معرفی نانو تکنولوژی(نانو فناوری)-نانو مواد

[ghasem motamedi]

تاریخچه نانو تکنولوژِی :

استفاده از نانو تکنولوژی برخلاف تصور عمومی دارای سابقه تاریخی طولانی است.تفهيم اينكه نانوتكنولوژي چگونه اولين اثرات خود را بر زندگي بشريت گذاشت و اينكه از آن زمان تاكنون چگونه موجب زندگي بهتر و گشودن درهايي براي اكتشافات بيشتر بوده است کار چندان آسانی نیست.

کشفیات باستان شناسان روشنگر استفاده از نانو تکنولوژی حتی در دوران قبل از میلاد مسیح است. يك محصول معروف که از آن دوره به جا مانده و در کاوش های اخیر به دست آمده ، جام لیکورگوس است که در موزه بریتانیا نگه داری می شود. ماده اصلي اين جام از شيشه است و مربوط به قرن چهارم قبل از میلاد است.

این جام داراي بدنه برنزي با لبه هاي برجسته است و آن چيزي كه اين جام را بي همتا مي سازد اين است كه در برابر نورهای با رنگ های مختلف ، رنگ های مختلف را از خود نشان می دهد.

مطالعات ميكروسكوپي روشن نموده كه شيشه اين جام داراي ذرات نانو از جنس طلا و نقره است اين ذرات خواصي را بروز مي دهند كه از ذرات درشت موجود در آن متفاوت است.بعد ها در قرون وسطی از این روش برای ساخت شیشه کلیسا ها استفاده شد.

همچنین شواهدی مبنی بر نانوساختاری بودن رنگ آبی بکاربرده شده توسط قوم مایا موجود است.
شيشه هاي رنگي (400-1500) :
علي رغم نا آگاهي از دليل آن ، در ساخت شيشه هاي رنگي در زمان هاي بسيار دور ازذرات نانو استفاده مي شده است. رنگ سرخ ياقوتي بعضي از شيشه هاي رنگي به دليل نانو ذرات طلا بدام انداخته شده در ماده زمينه آن مي باشد . به همان ترتيب رنگ زرد پررنگ بدليل نانو ذرات نقره است . اندازه متفاوت نانوذرات ،دليل رنگ هاي الوان و متنوع بوده است . اين مثال از تعويض خواص ظاهر شده در مواد ( در مورد رنگ ها ) در ذرات نانو كلياتي از خواص اين ذرات است

دروتا ( ظروف سفالین) (1450- 1600 ) :
دروتا و اُمبريا ظروف سفالين با رنگ آميزي هنرمندانه در قرون 15 و 16 با بكار گيري اشكال ابتدايي از نانو تكنولوژي هستند . سراميك دروتا با رنگين كمان هاي شورانگيز يا لعاب هاي متاليك كه در قرون 15 و 16 در سراسر اروپا متقاضيان فراوان داشت . براي دستيابي به رنگهاي طلايي و قرمزاز نانو ذراتي از فلز مس و نقره به اندازه پنج ميليونيوم متر استفاده مي شد كه در عوض پخش كردن نور از سطح اجسام موجب مي گشت تا نور هايي با طول موج هاي متفاوت ساتع گردد كه موجب بوجود آمدن حالت رنگين كمان يا متاليك مي گشت.



كشف كلوئيد هاي طلا 1857
گرچه كلمه "نانو" در آن زمان استفاده نمي شد اما ميشل فارادي اولين كلوئيد هاي فلزي را در1856 كشف كرد .
كلوئيد ها ذراتي هستند كه در يك محلول معلق اند ( مابين ذرات حل شونده و آنهايي كه در حلال رسوب مي كنند).
كلوئيد هاي طلايي فارادي خواص الكترونيكي و شيميايي مخصوصي داشتند و الآن بعنوان يكي از بهترين نانو ذرات فلزي شناخته می شوند. بنا به تشخيص بسياري ، يكي از بهترين آزمايشگرها و شيميست ها و فيزيسين هايي كه تابحال بدنيا آمده دانشمند انگليسي فارادي بوده كه داراي تحصيلات ابتدايي بود و در 14 سالگي شاگرد يك صحاف كتاب بوده . در آنجا اوبه كارهاي شيمي و فيزيك علاقه مند بود و بعد از شنيدن سخنراني شيميست معروف هامفري ديوي يادداشتهايي از سخنراني ديوي را برايش ارسال مي كند و به اين ترتيب معاون ديوي در آزمايشگاه رويال در انسيتو لندن مي شود . در سن 21سالگي بيش از 600 آزمايش توسط او انجام مي گيرد .

1908 تئوري مـاي (Mie):
فيزيكدان آلماني گوستاو ماي نقش مؤثري در نانو تكنولوژي با طرح تئوري پراكندگي نور توسط ذرات داشت . او نشان داد كه امواج كوتاه در پراكندگي نور مؤثر تر از امواج با طول موج بلند است . ما آسمان را آبي مي بينيم چرا كه مولكولهاي هوا ( كه بسيار ريز هستند) در فاصله كوتاه نور را بيشتر در طول موج آبي مي شكنند تا زرد يا قرمز چرا كه نور آبي امواج كوتاه تري دارد . وقتي خورشيد غروب مي كند نسبت به وسط روز فاصله بيشتري از ما مي گيرد ،در اين مورد پراكندگي بيشتر توسط ذرات گرد و غبار صورت مي گيرد . اين ذرات هنوز اثر بيشتري بر امواج آبي دارد تا زرد و قرمز ، بنابراين نوري كه هنوز شكسته نشده به ما مي رسد كه مخلوطي از رنگهاي زرد و قرمز است . پس رنگ آسمان در هنگام غروب قرمز و زرد به نظر مي رسد.
تئوري ماي به دانشمندان كمك كرد تا به اين نتيجه برسند كه اندازه ذرات مشخص كننده رنگي است كه ما مي بينيم . ماي اندازه تعداد زيادي از ذرات را بوسيله تشخيص نورهايي كه آنها را مي شكند بدست آورد . براي اندازه گيري نانو ذرات و ذرات بزرگتر اين تئوري مستلزم محاسبات هنگفتي است بنابر اين تا حدود 20 سال پيش - كه سوپر كامپيوتر ها توانمند شدند - بندرت بكار برده مي شد . هم اكنون تئوري ماي (بخوبي پيشرفت هاي اخير ديگر ) به پژوهشگران كمك مي كند تا اندازه نانو ذرات را محاسبه كنند.

ريچارد فيمن 1959
شاید بتوان بزرگترین تحول در تاریخ نانوتکنولوژی را در سخنرانی فیزیکدانی به نام ریچارد فیمن (استاد فيزيك انستيتو كالتك ) در کنفرانس انجمن فیزیک آمریکا در سال 1959 دانست.در این کنفرانس ایشان با ارائه مقاله ای با عنوان (( فضای کافی در پایین وجود دارد))، در باره دستکاری مواد در ابعاد اتمی صحبت نمود.این مقاله امروزه به عنوان بخشی از آیین نامه انجمن های نانو تکنولوژی در آمده است.
او سال 2000 را سال ورود به دنياي ريز ناميد .اوبا انجام محاسباتی نشان داد که می توان با استفاده از پرتوی الکترونی کل اطلاعات نسخه 25000 صفحه ای دایره المعارف بریتانیکا را بروی یک سر سوزن جای داد و به حاضرين در جلسه قول داد به اولين كسي این کار را انجام دهد، يك هزار دلار جايزه خواهد داد ( اين جايزه را تام نیومن در سال 1985 دريافت كرد).

بخشی از سخنرانی فیمن در آن جلسه به این شرح است:
من ضد جاذبه اختراع نمی کنم ، چیزی که ممکن است روزی اتفاق بیفتد تنها اگر قوانین ، قوانینی نباشد که ما فکر می کنیم . من در باره آن چیزی صحبت می کنم که می تواند رخ دهد، اگر قوانین آن چیزی باشند که ما فکر می کنیم ؛ و این به سادگی امکان پذیر است زیرا ما هنوز به آن وارد نشده ایم.

فيمن بعدها در سال 1965جايزه نوبل را در رشته فيزيك دريافت كرد.

اولين استفاده از كلمه نانوتكنولوژي 1974
كلمه نانو تكنولوژي اولين بار توسط نوريو تانيگوچي (Norio Taniguchi ) از دانشگاه علوم توكيو بكار برده شد . او اين كلمه را در ارتباط با " تكنوژي محصولات براي دستيابي به دقت بالا و بهترين اندازه ها بعنوان مثال دقيق ترين و عالي ترين در حد يك نانو متر " بكار برد .

نانولوله هاي كربني 1991
سوميو ليجيما (Somio Ligima ) از NEC در ژاپن شكل جديدي از كربن با نام لوله هاي نانو را كشف كرد كه شامل تعدادزيادي لوله است كه در كنار يكديگر لانه گزيده اند .دوسال بعد از ليجيمتا ،دونالد بتون (Donald Bethune ) و ديگران در IBM آمريكا نانوتيوبهاي تك ديواره با ضخامت 1-2 نانومتر را كشف كردند . نانو تيوب ها رفتاري شبيه فلزات يا نيمه رسانا داشتند اما مي توانستند الكترونها را بهتر از مس و گرما را بهتر از الماس عبور دهند و جزو مواد مستحكم شناخته شدند .نانو تيوبها خواهند توانست نقش محوري در فعاليت هاي كاربردي داشته باشند و در نانو تكنولوژي باتوجه به ويژگي الكتريكي قابل ملاحظه و خواص مكانيكي آنها قابل بهره برداري گردند .


