراضی در منطقه86
بخش دوم:تحلیل سازه،تحلیل سایت ومدارک طراحی87
6-2-1-نانو فناوری وتاسیسات مکانیکی ساختمان88
6-2-1-1-نانو مواد تغییر فازدهنده88
6-2-2-نانو فناوری وتاسیسات الکتریکی ساختمان89
6-2-2-1-تاسیسات نور پردازی وفناوری نانو89
6-2-3-تحلیل سایت90
6-2-3-1-دلایل انتخاب سایت مورد نظر90
فهرست منابع فارسی
فهرست منابع غیرفارسی
چکیده انگلیسی فهرست جداول
عنوان صفحه
فصل پنجم: اصول ، استانداردها ،ضوابط طراحی و برنامه فیزیکی58
جدول (1-5) : استانداردهای ملی فناوری نانو.59
جدول (2-5) : بخش آزمایشگاهی.71
جدول (3-5) : بخش اداری.72
جدول (3-5) : بخش نمایشگاه.73
جدول (4-5) : بخش غذاخوری.73
جدول (5-5) : بخش کتابخانه.73
جدول (6-5) : بخش اقامتی.74
جدول (7-5)بخش تاسیسات74
فصل ششم:طراحی75
بخش اول: مطالعات طبیعی، اقلیمی و جغرافیایی76
جدول )1-6) :آمار متوسط درجه حرارت ده ساله ایستگاه هواشناسی کرج (2005-1995).78
جدول )3-6 : (میزان متوسط رطوبت نسبی ده ساله منطقه 22 شهرداری تهران (2008-1998).79
جدول )4-6): متوسط پارامترهای بارش ده ساله منطقه 22 شهرداری تهران (2008-1998).80
جدول )5-6) :متوسط تعداد روزهای یخبندان در منطقه 22 شهرداری تهران (2008-1998).80
جدول )6-6):متوسط ساعات آفتابی در آمار ده ساله هواشناسی منطقه 22 شهرداری تهران (2008-
1998).81

فهرست نمودارها
عنوان صفحه
فصل پنجم : اصول، استانداردها ، ضوابط طراحی وبرنامه فیزیکی58
نمودار )5-1( :درخت فناوری های نانو.69
فهرست اشکال
عنوان صفحه
فصل چهارم : تحلیل وبررسی نمونه های مشابه5
شکل (4-1) : مرکز تحقیقات نانو فناوری دافیلدهال دانشگاه کرنل 52
شکل (4-2) : نمای اصلی مرکز تحقیقات53
شکل (4-3) : داخلی مرکز تحقیقات53
شکل (4-4) : مرکز تحقیقات نانو فناوری بیرک دانشگاه پرودو54
شکل (4-5) :داخلی مرکز تحقیقات.55
شکل (4-6) : آزمایشگاه ملی بروکهاون. 56
شکل (4-7) : مرکز تحقیقات نانو فناوری مارکوس .57
قصل ششم:طراحی75
بخش اول: مطالعات طبیعی، اقلیمی و جغرافیایی76
شکل(6-1)موقعیت خورشید در عرض جغرافیایی 35 درجه81
شکل (6-2):جهت استقرار ساختمان83

فهرست نقشه ها
عنوان صفحه
قصل ششم:طراحی75
بخش اول: مطالعات طبیعی، اقلیمی و جغرافیایی76
نقشه (6-1): مشخصات جغرافیایی منطقه.77
نقشه (6-2( :مزرعه باد در ارتفاعات 1800-1400 متر.82
نقشه (6-3( : جهات شیب های اصلی منطقه.84
نقشه (6-4( : نقشه منابع آب زیرزمینی. 84
نقشه (6-5( :دسترسی ها. 86
نقشه (6-6( :کاربری های منطقه 22. 86

چکیده
بالا بودن شدت انرژی ، امروزه تبدیل به یکی از اساسی ترین معضلات اقتصادی اجتماعی کشور ما شده است و به علت گره خوردن با سایر مسائل فرهنگی و سیاسی ، حل آن از طریق اصلاح سیستم قیمت گذاری تا به حال ممکن نشده است . لذا کشور ما بایستی در این زمینه فعالیت نموده و با ایجاد و توسعه و حتی انتقال فناوریهای نو ، کاهش مصرف انرژی را محقق سازد . یکی از جدیدترین فناوری هایی که در این زمینه وجود دارد نانو تکنولوژی است.
اولین جرقه دانش نانو در سال 1959 توسط ریچارد فاینمن زده شد و متخصصانی چون پیتر ایدون این فناوری برتر را در معماری مطرح کردند . ایده هایی که بر پایه فرضیه فاینمن ، در اوایل دهه 90 میلادی توسط درکسلر مطرح شد ، باعث گردید تا در سال 1997 پایه های فناوری نانو پی ریزی شود .
نانو فناوری یعنی ساخت مواد ، ابزار و سیستم های کاربردی و هوشمند در ابعاد 100-1 نانومتر ( یک نانو متر : یک ده میلیونیم سانتی متر ) و به کار گرفتن خواص فیزیکی ، شیمیایی ، زیستی ، مکانیکی و الکتریکی و کنترل رفتار و خواص مواد و کالاهایی که با آنها ساخته می شود .
نانو تکنولوژی یا دانش ذرات بنیادین گامیست در راستای توسعه ابزارهایی قوی در معماری و شهرسازی که می توانند به ما در حفظ اکوسیستم غالب ، استفاده از انرژی پاک ، ساختن کلان شهرها ، ایجاد فضاهای مجازی و… کمک کند .
یک ساختمان هوشمند ، ساختمانی است که خود فکر می کند و با سنجیدن نیاز های ساکنانش در جهت رفع آن گام بر می دارد . نانو ساختارها تلاش بی وقفه طراحان و معماران را برای رسیدن به فرم های جدید ، سازگار با محیط و عملکردگرا به نتیجه می رسانند .
