فن آوری نانو
مشخصات کتاب
سرشناسه : سعیدی، امیرحسین، 1386-
عنوان و نام پدیدآور : فن آوری نانو/ گردآورندگان امیرحسین سعیدی، امیرمحمد مولودیان قینانی ؛ ویراستار علمی مهسا صالحیان، سمیه مظفری ؛ ویراستار ادبی راضیه جوهریان.
مشخصات نشر : اصفهان: انتشارات امیرفدک، 1397.
مشخصات ظاهری : 70 ص.: مصور( رنگی).
شابک : 2-95-6446-622-978
وضعیت فهرست نویسی : فیپا
موضوع : نانوتکنولوژی -- ادبیات کودکان و نوجوانان
موضوع : Nanotechnology -- Juvenile literature
شناسه افزوده : مولودیان قینانی، امیرمحمد، 1386-
شناسه افزوده : صالحیان، مهسا، 1361 -، ویراستار
شناسه افزوده : مظفری، سمیه، 1365-، ویراستار
رده بندی کنگره : T174/7/س7ف9 1397
رده بندی دیویی : 620/5[ج]
شماره کتابشناسی ملی : 5517268
خیراندیش دیجیتالی: کانون فرهنگی اندیشه اصفهان
ویراستار کتاب: مریم محققیان
ص: 1
اشاره
سرشناسه : سعیدی، امیرحسین، 1386-
عنوان و نام پدیدآور : فن آوری نانو/ گردآورندگان امیرحسین سعیدی، امیرمحمد مولودیان قینانی ؛ ویراستار علمی مهسا صالحیان، سمیه مظفری ؛ ویراستار ادبی راضیه جوهریان.
مشخصات نشر : اصفهان: انتشارات امیرفدک، 1397.
مشخصات ظاهری : 70 ص.: مصور( رنگی).
شابک : 2-95-6446-622-978
وضعیت فهرست نویسی : فیپا
موضوع : نانوتکنولوژی -- ادبیات کودکان و نوجوانان
موضوع : Nanotechnology -- Juvenile literature
شناسه افزوده : مولودیان قینانی، امیرمحمد، 1386-
شناسه افزوده : صالحیان، مهسا، 1361 -، ویراستار
شناسه افزوده : مظفری، سمیه، 1365-، ویراستار
رده بندی کنگره : T174/7/س7ف9 1397
رده بندی دیویی : 620/5[ج]
شماره کتابشناسی ملی : 5517268
ص: 2
فن آوری نانو
گردآورندگان:
امیرحسین سعیدی
دانش آموز پایه ی ششم دبستان دکتر محمد شفیعی
امیرمحمد مولودیان قینانی
دانش آموز پایه ی ششم دبستان دکتر محمد شفیعی
ص: 3
انتشارات امیرفدک: اصفهان- خیابان هشت بهشت غربی نبش تقاطع ملک ساختمان فدک تلفن: 32730360-031 - همراه: 09133135694کد پستی: 43151-81546
Fadak.mansori@gmail.com
فن آوری نانو
امیرحسین سعیدی 86- امیرمحمد مولودیان قینانی 86
آماده سازی: انتشارات امیرفدک
مدیر مسئول: دکتر محمد رضا محمد شفیعی
مدیر تولید: سید محمد رضا منصوری تهرانی
مدیر فنی: صالحیان - مظفری
ویراستار ادبی: جوهریان
ویراستار علمی: صالحیان - مظفری - سروش نکوئی
صفحه آرا: عابدی- کاویانی
طراح جلد: کاویانی
● لیتوگرافی: طاها ● چاپ: ملت ● صحافی: ملت
● چاپ اول: 1397 ● تعداد:1000 ● قیمت: 40000 تومان
© حق چاپ: 1397، انتشارات امیر فدک
شابک: 2-95-6446-622-978 ISBN: 978-622-6446-95-2
هر گونه استفاده از مطالب این کتاب اعم از بازنویسی، خلاصه سازی، نقل مطالب آموزشی، برداشت به صورت دست نویس، کپی، تکثیر و هر گونه چاپ سنتی و دیجیتال، استفاده به صورت کتاب الکترونیکی، لوح فشرده، قراردادن مطالب بر روی اینترنت و وبسایت ها و هر گونه شبکه ی کامپیوتری دیگر و به طور کل هر گونه استفاده ی اشخاص حقیقی و حقوقی در جهت منافع مادی و معنوی خود، بدون اجازه ی کتبی ناشر ممنوع و بر اساس بند 5 ماده ی 23 قانون حمایت از حقوق مؤلفان و مصنفان و قوانین مربوط به جرایم رایانه ای کشور قابل پیگیری در محاکم قضایی است.
ص: 4
تقدیم به:
پدر و مادر عزیز و مهربانم
که در سختی ها و دشواری های زندگی همواره یاوری دلسوز و فداکار
و پشتیبانی محکم و مطمئن برایم بوده اند.
امیرحسین سعیدی
تقدیم به:
پدر و مادرم
که از نگاهشان صلابت
از رفتارشان محبت
و از صبرشان ایستادگی را آموختم
امیرمحمد مولودی انقینانی
ص: 5
پیشگفتار:
در مرکز تحقیقات و فن آوری های نوین دمش سپاهان (دکتر محمد شفیعی) آموزش پژوهش محور را نهادینه کردیم، چرا که ایمان داریم گسترش مرزهای علم و فن آوری در جهت پیشرفت کشور در گرو کوشش پژوهشگران است و پژوهشگر با ذهن پرسش گرش از لایه های ابر گرفته آسمان دانش می گذرد، تا به افق های جدیدی دست یابد. روح پژوهشگر، پویا و جوینده است و پوسته های جهل را شکافته، به قنات جاری علم دست می یابد و تا چشمه ی جوشان آن را بر کویر تشنه خویش جاری نسازد، آرام نمی گیرد. در مراکز پژوهش محور دکتر محمد شفیعی اعتقاد داریم؛ پژوهش هزینه نیست، سرمایه است. در اقدامات پژوهشی این مراکز پژوهشی، پژوهشگران کوچک ما تلاش می کنند وضعیت نامطلوب را به وضعیت مطلوب تغییر دهند ویاد می گیرند درست توجه کنند و بدان چه که آموخته اند عمل کنند.
دانش آموزان پژوهنده ی ما می فهمند که هیچ گاه شکست در مسیر کسب دانش وجود ندارد، لذا از ناملایمات علمی و بن بست های مقطعی هراسی نداشته و راه غلبه بر سدهای مجازی پیش روی کسب دانش و ارتقای علمی را خوب یاد بگیرند. علاوه براین اصول و مبنای کار گروهی را فراگرفته تا بتوانند براساس خرد جمعی کار کنند. با بیش از 25 سال سابقه آموزشی - پژوهشی و مدیریتی دریافت هایم که پژوهش و تحقیق مثل حروف الفبا باید از سال های نخست آموزش شروع شده و نهادینه شود، و این امر مهم را در طرح آموزش پژوهش محور انجام داده و به نتایج شگرفی دست یافته ایم و با علم به این که می دانستیم دانش آموزان در مقاطع پایین تر توانایی های بزرگی دارند و در عمل تجربه نمودیم و نهادینه کردیم و مصمم هستیم که این امر مهم در کل کشور اجرایی شود. انشاا...
محمد رضا محمد شفیعی
مدیر مجتمع فرهنگی آموزشی تحقیقاتی دکتر محمد شفیعی
ص: 6
فهرست مطالب
فصل اول...8
مقدمه...9
فن آوری یا تکنولوژی...9
تاریخ فن آوری...11
پیشرفت فن آوری...12
انواع و نمونه های فن آوری...13
چه تفاوتی میان فن آوری و علم وجود دارد؟...21
فواید و زیان های فن آوری کدام اند؟...22
نانو چیست؟...23
فصل دوم...28
طبقه بندی نانو مواد بر اساس ساختار ظاهری آنها...29
فصل سوم...51
آغاز فن آوری نانو در ایران و تنظیم سند راهبرد فن آوری نانو...52
رتبه علمی ایران در دنیا...52
وضعیت ثبت اختراعات محققان ایران...54
شرکت های دانش بنیان و تجاری سازی...55
سهم بازار داخلی محصولات مبتنی بر نانو...56
مهمترین دستاوردهای حوزه نانو...57
منابع...63
ص: 7
فصل اول: تعریف فن آوری و نانو
مقدمه
فن آوری یا تکنولوژی جزء لاینفک زندگی روزمره ی انسان ها در تمام نقاط کره زمین است. در تمام بخش های زندگیمان از فن آوری استفاده می کنیم، برای تمام بخش های کسب وکارمان به فن آوری نیاز داریم و کلا زندگیمان پیوند عمیقی با فن آوری خورده است.
فن آوری یا تکنولوژی
اشاره
دانش و مهارتی است، برای ساختن افزار (نرم یا سخت). این دانش و مهارت ممکن است پیچیده یا ساده، شخصی یا شایع، جدید یا قدیمی و… باشد. فن آوری یا تکنولوژی بخشی از فرهنگ است. اطلاق فن آوری به پدیده بیرونی مجازی است. (مثل این که به یک دستگاه رایانه، تکنولوژی اطلاق کنیم). در واقع شگردها و به کاربردن ابزارها، دستگاه ها، ماده ها و فرآیندهای گره گشای دشواری های انسان است. فن آوری فعالیتی انسانی است و از همین رو، از دانش و از مهندسی دیرینه تر می باشد.
