فناوری نانو؛ چالشی برای انقلاب آینده علم

مهر: فناوریهای نانو امروزه یکی از مباحث چالش برانگیز علم است که توانسته با ورود به حوزه های مختلف دانش از مهندسی تا پزشکی، رهیافتهای مهمی را در توسعه و پیشبرد اهداف آینده این علوم ارائه کند.

مکانیک کوانتوم بخشی از فیزیک است که به شرح رفتار ماده در مقیاس میکروسکوپی می پردازد و در خصوص تمام پدیده هایی که فیزیک کلاسیک قادر به بررسی آنها نیست توضیح می دهد.

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

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

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

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

از دیگر کاربردهای فناوریهای نانو، استفاده از آن در الکترونیک، تحقیق درباره نانولوله ها و نانوالیاف است که نتایج بسیار مهمی در ساخت حافظه ها و ریزپردازشگرهای فوق سریع دارند.
نانولوله ها و نانوالیاف
 
در حال حاضر، نانوساختارهای که به خصوص در عرصه الکترونیک و اطلاعات با بیشترین میزان توجه مواجهند، نانولوله ها و نانو الیاف کربنی هستند. به ویژه نانو الیافی که در ساخت رساناهای با قطر کمتر از یک نانومتر به کار می روند از اقبال بالایی برخوردارند. این رساناها برای تولید ترانزیستورها و در نتیجه ساخت دستگاههای الکترونیکی بسیار سریع و با ابعاد کوچک کاربرد دارند.
 
نانولوله ها از یک ساختار منظم به شکل کره های اتمهای کربن ساخته شده اند که روی یکدیگر چیده شده و یک ساختار استوانه ای را می سازند.
 
نانولوله ها کاربردهای مختلفی دارند و برای مثال می توانند درهای جدیدی را برای ایجاد ماشینهای سبکتر، ایمن تر و اقتصادی تر حتی از دیدگاه مصرف سوخت باز کنند.
 
از کاربردهای دیگر این مواد نانویی می توان به استفاده از آن در صنایع نساجی و ترکیب الیاف و نانولوله ها برای تولید پوشاکی که قادر به انتقال و حفظ اطلاعات هستند اشاره کرد.
 
محصولات ساخته شده
 
در بخش نساجی، تاکنون لباسهایی تولید شده اند که با یک لایه نازک از نانوذرات اکسید روی پوشیده شده اند. این لباسها بیشترین حفاظت را درمقابل پرتوهای ماوراء بنفش را از خود نشان می دهند.
 
همچنین لباسهایی با ویژگیهای ضد آب وجود دارند که با وارد کردن لایه هایی از نانوذرات در ردیفهای تار پارچه ایجاد شده اند.

تکنیکی که برای حفاظت در مقابل پرتوهای "ماوراء بنفش" استفاده شده نتایج خوبی نیز در تولید نوع ویژه ای از شیشه با خاصیت فتوشیمیایی و هیدروفیل نشان داده است.
 
مقاومت زیاد برخی از مواد ترکیبات ساخته شده در سطح میکروسکوپی منجر به ایجاد شیشه های سخت تر و قویتری شده که به سختی خش بر می دارند و می شکنند.
 
همچنین دانشمندان علوم فناوریهای نانو موفق شده اند با استفاده از نانولوله های گرافیت دمیده شده، چوب بیسبالی بسازند که بسیار سبک بوده اما همزمان نسبت به چوبهای فعلی از مقاومت بالاتری برخوردار است.
 
همچنین محصولاتی نیز با مصرف روزانه وجود دارند که به برکت تحقیقات انجام شده در عرصه فناوری نانو تولید شده اند که از آن جمله می توان به مانیتورهای LCD، خازنهای مینیاتوری شده، نانوباتریها و میکروپردازشگرهای حاضر در داخل رایانه های مدرن تنها به عنوان بخشی از دستاوردهای فناوریهای نانو اشاره کرد.
 
