تبلیغات
دانش ما - نانو وصنعت

کنکور و نمونه سوال
همه چیز درباره نانو
طبقه بندی : نانوتکنولوژی - مقالات

در دو دهه اخیر، پیشرفتهای تكنولوژی وسایل و مواد با ابعاد بسیار كوچك به دست آمده است و به سوی تحولی فوق العاده كه تمدن بشر را تا پایان قرن دگرگون خواهد كرد ، پیش می رود . برای احساس اندازه های مادون ریز ، قطر موی سر انسان را كه یك دهم میلیمتر است در نظر بگیرید ، یك نانومتر صدهزار برابر كوچكتراست 9- 10متر . تكنولوژی و مهندسی در قرن پیش رو با وسایل ، اندازه گیریها و تولیداتی سروكار خواهد داشت كه چنین ابعاد مادون ریزی دارند .
درحال حاضر پروسه های در ابعاد چند مولكول قابل طراحی و كنترل است . همچنین خواص مكانیكی ، شیمیایی ، الكتریكی ، مغناطیسی ، نوری و... مواد در لایه ها در حدود ابعاد نانومتر قابل درك و تحلیل و سنجش است .

تكنولوژی درقرن گذشته در هرچه ریزتر كردن دانه های بزرگتر پیشرفت چشمگیری داشت ، بطوریكه به مزاح گفته شد كه دیگر كشف ذرات ریز اتمی ((Sub-Atomic)) نه تنها جایزه نوبل ندارد ، بلكه به آن جریمه هم تعلق می گیرد ! تكنولوژی نو درقرن حاضر مسیر عكس را طی می كند . یعنی مواد مادون ریز را باید تركیب كرد تا دانه های بزرگتر كارآمد به وجود آ ورد .
درست همان روشی كه در طبیعت برای تولید كردن حاكم است . مجموعه های طبیعی ، تركیبی از دانه های مادون ریز قابل تشخیص با خواص مشابه و یا متفاوت با اندازه های در حدود نانو است .
اثر تحقیقات در فناوریهای مادون ریز هم اكنون در درمان بیماریها و یا دست یافتن به مواد جدید به ظهور رسیده است . موارد بسیاری در مرحله تحقیقات كاربردی و آزمایشی است .اكنون ساخت رایانه های بسیار كوچكتر و میلیونها بار سریعتر در دستور كار شركتهای تحقیقاتی قرار دارد .
در بیانی كوتاه نانوتكنولوژی یك فرایند تولید مولكولی است . همانطور كه طبیعت مجموعه ها را بطور خودكار مولكول به مولكول ساخته و روی هم مونتاژ كرده است ، ما هم باید برای تولید محصولات جدید ، با این اعتقاد كه هرچه در طبیعت تولید شده قابل تولید در آزمایشگاه نیز هست ، نظیر طبیعت راهی پیدا كنیم . البته منظور این نیست كه چند هسته از مواد راپیدا كنیم و با رساندن انرژی و خوراك پس از چند سال یك نیروگاه از آن بسازیم كه شهری را برق دهد . بلكه برای تركیب و تكامل خودكار تولیدات مادون ریزكه به نحوی در مجموعه های بزرگتر مصرف دارد ، راهی بیابیم . در اندازه های مادون ریز ، روشها و ابزارآلات متعارف فیزیكی مانند تراشیدن و خم كردن و سوراخ كردن و...جوابگو تیستند .
برای ساختن ماشینهای ملكولی باید روش پروسه های طبیعی را دنبال كرد .
با تهیه نقشه های ساختاری بدن یعنی آرایش ژنها و DNA كه ژنم نامیده شده است و به موازات آن دست یافتن به تكنولوژی مادون ریز ، در دراز مدت تحولات بسیاری در هستی ایجاد خواهد شد . تولید مواد جدید ، گیاهان ، جانداران و حتی انسان متحول خواهد شد . اشكالات ساختاری موجودات در طبیعت رفع می شود و با تركیب و خواص اورگانیك گیاهان و جانوران ، موجودات جدیدی با خواص فوق العاده و شخصیتهای متفاوت بوجود خواهد آمد .آینده علوم و مهندسی كه چندین گرایشی Multi- Disciplinary )) است ، به طرف تولید ماشینهای مولكولی سوق داده خواهد شد تا در نهایت بتواند مجموعه های كارآیی از پیوندهای ارگانیك و سایبریك را عرضه نماید .
هستی را به رایانه ( سخت افزار ) و برنامه ( نرم افزار ) كه دو پدیده مختلف ولی ادغام شده هستند ، می توان تشبیه كرد . سخت افزار مصداق ماده ( اغلب اتم هیدروژن ) و نرم افزار یا برنامه ، قابلیت نهفته در خلقت آن است .
اتم به نظر ساده و ابتدایی هیدروژن در طی میلیاردها سال با قابلیت نهفته در خود توانسته است میلیونها نوع آرایش مختلف را در هستی بوجود آورد . بشر از بوجود آوردن اساس ماده عاجز است . ولی در برنامه ریزیهای جدید و یافتن اشكال دیگری از آنچه در طبیعت وجود دارد ، پیش خواهد رفت . طبیعت را خواهد شناخت و به اصطلاح ، قفلهای شگفت آور آن را باز خواهد كرد . احتمالا انسان در شرایط مناسبتری از درجه حرارت و فشار كه درتشكیل طبیعی مواد مختلف از هیدروژن لازم است ، بتواند اتمهای مورد نباز خود را تولید كند ، سیارات دیگری را در نهایت در اختیار بگیرد و بعید نیست كه نواده های دوردست ما بتوانند در نیمه های راه ابدیت در اكثر نقاط جهان هستی و كهكشانها سكنی گزینند.
به احتمال زیاد قبل از پایان هزاره سوم انسانها در بدن خود انواع لوازم مصنوعی و دیجیتالی راخواهند داشت. . از بیماری ، پیری ، درد ستون فقرات ، كم حافظه ای و... رنج نخواهند برد .قابلیت فهم و تحلیل اطلاعات در مغز آنها در مقایسه با امروز بی نهایت خواهد شد . در هزاره های آینده انسانهای طبیعی مانند امروز احتمالا برای مطالعات پژوهشی نگهداری شده و به نمونه های آزمایشگاهی و بطور حتم قابل احترام تبدیل خواهند شد و مردمان آینده از اینهمه درد و ناراحتی كه اجداد آنها در هزاره های قبل كشیده اند ، متعجب و متاثر خواهند بود .
اكنون جا دارد همگام با تحولات جدید در مهندسی و علوم ، دانشگاهها و مراكز تحقیقاتی بطور جدی به پژوهشهای تكنولوژی مادون ریز مشغول شوند تا حداقل ما هم بتوانیم مرزهای دانش روز را به نسلهای آینده تحویل دهیم و در تشكلهای جدید هستی سهمی داشته باشیم . باشد هرچه زودتر به خود آییم و عمق شكوهمند و معجزه آسای اندیشه بشررا دریابیم و از كوتاه بینی و افكار فرسوده موروثی فاصله بگیریم . گفته شیخ اجل سعدی در آینده مصداق واقعی تری خواهد داشت :
چه انتظاری باید از نانوتكنولوژی داشت :
این تكنولوژی جدید توانایی آن را دارد كه تاثیری اساسی بر كشورهای صنعتی در دهه های آینده بگذارد . در اینجا به برخی از نمونه های عملی در زمینه نانوتكنولوژی كه بر اساس تحقیقات و مشاهدات بخش خصوصی به دست آمده است ، اشاره می شود .
انتظار می رود كه مقیاس نانومتر به یك مقیاس با كارایی بالا و ویژگیهای منحصربفرد ، طوری ساخته خواهند شد كه روش شیمی سنتی پاسخگوی این امر نمی تواند باشد .
• نانوتكنولوژی می تواند باعث گسترش فروش سالانه 300 میلیارد دلار برای صنعت نیمه هادیها و 900 میلیون دلار برای مدارهای مجتمع ، طی 10 تا 15 سال آینده شود .
• نانوتكنولوژی ، مراقبتهای بهداشتی ، طول عمر ، كیفیت و تواناییهای جسمی بشر را افزایش خواهد داد .
• تقریبا نیمی از محصولات دارویی در 10 تا 15 سال آینده متكی به نانوتكنولوژی خواهد بود كه این امر ، خود 180 میلیارد دلار نقدینگی را به گردش درخواهد آورد .
