نانوتکنولوژی
18 اکتبر 2002- در تاریخ 17 اکتبر در مجلس نمایندگان آمریکا قانونی تصویب شد که بر اساس آن یک گروه مشاورة صنعتی با همکاری دولت به ارائه راهبردی برای سرمایه¬گذاری در نانوتکنولوژی بپردازند.
مایک هوندا، یکی از این نمایندگان، گفت: "لازم است متخصصین صنعتی و دانشگاهی در کمیته مشاورة نانوتکنولوژی شرکت کنند. این گروه به تعیین سرمایه¬گذاریها و اهداف برنامة پیشگامی ملی نانوتکنولوژی (NNI) در ایالات متحده کمک خواهد نمود."
این طرح در پاسخ به نگرانی هیات ملی تحقیقات آمریکا در زمینه نقش ضعیف صنعت در سازماندهی این پیشگامی مطرح شد. این برنامه نیازمند همکاری گروه مشاوره جهت تدوین سیاستهای پنج ساله کوتاه مدت، میان مدت و بلند مدت در طول دهه آینده می¬باشد. این هیات، گزارش سالانه‌ای از پیشرفت تحقیقات و میزان بودجة سازمانهای دولتی در زمینه نانوتکنولوژی به رئیس جمهور و کنگره تسلیم خواهد کرد.
پیشگامی ملی نانوتکنولوژی ایالات متحده قصد ارائه یک راهبرد ملی جهت افزایش تحقیقات در زمینه نانوتکنولوژی دارد. 30 سازمان دولتی در این پیشگامی شرکت دارند. در اواخر دهة 1990صنایع نیمه هادی و دانشگاههای آمریکا با بودجة دولت فدرال به سمت تحقیقات نانوتکنولوژی هدایت شدند.
بنا به اظهارات هوندا: "سیاست گذاریهای نانوتکنولوژی دولت باید اهداف روشنی داشته باشد تا سبب پیشرفت کشور گردد."
منبع: http://www.eetimes.com
آموزش نانوتکنولوژی
1 نوامبر2002-گروه فناوری بن فرانکلین در پنسیلوانیا اعلام کرد که مبلغ 000/600 دلار از طرف وزارت آموزش ایالات متحده جهت ایجاد یک برنامه آموزش پیوستة نانوتکنولوژی در تعدادی از کالج‌های محلی دریافت کرده است.
این بودجه به موسسه نانوتکنولوژی داده خواهد شدکه در سال 2000 ثبت و مبلغ 5/10 میلیون دلار بودجه از سازمان توسعه فناوری پنسلوانیا برای یک دورة سه ساله دریافت کرد. موسسه نانوتکنولوژی این مبلغ را برای کمک به گسترش یک برنامه آموزش پیوستة نانوتکنولوژی در دانشگاههای پن، درکسل، فیلادلفیا، دلوار و مانتوگومری هزینه می‌کند.
منبع: http://philadelphia.bizjournals.com
کنفرانس نانوتکنولوژی ایتالیا؛ فرصتها و پیامدها
18 اکتبر 2002- روز 25 نوامبر کنفرانسی با موضوع نانوتکنولوژی در شهر میلان ایتالیا برگزار شد.
این کنفرانس به بررسی برنامه‌های نانوتکنولوژی در اروپا و خارج از آن و نیز عرصه‌های صنعتی امیدوارکننده در زمینة نانوتکنولوژی پرداخت.
همچنین در این همایش چگونگی تحقیقات ایتالیا بررسی خواهد شد و سازمان تحقیقات صنعتی ایتالیا (AIRI)، به ارائه برنامة جدید خود با عنوان Nanotech IT پرداخت.
دربین برنامه‌های کنفرانس، رنزو توملینی از کمیسیون اروپا به بیان خلاصه راهبردهای سازمانی در زمینه نانوتکنولوژی می‌پردازد و هورست ولر از دانشگاه هامبورگ به تاثیر نانوتکنولوژی در آیندة تحقیقات در زمینه انرژی نگاهی داشت و کنفرانس با نمایش فیلمی از کمیسیون اروپا در همین زمینه پایان یافت.
منبع: http://www.ekt.gr/news/events/eu/19107.html
نانوتکنولوژی در رژیم اسرائیل
28 اکتبر 2002- نانوتکنولوژی رایج‌ترین واژه در بین فناوری‌های برتر روز است که دامنه کاربردهای آن از ترانزیستورهای رایانه‌ای در ابعاد نانو و وسایل بهداشت و سلامت عمومی تا ماشینهای سنگین و کشفیات فضایی گسترده است.
مجمع علمی و تجاری اسرائیل در این زمینه، در خط مقدم قرار دارد. اسرائیل به کمک یک تیم که توسط راشف تن از مؤسسه علوم ویزمن رهبری می‌شود، بعنوان یکی از قدرتهای رهبری و هدایت تحقیقات نانوتکنولوژی در جهان شناخته شده است.
تن اعلام کرد: "ورود به این عرصه، مسؤولیتها و تعهدات بزرگی را به دنبال دارد. اما در صورتی که خود را هم‌سطح با ایده‌های اصلی قرار دهیم، قادر به ساخت وسایل جالبی خواهیم بود."