فصل اول :
کلیات تحقیق

1-1- مقدمه
با شروع قرن 19 میلادی پیشرفت علم تحولات چشمگیری در عرصه زندگی بشر ایجاد کرد. از آن زمان به بعد فناوری با گام های بلندی به پیش آمد و زندگی انسانها را دگرگون ساخت. زمانی که قرن بیستم آغاز شد انسان بسیار سخت می توانست درک کند که خودروها و هواپیماها چگونه کار می کنند، عبور از دیوار صوتی غیرممکن و بهره گیری از انرژی اتمی فقط در تئوری وجود داشت. امروزه نیز در ابتدای قرن بیست و یکم بسیار دشوار است که باور کنیم بشر با روباتهای میکروسکوپی خواهد داشت که امراض را نابود و مرگ و میرها را کاهش و طول عمر بشر را افزایش خواهد داد. حتی نمی توان تصویری را در ذهن ساخت که در یک خط مونتاژ میکروسکوپی، مکعب هایی از DNA بر روی یک تسمه نقاله از جنس سیلیکان به اندازه ضخامت یک موی تازه روئیده انسان در حال حرکت است و در کنار تسمه، روباتهایی مولکول های جداگانه ای را بر روی مکعب ها مونتاژ می نمایند و سازه های بزرگ می سازند. به دنبال سیل خروشان تحولات، فناوری های نوین پا به عرصه زندگی بشر می گذارند. تولد چنین محصولات خارق العاده و نمایش چنین تصاویر مربع حاصل بخشی از دانش بشری است که به آن نانو فناوری می گویند.
فناوری نانو، عبارت است از توانایی در کنترل ماهرانه مواد در مقیاس کمتر از یک میلیونیوم ماده که پتانسیل و قابلیت تغییر محیط و ساخت و ساز را دارد. بر این اساس فناوری نانو بر آن است تا هر چیزی از واکنش های شیمیایی گرفته تا رایانه ها و حتی اشیایی که در تصور انسان هم نمی گنجد را تغییر دهد یا از ابتدا طراحی کند. بنابراین این فناوری منجر به تغییرات اساسی در زندگی ما خواهد شد که در همه زمینه ها تجلی خواهد یافت.
1-2- بیان مسئله
بالا بودن شدت انرژی ، امروزه تبدیل به یکی از اساسی ترین معضلات اقتصادی اجتماعی کشور ما شده است و به علت گره خوردن با سایر مسائل فرهنگی و سیاسی ، حل آن از طریق اصلاح سیستم قیمت گذاری تا به حال ممکن نشده است . ابتدا باید توجه داشت که اصلاح قیمت ها به تنهایی برای بهینه سازی مصرف انرژی کافی نیست و نیاز به فناوری های جدید در این زمینه قطعی می باشد . لذا کشور ما بایستی در این زمینه فعالیت نموده و با ایجاد و توسعه و حتی انتقال فناوریهای نو ، کاهش مصرف انرژی را محقق می سازد . یکی از جدیدترین فناوری هایی که در این زمینه وجود دارد نانو تکنولوژی است .
اولین جرقه دانش نانو در سال 1959 توسط ریچارد فاینمن زده شد و متخصصانی چون پیتر ایدون این فناوری برتر را در معماری مطرح کردند . ایده هایی که بر پایه فرضیه فاینمن ، در اوایل دهه 90 میلادی توسط درکسلر مطرح شد ، باعث گردید تا در سال 1997 پایه های فناوری نانو پی ریزی شود .
نانو فناوری یعنی ساخت مواد ، ابزار و سیستم های کاربردی و هوشمند در ابعاد 100-1 نانومتر ( یک نانو متر : یک ده میلیونیم سانتی متر ) و به کار گرفتن خواص فیزیکی ، شیمیایی ، زیستی ، مکانیکی و الکتریکی و کنترل رفتار و خواص مواد و کالاهایی که با آنها ساخته می شود تا سطح میکروسکوپی .
نانو تکنولوژی یا دانش ذرات بنیادین گامیست در راستای توسعه ابزارهایی قوی در معماری و شهرسازی که می توانند به ما در حفظ اکوسیستم غالب ، استفاده از انرژی پاک ، ساختن کلان شهرها ، ایجاد فضاهای مجازی ، سالن های ضد جاذبه ، عینیت بخشیدن به تله پارتیشن ها و تئوری های مختلف کمک کند ، با کمک این فناوری نوین به سمت مصالح ساده ای خواهیم رفت که در مقیاس بسیار کوچک نانو طراحی شده اند . ساختمان های آینده بی نیاز از انرژی ، ساختمان هایی خواهند بود که از شبکه های خارجی استفاده نمی کنند .
در بخش ساختمان ، فناوری نانو را می توان نوعی « فناوری توانا کننده » نامید که بشر را قادر می کند تا با بهره گیری از چنین فناوری جالبی ، عرصه های جدیدی از توسعه و پیشرفت را فراروی خود تصور کند .
در واقع نانو معماری ، تلفیق فناوری نانو با معماری است که با استفاده از محصولات نانو ، نانو مواد ، نانو ارتباطات و حتی اشکال و فرم های نانو میسر می شود . نانو معماری به معنای ایجاد تحول در معماری با توجه به انقلاب فناوری نانو در قرن بیست و یکم است .کاربرد فناوری نانو در معماری ، گستره وسیعی از مصالح و تجهیزات را در برمی گیرد که هدف از آن ، عینیت بخشیدن و عملی کردن نظریه هاست .
مسلما با قابلیت های فناوری نانو ، معماران دیگر محدود نخواهند بود و فکر اجرای طرح ، ایده آنها را محدود نخواهد کرد . رفتار سازه ها و ساختمانها کاملا عملکرد گرا و زمینه گرا می شوند ، آنها قادر خواهند بود که با انواع دماها ، جریان های هوا ، مصرف انرژی و دیگر شرایط اقلیمی ، زمین شناسی و….. هوشمندانه وفق داده شوند . تمام این شرایط نیز توسط برنامه ریزان طراحی به صورت داده های خام به ساختمان و سازه های آن داده می شود تا در صورت مواجهه با تغییر هر عامل مؤثر بر شرایط زندگی انسان ، در جهت رسیدن به محدوده آسایش او ،در محیط سازگار شوند .
یک ساختمان هوشمند ، ساختمانی است که خود فکر می کند و با سنجیدن نیاز های ساکنانش در جهت رفع آن گام بر می دارد . نانو ساختارها تلاش بی وقفه طراحان و معماران را برای رسیدن به فرم های جدید ، سازگار با محیط و عملکردگرا به نتیجه می رسانند .
