قابلیتهای محتمل تکنیکی نانوتکنولوژی

لینک دانلود و خرید پایین توضیحات

فرمت فایل word  و قابل ویرایش و پرینت

تعداد صفحات: 7

قابلیتهای محتمل تکنیکی نانوتکنولوژی

محصولات خود_اسمبل

کامپیوترهایی با سرعت میلیاردها برابر کامپیوترهای امروزی

اختراعات بسیار جدید (که امروزه ناممکن است)

سفرهای فضایی امن و مقرون به صرفه

نانوتکنولوژی پزشکی که در واقع باعث ختم تقریبی بیماریها ، سالخوردگی و مرگ و میر خواهد شد.

دستیابی به تحصیلات عالی برای همه بچه‌های دنیا

احیاء و سازماندهی اراضی

برخی کاربردها

مدلسازی مولکولی و نانوتکنولوژی

در سازمان دهی و دستکاری مواد در مقیاس نانو ، لازم است تمامی ابزار موجود جهت افزایش کارایی مواد و وسایل بکار گرفته شود. یکی از این ابزار ، شیمی تحلیلی ، خصوصا مدل ‌سازی مولکولی و شبیه ‌سازی است. امروزه ابزار تحقیقاتی فراگیری مانند روشهای شیمی تحلیلی مزیتهای فراوانی نسبت به روشهای تجربی دارند. میهیل یورکاز شرکتContinental Tire North America می‌گوید:"روشهای تجربی مستلزم بهره‌گیری از نیروی انسانی ، شیمیایی ، تجهیزات ، انرژی و زمان است. شیمی تحلیلی این امکان را برای هر فرد مهیا می‌سازد که فعالیتهای شیمیایی چندگانه‌ای را در 24 ساعت شبانه ‌روز انجام دهد. شیمیدانها می‌توانند با انجام آزمایشها توسط رایانه ‌، احتمال فعالیتهای غیرمؤثر را از بین ببرند و گستره احتمالی موفقیتهای آزمایشگاهی را وسعت دهند.نتیجه نهایی این امر ، کاهش اساسی در هزینه‌های آزمایشگاهی (مانند مواد ، انرژی ، تجهیزات) و زمان است." از طرف دیگر ، در شیمی تحلیلی سرمایه‌ گذاری اولیه جهت تهیه نرم‌افزار و هزینه‌های وابسته از جمله سخت‌افزار جدید ، آموزش و تغییرات پرسنل بسیار بالا خواهد بود. ولی با بکار گیری هوشمندانه این ابزار می‌توان هریک از هزینه‌های اولیه را نه تنها از طریق صرفه‌جویی در هزینه آزمایشگاه بلکه بوسیله فراهم نمودن دانشی که منجر به بهینه ‌سازی فرآیندها و عملکردها می‌شود، جبران ساخت.این موضوع برای شیمیدانها بسیار مناسب است، ولی روشهای شبیه‌سازی چطور می‌توانند برای نانوتکنولوژیستها مفید واقع شود؟ محدودیتهای آزمایشگر در مقیاس نانو ، زمانی آشکار می‌شود که شگفتی جهان دانشمندان نظری وارد عمل می‌شود. در اینجا هنگامی که دانشمندان قصد قرار دادن هر یک از اتمها را در محل مورد نظر دارند قوانین کوانتوم وارد صحنه می‌شود. پیش‌بینی رفتار و خواص در محدودهای از ابعاد برای نانوتکنولوژیستها حیاتی است.مدل‌سازی رایانه‌ای با بکارگیری قوانین اولیه مکانیک کوانتوم و یا شبیه‌سازیهای مقیاس میانی ، دانشمندان را به مشاهده و پیش‌بینی رفتار در مقیاس نانو و یا حدود آن قادر می‌سازد. مدلهای مقیاس میانی با بکارگیری واحدهای اصلی بزرگتر از مدلهای مولکولی که نیازمند جزئیات اتمی است، به ارائه خواص جامدات ، مایعات و گازها میپردازند. روشهای مقیاس میانی در مقیاسهای طولی و زمانی بزرگتری نسبت به شبیهسازی مولکولی عمل می‌کنند. می‌توان این روشها را برای مطالعه مایعات پیچیده ، مخلوطهای پلیمر و مواد ساخته‌شده در مقیاس نانو و میکرو بکار برد.

مدل ‌سازی خاک‌ رس

محققین دانشگاه لندن در انگلستان و دانشگاه Paris Sud در فرانسه ، شبیه‌سازیهایی بر اساس مکانیک کوانتوم برای مطالعه و کامپوزیتهای خاک ‌رس–پلیمر بکار برده‌اند. امروزه این ترکیبات یکی از موفق‌ترین مواد نانوتکنولوژی هستند، زیرا بطور همزمان مقاومت بالا و شکل‌پذیری از خود نشان می‌دهند؛ خواصی که معمولاً در یکجا جمع نمی‌شوند. نانو کامپوزیتهای پلیمر–خاک رس می‌توانند با پلیمریزاسیون در جا تهیه شوند؛ فرآیندی که شامل مخلوط کردن مکانیکی خاک معدنی با مونومر مورد نیاز است. بنابراین مونومر در لایه درونی جای‌گذاری می‌شود (خودش را در لایه‌های درون ورقه‌های سفال جای می‌دهد) و تورق کل ساختار را افزایش می‌دهد. پلیمریزاسیون ادامه می‌یابد تا سبب پیدایش مواد پلیمری خطی و همبسته گردد.