کنسرسیوم مگنت
یک پروژة دولتی با عنوان، مگنت (که به زبان عبری معادل تحقیقات و توسعه عمومی فناوری میباشد) برای سرمایه‌گذاری در نانوتکنولوژی انتخاب شده است و از پیش اقدام به تشکیل کنسرسیومی از شرکتهای اسرائیلی علاقه‌مند در این زمینه کرده است.
نیر زالمانو، مدیر توسعه تجاری شرکت سل‌ژل، تولیدکننده لوازم آرایشی و کرمهای ضدآفتاب و رئیس پروژه فوق در توضیح سرمایه‌گذاری راهبردی مگنت چنین گفت: "نانوتکنولوژی فقط یک کلمه رمز است. نکته اصلی، محصول نهایی است و آنچه ما را در این زمینه نسبت به سایر زمینه‌ها رشد می‌دهد آن است که ما درصدد قبولاندن یک محصول جدید به مردم نیستیم. ما یک شبکه سلولی نسل سوم و یا یک مسیر اطلاعاتی جدید را ایجاد نمی‌کنیم. ما محصولات موجود را ارتقاء می‌دهیم و با شرکت‌‌هایی کار می‌کنیم که درک صحیح و خوبی از نیازهای بازار دارند. به این دلیل است که ما شانس موفقیت بیشتری در کار داریم."
کنسرسیوم مگنت، شرکتهای بزرگ، متوسط و جدیدالتأسیس در اسرائیل را که همگی درگیر مسائل مشابهی هستند جمع می‌کند و با برگزاری کنفرانسها و جلسات مقدماتی موجب می‌شود که گروههای تحقیقات و توسعة متفاوت، از اشتباهات و موفقیتهای یکدیگر درس بگیرند. هنگامیکه همه گروه با یک مشکل مانند اتصال نانوذرات به یکدیگر مواجه می‌شوند می‌توانند ایده‌های بهتر را از یکدیگر بگیرند و سریعتر به راه‌حل دست یابند.
اعضای کنسرسیوم شامل فعالان بین‌المللی مانند ددسی برومید (یک واحد از شرکتIsrael chemcals)، شرکت صنایعMahteshim-Agan و شرکت لوازم آرایشی آهاوا میباشند. تبادل نظر بین این تیمها به گسترش ایده‌هایی مانند حشره‌کشهای نانوذره‌ای می‌انجامد که می‌توانند یک مزرعه را با یک دهم ماده فعالی که در روشهای متداول بکار می‌رود، سمپاشی کنند و هزینه‌ها و میزان تخریب محیط را کاهش دهند. نظریه دیگر ماده‌ای ضد حریق است که از نانوذرات ساخته شده است.
تن گفت: "به هر حال مهمترین تحقیق در صنعت، توسعه روشهای جدیدتر و بهتر جهت بهبود ساختمان نانوذرات میباشد." در گذشته ذرات از بالا به پایین و با توجه به طرح موردنظر ساخته می‌شدند اما بزودی این روش با روشهای دقیق ساخت "پایین به بالا" جایگزین خواهد شد که مواد در این روشها، توسط اتمهای منفرد ساخته می‌شوند. چالش موجود در استفاده از این روشها، رسیدن به خودسامانی میباشد که در آن، مولکولها با یکدیگر ترکیب می‌شوند تا ساختار مورد نظر را بسازند. شرکت دیگری که درصدد بهبود این روشها است عضو دیگر کنسرسیوم مگنت با نام نانوپودر است. این شرکت، مکانیزم منحصر به فردی را جهت ایجاد پودرهای نانومتری اختراع کرده است، مقوله‌ای که تنها تعداد محدودی شرکت در جهان به آن می‌پردازند. پودرهای فلزی که برای صنایع بهداشتی و الکترونیک مناسبند، توانایی بهبود کیفیت ابزارآلات و نیز کاهش ابعاد آنها را دارند.
زالمانو بیان کرد: "آنچه ما ایجاد می‌کنیم پایه و بنیانی است که افراد دیگر در آینده می‌توانند از آن برای نظریه‌های خود استفاده کنند. هنگامیکه این بنیان آماده شود، می‌تواند به عملی ساختن رویاهای شرکتهای بزرگی مانند اینتل و شرکتهای داروسازی بزرگ جهان کمک کند. ما شرایط لازم جهت تحقق این رویاها را فراهم می‌آوریم."
بنا به اظهارات زالمانو، بزرگترین مانع محدودکننده اقدامات نانوتکنولوژی در اسرائیل، فناوری نیست بلکه عوامل انسانی میباشد. وی بیان داشت: "ما پس از مشاهده کاهش تدریجی مطالعات شیمیایی دریافتیم که برای استفاده از بودجه‌های تحقیقاتی موجود باید به شیمیدانهای قوی دست یابیم. اسرائیل باید شأن و جایگاه شیمیدانها را افزایش دهد."
