فناوری‌نانو واژه‌ای است کلی که به تمام فناوری‌های پیشرفته در عرصه کار با مقیاس نانو اطلاق می‌شود.
معمولاً منظور از مقیاس نانوابعادی در حدود 1نانو متر تا 100 نانو متر میباشد. (1 نانومتر یک میلیاردیم متر است).
اولین جرقه فناوری نانو (البته در آن زمان هنوز به این نام شناخته نشده بود) در سال 1959 زده شد. در این سال ریچارد فاینمن طی یک سخنرانی با عنوان «فضای زیادی در سطوح پایین وجود دارد» ایده فناوری نانو را مطرح ساخت. وی این نظریه را ارائه داد که در آینده‌ای نزدیک می‌توانیم مولکول‌ها و اتمها را به صورت مسقیم دستکاری کنیم.
واژه فناوری نانو اولین بار توسط نوریوتاینگوچی استاد دانشگاه علوم توکیو در سال 1974 بر زبانها جاری شد.
او این واژه را برای توصیف ساخت مواد (وسایل) دقیقی که تلورانس ابعادی آنها در حد نانومتر میباشد، به کار برد. در سال 1986 این واژه توسط کی اریک درکسلر در کتابی تحت عنوان : «موتور آفرینش: آغاز دوران فناوری‌نانو» بازآفرینی و تعریف مجدد شد. وی این واژه را به شکل عمیق‌تری در رساله دکترای خود مورد بررسی قرار داده و بعدها آنرا در کتابی تحت عنوان «نانوسیستم‌ها ماشینهای مولکولی چگونگی ساخت و محاسبات آنها» توسعه داد.
هدف فناوری نانو یا نانوتکنولوژی تولید مولکولی یا ساخت اتم به اتم و مولکول به مولکول مواد و ماشین‌ها توسط بازوهای روبات برنامه‌ریزی شده در مقیاس نانومتریک است (نانومتر یک میلیاردم متر است یعنی پهنای معادل با 3 تا 4 اتم).
رایانه‌ها اطلاعات را تقریباً بدون صرف هیچ هزینه‌ای باز تولید می‌کنند. اقداماتی در دست اجراست تا دستگاههایی ساخته شوند که تقریباً بدون هزینه - شبیه عمل بیتها در رایانه - اتمها را به صورت مجزا به هم اضافه کنند (کنار هم قرار دهند). این امر ساختن خودکار فراورده‌ها را بدون نیروی کار سنتی همانند عمل کپی در ماشینهای زیراکس میسر می‌کند. صنعت الکترونیک با روند کوچک‌سازی احیاء می‌گردد و کار در ابعاد کوچکتر منجر به ساخت ابزاری می‌شود که قادر به دستکاری اتم‌های منفرد مثل پروتئین‌ها در سیب‌زمینی و همانندسازی اتم‌های خاک، هوا و آب از خودشان می‌گردد.
نانوتکنولوژی تولید کارآمد مواد و دستگاهها و سیستمها با کنترل ماده در مقیاس طولی نانومتر و بهره برداری از خواص و پدیده‌های نو ظهوری است که در مقیاس نانو توسعه یافته‌اند .
نانوتکنولوژی به مواد و سیستم هایی مربوط می شود که ساختار و اجزای آن به دلیل ابعاد نانومتری، خواص، پدیده های فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی ، رفتار جدیدی را نشان می دهند. مواد دارای اندازه ذره نانو مقیاس در حوزه ای بین اثرات کوانتومی اتمی ها و مولکول ها و خواص توده قرار می گیرند. با توانایی ساخت و کنترل ساختار نانو ذرات می توان خواص حاصل را تغییر داده و خواص مطلوب را در مواد طراحی کرد. در این مجال با توضیح فرآیندهای منابع بالادستی نفت، رسم شماتیک فرآیندها، پتانسیل های آتی نانوتکنولوژی بررسی شده است.