به نوع ساده تر فن آوری تبدیل علم به عمل است.
تصویر
ریشه شناسی
تکنولوژی، ریشه یونانی دارد و از دو واژه Techne و Logic تشکیل شده است. Techne به معنای هنر، مهارت و آن چیزی است که آفریده دست انسان است و در مقابل Arche به معنای آفریده خدا است. Logie یا Logic در یونان قدیم به معنی دانش و خِرد به کار رفته است. به این ترتیب می توان گفت که تکنولوژی به معنای آمیزه هنر و مهارت با دانش است. می توان گفت که انسان خردمند در تعامل با طبیعت به قوانین عام آن
ص: 9
دست می یابد و با بازآفرینی این قوانین توسط علم و دانش در محیط و شرایط دلخواه کاربردهای مورد نظر خود را ایجاد می نماید.
تعریف
فن آوری بدنه ای از دانش است، که در خدمت خلق ابزار، پردازش امور، و استخراج مواد به کار می رود. مفهوم اصطلاح فن آوری بسیار گسترده است و هر فرد دارای درک شخصی از معنی فن آوری است. از فن آوری برای انجام وظایفی گوناگون در زندگی روزمره مان استفاده می کنیم، به طور خلاصه؛ می توانیم فن آوری را در قالب محصولات، فرآیندها، یا سازمان ها توصیف نماییم. از فن آوری برای گسترش توانایی هایمان استفاده می کنیم و همین مساله باعث می شود آدم ها به مهم ترین بخش از سامانه ی فناورانه تبدیل شوند. همچنین فن آوری به عنوان کاربرد علم برای حل یک مشکل تلقی می شود. ولی لازم است بدانید فن آوری و علم موضوعاتی مختلف هستند که برای انجام وظیفه ای خاص یا حل مشکلی ویژه دست به دست هم می دهند.
فن آوری را تقریبا در تمام کارهای زندگی مان به کار می بریم؛ از فن آوری در کار استفاده می کنیم، از آن برای استخراج مواد استفاده می کنیم، از فن آوری برای برقراری ارتباط، حمل و نقل، یادگیری، تولید، خلق مصنوعات، امنیت داده ها، رشد کسب وکارها و بسیاری دیگر استفاده می کنیم. فن آوری دانش انسانی است که شامل ابزارها، مواد، و سامانه ها می شود. کاربرد فن آوری به ایجاد مصنوعات و محصولات منتج می شود. چنان چه تکنولوژی به خوبی به کار گرفته شود، می تواند برای انسان ها دارای مزیت باشد، ولی اگر به صورت نادرست به کار رود، می تواند به موجودات بشری آسیب وارد نماید.
تصویر
ص: 10
بسیاری از کسب وکارها از فن آوری استفاده می کنند، تا در صف رقابت باقی بمانند، آن ها با استفاده از فن آوری محصولات و خدمات جدید خلق می کنند.
همچنین همین کسب وکارها از فن آوری استفاده می کنند، تا آن محصولات و خدمات را به موقع به دست مشتریانشان برسانند. شرکت های تولید کننده ی گوشی همراه، نظیر اپل و سامسونگ نمونه هایی خوب هستند، این دو شرکت الکترونیکی برای خلق گوشی های هوشمند جدید و دیگر دستگاه های الکترونیکی و برای ماندن در رقابت از بالاترین سطح فن آوری استفاده می کنند. این لبه ی رقابتی از طریق به کارگیری فن آوری پیشرفته حاصل می شود.
تاریخ فن آوری
اشاره
استفاده از ابزار توسط انسان های اولیه بخشی از روند کشف و تکامل است. تقریباً پنجاه هزار سال پیش، استفاده از ابزارها و مجموعه ای از رفتارهای پیچیده، به نظر بسیاری از باستان شناسان مرتبط با ظهور زبان کاملاً مدرن بود. میلیون ها سال پیش از ابزار سنگ اولیه استفاده کردند. اولین ابزار سنگی اندکی بیشتر از یک سنگ شکسته بود، اما تقریباً هفتاد و پنج هزار سال پیش، تنفس فشار دادن راهی برای انجام کارهای بسیار ظریف بود.
لباس و سرپناه انسان های اولیه
تصویر
سایر پیشرفت های تکنولوژیکی که در دوران پالئولیت ساخته شد، لباس و پناهگاه بودند.
ص: 11
پذیرش هر دو تکنولوژی دقیقاً مشخص نیست، اما آن ها یک کلید پیشرفت بشریت بودند. همان طور که دوران پالئولیتی پیشرفت می کرد، مسکن پیچیده تر و پیچیده تر شد. در اوایل سال 380 ق، انسان ها خانه های موقت را ساختند. لباس، که از خز حیوانات شکار شده اقتباس شده بود، به بشریت کمک کرد تا مناطق سردتر را گسترش دهد. انسان ها از 200 قبل از میلادی به قاره های دیگر مانند اوراسیا مهاجرت کردند.
پیشرفت فن آوری
فن آوری پویا است؛ دائما به بهبود و اصلاح ادامه می دهد. زیرا نیازها و درخواست هایمان از فن آوری دائما در حال تغییر هستند. از عصر صنعت (انقلاب صنعتی) به عصر اطلاعات منتقل شده ایم. در طول عصر صنعت، شرکت هایی با مجموع سرمایه ی زیاد دارای نیرویی بالقوه برای به کارگیری ابزار فناورانه ی گران قیمت بودند تا به مزیت رقابتی دست یابند. کسب وکارهای کوچک در این زمینه دارای نیروی بالقوه ی کمتر بودند زیرا آنها توانایی مالی خرید ابزارهای فناورانه ی تولیدی یا پردازنده ی گران قیمت را نداشتند. ولی پیشرفت در زمینه ی فن آوری محیط اقتصادی جدیدی خلق نمود که وابسته به اطلاعات بود و به همین دلیل این عصر را عصر اطلاعات می نامیم. عصر اطلاعات محیط کاری متفاوتی را فراهم نمود و این مساله به کسب و کارهای کوچک کمک کرد در بازارهای به شدت رقابتی بتوانند به جایگاهی برسند.
تصویر
ص: 12
انواع و نمونه های فن آوری
اشاره
برای انجام وظایف گوناگون از فن آوری استفاده می کنیم، بنابراین تکنولوژی در انواع مختلف به وجود می آید؛ در ادامه، برخی انواع مختلف فن آوری را که در زندگی روزمره از آن ها استفاده می کنیم فهرست کرده ایم، و برای هر نوع فن آوری یک نمونه ی مخصوص برای آن فن آوری ذکر نموده ایم.
الف- فن آوری ارتباطات
اشاره
سامان های است که برای انتقال اطلاعات یا داده ها از مکانی به مکان دیگر یا فردی به فرد دیگر از ابزارهای فنی استفاده می کند. ارتباطات برای مقاصد بسیاری استفاده می شود. از آن برای انتقال ایده ها، مبادله ی اطلاعات و بیان هیجان ها استفاده می شود. انسان ها برای برقراری تماس با دوستان و خانواده از ابزارهای فن آوری اطلاعات نظیر گوشی ها، رایانه ها، رایانامه ها (ایمیل ها)، دورنگار (فکس) و ابزارهای پیام رسان متنی استفاده می کنند، آن گاه، کسب وکارها نیز از ابزارهای فن آوری اطلاعات برای تسهیل در گردش اطلاعات در محل کار، کمک به تصمیم گیری، برطرف کردن نیازها و درخواست های مشتریان، ترویج خدمات یا محصولات جدید به مصرف کننده های مورد هدف و بسیاری دیگر استفاده می کنند.
نمونه ای از فن آوری ارتباطات
ارائه گر کودوس (KUDOS) برای انجام ارائه از طریق آیفون
تصویر
ص: 13
اجازه دهید آیفونتان کنترل ارائه ی پاورپوینت هایتان را به دست گیرد. این ارائه گر کودوس از متصل کننده ی صوتی برای برقراری ارتباط استفاده می کند. بنابراین، با استفاده از فن آوری کودوس (KUDOS) در آیفونتان می توانید نحوه ی انجام ارائه ی پاورپوینت هایتان را بهبود ببخشید.
ب- فن آوری ساخت و ساز
اشاره
مطالعه ی روش ها و تجهیزاتی پیشرفته که می توانند برای ساخت انواع سازه ها استفاده شوند. در فرآیند ساخت و ساز دو نوع سازه ساخته می شود، که شامل ساختمان ها و سازه های مهندسی عظیم هستند. در ساخت و ساز از اقدامات فناورانه ی گوناگون برای بنا کردن سازه در موقعیت معین استفاده می شود. امروزه، استفاده از ابزارهای فناورانه ی ساخت و ساز نظیر تراکتورهای سنگین برای آماده سازی زمین به منظور انجام کارهای ساخت وساز، نرم افزار طراحی رایانه ای برای خلق طرح های سازه ها در رایانه و با قالب سه بعدی، و استفاده از فن آوری های ساخت و ساز گوناگون برای پوشش سازه ها و نصب امکانات رفاهی در پیشرفت ساختمان های مسکونی و همچنین ساختمان های تجاری به انسان کمک کرده است.
