فهرست مطالب

مقدمه

فصل اول : نانو تکنولوژی

1-1- تعریف فناوری نانو از منابع مختلف

1-2- تاریخچه فناوری نانو

1-3- تقسیم بندی نانو تکنولوژی

1-3-1- نانو تکنولوژی مرطوب

1-3-2- نانو تکنولوژی خشک

1-3-3- نانو تکنولوژی تخمینی( محاسبه ای )

فصل دوم : نانو الکترونیک

2-1- الکترونیک و کامپیوتر

2-2- نانو الکترونیک

2-2-1- بررسی امکانات موجود

2-2-1-1- نانو لوله‌ها

2-2-1-2- حلقه بنزنی

2-2-1-3- پلیمرها

2-2-1-4- DNA

2-2-2- نتیجه گیری

2-3- شما من و تکنولوژی نوین نانو الکترونیک و کامپیوتر

2-3-1- کشف ماده تک اتمی جدید؛ چشم اندازی نو در صنعت الکترونیک

2-3-2- ساخت تراشه رایانه‌ای کوانتومی مقایس‌پذیر

2-3-3- تقویت خاصیت ابررسانایی با ایجاد نقایص ساختاری نانومقیاس

2-3-4- ساخت رایانه‌های کوانتومی با به دام انداختن پالس نوری در بلورها

2-3-5- عدم استفاده میکروتراشه‌های جدید از ترانزیستورها

2-3-6- گامی دیگر در رسیدن به کامپیوترهای کوانتومی

2-3-7- منابع انرژی کوچک شده

2-3-7-1- رشد نانو سبزه ها

2-3-7-2- طرح یک نانوباتری

2-3-7-3- شروع به کار

2-3-8- نانوستاره‌ها؛ حسگرهای بسیار حساس

2-3-9- پیل‌های خورشیدی سیلیکونی داری فیلتر برش 350 نانومتری

2-3-10- متغیر مدول میدان با کاربردهای مغناطیسی در AFM

2-3-11- نانوسیم‌ها به عنوان نانوژنراتور

2-3-12- ساخت نخستین سوییچ الکترونیک نانو کربنی

2-3-13- حسگرهای مبتنی بر فناوری نانو؛ قابلیت‌ها، واقعیت‌ها، و کاربردها

2-3-13-1- قابلیت‌ها

2-3-13-2- واقعیت‌ها

2-3-13-3- کاربردها

2-3-14- وارد کردن فلزات به درون نانولوله‌ها با استفاده از جریان الکتریکی

2-3-15- میکرو فضا پیماها

2-3-16- تکنولوژی های لازم در فضا پیما

2-3-16-1- نانو الکترونیک

2-3-16-2- مواد نانوساختاری

2-3-16-3- سیستم های مقلد از حیات

2-3-17- ساخت سلیکون‌های مغناطیسی برای توسعه محاسبات مبتنی بر اسپین الکترونی

2-3-18- تغییرات خاصیت فرومغناطیسی DMS در سه دمای مختلف

2-3-19- تراشه cmos

2-3-20- مثالی از آینده نانو تکنولوژی

فصل سوم : نانو تکنولوژی در ایران

3-1- نانو تکنولوژی در ایران

3-2- اولین محصول نانو تکنولوژی ایران

مقدمه

نانوتکنولوژی یا به عبارتی فناوری مادون ریز در دو دهه اخیر پیشرفتهایی را در تکنولوژی وسایل و مواد با ابعاد بسیار کوچک به دست آورده است و به سوی تحولی فوق العاده که تمدن بشری را تا پایان این قرن دگرگون خواهد کرد، پیش می رود.

برای احساس اندازه های مادون ریز ، قطر موی سر انسان را که یک دهم میلی متر است در نظر بگیرید ، یک نانو متر 100 هزار برابر کوچک تر است. تکنولوژی و مهندسی در قرن جدید با وسایل اندازه گیری و تولیداتی سر و کار خواهند داشت که چنین ابعاد مادون ریزی دارند .