1-3- ضرورت انجام تحقیق
فناوری نانو را باید با دید بلند مدت مورد بررسی قرار داد. زیرا ریشه بسیاری از تحولات فنی و فناورانه در قرن حاضر خواهد بود. تصمیم گیری برای حضور در فناوری های جدید از جمله نانو باید در زمان مناسب انجام شود. در غیر این صورت بعد از فعالیت وسیع کشورها و شکل گیری بازارهای آن، زیاد سودمند نخواهد بود. کشور ایران در زمینه فناوری نانو عقب نیست و متخصصان آماده کار در کشور وجود دارند و حتی در بعضی زمینه ها محصولاتی نیز در مقیاس آزمایشگاهی و یا حتی انبوه تولید شده است. برخی از دلایل اهمیت و اولویت توسعه این فناوری را می توان به شرح زیر بیان کرد:
– فناوری نانو، یک فناوری عام و فراگیر است که در بسیاری از فناوری های دیگر کاربرد داشته و در بعضی از آنها تحول ایجاد می کند؛
– تأثیر زیاد فناوری نانو بر رفاه و زندگی مردم؛
– تأثیر زیاد فناوری نانو بر امنیت و دفاع؛
– تأثیر زیاد فناوری نانو بر حفظ محیط زیست؛
– فناوری نانو تمام دستاوردهای گذشته بشر را که در ماده تحقق یافته است، متحول می سازد. در واقع تحول فناوری نانو ظرف چند دهه به اندازه تحولات چندین قرن خواهد بود.
– فناوری نانو باعث همگرایی رشته های علمی و تخصص های مختلف شده و شروع فعالیت در آن باعث جهش در چندین زمینه می شود.
– فناوری نانو رقیب سایر فناوری ها نیست، بلکه مکمل و پایه آنهاست.
– کاربردهای فناوری نانو همه جا همراه با هزینه کمتر، دوام و عمر بیشتر، مصرف انرژی پایین تر، هزینه نگهداری کمتر و خواص بهتر است.
1-4- اهداف پژوهش
 شناخت تکنولوژی های نوین و کاربرد آن در معماری .
 ترغيب ، تشويق و به كارگيري محققين نانو فناوري و نانو مواد در صنعت ساختمان .
 شناخت مصالح جدید و انتخاب مصالح بهینه و سازگاری آن با محیط .
 جمع آوري تنظيم و طبقه بندي اسناد٬ مقالات و مدارك مربوط به نانو فناوري و نانو مواد و انتشار آنها. . انجام پژوهشهاي بنیادی و كاربردي در راستاي جوابگويي به نيازهاي جامعه .
 همكاري علمي با مراكز تحقيقاتي و آموزشي ساير كشورها و سازمانهاي بين المللي .
1-5- پرسش اصلی تحقیق(مسأله تحقیق):
آیا می توان از طریق نانو تکنولوژی به معماری هوشمند که با توجه به نیاز خود در زمان های مختلف خصوصیات فضا را تغییر می دهد دست یافت ؟
1-6- فرضیه
– توسعه فناوری نانو باعث تولید ثروت و افزایش کیفیت زندگی مردم و تغییر در ساختار زندگی و فضاهای مرتبط با آنها است .
فصل دوم :
مفاهیم نانو فناوری

2-1- تعریف نانو
کلمه نانو در زبان یونانی به معنای کوتوله است و معنی آن حاصل تقسیم یک بر هزار میلیون است! واحد اندازه گیری در این مقیاس را نانومتر (nm) می گویند که برابر با یک میلیونیوم متر است. برای ملموس تر شدن مفهوم آن بد نیست یادآور شویم که ضخامت تار موی انسان تقریباً 75000 نانومتر است. نکته ظریف اینجا است که طول 10 اتم هیدروژن در کنار هم معادل یک نانومتر می شود.
2-2- مقیاس نانو
عبارت نانو از نانومتر مشتق شده است . مقیاس طولی به این کوچکی برای مواد و مصالح ، به دلایل گوناگون بسیار مهم است ، چرا که تاثیرات زیادی بر ویژگی ها و رفتار مکانیکی ، حرارتی ، الکتریکی ، مغاطیسی ، اپتیکی و زیبایی شناسی آنها دارد .
بدون شک اگر این پرسش را مطرح کنیم که « کوچکترین ذره ی ماده چیست ؟ » ، بیشتر مردم پاسخ خواهند داد : « اتم » اتم ها ، قطری ، در حدود یک دهم نانومتر دارند . خود اتم ها از ذرات ریزتری ساخته می شوند که با آنها آشناییم ، یعنی الکترونها ، پروتن ها و نوترون ها . این ذرات به مراتب کوچکترند ، یعنی دارای قطری حدود یک فمتومترهستند . اگر بخواهیم از این ریزتر شویم ، باید به ابعاد و اندازه ها ، از منظر مکانیک کوانتومی نگاه کرده و فازی شدن ابعاد و اندازه ها ، تعریف را سخت خواهد کرد . از این رو، باید کار شکستن ذرات را در همین جا متوقف کنیم .
2-3- تعریف فناوری نانو
تعریف فناوی نانو با توجه به ماهیت و زمینه های گسترده فعالیت آن ، در عین سادگی ، بسیار دشوار است . شاید بتوان گفت هنوز تعریف کاملی که تمام خصوصیات این پدیده را بیان کند ، وجود ندارد . با وجود این در اینجا به چند تعریف مفید و کاربردی اشاره می کنیم .
فناوری نانو یعنی بررسی مواد در ابعاد اتمی یا مولکولی و یا بررسی مواد در مقیاس یک میلیاردیوم آن . این ساده ترین و عامیانه ترین تعریفی است که می توان از فناوری نانو ارائه داد . می دانیم که یک نانومتر ده به توان منفی نه یا یک میلیاردیوم متر است . این عدد یک هشتاد هزارم قطر موی انسان و یا ده برابر قطر یک اتم هیدروزن است .