تن نیز نظر خوش بینانه‌ای از این بخش دارد. وی بیان می‌دارد: "ما هنوز نفوذ اساسی نانوتکنولوژی را مشاهده نکرده‌ایم." وی پیش‌بینی کرد که این واقعه در دهه اخیر رخ خواهد داد. وی اظهار داشت "پذیرش زیادی برای دانشمندان نانوتکنولوژی وجود دارد چرا که ما به زمینههای تحقیقاتی جدید و مهیج علاقه‌مند هستیم و هنگامی که نفوذ این علم رخ دهد، اسرائیل جزو پیشقدمان است. کسانی که اکنون سرمایه‌گذاری می‌کنند همان کسانی هستند که از این واقعه سود می‌برند."
منبع: http://www.israel21c.org
ساخت نانولوله‌های ویژه در دانشگاه پوردو
24 اکتبر 2002 – پژوهشگران دانشگاه پوردو با استفاده از یک سیستم اتمی پیچیده‌تر از نانولوله‌های کربنی، روش قابل کنترلی را برای تولید نانولوله‌هایی با تنوع کاربرد فراوان ابداع کرده‌اند. این نانولوله‌ها که "نانولوله‌های رُزت " نامیده شده‌اند, از ترکیب کربن, نیتروژن, هیدروژن و اکسیژن ساخته می‌شود. این پژوهشگران معتقدند که این ساختارهای جدید دارای خواص فیزیکی, شیمیایی و الکتریکی منحصر به فردی هستند.
هیچام فنیری, استاد دانشگاه پوردو می‌گوید: "هم اکنون می¬توان خواص فیزیکی و شیمیایی این نانولوله‌ها را از طریق یک روش جدید اصلاح کرد. شکل خاص این نانولوله‌ها، موجب می¬شود که آنها خواص و رفتارهای زیست تقلیدی مورد نیاز در کاربردهای خاص را داشته باشند."
این گروه انحصاری از ساختارهای آلی خودسامان، توسط یک کانال میان تهی که طول نانولوله را تشکیل می‌دهد، ساخته می‌شوند. برخلاف نانولوله‌های کربنی, قطر داخلی و خارجی آنها قابل تنظیم است. معمولاً کانالهای میان تهی کوچکتر برای جای گرفتن مولکول‌های خاص و ارائه کاربردهای مشخص مناسب‌تر هستند.
رشد هسته
عملیات رشد این ساختار با یک مولکول "بذر" نانولوله شروع می‌شود که خود را در آب به صورت حلقه‌های کوچکی ساماندهی می‌کند. سپس این حلقه‌ها به صورت لوله به یکدیگر متصل می‌شوند و می¬توانند تا هر طول دلخواه رشد یابند. خودسامانی با کدگذاری لبه‌های این حلقه‌ها صورت می‌گیرد به طوری که آنها می‌توانند با حلقه‌های دیگر فقط در جهت مناسب پیوند تشکیل دهند. این رُزت‌ها از طرف داخل آبگریز و از طرف خارج آب دوست هستند و برای دور ماندن قسمت داخلی‌شان از آب، به فرم, درمی¬آیند. حاصل آن، عملیات¬های خودسامانی است که با برنامه‌ریزی می‌تواند فقط به یک روش انجام شود.
قابلیتها
فنیری قبلاً از دو مولکول بذر برای مصارف الکترونیکی استفاده کرده بود: یکی برای الکتریسیته که سیمهای معمولی را رشد می‌داد و دیگری برای رشد نانولوله‌های نوری جهت فرآوری نور.
وی می‌گوید: "ما امیدواریم بتوانیم نانولوله‌های خاص بسیاری بسازیم که برای تولید سیستمهای حافظة رایانه‌ای جدید, صفحه‌های نمایش بسیار شفاف, حسگرهای زیستی و سیستمهای داروسازی مفید باشند."
این نتایج تأیید می‌کند که نه تنها امکان تولید نانولوله‌هایی در اندازه‌های خاص وجود دارد بلکه می‌توان شکل و ترکیب خاصی از آنها را ایجاد نمود که دارای خواص ویژه‌ای مانند استحکام و هدایت الکتریکی باشد. مثلاً به منظور افزایش استحکام سیم-های نانومتری می‌توان یک مولکول نایلون را به دیواره‌های خارجی چسباند و در نتیجه یک عایق مستحکم به دور تا دور افزود.
با آنکه نانولوله‌های فنیری به تشکیل خودشان کمک کنند اما به منظور امتحان کاربردهای خاص هر لوله می‌توان مواد جدیدی را به قسمت خارجی آنها افزود. پس با تصحیح دما, فشار و دیگر فاکتورهای محیطی, این نانولوله‌ها به صورت ساختار مطلوب درمی‌آیند.
یکی از قابلیتهای جدید و بسیار جالب توجهی که توسط این روش بدست آمده است خواصی موسوم به خواص چیروپتیکال است. نانولوله‌های رُزت می‌توانند همانند مولکول‌های DNA به صورت ساختارهای حلقوی رشد یابند که با انواع دیگر ساختارهای مشابه مطابقت و هم خوانی داشته باشند. حلقه‌های DNA زوج هستند و هر دو در یک جهت درهم پیچیده شده‌اند. اما فنیری برخلاف روش موجود در طبیعت روشی را برای پیچاندن نانولوله‌ها به سمت چپ یا راست پیدا کرد که اجازه تولید دو نوع متفاوت از نانولوله‌های دوقلوی غیر همسو را می‌داد.