در حال حاضر پروسه هایی در ابعاد چند مولکولی قابل طراحی و کنترل است . همچنین خواص مکانیکی ، شیمیایی ، الکتریکی ، مغناطیسی ، نوری و ... مواد در لایه ها در حدود ابعاد نانو متر قابل درک و تحلیل و سنجش است .

این تکنولوژی در قرن حاضر مسیری را طی می کند که در آن مواد مادون ریز را باید ترکیب کرد تا دانه های بزرگ تر و کارآمد به وجود آورد . درست همان روشی که در طبیعت برای تولید کردن حاکم است . مجموعه های طبیعی ، ترکیبی از دانه های مادون ریز قابل تشخیص با خواص مشابه و یا متفاوت با اندازه های در حدود نانو است .

اکثر تحقیقات در فناوری های مادون ریز هم اکنون در درمان بیماری ها و یا دست یافتن به مواد جدید به ظهور رسیده است و موارد بسیاری در مرحلة تحقیقات کاربردی و آزمایشی است . اکنون ساخت رایانه های بسیار کوچک تر و میلیون ها بار سریع تر در دستور کار شرکت های تحقیقاتی قرار دارد .

در بیانی کوتاه نانوتکنولوژی یک فرآیند تولید مولکولی است . همان طور که طبیعت مجموعه ها را به طور خودکار مولکول به مولکول ساخته و روی هم مونتاژ کرده است . ما هم باید برای تولید محصولات جدید با این اعتقاد که هر چه در طبیعت تولید شده ، قابل تولید در آزمایشگاه نیز هست ، نظیر طبیعت راهی پیدا کنیم . البته منظور این نیست که چند هسته از مواد را تولید کنیم و با رساندن انرژی و خوراک پس از چند سال یک نیروگاه از آن بسازیم که شهری را برق دهد . بلکه برای ترکیب و تکامل خودکار تولیدات مادون ریز که به نحوی در مجموعه های بزرگ تر مصرف دارد راهی بیابیم . در اندازه های مادون ریز روشها و ابزار آلات متعارف فیزیکی جوابگو نیستند . برای ساختن ماشینهای مولکولی باید روش پروسه های طبیعی را دنبال کرد که بحث های مفصل و کارشناسانه ای را در پی دارد .

نانوتکنولوژی یک فناوری عام و فراگیر می باشد که در بسیاری از فناوری های دیگر کاربرد داشته و در بعضی از آنها ایجاد تحول می کند . برخی از تأثیرات نانوتکنولوژی به اختصار در زیر آمده است :

- تأثیر زیاد نانوتکنولوژی در تولید خلاقیت و کارآفرینی

- تأثیر زیاد نانوتکنولوژی در رفاه و زندگی مردم

- تأثیر زیاد نانوتکنولوژی بر امنیت و دفاع ملی

- تأثیر نانوتکنولوژی در حفظ محیط زیست

- نانوتکنولوژی تمام دستاوردهای گذشتة بشر را که در ماده تحقق یافته است ، متحول می سازد .

- نانوتکنولوژی باعث همگرایی رشته های علمی و تخصص های مختلف می شود .

- نانوتکنولوژی رقیب سایر فناوریها نیست بلکه مکمل آنهاست .

کاربردهای نانوتکنولوژی همه جا همراه با هزینة کمتر ، دوام و عمر بیشتر ، مصرف انرژی کمتر ، هزینة نگهداری کمتر و خواص بهتر است .

نانوتکنولوژی مولکولی ، علمی است که ما را قادر به ساختن مواد از اتم ها می سازد و در این صورت ما توانایی آرایش دوبارة مواد را با دقت اتمی خواهیم داشت .

نانوتکنولوژی ، توانمندی تولید مواد ، ابزارها و سیستمهای جدید با در دست گرفتن کنترل در سطوح مولکولی واقعی و استفاده از خواصی است که در آن سطوح ظاهر می شود .

انقلابی که توسط نانوتکنولوژی در دهه های آینده به وجود خواهد آمد ، پیشرفتهای غیرمنتظره ای را در عرصه های مختلف وعده می دهد . تحولات اقتصادی ، صنعتی و روشهای مناسب حفظ سلامتی و ایجاد محیطی دلپذیر از پیامدهای این تکنولوژی است .