میکروسکوپ ها:
در این بین ساخت و اختراع میکروسکوپ های مختلف (اولين ميكروسكوپ الكتروني 1931 ، ميكروسكوپ الكتروني با زمينه يوني اروين مولر 1951، ميكروسكوپ اسكنينگ تونلينگ 1981 ،ميكروسكوپ نيروي اتمي 1986) نقش عمده ای در شناخت و پیشرفت نانوتکنولوژیِ ایفا کردند.
هدف در نانو تکنولوژِی:

هدف اصلی در نانو تکنولوژی ، ساخت و تولید موادی با خصوصیاتی است که ما می خواهیم و نه آنچه طبیعت به ما تحمیل می کند.

نگاهی بر فناوری ‌نانو در ترکیه
فناوري‌نانو يكي از حوزه‌هاي تحقيقاتي راهبردي محسوب مي‌شود. انجام تحقيقات در اين زمينه يكي از شاخص‌هاي نشان‌دهنده سطح توسعه صنعتی هر كشوري است. تركيه از كشورهاي عضو اتحاديه اروپا با جمعيت 65 ميليون نفر است. اين كشور در سال‌هاي اخير شاهد توسعه چشمگير علم و فناوري‌نانو بوده است. در این كشور بيشتر تحقيقات فناوري‌نانو در مرحله تئوري بوده و اغلب آنها بصورت فردي انجام مي‌شوند. با ‌آغاز برنامه 6 توسعه علم و فناوري اتحاديه اروپا (FP6)، محققان فناوري‌نانو در اين كشور به دنبال طراحي رويكردهاي جديد در تحقيق و توسعه فناوري‌نانو هستند. اولين همايش فناوري‌نانو در كشور تركيه توسط دانشگاه بيلكنت در آنكارا در سال 2005 سازماندهي شد. تعداد علاقمندان به شركت در اين همايش غير قابل‌انتظار بود. تعداد زيادي از محققان، متخصصان، كارشناسان علم و فناوري در اين همايش شركت كردند.
تاكنون دانشگاه‌هاي دولتي و خصوصي شروع به سرمايه‌گذاري در تحقيقات علم و فناوري‌نانو كرده‌اند و سازمان‌هاي دولتي و خصوصي نیز از تحقيقات فناوري‌نانو حمايت مي‌كنند. بعلاوه تركيه در برنامه 6 توسعه علم و فناوري اتحاديه اروپا مشاركت كرده و طرح‌هاي تحقيقاتي اين كشور در زمينه علم و فناوري‌نانو در چارچوب اين برنامه نيز حمايت مي‌شوند.
در چارچوب اين برنامه مركز ملي تحقيقات فناوري‌نانو (UNAM) با همكاري دانشگاه بيلكنت و سازمان برنامه‌ريزي دولتي تركيه تأسيس شد. مركز تحقيقات فناوري‌نانو در دانشگابيلكنت در تحقيق و توسعه علم و فناوري‌نانو با تأكيد بر آموزش و پژوهش فعاليت مي‌كند. زمينه‌هاي تحقيقاتي مورد توجه اين مركز، انجام تحقيقات در زمينه مسائل نظري و استفاده از كاربردهاي فناوري‌نانو در زمينه‌هاي نانولوله‌ها، نانوسيم‌ها، نقاط كوانتومي، ملكول‌هاي مغناطيسي و سطوح است. اين مركز، يك مركز تحقيقات بين‌رشته‌اي بوده و مركز انجام فعاليت‌هاي تحقيقاتي فناوري‌نانو در دانشكده‌هاي علم و مهندسي اين دانشگاه و ساير دانشگاه‌هاي علاقمند به دسترسی به امكانات اين مركز است. ساير دانشگاه‌هاي تركيه كه به دنبال رقابت در حوزه‌هاي تحقيقاتي بين‌المللي هستند، در حال تأسيس مراكز تحقيق و توسعه فناوري‌نانوي خود هستند. اين دانشگاه‌ها بيشتر در زمينه‌هاي سراميك‌هاي پيشرفته، فيلم‌هاي نازك نانوساختار، نيمه‌هادي‌ها، نانوكامپوزيت‌ها و پليمرهاي پيشرفته فعاليت مي‌كنند.
دانشگاه خصوصي سابانك (sabanc) در استانبول يكي از پيشگامان فعاليت در زمينه تحقيقات فناوري‌نانو است. اين دانشگاه از طريق انجام تحقيقات مشترك در چارچوب برنامه‌هاي شيمي، مواد و مهندسي، مهندسي ميكروالكترونيك و مهندسي زيستي، فعاليت‌هاي تحقيقاتي گسترده‌اي در زمينه نانواسنفج‌ها و نانو‌لوله‌هاي‌كربني، فناوري حسگرها و ژل، سراميك، مواد اپتيك، كريستال‌هاي مايع و پليمرهاي نوري غيرخطي، پليمرهاي رسانا و ... انجام مي‌دهد. دانشگاه فني خاورميانه، دانشگاه كتپ در آنكارا و دانشگاه باسفوروس (Bosphorus) در استانبول، نيز در زمينه تحقيقات فناوري‌نانو فعاليت مي‌كنند. در دانشگاه فني خاورميانه يك آزمايشگاه مركزي (METU) و مركز تحقيق و توسعه وجود داشته و تحقيقات فناوري‌نانو در اين مركز عمدتاً بر حوزه مواد زيستي، موادهوشمند و نانوكامپوزيت‌ها تمركز دارند. دانشگاه هاكتپ (Hacettepe) با دارا بودن بخش شيمي و مهندسي شيمي در حوزه نانوپليمرها، نانوكامپوزيت‌ها و نانومواد زيستي فعاليت مي‌كند. دانشگاه Bosphorus در زمينه علم و فناوري‌نانو با مركز بين‌المللي تحقيق و توسعه فناوري‌هاي پيشرفته، مواد هوشمند و فناوري‌نانو همكاري مي‌كند.
علاوه بر دانشگاه ها، مؤسساتي چون موسسه فناوری‌نانو نیز در این کشور در زمینه تحقیق و توسعه فناوری‌نانو بسيار فعال هستند. برنامه‌ریزی و سیاست‌گذاری در زمینه علم و فناوری‌نانو در کشور ترکیه توسط كميته تحقيقات علمي و فناورانه این کشور (TUBITAK) انجام می‌شود. اهداف این کمیته که در سال 1963 تاسیس شده است عبارتند از: سازماندهی، هماهنگی و ارتقای تحقیقات بنیادی و کاربردی؛ جهت‌دهی فعالیت‌های تحقیقاتی در راستای اهداف برنامه توسعه ملی و تعیین اولویت‌های تحقیقاتی.
کمیته عالی علم و فناوری (SCST) در سال 2000 اعلام کرد که سیاست‌های علم و فناوری جدید باید تدوین شده و حوزه‌های اولویت‌دار ترکیه در این زمینه بین سال‌های 2002 تا 2023 مشخص شوند. TUBITAK به عنوان دبیرخانه SCST انجام این پروژه را بر عهده گرفت. TUBITAK برای تدوین برنامه علم و فناوری جدید از ابزار آینده‌نگاری استفاده کرد. بدین ترتیب برنامه آینده‌نگاری فناوری ترکیه با اهداف زیر آغاز شد: 1) ایجاد چشم‌انداز علم و فناوری برای ترکیه؛ 2) تعیین فناوری‌های راهبردی و حوزه ‌های اولویت‌دار علم وفناوری؛ 3) تدوین سیاست‌های علم و فناوری برای 20 سال آتی؛ 4) مشارکت ذینفعان مختلف در تدوین برنامه علم و فناوری جهت جلب مشارکت آنها در اجرای این برنامه؛ و 5) افزایش آگاهی مردم در زمینه علم وفناوی برای توسعه اقتصادی و اجتماعی. بعد از برگزاری کارگاه‌ها و جلسات مختلف کمیته راهبری 9 فناوری و بخش‌های مرتبط را، به عنوان اولویت‌های این کشور در زمینه علم و فناوری انتخاب کرد. فناوری‌نانو نیز در این چشم‌انداز، در زیرمجموعه‌های این 9 اولویت انتخاب شد.
طبق گزارش راهبردهاي علم و فناوري‌نانو كه توسط TUBITAK و در چارچوب چشم انداز 2023 اين كشور منتشر شده است، حوزه‌هاي اولويت دار اين كشور در حوزه علم و فناوري نانو عبارتند از:
• نانوفتونيك؛ نانو الكتريك و نانومغناطيس با هدف تبديل شدن به مركز بين‌المللي توليد سيستم‌هاي مدار مجتمع با استفاده از نانوساختارها
• نانو مواد؛ با هدف توليد مواد نانوكامپوزيت پيشرفته، كاتاليست‌ها و مواد زيستي هوشمند، توليد ادوات نانوالكترونيك و نانو مكانيك به روش خودمونتاژي
• پيل‌هاي سوختي و انرژي؛ برنامه‌ريزي براي توليد پيل‌هاي سوختي با كارآيي بالا
• تعيين مشخصات فناوري‌نانو؛ با هدف بهبود كارايي ميكروسكوپ‌هاي پروب‌روبشي و ميكروسكوپ‌هاي نيروي اتمي
• نانو ساخت؛ با هدف توليد نانوساختارها و سيستم‌هاي مدار مجتمع
• پردازش اطلاعات كوانتومي با اندازه نانو؛ با هدف پيشگامي در طراحي، شبيه‌سازي وتوليد واحدهاي نانو مقياس
• نانو زيست فناوري؛ برنامه‌ريزي برای بهبود تشخيص DNA
توسعه‌ها و راهبردهاي جديد، به همراه دانشمندان مطرح، تركيه را در جايگاهي مناسب قرار داده و انتظار مي رود كه اين كشور در آينده از پيشگامان توسعه علم و فناوري‌نانو در دنيا باشد.
تلاش روسيه براي جلب مشاركت بانك‌ها در زمينه فناوري‌نانو