طبق گزارش ها بین المللی دهه آینده ، دهه چالش انرژی خواهد بود و کشور ما نیز یکی از بزرگترین تولید کنندگان نفت می باشد. در این مجال سعی شده است که تأثیرات نانوتکنولوژی بر صنایع بالا دستی نفت به همراه توضیح کامل آورده شود. شاید کشور ما با اعمال این تکنولوژی بر این بخش از صنعت بتواند راهگشای این چالش بزرگ در دهه آینده باشد.
نانوتکنولوژی ، توانمندی تولید مواد، ابزارها و سیستم های جدید با در دست گرفتن کنترل در سطوح مولکولی و اتمی و استفاده از خواصی است که در آن سطوح حاضر می شود. از همین تعریف ساده برمی آید که نانوتکنولوژی یک رشته جدید نیست، بلکه رویکردی جدید در تمام رشته هاست. فناوری نانو هنوز در مراحل اولیه رشد خویش می باشد. اگر چه هم اکنون برخی از محصولات این فناوری در بازار موجود است، ولی این دانش بایستی قبل از تجاری شدن ، هم از جنبه های تکنولوژیکی و هم از جنبه های علمی پیشرفت نماید.
نانوتکنولوژی را باید به عنوان مقوله ای بلندمدت نگاه کرد که حداقل نیمه اول قرن بیست و یکم را به طور مداوم تحت تأثیر قرار خواهد داد. کشورهای مختلف ، در آموزش و پرورش نانو به عنوان فعالیت بلندمدت سرمایه گذاری نموده اند و برای دستیابی به دستاوردهای نزدیک مدت نیز پژوهش های متعددی در حوزه هایی چون نانو مواد، نانوالکترونیک و مانند آن در دست انجام است. از ویژگی های نانوتکنولوژی می توان به موارد زیر اشاره نمود :
- نانو تکنولوژی ، یک تکنولوژی عام است که در بسیاری از تکنولوژی های دیگر کاربرد داشته و بعضی از آنها را متحول می کند.
- اثرات نانو تکنولوژی بر امنیت و دفاع
- اثرات نانوتکنولوژی بر حفظ محیط زیست
- نانوتکنولوژی تمام دستاوردهای گذشته بشر را که در مواد تحقیق یافته است، متحول می سازد؛ در واقع تحول نانوتکنولوژی ظرف چند دهه به اندازه تحولات چند قرن خواهد بود.
- نانوتکنولوژی ظرف چند دهه به اندازه تحولات چند قرن خواهد بود.
- نانوتکنولوژی رقیب سایر تکنولوژی ها نیست بلکه مکمل و پایه آنهاست.
- کاربردهای نانوتکنولوژی همه جا همراه با هزینه کمتر، دوام و عمر بیشتر، مصرف انرژی پایین تر، هزینه نگهداری کمتر و خواص بهتر است.
رویکرد جدید و اولویت بسیار از تکنولوژی های جدید نیز در مقیاس نانو بوده و حتی پاسخگوی چالش های مطرح آن نمی باشد، به عنوان مثال دو چالش عمده بیل سوختی ، یعنی ذخیره ایمن هیدروژن و عدم استفاده از مواد گران با نانوتکنولوژی حل خواهد شد.
بعد از دهه نود که فن آوری اطلاعات هیاهوی بسیاری در جهان بپا نمود، در آغاز قرن بیست و یکم دانشمندان تمرکز خود را بر روی فن آوری نوینی معطوف کرده اند که به عقیده عده ای نه تنها قسمتی از آینده بشری می باشد، بلکه این فن آوری تمامی آینده بشر را متحول خواهد ساخت. نانو تکنولوژی دارای سابقه زیادی نمی باشد. این موضوع برای اولین بار حدود 40 سال پیش مطرح شد.