نمونه ای از فن آوری ساخت و ساز
تصویر
تعمیر و بازسازی شده در کارخانه ی استنلی بوستیچ
ص: 14
این دستگاه به طور همزمان به عنوان کمپرسور هوا و میخکوب عمل می کند.
پ- فن آوری کمکی
اشاره
نوعی از فن آوری است که توسط کسانی استفاده می شود، که دچار ناتوانی های جسمی هستند. این تکنولوژی برای انجام وظایفی خاص استفاده می شود که انجام آن ها برای این قبیل افراد سخت یا غیرممکن به نظر می رسد. اصطلاح (کمکی) یعنی یاری دادن یا فراهم کردن یک دست اضافی است. از فن آوری کمکی در مدرسه های مخصوص کودکان اوتیسم، برای کمک به این دانش آموزان استفاده می شود، همچنین این فن آوری برای کمک به آدم هایی که دچار ناتوانی های حرکتی هستند، به کار می رود. نرم افزارهای بازشناسی گفتار به انسان هایی که نمی توانند برای استفاده از رایانه با صفحه کلید تایپ کنند کمک می نمایند. به کمک پیشرفت های فن آوری، اکنون از فن آوری های کمکی گوناگون برخوردار هستیم که در انجام هر کاری که ممکن است دشوار به نظر برسد، به ما کمک می کنند.
نمونه ای از فن آوری کمکی
تصویر
صندلی چرخ دار آفرود
این صندلی چرخ دار آفرود می تواند به انسان هایی که دچار ناتوانی حرکتی هستند، به راحتی کمک کند.
ص: 15
ث- فن آوری پزشکی
اشاره
نوعی تکنولوژی است که برای بهبود و افزایش طول زندگی انسان استفاده می شود. فن آوری پزشکی درد و آسیب بیماران را کاهش می دهد. کشورهای توسعه یافته از فن آوری پزشکی در سامانه های مراقبت های بهداشتی بهره می گیرند و همین مساله به خوبی توجیه می کند، چرا طول عمر آدم ها در کشورهای توسعه یافته بیشتر از کشورهای در حال توسعه است. فن آوری پزشکی برای تشخیص عفونت ها، درمان بیماری ها و انجام پژوهش هایی درباره ی بیماری های گریبان گیر انسان استفاده می شود.
نمونه ای از فن آوری پزشکی
تصویر
وسیله ی آزمایش بر بالین بیمار (آزمایش های نقطه مراقبت)
این وسیله می تواند در گرفتن خون از بیماران (بدون قابلیت تشخیص بیماری) به پزشکان کمک کند.
ج- فن آوری اطلاعات
اشاره
فن آوری اطلاعات مجموعه ای از ابزارهای سخت افزاری و نرم افزاری است که برای
ص: 16
ذخیره ی اطلاعات استفاده می شود. ابزارهای فن آوری اطلاعات به فراهم کردن اطلاعات مناسب برای آدم های مناسب در زمان های مناسب کمک می کند. دانشورزان در سازمانها برای تکمیل وظایف گوناگون از فن آوری اطلاعات استفاده می کنند و این وظایف شامل انتقال اطلاعات برای تسهیل تصمیم گیری در سازمان، بهبود خدمات مشتری و بسیاری موارد دیگر می شوند. در این عصر اطلاعات، مدیریت سامانه های اطلاعاتی برای اطمینان از دقت و کارایی امور بسیار حائز اهمیت است. موسسات مالی بزرگ نظیر بانک ها از فن آوری اطلاعات برای انجام تمام عملیات مربوط کسب وکارها و همچنین ارائه ی خدمات به مشتریان استفاده می کنند.
نمونه ای از ابزارهای فن آوری اطلاعات
تصویر
انتقال دهنده (ترانسپورتر)
این ابزار فناورانه ی مبتنی بر فن آوری اطلاعات، قادرتان می سازد فایل هایتان را به اشتراک بگذارید، به آن ها دسترسی پیدا کنید و از آن ها محافظت نمایید. استفاده از ترانسپورتر راهی برای ذخیره ی اطلاعات به صورت آنلاین (برخط) است که از به اشتراک گذاری فایل های ارزشمند شخصی پشتیبانی می کند. این دستگاه، برخلاف امکانات ذخیره سازی ابری (cloud) نظیر Dropbox.com ، کاملا شخصی است و به شما امکان می دهد فایل هایتان را از دور ذخیره سازی کنید و آن ها را با شرکا یا
ص: 17
کارمندانتان به اشتراک بگذارید.
برای استفاده از این دستگاه از راه دور، باید یک حساب آنلاین رایگان بسازید، اسناد مشترک ایجاد کنید و برخی کارهای دیگر را انجام دهید. تنها تفاوت این دستگاه با Dropbox.com این است که در این روش فایل ها روی همین دستگاه ذخیره می شوند؛ یعنی این که با استفاده از این روش کل خدمات ابری (Cloud service) را یک جا به دفتر یا خانه تان می آورید.
چ- فن آوری سرگرمی
اشاره
فن آوری سرگرمی فرآیند استفاده از اجزای فن آوری گوناگون برای خلق تجربه های سرگرم کننده است. از آن جا که مبحث سرگرمی بسیار گسترده است، هر فرد به شیوه ی خودش سرگرم می شود. از تکنولوژی برای ساخت سالن های نمایش، خلق بازی های رایانه ای، توسعه ی سامانه های موسیقی و بسیاری موارد دیگر استفاده می شود. فن آوری سرگرمی شامل چیزهایی نظیر تصویر، صوت، خودکارسازی، پویانمایی (انیمیشن)، ساخت انواع سن های نمایش و موسیقی، شبیه سازی های رایانه ای، محیط های تعاملی و بسیاری موارد دیگر می شود.
نمونه ای از فن آوری سرگرمی
تصویر
گیتار
اگر همیشه دلتان می خواست گیتار بنوازید ولی همواره این کار برایتان دشوار بوده است، می توانید این گیتار مهندسی شده را انتخاب کنید. گیتار را همه می توانند
ص: 18
بنوازند. این گیتار الکتریکی که به همراه برنامه ی رایگان گیتار عرضه شده است، و دارای آهنگ های آزمایشی است که می توانید به سرعت آنها را بنوازید.
ح- فن آوری کسب و کار
اشاره
نوعی تکنولوژی که از ابزارهای سخت افزاری و برنامه های نرم افزاری گوناگون تشکیل شده است و برای اداره ی کسب وکار و ارتقای عملیات کسب وکاری گوناگون استفاده می شود. بسیاری از کسب و کارها برای رشد کردن و گسترش یافتن از تکنولوژی استفاده می کنند. کسب و کارهای کوچک همواره از فن آوری در خلق راه های جدید برای رقابت با شرکت های بزرگ و با سابقه استفاده می کنند. برخی فن آوری های کسب وکاری می توانند یک شرکت کوچک را تا حدودی مانند یک شرکت بزرگ جلوه دهند و این عامل می تواند به کسب و کارهای کوچک کمک نماید و در بازار رقابتی برای خود جایگاهی بیابند.
نمونه ای از فن آوری کسب وکار
تصویر
چاپگر سه بعدی ساخت شرکت فرملبز (formlabs)
این چاپگر سه بعدی مقرون به صرفه می تواند در خلق اجسام سه بعدی پیشرفته به طراحان کمک کند. این چاپگر دارای طراحی و اندازه ای مناسب است. از این رو، به خوبی می تواند روی میز دفترتان جای بگیرد. با این چاپگر سه بعدی می توانید
ص: 19
تا هر قدر می خواهید مدل های سه بعدی چاپ کنید. برای درست کردن پایه های نگهدارنده ی ظریف و جدا شدنی از سازه ها از نرم افزار آن استفاده کنید.
خ- فن آوری آموزشی
اشاره
نوعی فن آوری که با خلق و مدیریت منابع و فرآیندهای فناورانه ی گوناگون به دنبال بهبود عملکرد است. فن آوری آموزش، رشته ای دانشگاهی است که افراد را برای کسب دانش و درکی عمیق تر آماده می سازد. به آن ها کمک می کند، یاد بگیرند چگونه از طریق پژوهش، طراحی، ارزشیابی، و به کارگیری نتایج آن ها برای مشکلات راه حل بیابند. تکنولوژی آموزشی به بهبود نحوه ی یادگیری مان کمک می کند. برخی مزایای تکنولوژی آموزشی عبارت هستند از:
1- انگیزه دادن به دانش آموزان و ترغیب افراد به یادگیری.
2- آسان کردن دسترسی افراد به مواد آموزشی.
3-کمک به دانش آموزان برای یادگیری موضوعات و زبان های جدید از راه بازی وارسازی درس ها.