به کمک نانوتکنولوژی در آینده ای نه چندان دور !!!

- خانه هایی ساخته خواهد شد که آجرهای آن در صورت بروز هرگونه ترک خوردگی ، خودشان را ترمیم و بازسازی می کنند .

- اتومبیل ها با لایه ای نازک اما به استحکام الماس پوشانده می شود که در مقابل هرگونه خراش و ضربه محافظت می شوند .

- پزشکان صدها نوع بیماری را تنها با قرار دادن یک قطره خون در یک دستگاه تشخیص داده و پس از چند ثانیه نتیجه را دریافت می کنند .

- لباس هایی تولید می شود که در سرما و گرما دمای بدن را همواره در حالت تعادل نگه داشته و در تمام فصول قابل استفاده می باشند و به دلیل کیفیت بافت مولکولی کثیف نشده و نیازی به شستشو ندارند .

- ظروف غذاخوری و لوازمی تولید می شود که برای تمیزکردن آنها نیاز به هیچ گونه مادة شوینده ای نیست و تنها با آب پاک می شوند .

- کفش هایی تولید می شوند که با وجود صاف بودن کف آن هرگز بر روی یخ و برف نمی لغزند .

- با استفاده از نانوتکنولوژی قادر خواهیم بود یک گلولة کالیبر 45 را با یک سطح نازک و سبک مثل ورق کاغذ متوقف کنیم .

- آسانسور فضایی از دیگر دستاوردهای نانوتکنولوژی است که انسان را از زمین به فضا می برد و از نظر تئوری می توان این آسانسور را با استفاده از CNT ساخت (CNT لوله های استوانه ای با ضخامت یک اتم هستند که دارای خاصیت فلزی یا نیمه فلزی هستند)

- به کمک نانوتکنولوژی می توان حدود 250 میلیون حرف نانومتری را که معادل 300 کتاب 300 صفحه ای است . بر روی سطح مقطع یک موی انسان نوشت .

نانوتکنولوژی می تواند تغییرات اساسی در زمینة تولید ، سلامتی بشر ، ذخایر انرژی ، پزشکی ، دارویی ، حمل و نقل ، کشاورزی ، ارتش و ... ایجاد کند .بسیار مهم است که مردم برای پیشرفتی غیرمنتظره و تکنولوژیکی آماده شوند این موج به آرامی در راه است .

دانشمندان نیز به تازگی بر این باورند که دوره کشف علوم جدید به پایان رسیده است. شاید موقع آن فرا رسیده، تا از زاویه ای دیگر به علوم مختلف نگاه کنیم. آنها معتقدند ما می توانیم با تغییر در خواص مولکولی مواد کاراییشان را بهبود دهیم. به همین دلیل از نانو بعنوان یک تکنولوژی و یا یک فن آوری نوین نام برده می شود، نه علمی که تازه بشر آنرا کشف کرده است. نانو تکنولوژی با نگاهی مجدد به وسایل، سیستم ها و موادی که تاکنون ساخته شده اند، سعی در برطرف کردن عیوب آنها دارد.

با توجه به مطالب بالا می توان گفت که نانو تکنولوژی مهمترین دغدغه بشر در قرن بیست و یکم خواهد بود. نانو تکنولوژی نگاهی تازه به علوم از زوایای مرموز طبیعت می باشد. این نگاه تازه به جهان هستی، تمدن بشر را متحول خواهد ساخت به طوریکه شاید بتوان "راه هزار ساله را یک شبه پیمود".

فصل اول : نانو تکنولوژی

1-1- تعریف فناوری نانو از منابع مختلف

یک نانومتر یک هزارم میکرون است و اگر بخواهیم احساس فیزیکی نسبت به آن داشته باشیم می‌توان گفت که یک نانومتر 80000/1قطر موی انسان می‌باشد اما این تعریف مقیاس نانو، نمیتواند مقایسه درستی باشد چرا که ضخامت موی انسان با توجه خصوصیات فردی هرانسان از چند ده میکرو متر تا چند صد میکرومتر متغیر می باشد.

