چرا این مقیاس طول اینقدر مهم است؟
خواص موجی شكل (مكانیك كوآنتمی) الكترونهای داخل ماده و اثر متقابل اتمها با یكدیگر از جابجایی مواد در مقیاس نانومتر اثر میپذیرند. با تولید ساختارهایی در مقیاس نانومتر، امكان كنترل خواص ذاتی مواد ازجمله دمای ذوب، خواص مغناطیسی، ظرفیت بار و حتی رنگ مواد بدون تغییر در تركیب شیمیایی بوجود می آید. استفاده از این پتانسیل به محصولات و تكنولوژیهای جدیدی با كارایی بالا منتهی می شود كه پیش از این میسر نبود. نظام سیستماتیك ماده در مقیاس نانومتری، كلیدی برای سیستمهای بیولوژیكی است. نانوتكنولوژی به ما اجازه می دهد تا اجزاء و تركیبات را داخل سلولها قرارداده و مواد جدیدی را با استفاده از روشهای جدید خود_اسمبلی بسازیم. در روش خود_اسمبلی به هیچ روبات یا ابزار دیگری برای سرهم كردن اجزاء نیازی نیست. این تركیب پرقدرت علم مواد و بیوتكنولوژی به فرایندها و صنایع جدیدی منتهی خواهد شد.
ساختارهایی در مقیاس نانو مانند نانوذرات و نانولایه ها دارای نسبت سطح به حجم بالایی هستند كه آنها را برای استفاده در مواد كامپوزیت، واكنشهای شیمیایی، تهیه دارو و ذخیرة انرژی ایدهال می سازد. سرامیك های نانوساختاری غالباً سخت تر و غیرشكننده تر از مشابه مقیاس میكرونی خود هستند. كاتالیزورهای مقیاس نانو راندمان واكنشهای شیمیایی و احتراق را افزایش داده و به میزان چشمگیری از مواد زائد و آلودگی آن كم می كنند. وسایل الكترونیكی جدید، مدارهای كوچكتر و سریعتر و … با مصرف خیلی كمتر می توانند با كنترل واكنش ها در نانوساختار بطور همزمان بدست آیند. اینها تنها اندكی از فواید و مزایای تهیه مواد در مقیاس نانومتر است.
آیا موضوع نانوتكنولوژی كاملاً جدید است؟
بسیاری از تكنولوژیهای موجود به فرایندهایی در مقیاس نانو وابسته هستند فتوگرافی و كاتالیزور دو نمونه از نانوتكنولوژی های قدیمی هستند كه بصورت تجربی در مقیاس نانو پیشرفت كردهاند. بنظر میرسد كه این دو تكنولوژی همراه با پیشرفت نانوتكنولوژی رشد شایانی نسبت به گذشته داشته باشند. بیشتر تكنولوژی هایی كه امروزه وجود داشته و از ماده در مقیاس نانو استفاده میكنند توسط افراد غیرمتخصص در این زمینه كشف شده و در اكثر آنها نیز تا مدتی پیش، نقشی كه مقیاس نانومتر بازی كرده است، مورد توجه قرار نمی گرفت. بعنوان مثال حالا معلوم شده كه اضافه كردن نوعی خاص از خاك رس به لاستیك، به طور قابل توجهی باعث افزایش طول عمر و بهبود خواص سایش آن می گردد زیرا ذرات نانومتر خاك رس به انتهای مولكولهای پلیمر چسبیده و تشكیل رشته مولكولی داده و آنها را از شكسته شدن باز می دارد. این فرایند ساده باعث بهبود قابل توجهی در خواص این مادة مركب – جزئی لاستیك و جزئی خاك رس- شده است.
منافع نانوتكنولوژی چیست؟
مفهوم جدید نانوتكنولوژی آنقدر گسترده و ناشناخته است كه ممكن است روی علم و تكنولوژی در مسیرهای غیرقابل پیش بینی تأثیر بگذارد. محصولات موجود نانوتكنولوژی عبارتند از: لاستیكهای مقاوم در برابر سایش كه از تركیب ذرات خاك رس با پلیمرها بدست آمده اند ، مواد دارویی كه در مقیاس نانو ذرات درست شدهاند، هد دیسكهای لیزری و مغناطیسی كه با كنترل دقیق ضخامت لایه ها از كیفیت بالاتری برخوردارند، چاپگرهای عالی با استفاده از نانوذرات با بهترین خواص جوهر و رنگ دانه.