نمونه ای از فن آوری آموزشی
تصویر
تصحیح امتحان Markup
معلمان می توانند از این برنامه برای برگزاری امتحان و تصحیح آن بدون استفاده از
ص: 20
کاغذ در آی پد بهره مند شوند. چنان چه می خواهید کلاس آموزشی بدون کاغذ داشته باشید و اگر نیز همه ی دانش آموزانتان نیز به آی پد دسترسی دارند، آن گاه این فن آوری برای استفاده ی شما و دانش آموزانتان بسیار مفید خواهید بود. نرم افزار Markup نحوه ی امتحان گرفتن و تصحیح آن را برای معلمان به طور کامل تغییر داده است. دانش آموزان می توانند برگه های امتحانی الکترونیکی شان را به شیوه ی الکترونیکی تحویل دهند و معلمان نیز به همان شیوه آنها را تصحیح کنند، این کار باعث صرفه جویی در وقت و منابع هر دو طرف می شود.
چه تفاوتی میان فن آوری و علم وجود دارد؟
اشاره
فن آوری را نمی توان علمِ کاربردی تلقی کرد؛ هر دوی آنها، با یک دیگر دارای رابطه ای تنگاتنگ هستند، ولی در بسیاری موارد نیز با هم فرق می کنند. تکنولوژی دنیای ساخت انسان را توسعه و تبیین می کند و شامل توسعه، پردازش و مدیریت می شود، در حالی که علم به تبیین دنیای طبیعی می پردازد. علم به روش شناسی سامان مند اشاره دارد، که برای جمع آوری اطلاعات دقیق درباره ی حقیقت مشترک به کار می رود. در طول فرآیند جمع آوری این اطلاعات، از ابزارهای فناورانه استفاده می شود. برای نمونه، میکروسکوپ ها ابزاری زیست شناختی هستند که می توانند برای مطالعه ی حقایقی خاص درباره ی هر چیز در زندگی به کار روند.
دانش علمی از طریق مشاهداتی مجزا جمع آوری می شود. دانشمندان می توانند از طریق این اطلاعات جمع آوری شده و با استفاده از ابزارهای فناورانه به بیان علل وقوع پدیده ها بپردازند و همه ی این فرآیندها را می توان پژوهش نامید.
ما هر دوی این ها، فن آوری و علم، را در کنار یکدیگر به کار می بریم، به همین خاطر نیز این دو را به عنوان دو واژه ی هم معنی اشتباه می گیریم. علم، دانش دنیای طبیعی است، در حالی که فن آوری، دنیای ساخت انسان است که با پردازش، توسعه و مدیریت تعیین می شود.
ص: 21
برای درک تفاوت میان علم و فن آوری به تصویر زیر دقت کنید.
تصویر
با دقت به عکس (a) نگاه کنید، این عکس کوه آتشفشانی در حال فوران را نشان می دهد، فوران آتشفشان پدیدهای طبیعی در جهان است و فقط علم است که بر اساس پژوهش گسترده و جمع آوری داده ها توسط دانشمندان، چگونگی فعالیت و وقوع آن را بیان می کند. در عکس (b)، دانشمندی را مشاهده می کنیم که برای انجام پژوهش و جمع آوری داده ها از می کروسکوپ استفاده می کند.
میکروسکوپ یک فن آوری ساخت انسان است که برای کمک به پژوهش های دانشمندان طراحی شده است. بنابراین نتیجه می گیریم هر دو مفهوم با یکدیگر همکاری نزدیک دارند، ولی کاملا از هم متفاوت هستند. انسان ها برای کمک به حل مشکلات زندگی روزمره ی خود به ایجاد و توسعه ی ابزارهای فناورانه ی گوناگون پرداخته اند، ولی همچنین اگر این فن آوری به شکلی نادرست به کار گرفته شود می تواند شرایط محیط زیست طبیعیمان را تحت تاثیر قرار دهد.
فواید و زیان های فن آوری کدام اند؟
فن آوری خوب است، زیرا نحوه ی انجام کارها را در زندگی روزمره مان آسان می کند. با وجود این، چنانچه فن آوری به شکلی نادرست به کار گرفته شود، از طرق مختلف می تواند زیان آور باشد. فن آوری توسط انسان ها ایجاد می شود، بنابراین می توانیم با استفاده از آن تقریبا همه ی وظایفمان را به انجام برسانیم. فن آوری باعث
ص: 22
می شود غیرممکن، ممکن به نظر برسد. با وجود همه ی این ها، برای درک فواید و زیان های فن آوری های امروزی، می توانیم به تصویر زیر نگاهی بیندازیم.
تصویر
نانو چیست؟
اشاره
نانو یکی از جدیدترین و جالب ترین اختراعاتی است که بشر انجام داده است. این اختراع جالب در ریاضی و علوم نقش دارد. آیا می دانستید که کوچکترین واحد اندازه گیری نانومتر است؟ و آیا می دانستید که فلزهای نانویی از پلاستیک سبک تر و از فولاد مهم تر است؟
تصویر
قرن بیست و یکم، قرن فن آوری نانو، مهم ترین دوران صنعت به شمار می رود. قرن نانو، قرن سلامتی، صرفه جویی و آرامش نامیده می شود. نانو نه یک ماده است نه
ص: 23
یک جسم، فقط یک مقیاس است. کوچک شدن یک مقیاس نانو یک میلیاردم متر است به اندازه ای کوچک است که دیده نمی شود، اما تاثیری بسیار بزرگ در زندگی انسان دارد.
در مقیاس نانو خواص فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی تکتک اتم ها، مولکول ها باخواص توده ماده متفاوت است، نانو ذرات در چنین مقیاس و مشخصه های منحصر به فردی موجب پیدایش دستاوردهای نوینی درعلوم پزشکی و مهندسی می شوند.
به طورخلاصه نانو تکنولوژی به معنی انجام مهندسی مواد در ابعاد اتمی- مولکولی و ساخت موادی با خواص کاملا متفاوت درابعاد نانو است. تعریف دیگر نانوتکنولوژی با آرایش دادن و دستکاری اتم ها ساخت مواد مورد نظراست. نانومتر، (یک میلیاردم متر) به اندازه چیدن 5 الی10 اتم درکنار یکدیگر است، مکعبی با ابعاد 2.5 نانومتر تقریبا 1000 اتم راشامل می شود. خواص فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی ماده تبدیل شده به ابعاد نانو نسبت به خواص آن در ابعاد ماکرویی کاملا متفاوت است. نانو در مولکول های ماده انرژی بالایی را ایجاد می کند به همین دلیل معجزه آسا نامیده می شود.
تاریخچه فن آوری نانو
فن آوری نانو حدود نیم قرن پیش، در دهه های آخر قرن بیستم همراه با توسعه فن آوری های نوین تصویر برداری، دست کاری و شبیه سازی ماده در مقیاس اتمی پدید آمده است. نانو در گذشته فیزیک اتمی نامیده می شد، پس از کاربردی شدن آن، نام آن نانو شد، به همین دلیل نانو یک علم جدید نیست، اما کاربردی شدن آن زندگی انسان را دگرگون ساخت. ایده نانوتکنولوژی را برای اولین بارEric Drexler به دنیا عرضه نمود، او درآزمایشگاه مشهور MIT متعلق به انستیتو Foresight مطالعات خود را با سیستم های بیولوژیکی شروع کرده و سپس متوجه شد که می توان دستگاه های مولکولی تولید کرد به این ترتیب ایده نانوتکنوژلوی به نام او ثبت شد. اصطلاح نانو برگرفته از یونان قدیم است و به معنی کوتوله بوده است.
ص: 24
تصویر
معرفی فن آوری نانو
نانو یک پیشوند علمی است که به معنی یک میلیاردم (مقیاس کوچک) است و حوزه نانوتکنولوژی در حدود میلیاردم متر است. ابعادی که در آن اتم ها با هم ترکیب شده و مولکول ها روی هم اثر متقابل دارند.
در این قلمرو، اتم ها و ذرات رفتاری غیر متعارف را از خود به نمایش می گذارند و قابلیت های این علم فقط توانایی کوچک کردن اجسام نیست. دانشمندان با استفاده از این مواد در تلاش هستند، دستگاه ها و ابزارهایی بسازند که از قابلیت های بسیار شگفت انگیز و غیرمتعارفی برخوردار باشند. متخصصان نانو می کوشند با کار بر روی چگونگی حرکت اتم ها و نوع قرار گرفتن آن ها در کنار یکدیگر و نیز با تغییرات خاص به ترکیبات مقاوم تری از مواد دست یابند و کیفیت مواد تولیدی را بهبود بخشیده و در نهایت تولید مواد مختلف را اقتصادی تر کنند.
فن آوری نانو توانایی ساخت، کنترل و استفاده ماده در ابعاد نانومتری است. اندازه ذرات در فن آوری نانو بسیار مهم است، چراکه در مقیاس نانویی، ابعاد ماده در خصوصیات آن بسیار تأثیرگذار است و خواص فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی تکتک اتم ها و مولکول ها با خواص توده ماده متفاوت است. این اندازه در مواد مختلف متفاوت است، اما به طور معمول مواد نانو به موادی که حداقل یکی از ابعاد آن ها کوچک تر از 100 نانومتر باشد گفته می شود.