بنابراین نیاز به یک استاندارد برای بیان مفهوم مقیاس نانو وجود دارد. با ایجاد ارتباط میان اندازه اتم‌ها و مقیاس نانو می‌توان یک نانومتر را راحت‌ترتصورکرد. یک نانومتر برابر قطر 10 اتم هیدروژن و یا 5 اتم سیلسیم می‌باشد. درک این موضوع برای افراد معمولی نیز راحت‌تر می‌باشد. علی‌رغم اینکه درک اندازه یک اتم برای افراد غیرعلمی ساده نمی‌باشد، با اینحال اندازه دقیق اتم برای فهماندن این مقیاس زیاد اهمیت ندارد. چیزی که با این تشابه مشخص می‌شود، این است که نانوفناوری

عبارت است از:
دستکاری کوچکترین اجزاء ماده یا اتم‌ها

Merriam-Webster's Collegiate Dictionary definition:
nano•tech•nol•o•gy
Pronunciation: "na-nO-tek-'nä-l&-jE
Function: noun
Date: 1987
: the art of manipulating materials on an atomic or molecular scale especially to build microscopic devices (as robots).

فناوری نانو عبارت است از هنر دستکاری مواد در مقیاس اتمی یا مولکولی و به خصوص ساخت قطعات و لوازم میکروسکوپی (مانند روبات‌های میکروسکپی)

Engines of Creation Glossary:
Nanotechnology - technology based on the manipulation of individual atoms and molecules to build structures to complex, atomic specifications.

فناری نانو فناوری است که بر پایه دستکاری تک‌تک اتم‌ها و مولکول‌ها استوار است بدین منظور که بتوان ساختاری پیچیده را با خصوصیات اتمی تولید کرد.

The About.com definition at the physics portal:

Nanotechnology Definition: The development and use of devices that have a size of only a few nanometres. Research has been carried out into very small components, which depend on electronic effects and may involve movement of a countable number of electrons in their action. Such devices would act faster than larger components. Considerable interest has been shown in the production of structures on a molecular level by suitable sequences of chemical reactions. It is also possible to manipulate individual atoms on surfaces using a variant of the atomic force microscope.

تعریف فناوری نانو: توسعه و استفاده از ادوات و قطعاتی که اندازه آنها تنها چند نانومتر است. تحقیق بر روی قطعات و ادوات بسیار کوچک که خواصشان به خواص الکترونیکی این قطعات وابسته است و خواص الکتریکی آنها احتمالاً متأثر از حرکت تعداد معدودی الکترون در طی عملکرد قطعه می‌باشد. این ادوات، سریع‌تر از ادوات بزرگتر عمل می‌کنند. مسأله قابل توجه این است که می‌توان چنین ساختارهای در ابعاد مولکولی را به کمک انتخاب مناسب مراحل واکنش‌های شیمیایی تولید کرد. همچنین می‌توان چنین ساختارهایی را از طریق دستکاری اتم‌ها روی سطح به وسیله میکروسکوپ‌های نیروی اتمی بدست آورد.

Webopedia's definition of nanotechnology A field of science whose goal is to control individual atoms and molecules to create computer chips and other devices that are thousands of times smaller than current technologies permit. Current manufacturing processes use lithography to imprint circuits on semiconductor materials. While lithography has improved dramatically over the last two decades -- to the point where some manufacturing plants can produce circuits smaller than one micron (1,000 nanometers) -- it still deals with aggregates of millions of atoms. It is widely believed that lithography is quickly approaching its physical limits. To continue reducing the size of semiconductors, new technologies that juggle individual atoms will be necessary. This is the realm of nanotechnology.Although research in this field dates back to Richard P. Feynman's classic talk in 1959, the term nanotechnology was first coined by K. Eric Drexler in 1986 in the book Engines of Creation.In the popular press, the term nanotechnology is sometimes used to refer to any sub-micron process, including lithography. Because of this, many scientists are beginning to use the term molecular nanotechnology when talking about true nanotechnology at the molecular level.