• كاتالیستهای نانوساختاری در صنایع پتروشیمی دارای كاربردهای فراوانی هستند كه پیش بینی شده است این دانش ، سالانه 100 میلیارد دلار را طی 10 تا 15 سال آینده تحت تاثیر قرار دهد .
• نانوتكنولوژی موجب توسعه محصولات كشاورزی برای یك جمعیت عظیم خواهد شد و راههای اقتصادی تری را برای تصویه و نمك زدایی آب و بهینه سازی راههای استفاده از منابع انرژیهای تجدید پذیر همچون انرژی خورشیدی ارائه نماید . بطور مثال استفاده از یك نوع انباره جریان گذرا با الكترودهای نانولوله كربنی كه اخیرا آزمایش گردید ، نشان داد كه این روش 10 بار كمتر از روش اسمز معكوس ، آب دریا را نمك زدایی می كند .
• انتظار می رود كه نانوتكنولوژی نیاز بشر را به مواد كمیاب كمتر كرده و با كاستن آلاینده ها ، محیط زیستی سالمتر را فراهم كند . برای مثال مطالعات نشان می دهد در طی 10 تا 15 سال آینده ، روشنایی حاصل از پیشرفت نانوتكنولوژی ،مصرف جهانی انرژی را تا 10 درصد كاهش داده ، باعث صرفه جویی سالانه 100 میلیارد دلار و همچنین كاهش آلودگی هوا به میزان 200 میلیون تن كربن شود.
در چند سال گذشته بازارچند میلیارد دلاری برپایه نانوتكنولوژی كسترش یافته اند . برای مثال در ایالات متحده ، IBM برای هد دیسكهای سخت ، یك سری حسگرهای مغناطیسی را ابداع كرده است .
Eastern Kodak و 3M تكنولوژی ساخت فیلمهای نازك نانو ساختاری را به وجود آورده اند . شركت Mobil كاتالیستهای نانو ساختاری را برای دستگاههای شیمیایی تولید كرده است و شركت Merck ، داروهای نانوذره ای را عرضه كرده است . تویوتا در ژاپن مواد پلیمری تقویت شده نانوذره ای را برای خودروها و Samsung Electronics در كره ، در حال كار بر روی سطح صفحات نمایش توسط نانولوله های كربنی هستند . بشر درست در ابتدای مسیر قرار دارد و فقط چندین محصول تجاری از نانوساختارهای یك بعدی بهره می گیرند ( نانو ذرات ، نانو لوله ها ، نانو لایه و سوپر لاستیكها ) . نظزیات جدید و روشهای مقرون به صرفه تولید نانوساختارهای دو و سه بعدی از موضوعات مورد بررسی آینده می باشند.
نانو تكنولوژی یا كاربرد فناوری در مقیاس یك میلیونیم متر، جهان حیرت انگیزی را پیش روی دانشمندان قرار داده است كه در تاریخ بشریت نظیری برای آن نمی توان یافت. پیشرفتهای پرشتابی كه در این عرصه بوقوع می پیوندد، پیام مهمی را با خود به همراه آورده است: بشر در آستانه دستیابی به توانایی های بی بدیلی برای تغییر محیط پیرامون خویش قرار گرفته است و جهان و جامعه ای كه در آینده ای نه چندان دور به مدد این فناوری جدید پدیدار خواهد شد، تفاوت هایی بنیادین با جهان مالوف آدمی در گذشته خواهد داشت.
به گزارش ایرنا نانو تكنولوژی نظیر هر فناوری دیگری چونان یك تیغ دولبه است كه می توان از آن در مسیر خیر و صلاح و یا نابودی و فنا استفاده به عمل آورد. گام اول در راه بهره گیری از این فناوری شناخت دقیق تر خصوصیات آن و آشنایی با قابلیت های بالقوه ای است كه در خود جای داده است. در خصوص نانو تكنولوژی یك نكته را می توان به روشنی و بدون ابهام مورد تاكید قرار داد: این فناوری جدید هنوز، حتی برای متخصصان، شناخته شده نیست و همین امر هاله ابهامی را كه آن را در برگرفته ضخیمتر می كند و راه را برای گمانزنی های متنوع هموار می سازد.
كسانی بر این باورند كه این فناوری نظیر هیولایی فرانكشتین در داستان مری شلی و یا همانند جعبه پاندورا در اسطوره های یونان باستان، مرگ و نابودی برای ابنای بشر درپی دارد. در مقابل گروهی نیز معتقدند كه به مدد توانایی های حاصل از این فناوری می توان عالم را گلستان كرد.
در حال حاضر 450 شركت تحقیقاتی- تجاری در سراسر جهان و 270 دانشگاه در اروپا، آمریكا و ژاپن با بودجه ای كه در مجموع به 4 میلیارد دلار بالغ می شود سرگرم انجام تحقیقات در عرصه نانو تكنولوژی هستند. در این قلمرو اتمها و ذرات رفتاری غیرمتعارف از خود به نمایش می گذارند و از آنجا كه كل طبیعت از همین ذرات تشكیل شده، شناخت نحوه عمل آنها، به یك معنا شناخت بهتر نحوه شكل گیری عالم است. به این ترتیب دانشمندانی كه در این قلمرو به كاوش مشغولند، به یك اعتبار با ذهن و ضمیر خالق هستی و نقشه شگفت انگیز او در خلقت عالم آشنایی پیدا می كنند، اما از آنجا كه دانایی توانایی به همراه می آورد، شناسایی رازهای هستی می تواند توان فوق العاده ای را در اختیار كاشفان این رازها قرار دهد. تحقیق در قلمرو نانو تكنولوژی از اواخر دهه 1950 آغاز شد و در دهه 1990 نخستین نتایج چشمگیر از رهگذر این تحقیقات عاید گردید.
از جمله آنكه یك گروه از محققان شركت آی بی ام موفق شدند35 اتم گزنون را بر روی یك صفحه از جنس نیكل جای دهند و با كمك این تك اتمها نامی را بر روی صفحه نیكلی درج كنند. محققان دیگر به بررسی درباره ساختارهای ریز موجود در طبیعت نظیر تار عنكبوت ها و رشته های ابریشم پرداختند تا بتوانند موادی نازك تر و مقاوم تر تولید كنند. در این میان ساخت یك نوع مولكول جدید كربن موسوم به باكمینسترفولرین یا كربن- 60 راه را برای پژوهشهای بعدی هموارتر كرد. محققان با كمك این مولكول كه خواص حیرت انگیز آن هنوز در درست بررسی است، لوله های موئینه ای در مقیاس نانو ساخته اند كه می تواند برای ایجاد ساختارهای مختلف در تراز یك میلیونیم متر مورد استفاده قرار گیرد. بررسی هایی كه در ابعاد نانو بر روی مواد مختلف صورت گرفته و خواص تازه ای را آشكار كرده است. به عنوان مثال ذرات سیلیكن در این ابعاد از خود نور ساطع می كنند و لایه های فولاد در این مقیاس از استحكام بیشتری در قیاس با صفحات بزرگتر این فلز برخوردارند.
برخی شركتها از هم اكنون بهره برداری از برخی یافته های نانوتكنولوژی را آغاز كرده اند. به عنوان نمونه شركت آرایشی اورال از مواد نانو در محصولات آرایشی خود استفاده می كند تا بر میزان تاثیر آنها بیفزاید. ساخت دیودهای نوری با استفاده از مواد نانو موجب می شود تا 80درصد در هزینه برق صرفه جویی شود. توپهای تنیسی كه با كربن 60 ساخته شده و روانه بازار گردیده سبكتر و مستحكمتر از توپهای عادی است. شركتهای دیگر با استفاده از مواد نانو پارچه هایی تولید كرده اند كه با یك بار تكاندن آنها می توان حالت اتوی اولیه را به آنها بازگرداند و همه چین و چروكهایشان را زایل كرد. با همین یك بار تكان همه گردوخاكی كه به این پارچه ها جذب شده اند نیز پاك می شوند. نوارهای زخم بندی هوشمندی با این مواد درست شده كه به محض مشاهده نخستین علائم عفونت در مقیاس مولكولی، پزشكان را مطلع می سازند.