دانشمندان با بکارگیری Castep (یک برنامه مکانیک کوانتوم که نظریه کارکردی چگالی را بکار می‌گیرد) تحول کشف شده در این روش را که پلیمریزاسیون میان ‌گذار خود کاتالیست نامیده می‌شود مطالعه کردند. این پروژه ، دانشی نظری در زمینه ساز و کار این فرآیند جدید را بوسیله مشخص کردن نقش سفال در کامپوزیت فراهم نمود. ضروری است که دانش حاصل از شبیه‌سازیها ، جهت کنترل و مهندسی نمودن فعل و انفعالات پلیمر-سیلیکات به کمک دانشمندان آید.دانشمندان در شرکت BASF شبیه‌ سازیهای مقیاس میانی را برای بررسی علم و رفتار ریزواره‌ها بکاربردند. ریزواره‌ها ذراتی کروی شکل با ابعاد نانو هستند که به صورت خود به خود در محلولهای کوپلیمری ایجاد می‌شوند و در زمینه‌هایی مانند سنسورها وسایل آرایشی و دارو رسانی کاربرد دارند. دانشمندانBASF با بکار گیری esoDyn ، یک ابزار شبیه ‌سازی برای پیش‌بینی ساختارهای مقیاس میانی مواد متراکم محلولهای تغلیظ ‌شده کوپلیمرهای آمفی‌فیلیک را بررسی کردند.شبیه‌سازیها مشخص نمود که کدام شرایط مولکولی و فرمولی به شکل‌گیری "ریزواره‌های معکوس" مانند نانو ذرات آب در یک محیط فعال منتهی‌ میشود. چنین نتایجی برای درک رفتار عوامل فعال سطحی ضروری هستند. به کمک روشهایی مانند پرتاب محلول در آزمایشگاه می‌توان به نتایجی در این زمینه دست یافت، اما دستیابی به این نتایج ماهها به طول می‌انجامد، درحالی که آزمایشهای شبیه‌سازی شده تنها طی چند روز نتیجه می‌دهند.

محدودیتهای این روشها چیست؟

در حالیکه امروزه ابزار مدلسازی در سطح کوانتومی و مقیاس میانی به خوبی توسعه یافته‌اند، همچنان محدودیتهایی در این عرصه وجود دارد. برای مثال کاربردهایی در زمینه وسایل الکترونیک مستلزم انجام محاسبات مکانیک کوانتوم برای تعداد اتمهایی بیش از روشهای حاضر می‌باشد که بیش از توان عملیاتی منابع محاسبه‌گر فعلی است. همچنین مدلسازی کل وسایل امکان‌پذیر نیست، بویژه عملکردها و خواص آنها..

نانولوله‌های کربنی

نانولوله‌های کربنی با وزنی در حدود وزن فولاد ، صد برابر مستحکم‌تر از آن بوده ، دارای رسانش الکتریکی معادل با مس و رسانایی گرمایی هم‌ارز با الماس می‌باشند. نانوفیلترها می‌توانند به جداسازی مواد در میدان‌های نفتی کمک کنند و کاتالیست‌های نانو می‌توانند تأثیر چندین میلیارد دلاری در فرآیند پالایش بدنبال داشته باشند.از سایر مزایای نانولوله‌های کربنی می‌توان به کاربرد آن‌ها در تکنولوژی اطلاعات (‌ IT ) نظیر ساخت پوشش‌های مقاوم در مقابل