ص: 25
مراحل فن آوری نانو
در مجموع این فن آوری شامل سه مرحله می باشد.
1- طراحی مهندسی ساختارها در سطح اتم.
2- ترکیب این ساختارها و تبدیل آن ها به مواد جدید با ساختار نانو با خصوصیات ویژه.
3- ترکیب این گونه مواد و تبدیل آن ها به ابزارهای سودمند.
انتظار می رود که نانو تکنولوژی نیاز بشر را به مواد کمیاب کمتر کرده و با کاستن آلاینده ها، محیط زیستی سالم تر را فراهم کند.
تصویر
ترویج عمومی فن آوری نانو
ترویج عمومی فن آوری نانو یکی از ویژگی های منحصر به فرد برنامه توسعه فن آوری نانو در ایران محسوب می شود. در ایران به آموزش عمومی فن آوری نانو به ویژه در سطح دانش آموزی توجه ویژه ای می شود. ستاد نانو به منظور ارتقای آشنایی دانش آموزان با علوم و فن آوری نانو و زمینه سازی تحقیق و پژوهش دانش آموزی در این حوزه، اقدام به تأسیس باشگاه دانش آموزی نانو نموده است. یکی از برنامه های ترویجی ایران برگزاری نوآورانه المپیاد فن آوری نانو در این کشور است. در سال 1383 سایت باشگاه دانش آموزی نانو فعالیت های آموزشی خود را در فضای مجازی آغاز و از سال 1387 مجموعه فعالیت های مختلف آموزشی را برنامه ریزی و اجرا کرده است. این مجموعه سعی دارد تا دانش آموزان را در طی یک فرآیند آموزشی،
تصویر
ص: 26
از یادگیری مفاهیم اولیه تا خلق ایده های دانش محور هدایت نماید، با این هدف که پس از فارغ التحصیلی، آموخته ها و تجربیات باشگاه پایه پژوهش های دانشگاهی شوند. از مهمترین اصول مطرح در باشگاه نانو، فراهم سازی امکان تجربه کار گروهی است. ترسیم ماهیت بین رشته ای علوم و فن آوری نانو، مفهومی است که در جریان فعالیت در باشگاه به طور تجربی به دانش آموزان آموزش داده شده است.
تصویر
ص: 27
فصل دوم: کاربرد و محصولات نانو
نانوفن آوری، توانمندی تولید و ساخت مواد، ابزار و سیستم های جدید با در دست گرفتن کنترل در مقیاس نانومتری یا همان سطوح اتمی و مولکولی و استفاده از خواصی است که در این سطوح ظاهر می شوند. یک نانومتر برابر با یک میلیاردم متر می باشد. این اندازه 18000 بار کوچک تر از قطر یک تار موی انسان است. به طور میانگین 3 تا 6 اتم در کنار یکدیگر طولی معادل یک نانومتر را می سازند، که این خود به نوع اتم بستگی دارد. به طور کلی، فن آوری نانو، گسترش، تولید و استفاده از ابزار و موادی است که ابعادشان در حدود 1 تا 100 نانومتر می باشد. فن آوری نانو به سه سطح قابل تقسیم است: مواد، ابزارها و سیستم ها. موادی که در سطح نانو در این فن آوری به کار می رود، را نانو مواد می گویند.
تصویر
طبقه بندی نانومواد بر اساس ساختار ظاهری آن ها
اشاره
این مواد به گروه های مختلفی تقسیم بندی می شوند که مهمترین آنها عبارت اند:
نانو ذرات
نانوذرات از مدت ها قبل مورد استفاده بوده اند. شاید اولین موارد استفاده از آنها در لعاب ظروف سفالی باشد. نانوذرات در واقع ذراتی با قطر بین 1 تا 100 نانومتر هستند که مهمترین آنها شامل نانو ذرات نیمه رسانا، نانوذرات سرامیکی، نانوذرات فلزات و غیره می باشد. این ذرات در شکل هایی مانند کروی، سوزنی، ورقه ای،
ص: 29
شاخه ای، میله ای و صفحه ای یافت می شوند.
تصویر
نانوالیا
اشاره
الیاف نسبتاً کوتاهی که قطرشان در مقیاس نانومتری است و به گروه های بسیار متنوعی تقسیم می شوند، که به مهم ترین آن ها، یعنی نانو الیاف کربنی، نانو الیاف پلیمری و نانو الیاف معدنی می توان اشاره کرد. نسبت سطح به حجم بالا و مقاومت زیاد در مقابل سایش از جمله خواص نانو الیاف است. از نانو الیاف ها برای تولید لباس های محافظ، تولید آیینه های قابل استفاده در فضا، فیلتر هوا و ... استفاده می شود.
انواع نانوالیاف
نانوالیاف آرایش یافته
نانوالیاف بافته شده
ص: 30
نانوالیاف هیبریدی دو یا چندجزئی
نانوالیاف هسته- پوسته
نانوالیاف سرامیکی
نانوالیاف توخالی
نانوالیاف نواریشکل
نانوالیاف متشکل از دانه های تسبیه
نانوالیاف متخلخل
تصویر
نانوکپسول ها
نانوکپسول ها به نانو ذره ای گفته می شود که دارای یک پوسته و یک فضای خالی جهت قرار دادن مواد مورد نظر در داخل آن باشد. نانو کپسول های پلیمری و نانوامولسیون ها از این جمله هستند.
ص: 31
تصویر
نانولوله ها
نانولوله ها به موادی گفته می شود که قطر آن ها تا حدود 100 نانومتر است. لغت نانولوله در حالت کلی در مورد نانولوله های کربنی به کار می رود. البته شکل های دیگری از نانولوله ها همچون نانولوله های بورنیترید نیز ساخته شده اند.
نانولوله های کربنی که از صفحات کربن به ضخامت یک اتم و به شکل استوانه ای توخالی ساخته شده است در سال 1991 توسط سامیو ایجیما کشف شد.
ص: 32
تصویر
شکل فوق تصویر سه بعدی از یک لوله کربنی را نمایش می دهد.
نانو لوله های کربنی، ساختارهای حلقوی تو خالی و متشکل از اتم های کربن هستند، که می توانند به شکل تک یا چند جداره آرایش یابند و دارای خواص فلزی و شبهرسانایی نیز هستند. نانو لوله های کربنی دارای سطح ویژه بسیار بالا، نفوذپذیری زیاد و پایداری مکانیکی و حرارتی خوبی هستند. اگرچه تخلخل های نانولوله های کربنی به طور قابل توجهی کوچک است. غشاهای نانو لوله ای نشان داده اند که به خاطر سطح داخلی صاف نانولوله ها، شدت جریان بیشتر یا یکسانی نسبت به تخلخل های بسیار بزرگ تر دارند. این مواد با دوام و در مقابل گرما مقاومند و نیز تمیز کردن و استفاده مجدد از آن ها در فرآینده ای تصفیه ای مانند آب وفاضلاب ساده است. غشاهای نانولول های می توانند تقریباً تمام آلودگی های آب اعم از باکتری، ویروس، ترکیبات آلی و کدورات را حذف نمایند.
تصویر
ص: 33
نانوسیم ها
نانوسیم یک ساختار دو بعدی است و به دلیل این که در این ابعاد آثار کوانتومی مهم هستند، سیم های کوانتومی نیز نامیده می شوند و انواع نانوسیم های فلزی، نانوسیم های آلی، نانوسیم های پلیمری و نیمه هادی را در برمی گیرند.
تصویر
نانوروکش ها
روکش ها، لایه هایی هستند که روی ماده ای دیگر نشانده می شوند و ضخامتی کمتر از ماده دوم دارند. روکش ها، کاربردهای متنوعی در صنایع مختلف از خودروسازی گرفته تا صنایع لوازم خانگی دارند. دلیل استفاده از این روکش محافظت یا تزئین محصولاتی چون شیشه ها، فلزات، پلاستیک ها، عینک های آفتابی، لوازم ورزشی، مبلمان، وسایل آشپزی، وسایل پزشکی، الکترونیک، خودروها و ... است. از این روکش ها برای
ص: 34
محافظت از سطوح در برابر آسیب هایی مانند باران، برف، اشعه ی ماورا بنفش، نور آفتاب و رطوبت استفاده می شود.
نانوروکش ها در واقع لایه های نانومتری و روکش های نانوساختار هستند. نانوروکش ها دارای کاربردهای فراوانی هستند. فن آوری نانو از خش برداشتن، تکه تکه شدن و خورده شدن روکش ها جلوگیری می کند. از جمله نانوروکش ها می توان به روکش های ضد انعکاس در مصارف خودروسازی و روکش های محافظ (ضدخش، غیرقابل رنگ آمیزی و قابل شست وشوی آسان) و روکش های زینتی اشاره کرد.
