بررسی جامع نانو تكنولوژی

مقاله بررسی جامع نانو تكنولوژی در41 صفحه ورد قابل ویرایش

بررسی جامع  نانو تكنولوژی

مقدمه:

حدود 100 سال پیش كه برای اولین بار مسئله استفاده از انرژی عظیم هسته ای مطرح شد؛ بشر همواره نمی توانست درك تجربی و صحیحی نسبت به این موضوع داشته باشد، ولی دیری نپایید كه دانش و تكنولوژی این انرژی در اختیار بشر قرار گرفت و توانست استفاده از آن را تجربه نماید. دیر زمانی اگر كسی مسئله پرواز در آسمان و یا سفر به خارج از این كره خاكی و گردش بدور آن را مطرح می كرد، دیگران حتما او را خیال پرداز و مجنون قلمداد می كردند و یا به خاطر اظهار بعضی حقایق فرد را به توبه در كلیسا وامی داشتند! زمانی روباتها و ابركامپیوترها كه می توانستند چندین محاسبه ریاضی را در چند ثانیه انجام دهند، فقط در داستانهای تخیلی نویسندگان پیدا می‎شد و اكنون … همیشه در تمامی اعصار وقتی مطلبی فوق دانش و درك مردم آن زمان مطرح می شد در برابر مخالفتها و انتقادات شدیدی قرار می گرفت ولی بعد از طی روزگار، همگان با پیشرفتهای فوق العاده در آن زمینه مواجه می شدند و حتی این پیشرفت را موجب فراهم آمدن آسایش بیشتر خود می دیدند و حالا در عصر ما بحث نانوتكنولوژی مطرح شده است، موضوعی كه در تمامی ابعاد زندگی بشر و رشته های مختلف علمی ارتباط مستقیم و مؤثر خواهد داشت. نانو تكنولوژی چنان رویكرد و نگرش به تكنولوژی را متحول ساخته كه در صورت تحقق و رسیدن به مقصدی كه ترسیم شده است، شاید بزرگترین جهش انسان برای صعود به قله های رفیع علم خواهد بود. اكنون جهان متوجه این رویكرد متحول كننده شده و متخصصین و دانشمندان در نقاط مختلف این كره خاكی دست به پژوهش و مطالعات وسیعی در این زمینه زده اند و طبق گفته برخی از آنان پیشرفتهای صورت گرفته و روند رو به رشد نانو، بیش از حد حد انتظار و پیش بینی است.

ذرات نانو در همه جا وجود دارند، روبات های نانو می‎توانند به حالت هیجان زده و وحشیانه ای رسیده و شروع به تزاید غیرقابل كنترل نموده به گونه ای كه دنیا را به خطر بیاندازند. «تكنولوژی نانو» سال هاست كه به وجود آده و می‎توان گفت كه تازه دوران آن فرا رسیده است. چون هم اكنون ما می توانیم از آن به عنوان پوشش های ظریف و نازك استفاده كرده و یا در تولید سلول های خورشیدی و حتی ساخت داروهای ضدسرطان استفاده كنیم. البته موارد استفاده زیادتری برای آن متصور بوده، منتهی آنچه كه اهمیت حیاتی دارد، این است كه تكنولوژی نانو به سرعت رو به جلو پیش می رود و باید در استفاده و بهره وری از آن، تمامی جوانب در نظر گرفته شده، منافع و خطرات آن دقیقاً بررسی شود.

ابتدا اشاره ای به زمینه های نانو می نماییم. «نانو» از یك كلمه یونانی به نام Dwarf كه به معنای چیزی كه كوچك تر از اندازه معمولی بوده اقتباس شده است. واژه «نانوتكنولوژی» به معنی مورد استفاده قرار دادن چیزهایی در طیف ابعادی بین یك الی 100 نانومتر است. این تكنولوژی نیز همانند بسیاری از تعاریف تكنیكی سوالات بی شماری را در اذهان ایجاد كرده كه برای بسیاری از آنها هنوز پاسخ مشخص و روشنی وجود ندارد.

برای روشن كردن ذهن خوانندگان گرامی به اندازه یك نانومتر باید بگوییم كه طولی است برابر ^9-10*1 یا 000000001/0 متر به زبان دیگر یك میلیاردم متر را یك نانومتر می گویند. باز هم برای این كه درك بهتری از مطلب داشته باشیم به نمودار ارائه شده در شكل شماره یك نگاه می كنیم. در قسمت سمت راست تصویر قطر تار موی انسان كه معادل 000/100 نانومتر است به نمایش درآمده و در بخش كناری آن یعنی نزدیك ترین تصویر سمت چپ آن یك ذره دود سیگار به نمایش درآمده كه قطر آن در حدود 5000 نانومتر بوده و باز هم سمت چپ آن طول موج رنگ آبی به نمایش گذاشته شده كه معادل 500 نانومتر است. در سمت چپ این نمودار میزان فاصله دیسك خوان با صفحه دیسك در هارد كامپیوتر به نمایش درآمده كه معادل 15 نانومتر است. باز هم برای این كه موردی برای مقایسه داشته باشیم اشاره می كنیم كه ذرات نانو را می‎توان با ویروس ها و حتی تك مولكول های تشكیل دهنده آنها مقایسه كرد.

آنها هم اكنون در اطراف ما وجود دارند.