آناتولي چيوبايس، رييس ستاد فناوري‌نانوي روسيه (RUSNANO)، با نمايندگان بانك‌هاي سرمايه‌گذاري بزرگ كه در حوزه‌ي نوآوري‌ها و فناوري‌هاي نوين سرمايه‌گذاري مي‌كنند، ديدار كرد. در اين نشست، وي با نمايندگان بانك‌هاي آلِمار، سيتي‌بانك، كرديت سوييس، گودلمن ساچ، جي‌پي‌مورگان، يو‌بي‌اِس، رنسانس كَپيتال و تروكيا دايالوگ، راه‌كارهاي ارتقاي سرمايه‌گذاري در پروژه‌هاي فناوري‌هاي نوين از جمله فناوري‌نانو را بررسي كردند.

هدف اين نشست مشترك، جذب سرمايه‌گذاران براي سرمايه‌گذاري در فرصت‌هاي كسب‌ و كاري جديد در زمينه فناوري‌هاي نوين در خارج از روسيه و تامين مالي پروژه‌هاي فعلي ستاد فناوري‌نانوي اين كشور بود.

نمايندگان بانك‌ها، زمينه‌هاي مهم فعاليت‌هاي ستاد فناوري‌نانوي روسيه را با توجه به فرصت‌هاي سرمايه‌گذاري موجود و رويكرد ستاد براي انجام سرمايه‌گذاري‌هاي مشترك كه دربرگيرنده منافع هر دو طرف مي‌باشد، را بررسي كردند.

RUSNANO خواهان افزايش همكاري با تمام بانك‌هاي علاقمند به سرمايه‌گذاري در پروژه‌هاي اين ستاد بوده و در اين راستا تلاش مي‌كند به جنبه‌هاي مختلف اين همكاري‌ها توجه كرده و بستر مناسب همكاري در پروژه‌هاي مختلف را فراهم كند.

به اعتقاد چيوبايس، همكاري بانك‌هاي سرمايه‌گذاري با RUSNANO، به اين ستاد امكان مي‌دهد تا تعداد پروژه‌هاي خود را توسعه داده و كارايي فعاليت‌هاي ستاد را ارتقا دهد.

ستاد فناوري‌نانوي روسيه به دنبال افزايش همكاري با تعداد بيشتري از شركت‌هاي روسي و بين‌المللي بوده تا بتواند طرح‌هاي تحقيقاتي بيشتري را در زمينه‌هاي مختلف اجرا كند.

رويكرد سرمايه‌گذاري RUSNANO تقسيم ريسك سرمايه‌گذاري بانك‌هاي همكار است و از اين طريق تلاش مي‌كند تا تعداد شركت‌هاي كوچك و متوسط فعال در زمينه فناوري‌نانو را افزايش دهد.
همكاري روسيه و فنلاند در زمينه فناوري‌نانو


در روزهاي 28 و 29 آوريل سال جاري ميلادي، نمايندگان ستاد فناوري‌نانوي روسيه (RUSNANO) و سازمان توسعه فناوري‌نانوي فنلاند ("FinNano")، در سن‌پيترزبورگ، راهكارهاي انجام پروژه‌هاي مشترك در حوزه فناوري‌نانو را بررسي كردند.

به گفته دميتري ليسنكوف،دبير ستاد فناوري‌نانوي روسيه، اين ستاد پروژه‌هايي را كه در حال حاضر ارزيابي مي‌شوند را به همتاي فنلاندي معرفي كرده است تا آنها در زمينه كمك به تامين مالي آنها تصميم‌گيري كنند. همچنين طرف فنلاندي نيز پروژ‌ه‌هاي خود را كه نيازمند همكاري طرف روسي در آنها است، ارائه كرده است. ليسنكوف خاطرنشان كرده است كه آنها در كوتاه مدت به دنبال سازماندهي بحث‌هاي نظري در زمينه‌هاي مختلف سرمايه‌گذاري هستند.

استفاده از تجربه كشور فنلاند در زمينه تجاري‌سازي محصولات و خدمات ابداعي، بخصوص در زمينه علم و فناوري‌نانو براي روسيه كه در سال‌هاي اخير سرمايه‌گذاري‌هاي كلاني در اين زمينه انجام داده است، بسيار حايز اهميت است.

برخي از اهداف اصلي اين توافق‌نامه همكاري عبارتند از:

• اجراي سياست‌هاي دولتي در زمينه فناوري‌نانو؛
• تجاري‌سازي فعاليت‌هاي علمي و فني در قلمرو فناوري‌نانو؛
• ارتقاي پروژه‌هاي زيرساختي در جهت توسعه و تجاري‌سازي كاربردهاي فناوري‌نانو؛
• آموزش متخصصان فعال در اين زمينه.

تعداد شركت‌هاي فعال فنلاند در زمينه فناوري‌نانو به بيش از سه برابر افزايش يافته و طي 4 سال تعداد آنها از 65 شركت به بيش از 200 شركت افزايش يافته است. سرمايه‌گذاري خصوصي در زمينه فناوري‌نانو در اين كشور بيشتر از ميزان سرمايه‌گذاري دولت در اين زمينه است. بيشتر شركت‌هاي فناوري‌نانوي فنلاند نيز در زمينه‌هاي پزشكي، صنايع شيميايي، فناوري اطلاعات و ارتباطات و ذخيره انرژي فعاليت مي‌كنند.
پروژه جامع اروپا براي توسعه آموزش فناوري‌نانو


كشورهاي اروپايي در قالب پروژه NANOYOU بيش از 30هزار دانش‌آموز خود را در زمينه علم و فناوري‌نانو آموزش مي‌دهند. هدف از طراحي اين پروژه، ارتقاي سطح آگاهي جوانان اروپايي در زمينه فناوري‌نانو است. اين پروژه افراد 11 تا 18 سال را از طريق برنامه‌هاي مدارس در 20 كشور عضو اتحاديه اروپا و دولت‌هاي مربوطه، پوشش خواهد داد. البته برنامه‌هاي ديگري نيز براي آموزش افراد بين 19 تا 25 سال، در مراكز علمي مختلف اروپا ارائه خواهد شد.

در حالي كه برنامه ششم توسعه تحقيقات و فناوري اتحاديه اروپا (FP6)، طرح‌هاي بسيار خوبي براي آگاه كردن مردم از علم و فناوري‌نانو ارائه كرده است، اما هيچ كدام از آنها به طور خاص بر قشر جوان تمركز نكرده‌اند و فعاليت‌هاي آنها در سطح مدارس انجام نشده است.

NANOYOU با برپايي نمايشگاه‌هاي موقتي، بازي‌هاي رايانه‌اي ابداعي، طرح‌هاي تجربي و آنلاين و برگزاري كارگاه‌ها، به دنبال ارتقاي بحث‌هاي عمومي در زمينه فناوري‌نانو بوده و تلاش مي‌كند آگاهي شركت‌كنندگان در اين پروژه را در زمينه جنبه‌هاي اخلاقي، اجتماعي و قانوني فناوري‌نانو ارتقا دهد.

محتواي برنامه‌هاي NANOYOU متعادل و به روز شده، و با تهيه مواد آموزشي براي معلمان، سطح دانش علمي آنها و ساير پرسنل همكار ارتقا يافته، تا بتوانند به طور اثربخش برنامه‌هاي NANOYOU را اجرا كنند.