دانلود تحقیق در مورد پیشبینی پیشرفت نانوتکنولوژی با کمک شاخصهای علم و فناوری

لینک دانلود و خرید پایین توضیحات

فرمت فایل word  و قابل ویرایش و پرینت

تعداد صفحات: 49

فهرست

مقالة ویژه: پیش‌بینی پیشرفت نانوتکنولوژی با کمک شاخصهای علم و فناوری 1

مرکز جدید نانوتکنولوژی ارتش آمریکا 11

همکاری تایوان با کانادا در زمینة نانوتکنولوژی 14

گزارشی از شرکتهای نانوتکنولوژی ژاپن 16

تلاش برای توسعة نانوتکنولوژی در اروپا 18

سرمایه‌گذاری در نانوتکنولوژی 18

امتیازی برای ساخت حسگرهای زیستی 20

اولین نمایشگاه بین‌المللی نانوتکنولوژی در سوئیس 21

اندازه‌گیری؛ چالشی در نانوتکنولوژی 23

ذخیرة 250 ترابیت در یک اینچ مربع 25

حسگرهای هیدروژنی جدید 27

تولید هزاران کیلو نانوذرات در یک شرکت نانومواد 28

دو موفقیت بزرگ در ترانزیستور تک سلولی 30

تهیة زیروژلهای کروموفوریک 32

توسعة کریستال فوتونیک 34

انستیتو نانوتکنولوژی نظامی 35

اختراع ابزار آشکارسازی DNA با درجة تفکیک بالا 42

پیش‌بینی پیشرفت نانوتکنولوژی با کمک شاخصهای علم و فناوری

چکیده

قرار است نانوتکنولوژی یکی از فناوریهای کلیدی و کارآمد قرن 21 شود. قابلیت اقتصادی آن، حاکی از وجود بازاری بالغ بر چندصد میلیارد یورو برای این فناوری در دهة بعد است. بنابراین نانوتکنولوژی موجب جهت‌دهی فعالیتهای بسیاری از بخشهای صنعتی و تعداد زیادی از شرکتها در جهت آماده‌سازی آنها برای این رقابت جدید شده است. در همین زمان دولتمردان در بخشهای تحقیق و توسعه در سراسر دنیا نیز در حال اجرای برنامه‌های تحقیقاتی خاص در زمینة نانوتکنولوژی هستند تا آیندة کشورهای خود را به وضعیتی مطلوب برسانند. هدف این مقاله، استفاده از شاخصهای تکنولوژیکی و علمی برای پیش‌بینی پیشرفت اقتصادی و مقایسة وضعیت کشورهای مختلف است.

1- مقدمه

علوم نانو در دو دهه گذشته، پیشرفت بزرگی حاصل کرده است. ما شاهد کشفیات علمی و پیشرفتهای تکنولوژیکی مهمی بوده‌ایم. به عنوان مثال، این پیشرفتها شامل اختراع میکروسکوپ تونل‌زنی پیمایشگر (STM) در سال 1982 ]1[ یا کشف فولرینها در سال 1985 می‌باشد]2[. در حال حاضر تعداد اندکی از محصولات مبتنی بر نانوتکنولوژی به استفادة تجاری رسیده‌اند. با این وجود، آیا دانش واقعی علمی، جوابگوی اشتیاق جهانی نسبت به این فناوری هست ؟ تا چه حد احتمال دارد که بازار جهانی در طی 10 تا 15 سال آینده به هزار میلیارد دلار در سال برسد]3[؟

ارزیابی قابلیت فناوریهای تکامل یافته کار آسانی نیست و برای یک فناوری جدید مثل نانوتکنولوژی، این کار دشوارتر است. البته در پیش‌بینی سعی می‌شود از شاخصهایی استفاده شود که توانشان در پیش‌بینی قابلیت دیگر فناوریهای جدید به اثبات رسیده باشد. دو تا از واضح‌ترین شاخصهای پیش‌بینی، تعداد مقاله‌های علمی و تعداد اختراعات ثبت شده هستند. اولی معمولاً شاخص خوبی برای فعالیتهای علمی و دومی برای قابلیت انتقال نتایج علمی به کاربردهای عملی است. شکل 1 تکامل تدریجی انتشارات و اختراعات نانوتکنولوژی از شروع دهة 1980 تا 1998 را نشان می‌دهد. اطلاعات انتشارات جهانی نانوتکنولوژی از داده‌های Science Citation Index (SCI) اقتباس شده است. اختراعات نانو، آنهایی هستند که در European Patent Office (EPO) در مونیخ ثبت شده‌اند. اختراعاتEPO داده‌های بسیاری از کشورها را در بر می‌گیرد. از نظر گسترة کار و هزینة بالا، منطقی به نظر می‌رسد که مخترعین از اختراعات به صورت تجاری بهره‌برداری کنند. لیستی از کلمات کلیدی علوم و فناوری نانو جهت دستیابی به انتشارات، اختراعات و روشها منتشر شده‌است]4[.

تعداد انتشارات در سالهای 1980 و 1985 نسبتاً اندک است، اما در سالهای بعد سیر صعودی می‌یابد و از سال 1986 به بعد سرعت افزایش آنها محسوس می‌باشد. این تغییر ناگهانی را می‌توان به اختراع میکروسکوپ تونل‌زنی پیمایشگر در چند سال قبل از آن]1[، آغاز حضور وسایل تحقیقاتی مفید در آزمایشگاههای تحقیقاتی، دانشگاهی و صنعتی و نیز توجه تحقیقات به سوی مقیاس نانو نسبت داد. افزایش سرعت انتشار مقالات همچنان ادامه پیدا کرده و سیر صعودی آنرا می‌توان ناشی از دسترسی به میکروسکوپ نیروی اتمی که گسترة کاربرد وسیعتری نسبت به STM در مواد غیرهادی دارد (اختراع در سال 1986 ]5[) و نیز کشف مولکول C60 در سال 1985 ]2[

قابلیتهای محتمل تکنیکی نانوتکنولوژی

لینک دانلود و خرید پایین توضیحات

فرمت فایل word  و قابل ویرایش و پرینت

تعداد صفحات: 7

قابلیتهای محتمل تکنیکی نانوتکنولوژی

محصولات خود_اسمبل

کامپیوترهایی با سرعت میلیاردها برابر کامپیوترهای امروزی

اختراعات بسیار جدید (که امروزه ناممکن است)

سفرهای فضایی امن و مقرون به صرفه

نانوتکنولوژی پزشکی که در واقع باعث ختم تقریبی بیماریها ، سالخوردگی و مرگ و میر خواهد شد.