از همین نوع مواد همچنین لیوانهایی تولید شده كه قابلیت خود- تمیزكردن دارند. لنزها و عدسیهای عینك ساخته شده از جنس مواد نانو ضد خش هستند و یك گروه از محققان تا آنجا پیش رفته اند كه درصددند با مواد نانو پوششهای مناسبی تولید كنند كه سلولهای حاوی ویروسهای خطرناك نظیر ویروس ایدز را در خود می پوشاند و مانع خروج آنها می شود. مهمترین نكته درباره موقعیت كنونی فناوری نانو آن است كه اكنون دانشمندان این توانایی را پیدا كرده اند كه در تراز تك اتمها به بهره گیری از آنها بپردازند و این توانایی بالقوه می تواند زمینه ساز بسیاری از تحولات بعدی شود. یك گروه از برجسته ترین محققان در حوزه نانوتكنولوژی بر این اعتقادند كه می توان بدون آسیب رساندن به سلولهای حیاتی، در درون آنها به كاوش و تحقیق پرداخت. شیوه های كنونی برای بررسی سلولها بسیار خام و ابتدایی است و دانشمندان برای شناخت آنچه كه در درون سلول اتفاق می افتد ناگزیرند سلولها را از هم بشكافند و در این حال بسیاری از اطلاعات مهم مربوط به سیالهای درون سلول یا ارگانلهای موجود در آن از بین می رود.
یك گروه از محققان كه در گروهی موسوم به اتحاد سیستمهای زیستی گرد آمده اند، سرگرم تكمیل ابزارهای ظریفی هستند كه هدف آن بررسی اوضاع و احوال درون سلول در زمان واقعی و بدون آسیب رساندن به اجزای درونی سلول یا مداخله در فعالیت بخشهای داخلی آن است. ابزاری كه این گروه مشغول ساخت آن هستند ردیف هایی از لوله ها یا سیمهای بسیار ظریفند كه قادرند وظایف مختلفی را به انجام برسانند از جمله آنكه هزاران پروتئینی را كه به وسیله سلولها ترشح می شود شناسایی كند. گروههای دیگر از محققان نیز به نوبه خود سرگرم تولید دستگاهها و ابزارهای دیگر برای انجام مقاصد علمی دیگر هستند.
به عنوان نمونه یك گروه از محققان سرگرم تكمیل فیبرهای نوری در ابعاد نانو هستند كه قادر خواهند بود مولكولهای مورد نظر را شناسایی كنند. گروهی نیز دستگاهی را دردست ساخت دارند كه با استفاده از ذرات طلا می تواند پروتئین های معینی را فعال سازد یا از كار بیندازد. به اعتقاد پژوهشگران برای آنكه بتوان از سلولها در حین فعالیت واقعی آنها اطلاعات مناسب به دست آورد، باید شیوه تنظیم آزمایشها را مورد تجدیدنظر اساسی قرار داد. سلولها در فعالیت طبیعی خود امور مختلفی را به انجام می رسانند: از جمله انتقال اطلاعات و علائم و داده ها میان خود، ردوبدل كردن مواد غذایی و بالاخره سوخت و ساز و اعمال حیاتی. یك گروه از روش تازه ای موسوم به الگوی انتقال ابر - شبكه استفاده كرده اند كه ساخت نیمه هادیهای نانومتری به قطر تنها 8 نانومتر را امكان پذیر می سازد. هریك از این لوله های بسیار ریز بالقوه می توانند یك پادتن خاص یا یك اولیگو نوكلئو اسید و یا یك بخش كوچك از رشته دی ان ای بر روی خود جای دهند.
با كمك هر تراشه می توان 1000 آزمایش متفاوت بر روی یك سلول انجام داد. برای دستیابی به موفقیت كامل باید بر برخی از محدودیتها غلبه شود، ازجمله آنكه درحال حاضر برای بررسی سلولها باید آنها را در درون مایعی قرار داد كه مصنوعاً محیط زیست طبیعی سلولها را بازسازی می كند، اما یون موجود در این مایع می تواند سنجنده های موئینه را از كار بیندازد. برای رفع مشكل، محققان سلولها را درون مایعی جای می دهند كه چگالی یون آن كمتر است. گروههای دیگری از محققان نیز در تلاشند تا ابزارهای مناسب در مقیاس نانو برای بررسی جهان سلولها ابداع كنند. یكی از این ابزارها چنانكه اشاره شد یك فیبر نوری است كه ضخامت نوك آن 40 نانومتر است و بر روی نوك نوعی پادتن جا داده شده كه قادر است خود را به مولكول مورد نظر در درون سلول متصل سازد. این فیبر نوری با استفاده از فیبرهای معمولی و تراش آنها ساخته شده و بر روی فیبر پوششی از نقره اندود شده تا از فرار نور جلوگیری به عمل آورد. نحوه عمل این فیبر نوری درخور توجه است.
از آنجاكه قطر نوك این فیبر نوری، از طول موج نوری كه برای روشن كردن سلول مورد استفاده قرار می گیرد به مراتب بزرگتر است، فوتونهای نور نمی توانند خود را تا انتهای فیبر برسانند، درعوض در نزدیكی نوك فیبر مجتمع می شوند و یك میدان نوری بوجود می آورند كه تنها می تواند مولكولهایی را كه در تماس با نوك فیبر قرار می گیرند تحریك كند. به نوك این فیبر نوری یك پادتن متصل است و محققان به این پادتن یك مولكول فلورسان می چسبانند و آنگاه نوك فیبر را به درون یك سلول فرو می كنند. در درون سلول، نمونه مشابه مولكول فلورسان نوك فیبر، این مولكول را كنار می زند و خود جای آن را می گرد. به این ترتیب نوری كه از مولكول فلورسان ساطع می شد از بین می رود و فضای درون سلول تنها با نوری كه به وسیله میدان موجود در فیبر نوری بوجود می آید روشن می شود و درنتیجه محققان قادر می شوند یك تك مولكول را در درون سلول مشاهده كنند.
مزیت بزرگ این روش در آن است كه باعث مرگ سلول نمی شود و به دانشمندان اجازه می دهد درون سلول را در هنگام فعالیت آن مشاهده كنند. نانو تكنولوژی همچنین به محققان امكان می دهد كه بتوانند رویدادهای بسیار نادر یا مولكولهای با چگالی بسیار كم را مشاهده كنند. به عنوان مثال بلورهای مینیاتوری نیمه هادیهای فلزی در یك فركانس خاص از خود نور ساطع می كنند و از این نور می توان برای مشخص كردن مجموعه ای از مولكولهای زیستی و الصاق برچسب برای شناسایی آنها استفاده كرد. به نوشته هفته نامه علمی نیچر چاپ انگلستان یك گروه از محققان دانشگاه میشیگان نیز توانسته اند سنجنده خاصی را تكمیل كنند كه قادر است حركت اتمهای روی را در درون سلولها دنبال كند و به دانشمندان در تشخیص نقایص زیست عصبی مدد رساند.
از ابزارهای در مقیاس نانو همچنین می توان برای عرضه مؤثرتر داروها در نقاط موردنظر استفاده به عمل آورد. در آزمایشی كه بتازگی به انجام رسیده نشان داده شده است كه حمله به سلولهای سرطانی با استفاده از ذرات نانو 100برابر بازده عمل را افزایش می دهد. محققان امیدوارند در آینده ای نه چندان دور با استفاده از نانو تكنولوژی موفق شوند امور داخلی هر سلول را تحت كنترل خود درآورند. هم اكنون گامهای بلندی در این زمینه برداشته شده و به عنوان نمونه دانشمندان می توانند فعالیت پروتئینها و مولكول دی ان ای را در درون سلول كنترل كنند. به این ترتیب نانو تكنولوژی به محققان امكان می دهد تا اطلاعات خود را درباره سلولها یعنی اصلی ترین بخش سازنده بدن جانداران به بهترین وجه كامل سازند.