بسیاری دیگر از ساختارها نیز هم اكنون در مرحله تحقیق و یا توسعه هستند كه لیست برخی از آنها در زیر آمده است:
● صنایع اتومبیل سازی و هوانوردی: مواد جدید كه از نانو ذرات ساخته شده اند برای بدنه های سبك تر، لاستیكهایی با مقاومت سایش بهتر و قابل بازیابی، رنگ كارهای بیرونی كه احتیاجی به شستشو ندارند، پلاستیكهای ارزان غیرقابل اشتعال، صنایع الكترونیكی برای كنترل، پوشش های خود ترمیم و منسوجات بكار میروند.
● الكترونیك و ارتباطات: ضبط كامل صدا توسط نانولایه ها و نقطه چین كردن، صفحه های نمایش صاف، تكنولوژی بی سیم، ابزار و فرایندهای جدید در تكنولوژیهای اطلاعات و ارتباطات، هزاران اصلاح و پیشرفت در ظرفیت ذخیره داده ها و سرعت پردازش در سطح پایین تر قیمت و كارایی بالاتر در مقایسه با مدارات فعلی الكترونیكی.
● مواد و شیمی: كاتالیزورهایی كه راندمان انرژی را در واحدهای شیمیایی بالا می برند و باعث بهتر شدن بازدهی احتراق در وسایل نقلیه میشوند، در یلهای خیلی سخت و مقاوم، ابزارآلات برش، ذرات مغناطیسی باهوش برای پمپهای مكنده و روان سازها.
● داروسازی، بهداشت و علوم زندگی: داروهای جدید با ساختار نانو، ژنها و سیستمهای ارسال دارو كه بسوی مكانهای مشخصی از بدن هدف گیری شده اند، قطعات سازگار برای جایگزینی اعضای بدن، سنسورها برای آزمایشگاههای كامل روی یك تراشه، موادی برای استخوان و بازسازی بافتها.
● تولید: اندازه گیری های دقیق با نسل جدید میكروسكوپ ها و تكنیكهای اندازه گیری، فرایندها و ابزار مدرن برای تهیه مواد در سطح اتمها، نانو پودرها كه روی مواد حجیم برای ایجـاد خــواص ویژه زینتر می شوند، پولیش مكانیكــی – شیمیایی با نانو ذرات، بیوساختارها و مواد الهام گرفته شده از زیست .
● تكنولوژیهای انرژی: انواع جدید باطریها، فتوسنتز مصنوعی برای انرژی تمیز، سلولهای خورشیدی كوانتمی، ذخیره ایمن هیدروژن برای استفاده بعنوان سوخت تمیز، ذخیره انرژی با استفاده از مواد سبكتر و مدارات كوچكتر.
● اكتشافات فضایی: وسایل نقلیه سبك فضایی، تولید و مدیریت اقتصادی انرژی ، سیستمهای روباتی فوق العاده كوچك و توانا.
● محیط زیست: پره های انتخاب كننده كه می توانند آلودگیها و حتی نمك را از آب جدا كنند، جرم گیرها و صافی های نانوساختار برای برطرف كردن آلودگیها از بیرون ریزهای صنعتی، افزایش بهره وری در نگهداری و تعمیرات صنعتی با مواد و انرژی كمتر و افزایش امكان بازیافت.
● امنیت ملی: آشكارسازها و مسمومیت زداهای مؤسسات بیولوژیكی و شیمیایی، مدارات الكترونیكی تواناتر، مواد و پوشش های سخت نانو ساختار، منسوجات سبك و خود ترمیم، جایگزینی خون، سیستمهای نظارتی مینیاتوری
دولت چه باید بكند تا كشور بتواند از تمام مزایای نانوتكنولوژی استفاده كند؟
دولت در اطمینان دادن نسبت به اینكه كشور سودهای عظیم نانوتكنولوژی را دریافت خواهد كرد نقش كلیدی ایفا مینماید. اهداف تحقیقات نانوتكنولوژی بسیار پایه أی، درازمدت (بیشتر از 10 سال) و فرا رشته ای است و ریسكهای زیادی برای صنعت در به عهده گرفتن سریع رهبری آن وجود دارد. صنعت توان سرمایه گذاری بر روی تحقیقات درازمدت و مخاطره آمیز را كه سالهای دراز طول خواهد كشید تا به مرحله تولید برسند را ندارد لذا در كشور بایستی تحقیقات دانشگاهی و دولتی این خلاء را پر كنند. بخاطر طبیعت فرارشته أی نانوتكنولوژی تیمهایی از فیزیكدانان، شیمی دانان، بیولوژیستها و مهندسان برای توسعه آن موردنیاز می باشد. مؤسسات دولتی نیز بایستی این كار تیمی را پرورانده و به ثمر برسانند. علاوه بر آن زیرساختارهای جدیدی در دانشگاهها و آزمایشگاههای ملی برای توسعه در این بخش لازم است.