تصویر
مواد نانوحفره ای
زئولیت ماده ای است که به عنوان کاتالیزگر استفاده می شود. ویژگی قابل توجه زئولیت ها حفره های بسیار ریز یا نانومتری موجود در آن هاست. نسبت سطح به حجم زیاد این ساختار نانو متخلخل سبب شده است از آن به عنوان کاتالیزگر استفاده شود. همچنین، تخلخل های موجود در این مواد برای رشد دادن نانو مواد
ص: 35
یک بعدی (نانوسیم ها و نانولوله ها) مناسب است. مواد نانو حفره ای به طور گسترده در سیستم های زیستی موجود است. برای مثال بعضی از غشاهای نانوحفرهای موجود در طبیعت مانند دیواره سلول ها، قابلیت عبور دادن انتخابی مواد از خود را دارند. این مواد کاربردهای مختلف و فراوانی دارند. از این مواد برای ارسال داروها به قسمت های مورد نظر در بدن استفاده می شود.
تصویر
نانو کف
اشاره
نانوکف یا نانوفوم (Nanofoam) دست های از مواد نانوساختار متخلخل (فوم) است که جمعیت قابل توجهی از منافذ با قطر کمتر از 100 نانومتر را دارا است. هواژل ها نمونه ای از نانوکف هستند. در زیر نمونه هایی از نانوکف آورده شده است:
1- نوع فلزی
در سال 2006، محققان، نانوکف های فلزی را با حرارت دادن به گلوله های پرانرژی ترکیبات بی سامین فلزی تولید کردند. از این روش نانوکف هایی از جنس آهن، کبالت، نیکل، مس، نقره و پالادیوم تهیه شده اند. این مواد دارای چگالی کم تا 11 میلی گرم بر سانتیمتر مکعب و سطحی تا 258 مترمربع بر گرم هستند. این فومها کاتالیزورهای مؤثری محسوب می شوند.
ص: 36
2- نوع کربنی
نانوکف های کربنی در سال 1997 کشف شدند. این نوع از نانوکف ها شامل یک مجموعه خوش های از اتم های کربن قرار گرفته در یک تور سه بعدی هستند و دارای چگالی 2 تا 10 میلی گرم بر سانتیمتر مکعب می باشند.
3- نوع شیشه ای
در سال 2014، محققان نانوکف شیشه ای را با استفاده از تخریب لیزری فمتوثانی های ساختند. کار آن ها شامل اسکن فمتوثانی های شطرنجی پالس های لیزر بر روی سطح شیشه ای برای تولید نانوکف با قطر 70 نانومتر بود.
تصویر
کاربرد نانومواد
اشاره
کوچک شدن اندازه ذرات در حد نانومتر سبب تغییراتی در خواص فیزیکی و شیمیایی آن ها می شود. مهمترین آن ها عبارت اند: افزایش نسبت سطح به حجم و ورود اندازه ذره به قلمرو آثار کوانتومی.
ص: 37
موارد زیر از کاربردهای نانو مواد هستند.
تصویر
صفحات خورشیدی و کیهانی
دی اکسید تیتانیم و اکسید روی در اندازه های نانو در صفحات خورشیدی برای جذب و یا انکسار پرتوهای ماورای بنفش که شفافیت لازم را برای عبور نور قابل رویت دارند، کاربرد بسیاری پیدا کرده است.
تصویر
ص: 38
ترکیبات پیچیده
یکی از موارد مهم کاربرد نانوتکنولوژی ساخت ترکیبات پیچیده از چند ماده مختلف است. برای مثال با استفاده از لوله، سیم و ذرات نانو محصولات چند منظورهای تولید می شود که هم دارای خواص هر یک از عناصر تشکیل دهنده است و هم ساختار جدیدی با کاربردهای پیشرفته دارد. این مواد در علوم پزشکی، در وسایل بصری، الکترونیک و مغناطیسی به کار می روند. همچنین کربن سیاه که اندازه آن به چند ده نانو می رسد برای تقویت لاستیک وسایل نقلیه مورد استفاده قرار می گیرد. از یک نوع خاک رس در ابعاد نانو نیز برای ساختن سپرهای مقاوم وسایل نقلیه استفاده می شود.
تصویر
ص: 39
پوشش سطوح
استفاده از پوشش هایی در اندازه نانو و یا چند اتم، امکانات ویژهای را به وجود آورده است. به تازگی شیشه هایی ساخته شده که با دیاکسید تیتانیم بسیار فعال پوشش داده شده است. این شیشه ها ضد باکتری، دفع کننده آب و از بین برنده مواد شیمیایی بوده و به طور خودکار خود را تمیز می کنند. کاربرد دیگر مواد نانو ساختن پوشش های بسیار مقاوم در مقابل خش، به صورت یک یا چند لایه بر روی لایه اصلی است. گروه بیشماری پارچه های قابل تنفس، ضد آب و لکه با کنترل منافذ و ناهمواری های سطح آن در حد اندازه های نانو از مواد پلیمری و غیرآلی ساخته شده اند.
تصویر
ابزار برشکاری بسیار سخت
ابزار ساخته شده از کریستال های تنگستن، تانتانیم و تیتانیم در اندازه های نانو،
ص: 40
منجر به ساخت ابزار برش بسیار سخت تر در مقایسه با همان ماده در اندازه ذرات بزرگ تر شده است. کاربرد این ابزار در سوراخ کاری، برش فلزات در ماشین تراش، قالب سازی، سنگبری و نظایر آن بسیار وسیع است.
تصویر
رنگ ها و محلول ها
تصویر
استفاده از رنگ ها در اندازه نانو می تواند قابلیت ها و توانایی های بسیار خوبی را به رنگ بدهد. برای مثال ساختن رنگ های سبک می تواند وزن هواپیماها را کاهش داده و باعث صرفه جویی در سوخت آن ها شود. کاهش حلال ها مورد دیگری است که از آلودگی محیط زیست جلوگیری می کند. محلول های ضد باکتری موارد استفاده
ص: 41
بسیاری در تأسیسات تصفیه آب دارد و دیگر نیازی به استفاده از ضد باکتری مانند کلر نخواهد بود. نانو تکنولوژی در مبدل های حرارتی با جذب امواج قرمز باعث صرفه جویی در انرژی شده و با تغییرات دما و یا محیط شیمیایی اطراف آن، موجب تغییر رنگ می شود. عمده ترین هدف از اجرای این پژوهش ها در مورد رنگ ها اهداف زیست محیطی است.
محیط زیست
مطالعه و بررسی بر روی تأثیرگذاری مواد نانو بر مواد آلوده کننده خاک و آب های زیرزمینی و خنثی کردن تأثیرات مخرب آن ها، نمونه ای از پژوهش های میان مدت است. هم چنین تلاش برای ساخت موادی که سرب و جیوه موجود در محیط زیست را به صورت غیرفعال در آورد، ادامه دارد. اگر این تحقیقات به صورت کامل انجام شود، می توان از آلودگی سرب هوا که از سوخت ماشین های درون سوز به وجود می آید جلوگیری کرد.
تصویر
سلول های سوختی
سطح سلولی سوخت ها از نظر مهندسی تأثیر مستقیمی بر عملکرد درونی آن دارد. استفاده از هیدروژن به عنوان یک سوخت میانی ممکن است با تغییرات بنیادی هیدروکربورها در کاتالیست های یک راکتور به دست آید. استفاده از علوم نانو برای شدت بخشیدن به عملکرد کاتالیزورها می تواند به بازده ی بیش تر و تولید سوخت هایی با ذرات کوچک تر کمک کند. این عامل می تواند در افزایش تولید انرژی برق مؤثر
ص: 42
باشد و در نتیجه برای تولید هیدروژن به جای استفاده از هیدروکربورها از مواد فراوان تر و سازگارتر با محیط زیست استفاده کرد. امروزه هیدروژن به عنوان جانشین سوخت هیدروکربورها در جهان بسیار مورد توجه قرار گرفته است.
تصویر
باتری ها
توسعه وسایل الکترونیکی قابل حمل مانند تلفن های همراه، دستگاه های ناوبری، کامپیوترهای کوچک و قابل حمل، سنسورهای کنترل از راه دور و نظایر آن ها، نیاز بهداشتن باتری های سبک تر با انرژی و دوام بیشتر را دو چندان ساخته است. مواد کریستالی نانو با استفاده از روش کاربرد ژل ها در صفحات جداکننده باتری ها می تواند انرژی بیشتری در مقایسه با باتری های متداول امروزی ذخیره کند. باتری های ساخته شده از نانو کریستال های نیکل نیاز به شارژ مجدد را کاهش و ذخیره انرژی در باتری ها را در حد قابل توجهی افزایش داده است.
ص: 43
تصویر
مواد افزودنی سوخت ها
هم اکنون تحقیقات برای افزودن ذرات نانوی اکسید سدیم به سوخت های دیزل در دست اقدام است که باعث بالا رفتن بازده ی، صرفه جویی اقتصادی و کاهش میزان مصرف آن ها در بلند مدت خواهد شد.
تصویر
تصفیه آب
فن آوری نانو باعث صرفه جویی در مصرف انرژی برای تصفیه آب در سیستم های تقطیر می شود. همچنین این فن آوری منجر به بالا بردن تکنولوژی مورد استفاده کنونی خواهد شد.