آلبرت فرانکس یکی از پیشگامان توسعه ی کاربردهای صنعتی فناوری نانو معتقد است : فناوری نانو بخشی از علم و فناوری است که از ابعاد کوچکترین ارقام با معنی در محدوده ی 0.1 تا 100 نانومتر در آن نقش اساسی ایفا می کنند .
با توجه به این تعریف فناوری نانو توصیف همه جانبه ی فعالیتها و تلاشهایی است که با دست بردن به اساسی ترین جزء ماده ( اتم ها ) ، باعث می شود تا به خواص خارق العاده ای از آن دست یابیم ؛ چرا که اگر مواد به کوچکترین ابعادشان ( اتم ها یا ملکول ها ) شکسته شوند ، می توانیم خصوصیات بنیادیشان را تغییر دهیم و آنها را به ماده ای تبدیل کنیم که در حالت عادی تهیه و تولید آنها به هیچ عنوان امکان پذیر نیست .
حال با این توضیح ، مفهوم تعریف اول نیز مشخص تر می شود ؛ به این معنی که هر فعالیتی در مقیاس نانو را نمی توان نان فناوری نامید ؛ بلکه فناوری نانو به آن دسته از فعالیتهایی اطلاق می شود که با دست بردن در نحوه چینش اتم های مقیاس نانو مرتبط هستند .
با این توضیحات فناوری نانو دانشی است که به دنبال دست یابی به روشها ، فنون ، مواد و ابزارهای مورد نیازی است تا بتواند چنین تحولاتی را در موارد مختلف ایجاد کند ، به عبارت بهتر فناوری نانو نگرش جدید به انواع رشته های علمی است و تمام عرصه های مختلف علم و فناوری را دربر می گیرد .
2-4- چرا نانو فناوری ؟
تصور کنید که اعضای بدن انسان را به اجزای بنیادین آن تفکیک کنیم ، پس از آن قادر خ.اهیم بود که مقادیر قابل توجهی از گازها ، یعنی هیدروژن ، اکسیژن و نیتروژن ، حجم قابل توجهی از کربن و کلسیم ، ذرات ریزی از فلزات مانند آهن ، منیزیم و روی و میزان اندکی از دیگر عناصر شیمیایی را گرد آوریم . مجموع بهای این مواد و ذرات به دست آمده ، از قیمت یک جفت کفش مرغوب ، کمتر است . اما آیا ارزش انسان این قدر کم است ؟ به طور قطع ، پاسخ منفی است . آرایش این اجزا و عناصر و چیدمان و روش تلفیق شدن آن ها با یکدیگر ، به قسمی است که با انسان موجودیت بخشیده و او را قادر می کند تا بتواند صحبت کند ، فکر کند ، بخورد و بیاشامد و تولید مثل کند . با توجه به مثال یاد شده این پرسش اساسی مطرح می شود : چه می شود اگر ما مسیر طبیعت را دنبال کرده و هر چه را می خواهیم ، اتم به اتم و مولکول به مولکول بسازیم ؟
رویکرد کلی در دنیای مواد و مصالح ، به ویژه سرامیک ها ، بر این استوار است که بتوان پودرهای ریزتری تولید کرد که در فراروی نهایی و هم جوشی با فناوری نانو ، راه هایی را بر متخصصان عرضه کرده که بتوانند ابزارها را کوچک تر ، ارزان تر ، سبک تر و سریع تر بسازند و کارها را هوشمندانه تر انجام دهند . فناوری نانو کمک می کند تا این ابزارها و مواد جدید ، هم مواد اولیه ی کمتری مصرف کنند و هم انرژی کمتر . نانو فناوری ، دانشمندان عرصه های مختلف را واداشته تا از محصولات ساده ، به سمت محصولات پیچیده حرکت کنند که نمونه ی بارز آن را می توان در پیشرفت های صنعت ساخت تلفن های همراه مشاهده کرد که در چندسال اخیر ، به طرز شگفت آوری پیش رفته است . این تلفن های کوچک و کوچکتر شده و در عین حال هوشمندتر ، سریع تر و ارزان تر می شوند .
پیرامون فناوری نانو و حوزه ی عملکرد آن ، از منظر دانش های مختلف ، تفسیرهای متفاوتی ارائه شده است ، اما در این کتاب که صنعت ساختمان را مطمح نظر دارد ، کانون توجه بر مهندسی مواد ، خلق هدفمند مواد جدید ، اصلاح و بهبود ویژگی های برخی مواد و مصالح موجود و ساخت و اصلاح ماشینی و مکانیکی مواد مهندسی در مقیاس نانو متمرکز شده است.
2-5- تاریخچه فناوری نانو
فیزیکدان پرآوازه ی انگلیسی ، لرد مایکل فارادی ( که در علم شیمی هم صاحب نظر بود ) ، اولین پژوهش ها را درباره ی آثار رنگی طلا در ابتدای سده ی نوزدهم انجام داد. در سال 1926 ، شیمیدان اتریشی ، ریچارد زیگموند ، جایزه ی نوبل را در شیمی برای مطالعات در این زمینه ، از آن خود کرد . در ابتدای قرن بیستم ، وی شیشه ی لعل طلایی را آزمایش کرد و در سال 1913 به اختراع میکروسکپی دست یافت که به وسیله ی آن می شد ذرات ریز تا مقیاس نانو را مشاهده کرد .