NANOYOU، كنسرسيوم قدرتمندي از همكاران با تجربه در زمينه فناوري‌نانو، متدولوژي آموزشي، ارتباطات علمي و سازمان‌هاي برتر و با تجربه در زمينه فعاليت‌هاي ارتباطاتي در سطح مدارس و مراكز علمي است.
عوامل موفقيت شرکت‌هاي نوپاي ميکرو و نانو در آلمان
خلاصه :
موفقيت شرکت‌هاي نوپاي ميکرو و نانو به مجموعه عواملي مانند کيفيت، قوه ابتکار و قابليت کاربرد فناوري بستگي دارد؛ اما جدا از جهت‌گيري‌هاي شخصي هر شرکت و گرايش‌هاي بازار جهاني، شرايطي ساختاري، اقتصادي و سياسي کلي‌ وجود دارد که تأثير بسزايي بر شروع و ادامة سرمايه‌گذاريهاي جديد دارد. پروژه دورتموند و تحقيقات ‏IVAM، در رابطه با اين شرايط و عوامل موفقيت شرکت‌هاي نوپاي ميکرو و ‌نانو، تجزيه و ‏تحليلي را انجام دادند که در گزارش بررسي شرکت‌هاي نوپاي ميکرو و نانو در سال 2006‍ به چاپ رسيده است.‏
خلاصه
موفقيت شرکت‌هاي نوپاي ميکرو و نانو به مجموعه عواملي مانند کيفيت، قوه ابتکار و قابليت کاربرد فناوري بستگي دارد؛ اما جدا از جهت‌گيري‌هاي شخصي هر شرکت و گرايش‌هاي بازار جهاني، شرايطي ساختاري، اقتصادي و سياسي کلي‌ وجود دارد که تأثير بسزايي بر شروع و ادامه سرمايه‌گذار‌ي هاي جديد دارد. پروژه دورتموند و تحقيقات IVAM، در رابطه با اين شرايط و عوامل موفقيت شرکت‌هاي نوپاي ميکرو و ‌نانو، تجزيه و تحليلي را انجام دادند که در گزارش "بررسي شرکت‌هاي نوپاي ميکرو و نانو در سال 2006‍ " به چاپ رسيده است. در اين پروژه، مطالعات جامعي براي به دست آوردن اطلاعات دقيقي از انگيزه‌ها، تقاضاها و فرصت‌هاي شرکت‌هاي نوپاي ميکرو و نانو انجام شد و نيز سود و زيان شرکت‌هاي پيشرو در اين زمينه در آلمان که از نقطه نظر توسعه و بهبود مي‌تواند موجب افزايش موفقيت شرکت‌هاي جوان گردد بررسي شد.
مطالعات نشان داد كه برخي از اين شرايط، همچون حمايت رو به‌ رشد از خدمات مشاوره‌اي و زيربنايي از طريق اعتبارات ملي، مي‌تواند به طور نسبي براي شركت‌هاي نوپاي فناروي‌هاي برتر آلمان مثبت باشد. نقص در امر سرمايه‌گذاري‌، آموزش و اجرا نيز از ديگر مواردي است كه در خلال مطالعات به دست آمد.
تجزيه و تحليل عوامل موفقيت شرکت‌هاي نوپاي ميکرو و نانو ارتباطي بين رشد شرکت‌ها (بر حسب قدمت، تعداد کارمندان و حجم معاملات سالانه) و پيشينه حرفه‌اي/ آموزشي مؤسسان، وضعيت سرمايه‌گذاري اوليه، انگيزه مؤسسان و موقعيت تجاري آنها آشکار ساخت.
شكل1: تأسيس شركت هاي ميكرو و نانو در آلمان بين سالهاي 1985 تابش دهي 2005 (سال هاي 2004 و 2005 ) آگاهي از سختي‌ها و مشکلات شرکت‌هاي تأسيس شده قبلي نيز مي‌تواند براي بقاي شرکت‌هاي جوان ضروري باشد.
1. معرفي گزارش بررسي شرکت‌هاي نوپاي ميکرو و نانو،
شرايط کلي و عوامل موفقيت اين شرکت‌ها را در آلمان بررسي کرده و نتايج به دست آمده از مصاحبه با مؤسسان شرکت‌هايي که در خلال سال‌هاي 2000 تا 2005 در اين حوزه سرمايه‌گذاري نموده‌اند را تنظيم نموده است. اين مطالعه بر پايه SMEهايي (شرکت‌هاي سرمايه‌گذاري کوچک و متوسط) که در فناوري‌هاي کوچک‌سازي (مينياتوري کردن) شامل فرآيندهاي توليد و تجهيزات ميکروني (اغلب فرآيندها و محصولات فناوري‌ نانوي بالا به پايين) و نيز خدمات فني و غيرفني‌ فعال بوده‌اند استوار مي‌باشد. 48 پرسش‌نامه از ميان 154 پرسش‌نامه‌ فرستاده شده براي مؤسسان، تکميل و بازگردانده شد. طبق اين آمار 2/31 درصد از مؤسسان در اين تحقيق شرکت نمودند. به منظور بازبيني نتايج به دست‌آمده از اطلاعات آماري، اين نتايج با کارشناساني که در زمينه راه‌اندازي شرکت‌هاي high-tech (فناوري‌هاي برتر) فعاليت دارند، به شيوه‌هاي مختلف به بحث گذارده شد.
.2داده‌هاي آماري:
تحقيقات انجام شده در پايگاه اطلاعاتي شرکت‌ها، کنفرانس‌ها و نمايشگاه‌هاي تجاري، پروژه‌هاي با سرمايه‌گذاري دولتي، آمارهاي تجاري و ديگر منابع نشان داد که بين سال‌هاي 1985 تا 2005، بيش از 400 شرکت ميکرو و نانو در آلمان تأسيس شده و به عنوان ‌SEMهاي مستقل باقي مانده‌اند. بعد از روند رو به رشد تأسيس اين شرکت‌ها در نيمه دوم 1995 ، افت قابل ملاحظه‌اي در سال 2002 اتفاق افتاد؛ اين امر با رکود اقتصادي حاصل از سقوط بازار جديد مرتبط است. بيش از 60 درصد شرکت‌هايي که بين سال‌هاي 1985 تا 2005 به وجود آمدند در چهار ايالت فدرال North Rhine-Westphalia, Thurigia, Bavaria, Baden-Wurttenberg تأسيس شدند. در اغلب ايالت‌هاي فدرال، تعداد شرکت‌هاي ميکرو و نانو به وضوح با سهم بودجه تحقيق و توسعه هر ايالت مرتبط است.
شكل 2: موانع تأسيس شركت هاي نوپاي ميكرو و نانو در آلمان 3. انگيزه مؤسسان
حدود نيمي از مؤسسان شرکت‌هاي ميکرو و نانو در آلمان به جاي ورود به بازار، بر توسعه فني متمركز شده‌اند. فقط 50 درصد مؤسسان انتظار دارند که به افزايش رقم فروش در بازارهاي در حال رشد دست يابند و تنها 60 درصد آنها ابراز مي‌کنند که يک تقاضاي واقعي براي محصولاتشان وجود دارد. اين تحقيق آشکار ساخت که تفاوتي در طرز تفکر مؤسسان اين شرکت‌ها در آلمان و ساير کشورها مانند ايالات متحده وجود دارد، زيرا شرکت‌هاي مؤسس در ساير کشورها مشتاقند با استفاده از سود و فروش بيشتر يک شرکت موفق، شرکت جديد ديگري راه‌اندازي کنند.
شكل 3: عوامل مؤثر بر انتخاب محل شركت شرکت‌ها در آلمان و ساير کشورها مانند ايالات متحده وجود دارد، زيرا شرکت‌هاي مؤسس در ساير کشورها مشتاقند با استفاده از سود و فروش بيشتر يک شرکت موفق، شرکت جديد ديگري راه‌اندازي کنند.
4. شرايط و موانع اساسي
به علت افزايش خدمات مشاوره‌اي و ساير خدماتي که از سهم اعتبارات ملي تأمين مي‌شود، مؤسسان شرکت‌هاي ميکرو و نانو با مشکلات کمتري روبرو هستند. فقط 3/6 درصد اظهار داشته‌اند که تهيه يک طرح تجاري، مانعي براي تأسيس شرکت است؛ که البته رقم بسيار کوچکي است و ممکن است به علت تصورات غلط مؤسسان در مورد توقعات خود از سرمايه‌داراني به وجود آمده باشد که تصميمات سرمايه‌اي خود را بر اساس کيفيت طرح‌هاي تجاري اتخاذ مي‌کنند. تلاش‌هاي مورد نياز براي ايجاد رويه‌هاي اجرايي، مانعي براي يک چهارم مؤسسان شرکت‌هاي ميکرو و نانو محسوب مي‌شود. به هر حال تشکيل اين مؤسسات ندرتاً به خاطر موانع اجرايي با شکست روبرو مي‌شود. اين شرکت‌‌ها در فاز راه‌اندازي، زماني که منابع انساني، زيرساخت‌هاي فني و زيرساخت‌هاي اقتصادي مورد نياز است، با موانع بزرگ‌تر و بيشتري مواجه هستند (سه مقوله‌اي که شرکت‌هاي ميکرو و نانو نياز مبرم به آنها دارند). در مورد منابع انساني به نظر مي‌رسد پيدا کردن متخصصان مناسب و واجد شرايط، مشکلات کمتري در مقايسه با آموزش خود مؤسسان، به خصوص در مورد مديريت بازرگاني و دانش بازاريابي دارد. به وضوح مشخص است که مؤسسان دانشگاهي با پيشينه علمي يا فني، فرصت کافي براي کسب دانش در حوزه مديريت بازرگاني را در طي دوره دانشگاهي خود نداشته‌اند. به هر حال، يک مديريت حرفه‌اي، درست مانند يک طرح تجاري براي ترغيب سرمايه‌گذاران جهت سرمايه‌گذاري در شرکت ضروري است. جلب سرمايه‌گذاري، بزرگ‌ترين مانع بر سر راه شرکت‌هاي نوپاي ميکرو و نانو در کشور آلمان است؛ تقريباً 70 درصد مؤسسان براي تأمين منابع مالي جهت تأسيس شرکت‌ها با مشکلاتي مواجه هستند و تقريباً يک سوم سرمايه‌گذاري‌ها (معمولاً سرمايه‌هاي متمرکز) از طريق سرمايه‌هاي خصوصي تأمين مي‌شود، نه از طريق سرمايه‌هاي خطرپذير، وام‌هاي بانکي يا سرمايه‌هاي ملي.
شكل 4: انتخاب محل كسب وكار براي كساني كه محل تأسيس را آناليز نكرده اند (چپ) و كساني كه محل تأسيس را آناليز كرده اند(راست). .5 عوامل محلي (محيطي):
انتخاب مکان‌هاي تجاري شرکت‌هاي ميکرو و نانو عمدتاً بر پايه عوامل محيطي سخت، مانند نزديکي به مؤسسات تحقيقاتي، دسترسي به نيروهاي متخصص و تأسيسات زيربنايي استوار است. عوامل محيطي نرم، مانند نزديکي محل کار به محل زندگي و کيفيت زندگي اهميت کمتري دارد. به هر حال وقتي مؤسسان شرکت‌هاي ميکرو و نانو با تعيين مکان تجاري‌شان، آماده استقرار در آن مکان مي‌شوند، فقط 46 درصد از آن‌ها مکان‌هاي تجاري خود را بررسي و تجزيه و تحليل مي‌کنند. بيشتر شرکت‌هاي انشعابي (Spin- off) در کنار مؤسسات يا شرکت‌هاي مادر خود باقي مي‌مانند.