ص: 44
تصویر
لباس های جنگی
به تازگی استفاده از فن آوری نانو برای ساخت لباس های ویژه میدان های جنگ توسط گروه تحقیقات دانشگاه MIT انجام شده است. هم اکنون برنامه ای برای ساخت موادی که بتواند در کوتاه مدت جاذب انرژی شوک های امواج انفجاری و موادی که در بلند مدت بتواند در برابر مواد شیمیایی و بیولوژیکی از خود مقاومت نشان دهند به صورتی که در مقابل این مواد حساس بوده و پس از شناسایی مواد روزنه های
ص: 45
لباس مسدود شوند، درحال بررسی است. گونه ای دیگر از این مواد برای کشف آسیب های وارده به بدن به صورت خودکار عمل خواهد کرد. برای مثال به کمک این مواد شکستگی استخوان ها را به سرعت شناخته و گچ گیری متداول امروزه را انجام می دهند.
تصویر
نانو در محصولات غذایی
اختراعات فن آوری نانو در محصولات غذایی منجر به ورود محصولات جدید و بدیعی به بازار شده است. در طی چند سال اخیر فن آوری نانو به عنوان جزء مهمی از صنعت غذا تبدیل شده است. شرکت های مطرح در صنایع غذایی به تحقیق و توسعه در این زمینه پرداخته اند و انتظار می رود اولین موج محصولات در آینده نزدیک به بازار وارد شود. از اهداف این شرکت، کار روی بسته بندی های هوشمند غذایی است. از نانوحسگرهایی که بهره ایش مواد شیمیایی ناشی از فساد غذاها حساس هستند می توان در بسته بندی های هوشمند استفاده کرد، تا به محض شروع خراب شدن غذا، رنگ بسته بندی تغییرکرده، به مشتری هشدار می دهد. این سیستم به مراتب دقیق تر و مطمئن تر از فروش با تاریخ مصرف است.
پیشرفت بیشتر در رمزگشایی DNA و آنالیز آن، صنایع را قادر به پیش بینی، کنترل و بهبود محصولات کشاورزی می کند. تلفیق این فن آوری با فن آوری دست کاری مولکول ها و اتم های غذا، روش قدرتمندی را در اختیار صنایع غذایی می گذارد تا
ص: 46
غذاهایی با قابلیت بسیار بیشتر و هزینه ای کمتر را طراحی کنند.
تصویر
نانو الکترونیک
نانو الکترونیک شاخه ای از فن آوری نانو است که از تأثیر نانوفن آوری بر دانش و صنعت الکترونیک ایجاد شده است. تاریخچه این دانش به حدود 50 سال قبل و از زمان تلاش برای کوچک تر کردن هر چه بیشتر ترانزیستورها برمی گردد. نانوالکترویک از نظر ساخت وسایل الکتریکی کوچک تر، سریع تر و کم مصرف تر، نقش بسیار مهمی در تکنولوژی جهانی دارد. افزایش میزان ذخیره اطلاعات، محاسبه گرهای رایانه ای کوچک تر، طراحی مدارهای منطقی،نانوسیم ها و...از زمینه های کاربرد نانو الکترونیک هستند.
تصویر
ص: 47
فن آوری نانو در بهداشت دهان
دهان شما پر از میکروب هست. به همین خاطر باید همیشه مسواک بزنید. اگر داندان های خود را مسواک نزده باشید، باکتری ها در زیر لثه نفوذ کرده و آن ها را قرمز و متورم می کند.
رعایت بهداشت دهان و دندان می تواند به شما کمک کند. اگر باکتری ها بیشتر شوند، دندانپزشک می تواند از آنتی بیوتیک برای کشتن آن ها استفاده کند. اما گاهی اوقات این باکتری ها به آنتی بیوتیک ها مقاوم می شوند. خوب در این گونه موارد باید چیکار کنیم؟
فن آوری نانو می تواند در این گونه موارد کارساز باشد و شما را نجات دهد. مادهای به نام گرافن اکسید می تواند در این گونه موارد به کارتان بیاید. اما گرافن اکسید چیست؟
گرافن یکی از مواد شگفت انگیز حوزهی فن آوری نانو است. گرافن یک نمونه و شکلی از کربن است. گرافن تنها ضخامتی به اندازه ی یک اتم دارد. این مورد خاصیتی عجیب به گرافن می دهد. وقتی این ورقه های گرافن با اکسیژن واکنش داده و ترکیب می شود، گرافن اکسید تشکیل می شود. این ماده نیز خواص فوق العاده ای دارد. یکی از این خواص، خاصیت حل شدگی در آب است. محققان اخیرا دریافته اند که گرافن اکسید می تواند باکتری های دهان شما را از بین ببرد.
تصویر
ص: 48
فن آوری نانو، امیدی تازه در امنیت اطلاعات
در دنیای IT همه چیز دیوانه وار در حال پیشرفت است. استفاده از فن آوری نانو، در این یورش بی رحمانه انسان به منابع و ظرفیت های مهم طبیعت، می تواند گره گشا و نجات بخش باشد. این نوع فن آوری با استفاده اندک از انرژی و منابع آن، اثرات و کاربردهای بسیار مفید و مؤثرتری در زندگی بشر خواهد داشت.
Nano Scan، فن آوری جدیدی است که با توجهی خاص به نانوتکنولوژی پا به دنیای IT و امنیت آن نهاده و قادر است صدها و هزاران کد مخرب فعال در سیستم های رایانه ای را بدون اشغال بخش زیادی از حافظه و ظرفیت سیستم ردیابی و کشف کند.
تصویر
جهان ریاضیات در فضای نانو
دانش ریاضیات به عنوان خط مقدم جبهة علم مطرح است. ویژگی بدیهی ریاضیات
ص: 49
در علوم نانو «محاسبات علمی» است. محاسبات علمی در فن آوریی که به عنوان فن آوری انقلابی مطرح شده است. محاسبات علمی، تفسیر آزمایشات، تهیة پیش بینی در مقیاس اتمی و مولکولی بر پایة تئوری کوانتومی و تئوری های اتمی است.
همان گونه که ریاضیات زبان علم است، محاسبات، ابزاری عمومی علم و کاتالیزوری برای تعاملات عمیق تر میان ریاضیات و علوم است.
در علوم نانو و فن آوری نانو، مدل سازی نقش محوری را بر عهده دارد، به ویژه وقتی که بخواهیم عملکرد ماکروسکوپی مواد را از طریق طراحی در مقیاس اتمی و مولکولی کنترل کنیم، آن هم در شرایطی که درجات آزادی زیاد باشد. مدل سازی ریاضی یک ضرورت در این فضای مه آلود است. تفسیر داده های آزمایشگاهی یک ضروت حتمی است. همچنین برای هدایت، تفسیر، بهینه سازی، توجیه رفتارهای آزمایشگاهی، مدلسازی ریاضی ضرورت می یابد.
تصویر
ص: 50
فصل سوم: فن آوری نانو در ایران
آغاز فن آوری نانو در ایران و تنظیم سند راهبرد فن آوری نانو
جرقه های اولیه فن آوری نانو در ایران در سال 1380 زده و با دستور ریاست جمهور وقت ایران، مطالعات راهبردی فن آوری نانو آغاز شد. دو سال بعد از شروع این مطالعات، در سال 1382 ستاد ویژه توسعه فن آوری نانو (INIC) تأسیس شد. این ستاد سند راهبردی، فن آوری نانو را در مدت دو سال تهیه و به هیات وزیران تسلیم نمود. این سند در سال 1384 توسط هیات وزیران تصویب شد. در سال 1385 نیز سیاست ها و راهبردهای ارتقاء و توسعه فن آوری نانو به تصویب رسید. برای توسعه فن آوری نانو این ستاد کارگروه های مختلفی را دایر کرد که از آن جمله می توان به موارد ذیل اشاره کرد: کارگروه صنعت و بازار، کارگروه توسعه فن آوری، کارگروه توسعه منابع انسانی، کارگروه زیرساخت های فن آوری، کارگروه ترویج و فرهنگ سازی، کارگروه روابط بین الملل و کارگروه سیاست گذاری و ارزیابی سند ده ساله دوم توسعه فن آوری نانو (1404-1394) با توجه به ارزیابی های راهبردی، گزارش های عملکرد سالانه و بازخوردهای حاصل از اجرای آن، در سال 1394 تدوین شد. در این سند تلاش شده تا اهداف و نحوه دستیابی به آنان به گونه ای به روزرسانی شود که حرکت پیشگامانه کشور در عرصه این فن آوری نوظهور، به صورت شتابان تداوم داشته باشد. بر این اساس، رویکرد کلی حاکم بر سند اول که ناظر بر توسعه و تربیت سرمایه انسانی و تأمین زیرساخت های توسعه این فن آوری بود، به رویکردهایی از قبیل دستیابی به مرجعیت علمی نانو در جهان، توسعه فن آوری های کلیدی، استقرار سیستم نانونماد، ایجاد و ارتقای صنایع نانو و توسعه بازار این فن آوری ارتقا یافت. انرژی، بهداشت و سلامت، آب و محیط زیست و ساخت و ساز، اولویت های ملی فن آوری نانو در ایران محسوب می شوند. حوزه انرژی، با توجه به این که نفت و گاز از صنایع اصلی در ایران هستند از اولویت های اصلی تحقیقات فن آوری نانو قلمداد می شود.