اما ماجرا به همین جا ختم نشد و فناوری نانو ، پیشرفت افسانه گونه خود را در کریسمس سال 1959 آغاز کرد . در 29 دسامبر ، اعضای انجمن فیزیک آمریکا برای برگزاری نشست سالیانه ی خود ، در پاسادینای کالیفرنیا گرد هم آمدند . در این نشست که در یکی از دانشگاههای خصوصی ممتاز آمریکا ، یعنی انستیتوی تکنولوژی کالیفرنیا ( کلتک ) برگزار شده بود ، ریچارد فاین من که بعدها برنده ی جایزه نوبل فیزیک شد ، سخنرانی معروف خود با عنوان « فضای بسیار زیادی در مقایسه خُرد وجود دارد » را ارائه داد . او در این سخنرانی ، نوعی پیشگـویی عجیب و خیـره کننده را بخ معرض نمایش گذاشت ، با بیـان این جمـلات : « دنیای حیرت آور کوچکی وجد دارد که ما از آن نا آگاهیم . در سال 2000 ، هنگامی که آدمیان به عقب برگشته و به زمان ما نگاه کنند ، با تعجب از خود خواهند پرسید ، چرا تا سال 1960 هیچ کس کار جدی در این زمینه انجام نداده است ؟» سخنان او مملو از ایده های پیشگامانه مبتنی بر دستکاری مستقیم در ساختار اتم ها و کنترل آنها بود . از آن پس ، اظهارات عجیب فاین من که دیگر برای دانشمندان باور کردنی شده بود ، به مجموعه اطلاعات دایره المعارف بریتانیکا اضافه شد . در آن زمان ، تعریف فناوری نانو ، عبارت از انجام کارهای تحقیقاتی در فضایی به اندازه ی سر سوزن بود . دانشمندان این حوزه ، پا را فراتر گذاشته و ابعاد و اندازه ها را بیش از پیش کوچک کردند و به این ترتیب ، تغییرات بنیادی در قوانین علوم مورد استفاده ی بشر پدید آوردند . قصد فاین من از انتخاب این عنوان برای فناوری جدید نه تنها تاکید بر وجود فضایی در مقیاس بسیار خرد در زیر دستان انسان بود ، بلکه منظور وی بیان گستردگی این عرصه نیز بوده است . وی بدون اینکه وارد جزئیات شود ، آنچه را که به نظرش ممکن بود ایناینگونه توصیف کرد : « بحث من این نیست که چگونه باید به این سو حرکت کنیم ، بلکه تنها می خواهم به شما بگویم که به طور کلی ، چه امکان گسترده ای فراروی ماست . به عبارت دیگر ، باید به دنبال آنچه باشیم که بنا بر قواعد و قوانین فیزیک میسر است». سخنرانی او برای اولین بار در فوریه ی سال 1960 ، در مجله ی مهندسی و دانش که به وسیله کلتک منتشر می شد چاپ شد . به حق ، می توان فاین من را پدر نانو فناوری نامید . با توجه به توسعه و امکان تولید مصالح جدید ( عرصه ای که از منظر صنعت ساخت و ساز و معماری نیز مورد توجه ویژه است ) ، او پرسشی اساسی را درباره کیفیت مصالح که محصول دستکاری آگاهانه و کنترل شده در ساختار اتم هاست ، مطرح نمود . درواقع ، ژرف اندیشی فاین من ، آغازی بود برنوآوری های جدید در کستره ی اتم ها و مولکول ها و متعاقب آن ، چشم اندازی پهناور از امکانات طراحی ، پیش روی طراحان گشوده شد. در عصر ما « جایزه ی فاین من در نانو فناوری » که به پیشگامان این حوزه تقدیم می شود ، از دیگر آثار به جامانده از اوست . این فیزیکدان برجسته با تعیین جایزه در راستای انجام دو ماموریت ، اساس اهدای این جایزه را مبنا نهاد ؛ ماموریت نخست ، نگارش متن یک صحفه از کتاب در مقیاس 1:25،000 بود که تنها به وسیله ی میکروسکوپ الکترونی قابل خواندن باشد و دوم ، گسترش و بسط موتورهای الکتریکی در ابعادی حدود 64/1 اینچ . نیومن در اوایل سال 1960 موفق به انجام ماموریت اول شد . اما ماموریت دوم ، تا 26 سال بعد ناتمام ماند ، تا اینکه در سال 1985 ، مک للن آن را به اتمام رساند .
فاین من بار دیگر سخنرانی خود را ارائه داد . این بار در سال 1983 و در مرکز مطالعات و تحقیقات ناسا . او نام سخنرانی خود را « ماشین های بی نهایت کوچک » نامید و درباره ی ریز پردازنده های رایانه ای صحبت کرد .
اصطلاح « فناوری نانو » ، در سال 1974 توسط نوریو تانیگوچی در دانشگاه توکیو در ژاپن وضع شد . او این عبارت را برای توصیف روشهای تولید صنعتی بل رواداری کمتر از میکرومتر (یک هزارم میلی متر ) به کار برد ، که البته در مقایسه با فناوری امروزین ، مقیاس کوچکی به نظر نمی رسد . این اصطلاح حدود 20 سال بعد توسط کی . اریک درکلسر در پرفروش ترین کتاب علمی – تخیلی اش که در سال 1986 با نام « موتورهای خلقت » چاپ شد مورد استفاده قرار گرفت . در این کتاب وی به خیال پردازی درباره ی نانوربوت هایی پرداخته که خودشان ، خودشان را تولید می کنند و سرتاسر جهان را اشغال خواهند کرد . در این باب ، بیل جوی ، از موسسان و دانشمندان قدیمی در زمینه ی میکروسیستم های خورشیدی ، در سال 2000 مقاله ای در مجله ی IT با عنوان « چرا آینده به ما نیاز ندارد ؟ » منتشر کرد . در این مقاله ، جوی درخواست متوقف کردن زمینه های تحقیقاتی خاصی را مطرح کرد . دلیلی که وی برای خواسته ی خود ارائه کرد ، حاکی از این بود که : « تنها گزینه ی منطقی که من می بینم ، انصراف از پرداختن بیشتر به این زمینه هاست . یعنی محدود کردن رشد فناوری هایی که برای بشر خطرناک است … » این مقاله ، سرآغازی بود برای بحث و جدل هایی بین دانشمندان که تا به امروز هم ادامه دارد .