منبع :

alivephysics.persianblog.com

تاریخ انتشار : پنجشنبه 25 شهریور 1389 - 12:5

روشهای کسب اطلاعات در ابعاد نانو
طبقه بندی : نانوتکنولوژی - مقالات

بخشی از فناوری نانو، دنیایی را که هر روز در جریان است مطالعه می‌‌‌‌‌‌‌‌‌کند، فقط کمی عمیق تر و کمی پایین‌‌‌‌‌‌‌‌‌تر از آنجاهایی که ما با چشم‌‌‌‌‌‌‌‌‌هایمان نمی‌‌‌‌‌‌‌‌‌توانیم مشاهده کنیم. پس برای ورود به این بخش از فضای نانو لازم است کمی به سراغ مطالب پایه فیزیک و شیمی برویم و مفاهیم اولیه را مرور کنیم؛ در این نوشتار ابتدا مروری بر مفاهیم پایه و اجزای ساختاری ماده صحبت خواهیم کرد سپس سراغ لوازم و ابزار و وسایلی می‌‌‌‌‌‌‌‌‌رویم که دنیایی را که در پایین وجود دارد، برای ما نمایان می‌‌‌‌‌‌‌‌‌کند. انشاالله در مقالات بعدی هر کدام از این ابزارها را بطور کامل شرح خواهیم داد.
اجزای سازنده مواد و نیروی بین آنها
برای درک از اجزای طبیعت باید به این نکته توجه کرد که اتمها بلوک‌‌‌‌‌‌‌‌‌های سازنده مواد هستند و هر ماده از اتمهای خاص تشکیل شده که وقتی در کنار یکدیگر قرار می‌‌‌‌‌‌‌‌‌گیرند مولکولها را شکل می‌‌‌‌‌‌‌‌‌دهند، تعداد این اتم‌‌‌‌‌‌‌‌‌ها محدود است (بیش از صد نوع اتم) ولی وقتی کنار هم قرار میگیرند صدها هزار مولکول که هر کدام خواص متفاوتی دارند را تشکیل می‌‌‌‌‌‌‌‌‌دهند.
چیزی که اتم‌‌‌‌‌‌‌‌‌ها را در یک مولکول و مولکولها را در یک ماده کنار هم حفظ می‌‌‌‌‌‌‌‌‌کند نیروهایی است که مانند جاذبه و دافعه دو آهنربا عمل می‌‌‌‌‌‌‌‌‌کنند. این نیروها بین الکترونها و هسته اتمها وجود دارند و در نوع خود بسیار قوی هستند.
شنیده‌‌‌‌‌‌‌‌‌اید که یک مورچه می‌‌‌‌‌‌‌‌‌تواند چند برابر وزن خودش را حمل کند! آیا شما می‌‌‌‌‌‌‌‌‌توانید دوبرابر وزن خود را حکل کنید؟ با این حساب مورچه قوی‌‌‌‌‌‌‌‌‌تر است یا شما؟ اینکه می‌‌‌‌‌‌‌‌‌گوییم پیوند بین اتم‌‌‌‌‌‌‌‌‌ها در نوع خود خیلی قوی و مستحکم است دقیقاً مانند همین مثال قدرت مورچه‌‌‌‌‌‌‌‌‌ها است.
گفتیم که از اتصال مولکول‌‌‌‌‌‌‌‌‌ها ماده ساخته می‌‌‌‌‌‌‌‌‌شود، در واقع شدت پیوند بین مولکولی و نیروی بین مولکولها سبب می‌‌‌‌‌‌‌‌‌شود تا ماده به شکل مایع، جامد یا گاز باشد. البته نوع پیوندها نیز در رفتار ماده تاثیر زیادی دارند، برای مثال بعضی پیوندها که به پیوند یونی معروف هستند باعث می‌‌‌‌‌‌‌‌‌شوند ماده رسانای جریان برق باشد. تعداد و جهت و زاویه متفاوت یک نوع پیوند نیز سبب بروز خواص متفاوت می‌‌‌‌‌‌‌‌‌شود. برای مثال الماس و گرافیت هر دو از اتمهای یک عنصر یعنی کربن تشکیل شده‌‌‌‌‌‌‌‌‌اند، ولی از آنجایی که تعداد و نحوه قرارگیری پیوندها بین اتمهایِ آن متفاوت است، الماس بسیار مستحکم است و گرافیت بسیار نرم.
مشاهده مولکول‌‌‌‌‌‌‌‌‌ها با استفاده از میکروسکوپ
میکروسکوپی که شما در مدرسه از آن استفاده می‌‌‌‌‌‌‌‌‌کنید تا سلولهای موجودات زنده را مشاهده کنید بسیار ساده است و برای مشاهده دنیای نانو کارآمد نیست. امروزه انواع گوناگونی میکروسکوپ وجود دارد که قادر است اطلاعات مفیدی از ابعاد نانو به ما بدهد. هر کدام از این دستگاه‌‌‌‌‌‌‌‌‌ها پیچیدگی خود را دارند و از ترفندهای مختلفی بهره می‌‌‌‌‌‌‌‌‌گیرند تا از ابعاد ریز و در حد و اندازه مولکولها به ما اطلاعات بدهند.
علاوه بر پیچیدگی و پر رمز و راز بودن این میکروسکوپ‌‌‌‌‌‌‌‌‌ها تفاوت اصلی آنها با میکروسکوپ‌‌‌‌‌‌‌‌‌های ساده و نوری مدرسه این است که آنها بصورت غیر مستقیم از دنیای نانو به کسب اطلاعات می‌‌‌‌‌‌‌‌‌پردازند. درست مانند اقیانوس شناسان که بدون رفتن به زیر آب اقیانوس‌‌‌‌‌‌‌‌‌ها و قدم زدن در کف آن، نقشه پستی‌‌‌‌‌‌‌‌‌ها و بلندی‌‌‌‌‌‌‌‌‌های کف اقیانوس را ترسیم می‌‌‌‌‌‌‌‌‌کنند یا فضا نوردان که بدون سفر به تمام نقاط کره ماه یا هر سیاره و ستاره‌‌‌‌‌‌‌‌‌ای ارتفاعات و کوه‌‌‌‌‌‌‌‌‌های آن سیاره را شناسایی می‌‌‌‌‌‌‌‌‌کنند.
شبیه‌سازی كف دریا كه با استفاده از پردازش داده‌ها صورت می‌گیرد، مدت‌هاست که در تحقیقات و مطالعات اقیانوس‌شناسی به كار می‌رود. اقیانوس‌شناسانِ اولیه به انتهای كابل‌های بلند وزنه‌هایی می‌آویختند و ته دریا می‌‌فرستادند. این وزنه‌ها كف دریا را می‌پیمودند و ناهمواری‌ها و شیارهای آن را از طریق كابل‌ها روی كاغذهای شطرنجی نقش می‌كردند.
اقیانوس‌شناسان جدید، كابل و وزنه را به كناری نهاده‌اند و فناوری رادار را به خدمت گرفته‌اند. آنها امواج صوتی را از یك كشتی اقیانوس‌پیما به كف دریا گسیل می‌كنند و با ثبت فاصلة كف با منبع گسیل‌كننده ناهمواری‌های كف را ترسیم می‌نمایند.
ماهواره‌ها هم به همین روش می‌توانند امواجی را به اعماق ناشناختة فضا بفرستند و با محاسبة زمان رفت و برگشت، فواصل را اندازه بگیرند.
اساس کار میکروسکوپهای پیشرفته نیز مانند ماهواره‌‌‌‌‌‌‌‌‌ها و رادارها، کسب اطلاعات به صورت غیر مستقیم است.
میکروسکوپ نیروی اتمی AFM :
این نوع میکروسکوپ نیروی اتمی شباهت زیادی به کابل‌‌‌‌‌‌‌‌‌های اقیانوس‌‌‌‌‌‌‌‌‌شناس� ��‌‌‌‌‌‌‌‌های قدیمی و کهنه کار دارد. یک جورهایی نیز شبیه دستگاه گرامافون از یک سوزن بسیار نوک تیز تشکیل شده که این سوزن روی سطح لوح در شیار‌‌‌‌‌‌‌‌‌های آن حرکت می‌‌‌‌‌‌‌‌‌کند و پستی - بلندی های سطح را به صدا تبدیل می‌‌‌‌‌‌‌‌‌کند.
و اما وظیفه میکروسکوپ نیروی اتمی چیست؟
می‌دانیم كه تمامی اجسام هراندازه هم كه به ظاهر صاف و صیقلی باشند، باز هم در سطح خود دارای پستی و بلندی و ناصافی‌هایی هستند. به عنوان مثال سطح شیشه بسیار بسیار صاف و صیقلی به نظر می‌رسد، اما اگر در مقیاس خیلی کوچک به آن نگاه کنیم، خواهیم دید که سطح شیشه پر از ناصافی‌ها یا به عبارتی "دست انداز" است. كار میكروسكوپ نیروی اتمی نشان‌دادن این ناصافی‌ها و اندازه‌گیری عمق آنهاست. ثبت چگونگی قرارگیری و نشان دادن عمق و ارتفاعِ پستی و بلندی‌ها در یك سطح خاص از ماده را "توپوگرافی" می‌نامند.
