شنبه 10 دی 1401 کد خبر: 151

2801

تاریخچه فناوری نانو

بهرام علیپور
اگرچه علم نانو و فناوری نانو مدرن نسبتاً جدید هستند، اما مواد در مقیاس نانو برای قرن ها مورد استفاده قرار گرفته است. آشنایی با تاریخ فناوری نانو می تواند آموزنده و در عین حال جذاب باشد.

 

مقدمه

اگرچه علم نانو و فناوری نانو مدرن نسبتاً جدید هستند، اما مواد در مقیاس نانو برای قرن ها مورد استفاده قرار گرفته است. صدها سال پیش نانوذرات طلا و نقره در پنجره های شیشه ای کلیساهای قرون وسطایی رنگ ایجاد کردند. آن زمان هنرمندان نمی دانستند که از فناوری نانو برای خلق این آثار هنری زیبا استفاده می کنند!


فناوری نانو شامل علوم ، مهندسی و فناوری در مقیاس نانو در زمینه هایی مانند شیمی ، زیست شناسی ، فیزیک ، علوم مواد و مهندسی است. تحقیق و توسعه فناوری نانو شامل تصویربرداری ، اندازه گیری ، مدل سازی و دستکاری ماده بین 1 تا 100 نانومتر است.[1]

امروزه ، در زمینه فناوری نانو ، دانشمندان و مهندسان در حال کنترل اتم ها و مولکول ها به صورت جداگانه هستند ، آنها را دستکاری کرده و با دقت فوق العاده ای از آنها استفاده می کنند. کلمه فناوری نانو به سرعت در حال گسترش است و هوا با خبرهایی از پیشرفت های فناوری نانو غلیظ می شود. دولت ها و مشاغل میلیاردها دلار در تحقیق و توسعه فناوری نانو سرمایه گذاری می کنند و ائتلاف های سیاسی و خطوط نبرد در حال شکل گیری است. آگاهی عمومی از فناوری نانو نیز به وضوح در حال افزایش است ، تا حدی به این دلیل که اشاره به آن در فرهنگ عمومی رایج شده است-با ذکر نام در فیلم ها ، کتاب ها ، بازی های ویدئویی و تلویزیون.[4]

1.تاریخچه

توصیف تاریخچه فناوری نانو به دو دلیل اصلی بسیار دشوار است: 1) ابهام در اصطلاح "فناوری نانو" و 2) عدم قطعیت در بازه زمانی مربوط به مراحل اولیه توسعه فناوری نانو.

به طور کلی ، فناوری نانو را می توان به عنوان یک فناوری درک کرد که به شیوه ای قابل کنترل نه تنها باعث ایجاد نانومواد می شود بلکه آنها را نیز تحت تأثیر قرار می دهد ، یعنی بر آنها تأثیر می گذارد یا از آنها مطابق هدف مورد نظر استفاده می کند. عدم وجود بازه زمانی عموماً پذیرفته شده برای شروع توسعه فناوری نانو با این واقعیت توضیح داده می شود که فناوری نانو دارای سابقه ای در گذشته های دور بوده است ، زمانی که مردم از آن بدون اطلاع از آن استفاده می کردند.[2]

نانوتکنولوژی مدرن فرزند مغزی ریچارد فاینمن ، برنده جایزه نوبل فیزیک در سال 1965 بود. در طول نشست انجمن فیزیکی آمریکا در سال 1959 در کالتک ، او سخنرانی با عنوان "فضای زیادی در پایین وجود دارد" ارائه داد ، که در آن مفهوم دستکاری ماده در سطح اتمی را مطرح کرد. به همین دلایل است که او را پدر فناوری نانو مدرن می دانند.

شکل) تصویر ریچارد فاینمن.

تقریباً 15 سال پس از سخنرانی فاینمن ، نوریو تانیگوچی ، دانشمند ژاپنی ، اولین کسی بود که از "فناوری نانو" برای توصیف فرایندهای نیمه هادی که به ترتیب یک نانومتر رخ می داد ، استفاده کرد. او طرفدار این بود که فناوری نانو شامل پردازش ، جداسازی ، تثبیت و تغییر شکل مواد توسط یک اتم یا یک مولکول است.  دوران طلایی فناوری نانو در دهه 1980 زمانی آغاز شد که کروتو ، اسماللی و کرل ، فولرن ها را کشف کردند و اریک درکسلر از موسسه فناوری ماساچوست (MIT)  از ایده های فاینمن در کتابی با عنوان "موتورهای آفرینش: عصر آینده فناوری نانو" و اصطلاح نانو تانیگوچی در 1986 استفاده کرد. دیدگاه درکسلر درباره فناوری نانو اغلب "نانو فناوری مولکولی" نامیده می شود. هنگامی که ایجیما ،دانشمند دیگر ژاپنی ، نانولوله های کربنی را توسعه داد  علم فناوری نانو بیشتر پیشرفت کرد.[3]

در نیمه دوم دهه 1980 تا اوایل دهه 1990 تعدادی از اکتشافات و اختراعات مهم انجام شد که تأثیر اساسی بر توسعه بیشتر فناوری نانو ایجاد کرد و تامین مالی پروژه ها در فناوری نانو و همچنین تعداد سازمانها و کشورهای درگیر در آن به میزان قابل توجهی افزایش یافت.

در سال 1991 اولین برنامه فناوری نانو در صندوق علمی ملی در ایالات متحده شروع به کار کرد.

