يک نانومتر چقدر است؟

يک نانومتر يک ميلياردم متر 10به توان9 است. اين مقدار حدودا چهار برابر قطر يک اتم است. مکعبي با ابعاد 2.5 نانومتر ممکن است حدود 1000 اتم را شامل شود. کوچکترين آي سيهاي امروزي با ابعادي در حدود 250 نانومتر در هر لايه به ارتفاع يک اتم ، حدود يک ميليون اتم را در بردارند. در مقايسه يک جسم نانومتري با اندازه‌اي حدود 10 نانومتر ، هزار برابر کوچکتر از قطر يک موي انسان است.

اهميت مقياس نانو

خواص موجي شکل (مکانيک کوانتومي) الکترونهاي داخل ماده و اثر متقابل اتمها با يکديگر از جابجايي مواد در مقياس نانومتر اثر مي‌پذيرند. با توليد ساختارهايي در مقياس نانومتر ، امکان کنترل خواص ذاتي مواد ازجمله دماي ذوب ، خواص مغناطيسي ، ظرفيت بار و حتي رنگ مواد بدون تغيير در ترکيب شيميايي بوجود مي‌آيد. استفاده از اين پتانسيل به محصولات و تکنولوژيهاي جديدي با کارآيي بالا منتهي مي‌شود که پيش از اين ميسر نبود.

منافع نانوتکنولوژي

محصولات خود_اسمبل

کامپيوترهايي با سرعت ميلياردها برابر کامپيوترهاي امروزي

اختراعات بسيار جديد (که امروزه ناممکن است)

سفرهاي فضايي امن و مقرون به صرفه

نانوتکنولوژي پزشکي که در واقع باعث ختم تقريبي بيماريها ، سالخوردگي و مرگ و مير خواهد شد.

دستيابي به تحصيلات عالي براي همه بچه‌هاي دنيا

احياء و سازماندهي اراضي

برخي کاربردها

مدلسازي مولکولي و نانوتکنولوژي

در سازمان ­دهي و دستکاري مواد در مقياس نانو ، لازم است تمامي ابزار موجود جهت افزايش کارايي مواد و وسايل بکار گرفته شود. يکي از اين ابزار ، شيمي تحليلي ، خصوصا مدل ‌سازي مولکولي و شبيه ‌سازي است. امروزه ابزار تحقيقاتي فراگيري مانند روشهاي شيمي تحليلي مزيتهاي فراواني نسبت به روشهاي تجربي دارند. ميهيل يورکاز شرکتContinental Tire North America مي‌گويد:"روشهاي تجربي مستلزم بهره‌گيري از نيروي انساني ، شيميايي ، تجهيزات ، انرژي و زمان است. شيمي تحليلي اين امکان را براي هر فرد مهيا مي‌سازد که فعاليتهاي شيميايي چندگانه‌اي را در 24 ساعت شبانه ‌روز انجام دهد. شيميدانها مي‌توانند با انجام آزمايشها توسط رايانه ‌، احتمال فعاليتهاي غيرمؤثر را از بين ببرند و گستره احتمالي موفقيتهاي آزمايشگاهي را وسعت دهند.

نتيجه نهايي اين امر ، کاهش اساسي در هزينه‌هاي آزمايشگاهي (مانند مواد ، انرژي ، تجهيزات) و زمان است." از طرف ديگر ، در شيمي تحليلي سرمايه‌ گذاري اوليه جهت تهيه نرم‌افزار و هزينه‌هاي وابسته از جمله سخت‌افزار جديد ، آموزش و تغييرات پرسنل بسيار بالا خواهد بود. ولي با بکار گيري هوشمندانه اين ابزار مي‌توان هريک از هزينه‌هاي اوليه را نه تنها از طريق صرفه‌جويي در هزينه آزمايشگاه بلکه بوسيله فراهم نمودن دانشي که منجر به بهينه ‌سازي فرآيندها و عملکردها مي‌شود، جبران ساخت.

اين موضوع براي شيميدانها بسيار مناسب است، ولي روشهاي شبيه‌سازي چطور مي‌توانند براي نانوتکنولوژيستها مفيد واقع شود؟ محدوديتهاي آزمايشگر در مقياس نانو ، زماني آشکار مي‌شود که شگفتي جهان دانشمندان نظري وارد عمل مي‌شود. در اينجا هنگامي که دانشمندان قصد قرار دادن هر يک از اتمها را در محل مورد نظر دارند قوانين کوانتوم وارد صحنه مي‌شود. پيش‌بيني رفتار و خواص در محدوده­اي از ابعاد براي نانوتکنولوژيستها حياتي است.

مدل‌سازي رايانه‌اي با بکارگيري قوانين اوليه مکانيک کوانتوم و يا شبيه‌سازيهاي مقياس مياني ، دانشمندان را به مشاهده و پيش‌بيني رفتار در مقياس نانو و يا حدود آن قادر مي‌سازد. مدلهاي مقياس مياني با بکارگيري واحدهاي اصلي بزرگتر از مدلهاي مولکولي که نيازمند جزئيات اتمي است، به ارائه خواص جامدات ، مايعات و گازها مي­پردازند. روشهاي مقياس مياني در مقياسهاي طولي و زماني بزرگتري نسبت به شبيه­سازي مولکولي عمل مي‌کنند. مي‌توان اين روشها را براي مطالعه مايعات پيچيده ، مخلوطهاي پليمر و مواد ساخته‌شده در مقياس نانو و ميکرو بکار برد.

+ نوشته شده در  پنجشنبه ۱۰ بهمن ۱۳۸۷ساعت 17:38  توسط ق  |