دستیابی به تحصیلات عالی برای همه بچه‌های دنیا

احیاء و سازماندهی اراضی

برخی کاربردها

مدلسازی مولکولی و نانوتکنولوژی

در سازمان دهی و دستکاری مواد در مقیاس نانو ، لازم است تمامی ابزار موجود جهت افزایش کارایی مواد و وسایل بکار گرفته شود. یکی از این ابزار ، شیمی تحلیلی ، خصوصا مدل ‌سازی مولکولی و شبیه ‌سازی است. امروزه ابزار تحقیقاتی فراگیری مانند روشهای شیمی تحلیلی مزیتهای فراوانی نسبت به روشهای تجربی دارند. میهیل یورکاز شرکتContinental Tire North America می‌گوید:"روشهای تجربی مستلزم بهره‌گیری از نیروی انسانی ، شیمیایی ، تجهیزات ، انرژی و زمان است. شیمی تحلیلی این امکان را برای هر فرد مهیا می‌سازد که فعالیتهای شیمیایی چندگانه‌ای را در 24 ساعت شبانه ‌روز انجام دهد. شیمیدانها می‌توانند با انجام آزمایشها توسط رایانه ‌، احتمال فعالیتهای غیرمؤثر را از بین ببرند و گستره احتمالی موفقیتهای آزمایشگاهی را وسعت دهند.نتیجه نهایی این امر ، کاهش اساسی در هزینه‌های آزمایشگاهی (مانند مواد ، انرژی ، تجهیزات) و زمان است." از طرف دیگر ، در شیمی تحلیلی سرمایه‌ گذاری اولیه جهت تهیه نرم‌افزار و هزینه‌های وابسته از جمله سخت‌افزار جدید ، آموزش و تغییرات پرسنل بسیار بالا خواهد بود. ولی با بکار گیری هوشمندانه این ابزار می‌توان هریک از هزینه‌های اولیه را نه تنها از طریق صرفه‌جویی در هزینه آزمایشگاه بلکه بوسیله فراهم نمودن دانشی که منجر به بهینه ‌سازی فرآیندها و عملکردها می‌شود، جبران ساخت.این موضوع برای شیمیدانها بسیار مناسب است، ولی روشهای شبیه‌سازی چطور می‌توانند برای نانوتکنولوژیستها مفید واقع شود؟ محدودیتهای آزمایشگر در مقیاس نانو ، زمانی آشکار می‌شود که شگفتی جهان دانشمندان نظری وارد عمل می‌شود. در اینجا هنگامی که دانشمندان قصد قرار دادن هر یک از اتمها را در محل مورد نظر دارند قوانین کوانتوم وارد صحنه می‌شود. پیش‌بینی رفتار و خواص در محدودهای از ابعاد برای نانوتکنولوژیستها حیاتی است.مدل‌سازی رایانه‌ای با بکارگیری قوانین اولیه مکانیک کوانتوم و یا شبیه‌سازیهای مقیاس میانی ، دانشمندان را به مشاهده و پیش‌بینی رفتار در مقیاس نانو و یا حدود آن قادر می‌سازد. مدلهای مقیاس میانی با بکارگیری واحدهای اصلی بزرگتر از مدلهای مولکولی که نیازمند جزئیات اتمی است، به ارائه خواص جامدات ، مایعات و گازها میپردازند. روشهای مقیاس میانی در مقیاسهای طولی و زمانی بزرگتری نسبت به شبیهسازی مولکولی عمل می‌کنند. می‌توان این روشها را برای مطالعه مایعات پیچیده ، مخلوطهای پلیمر و مواد ساخته‌شده در مقیاس نانو و میکرو بکار برد.

مدل ‌سازی خاک‌ رس

محققین دانشگاه لندن در انگلستان و دانشگاه Paris Sud در فرانسه ، شبیه‌سازیهایی بر اساس مکانیک کوانتوم برای مطالعه و کامپوزیتهای خاک ‌رس–پلیمر بکار برده‌اند. امروزه این ترکیبات یکی از موفق‌ترین مواد نانوتکنولوژی هستند، زیرا بطور همزمان مقاومت بالا و شکل‌پذیری از خود نشان می‌دهند؛ خواصی که معمولاً در یکجا جمع نمی‌شوند. نانو کامپوزیتهای پلیمر–خاک رس می‌توانند با پلیمریزاسیون در جا تهیه شوند؛ فرآیندی که شامل مخلوط کردن مکانیکی خاک معدنی با مونومر مورد نیاز است. بنابراین مونومر در لایه درونی جای‌گذاری می‌شود (خودش را در لایه‌های درون ورقه‌های سفال جای می‌دهد) و تورق کل ساختار را افزایش می‌دهد. پلیمریزاسیون ادامه می‌یابد تا سبب پیدایش مواد پلیمری خطی و همبسته گردد.