شكل 5: تأثير حاستگاه مؤسسان بر توسعه شركت ها

جابه‌جايي اندک براي دانشگاه‌ها و مؤسساتي که شرکت‌هاي زيادي از آنها منشعب شده‌است، يک مزيت بزرگ محسوب مي‌شود. با اين حال، مجموعه‌هاي پيشگامي اشتراکي (Communal Cluster initiatives) که زيرساخت‌ها و خدمات ويژه‌اي براي شرکت‌هاي فناوري‌هاي برتر ارائه مي‌کنند، در جذب شرکت‌هاي نوپا موفقند؛ 90 درصد مؤسساتي که موقعيت تجاري خود را تجزيه و تحليل كرده‌اند، کسب‌و‌کار خود را در مجموعه‌هاي (خوشه‌هاي) ميکرو و نانوي موجود برپا نموده‌اند. مؤسسان تمايل دارند مکان تجاري خود را در خوشه‌هايي انتخاب كنند كه بيش از 30 شرکت ميکرو و نانو در آن مستقر باشد.
6. عوامل موفقيت
بيش از سه‌چهارم شرکت‌هاي ميکرو و نانو که بين سال‌هاي 2000 تا 2005 تأسيس شده‌اند از شرکت‌هاي از پيش تأسيس شده، مؤسسات تحقيقاتي يا دانشگاه‌ها منشعب شده‌اند. در مورد حجم معاملات و کارمندان، بايد گفت كه رشد شرکت‌هاي منشعب از مؤسسات تحقيقاتي و شرکت‌ها، سريع‌تر از شرکت‌هاي منشعب از دانشگاه‌ها بوده است. شرکت‌هاي منشعب از دانشگاه‌ها بيشتر از مشکلات اقتصادي رنج مي‌برند. به طور کلي سرمايه‌گذاري ناقص و ناکافي بر رشد شرکت‌ها تأثير منفي دارد. شرکت‌هاي نوپايي که سرمايه‌هاي خطرپذير يا بودجه ملي دريافت مي‌کنند، در مقايسه با شرکت‌هايي که از چنين منابع مالي استفاده نمي‌کنند رشد سريع‌تري دارند. به علاوه، انگيزه تأسيس شرکت نيز مي‌تواند بر موفقيت‌ آن تأثيرگذار باشد. شرکت‌هاي نوپايي که انتظار حجم معاملات بالا و تقاضاي واقعي دارند، نسبت به شرکت‌هايي که مخاطبشان بازارهاي موجود است، سريع‌تر رشد مي‌کنند.
تأسيس شرکت نيز مي‌تواند بر موفقيت‌ آن تأثيرگذار باشد. شرکت‌هاي نوپايي که انتظار حجم معاملات بالا و تقاضاي واقعي دارند، نسبت به شرکت‌هايي که مخاطبشان بازارهاي موجود است، سريع‌تر رشد مي‌کنند. به هر حال انگيزه مؤسسان ممکن است بر تصميمات تأمين‌کنندگان سرمايه‌هاي خطرپذير (VC) تأثير بگذارد. انتخاب مکان‌ تجاري نيز بر توسعه شرکت تأثير دارد. اغلب شرکت‌هاي سريع توسعه‌يافته، کسب‌و‌کار خود را در خوشه‌ها و مجموعه‌هاي بزرگ (شامل مکان‌هايي با بيش از بيست شرکت ميکرو و نانو) راه‌اندازي نموده‌اند. به طور حتم، به دليل وجود نوسانات سريع و غيرقابل محاسبه در اين شركت‌ها، همسو ساختن فعاليت‌هاي شركت با بازارهاي موجود و پيش‌بيني‌هاي فروش بازار، ضامن موفقيت شركت نيست. (برخلاف آن چه در بازارهايي مانند مخابرات وجود دارد) . علاوه بر اين اگر تأخيري اتفاق نيفتد توسعه محصولات و روانه‌سازي آنها به بازار اغلب به طور انبوه صورت مي‌گيرد. کمتر از نيمي از مؤسسان مصاحبه شده، طرح تجاري خود را مطابق با برنامه زمان‌بندي محقق ساخته‌اند. در نتيجه هنگام ورود محصول به بازار، ممكن است موقعيت آن به طور اساسي تغيير يابد و کاملاً از موقعيتي که در هنگام آماده‌سازي طرح تجاري متصور بود متفاوت باشد

[ghasem motamedi]

نگاه به فرآیندهای شیمیایی و بیولوژیکی از دید نانومتری یعنی در ابعاد اتمی اطلاعاتی به دست می‌دهد که بسیار راحت‌تر می‌توان مسیر حرکتی آن را مشخص و خواسته‌ها و نظرهای شخصی را در آن اعمال کرد. آنچه که امروز تحت عنوان نانوتکنولوژی مطرح است آشنا شدن و کنترل کردن بسیاری از پدیده‌ها در ابعاد اتمی و آنگسترومی است.

پیشرفت‌های اخیر در ساخت کربن تیوب، موتورهای بیومولکولی، سنسورهای با ابعاد باکتری، *****های میکرونی و دیگر موارد موجبات تغییر و تحول در علوم مختلف از جمله کامپیوتر، الکترونیک، هوافضا، بیوشیمی، محیط‌زیست، شیمی و دیگر علوم را فراهم آورده است. در این زمینه، علم شیمی نیز بی‌بهره نبوده و با حضور روش‌های میکروسکوپی و الکترودهایی با ابعاد نانومتر امکان بررسی ساختار و شناسایی بسیاری از سطوح فلزی و غیرفلزی میسر شده است.
دنباله در ادامه مطلب...


اولین اثر کاهش اندازه ذرات افزایش سطح است، افزایش نسبت سطح به حجم نانو ذرات موجب می‌شود که اتم‌های واقع در سطح اثر بسیار بیشتری نسبت به اتم‌های درون حجم ذرات بر خواص فیزیکی ذرات داشته باشند. این ویژگی واکنش‌پذیری نانو ذرات را به‌شدت افزایش می‌دهد به‌گونه‌ای که ذرات به‌شدت تمایل به آگلومره یا کلوخه‌ای شدن داشته باشند.

به عنوان مثال در مورد نانو ذرات فلزی به محض قرارگیری در هوا به سرعت اکسید می‌شوند. البته این خاصیت مزایایی هم دربر دارد. به عنوان مثال با استفاده از این خاصیت می‌توان کارایی کاتالیزور‌های شیمیایی را به نحو موثری بهبود بخشید و یا در تولید کامپوزیت‌ها با استفاده از این ذرات پیوند‌های شیمیایی مستحکم‌تری بین ماده زمینه و ذرات برقرار کرد.

علاوه بر این افزایش سطح ذرات فشار سطحی را تغییر داده و منجر به تغییر فاصله بین ذرات یا فاصله بین اتم‌های ذرات می‌شود. فاصله بین اتم‌های ذرات با کاهش اندازه آنها کاهش می‌یابد. البته این امر بیشتر برای نانو ذرات فلزی صادق است. در مورد نیمه ‌هادی‌ها و اکسید‌های فلزی مشاهده شده است که با کاهش قطر نانو ذرات فاصله بین اتم‌های آنها افزایش می‌یابد.

اگر اندازه دانه باز هم بیشتر کاهش یابد تغییرات شدید دیگری نیز رخ می‌دهد. از جمله این تغییرات آن است که اتم‌ها می‌توانند خودشان را در هندسه‌هایی که در جامدات توده‌ای غیرممکن است، آرایش دهند.


نانو مواد

نانو مواد به دو دسته کلی تقسیم می‌شوند: نانو ذرات و مواد نانو ساختار (یا مواد نانوکریستال) و مواد نانو ساختار به نانوسیم‌ها و نانو لوله‌ها، نانو لایه‌ها طبقه‌بندی می‌شوند.

تغییر در فاصله بین اتم‌های ذرات و نسبت سطح به حجم زیاد در نانو ذرات تاثیر متقابلی در خواص ماده دارد.برای مثال ترکیبات کاربیدی و نیتریدی پراکنده شده در یک ماتریس آمورف سختی‌های قابل مقایسه و یا بالاتر از الماس در مورد آنها گزارش شده است.

این تغییر در فاصله بین اتم‌های انرژی آزاد سطح پتانسیل شیمیایی را نیز تغییر می‌دهد.

این امر در خواص ترمودینامیکی ماده (مثل نقطه ذوب) تاثیرگذار است.