وی می‌گوید: "ما خواص چیروپتیکال نانولوله‌ها را باکنترل اَبَر مولکول‌های مارپیچی آنها تنظیم می‌کنیم. به همین خاطر با تغییر میزان استفاده از تحریک کننده‌های شیمیایی خارجی که تشدید کننده نامیده می‌شوند می‌توان آنها را وادار به چرخش به چپ یا راست کرد."
طبق اظهارات وی, درست همانند DNA واقعی, یک تشدید کننده هم رفتارهای غالب و هم رفتارهای بازگشتی را تحریک می‌کند. نانولوله‌ها ترجیح می‌هند که به یک تشدید کننده غالب ملحق شوند اما در صورتی که تشدید کننده‌های آن دارای غلظت کمی باشد, رفتار بازگشتی آن بروز خواهد کرد. فنیری برای ساخت چنین نانولوله‌ای دو راه را ارائه داد, روش بازگشتی کُند یا روش غالب سریع که "واکنش زنجیره‌ای اَبَرمولکولی" نامیده می‌شود. واکنش‌های زنجیره‌ای اَبَرمولکولی سریعتر از فرآیند خودسامانی با یک عامل تشدید کنندة خارجی صورت می‌گیرند.
از زمان کشف نانولوله‌ها در سال 1991 تا به حال, از آنها به عنوان ترانزیستور لوله¬ای توسط شرکت IBM , گسیل کنندة الکترون برای لوله‌های خلاء میکروسکوپی توسط شرکت Agere systems و توسط شرکت NEC در باترهای پیل سوختی که می توانند انرژی یک رایانه دستی را روزها تأمین کنند, استفاده شده است.
نانولوله‌های مورد ادعای فنیری علاوه بر مدارهای الکترونیکی, کاربردهای جدید فراوانی از درمان بیماری گرفته تا ساختن پلاستیک‌هایی برای ذخیرة نوری اطلاعات خواهند داشت.
منبع: http://www.eetonline.com/at/news/OEG20021023S0058
مدلسازی مولکولی و نانوتکنولوژی
اکتبر 2002- در سازمان¬دهی و دستکاری مواد در مقیاس نانو، لازم است تمامی ابزار موجود جهت افزایش کارایی مواد و وسایل بکار گرفته شود. یکی از این ابزار، شیمی تحلیلی، خصوصاً مدلسازی مولکولی و شبیه‌سازی است.
امروزه ابزار تحقیقاتی فراگیری مانند روشهای شیمی تحلیلی، مزیتهای فراوانی نسبت به روشهای تجربی دارند.
میهیل یورک از شرکت Continental Tire North America می‌گوید: "روشهای تجربی مستلزم بهره‌گیری از نیروی انسانی، شیمیایی، تجهیزات، انرژی و زمان است. شیمی تحلیلی این امکان را برای هر فرد مهیا می‌سازد که فعالیتهای شیمیایی چندگانه‌ای را در 24 ساعت شبانه‌روز انجام دهد. شیمیدانها می‌توانند با انجام آزمایشها توسط رایانه، احتمال فعالیتهای غیرمؤثر را از بین ببرند و گستره احتمالی موفقیتهای آزمایشگاهی را وسعت دهند. نتیجه نهایی این امر، کاهش اساسی در هزینه‌های آزمایشگاهی (مانند مواد، انرژی، تجهیزات) و زمان است."
از طرف دیگر، در شیمی تحلیلی سرمایه‌گذاری اولیه جهت تهیه نرم‌افزار و هزینه‌های وابسته ازجمله سخت‌افزار جدید، آموزش و تغییرات پرسنل بسیار بالا خواهد بود. ولی با بکارگیری هوشمندانة این ابزار می‌توان هریک از هزینه‌های اولیه را نه تنها از طریق صرفه‌جویی در هزینه آزمایشگاه بلکه بوسیله فراهم نمودن دانشی که منجر به بهینه‌سازی فرآیندها و عملکردها می‌شود، جبران ساخت.
این موضوع برای شیمیدانها بسیار مناسب است ولی روشهای شبیه‌سازی چطور می‌توانند برای نانوتکنولوژیست¬ها مفید واقع شود؟ محدودیتهای آزمایشگر در مقیاس نانو، زمانی آشکار می‌شود که شگفتی جهان دانشمندان نظری وارد عمل می‌شود. در اینجا هنگامیکه دانشمندان قصد قرار دادن هریک از اتمها را در محل موردنظر دارند قوانین کوانتوم وارد صحنه می‌شود.
اما چرا دانشمندان می‌خواهند بر تمام مشکلات جابجایی اتم فائق آیند؟ تغییرات در مقیاس نانومتری برخواص موج‌گونه الکترونهای درون مواد اثر می‌گذارد. با جابجا کردن اتمها در این مقیاس می‌توان خواص اصلی مواد (به عنوان مثال دمای ذوب، اثرات مغناطیسی، ظرفیت بار) را بدون تغییر کلی ترکیب شیمیایی مواد، دگرگون ساخت.