در سال 1959 Richard Feynman دانشمند کوانتوم نظری و دارنده جایزه نوبل طی یک سخنرانی در انستیتو تکنولوژی کالیفرنیا اشاره کرد که اصول و مبانی فیزیک امکان ساخت اتم به اتم چیز ها را رد نمی کند. وی اظهار داشت که می توان با استفاده از ماشین های کوچک ماشین هایی به مراتب کوچک تر ساخت و سپس این کاهش ابعاد را تا سطح خود اتم ادامه داد. همین عبارت های افسانه وار فاینمن من راهگشای یکی از جذاب ترین زمینه های نانو تکنولوژی یعنی ساخت روبوت هایی در مقیاس نانو شد. او قصد داشت تا با قرار دادن اتم ها در کنار یکدیگر کوچکترین مصنوعات بشری را بسازد.
وی درآن زمان اظهار داشت: «اصول فیزیک، تا آنجایی که من توانایی فهمش را دارم، مخالفتی با ساختن اتم به اتم چیزها ندارد.» او فرض را بر این قرار داد که اگر دانشمندان فرا گرفته‌اند که چگونه ترانزیستورها و دیگر سازه‌ها را با مقیاس‌های کوچک بسازند، پس ما خواهیم توانست که آنها را کوچک و کوچکتر کنیم. در واقع آنها به مرزهای حقیقی شان در لبه‌های نامعلوم کوانتوم نزدیک خواهند بود، بطوری که یک اتم را در مقابل دیگری به گونه‌ای قرار دهیم که بتوانیم کوچکترین محصول ممکن را ایجاد کنیم.
با استفاده از این فرم‌های بسیار کوچک، چه وسایلی می توانیم ایجاد کنیم؟
فاینمن در ذهن خود یک "دکتر مولکولی" تصور کرد که صدها بار از یک سلول منحصربه فرد کوچکتر است و می تواند به بدن انسان تزریق شود و درون بدن برای انجام کاری یا مطالعه و تایید سلامتی سلو‌ل‌ها و یا انجام اعمال ترمیمی و به طور کلی برای نگهداری بدن در سلامت کامل به سیر بپردازد. در بحبوحه سال‌های صنعتی کلمه "بزرگ" از اهمیت ویژهای برخوردار بود. مثل علوم بزرگ، پروژه های مهندسی بزرگ و غیره حتی کامپیوترها در دهه ۱۹۵۰ تمام طبقات ساختمان را اشغال می کردند. ولی از وقتی فاینمن نظرات و منطق خود را بازگو کرد، جهان روندی به سوی کوچک شدن در پیش گرفت.
بعدها یک دانشجو رشته کامپیوتر برای انجام پروژه فارغ التحصیلی خود، دانشمند بزرگ هوش مصنوعی دکتر Minsky که پدر علم هوش مصنوعی نیز شناخته می شود را به عنوان استاد راهنمای پروژه فارغ التحصیلی خود برگزید. این دانشجو آقای Eric Drexler نام داشت.
Drexler که علاقه زیادی به نظریه های Feynman (ساخت سیستم ها در ابعاد نانو) داشت، سعی در شکوفایی این فرضیا ت نمود. وی بعد از اخذ درجه استادی علوم کامپیوتر، نظریه نانو تکنولوژی را بنا نهاد. اولین مقاله وی در زمینه نانو تکنولوژی در سال 1981 و با موضوع نانو تکنولوژی مولکولی به چاپ رسید. Drexler اولین کس بود که در سال 1991 از دانشگاه MIT مدرک دکتری نانو تکنولوژی را دریافت نمود. وی هم اکنون رئیس انیستیتو Foresight و Research Fellow می باشد.
بعدها کشورهای توسعه یافته، برنامه ریزی های گسترده ای را برای فعالیت های تحقیقاتی و صنعتی در زمینه نانو تکنولوژی تدوین نموده اند. در سراسر جهان سرمایه گذاری های عمومی در تحقیق و توسعه این فناوری از مرز 400 میلیون یورو در سال 1997 به 3 میلیارد یورو در سال 2004 افزایش یافته است. با توجه به شتاب روز افزون جهانی برای رشد و توسعه ی فناوری نانو، در کشور ما نیز در برنامه پنج ساله ی چهارم به فناوری نانو توجه شده است . به روشنی می توان دید که آینده بشر در اختیار نانو تکنولوژی می باشد.