همانطور که می‌‌‌‌‌‌‌‌‌دانید نیروهای بسیار کوچکی بصورت جاذبه و دافعه بین اتمهای باردار وجود دارند، (درست مثل دو سر ناهمنام آهنربا که باعث دفع و جذب می شوند.) چنین نیروهایی بین نوک میکروسکوپ و اتمهای سطح ایجاد می‌‌‌‌‌‌‌‌‌گردد. با اندازه گیری نیروی بین اتمها در نقاط مختلف سطح، می‌‌‌‌‌‌‌‌‌توان محل اتمها روی آن را مشخص کرد.
برای آشنایی بیشتر با میکروسکوپ نیروی اتمی به مقاله‌‌‌‌‌‌‌‌‌ای که در این مورد در باشگاه نانو نوشته شده مراجعه کنید
میکروسکوپ پیمایشگر الکترونی SEM :
در میکروسکوپ نیروی اتمی یک انبرک با نوک بسیار حساس روی سطح حرکت می‌‌‌‌‌‌‌‌‌کرد و اطلاعات مورد نیاز را از ابعاد نانومتری به ما می‌‌‌‌‌‌‌‌‌داد. حال اگر به جای نوک و انبرک از الکترون استفاده کنیم میکروسکوپ پیمایشگر الکترونی ساخته‌‌‌‌‌‌‌‌‌ایم.
این دسته میکروسکوپ‌‌‌‌‌‌‌‌‌ها پروتویی از الکترونها را به هر آنچه که می‌‌‌‌‌‌‌‌‌خواهند بررسی و مطالعه کنند، شلیک می‌‌‌‌‌‌‌‌‌کنند، به این ترتیب انرژی الکترون‌‌‌‌‌‌‌‌‌های شلیک شده به سطح مورد نمونهِ موردِ مطالعه منتقل می‌‌‌‌‌‌‌‌‌شود. الکترونهای پرتو (که الکترونهای اولیه نامیده می‌‌‌‌‌‌‌‌‌شوند) الکترونهای نمونه را جدا می‌‌‌‌‌‌‌‌‌کنند. این الکترونهای جدا شده (که الکترونهای ثانویه نامیده می‌‌‌‌‌‌‌‌‌شوند) به سمت صفحه‌‌‌‌‌‌‌‌‌ای که دارای بار مثبت است کشیده می‌‌‌‌‌‌‌‌‌شوند و در آنجا تبدیل به "سیگنال" می‌‌‌‌‌‌‌‌‌شوند. این سیگنالها توسط رایانه به تصاویر قابل مشاهده تبدیل می‌‌‌‌‌‌‌‌‌شوند.
میکروسکوپ پیمایشگر الکترونی علاوه بر اطلاعات توپوگرافی؛ شکل، اندازه و نحوه قرار گیری ذرات در سطح جسم را که به مورفولوژی جسم معروف است به ما می‌‌‌‌‌‌‌‌‌دهد. نوع های پیشرفته تر این دستگاه قادر هستند که ترکیب اجزایی که نمونه را می‌‌‌‌‌‌‌‌‌سازد را نیز مشخص کنند.
این میکروسکوپ برای مشاهده نمونه‌‌‌‌‌‌‌‌‌هایی که از خود بخار آزاد می‌‌‌‌‌‌‌‌‌کنند، مناسب نیست چرا که بخارات تولید شده با الکترونهای شلیک شده به نمونه برهم‌‌‌‌‌‌‌‌‌کنش پیدا می‌‌‌‌‌‌‌‌‌کنند. برای رفع این عیب میکروسکوپهایی به بازار آمده که قادرند در دمای بسیار پایین و از نمونه منجمد تصویر برداری کنند.
میکروسکوپ انتقال الکترونی TEM :
در میکروسکوپِ SEM الکترون اولیه پس از شلیک به سطح نمونه برخورد می‌‌‌‌‌‌‌‌‌کرد و الکترون ثانویه از همان سطح نمونه خارج می‌‌‌‌‌‌‌‌‌شد و به سمت صفحه مثبت می‌‌‌‌‌‌‌‌‌رفت و تبدیل به سیگنال می‌‌‌‌‌‌‌‌‌شد. در واقع در آن میکروسکوپ، نمونه مانند یک آینه عمل می‌‌‌‌‌‌‌‌‌کرد که الکترون‌‌‌‌‌‌‌‌‌های ثانویه از همان سطحی خارج می‌‌‌‌‌‌‌‌‌شد که الکترون‌‌‌‌‌‌‌‌‌های اولیه وارد شده بودند (فقط با زاویه متفاوت).
میکروسکوپهای TEM نیز همانند SEM از تکنیک شلیک الکترون‌‌‌‌‌‌‌‌‌ها به نمونه بهره می‌‌‌‌‌‌‌‌‌برند با این تفاوت که در میکروسکوپ انتقال الکترونی (TEM) پروتو الکترون‌‌‌‌‌‌‌‌‌هایی که به نمونه شلیک می‌‌‌‌‌‌‌‌‌شوند، از نمونه عبور می‌‌‌‌‌‌‌‌‌کنند و به یک پرده فسفریِ آشکارساز می‌‌‌‌‌‌‌‌‌خورند تا یک طرح از ساختار نمونه به ما ارایه دهند. به عبارت ساده‌‌‌‌‌‌‌‌‌تر TEM یک نوع پروژکتور نمایش اسلاید در مقیاس نانو است.
وضوح و دقت تصاویر گرفته شده توسط میکروسکوپ انتقال الکترونی از پیمایشگر الکترونی بهتر است اما به سبب گران بودن آن و همچنین سخت‌‌‌‌‌‌‌‌‌تر بودن مراحل آماده سازی نمونه برای قرار گرفتن در زیر میکروسکوپ انتقال الکترونی، بیشتر از SEM استفاده می‌‌‌‌‌‌‌‌‌شود و فقط در مواردی که ساختار بلوری(نحوه قرار گیری اتمها در شبکه بلور) مهم باشد از میکروسکوپ TEM استفاده می‌‌‌‌‌‌‌‌‌شود.
میکروسکوپ پیمایشگر تونلی STM :
اگر بخواهید از سطح صلبی تصویر برداری کنید که الکتریسیته را عبور می‌‌‌‌‌‌‌‌‌دهد لازم است تا از میکروسکوپ پیمایشگر تونلی استفاده کنید. این میکروسکوپ‌‌‌‌‌‌‌‌‌ها شباهت زیادی به میکروسکوپ‌‌‌‌‌‌‌‌‌ها� � نیروی اتمی (AFM) دارند در این میکروسکوپ‌‌‌‌‌‌‌‌‌ها از نوعی جریان الکتریسته استفاده می‌‌‌‌‌‌‌‌‌شود که زمانی‌‌‌‌‌‌‌‌‌که نوک در مجاورت سطح رسانا و در فاصله یک نانومتری از آن حرکت می‌‌‌‌‌‌‌‌‌کند، برقرار می‌‌‌‌‌‌‌‌‌شود. در این زمان جریان شروع به انتقال از سطح به نوک می‌‌‌‌‌‌‌‌‌کند. توجه داشته باشید که بین نوک و سطح فاصله وجود دارد و الکترونها از یک سد انرژی عبور می‌‌‌‌‌‌‌‌‌کنند (به این فرآیند اصطلاحاً تونل زنی گفته می‌‌‌‌‌‌‌‌‌شود) در حین تونل زنی اگر جریان ثابت باشد تغییرات فاصله نوک تا نمونه اطلاعات سطح را به ما می‌‌‌‌‌‌‌‌‌دهد. اگر هم فاصله نوک و نمونه را ثابت نگه داریم تغییرات جریان تونل زنی اطلاعات سطح را به ما خواهد داد. اینکه از کدم مد یا حالت استفاده کنیم به شرایط نمونه و خواسته‌‌‌‌‌‌‌‌‌های ما ربط دارد. معمولاً در حالتی که سطح نمونه نامنظم باشد از مد جریان ثابت استفاده می‌‌‌‌‌‌‌‌‌شود و زمان بیشتری را به نسبت مد ارتفاع ثابت لازم دارد.
میکروسکوپ‌‌‌‌‌‌‌‌‌ها و جایزه نوبل
نخستین میکروسکوپ پیمایشگر الکترونی (SEM) در سال 1942 میلادی عرضه شدند و شکل امروزی آن اولین بار در سال 1965 میلادی وارد بازار شدند. میکروسکوپ پیمایشگر تونلی نیز در سال 1981 در آزمایشگاه تحقیقاتی شرکت IBM اختراع شد و مخترعان STM در سال 1986 همراه با ارنست روسکا که از جوانی روی میکروسکوپهای الکترونی کار می‌‌‌‌‌‌‌‌‌کرد برنده جایزه نوبل فیزیک شدند.