دانشمندان با بکارگیری Castep (یک برنامه مکانیک کوانتوم که نظریه کارکردی چگالی را بکار می‌گیرد) تحول کشف شده در این روش را که پلیمریزاسیون میان ‌گذار خود کاتالیست نامیده می‌شود مطالعه کردند. این پروژه ، دانشی نظری در زمینه ساز و کار این فرآیند جدید را بوسیله مشخص کردن نقش سفال در کامپوزیت فراهم نمود. ضروری است که دانش حاصل از شبیه‌سازیها ، جهت کنترل و مهندسی نمودن فعل و انفعالات پلیمر-سیلیکات به کمک دانشمندان آید.دانشمندان در شرکت BASF شبیه‌ سازیهای مقیاس میانی را برای بررسی علم و رفتار ریزواره‌ها بکاربردند. ریزواره‌ها ذراتی کروی شکل با ابعاد نانو هستند که به صورت خود به خود در محلولهای کوپلیمری ایجاد می‌شوند و در زمینه‌هایی مانند سنسورها وسایل آرایشی و دارو رسانی کاربرد دارند. دانشمندانBASF با بکار گیری esoDyn ، یک ابزار شبیه ‌سازی برای پیش‌بینی ساختارهای مقیاس میانی مواد متراکم محلولهای تغلیظ ‌شده کوپلیمرهای آمفی‌فیلیک را بررسی کردند.شبیه‌سازیها مشخص نمود که کدام شرایط مولکولی و فرمولی به شکل‌گیری "ریزواره‌های معکوس" مانند نانو ذرات آب در یک محیط فعال منتهی‌ میشود. چنین نتایجی برای درک رفتار عوامل فعال سطحی ضروری هستند. به کمک روشهایی مانند پرتاب محلول در آزمایشگاه می‌توان به نتایجی در این زمینه دست یافت، اما دستیابی به این نتایج ماهها به طول می‌انجامد، درحالی که آزمایشهای شبیه‌سازی شده تنها طی چند روز نتیجه می‌دهند.

محدودیتهای این روشها چیست؟

در حالیکه امروزه ابزار مدلسازی در سطح کوانتومی و مقیاس میانی به خوبی توسعه یافته‌اند، همچنان محدودیتهایی در این عرصه وجود دارد. برای مثال کاربردهایی در زمینه وسایل الکترونیک مستلزم انجام محاسبات مکانیک کوانتوم برای تعداد اتمهایی بیش از روشهای حاضر می‌باشد که بیش از توان عملیاتی منابع محاسبه‌گر فعلی است. همچنین مدلسازی کل وسایل امکان‌پذیر نیست، بویژه عملکردها و خواص آنها..

نانولوله‌های کربنی

نانولوله‌های کربنی با وزنی در حدود وزن فولاد ، صد برابر مستحکم‌تر از آن بوده ، دارای رسانش الکتریکی معادل با مس و رسانایی گرمایی هم‌ارز با الماس می‌باشند. نانوفیلترها می‌توانند به جداسازی مواد در میدان‌های نفتی کمک کنند و کاتالیست‌های نانو می‌توانند تأثیر چندین میلیارد دلاری در فرآیند پالایش بدنبال داشته باشند.از سایر مزایای نانولوله‌های کربنی می‌توان به کاربرد آن‌ها در تکنولوژی اطلاعات (‌ IT ) نظیر ساخت پوشش‌های مقاوم در مقابل

قابلیتهای محتمل تکنیکی نانوتکنولوژی

لینک دانلود و خرید پایین توضیحات

فرمت فایل word  و قابل ویرایش و پرینت

تعداد صفحات: 7

قابلیتهای محتمل تکنیکی نانوتکنولوژی

محصولات خود_اسمبل

کامپیوترهایی با سرعت میلیاردها برابر کامپیوترهای امروزی

اختراعات بسیار جدید (که امروزه ناممکن است)

سفرهای فضایی امن و مقرون به صرفه

نانوتکنولوژی پزشکی که در واقع باعث ختم تقریبی بیماریها ، سالخوردگی و مرگ و میر خواهد شد.

دستیابی به تحصیلات عالی برای همه بچه‌های دنیا

احیاء و سازماندهی اراضی

برخی کاربردها

مدلسازی مولکولی و نانوتکنولوژی

در سازمان دهی و دستکاری مواد در مقیاس نانو ، لازم است تمامی ابزار موجود جهت افزایش کارایی مواد و وسایل بکار گرفته شود. یکی از این ابزار ، شیمی تحلیلی ، خصوصا مدل ‌سازی مولکولی و شبیه ‌سازی است. امروزه ابزار تحقیقاتی فراگیری مانند روشهای شیمی تحلیلی مزیتهای فراوانی نسبت به روشهای تجربی دارند. میهیل یورکاز شرکتContinental Tire North America می‌گوید:"روشهای تجربی مستلزم بهره‌گیری از نیروی انسانی ، شیمیایی ، تجهیزات ، انرژی و زمان است. شیمی تحلیلی این امکان را برای هر فرد مهیا می‌سازد که فعالیتهای شیمیایی چندگانه‌ای را در 24 ساعت شبانه ‌روز انجام دهد. شیمیدانها می‌توانند با انجام آزمایشها توسط رایانه ‌، احتمال فعالیتهای غیرمؤثر را از بین ببرند و گستره احتمالی موفقیتهای آزمایشگاهی را وسعت دهند.نتیجه نهایی این امر ، کاهش اساسی در هزینه‌های آزمایشگاهی (مانند مواد ، انرژی ، تجهیزات) و زمان است." از طرف دیگر ، در شیمی تحلیلی سرمایه‌ گذاری اولیه جهت تهیه نرم‌افزار و هزینه‌های وابسته از جمله سخت‌افزار جدید ، آموزش و تغییرات پرسنل بسیار بالا خواهد بود. ولی با بکار گیری هوشمندانه این ابزار می‌توان هریک از هزینه‌های اولیه را نه تنها از طریق صرفه‌جویی در هزینه آزمایشگاه بلکه بوسیله فراهم نمودن دانشی که منجر به بهینه ‌سازی فرآیندها و عملکردها می‌شود، جبران ساخت.این موضوع برای شیمیدانها بسیار مناسب است، ولی روشهای شبیه‌سازی چطور می‌توانند برای نانوتکنولوژیستها مفید واقع شود؟ محدودیتهای آزمایشگر در مقیاس نانو ، زمانی آشکار می‌شود که شگفتی جهان دانشمندان نظری وارد عمل می‌شود. در اینجا هنگامی که دانشمندان قصد قرار دادن هر یک از اتمها را در محل مورد نظر دارند قوانین کوانتوم وارد صحنه می‌شود. پیش‌بینی رفتار و خواص در محدودهای از ابعاد برای نانوتکنولوژیستها حیاتی است.مدل‌سازی رایانه‌ای با بکارگیری قوانین اولیه مکانیک کوانتوم و یا شبیه‌سازیهای مقیاس میانی ، دانشمندان را به مشاهده و پیش‌بینی رفتار در مقیاس نانو و یا حدود آن قادر می‌سازد. مدلهای مقیاس میانی با بکارگیری واحدهای اصلی بزرگتر از مدلهای مولکولی که نیازمند جزئیات اتمی است، به ارائه خواص جامدات ، مایعات و گازها میپردازند. روشهای مقیاس میانی در مقیاسهای طولی و زمانی بزرگتری نسبت به شبیهسازی مولکولی عمل می‌کنند. می‌توان این روشها را برای مطالعه مایعات پیچیده ، مخلوطهای پلیمر و مواد ساخته‌شده در مقیاس نانو و میکرو بکار برد.