انواع رویکردهای نانو تکنولوژی :
در نتیجه، علوم فناوری نانو عمیقاً میان رشته‌ای بوده و دستاوردهای بس شگرفی برای بشریت خواهند داشت و افقهای کاملا جدیدی را برای پیشرفت و بهروزی جوامع و مبارزه موثر با بیماریها و گرسنگی خواهند گشود. رسیدن به مقیاس نانو از طریق رویکرد از پایین به بالا یکی از گزینه‌های علم و فناوری نانو است. رویکرد دیگر در علم فناوری نانو ، رویکرد از بالا یه پایین ، یا بیرون کشیدن نانو ساختارها از درون ساختارهای بزرگتر است. این رویکرد به نام برنامه کوچک سازی مشهور گشته است و همراه با رویکرد اول ، بسترهای اساسی برای پیشرفت برنامه عظیم جهانی علوم فناوری نانو هستند.
علوم فناوری نانو ، همراه با فناوری زیسی متکی بر ژنتیک مولکولی که در برنامه بزرگ ژنوم انسانی متجلی گشته است. و فناوری اطلاعات که با پیشرفت عظیم قدرت محاسباتی رایانه‌ها، در شکل ابر رایانه‌ها، سکوهای گرافیک محاسباتی و رایانه‌های فردی ، جهش‌وار به پیش می‌رود. مبانی علم و فناوری قرن بیست و یکم را تشکیل می‌دهند و سیمای پیشرفت جوامع بشری را تا حداقل پنجاه سال آینده ترسیم می‌کنند.
فهرست مندرجات:
تاریخچه نانو تکنولوژی در دنیا : 6
انواع رویکردهای نانو تکنولوژی : 9
فناوری نانو در آینده نه چندان دور : 10
آیندة سیستمهای نانوالکترومکانیکی : 11
یک سیستم الکترومکانیکی چیست؟ 14
چرا این مقیاس طول اینقدر مهم است؟ 28
چشم انداز علم نانو تکنولوژی. 31
ایجاد رشته‌های نانولوله‌ای: 38
سنتز نانولوله های کربنی تک دیواره : 45
سنتز نانولوله های چند لایه ای : 46
کاربردهای دیگرنانولوله های کربنی: 47
شناسایی طیف نوری نانولوله‌های کربنی: 51
انواع پوششهای مورد استفاده: 58
شرایط و معیارهایی برای انتخاب درست نوع پوشش: 59
بررسی کیفیت پوششهای فعلی خطوط انتقال گاز: 62
نانوکامپوزیتهای خاک رس / پلیمر: 76
ویژگیها نانوکامپوزیت های خاک رس / پلیمر : 79
کاربردهای نانوکامپوزیت های خاک رس / پلیمر : 80
تاریخچه نانوکامپوزیتهای خاک رس / پلیمر: 81
تکنولوژی ساخت نانوکامپوزیت های خاک رس / پلیمر : 82
رقابت نانوکامپوزیت های خاک رس / پلیمر با کامپوزیتهای الیافی: 86
مشکلات توسعه نانوکامپوزیت های خاک رس / پلیمر: 89
کاربردهای دیگرنانوتکنولوژی: 94
نانوکاتالیست و آیندة سوختهای فسیلی: 106
استفاده از نانوذرات کاتالیستی در مایع سازی ذغال سنگ : 110
گوگردزدایی از سوختهای فسیلی با نانوکاتالیست ها : 111
کاتالیزورهای محفظه احتراق : 113
نانوتکنولوژی در صنعت نفت : 115
سنسورهای خود تمیز کننده هیدروژن : 118
سنسورهای جدید در استخراج نفت : 120
استفاده از مواد نانو برای حفظ محیط زیست از سموم صنعتی : 121
کاربردنانولوله های کربنی درتصفیه آب: 125
کاربرد نانولوله ها در جذب گاز : 131
نانولوله ها بعنوان حسگر گاز : 132
کاربرد نانولوله ها در ذخیره سازی هیدروژن : 133
مراجع135
شامل 142 صفحه فایل word قابل ویرایش
دانلود پروژه نانو لوله های کربنی