ملاحظه می‌شود که نقطه ذوب با کاهش اندازه ذرات کاهش می‌یابد و نرخ کاهش ذوب در اندازه خیلی کوچک بسیار شدید است.


روش‌های تولید نانو مواد

اصلی‌ترین روش‌های ساخت مواد نانو را می‌توان در دو روش کلی 1. روش بالا به پایین و 2. روش پایین به بالا خلاصه کرد.

1. روش بالا به پایین: در این روش با استفاده از یک سری ابزارها، مواد از جسم حجیم جدا شده و جسم کوچک می‌شود تا به اندازه‌های نانومتری برسد.


2. روش پایین به بالا: این روش درست در جهت مخالف روش بالا به پایین است. در این روش مواد نانو با استفاده از به هم پیوستن بلوک‌های سازنده مانند اتم‌ها و مولکول‌ها و قرار دادن آنها در کنار یکدیگر و یا استفاده از خودآرایی، تولید می‌شوند. خودآرایی عبارت است از طراحی مولکول‌ها و ابرمولکول‌هایی که اساس تشکیل آنها مکمل بودن شکل ساختاری است.

باید توجه داشت که اتم‌ها و مولکول‌ها همیشه در جایی که مورد نظر ماست قرار نخواهند گرفت و عاملی که محل قرارگیری آنها را تعیین می‌کند انرژی آنها است. به این صورت که مولکول‌ها در جایی قرار خواهند گرفت که کمترین انرژی آزاد را داشته باشند و به سمت انرژی آزاد ( ) منفی تمایل دارند. انرژی آزاد در یک سیستم به‌وسیله استحکام پیوند و انتروپی تعیین می‌شود.

روش‌های تولید انبوه که در تولید مواد نانو متری به کار می‌روند عبارتند از:

1. روش مکانیکی

2. روش سل ـ ژل

3. واکنش حالت‌های جامد ـ مایع

4. چگالش فاز گازی


1. روش مکانیکی

این روش یک نمونه از روش‌های بالا به پایین است و براساس متلاشی شدن ساختار دانه‌های درشت استوار است.

تکنیک آلیاژسازی مکانیکی روشی است که در آن با استفاده از یک آسیاب ساچمه‌ای انرژی بالا مخلوط پودرهای مختلف را در سطح اتمی با یکدیگر آسیاب و ترکیب می‌کنند. با استفاده از این تکنیک علاوه بر پودرهای عنصری خالص از پودرهای آلیاژی و سرامیک‌ها، نظیر اکسیدها، نیتریدها و غیره برای ایجاد آلیاژها و کامپوزیت‌ها استفاده می‌شود. مکانیزمی که در حقیقت به‌کار می‌رود، مکانیزم سایش مکانیکی همراه با خرد شدن است.

شکست دانه‌ها در حقیقت به علت انرژی است که به آنها انتقال داده می‌شود، که این انرژی به سرعت دورانی (یا ارتعاشی)، محفظه، اندازه و تعداد توپ‌ها نسبت جرم توپ به ذرات، مدت سایش در حین فرآیند سایش بستگی دارد.

معایب این روش نیز به شرح زیر است:

آلودگی و ناخالصی ناشی از ماده ساینده.

ایجاد ساختار خشن در پودرهای تولیدی.

عدم یکنواختی در اندازه دانه‌ها.

ترکیب شیمیایی غیر یکنواخت.


2. سل ـ ژل

سل ژل عبارتست از یک فرآیند خودآرایی خود به‌هم پیوستگی یا خود انباشتگی که در طی آن نانو مواد تشکیل می‌شوند.

کلوئیدی که در یک مایع معلق شده است سل نامیده می‌شود. سوسپانسیونی که شکل خودش را حفظ می‌کند ژل نامیده شود. در نتیجه سل ‌ـ ژل‌ها سوسپانسیون‌هایی از کلوئید‌ها در مایعات هستند که شکل را نگه می‌دارند. فرآیند سل ـ ژل همان‌طوری که از نامش پیداست مستلزم تکمیل تدریجی شبکه‌ها از طریق تشکیل یک سوسپانسون کلوئیدی (سل) و ژله‌ای شدن سل ـ برای تشکیل شبکه‌ای در یک فاز مایع پیوسته (ژل) است. پیش ماده‌های لازم برای سنتز این کلوئید‌ها عموما شامل یون‌هایی از یک فلز است اما گاهی اوقات سایر عناصر از طریق گونه‌های فعالی که لیگاند‌ها نامیده می‌شوند احاطه شده‌اند. الکوکسید‌ها و الکوکسیلان‌ها بیشتر متداول هستند به دلیل این که سریعا با آب وارد واکنش می‌شوند. تشکیل سل ـ ژل در چهار مرحله به‌وقوع می‌پیوندد:

1. هیدرولیز

2. تراکم و پلیمری شدن منومر‌ها برای تشکیل ذرات

3. رشد ذرات

4. به‌هم چسبیدن ذرات و توده‌ای شدن آنها از طریق تشکیل شبکه‌هایی که در سراسر محیط مایع گسترش یافته‌اند سبب زخیم شدن آنها می‌شود که تشکیل یک ژل می‌دهد.


3. واکنش حالت‌های جامد ـ مایع

این روش از برگرفتن رسوب دانه‌ها از فاز محلول استفاده می‌شود و فرآیند آن بر پایه وجود هسته مورد نظر استوار است. برای مثال پودر دی اکسید تیتانیم با اندازه‌های بین 70 تا 300 نانومتر با استفاده از این روش، از تیتانیوم تترا ایزو پروپوکساید تولید می‌شود.


4. چگالش فاز گازی

این روش به‌طور کلی بر مبنای پیرولیز ماده اصلی تولید نانو ذرات استوار است و فرآیند آن بدین‌گونه است که یک گاز حامل بی‌اثر و خالص وارد محفظه حاوی مایع اصلی تولید نانو ذرات می‌شود. مایع در این محفظه توسط یک مشعل تجزیه شده و به‌وسیله گاز حامل به مبرد فرستاده می‌شود. بخارات در مبرد سرد شده و به صورت دانه یا خوشه در می‌آید اندازه دانه‌های تولید شده در این روش به عوامل زیر بستگی دارد:

نوع گاز بی‌اثر به‌کار برده شده.

فشار گاز بی‌اثر.

زمان باقی ماندن ذرات در محدوده رشد.

نسبت نرخ تبخیر به فشار بخار ماده تبخیر شده.

مزایا:

کنترل بهینه بر روی اندازه دانه‌ها.

خلوص محصولات تولیدی در سیستم‌های تولید خلاء بالا.

معایب:

بالا بودن قیمت تجهیزات و عدم امکان تولید در ابعاد صنعتی

[ghasem motamedi]

کاربرد‌های نانو ذرات

یکی از خواص نانو ذرات نسبتسطح به حجم بالای این مواد است. با استفاده از این خاصیت می‌توان کاتالیزور‌هایقدرتمندی در ابعار نانو متری تولید کرد. این نانو کاتالیزورها راندمان واکنش‌هایشیمیایی را به‌شدت افزایش داده و همچنین به میزان چشمگیری از تولید مواد زاید درواکنش‌ها جلوگیری خواهند کرد. به‌کارگیری نانو ذرات در تولید مواد دیگر می‌توانداستحکام آنها را افزایش دهد و یا وزن آنها را کم کند. مقاومت شیمیایی و حرارتی آنهارا بالا ببرد و واکنش آنها را در برابر نور و تشعشعات دیگر تغییر دهد. با استفادهاز نانو ذرات نسبت استحکام به وزن مواد کامپوزیتی به‌شدت افزایش خواهد یافت. اخیرادر ساخت شیشه ضدآفتاب از نانو ذرات اکسید روی استفاده شده است. استفاده از این مادهعلاوه بر افزایش کارایی این نوع شیشه‌ها عمر آنها را نیز چندین برابر کرده است. ازنانو ذرات همچنین در ساخت انواع ساینده‌ها رنگ‌ها و لایه‌های محافظتی جدید و بسیارمقاوم برای شیشه‌ها و عینک‌ها (ضدجوش و نشکن) کاشی‌ها و در حفاظ‌های الکترومغناطیسیشیشه‌های اتومبیل و در پنجره استفاده می‌شود. پوشش‌های ضدنوشته برای دیوار‌ها وپوشش‌های سرامیکی برای افزایش استحکام سلول‌های خورشیدی نیز با استفاده از نانوذرات تولید شده‌اند. وقتی اندازه ذرات به نانومتر می‌رسد یکی از خواصی که تحت تاثیراین کوچک شدن اندازه قرار می‌گیرد تاثیرپذیری از نور و امواج الکترومغناطیسی است. با توجه به این موضوع اخیرا چسب‌هایی از نانو ذرات تولید شده‌اند که کاربرد‌هایمهمی در صنایع الکترونیکی دارند. نانو لوله‌ها در موارد الکتریکی مکانیکی اپتیکیبسیار مورد توجه بوده است مثلا کاربرد نانو لوله‌های طلا در الکترونیک و بیوشیمی وتولید آنها بر پایه محلول و فاز بخار که روش رشد نانو لوله‌ها در قالب توسط Martin مطرح شد.

نانو لایه‌ها در پوشش‌های حفاظتی با افزایش مقاومت در خوردگی وافزایش سختی در سطوح و فوتولیز و کاهش شیمیایی کاربرد دارد. نانو ذرات نیز به‌عنوانپیش ماده یا اصلاح‌ساز در پدیده‌های فیزیکی و شیمیایی مورد توجه قرار گرفته‌اند.