مدل ‌سازی خاک‌ رس

محققین دانشگاه لندن در انگلستان و دانشگاه Paris Sud در فرانسه ، شبیه‌سازیهایی بر اساس مکانیک کوانتوم برای مطالعه و کامپوزیتهای خاک ‌رس–پلیمر بکار برده‌اند. امروزه این ترکیبات یکی از موفق‌ترین مواد نانوتکنولوژی هستند، زیرا بطور همزمان مقاومت بالا و شکل‌پذیری از خود نشان می‌دهند؛ خواصی که معمولاً در یکجا جمع نمی‌شوند. نانو کامپوزیتهای پلیمر–خاک رس می‌توانند با پلیمریزاسیون در جا تهیه شوند؛ فرآیندی که شامل مخلوط کردن مکانیکی خاک معدنی با مونومر مورد نیاز است. بنابراین مونومر در لایه درونی جای‌گذاری می‌شود (خودش را در لایه‌های درون ورقه‌های سفال جای می‌دهد) و تورق کل ساختار را افزایش می‌دهد. پلیمریزاسیون ادامه می‌یابد تا سبب پیدایش مواد پلیمری خطی و همبسته گردد.

دانشمندان با بکارگیری Castep (یک برنامه مکانیک کوانتوم که نظریه کارکردی چگالی را بکار می‌گیرد) تحول کشف شده در این روش را که پلیمریزاسیون میان ‌گذار خود کاتالیست نامیده می‌شود مطالعه کردند. این پروژه ، دانشی نظری در زمینه ساز و کار این فرآیند جدید را بوسیله مشخص کردن نقش سفال در کامپوزیت فراهم نمود. ضروری است که دانش حاصل از شبیه‌سازیها ، جهت کنترل و مهندسی نمودن فعل و انفعالات پلیمر-سیلیکات به کمک دانشمندان آید.دانشمندان در شرکت BASF شبیه‌ سازیهای مقیاس میانی را برای بررسی علم و رفتار ریزواره‌ها بکاربردند. ریزواره‌ها ذراتی کروی شکل با ابعاد نانو هستند که به صورت خود به خود در محلولهای کوپلیمری ایجاد می‌شوند و در زمینه‌هایی مانند سنسورها وسایل آرایشی و دارو رسانی کاربرد دارند. دانشمندانBASF با بکار گیری esoDyn ، یک ابزار شبیه ‌سازی برای پیش‌بینی ساختارهای مقیاس میانی مواد متراکم محلولهای تغلیظ ‌شده کوپلیمرهای آمفی‌فیلیک را بررسی کردند.شبیه‌سازیها مشخص نمود که کدام شرایط مولکولی و فرمولی به شکل‌گیری "ریزواره‌های معکوس" مانند نانو ذرات آب در یک محیط فعال منتهی‌ میشود. چنین نتایجی برای درک رفتار عوامل فعال سطحی ضروری هستند. به کمک روشهایی مانند پرتاب محلول در آزمایشگاه می‌توان به نتایجی در این زمینه دست یافت، اما دستیابی به این نتایج ماهها به طول می‌انجامد، درحالی که آزمایشهای شبیه‌سازی شده تنها طی چند روز نتیجه می‌دهند.

محدودیتهای این روشها چیست؟

در حالیکه امروزه ابزار مدلسازی در سطح کوانتومی و مقیاس میانی به خوبی توسعه یافته‌اند، همچنان محدودیتهایی در این عرصه وجود دارد. برای مثال کاربردهایی در زمینه وسایل الکترونیک مستلزم انجام محاسبات مکانیک کوانتوم برای تعداد اتمهایی بیش از روشهای حاضر می‌باشد که بیش از توان عملیاتی منابع محاسبه‌گر فعلی است. همچنین مدلسازی کل وسایل امکان‌پذیر نیست، بویژه عملکردها و خواص آنها..