منبع :

forum.funex.ir

تاریخ انتشار : شنبه 25 دی 1389 - 17:28

استفاده از فناوری نانو برای دیرسوزكردن پلیمرها
نویسنده : حسن علم خواه
طبقه بندی : نانوتکنولوژی - مقالات

استفاده از فناوری نانو برای دیرسوزكردن پلیمرها
یكی از كاربردهای مهم فناوری نانو بهبود خواص مواد پلیمری از نظر آتش‌گیری و بالابردن مقاومت این مواد در برابر آتش است. این مواد عموماً در دماهای بالا ایمن نیستند؛ اما با استفاده از فناوری نانو امكان دیرسوز نمودن آنها وجود دارد. در این مطلب، نظرات مهندس صحرائیان،‌ عضو هیأت علمی پژوهشگاه پلیمر و پتروشیمی ایران، در زمینة استفاده از فناوری نانو در این زمینه آورده شده است:
نانوكامپوزیت‌های دیرسوز
با توجه به این كه امروزه حجم وسیعی از كالاهای مصرفی هر جامعه‌ای را پلیمرهایی تشكیل می‌دهند كه به‌راحتی می‌سوزند یا گاهی در مقابل شعله فاجعه می‌آفرینند، لزوم تحقیق در خصوص مواد دیرسوز احساس می‌شود. بر همین اساس، در كشورهای صنعتی، تلاش گسترده‌ای برای ساخت موادی با ایمنی بیشتر در برابر شعله آغاز شده است و در این زمینه نتایج مطلوبی هم به دست آمده است.
بر همین اساس و با توجه به تدوین استانداردهای جدید ایمنی، به نظر می‌رسد استانداردهای ساخت مربوط به پلیمرهای مورد استفاده در خودروسازی، صنایع الكترونیك،‌ صنایع نظامی و تجهیزات حفاظتی و حتی لوازم خانگی، در حال تغییر به سوی مواد دیرسوز است.
از طرف دیگر مدتی است كه نانوكامپوزیت‌های پلیمر – خاكرس به عنوان موادی با خواص مناسب مثل تأخیر در شعلهوری، توجه بسیاری از محققان را به خود جلب كرده است. بنابراین بهنظر می‌رسد كه نانوكامپوزیت‌های پلیمر – خاكرس می‌توانند جایگزین مناسبی برای مواد پلیمری معمولی باشند؛
برای تهیه پلیمرهای دیرسوز، علاوه بر رفتار آتش‌گیری، عوامل زیادی باید مورد توجه واقع شوند؛ از جمله اینكه:
از افزودنی‌هایی استفاده شود كه قیمت تمامشده محصول را خیلی افزایش ندهد. (مواد افزودنی باید ارزان قیمت باشند.)
مواد افزودنی به پلیمرها باید به آسانی با پلیمر فرآیند شود.
مواد افزوده‌شده به پلیمر نباید در خواص كاربردی پلیمر تغییر قابل ملاحظه ایجاد كند.
زباله‌های این مواد نباید مشكلات زیستمحیطی ایجاد كند.
با توجه به این موارد، خاكرس از جمله بهترین مواد افزودنی به پلیمرها محسوب می‌شود كه می‌تواند آتش‌گیری آنها را به تأخیر بیندازد و سبب ایمنی بیشتر وسایل و لوازم ‌شود. مزیت دیگر خاك‌ رس فراوانی آن است كه استفاده از این منبع خدادادی را آسان می‌كند.
ویژگی‌های نانوكامپوزیت‌های پلیمر – خاكرس
خواص مكانیكی نانوكامپوزیت‌های پلیمر-نایلون6 كه از نظر حجمی فقط حاوی پنج درصد سیلیكات است، بهبود فوق‌العادهای را نسبت به نایلون خالص از خود نشان می‌دهد. مقاومت كششی این نانوكامپوزیت 40 درصد بیشتر، مدول كششی آن 68 درصد بیشتر، انعطاف‌پذیری آن 60 درصد بیشتر و مدول انعطاف آن 126 درصد بیشتر از پلیمر اصلی است. دمای تغییر شكل گرمایی آن نیز از 65 درجه سانتی­گراد به 152 درجه سانتیگراد افزایش یافته است. در حالیكه در برابر همة این تغییرات مناسب، فقط 10درصد از مقاومت ضربه آن كاسته شده است.
نتایج تحقیقات حاكی از آن است كه میزان آتشگیری در این نانو كامپوزیت پلیمری حدود 70 درصد نسبت به پلیمر خالص كاهش نشان میدهد و این در حالی است كه اغلب خواص كاربردی پلیمر نیز تقویت میشود. البته كاهش در میزان آتشگیری پلیمرها از قدیم مورد بررسی بوده است. بشر با تركیب مواد افزودنی به پلیمر میزان آتشگیری آنرا كاهش داد ولی متاسفانه خواص كاربردی پلیمر هم متناسب با آن كاهش مییافته است. در واقع كاهش در آتشگیری همزمان با بهبود خواص كاربری پلیمرها ویژگی منحصر به فرد فناوری نانو است، خصوصاً اینكه تنها با افزودن 6 درصد ماده افزودنی به پلیمر تا 70 درصد آتشگیری آن كاهش مییابد.
برخی نانوكامپوزیت‌های پلیمر – خاكرس پایداری حرارتی بیشتری از خود نشان می‌دهند كه اهمیت ویژه‌ای برای بهبود مقاومت در برابر آتشگیری دارد. این مواد همچنین نفوذپذیری كمتری در برابر گاز و مقاومت بیشتری در برابر حلال‌ها از خود نشان می‌دهند.
استانداردسازی؛ ابزار قدرت در دست كشورهای پیشروی صنعتی
تطابق با استانداردهای جدید موضوعی است كه همواره كشورهای پیشرو بر كشورهای پیرو دیكته كرده‌اند. در كشورهای پیشرو صنعتی،‌ استانداردها همواره رو به بهبود است. در این كشورها براساس جدیدترین نتایج تحقیقات و مطالعات متخصصان، هر چند وقت یكبار، استانداردها دستخوش تغییر می‌شوند و دیگر كشورها ناچار خواهند بود در مراودات تجاری خود با آنها این استانداردها را رعایت كنند و به این ترتیب، مجبور می‌شوند كه نتایج تحقیقات آنها را خریداری كنند. مطلب زیر مثالی از این موارد است:
چندی پیش در جراید اعلام شد كه بنا بر تصمیم جدید اتحادیه اروپا، هواپیماهایی كه مجهز به سیستم جدید ناوبری (مطابق با استاندارد جدید پرواز)‌ نباشند، اجازه پرواز بر فراز آسمان اروپا را ندارند. در آن زمان در كشور ما فقط تعداد معدودی از هواپیماهای مجهز به این سیستم وجود داشت. اخیراً هم اتحادیه مزبور اعلام كرده است كه ورود كامیون‌های فاقد استاندارد زیستمحیطی به خاك اروپا ممنوع است. در پی این اعلام، خودروسازان ایرانی به ناچار استانداردهای خود را با شرایط جدید تطبیق دادند.
نكتة پایانی؛ نتیجه گیری
هر چند ممكن است استفاده از برخی فناوریها در كشور ما در حال حاضر موضوعیت نداشته و یا اینكه مقرون به صرفه نباشد. ولی اگر جهتگیری تحقیقات و پژوهشها در جهان را مد نظر قرار دهیم متوجه میشویم كه در آینده نزدیك ناگزیر به استفاده از این فناوریها خواهیم بود. بنابراین لازم است از فرصتهای موجود برای ایجاد این توانمندی­ها بهره بگیریم تا در زمان مناسب از این پتانسیلها استفاده كنیم.
بهعبارت دیگر لازم است مراكز پژوهشی و تحقیقاتی همواره لااقل یك نسل از صنعت جلوتر باشند. در این صورت ضمن امكان هدایت بخش صنعت به سمت و سوی معین، پاسخ به مشكلات صنعت نیز همواره قابل پیشبینی بوده و در این مراكز در دسترس خواهد بود.