امروزه موارد استفاده نانوتكنولوژی زیاد است كه بسیاری از موارد آن از سال 1999 به  این طرف طی مقالات متعددی انتشار یافته است. این روزها از ذرات نانوسیلیكا كه یك نوع ماده معدنی شامل سیلیكون و اكسیژن است برای تولید رنگ های پوششی استفاده شده كه مزیت آنها قابلیت الكترواستاتیك بودن آنهاست، ضمن آن كه باعث تقویت و پایداری محصول نهایی می‎شوند. این ذرات ابتدا در محلول رنگ به صورت شناور درآده و سپس در طی پروسه خشك شدن با آرایش خاصی كه به آن آرایش تقاطعی می گویند به یكدیگر متصل می گردند. ماحصل استفاده از ذرات نانو در رنگ های مختلف این است كه پایداری آنها در مقابل خش پذیری سه برابر رنگ های معمولی است.

شركت «هایپریون كاتالیست اینترنشنال» در ساخت خطوط انتقال سوخت كه از جنس پلاستیك بوده از نانو تیوب ها به عنوان حلقه های اتصال دهنده استفاده كرده است. این تیوب ها در واقع رشته های ظریفی از كربن بوده كه وجود آنها مانع تجمع بار الكتریكی شده كه ممكن است به تجهیزات الكترونیكی اتومبیل صدمه بزند.

امروزه ما اجزای نانو را تقریباً در همه جا مشاهده می كنیم از قطعات زینتی اتومبیل گرفته تا حسگرهایی كه وظیفه شان كنترل میزان انحراف اتومبیل بوده و از پرده های محافظ در مقابل نور آفتاب گرفته تا توپ های تنیس. وجود نانو در همه جا باعث گردیده كه یك مهندس به نكته ظریفی اشاره كند: «ما عادت كرده ایم كه نانوتكنولوژی را شیمی بنامیم. البته بین این دو تفاوت فاحشی وجود دارد. میزان فضایی كه نانوتكنولوژی در برمی گیرد و اشغال می‌كند چیزی است حدفاصل مشخصه های حجمی مواد و آنچه كه در سطح اتم آن اتفاق می‌افتد و روی می‎دهد. تغییرات اندازه ای در این حد عمدتاً باعث می گردد كه ویژگی های هر ماده ای دچار دگرگونی كلی شده و با مشخصات اولیه خود به طور كلی تفاوت پیدا كند.» به طور مثال عنصر طلا در حالت عادی عنصری است فاقد هر گونه حركت و تاثیرگذاری اما نانوگلد یا ذرات نانوی طلا فعال بوده و به وسیله آنها می‎توان یك كاتالیست یا مبدل ارزشمند را تولید كرد.

مثال دیگر می‎تواند عنصر كربن باشد. الماس و گرافیت یا زغال اشكال شناخته شده این عنصر در حالت عادی هستند. اما علاوه بر این ها شكل شناخته شده دیگری از كربن وجود دارد كه به آن Buchy Ball می گویند كه تماما از مولكول های كربن ساخته شده و فرمول شیمیایی آن C₆₀ است. از ذرات نانوی این عنصر یا ماده شیمیایی در ساخت و تولید پانل های خورشیدی و داروهای ضد سرطان استفاده می‎شود.

وسایل محاسباتی نانو

الف) تراشه‌های نانو: كنسرسیوم صنعتی پیشرو در بخش تولید نیمه‌هادیها، خواستار توسعه هر چه بیشتر نیمه هادیهای نانو شده است. براساس آینده‌ای كه ترسیم شد، در سال 2015 طول دروازه نیمه‌هادیها «35 نانومتر» و تعداد كل عملیات در زیر پردازنده‌های تولید انبوه «4/3 میلیارد» خواهد بود و در پردازنده‌هایی با عملكرد بالا كه با حجم كمتری تولید می‌شوند، این رقم شاید به «20 میلیارد» برسد؛ برای تراشه‌های حافظه‌ای مربوط نیز هدفی در حدود «64 گیگابایت» تعیین شده است.

اگر هنوز شماری از چالشهای مهندسی در پیش است اما مشكلات دستیابی به این سطوح عملكردی چندان لاینحل بنظر نمی‌رسد. اگركاستی‌های پیش‌بینی نشده در تولید اقتصادی این تراشه‌ها را در نظر بگیریم راهكارهای متعدد دیگری امكان‌پذیر خواهد بود. البته در سالهای پس از 2015، شاید مشكلات دیگری آشكار شوند كه بعضی از آنها چالشهای مهم را برابر تكنیك‌های سنتی تولید نیمه هادیها ایجاد خواهند كرد. به ویژه محدودیت‌های ابعادی برای اتصالات یا سیستم‌های  بین ترانزیستورها می‌تواند كارآمدی محاسباتی در وسایل را محدود نماید، زیرا به رغم پیشرفتهای تدریجی فعلی در حوزه مواد، هنوز ضعفهایی در خواص و سازگاری مواد وجود دارد. انتقال حرارت در تراشه‌های فوق‌العاده فشرده، چالش مهم دیگری است. این امر از لحاظ محدودیتهای فنی‌ آنچنان اساسی نیست و بیشتر یك چالش اقتصادی محسوب می‌شود، زیرا مقابله با این حرارت مستلزم طراحی ساز و كارها و تكنولوژی خنك كننده‌ای است كه هزینه كل سیستم را افزایش می‌دهد و در نتیجه بر هزینه حاشیه‌ای به ازای عملكرد محاسباتی این دستگاه‌ها اثر معكوس می‌گذارد.

برچسب ها : بررسی جامع نانو تكنولوژی , تحقیق بررسی جامع نانو تكنولوژی , پروژه بررسی جامع نانو تكنولوژی , مقاله بررسی جامع نانو تكنولوژی , دانلود تحقیق بررسی جامع نانو تكنولوژی , پروژه , پژوهش , مقاله , جزوه , تحقیق , دانلود پروژه , دانلود پژوهش , دانلود مقاله , دانلود جزوه , دانلود تحقیق