نانولوله‌های کربنی

نانولوله‌های کربنی با وزنی در حدود وزن فولاد ، صد برابر مستحکم‌تر از آن بوده ، دارای رسانش الکتریکی معادل با مس و رسانایی گرمایی هم‌ارز با الماس می‌باشند. نانوفیلترها می‌توانند به جداسازی مواد در میدان‌های نفتی کمک کنند و کاتالیست‌های نانو می‌توانند تأثیر چندین میلیارد دلاری در فرآیند پالایش بدنبال داشته باشند.از سایر مزایای نانولوله‌های کربنی می‌توان به کاربرد آن‌ها در تکنولوژی اطلاعات (‌ IT ) نظیر ساخت پوشش‌های مقاوم در مقابل

تحقیق در مورد سیاست نانوتکنولوژی 31 ص

لینک دانلود و خرید پایین توضیحات

دسته بندی : وورد

نوع فایل :  .doc ( قابل ویرایش و آماده پرینت )

تعداد صفحه : 33 صفحه

 قسمتی از متن .doc : 

بسمه تعالی

سیاست نانوتکنولوژی

فهرست

پدر درخت‌سانها در فکر مهار مولکولهایش 2

فناوری مهره‌های کوانتومی در حال پیشرفت 5

ساخت کپسولهای در حد اتم 7

فناوری کاهش قیمت نانو لوله 9

مرکزی برای پرورش فناوری رزونانس اسپین الکترون 12

الکترونیک مولکولی دو گام به جلو بر می‌دارد 14

نقش مهم محیط اطراف DNA 15

سرمایه‌گذاری6 میلیارد دلاری شرکت‌ NANNTEROدرتولیدNRAM 17

جانداران میکروسکوپی دریایی راهی به سوی نانوچیننده‌ها 19

اتصال خودکار مولکولها به‌هم 22

افتتاح مرکز نانوتکنولوژی در شانگهای 22

نانو تکنولوژی ناجی آمریکا 23

پیشرفتهای LG در صنعت نانومواد 26

پیشتازی چین در زمینة شیشه‌های خودتمیزکنندة نانومتری 27

روشهای برتر مدلسازی نانوتکنولوژی 28

تصویری از مواد مرکب 29

شبیه‌سازی کوانتومی 30

دنیای شبیه سازی 30

پدر درخت‌سانها در فکر مهار مولکولهایش

26 جولای 2001- در سال 1979 تومالیا دریافت که چگونه مولکولها را شبیه درخت ترکیب کند، اما تاکنون نتوانسته‌است سرمایه‌ا‌ی برای انجام کارش پیدا کند.

دونالد تومالیا راهی برای کنترل مصنوعات پلیمری کشف کرده‌است. درخت‌سانها همانند شاخه‌های یک درخت به صورت یکنواخت رشد کرده و هر بار تعداد آنها در قسمت نهایی هر شاخه دو برابر ‌شد. نتیجه این بود که وی قادر به تولید ماکرومولکولهایی ناب شد که به‌نظر می‌رسد کاربردهای بی‌انتهایی در زمینة علم زیست‌شناسی داشته باشند.

اکنون این شیمیدان شرکت شیمیایی DOW می‌گوید،که برای تأسیس شرکت جدیدش در حال جذب سرمایه‌گذاران است. این شرکت بنام Dendritic Sciences در آن آربور،میشیگان است. تومالیا می‌گوید،که این شرکت به او کمک خواهدکرد تا به رؤیای بیست ساله‌اش که استفاده از کشف خود (که او از آن به درخت‌سان‌ها تعبیر می‌کند) برای هر چیزی از تحویل دارو گرفته تا ماشینهایی بسیارکوچک، جامة عمل بپوشاند.

اما در حدود 9 سال پیش نیز او چنین امیدی داشت که هرگز عملی نشد. در سال 1992 سرمایه‌گذار شرکت Dendritech گفته‌بود که می‌خواهد درخت‌سان‌ها(dendrimers) را در مقیاس تناژ بسازد- هدفی که وسیله‌ا‌ی برای رسیدن به آن نداشت.

تومالیا شاخه‌ای بی‌نظیر از شیمی را یافته بود که توانایی زیادی برای حل مسائل پیچیدة دانشمندان برای بازآفرینی طبیعت داشت. درخت‌سان‌ها محصولاتی مصنوعی هستند که در مقیاس نانومتری ساخته می‌شوند. خصوصیت بارز آنها، دقت آنهاست. تومالیا و همکارانش بطور اتفاقی راهی برای ترجمه ساختارهای شاخه‌ا‌ی همانند درختان به ساختارهای شیمیایی پیدا کردند و از اینجا نام "dendra" که یک کلمة یونانی به معنای درخت است، مطرح شد.

تومالیا می‌گوید: "من سعی می‌کردم تا شاخة یک درخت رادر پلیمرها تقلید کنم." اهمیت این کار اینجاست که تا آن موقع، استفاده از پلیمرها که چیزهای طولانی مانند مولکولهای سرکش استفاده‌شده در تولید پلاستیکها، رنگها و بعضی از لباسها هستند، در جهان تولیدات مصنوعی متداول شده‌بود. پلیمرها خیلی نامنظمند و شامل مولکولهایی در یک محدوده از اندازه می‌شوند.