پیش‌بینی رفتار و خواص در محدوده¬ای از ابعاد برای نانوتکنولوژیستها حیاتی است. خوشبختانه در طول دو دهه قبل روشهای تحلیلی به حدی از تکامل رسیده‌اند که می‌توانند تمام مقیاسهای طول و زمان را از ابعاد الکترونی تا ابعاد بزرگ پوشش دهند.
مدلسازی رایانه‌ای با بکارگیری قوانین اولیه مکانیک کوانتوم و یا شبیه‌سازیهای مقیاس میانی، دانشمندان را به مشاهده و پیش‌بینی رفتار در مقیاس نانو و یا حدود آن قادر می‌سازد. مدلهای مقیاس میانی با بکارگیری واحدهای اصلی بزرگتر از مدلهای مولکولی که نیازمند جزئیات اتمی است، به ارائه خواص جامدات، مایعات و گازها می¬پردازند. روشهای مقیاس میانی در مقیاسهای طولی و زمانی بزرگتری نسبت به شبیه¬سازی مولکولی عمل می‌کنند. می‌توان این روشها را برای مطالعه مایعات پیچیده، مخلوطهای پلیمر و مواد ساخته‌شده در مقیاس نانو و میکرو بکار برد.
مدلسازی خاک‌رس
محققین دانشگاه لندن در انگلستان و دانشگاه Paris Sud در فرانسه، شبیه‌سازیهایی براساس مکانیک کوانتوم برای مطالعه نانوکامپوزیتهای خاک‌رس – پلیمر بکار برده‌اند. امروزه این ترکیبات یکی از موفق‌ترین مواد نانوتکنولوژی هستند، زیرا بطور همزمان مقاومت بالا و شکل‌پذیری از خود نشان می‌دهند؛ خواصی که معمولاً در یکجا جمع نمی‌شوند.
نانوکامپوزیتهای پلیمر – خاک رس می‌توانند با پلیمریزاسیون میان‌گذار تهیه شوند؛ فرآیندی که شامل مخلوط کردن مکانیکی خاک معدنی با مونومر مورد نیاز است. بنابراین مونومر در لایه درونی جای‌گذاری می‌شود -خودش را در لایه‌های درون ورقه‌های سفال جای می‌دهد- و تورق کل ساختار را افزایش می‌دهد. پلیمریزاسیون ادامه می‌یابد تا سبب پیدایش مواد پلیمری خطی و همبسته گردد.
دانشمندان با بکارگیری Castep- یک برنامه مکانیک کوانتوم که نظریه کاربردی چگالی را بکار می‌گیرد- تحول کشف شده در این روش را که پلیمریزاسیون میان‌گذار خود کاتالیست نامیده می‌شود مطالعه کردند. این پروژه، دانشی نظری در زمینه ساز وکار این فرآیند جدید را بوسیله مشخص کردن نقش سفال در کامپوزیت فراهم نمود. ضروری است که دانش حاصل از شبیهسازیها، جهت کنترل و مهندسی نمودن فعل و انفعالات پلیمر- سیلیکات به کمک دانشمندان آید.
دانشمندان در شرکت BASF شبیه‌سازیهای مقیاس میانی را برای بررسی علم و رفتار ریزواره‌ها بکار بردند. ریزواره‌ها ذراتی کروی شکل با ابعاد نانو هستند که به صورت خود به خود در محلولهای کوپلیمری ایجاد می‌شوند و در زمینه‌هایی مانند سنسورها وسایل آرایشی و دارورسانی کاربرد دارند.
دانشمندان BASF با بکارگیری MesoDyn -یک ابزار شبیه‌سازی برای پیش‌بینی ساختارهای مقیاس میانی مواد متراکم- محلولهای تغلیط‌شده کوپلیمرهای آمفی‌فیلیک را بررسی کردند. شبیهسازیها مشخص نمود که کدام شرایط مولکولی و فرمولی به شکل‌گیری "ریزواره‌های معکوس " - مانند نانو ذرات آب در یک محیط فعال- منتهی می¬شود. چنین نتایجی برای درک رفتار عوامل فعال سطحی ضروری هستند. به کمک روشهایی مانند پرتاب محلول در آزمایشگاه می‌توان به نتایجی در این زمینه دست یافت اما دستیابی به این نتایج ماهها به طول می‌انجامد، درحالی که آزمایشهای شبیه‌سازی شده تنها طی چند روز نتیجه می‌دهند.
اما محدودیتهای این روشها چیست؟ در حالیکه امروزه ابزار مدلسازی در سطح کوانتومی و مقیاس میانی به خوبی توسعه یافته‌اند، همچنان محدودیتهایی در این عرصه وجود دارد. برای مثال کاربردهایی در زمینه وسایل الکترونیک مستلزم انجام محاسبات مکانیک کوانتوم برای تعداد اتمهایی بیش از روشهای حاضر میباشد که بیش از توان عملیاتی منابع محاسبه‌گر است. همچنین مدلسازی کل وسایل امکان‌پذیر نیست، به ویژه عملکردها و خواص آنها.