فراخوان فاین من که در سخنرانی مشهور سال 1959 وی مطرح شد ، سرانجام در سال 1981 ، رنگ واقعیت به خود گرفت . میکروسکوپ های الکترونیکی ، به عنوان ابزاری توانمند برای تحقق رویا پردازی های وی به دنیا معرفی شد و در واقع جاده ی پیشرفتهای آتی به سوی نانو فناوری را همراه کرد . دو محقق سوییسی با نام های گرد بینیگ و هاینریش رورر میکروسکوپ اسکن تونلی (STM) را اختراع و به همین دلیل ، جایزه ی نوبل را در سال 1986 به خود اختصاص دادند . این میکروسکوپ که این قابلیت را داشت تا هر اتم ماده را به صورت مجرد و جدای از دیگر اتم ها ، مورد بررسی قرار دهد ، نه تنها انسان را قادر ساخت که بتواند اتم و مولکول را مشاهده کند ، بلکه این توانایی را برای دانشمندان پدید آورد که بتواند فضای پیرامونی یک اتم از ماده را واکاوی کند . سپس ، در دهه ی 1980 میلادی ، میکروسکوپ AFM هم اختراع شد و بشر را یک گام دیگر به نانو فناوری نزدیک تر کرد . در سال 1989 فیزیکدان آمریکایی ، دان آیگلر ، در آزمایشگاه IBM در سن خوزه ی آمریکا ، با استفاده از آرایش 35 اتم ، عبارت « IBM » را نوشت و این موضوع با تیتر اول اخبار دنیا مبدل شد .
در سال 1985 ، طلیعه ی ظهور فناوری نانو در معماری بود ؛ هنگامی که معمار بزرگ و چیره دست ، ریچاردباک مینسترفولر ، به کمک سه دانشمند دیگر ، اتم های کروی کربن در ابعاد یک نانومتر ( یک میلیونم نانومتر ) را به دنیا معرفی کرد . از آن به بعد ، این اتم ها را به افتخار باک مینستر فولر ، « باکی بال » نامیدند . باکی بال را می توان شبیه به توپ های فوتبال سیاه و سفید قدیمی تصور کرد .
در سال 1990 دانلد هاف من ( دانشگاه آریزونا ، تیوسان ، آمریکا ) و ولفگانگ کراشمر ( انستیتو فیزیک هسته ای ماکس پلانک ، هایدلبرگ ، آلمان ) موفق شدند چند گرم از این مولکولها را بسازند ، یعنی ذراتی که با چشم غیر مسلح قابل مشاهده باشند . دیری نگذشت که یک سال بعد ، نخستین فعالیتها در زمینه ی ساخت باکی بال ها در مقیاس بزرگ آغاز شد . این گونه ی مولکولی ، توسط مجله ی علوم ، به نام « مولکول سال » نامگذاری شد که تا به امروز محبوبیت روزافزونی نزد دانشمندان داشته است .
2-6- تقویم توسعه فناوری نانو
1911 پدیده ابررسانایی به وسیله ی Onnes کشف شد .
1925 اساس ترانزیستورهای اثر میدان برای اولین بار پیشنهاد شد .
1928 اساس میکروسکوپ نوری رویشی میدان نزدیک برای اولین بار پیشنهاد شد .
1932 میکروسکوپ الکترونی اختراع شد .
1935 فیلم لانگمیر – بلاجت (LB) کشف شد .
1936 الکترولومینسانس معدنی کشف شد .
1948 ترانزیستور دو قطبی اختراع شد .
1949 تحقیقاتی بر روی نانو ذرات روی به وسیله ی روش تفرق اشعه کاندی انجام شد .
1950 نیمه هادی های آلی کشف شد .
1953 ساختار DAN کشف شد .
1954 باتری های خورشیدی اختراع شد .
1954 مفهوم میزر ( تقویت امواج میکروویو ) کشف شد .
1957 تئوری BCS معرفی شد .
1959 IC ( مدارهای مجتمع ) اختراع شد .
1959 الیاف کربنی پلی اکریلونیتریل اختراع شد .
1959 سخنرانی فاینمن : فضای بسیاری در آن پایین وجود دارد .
1960 سیستم های میکروالکترومکانیکی (MEMS) در کاربردهای واقعی مانند سنسورهای فشاری و تشدید کننده ها ، به کار گرفته شد .
1960 ترانزیستور نیمه هادی اکسید فلزی (MOS) ساخته شد .
1960 نوسانات لیزری به طور مولفقیت آمیز به انجام رسید .
1960 غشای استات سلولز نامتقارن برای کاربردهای اسمز معکوس اختراع شد .
1962 مدارهای مجتمع به کار گرفته شده از Cdstft ساخته شد .
1962 پدیده kubo پیشنهاد شد .
1962 پروتئین فلئور سانس سیز (GFP) کشف شد .
1962 دیود نشرنوری اختراع شد .
1963 آستانه ی پایین لیزر با بکارگیری اتصال ناهمگون نیمه هادی پیشنهاد شد .
1964 پدیده Rondo پیشنهاد شد .
1965 قانون مور ( Moore) معرفی شد .
1967 حافظه ی دستیابی مستقیم پویا (DRAM ) اختراع شد .
1967 اترهای تاجی شکل اختراع شد .
1968 پدیده ی سوئیچ گالکوژنید الکتریکی و پدیده ی حافظه کشف شد .
1969 کاتالیزور نوری کشف شد .
1970 مفهوم ایرشبکه های نیمه هادی پیشنهاد شد .
1970 تجهیزات با کوپل بار الکتریکی (CCD) اختراع شد .
1970 لیزر نیمه هادی پیوسته ، با موفقیت در دمای اتاق به کار گرفته شد .
1970 ساختار مولکول فولرین پیش بینی شد .
1971 حافظه تغییر فاز اختراع شد .
1971 واحد پردازش میکرو (MPU) اختراع شد .
1972 دیود نوری آمورف با ساختار ناهمگون از طریق فرایند از بالا به پایین ساخته شد .
1972 لیزرهای DFB پیشنهاد شد .
1974 لیزر با مد تثبیت شده توسعه داده شد .
1974 مفهوم فناوری نانو یشنهاد شد .
1974 حالت کوانتومی گاز الکترونی دوبعدی آنالیز شد .
1974 تئوری مقیاس بندی ( اشل ) دنارد (Denard) پیشنهاد شد .
1975 اتصال p-n سیلیکونی امورف ساخته شد .
1976 تشکیل نانو الیاف کربنی مشاهده شد .
1976 ثبت مغناطیسی عمومی ( PMR) پیشنهاد شد .
1976 سلول های خورشیدی سیلیکونی آمورف پیشنهاد شد .
1977 لیپیدهای دولایه ی مصنوعی ساخته شد .
1977 پلیمرهای رسانای ذاتی کشف شد .
1979 ترانزیستورهای لایه نازک سیلیکونی امورف (TFT) پیشنهاد شد .