خطرات و مشکلات ممکن
 
توسعه فناوریهای نانو تنها منجر به بهبود کاربردهای مختلف در عرصه های مهندسی، پزشکی و حفظ محیط زیست در تلاش برای حل مشکلات فعلی آلودگی نیست بلکه به دنبال محصولاتی می گردد که می توانند موتور جدید نوآوری اقتصادی برای بسیاری از کشورهای دنیا را به حرکت در آورند.
 
باوجود این نباید از خاطر برد که حتی اگر منافع این حوزه علم بسیار متعدد باشد، بسیاری از دانشمندان به شدت نگران اثرات مخربی هستند که دستگاههای برپایه فناوریهای نانو  می توانند داشته باشند.
 
این نگرانی به خصوص از این مسئله ناشی می شود که در سطح نانومتری، عناصر به روشی متفاوت از سطح ماکروسکوپی رفتار می کنند و هنوز اثرات برخورد این رفتار متفاوت با انسان کاملا مشخص نشده است.
 
از دیدگاه فیزیک و بیولوژی، پزشکان معتقدند که نانوذرات می توانند از لایه "هماتوآنسوفالیک" مغز عبور کنند. این لایه از بافت مغز در مقابل عناصر شیمیایی سمی حاضر در خون محافظت می کند.
 
در آزمایشی که "اوا اوبردورستر" سم شناس زیست محیطی انجام داد، مشخص شد که تغییر شکل کربن می تواند در ماهیها در سطح مغزی آسیبهایی ایجاد کند و پس از 48 ساعت پس از تماس با این نانوذرات در این جانوران سبب بروز جهشهای ژنتیکی شود.
 
در آزمایش دیگری، آسیبهای ممکن به جنین در دوره بارداری در اثر تماس با نانوذرات مورد ارزیابی قرار گرفت. برخی از دانشمندان معتقدند که جفت مانعی طبیعی می سازد که می تواند نانوذرات را فیلتر کند در حالی که برخی دیگر از پزشکان در این خصوص دچار تردیدها و نگرانیهایی هستند.
 
نگاه به آینده
 
کشفیات مداوم و تکامل سریع ابزارهای نانوذرات می توانند نشان دهند که در سالهای آینده نوآوریهای بزرگی در عرصه های مختلف علم ایجاد شود.
 
دانشمندان خوش بین تر امیدوارند که در آینده می توان نانوماشینهایی ساخت که قادرند بر روی تک اتمها کار کرده و براساس یک الگوی از پیش تعیین شده محصول مورد نظر را ایجاد کنند. این ماشینها دستگاههایی هستند که می توانند با دقت اتمی، واکنشهای شیمیایی را برای رسیدن به یک محصول نهایی هدایت و ساماندهی کنند.
 
در حال حاضر به نظر می رسد که این تکنیک کاملا آرمانگرایانه باشد اما بی شک در آینده تحقق یافتنی است.
 
نانوماشینها در بخش پاکسازی محیط زیست نیز می توانند مفید باشند و به روشی سریع آثار مواد خطرناک و آلاینده را پاک کنند و از لایه نازک ازون استراتوسفر محافظت کنند.
 
همچنین فناوری نانو ساخت منابع روشنایی بهتر را با حداقل مصرف انرژی و بهره وری بیشتر امکانپذیر می کند.
 
مینیاتوری سازی مداوم ترانزیستورها به دانشمندان اجازه داده است که ادغام دستگاههای نانوالکترونیک را در داخل سلولهای زنده امتحان کنند و عملکرد این دستگاهها را به عنوان حسگرهای بین سلولی مورد ارزیابی قرار دهند.
 
توسعه دستگاههای کوچکتر در عرصه سلولی به طور حتم می تواند منجر به درک بهتر تمام فرایندهای مکانیکی، بیوشیمیایی و گرمایی شود.