Haruta وThompson اثبات کردند که نانو ذرات فعالیت کاتالیستی وسیعی دارندمثل تبدیل مونو اکسید کربن به دی اکسیدکربن، هیدروژنه کردن استیرن به اتیل بنزن وهیدروژنه کردن ترکیبات اولفیتی در فشار بالاو فعالیت کاتالیستی نانوذرات مورداستفاده در سنسورها که مثل آنتن الکترونی بین الکترود و الکترولیت ارتباط برقرارمی‌کنند در پیوست در لیست بعضی از شرکت‌هایی که بر روی نانو کار می‌کنند آمده است.

[ghasem motamedi]

روشهای تولید نانو مواد
همانطور كه گفته شد نانو ذرات از مدتها قبل مورداستفاده بوده اند . طي چند سال اخير كاربردهاي نانو ذرات بطور مجزا ومستقل ازفناوري نانو تكنولوژي پيشرفتهاي قابل توجهي داشته وبه عنوان يكي از ابعاد اصلي اينفناوري به حساب مي آيد . اين پيشر فتها در زمينه هاي زيست پزشكي ، دارو سازي ودارورساني ، لوازم آرايشي ، كامپوزيتها و روكشها و ... بوده است وشامل استفاده از نانوذرات معدني به عنوان عوامل ضد باكتري در بانداژها ، برچسبهايي جهت تش خيص بيماريها، حامل هاي دارو ، مواد استخواني ، تجهيزات جداسازي زيست مغناطيسي و رسانه هايايجاد متابين تصاوير رزونانس مغناطيسي و ... مي باشد . همچنين در سالهاي اخيرپيشرفتهايي در زمينه امكان ساخت و كنترل شديد اندازه ، تركيب ويكنواختي نانو ذراتصورت گرفته .
تنوع در انواع نانو ذره به تنوع در كاربردهاي آن بر مي گردد . همچنانكه علاوه بر موارد ذكر شده نانو ذرات داراي كاربردهاي بسيار وسيع در زندگيبشر وهمچنين صنعت و ... مي باشند.
روشهاي توليد :

روشهاي بسيار متنوعيجهت توليد نانو ذرات وجود دارد
1- چگالش بخار 2- سنتز شيميايي 3- فرآيندهاي حالتجامد ( خردايشي )
4-استفاده از سيالات فوق بحراني به عنوان واسطه رشد نانوذزاتفلزي
5-استفاده از امواج ماكروويو و امواج مافوق صوت
6-استفاده از باكتريهايي كه مي توانند نانوذرات مغناطيسي و نقره اي توليد كنند .
پس از توليدنانوذرات مي توان با توجه به نوع كاربرد آنها از روشهاي رايج زمينه اي مثل روكش دهييا اصلاح شيميايي نيز استفاده كرد .
1-چگالش بخار : اين روش جهت توليد نانو ذراتسراميكي فلزي واكسيد فلزي مورد استفاده قرار مي گيرد . اين روش شامل تبخير يك فلزوسپس چ گالش سريع آن مي باشد كه طي آن خوشه هاي نانومتري به صورت پودر ته نشين ميشوند . نكته اي كه بايد به آن توجه داشت آنست كه براي تهيه نانو ذرات فلزي جهتجلوگيري از اكسيد اسيون از گازهاي بي اثر و براي تهيه نانو ذرات سراميكي اكسيد فلزياز اكسيژن استفاده مي شود . در نهايت اندازه ذره با تغيير پارامترهايي نظير دما ،سرعت تبخير ومحيط كنترل مي شود .
مهمترين مزيت اين روش ميزان كم آلودگي وتهيهاكسيدهاي فلزي شفاف ومقاوم به خش وعيب آن هزينه بر بودن آنست .
نوع ديگر ، روشتبخير در خلاء بر روي مايعات روان است . در اين روش با ايجاد خلاء در استوانه مدوريكه با فيلم نازكي از مواد ويسكوز مثل روغن ، يا پليمر پوشيده شده ، فلز مورد نظر درخلاء تبخير وپراكنده مي شود . ذرات معلق در مايع تشكيل وبه اشكال مختلف رشد مي كنند .
نوع ديگر ، سيم انفجاري است كه شايد در اصل چگالش بخار نباشد ، در اين روش سيمفلزي در اثر عبور ولتاژ بالا به خوشه هاي فلزي تبديل مي شوند و در يك گازبي اثرذرات سريعاً فرو نشسته نانو ذرات فلزي را ايجاد مي كنند .
2-سنتز شيميايي : روشسنتز شيميايي با روش محلولي شامل رشد ورسوب نانو ذرات در يك واسطه مايع حاوي انواعواك نشگرها مي باشد و معمولترين نمونه روش سل – ژل مي باشد . براي كنترل شكل نهاييواندازه ذرات مي توان فرآيند را با انتخاب مواد شيميايي تشكيل دهنده ذرات پايدارمتوقف نمود .
از اين روش براي ايجاد نقاط كوانتومي نيز استفاده مي شود . مزيتاين روش كنترل پذيري بالاي آن مي باشد همچنين اين روش كم هزينه وپر حجم مي باشد امامشكل آن آلودگي حاصل از مواد شيميايي مي باشد كه پخت نانو ذرات را جهت روكش دچارمشكل مي كند .
3-فرآيندهاي حالت جامد : در اين روش ذرات ميكرومتري ، با اعمالمستقيم انرژي مثل پودر كردن با آسياب كردن به ذ رات كوچكتر تبديل مي شوند . خواصنانو ذرات حاصل از اين روش تحت تأثير ماده آسياب كننده ، زمان ومحيط اتمسفر آسيابقرار مي گيرد . اين روش براي تهيه نانو ذراتي بكار مي رود كه در روش قبل به آسانيتوليد نمي شوند اما مسأله مهم آلودگي حاصل از مواد آسياب كننده يا محيط گرمايي است .
• روش آسياب مكانيكي