رتبه علمی ایران در دنیا
بر اساس آمارهای منتشر شده از سوی وب آف ساینس (Web Of Science) ایران تا پایان دسامبر سال 2017 با انتشار 8 هزار و 791 توانسته است رتبه چهارم جهانی را از آن خود کند.
ص: 52
تصویر
در شکل زیر سهم انتشار علم نانو در میان قاره ها نمایش داده شده است. آمارها نشان می دهد قاره آسیا و اقیانوسیه سهم 53 درصدی در تولید علم جهانی نانو را بر عهده دارد و بعد از آن قاره اروپا قرار داد که سهم 28 درصدی تولید علم در دنیا را در اختیار دارد.
تصویر
ص: 53
در شکل زیر سهم انتشار علم نانو در میان کشورهای اسلامی نمایش داده شده است. ایران هم چنین با تولید 40 درصد علم نانو بیشترین سهم تولید این علم را در میان کشورهای اسلامی دارد. بعد از ایران کشور عربستان با 13 درصد، ترکیه با 11 درصد و مالزی با 9 درصد قرار دارد.
تصویر
وضعیت ثبت اختراعات محققان ایران
تعداد کل ثبت اختراعات محققان ایران 197 مورد بوده که بیشترین تعداد آن در اداره ثبت اختراعات آمریکا به ثبت رسیده است.
تصویر
ص: 54
شرکتهای دانش بنیان و تجاری سازی
در حال حاضر 257 شرکت فناور در حوزه فن آوری نانو در کشور راه اندازی شده است که بیشتر فعالیت آن ها در حوزه نانو مواد است. به گونه ای که از این تعداد 27 درصد شرکت ها در این حوزه فعال هستند. 17 درصد این شرکت ها در حوزه دارو و سلامت و 10 درصد در حوزه ساخت و ساز مشغول به فعالیت هستند.
وضعیت فعالیت شرکت های فن آوری در حوزه نانو فن آوری به شرح زیر است:
تصویر
این تعداد شرکت 376 محصول دانش بنیان مبتنی بر نانوفن آوری تولید کردند، که 42 درصد آن ها در حوزه ساخت تجهیزات است. جزئیات این محصولات به این شرح است:
تصویر
ص: 55
حجم بازار محصولات، تجهیزات و خدمات ارائه شده در حوزه فن آوری نانو 79 میلیارد تومان در سال 1392 بوده است که این میزان در سال 1395 به708 میلیارد تومان رسید.
تصویر
سهم بازار داخلی محصولات مبتنی بر نانو
در حوزه صادرات نیز محصولات دانش بنیان مبتنی بر نانوفن آوری توانسته است در بازارهای بین المللی رسوخ کند، به گونه ای که در حال حاضر این محصولات به47 کشور صادر می شود.
تصویر
ص: 56
تصویر
مهمترین دستاوردهای حوزه نانو
اشاره
در حوزه فن آوری سلامت و بهداشت 27 شرکت فن آوری مشغول به فعالیت هستند که با استفاده از فن آوری نانو موفق به ارتقا محصولات این حوزه شدند. تولید کیت های تشخیص سرطان، دستمال کاغذی آنتی باکتریال، ماده ضد عفونی کننده با عنوان سیلوسپت، ماسک های تنفسی برای جذب بیشتر ریزگردها از جمله دستاوردهای این حوزه است.
ص: 57
داروی ضد سرطان سنادوکسوزوم
داروی ضد سرطان سنادوکسوزوم با هدف قرار دادن موتورهای سرطانی از جمله دستاوردهای محققان در حوزه نانو است. کاهش عوارض جانبی، پایین بودن قیمت نسبت به نمونه های مشابه از جمله مزیت های رقابتی این دارو به شمار می رود.
تصویر
داروی سیناکورکومین
علاوه بر آن پژوهشگران با استفاده از ماده اصلی زردچوبه با عنوان کورکومین دارویی با عنوان سیناکورکومین عرضه کردند. این دارو ضد التهاب مفاصل، بهبود عملکرد کبد چرب، رقیق کننده خون و ضد التهاب رود است.
تصویر
پاکلینب
دست یابی به فرمولاسیون و تولید داروی پاکلینب از دیگر دستاوردهای محققان حوزه
ص: 58
نانو است، که با هدف درمان سرطان های ریه و پانکراس پیشرفته تولید شد. کاهش زمان دوره استفاده و کاهش میزان سمیت و فعالیت ضد توموری بیشتر از جمله مزایای این دارو اعلام شده است.
تصویر
لنزهای چشمی و واقعیت مجازی
شرکت آی اپتیک (IOptik) فعال در عرصه فن آوری های نانو در آمریکا موفق به توسعه لنزهای تماسی شد که می توانند به جای هدست های بزرگ واقعیت مجازی به کار گرفته شوند، بدون آن که هیچ گونه تاثیری در دید فرد داشته باشند.
تصویر
حسگرهای نانو برای تشخیص حمله قلبی
موفق به طراحی نانوحسگرهایی شده اند که می تواند حمله قلبی را پیش از وقوع آن تشخیص دهد. این فن آوری هم می تواند سبب نجات جان بیماران شده و همچنین در هزینه ها صرفه جویی کند. ابعاد آخرین نسخه این تراشه تنها 90 میکرون است.
ص: 59
نانومادهای برای مقابله با باکتری ها
محققان استرالیایی و اسپانیایی موفق شدند با الهام از نوعی سنجاقک و با استفاده از سیلیسیم سیاه (Black Silicon) نانومادهای طراحی کنند که سطح آن شبیه بال های سنجاقک استرالیایی موسوم به“ wandering percher” است. این نانوماده با توجه به داشتن سطح عاج مانند می تواند از رشد باکتری ها جلوگیری کند.
تصویر
باتری های چاپ سه بعدی نانویی
محققان دانشگاه هاروارد و دانشگاه ایلینوی با استفاده از چاپگرهای سه بعدی موفق به طراحی باتری هایی با طول یک میلیمتر شدند.
تصویر
کاربرد این باتری های نانویی در مواردی همچون مهندسی پزشکی و توسعه حسگرهای زیستی و ابزارهای ردیاب درمان است که می توانند روی پوست بدن تعبیه شوند.
ص: 60
ربات نانویی جراحی چشم
محققان موفق شدند یک نانوربات را توسعه دهند که می تواند برای انجام یک عمل جراحی دقیق در چشم تعبیه شده و با دقتی مثال زدنی دوزهای دارویی مورد نیاز را به بافت چشم تزریق کند. قطر این ربات جراح تنها 285میکرون است.
تراشه فوق منعطف نانویی
محققان موفق به توسعه یک تراشه الکترونیکی نانویی شدند که می تواند با انعطاف مثال زدنی به دور یک تارمو بپیچد.
این نانوتراشه می تواند در فن آوری های پوشیدنی و ابزارهای کاربردی در عرصه پزشکی به کار گرفته شود. در حال حاضر بیشترین کاربرد این نانوتراشه ها در تولید چشم مصنوعی و همچنین نظارت بر بیماری آب سیاه چشم است.
نانوالکترودهای زیست تخریب پذیر
محققان آمریکا با استفاده از جوهر ماهی سپیداج (Cuttlefish) موفق شدند نوعی ماده شیمیایی و یک نانوساختار برای دادن نیرو به وسایل الکترونیکی بلعیدنی طراحی کنند.
تصویر
استفاده از نانوذرات برای مبارزه با سلول های سرطانی
محققان نانو ذراتی را طراحی کردند که علاوه بر حمل داروهای ضدسرطان مانند دوکسورابیسین، رشته های کوتاه RNA را نیز حمل می کند که ژن هایی را که
ص: 61
سلول های سرطانی از آن ها برای فرار از دارو استفاده می کنند، غیر فعال می کند.
نانو ذرات نقره برای کشتن میکروب ها
محققان موسسه تحقیقاتی در واشنگتن موفق به تولید نانو ذرات نقره ای شدند، که از آن ها می توان در همه چیز از خمیردندان گرفته تا پوشاک استفاده کرد. این ذرات می توانند با باکتری ها مقابله کنند.
توسعه دستگاه های تست تنفس با استفاده از فن آوری نانو
محققان دانشگاهی در آمریکا موفق به طراحی یک دستگاه تست تنفس برای بیماران دیابتی شدند که از حسگرهای نانو برای تشخیص سطوح استون موجود در تنفس بیماران بهره می گیرد.
تصویر
طبق آمار در سال 2014 حدود بیش از 10 درصد مقالات علمی جهان به عرصه نانوفن آوری مربوط بوده و کشورهای زیادی در این زمینه فعال هستند.
ص: 62
منابع
1) مدیریت بر آینده با تکنولوژی فردا، محمود نژاد ابراهیم، انتشارات انستیتو ایزایران، 1380.
2) فرهنگ علوم اجتماعی، نوشته گولد و کولب، ترجمه محمد جواد زاهدی، نشر مازیار، 1384.
3) www.scienceandtechnolog
4) www.hitna.ir
5) www.statnano.com
6) www.nano-mag.ir
7) www.bazdeh.org
8) www.isna.ir
ص: 63