نیازمندیها و انتظارات از نانوتكنولوژی فراتر از تمام چیزهایی است كه مقررات سنتی دانشگاهی، آزمایشگاههای ملی و یا حتی تمام صنعت می‌توانند فراهم كنند. بخاطر تمام این دلایل یك حركت دولتی برای انجام یك تلاش ملی در زمینه نانوتكنولوژی حیاتی است.
رویكرد به آینده: درس از گذشته
هرچند همیشه عدم اطمینان قابل توجهی در پیش‌بینی سود آینده وجود دارد اما یك درس واضح از قرن بیستم این است كه پیش‌بینی حالت تكنولوژیهای خاص در چندین دهه بعد اغلب زودتر از زمان مورد نظر به وقوع می‌پیوند. یك مثال مشهور از چنین پیش‌بینی در مجله Popular Mechanics در مارس 1349 به چاپ رسید كه در آن متخصصین پیش‌بینی كردند كه كامپیوترهای آینده 5000 عدد را در هر ُثانیه با هم جمع خواهند كرد در حالیكه 3000 پوند وزن خواهند داشت و تنها 10 كیلو وات انرژی مصرف میكنند. هرچند در آن زمان پیش‌بینی جسورانه‌ایی بود ولی الان كامپیوترهای همراهی وجود دارند كه می‌توانند با مصرف حدود 1 وات میلیونها عدد را در یك ثانیه با هم جمع كنند. پیش‌بینی مشهور دیگری در دهه 1950 وجود داشت كه می‌گفت بازار كل جهان برای كامپیوترهای الكترونیكی كمتر از 10 تا خواهد بود اما حالا حدود یك میلیارد میكروپروسسور بعنوان اجزاء كلیدی كامپیوترها، تلفنهای سلولی، ماشین‌‌ها، بازیها، تجهیزات تصویر برداری پزشكی و بسیاری كاربردهای دیگر در حال كار كردن است. صنایع كامپیوتری در جهان یكی از بزرگترین و سالم‌ترین صنایعی است كه رغم قابل توجهی از صادرات و مشاغل با درآمد بالا را به خود اختصاص داده است. همچنین این صنعت باعث ایجاد و پیدایش صنایع مهم و بزرگ دیگری از قبیل نرم‌افزارهای كامپیوتری كه حتی حدود 50 سال پیش هم قابل پیش‌بینی نبودند، شده است. دلیل اینكه دانشمندان مجلهPopular Mechanics نتوانستند آینده صنایع اطلاعات را ببینند این بود كه آنها تنها پیشرفت تدریجی را در نظر گرفتند. اگر كامپیوترها هنوز با لامپ خلاء و رله‌ها ساخته می‌شدند، پیش‌بینی آنها در مورد كامپیوتر درست بود.
پیش‌بینی میشود كه اثر نانوتكنولوژی بسیار بیشتر از ICهای سیلیكونی باشد. زیرا در بسیاری از زمینه‌ها علاوه بر الكترونیك وارد میشوند. بهبود قابل توجه در ساخت و توسعه محصولات به انقلاب‌های صنعتی زیادی در قرن 21 منجر خواهد شد. نانوتكنولوژی پتانسیل تغییر طبیعت را تقریباً در تمام اشیاء ساخت دست بشر دارد.
حال سؤال اصلی این است: چگونه ما می‌توانیم انقلاب نانوتكنولوژی را با خود وفق داده و آن را باور كنیم تا بتوانیم بیشترین منفعت را از آن نصیب شهروندان كشورمان كنیم.
منابع
كمیته مطالعات سیاست نانوتكنولوژی