در کنار این محدودیتها، قدرت در حال افزایش، پیچیدگی و سرعت پیشرفت نرم‌افزارها ادامه خواهد یافت تا موجب ایجاد ابزار شبیه‌سازی شود که نانوتکنولوژیستها را به پیشبرد و بهبود این علم پیچیده قادر سازد.
منبع: http://nanotechweb.org
تقلید از پوست دلفین در نگهداری بدنة کشتی‌ها
28-اکتبر2002- پوست دلفینها ایدة مناسبی برای تمیز نگهداشتن بدنة کشتی‌ها به دانشمندان داده است.
کارن وولی، استاد شیمی دانشگاه واشینگتن، شکل و ساختار پوست دلفین و چگونگی جلوگیری از چسبیدن موجودات دریایی به پوست دلفین را مورد توجه قرار داده است. این مشاهدات با تحقیقات وی درباره راههای دخالت در فعل و انفعالات سیستمهای زیستی و مواد مصنوعی و نیز طراحی گروههای فعال‌کننده که پیوند بین خود را ارتقاء یا کاهش می‌دهند هماهنگ است.
وی در حال پرورش گروهی از پوشش‌های ضد تخریب غیرسمی است که ممکن است روزی مانع اتصال موجودات دریایی مانند انبرکها، کرمهای لوله‌ای و هاگها به بدنه کشتی‌ها شود.
وی بیان کرد: "اساساً اگر دریابیم که چگونه این مواد گوناگون در سطح مولکولی فعل و انفعال انجام می‌دهند می‌توانیم این فعل و انفعالات را قطع و وصل کنیم. ما می‌خواهیم این فعل و انفعالات را با استفاده از نانوذرات فعال کنیم و با استفاده از پوشش‌های ضدتخریب، فعالیت آنها را متوقف سازیم." تخریب یکی از بزرگترین مشکلات نیروی دریایی ایالات متحده و همچنین صنعت تجارت دریایی است. موجودات ریز دریایی، پروتئین چسبنده‌ای از خود ترشح می‌کنند و با گذشت زمان با افزایش زنگ‌زدگی فلزات موجب تخریب فیزیکی آنها می‌شوند. با این همه، بزرگترین مشکل تأثیر آنها روی ظاهرکشتی است، بطوریکه رشد بی‌رویه روی بدنه کشتی، اصطکاک و مقاومت را افزایش می‌دهد و منجر به افزایش مصرف انرژی می‌شود. البته اثر زیانبار آنها بیش از این نتایج اقتصادی است؛ کشتی‌های با راندمان کم، مقدار بیشتری از گازهای گلخانه‌ای (مانند دی‌اکسیدکربن و گوگرد و اکسید نیتروژن) را منتشر می‌سازند و موجب باران‌های اسیدی می‌شوند.
رمز موفقیت عوامل ضدتخریب وولی در توپوگرافی سه بعدی آنها است که موجب ایجاد سطوح هیدرودینامیک طبیعی مشابه پوست دلفین می‌گردد. دانشمندان با بکار بردن میکروسکوپ الکترونی قوی دریافتند که پوست دلفین، با وجود نرمی، دارای ناهمواریهایی با ابعاد نانومتری است. این ناهمواریها آنقدر بزرگ نیستند که مانع حرکت در آب بشوند بلکه آنقدر کوچکند که شیارهای کمی برای اتصالات موجودات ریز دریایی باقی می‌گذارند.
وولی ابراز داشت: "تا مدت‌ها، فعالیتهای ضدتخریب منوط به ساخت سطوح بسیار صاف بود." وی ادامه داد: "اینگونه تصور می‌شد که اگر سطوح خیلی صاف باشند و سطح انرژی کمی داشته باشند موجودات ریز نمی‌توانند به آنها متصل شوند".
وی بیان کرد: "درحقیقت این موضوع کاملاً اشتباه است." و پروژه ضد تخریب وی کاملاً خلاف این امر میباشد. تخریب بحث جدیدی نیست و سالها این مشکل با بکاربردن پوشش‌های حاوی قلع و مس رفع می‌شده است که باعث کاهش اتصال آبزیان می‌شود. این در حالی است که مس و قلع در آب شسته می‌شود و محیط را آلوده می‌سازد.
وی از طریق سازمان تحقیقات نیروی دریایی که سالها در زمینه فلوروپلی‌مرها (مثل تفلون و دیگر پلیمرهای نچسب) و سایر سطوح با چسبندگی کم تحقیق کرده است، از این مشکل آگاه شد و نظریه ترکیب دو پلیمر ناسازگار– یک فلوروپلیمر چند شاخه و پلی‌ا‌تیلن گلیکول خطی – و فراهم آوردن امکان پراکندگی فازی در نواحی مشخص برای آنها را ارائه داد؛ یعنی یکی از آنها بتواند در دیگری پراکنده شود. این ترکیب طی یک فرآیند شیمیایی موسوم به اتصال عرضی بصورت جامد درمی‌آید. بنابراین یک پوشش ناهمگن با ابعاد نانو ایجاد می‌شود که از پستی بلندیهای بسیار تشکیل‌شده و ساختار آن از سخت تا نرم و از آبدوست تا آبگریز متغیر میباشد.