تاریخ انتشار : چهارشنبه 14 مهر 1389 - 14:37


ورود مواد نانو به عرصه محصولات آرایشی(محافظ پوست)
طبقه بندی : نانوتکنولوژی - مقالات

پوست انسان لایه محافظ طبیعی است که انسان را در برابر بسیاری از مواد محافظت می کند، لکن امروزه با توجه به مخاطرات ناشناخته ناشی از ورود اشعه های UVA، UVB وUVC به جو زمین و اثرات مخرب آنها بر روی پوست بیش از پیش نیاز به استفاده از محافظینی است که پوست را یاری دهند. احساس می شود شناخت و تهیه نانو موادی چون روی اکسید و تیتانیوم دی اکسید و... زمینه ورود این مواد به عرصه تولید مواد آرایشی از جمله محافظین پوست فراهم گردیده به طوریکه امروزه شرکت های زیادی این مواد را در محصولات خود مورد استفاده قرار داده که ضمن کیفیت بخشی به مواد محافظ باعث سودآوری بیشتر نیز شده اند و این خود موجب پیوند بیشتر دانشگاه ها و مراکز تحقیقاتی با بازار تجارت این مواد گردیده است.
مقدمه:
انسان از بدو خلقت خویش به ناچار پیوسته با اشیای محیط زیست خود سر و کار پیدا کرد و با شناخت تدریجی نیازهای خویش و کسب اطلاعات بیشتری درباره خواص آنها آموخت که برای ادامه حیات خود ناچار باید از آنها استفاده کند. با گذشت زمان دریافت که برای استفاده هر چه بیشتر و بهتر از این مواد باید در وضعیت و کیفیت آنها تغییراتی وارد کند و این کار با استفاده از گرما و به ویژه کشف آتش به صورت عملی درآمده بود.
مردم برای مصرف انواع مختلف مواد شیمیایی به منظور آرایش پوست و موی خود دلایل زیادی دارند. و این نیاز باعث شده روز به روز صنعت تولید مواد آرایشی پیشرفت کرده به طوریکه امروزه ورود مواد نانو در ساختار مواد آرایشی اجتناب ناپذیر شده است و در این گزارش سعی شده چگونگی ورود مواد نانو به عرصه مواد آرایشی بخصوص مواد ضد آفتاب و تجارت آنها به اختصار بیان شود.
بحث
محصولات ضد آفتاب با هدف حفاظت از پوست در برابر اشعه ماوراء بنفش خورشید به کار برده می شوند. محصولات ضد آفتاب در اشکال مختلفی تولید می شوند: شیرها ولسیون ها ، کرم ها (بطور معمول در تیوب ها)، ژل ها، روغن ها، اسپری ها و چسب ها.
تشعشع UVA/UVB/UVC: طیف ناحیه فرابنفش بر اساس طول موج به طور قراردادی به 3 بخش UVB،UVA و UVC تقسیم شده است:
اشعه های UVC با انرژی بالا توسط لایه ازون جذب می شوند در حالیکه تنها بخشی از تشعشع UVA/UVB جذب می گردد. افزایش تشعشع UVB با سرطان پوست، آب مرواریدها و آسیب DNA همراه است. گمان آن می رفت که تشعشع UVA با انرژی کم مضر نیست اما امروزه این عقیده وجود دارد که این تشعشع هم به همان میزان UVB خطرناک است گرچه تاثیراتش مدت زمان زیادی میبرد تا خودشان را آشکار سازند. و نیز گمان می رفت که UVA در شکل گیری تومر سیاه رنگ قشر عمیق پوست، بروز خطرناک ترین شکل سرطان پوست، نقش دارد. سرطان پوست معمول ترین شکل سرطان در انگلستان است و شیوع آن در حال افزایش است.
اکثر محصولات ضد آفتاب وابسته به مواد آلی، در برابر UVB حفاظی مناسب تولید می کند که بیشترین تشعشعات شایع را جذب می کند با این وجود برای UVA تنها حفاظی جزیی ایجاد می شود، این امر حتی در محصولات دارای بر چسب با طیف وسیع نیز مشاهده می شود.
فاکتور محافظ در برابر نور خورشید (SPF): SPF عددی برابر با نسبت ثابت و معین زمان پرتوگیری به UV با طیف کامل است (nm400-290)، که نیازمند تولید التهاب پوستی در پوست انسان در حضور محصول ضد آفتاب در پوش 2 میلی گرم بر سانتی متر مربع با زمان برابر غیاب حفاظ است. میزان بزرگی این فاکتور بین 2 تا 60 می باشد.
نوآوری:
قابلیت ویژه ی نانو روی اکسید و تیتانیوم دی اکسید، آنها را به مواد مفیدی در محصولات ضد آفتاب تبدیل کرده است. اهمیت ویژه این مواد به توانایی جذب UVA/UVB و نیز عدم ایجاد واکنش های آلرژیک، بر خلاف دیگر عناصر اصلی و فعال محصولات ضد آفتاب، مربوط می شود روی اکسید مدت های مدید است که در محصولات ضد آفتاب مورد استفاده قرار می گیرد، و همین عنصر است که باعث افزایش مد ozzio criclceter شد که بر طبق آن افراد با نوارهایی بزرگ و سفید رنگ روی بینی و لب هایشان را می پوشانند. این تاثیر در نتیجه پراکندگی نور توسط ذرات روی اکسید ایجاد می گردد.
با این وجود اگر مقدار ذرات روی اکسید را تا حد نانو متر کاهش دهیم، به قدری کوچک می شوند که قادر به پراکندن نور در ضمن حفظ ترکیبات جاذب UV، نخواهند بود. به علاوه محصولات آماده شده با ذرات نانو جذب کنندگان کارآمدتری در هر واحد اند که اجازه فعالیت های بازدارنده بیشتری را می دهند.
یکروز صبح خوشبختی به شکل سوپاپ گازی معیوب که روی مخزن اکسیژن قرار داشت به آزمایشگاه چوی آرجفت سر زد، تمام آزمایشات آرجفت طوری طراحی شده بودند که شرایط آزمایشی یکنواختی را به منظور تولید ذرات با اندازه و توزیع شکل یکنواخت ایجاد نمایند. یک روز پس از صرف نهار با شنیدن صدای هشدار دهنده رآکتورش که در حال تولید صدای صفیر (صدای تماس سریع جسم با هوا) بود، به آزمایشگاه برگشت. او خیلی زود اینگونه استدلال کرد که صدای صفیر در اثر جریان سریع از تامین کننده اکسیژن به سوپاپ ، ایجاد شده است. پس علت اصلی همان سوپاپ معیوب بود. ظاهرا زمان و مواد خام بیهوده از بین رفته بود.. آرجفت از روی کنجکاوی مشتاق بود بداند که این فرآیند چه نوع ذراتی تولید نموده است. مشخص شد که روی اکسید و رای ترتیب معمولش 9 درصد افزایش در جذب UVA داشته است و نیز اینکه نیروهای حرکتی داری شتاب در این مرحله (حرکات ناقص) نوعی کشیدگی اضافی در شکل نانو کریستالی تولید نموده که احتمالا نیروی جذب UVA افزایش یافته را تامین می کند. در نتیجه بهینه سازی، این تکنیک حداقل 20 درصد افزایش بازده می دهد. (شرکت UWY در این فرایند دارای حق انحصاری است.)
محاسبات ارائه شده توسط استونی در رابطه با توزیع شکل و اندازه تولید شده مطابق با یافته های تجربی می باشد. این گروه هم اکنون در جستجوی تاثیرات جذب UV مشابه در سایر مواد مثل تیتانیوم دی اکسید و نیز سایر نواحی می باشند که در آنها توزیع شکل و اندازه ویژه می تواند فواید زیادی در اجزای فیزیکی، نوری و الکترونیکی مواد مرکب به دنبال داشته باشد.
برخی از نمونه های اولیه روی اکسید به منظور توسعه فرمول سازی کرم ضد آفتاب برای آزمایشات مربوط به پوست شناسی و جذب نور آفتاب در اختیار اُرلا موریارتی قرار گرفت.