1979 ترانزیستورهای لایه نازک پلی سیلیکونی دما پایین اختراع شد .
1979 ماشین های مولکولی مصنوعی ساخته شد .
1979 لیزر نشر سطحی اختراع شد .
1979 میکرو (µTAS) TAS اختراع شد .
1980 پروژه باتری های خورشیدی فیلم نازک آمورف شروع شد .
1980 ترانزیستورهای با تحرک الکترونی بالا (HEMT) اختراع شد .
1980 فیلم های نازک مورد استفاده برای ساخت الکترولومینسانس آلی پیشنهاد شد .
1980 پدیده هال (hall) کوانتومی پیشنهاد شد .
1981 پروژه ی ذرات بسیار ریز هایاشی (1986-1981) (Hayashi) شروع شد .
1981 زیست مولکول منفرد اندازه گیری شد .
1982 میکروسکوپ تونلی رویشی ( STM ) اختراع شد .
1982 مغناطیس نئودیمیم (Nd) اختراع شد .
1982 دندریمر اختراع شد .
1983 تک لایه های خودمونتاژی تیو آلکان تهیه شدند .
1983 توالی سنج اتوماتیک DAN پیشنهاد شد .
1984 میکروسکوپ نوری رویشی میدان نزدیک با دیافراگم میکرویی در محدوده نوری مرئی توسعه داده شد .
1984 آزمایشات الکترومغناطیسی بر روی کلاسترهای فلزی در باریکه ها انجام شد .
1984 حافظه فلش اختراع شد .
1984 فوتولومینسانس مرئی کشف شده در سیلیکون متخلخل کشف شد .
1985 فولرین کشف شد .
1986 پدیده آهارانوف – بوهم (Ahronov-Bohm) اثبات شد .
1986 میکروسکوپ نیروی اتمی (AFM) اختراع شد .
1986 ابر رساناهای دمای بالا کشف شد .
1986 دستکاری اتم ها در فضای سه بعدی نشان داده شد .
1986 ترانزیستورهای لایه نازک آلی پیشنهاد شد .
1986 پدیده فزایش نفوذپذیری و بازداری کشف شد .
1986 موتور در کسلر (Drexler) معرفی شد .
1987 عملکرد کاتالیزوری جدید ناتوذرات طلا کشف شد .
1987 سوپر رساناهای دما بالا نوع Y کشف شد .
1987 انتقال ژن های حاوی لیپوزوم های کاتیونی گزارش شد .
1988 ابر رساناهای از نوع بیسموت کشف شد .
1988 پدیده مقاومت مغناطیسی قوی کشف شد .
1989 پروژه Aono Atomeraft شروع شد .
1990 تصحیح انحراف میکروسکوپ الکترونی انجام شد .
1990 درمان هدف سرطانی با بکار گیری داروهای پلیمری میسلی ضد سرطان توسعه داده شد .
1990 کنترل اتمی با به کارگیری میکروسکوپ تونلی رویشی انجام شد .
1990 پنهان کردن لیپورژوم های ایزوله شده انجام شد .
1991 فیلم های چند لایه از طریق فرایند خود مونتاژی تشکیل شد .
1991 توالی سنج DNA با سرعت بالا توسعه داده شد .
1991 سلول ای خورشیدی حساس شده با رنگدانه پیشنهاد شد .
1991 نانولوله های کربنی کشف شد .
1992 کلاستر جدید فلز – کربن از نوع Ti8C12 کشف شد .
1992 تجهیزات نانویی جهت آنالیز DNA توسعه داده شد .
1992 میکروسکوپ نوری رویشی میدان نزدیک بدون دیافراگم اختراع شد .
1994 مقاومت مغناطیسی بسیار بزرگ کشف شد .
1995 پدیده ی مقاوت مغناطیسی تونلی معرفی شد .
1995 نقش پذیری در مقیاس نانو برای اولین بار پیشنهاد شد .
1996 نانو صفحه سنتز شد .
1996 توالی سنجی DNA با روش حفره های نانویی به انجام رسید .
2001 ابر رساناهای از نوع منیزم دی بوراید MgB1 کشف شد .
2001 فناوری تولید پلیمر نانو آلیاژ اختراع شد .
2004 گرافن به طور موفقیت آمیز ، ایزوله شد .
2008 ابر رساناهای لایه ای بر پایه ی آهن کشف شد .
2-7- وضعیت جهانی نانو تکنولوژی
نانو تکنولوژی و درک قابلیت های عظیم این فناوری متحول کننده ، موجب سازماندهی و تدوین برنامه های ملی فراوانی در بسیاری از کشورهای جهان شده است . تدوین این برنامهها عمدتاً به منظور بهره گیری هر چه بیشتر قابلیت های نانو تکنولوژی و عقب ماندن کشورها از مسیر تحولات سریع و دستاوردهای رو به رشد این فناوری صورت پذیرفته است .
میزان توجه کشورها به نانو تکنولوژی به حد بالا بوده است که رقم سرمایه گذاری جهانی در این عرصه از 800 میلیون دلار در سال 2000 به بیش از سه میلیارد دلار 2003 رسیده است .میزان سرمایه گذاری مستقیم دولت ها در زمینه نانو تکنولوژی نشان از اهمیت بالای این فناوری دارد : در سال 1997 ، سرمایه گذاری دولتها در این زمینه 430 میلیون دلار بوده و در سال 2002 این رقم به 2 میلیارد و 200 میلیون دلار افزایش یافته است و از این عدد کشور آمریکا 604 میلیون دلار را به خود اختصاص داده است و 450 میلیون دلار به کل اروپا و 650 میلیون دلار به ژاپن و مبلغ باقیمانده به مجموعه کشورهای دیگر اختصاص دارد .
در سال 2003 ، چهار میلیارد دلار سرمایه گذاری در زمینه ی نانو تکنولوژی انجام شده است که سه میلیارد آن را بخش دولتی و یک میلیارد را بخش خصوصی تامین کرده است .
از سال 1990 به یعد نظریه های نانو تکنولوژی مطرح شدند و روند رو به رشد ملایمی داشته اند و از سال 1994 نانو تکنولوژی بیشتر در بعد تولید دانش فعال شد و در سالهای اخیر بحث محصولات به شکل جدی مطرح شده است .