اما تومالیا راهی برای کنترل این مصنوعات پیدا کرده‌بود. درخت‌سان‌ها بصورت یکنواخت و یک‌شکل (هربار تعداد انتهایی آنها دو برابر می‌شود) دقیقا" شبیه شاخه‌های یک درخت رشد پیدا می‌کنند و در هر دوره از رشد جرم آنها دو برابر می‌شود.

نتیجه کار موجب پیدایش توانایی تولید دقیق مولکولهای بزرگ، دقیق و ناب بود. کشف 1990 تومالیا موجب حیرت دانشمندان شد. کاربردهای فراوان بزرگترین درخت‌سانها که می‌توانند به اندازة پروتئین‌ها در سلولهای زنده باشند، تومالیا را متحیر ساخت . درخت‌سانها می‌توانند در ساخت کپسولهای بزرگ برای تحویل دارو(Drug Delivery) یا ساخت ماشینهای خیلی کوچک استفاده شوند.

ولی فقط یک مسأله وجود داشت که مسأله‌ای مهم در دنیای کوچک بود. سرمایة لازم برای تولید درخت‌سانها خیلی زیاد بود، در نتیجه تولید آن از نظر اقتصادی به‌صرفه نبود. تومالیا هنوز می‌خواهد درخت‌سانها را در مقیاس تنی بسازد.

روبرت نواک- رئیس اجرایی مؤسسة (غیر انتفاعی) مولکولی میشیگان (MMI) -می‌گوید: "تولید درخت‌سانها به‌طور باورنکردنی گران است. آنها دانشمندان و شیمیدانها را که تاکنون این ساختارها را ندیده‌بودند، متحیر می‌کردند. اما ما را هم با مشکلات زیادی مواجه می‌کردندتا بفهمیم آنها برای چه مفید هستند."

از آنجایی که درخت‌سانها در چند مرحله تولید می‌شوند، خیلی گرانقیمت اند.هرچه درخت‌سان بزرگتر باشد، زمان زیادتری برای رشدآنها لازم است. برای مثال برای تولید درخت‌سان نسل دهم حدود 22 واکنش شیمیایی مختلف لازم دارد، که این امر حدود 3 ماه طول می‌کشد و این زمان نیز هزینه بر است .

او می‌گوید: "شما استطاعــت مـالی انجام ژن‌درمـانی یا آمینـو سـنجی(amino assays) را نخواهیدداشت." بطور مثال نواک تخمین می‌زند که برای تولید هر پوند از درخت‌سان چهار پلی‌آمیدوآمین (یک نام تجاری برای یک نوع محصول با امکان کاربرد در سیستم تحویل دارو) حدود 15 هزار دلار لازم است.

دکتر جیمزبیکر، رئیس آلرژی وایمنی‌شناسی دانشگاه میشیگان کارهایی روی درخت‌سانهای مربوط به تحویل دارو انجام می‌دهد. او می‌گوید: "این یک تحقیق در حال رشد است." او ادامه می‌دهد که اکنون بیشتر کار در یک سطح در حال تولد است: "ما ادعا نداریم که این موضوع یک مساله انفجارگونه است."

تومالیا مصمم است، تا ثابت کند که این پدیده یک امر مفید است. تومالیا قبل از تحصیل در دانشگاه ، از مزرعة درختی به اندازة 43590 فوت مربع نگهداری می‌کرد. او می‌گوید: "شاخه‌های درختان همیشه مرا مجذوب خود می‌کردند. من درختان را موقعی که نوجوان بودم رشد داده‌ام."

تومالیا می‌گوید: "من سعی می‌کنم از شاخه‌های یک درخت در پلیمرها تقلید کنم."

او مجذوب مولکولهای مصنوعی شده‌است. تومالیا می‌گوید: "ما اختراعهای ثبت‌شدة زیادی در DOW داریم." طبق گفتة تومالیا، DOW آن موقع توجه نداشت که چگونه درخت‌سانها ارزش خود را از نظر اقتصادی پیدا می‌کنند.

تومالیا می‌گوید: "من واقعا" به این فناوری ایمان دارم، بنابراین برای ادامة تحقیقاتم درخواست مرخصی کردم." این تصمیم، او را به سمت MMI (که اولین پیشنهاد تجاری را به او داد) کشاند. در سال 1992 او شرکت Dendritech را تأسیس کرد. Dendritech زیر نظر MMI بود و از DOW جواز ساخت و فروش انواع خاصی از درخت‌سانها را داشت.

نواک می‌گوید: "اما سال گذشته، شرکت Dendritech بسته شد و DOW دارایی‌ها و امتیازات این شرکت را که شامل سرپرستی اختراعهای ثبت‌شدة اصلی که مجوز آن در سال 1991 به MMI داده‌شده و نیز فناوری جدیدی که با مشارکت شرکت Dendritech ساخته شده بود، را پس گرفت."

اکنون تنها فعالیت اقتصادی شرکت Dendritech ، فروش یک مادة افزودنی (که به میزان خیلی کم در جوهر چاپگر استفاده می‌شود) می‌باشد. نواک می‌گوید: " هنوز دو شرکت از آن ماده استفاده می‌کنند. به‌نظر می‌رسد که این ماده بعضی از خصوصیات نوشتنی