نتیجه شش ماه کار شامل پروژه پژوهش های علمی فرمول سازی فاکتور 35 خاصیت ضد آفتاب بر اساس روی اکسید بود. شامل :آب، روی اکسید، برخی نانو اکسیدهای تیتانیوم، گلیسرین و مقداری استر (نمک آلی) برای امولسیون سازی. افزودن مقداری سالی سیلات برای افزایش جذب UAB الزامی بود این فرمول بندی می توانست به عنوان اساس و پایه تولیدات مصنوعی به کار رود.
همچنین افزودن مقداری ویتامین E خاصیت تنظیف کنندگی را در پی دارد که برای مراقبت از پوست مفید به نظر می رسد، مقداری خوشبو کننده هم اضافه می شد. این فرمول به طور طبیعی مزیت ضد آب بودن را نیز داشت. فرمول تولید محصولی با خاصیت ضد آفتابی بالا با کاهش 20 درصدی میزان روی اکسید معمول مورد نیاز به دست آمد. برای هر 100 گرم از این محصول به طور تقریبی 13 گرم روی اکسید مورد نیاز بود. همچنین لوسینی بر اساس پارافین مایع تولید شده بود.
ماده دیگری که می شد اضافه کرد کاراگینان، عصاره نوعی علف دریایی بود، که استفاده از آن در لوازم آرایشی رایج شده بود. کاراگینان موجود در محصولات آرایشی با تبخیر آب از پوست تاثیر خنک کنندگی روی پوست داشت.
ورود دانشگاه به عصر سرمایه گذاری و تولید مواد نانو برای محصولات آرایشی: شرکت[1] در یورگشایر غربی برای نوآوری های خود شرکت دیگری را تاسیس کرد.
این شرکت [2]مجهز به پرسنلی است که وظیفه شان شناسایی محصولات دانشگاه، انجام خدمات بازرگانی و نیز کمک به انجمن های درگیر در زمینه های حقوق استعدادهای فکری، طرح های مربوط به داد و ستد و بازرگانی، بازاریابی و سرمایه گذاری می باشد.
همانطور که در سیاست دانشگاه ذکر شده تمام حقوق مربوط به نوآوری های ارائه شده در طی تحقیقات انجام گرفته توسط کارکنان مربوطه به دانشگاه می باشد (مگر تحت شرایط خاص یعنی در صورتیکه بر سر این مسئله توافق صورت گیرد و نیز دانشگاه به نفع یک شرکت حقوق استعدادهای فکری [3]را نادیده نخواهد گرفت اما حقوق دارای پروانه انحصاری اعطاء می کند. هیات حاکمه دانشگاه می بایست به تمام شرکت ها مجوز همکاری دهد که البته این امر تنها در صورتی قابل اجرا است که اصل حقوق استعدادهای فکری توسط مدیریت آینده شرکت جدید مورد موافقت قرار گیرد. البته، دانشگاه همواره خواستار موفقیت شرکت است از این رو، تعرفه های گمرکی به طور معمول در سطوح مطلوب قرار می گیرند تا اینکه تنها در قالب توافقنامه های تجاری مورد استفاده قرار گیرند.
همچنین این شرکت(2) دارای تیمی از مشاوران است که انجام خدمات مشاوره ای در موضوعات مختلف منصوب شده اند. خانم ویکتوریا گانتن 42 ساله، دارای مدرک دکترای داروسازی یکی از مشاوران این شرکت است که در حیطه نانوتکنولوژی فعالیت می کند. پس از پایان تحصیلاتش در دانشگاه وی مدت 5 سال را به عنوان دانشمند [4]Ltd را راه اندازی نمود، که برای انجام سفارشات دارویی شکل گرفت. این شرکت پیش از انکه با مبالغ نسبتا کم توسط 4 تن از اعضاء و دیگر سهام داران خریداری شود با مدیریت گانتن مدت 8 سال را با موفقیت در امر تجارت سپری نمود.در یک شرکت داروسازی بزرگ سپری نمود که این مسئله به قبل از زمانی برمی گردد که وی به همراه 4 نفر از هم دانشگاهیانش شرکت داروسازی
ورود به عرصه تجارت
نانوترونیکس[5]: آزمایشگاه آرجنت نمی توانست از تولید بیش از 20 گرم ماده برای تولید محصول بیشتر در هفته پشتیبانی کند، که از کمیت های صنعتی مورد نیاز به دور بود.
با این وجود به نظر می رسید که تولید مجدد آن در محیطی صنعتی نیازمند تجهیز با ابزار جدید یا تولید با تجهیزات جدید پر خرج نباشد. کنترل جریان میزان گاز، عملا توسط تغییر و تبدیلات فرعی با تجهیزات صنعتی مرسوم مورد استفاده قرار می گرفت. به طور معمول میزان جریان گاز در میزان بهینه به طور ثابت باقی می ماند که این میزان برای تولید ذرات نانو با اندازه ثابت تعیین شده است.
رویکردهایی از این دست منجر به تولید مواد نانو و اکسیدهای مورد نیاز در فرایند رسوبگیری بخار نانوترونیک شده است. توافق های بدون افشاسازی [6] توسط مشاوران حقوقی تنظیم و امضاء شده است بنابراین راه برای انجام برخی آزمایشات توسط شرکت هموار گردید و نانوترونیک در امر تولید مجدد توزیع شکل و اندازه مطلوب مواد موفق عمل نمود.
مشاوران حقوقی و نماینده انحصاری شرکت به منظور تنظیم توافقنامه میان نانو ترونیکس و شرکت دانشگاهی منصوب شدند. نانوترونیکس پذیرفت که در هر دو ماه تا میزان 8/0 تن از روی اکسید را در میزان رقابتی تامین کنند. در ازای آن خواستار حق تولید روی اکسید و توزیع به دو شرکت اختصاصی در زمینه رنگ های مقاوم UV شدند. شرکت دانشگاهی 2 درصد از درآمد حاصله از فروش را به دست خواهد آورد که در حدود 90 کیلو در هر تن می باشد. اعضای نانوترونیکس گمان کردند که سرمایه برای فروش 50 تن در سال را در اختیار دارند. (بدیهی است که جریانی مشابه تجارت در تولید مواد خام برای صنعت لوازم آرایشی و محصولات ضد آفتاب وجود دارد). در واقع این موضوع ورود صنعت محصولات ضد آفتاب به عنوان بازیگری مستقل در صحنه تجارت است.
شرکت UWYL با چند فروشگاه زنجیره ای قرار دادهای اولیه تولید حداقل یک روغن ، کرم و اسپری را که محافظ پوست در برا بر نور خورشید بودند ، منعقد کرد.
فروشگاه ها به طور معمول 35 تا 40 درصد از بهای فروش به صورت خرده فروشی را دریافت می کردند که با احتساب محصولات دارای مارک تجاری آن شرکت این مبلغ به 50 درصد هم می رسید. ولی آیا می توان تجارتی سود آور را از طریق امضای قراردادهایی با فروشگاه های زنجیره ای به دست آورد؟ این امر مستلزم توسعه فرمول سازی روغن و کرم به اضافه آزمایشات مربوط به پوست شناسی شامل مدت تقریبی 6 ماه با زمینه کار بنیانی اُرلا موریارتی بود.
در اینجا نگاه گذرا به نمونه از جداول مربوط به فروش محصولات آرایشی در انگلستان ، اروپا وجهان (صفحه 5و6) نشان می دهد که از نظر تجاری ورود مواد نانو به این عرصه کاملا توجیه پذیراست ومی تواند همراه با سودآوری بیشتر وکیفیت بخشی به محصولات وکاهش هزینه ها باشد.
بنا براین از آنجا که اهداف تحقیقات نانو تکنولوژی بسیار پایه ای ، دراز مدت وفرارشته ای است وریسک های زیادی ممکن است برای صنعت به همراه داشته باشد ، بایستی تیم هایی از فیزیک دانان ، شیمی دانان ، بیولوژیست ها، ومهندسان برای توسعه این رشته تشکیل شده و دولت ها نیز از این نو.ع تحقیقات حمایت جدی کنند. وکشور ما نیز هنوز فاصله چندانی با این فناوری های جدید ندارد ،لذا ورود به این عرصه برای دانشمندان ما دور از دسترس نخواهد بود .

 

 

 

تاریخ انتشار : چهارشنبه 7 مهر 1389 - 10:57






Admin Logo
themebox Logo