در روش آسياب كردن مكانيكي از پودرهاي فلزي نظيرآلومينيم، منيزيم، تيتانيم و يا ساير استفاده مي كنند. اين پودرهاي فلزي بايستيداراي TiC و SiC پودرهاي سراميكي مانند99 براي آلومينيم و /98 براي منيزيم ،% 5/درصد خلوص بالا و به ميزان بيشتر از% 5و rpmشكل با سرعت 45 V 98%باشند. پس ازاختلاط اين پودرها در يك مخلوط كنبه مدت 2 ساعت، آنها را از مرحله آسياب كردن ميگذرانند. آسيلب توسط دستگاه توپي انجام مي گيرد. rpmبا 250 (Fritsch ) فريتش
بهعنوان يك عامل كنترل كننده ي (H(OCH2-CH2)nCH) پلي اتيلن گليكولفرايند به مخلوطپودري اضافه مي شود. اين عامل نظير عوامل ديگر كه به عنوان كنترل كننده ي فراينداستفاده مي شود(اسيد استياريك) ناپايدار بوده و با تخريب خود سبب توليد به هيدروژنمستقيمأ Ti مي گردد. بطوريكه با دارا بودن هيدروژن و حساسيتTiH2 منفي بوده، TiHفرايند تشكيل 2 ΔG توليد مي شود. از طرف ديگرTiH2 و به راحتي پيش مي رود. ( l96/14-KJ/mo) مخلوط پودرها را با گاز نيتروژن يا هيدروژن به منظور توليد نيتريد ياهيدريد به عنوان فاز به مدت 2 C° دوم مخلوط كرده و تحت فشار بصورت سرد قرار ميدهند. سپس در 450و با كمك گرافيت به C° ساعت در يك كوره ي تخليه قرا ر گرفته و پساز آن در 400عنوان روان كننده آنرا قالبگيري مي كنند. نهايتأ برشهايي از نمونه رابطول و ضخامت از وسط تركيب قالبگيري شده جدا كرده و كشش mmو قطر 5mm25 آنها رااندازه گيري مي كنند. (Tensile ) طوليمي باشد. ASTM E8M- روش اندازه گيري مطابق با 96ميكروسكپ TEM ) ، X ( پراش سنج پرتو XRD )در اين مطالعه به كمك طيف هايالكترونيانتقال( به بررسي تعيين فاز و ارزيابي اندازه ذرات مي پردازيم.
4 - كاربردفرايندهاي فوق بحراني در توليد ميكرو و نانو ذرات : با توجه به برخي خواص گاز گونهو مايع گونه سيالات فوق بحراني نظير نفوذپذيري و دانسيته امكان كاربرد فرايندهايسيالات فوق بحراني در توليد مواد مختلف در مقياس ميكرو يا نانو در صنايع مختلففراهم شده است. از كاربردهاي مهم اينگونه فرايندها مي توان به توليد موادمختلف
نظير داروها، پروتئينها، بيو پليمرها و همچنين مواد شيميايي در مقياسميكرو يا نانو اشاره داشت. گزارش حاضر بطور اجمالي به بحث در مورد فرايندهاي فوقبحراني و نقش آنها در فناوري نانو مي پردازد.
امروزه استفاده از فناوري سيالاتفوق بحراني جهت توليد محصول با اندازه هاي ميكرو و نانو رشد روز افزوني يافته است. با استفاده از اين روش مي توان محصولي با توزيع اندازه ذرات كنترل شده توليد نمود وهمين امر موجب افزايش مطالعات در اين زمينه شده است .روشهاي توليد صنعتي جامدات ريزدر حد ميكرو و نانو با كنترل توزيع اندازه ذرات اهميت فراواني در صنايع مختلف ازجمله صنايع شيميايي و دارويي دارد . بعنوان مثال مي توان به توليد موادي نظيررنگها، پليمرها، نمكها، قرصها و مواد دارويي ديگر شامل پروتئين ها بوسيله اينفناوري اشاره داشت . در روشهاي قديمي استفاده از روشهاي مكانيكي جهت كاهش اندازهذرات بيشتر مورد توجه بوده است. از جمله اين روشها آسياب كردن، خرد كردن ، تبلورمجدد ذرات مورد نظر ( Spray بوسيله حلال ديگر و همچنين روشهايي نظير استفاده از خشككردن پاششيمي باشد. هر كدام از روشهاي فوق الذكر داراي معايبي نظير تغيير كيفيت Drying ) بعلت اثرات گرمايي و يا شيميايي، مصرف زياد حلال و همچنين مشكلات زدودنحلال همراه كريستال بخصوص در توليد قرصها و تغيير كيفيت مواد بعلت تغييرات دما ميباشد. بنابراين براي مرتفع ساختن مشكلات فوق نياز به استفاده از روشهاي نوين جهتتوليد ذرات ريز در مقياس ميكرو يا نانو با توزيع اندازه ذرات كنترل شده و همچنينكيفيت كريستالهاي تشكيل شده از نظر خلوص و شكل هندسي آنها مي باشد.. فناوري استفادهاز
سيالات فوق بحراني تمهيدات متعددي را جهت دستيابي به اهداف ذكر شده مهيا ميسازد. يكي از سيالات رايج به منظور استفاده در فناوري سيال فوق بحراني، دي اكسيدكربن مي 31 درجه /73 بار و دماي بحراني 1/باشد. دي اكسيد كربن با داشتن فشار بحراني 8سانتيگراد، داراي شرايط مناسب جهت استفاده در فرايندهاي مختلف مي باشد. بعلاوه دياكسيد كربن، سيالي غير سمي، غير قابل احتراق و ارزان مي باشد توليد ذرات در اندازههاي ميكرو و نانو با استفاده از فناوري سيالات فوق بحراني فرايند هاي فوق بحرانيبرحسب اهداف مختلف، داراي تنوع بسياري مي باشند ولي همگي بر پايه استفاده از برخيخواص گازگونه نظير نفوذپذيري و برخي خواص مايع گونه نظير دانسيته سيال فوق بحرانيمورد استفاده، استوارند. برخي از روشهاي مورد استفاده در فناوري فوق بحراني بهترتيب زير مي باشند:
1. RESS ( Rapid Expansion of Supercritical Solutions ) 2. PGSS ( Particle form Gas-Saturated Solution ) 3. SAS ( Supercritical Antisolvent System ) 4. GAS ( Gas Antisolvent System ) 5. PCA ( Precipitation with Compressed Antisolvent )
RESSفرايندشامل دو مرحله بوده بطوريكه در مرحله اولجزء حل شونده دلخواه در سيال RESS روشفوق بحراني در محفظه اشباع كننده حل مي شود،سپس انبساط ناگهاني محلول فوق بحراني از طريق نازلي كه در خروجي محفظه اشباع كننده،تعبيه شده است، انجام مي گيرد.
هنگاميكه سيال منبسط مي شود، بعلت كاهش قدرتحلاليت در اثر انبساط، جزء حل شونده در قسمت خروجي با اندازه ذرات مناسب رسوب زايينموده و جمع آوري مي شود.
كاهش فشار در اين سيستمها بطور سريع مي باشد . بنابراين حالت فوق اشباع در اين سيستمها براحتي و در مقادير بالا قابل تشكيل ميباشدو ذراتي با كيفيت مناسب توليد مي شوند. در بيشتر كارهاي انجام شده به علت شرايطمناسب ذكرشده، اين روش بيشتر مورد استفاده قرار گرفته و براي توليد مواد دارويي ،پروتئين ها و مواد انرژي زا مورد توجه قرار گرفته است. از ديگر مزاياي اين روش ميتوان به خلوص بالاي مواد توليد شده اشاره داشت.
Hogarth و Houng توانايي سيالفوق بحراني جهت انحلال مواد جامد اولين بار توسطدر حدود يك قرن پيش صورت پذيرفتهاست . تا سال 1984 در هيچ مرجعي كاربرد و Krukonis سيالات فوق بحراني جهت توليدريزذرات ارائه نشده است، تا اينكههمكارانش نتايج خوبي جهت هسته زايي و ساير موادثبت نموده اند. از جمله مطالعات انجام شده ميتوان به كاهش اندازه ذرات مواد داروييو موادي كه نسبت به فرايند هاي دماي بالا را جهت توليد مواد RESS و همكارانش فرايند Smith .حساسيت دارند، اشاره داشتمختلف نظير اكسيد فلزات، پليمرها با هندسه و اندازهمناسب بكار برده و تاثير انبساط اوليه در RESS را بر روي شكل و هندسه ذرات را موردمطالعه قرار دادند .همچنين فرايندتوليد ريزذرات پليمري اهميت فراواني داشته وميتوان به توليد ريزذرات پليمري نظير و Polycaprolactone ،PolyMethylMethacrylate اشاره نمود. Shine و Lele توسطPolyEthylMethacrylate PGSS فرايندبا افزايش فشار،ميزان حلاليت سيال فوق بحراني در فاز مايع افزايش PGSS در روشيافته در نتيجه نقطهذوب جزء حل شدني كاهش مي يابد و با اين روش مي توان نقطه
ذوب مواد با جرممولكولي بالا را كاهش داد. گاز تزريق شده كه معمولا دي اكسيد كربن مي باشد موجبكاهش نقطه ذوب جامدات مي گردد و به اين ترتيب محلول اشباع تشكيل مي گردد. پس ازتشكيل محلول اشباع، اجازه داده مي شود محلول منبسط گردد. در اثر انبساط، گاز سبكتبخير شده و دماي سيستم بدليل پديده ژول – تامسون كاهش مي يابد وبدليل كاهش همزماندما و فشار حالت فوق اشباع بوجود مي آيد و به اين ترتيب ذرات ريز تشكيل مي گردد .
در فشار پايينتري انجام مي شود و محدوده RESS در مقايسه با فرايند PGSS فرايندذرات توليد شده، بخصوص مواد دارويي، بطور متوسط در حدود 10 تا 20 ميكرومتر ميباشد .
PCAوGAS ، SAS فرايندهايبا استفاده از يك حلال آلي از جمله روشهاي مهم درتوليد PCA وGAS ، SAS روشهايمواد در اندازه هاي ميكرو و نانو مي باشند . لازم بهذكر است كه در اين روشها جزء دلخواه داخل حلال آلي بصورت فوق اشباع حل شده وسپس درشرايط فوق بحراني يا نزديك بحراني با سيالي نظير دي اكسيد كربن در تماس قرار ميگيرد. البته نحوه تماس محلول اشباع و سيال فوق بحراني و همچنين نوع دستگاههاي مورداستفاده موجب ايجاد تفاوتهايي بين روشهاي فوق الذكر گرديده است ولي در همه روشها ازيك نكته در توليد ذرات ميكرو بهره مي گيرند. نكته مهم اين است كه دي اكسيد كربنبخوبي در اكثر حلال هاي آلي حل مي شود، لذا با حل شدن دي اكسيد كربن در حلال آلي،حالت فوق اشباع براي جزء حل جزء مورد نظر مي گردد . (Salting-Out ) شدني پديد ميآيد و موجب تبلورحلاليت گاز دي اكسيد كربن در فشارهاي بالا موجب انبساط GAS بصورتويژه در فرايندحجمي محلول اشباع مي گردد و در نتيجه دانسيته و قدرت (Volumetric Expansion ) حلاليت آن كاهش مي يابد و اين عمل موجب تبلور جزء حل شونده بصورت ذراتريز با توزيع اندازه مناسب مي گردد.
لازم به ذكر است روشهاي ديگري نيز جهت نيلبه اهداف ذكر شده وجود دارند كه همگي بر همان اصول ذكر شده استوارند و تنها اختلافآنها نحوه تماس دو جريان و نوع دستگاه مورد استفاده ميباشد. اندازه ذرات توليد شدهبوسيله روشهاي فوق الذكر تابع شرايط عملياتي و بخصوص هندسه دستگاه است. بعنوان مثالمي توان به توليد نانو ذرات اشاره داشت .فرايند SASدر مقياس كمتر از 125 نانومتربوسيله فرايندTetracycline و Nitroguanidine اولين بار جهت كريستاليزاسيون مجددمواد منفجره نظيرGAS و همكارانش صورت گرفت Krukonis توسطCyclotrimethylenetrinitramine بصورت ويژه جهت كاهش اندازه ذرات با مقاديركنترل شده و GAS . همچنين فراينددلخواه از اهميت فراواني برخوردار مي باشد.
دركاهش اندازه ذرات مواد جامد اعم از مواد PCA وGAS ، SAS همچنين فرايندهايدارويي،شيميايي و پليمري مورد استفاده قرار گرفته و بر حسب ميزان راندمان و نوع ماده موردنظر از يكي فرايندهاي مذكور استفاده گرديده است

[Maryamrahmani]

لطفا من را در مورد توليد نانو ذرات توسط مخمرها راهنمايي كنيد