شاخه‌ای از علوم که هدف نهایی آن کنترل بر روی تک‌تک اتم‌ها و مولکول‌ها می‌باشد تا بتوان به کمک آن تراشه‌های کامپیوتری و سایر ادواتی تولید کرد که هزاران بار کوچکتر از ادوات فعلی باشند که فناوری امروز امکان ساخت آنها را برای ما فراهم آورده است. در فناوری فعلی تولید مدارات نیمه هادی از روش لیتوگرافی برای ایجاد طرح مدار بر روی مواد نیمه هادی استفاده می‌شود. پیشرفت شگرفی که در لیتوگرافی طی 2 دهه اخیر رخ داده است به ما این امکان را می‌دهد که با بهره‌گیری از دستگاه‌های جدید بتوانیم مداراتی کوچکتر از 1 میکرون (1000 نانومتر) را تولید کنیم. البته باید توجه داشت که این مدارات هنوز از میلیون‌ها اتم تشکیل شده‌اند. بیشتر دانشمندان بر این باور هستند که لیتوگرافی به مرزهای محدودکننده فیزیکی خود نزدیک شده است. بنابر این برای کوچکتر کردن اندازه نیمه‌هادی‌ها می‌بایست از فناوری‌های جدیدی که می‌توانند تک‌تک اتم‌ها را سازماندهی کنند، استفاده کرد و طبعاً چنین فناوری جزء محدوده فناوری نانو محسوب می‌شود. اگر چه تحقیق در زمینه فناوری نانو به زمانی باز می‌گردد که ریچاردپی فاینمن طی سخنرانی کلاسیک خود در سال 1959 به این فناوری اشاره کرد اما عبارت فناوری نانو اولین بار توسط کی‌اریک درکسلر در سال 1986 در کتابی از وی با عنوان موتورهای آفرینش بسط داده شد. در مقالات و نوشته های عمومی واژه فناوری نانو گاهی به هر فرآیند کوچکتر از اندازه‌های میکرون اطلاق می‌گردد که می‌تواند فرآیند لیتوگرافی را نیز شامل شود. به خاطر همین بسیاری از دانشمندان هنگامی که می‌خواهند درباره فناوری نانو به معنی واقعی و علمی کلمه صحبت کنند از آن به عنوان فناوری نانومولکولی یاد می‌کنند که به معنی فناوری نانو در ابعاد مولکولی می‌باشد.

Whatisit.com definition: Nanotechnology, or, as it is sometimes called, molecular manufacturing, is a branch of engineering that deals with the design and manufacture of extremely small electronic circuits and mechanical devices built at the molecular level of matter. The Institute of Nanotechnology in the U.K. expresses it as "science and technology where dimensions and tolerances in the range of 0.1 nanometer (nm) to 100 nm play a critical role." Nanotechnology is often discussed together with micro-electromechanical systems (MEMS), a subject that usually includes nanotechnology but may also include technologies higher than the molecular level. (click the link for entire definition)

فناوری نانو که گاه به آن فناوری ساخت مولکولی نیز گفته می‌شود، شاخه‌ای از مهندسی است که با طراحی و ساخت مدارات الکترونیکی و اداوات مکانیکی بسیار کوچک (در ابعاد مولکولی) سر و کار دارد. پژوهشگاه فناوری نانو انگلستان تعریف فناوری نانو را بدین گونه بیان می‌کند: قلمروی از علم و فناوری که به ابعاد و تلورانس‌های 1/0 تا 100 نانو مترمی‌پردازد در جایی که این ابعاد و یا تلورانس‌ها بتواند نقش مهمی در خواص قطعه ایفاء‌ کند.

بحث فناوری نانو اغلب مشابه بحث سیستم‌های میکرو مکانیکی- الکترونیکی می‌باشد(MEMS)
در واقع فناوری نانو زیر مجموعه MEMS است و MEMS به فناوری‌های بزرگتر از ابعاد مولکولی (ابعاد نانو) نیز می‌پردازد.

NNI definition
National Nanotechnology Initiative (nano.gov)

What is Nanotechnology?
While many definitions for nanotechnology exist, the NNI calls it "nanotechnology" only if it involves all of the following:

1. Research and technology development at the atomic, molecular or macromolecular levels, in the length scale of approximately 1 - 100 nanometer range.

2. Creating and using structures, devices and systems that have novel properties and functions because of their small and/or intermediate size.

3. Ability to control or manipulate on the atomic scale.