نکته مهم در پیچیدگی این سطح است که به سختی به موجودات دریایی فرصت اتصال می‌دهد. فرضیه وولی این است که اگر ساختار سطوح پوشش‌دهنده در یک نظام هم‌اندازه ایجاد شود مانند پروتئین ترشح‌شده، آنگاه پروتئین نخواهد توانست به آن متصل شود.
هنگامی که سطح پلیمر آماده می‌شود، مانند دسته‌ای از کوههای میکروسکوپی است ولی با قرار گرفتن زیر آب دریای مصنوعی، کل سطح متورم می‌شود یک ساختار واژگون را تولید می‌کند.
وولی می‌گوید: "این بسیار جالب است زیرا معنی آن این است که ما می‌توانیم اندازه ساختارهای سطح را هماهنگ کنیم و مشخص کنیم که آیا این نظریه درست است، یعنی آیا اندازه ساختارهای سطح بر اتصال موجودات دریایی اثر می‌گذارد یا خیر؟
منبع: http://news-info.wustl.edu
جایگاه نانوماشینها در آینده جهان
نوامبر 2002- نانـوتکنولـوژی علـمی است با وعده‌های فراوان برای کاربردهای آیـنده. این فناوری قابلیتهای زیادی در زمینههای پزشکی، علوم، رایانه صنایع و غیره دارد.
نانولوله¬ها را می‌توان به عنوان فیبرهای بسیار محکم مورد استفاده قرار داد؛ حتی محکم‌تراز چیزهایی که تابحال کشف شده‌اند. چنانچه روشهای تولید قابل اطمینانی برای ساخت توپهای باکی و باکی‌لوله‌ها پیدا گردد می‌توان از آنها برای تولید مواد گوناگون جدیدی استفاده کرد. به عنوان مثال می‌توان از دو رشته از باکی‌لوله¬ها به عنوان سیمهای الکتریکی استفاده نمود، یک لایه نقش هدایت‌کننده جریان و لایه دیگر به عنوان عایق.
شاید بتوان به وسیله نانولوله‌ها مواد جدیدی در مقیاس ماکروسکوپی تولید نمود که قوی‌تر و مستحکم‌تر از موادی باشند که در حال حاضر در صنایع و در زندگی روزمره ما مورد استفاده قرار می‌گیرند. همچنین باکی بالها و نانولوله¬ها می‌توانند به عنوان اجزاء خاصی از نانوماشینها مورد استفاده قرار گیرند.
این ماشینها شبیه ماشینهای ماکروسکوپی در مقیاس میکروسکوپی عمل می‌کنند و دارای قابلیتهای زیادی در پزشکی و جراحی‌های کوچک جهت تعمیر سلولهای خاص میباشند. اگر بتوان این ماشینها را طوری طراحی نمود که خودشان را تکثیر کنند، کافی است یکی از این ماشینها را ساخته و آن را در بدن قرار دهند تا کار تعمیر را به عهده بگیرد.
از مشکلات ممکن برای کاربرد این ماشینها علاوه بر موضوع تکثیر و ساخت واقعی آنها، این است که سلولهای ایمنی بدن انسان چگونه آنها را به عنوان یک شیء خارجی در نظر نگیرد، یکی از راه‌حل‌های ممکن، کدگذاری این ماشینها میباشد. بنابراین سلولهای سیستم ایمنی بدن به نوعی با کدهای شناسائی موجود بر روی سطح سلولها به اشتباه افتاده و آنها را به عنوان یکی از سلولهای اصلی بدن تشخیص خواهند داد.
نانوتکنولوژی را نه فقط برای بهبود بیماریها و ترمیم سلولهای آسیب‌دیده بلکه در بهداشت و سلامت نیز می‌توان مورد استفاده قرار داد. نانوماشینها می‌توانند مشکلات موجود در بدن را قبل از آنکه بوجود بیایند شناسائی نموده و برطرف نمایند. در نتیجه آنها می‌توانند به عنوان یک سیستم ایمنی مؤثرتر عمل نمایند.
نانوتکنولوژی را می‌توان در مواد گوناگون استفاده نمود به نحوی که این مواد به محیط اطراف و محرکهای خارجی پاسخ دهند. نانوماشینها را می‌توان هم به عنوان ابزارهای مصرفی و هم به عنوان ابزارهای صنعتی مورد استفاده قرار داد.
این ابزارها را می‌توان از هم جدا نمود و یا به همدیگر چسباند و کارآیی آنها را از مواد بسیار بزرگ امروزی بیشتر نمود. همچنین نانوماشینها می‌توانند خودروها و ابزارهای مختلف را سریعتر و مؤثرتر تعمیر نمایند و یا می‌توان این ابزارها را توسط نانوماشینها به گونه‌ای طراحی نمود که در موقع لزوم خودشان را تعمیر کنند.
نانوتکنولوژی پتانسیل بالایی در علوم کامپیوتر دارد بطور مثال در ساخت رایانه‌های کوچک و کوچکتر. اطلاعات خیلی بیشتری را می‌توان در حجم بسیار کوچکی ذخیره نمود. شاید روزی بتوان همه کتابهای موجود در دنیا را در یک اینچ مربع جا دارد. این نحوه ذخیره‌سازی اطلاعات پتانسیل بزرگی در همه زمینههای علمی و کار برای دارد.