در سال 2002 در آمریکا برنامه ی پیشگامی نانو تکنولوژی تدوین شد و ساماندهی برنامه تحقیقاتی ، تخصیص تمرکز اعتبارات برای فعالیتهای نانو تکنولوژی و راه اندازی چندین آزمایشگاه ملی در این زمینه صورت گرفته است .
در ایران نیز رویکرد تازه ای در ارتباط با نانو تکنولوژی مطرح شده است . اما با توجه به محدودیتهای موجود ( دلایلی نظیر رکود اقتصادی و عدم تطبیق ما با استانداردهای جهانی ) این روند به کندی طی می شود . تشکیل کمیته های راهبردی نانو در وزارتخانه های مختلف ، تشکیل نهادهای خودجوش دانشجویی ، تدوین برنامه های اموزشی در زمینه ی نانو و اطلاع رسانی عمومی و فراگیر در این رابطه از جمله اقداماتی است که تاکنون در زمینه ی نانو تکنولوژی در کشور انجام شده است . همچنین اختصاص بودجه ویژه جهت نانو تکنولوژی و راه اندازی آزمایشگاههای ملی درز دستور کار قرار دارد .
از فناوری نانو به عنوان ” رنسانس فناوری ” و ” روان کننده جریان سرمایه گذاری ” یاد می شود . 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 بروز جابجائی های بزرگ اقتصادی خواهد شد . هم اکنون بخش های دولتی و خصوصی کشورهی 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 30 کشور دنیا در زمینه فناوری نانو دارای ” برنامه ملی ” یا در حال تدوین آن هستند ، و طی پنج سال گذشته بودجه تحقیق و توسعه در امر فناوری نانو را به 5/3 برابر افزایش داده اند . کشورهای ژاپن و آمریکا نیز فناوری نانو را اولین اولویت کشور خود در زمینه فناوری اعلام کرده اند .
2-8- ماهیت و ساختار فناوری نانو
ساختار علمی فناوری نانواز دستکاری اتم ها یا مولکول های مواد شکل گرفته است . از طرفی ، تولید محصولات نیز به اتم ها وابسته است و خصوصیات آنها به چگونگی نظم بین اتم هایشـان بستگی دارد . مثلاً اگر بتـوان اتم های درون یک معدن زغال سنگ را بازآرایی کرد ، می توان الماس به دست آورد ؛ اگر می شد اتم های موجود در شن را بازآرایی کنیم ( و به آن عناصر را اضافه کنیم ) تراشه های کامپیوتری تولید می شوند و اگر امکان پذیر بود اتم های موجود در گرد و غبار و آب و هوا را بازارایی کرد ، می توانستیم سیب زمینی داشته باشیم !
نوع دیگر رویکردهای فناوری نانو کشف ساختارهای اسپین مولکول است که به فهم و درک قابل توجهی از نقل و انتقالات قابل کنترل در ترازهای مولکولی مواد مختلف منجر می شود . هر یک از دو رویکرد فوق ( اتمی و مولکولی ) کاربردهای وسیعی در قلمرو پزشکی ، شیمی ، فیزیک ، الکترونیک و فناوری اطلاعات بر عهده دارند .
در توصیف فعالیت های نانو دو دیدگاه عمده وجود دارد :
پایین به بالا bottom-up
بالا به پایین top-down
در روش اول ، ساختن محصول به صورتی است که چینش اتم ها را از مقیاس پایین و ابتدایی شروع کرده و در نهایت ، به محصول مورد نظر می رسیم . مثالی برای این روش اهرم مصر است . که باید دید کلی ، از پایین چینش خشت ها آغاز شده و در نهایت شکل کلی به دست می آورید .
اما روش دوم شبیه به فرآیند کنده کاری است ؛ به گونه ای که با کاستن اضافات یک جسم ، به محصول مورد نظر می رسیم . مثال این روش می تواند ساختن یک سیب از یک جسم مکعبی باشد ، به این صورت که با برداشتن قسمت های بالای جسم ، آنقدر پیش می رویم تا شکل سیب به دست آید .
از دو دیدگاه فوق ، روش پایین به بالا ، امکان عملی بیشتری دارد ؛ در نتیجه پیشرفت بیشتری نسبت به روش دیگر پیدا کرده است ؛ چرا که برای کار کردن در مقیاس اتمی و مولکولی باید از وسایل به خصوصی استفاده کرد و چینش اتم ها و مولکول ها از ابتدا ، با توجه به وسایلی که در اختیار داریم ، ساده تر است . این امر شبیه به کاری است که در بدن نیز رخ می دهد . در سلولهای ما ریبوزومها ،DNA (deoxyribo nucleic acid) را در RNA (ribo nucleic acid) کپی می کنند و آنگاه اسیدهای آمینه ی صحیح را جمع آوری می کنند تا پروتئین هایی که طبیعت فیزیک ما را می سازد ، خلق کنند .
2-9- اهمیت و ضرورت فناوری نانو
امروزه علم و فناوری در بسیاری از زمینه ها تقریباً به مرز نهایی خود نزدیک شده و یا در حال نزدیک شدن است و شاید دیگر جوابگوی توقعات روز افزون بشر نباشد .
در الکترونیک ، اندازه ی ترانزیستورها آنقدر کوچک شده که به زودی عامل محدود کننده آنها اندازه ی ذرات سیلسیم خواهد بود و یا رایانه های امروزی به سرعت های بحرانی پردازش داده نزدیک می شوند و سرعت رشد آنها با میزان افزایش نیاز بشر همخوانی ندارد .
در پزشکی ، داروهای فعلی با توجه به میزان مصرف ، با وجود عوارض جانبی شدید که گاهی باعث کنار رفتن دارو از مصارف درمانی می شود ، اثرات دارویی در بافت مریض ایجاد نمی کنند و بهبود لازم حاصل نمی شود و یا بسیاری از داروها به دلیل کم محلول یا نامحلول بدون در خون از چرخه ی مصرف کنار می روند ؛ در حالیکه



قیمت: 11200 تومان

متن کامل پایان نامه ها در 40y.ir

دیدگاهتان را بنویسید

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