منبع: http://www.cem.msu.edu
مقالة ویژه:
اثر کازیمیر؛ نیرویی از هیچ
سپتامبر 2002- نیروی جاذبه بین دو سطح در خلاء -که اولین بار بیش از 50 سال قبل بوسیله هندریک کازیمیر پیش‌گویی شد- می‌تواند روی هر چیز از میکروماشینها گرفته تا نظریه‌های وحدت طبیعت تأثیر بگذارد.
اگر شما دو آینه را در نظر گرفته و آنها را در خلاء در یک راستا قرار دهید، چه اتفاقی خواهد افتاد ؟
عکس‌العمل اولیه شما به این سؤال ممکن است این باشد که "هیچ چیز"، اما در واقع دو آینه در خلاء یکدیگر را جذب خواهند کرد. این پدیده شگفت‌انگیز اولین بار در سال 1948 بوسیلة هندریک کازیمیر فیزیکدان هلندی وقتی که در آزمایشگاه تحقیقاتی فیلیپس در آیندهون روی محلولهای کلوئیدی کار می‌کرد پیش‌بینی شد. این پدیده اکنون به نام اثر کازیمیر لقب گرفته است و نیروی بین آینه‌ها به عنوان نیروی کازیمیر شناخته می‌شود.
تا سالها اثر کازیمیر چیزی بیش از یک موضوع نظری جالب نبود. اما علاقه و استفاده از این پدیده در سالهای اخیر شکوفا شده است. فیزیکدانان تجربی نشان دادند که نیروی کازیمیر روی کار وسایل میکروماشینها تأثیر می‌گذارد و این در حالی بود که پیشرفت در زمینه استفاده از این وسایل، اندازه‌گیری این نیرو را با دقت هر چه بیشتر میسر ساخت. خیلی از نظریه پردازان وجود ابعاد خیلی بزرگ در نظریه وحدت میدان 10و11 بعدی نیروهای بنیادی را پیش‌بینی می‌کنند. آنها می‌گویند این ابعاد می‌تواند گرانش کلاسیک نیوتن را در ابعاد زیر میلیمتر اصلاح کند. لذا اندازه‌گیری اثر کازیمیر می‌تواند به فیزیکدانان برای امتحان درستی این قبیل نظریه‌های بنیادی کمک کند.
کازیمیر و کلوئیدها
این واقعیت که نیروی جاذبه‌ای بین دو صفحه فلزی رسانا وجود دارد اولین‌بار بوسیله هندریک کازیمیر از آزمایشگاه‌های تحقیقاتی فیلیپس در هلند پیش‌بینی شد. آن زمان کازیمیر روی ویژگیهای محلولهای کلوئیدی مطالعه می‌کرد؛ موادی کشسان، مثل رنگ و سس مایونز که شامل ذراتی با اندازة میکرونی در یک مایع میباشند. ویژگیهای این قبیل محلولها بوسیله نیروی واندروالس - نیروهای جاذبه دوربرد که بطور طبیعی بین اتمها و مولکولها وجود دارد – تعیین می‌شود.
بنا به اظهارات یکی از همکاران کازیمیر بنام تیو آوربیک، این نظریه که در آن زمان برای توضیح نیروهای واندروالس به کار می¬رفت نمی‌توانست اندازه‌گیریهای تجربی روی کلوئیدها را بطور کامل توضیح دهد. بنابراین وی از کازیمیر خواست تا درباره این مسأله تحقیق کند. کازیمیر با همکاری دریک پالدر پی برد که تعاملات بین دو مولکول طبیعی فقط با در نظرگرفتن این واقعیت که نور با سرعت متناهی منتشر می‌شود قابل بیان است.
کازیمیر به زودی دریافت که این نتیجه بر اساس "نوسانات خلاء " قابل تفسیر است. سپس او این سوال را مطرح کرد که اگر دو آینه به جای دو مولکول در خلاء مقابل هم بودند چه اتفاقی می‌افتاد؟
این کاری بود که او را به سوی پیش‌بینی مشهورش از نیروی جاذبه بین صفحات منعکس کننده هدایت کرد.
فهم نیروی کازیمیر
گر چه نیروی کازیمیر کاملاً غامض به نظر می‌رسد، اما در حقیقت به خوبی قابل فهم است. قبلاً در مکانیک کلاسیک نظریه خلاء، ساده بود. اگر شما یک ظرف را از همه ذراتش خالی می‌کردید و دما را تا صفر مطلق پایین می‌آوردید، چیزی که باقی می‌ماند خلاء بود. اما ورود مکانیک کوانتوم دید ما را نسبت به خلاء کاملاً عوض کرد.
فرمت این مقاله به صورت Word و با قابلیت ویرایش میباشد
تعداد صفحات این مقاله 61 صفحه
پس از پرداخت ، میتوانید مقاله را به صورت انلاین دانلود کنید
دانلود مقاله تحولات نانوتکنولوژی