در سال 2001 ، طرح ملی فناوری نانو(NNI)  ایالات متحده تصویب شد. ایده اصلی این برنامه به شرح زیر تدوین شد: "ابتکار ملی فناوری نانو استراتژی تعامل بین ادارات فدرال ایالات متحده را با هدف اولویت بندی توسعه فناوری نانو ، که باید مبنایی برای اقتصاد و امنیت ملی ایالات متحده در ایالات متحده شود ، تعریف می کند."

کلینتون رئیس جمهور آمریکا در مقدمه ای برای NNI اعلام کرد: "من در سال مالی جاری 500 میلیون دلار برای ابتکار دولتی نانوتکنولوژی اختصاص می دهم ، که به ما امکان می دهد مواد جدیدی در آینده ایجاد کنیم ، برای بارگیری همه داده های موجود در کتابخانه کنگره بر روی یک دستگاه کوچک ، تشخیص سرطان در چند سلول آسیب دیده و دستیابی به نتایج شگفت انگیز دیگر. ابتکاری که ارائه می شود حداقل بیست سال است و به نتایج عملی مهمی منجر می شود. "

همانند ایالات متحده ، توجه قابل توجهی به توسعه فناوری نانو در ژاپن شده است. در سال 2000 انجمن اقتصادی ژاپن یک بخش ویژه در زمینه فناوری نانو تحت حمایت کمیته صنعتی و فنی سازماندهی کرد و در سال 2001 برنامه چارچوب تحقیقات فناوری نانو تهیه شد.

کشورهای اروپای غربی در زمینه فناوری نانو در چارچوب برنامه های ملی تحقیق می کنند. در آلمان تحقیقات در زمینه فناوری نانو عمدتا توسط وزارت آموزش ، علوم ، تحقیقات و فناوری پشتیبانی می شود. در انگلستان توسعه فناوری نانو توسط شورای تحقیقات فیزیک و فناوری و آزمایشگاه ملی فیزیک نظارت می شود. در فرانسه استراتژی توسعه فناوری نانو توسط مرکز ملی تحقیقات علمی تعریف شده است.

توجه روزافزون به توسعه فناوری نانو در چین ، کره جنوبی و دیگر کشورهای در حال ظهور است. اخیراً تحقیقات فناوری نانو در کشورهای CIS (شامل برخی از جمهوری‌های مستقل اتحاد جماهیر شوروی سابق )، معمولاً در چارچوب برنامه های علمی دولتی آغاز شده است.

بنابراین نظریه فناوری نانو در آغاز دهه 1960 شکل گرفت ، در حالی که دهه های 1980 و 1990 به خودی خود شروع توسعه فناوری نانو است. بر این اساس ، می توان گفت که کل دوره تا 1950 می تواند به عنوان پیشینه فناوری نانو در نظر گرفته شود.[2]

 

2. دانشمندان

2-1-ریچارد فایمن (Richard Feyman)

فیزیکدان امریکایی به نام ریچارد فاینمن، در 29 دسامبر 1959 طیّ سخنرانی در جلسه انجمن فیزیک امریکا در موسسه فناوری کالفرنیا (این جلسات برای الهام بخشی به رشته ی نانوتکنولوژی، اکثر اوقات برگزار می شد) عنوان کرد: “در پایین دست فضای زیادی وجود دارد”. فاینمن فرآیندی را شرح داد که ممکن است توسط آن و با استفاده از یک مجموعه ابزارآلات دقیق برای ساخت و اجرای مجموعه ی نسبتاً کوچکتر و به همین منوال تا مقیاس مورد نیاز، قابلیت ساخت اتم ها و مولکولهای مجرد نیز به وجود آید. سخنرانی سال 1959 ریچارد فاینمن سالها بعد چارچوب های مفهومی نانوتکنولوژی را پدید آورد.

بعد از مرگ فاینمن، محققان با مطالعه تاریخچه ی توسعه ی نانوتکنولوژی بر اساس خاطرات اشخاص فعال در این رشته ی نوپا طیّ دهه های 1980 و 1990، به این نتیجه رسیدند که نقش حقیقی وی در تسریع تحقیقات نانوتکنولوژی محدود بوده است. کریس تومی، انسان شناس فرهنگی (Cultural anthropologist) در دانشگاه کارولینای جنوبی دریافت که نسخه های منتشره از سخنرانی فاینمن با توجه به ارجاع های سخنرانی های علمی در 20 سال نخست انتشار خود، تأثیر ناچیزی داشته است و بعد از اختراع میکروسکوپ تونلی روبشی در سال 1981 نیز تاثیر آن خیلی زیاد نبوده است. تحلیل تومی نظریاتی از دانشمندان برجسته در حوزه نانوتکنولوژی را نیز شامل می شد، دانشمندانی که اظهار می کردند “فضای کافی” (سخنان ریچارد فاینمن) بر شروع کار آنها مؤثر نبوده است. در حقیقت اکثر این اشخاص تنها تا مدتی قبل از اظهار نظرشان، نسخه ی منتشر شده از سخنان فاینمن را مطالعه نکرده بودند. قطعاً مقام فاینمن به عنوان برنده ی پرافتخار جایزه نوبل و به عنوان چهره ی شاخص قرن بیستم یاری رسان طرفداران نانوتکنولوژی بود و ارتباط فکری ارزشمندی را با گذشته ایجاد کرد.

 

2-2- نوریو تانیگوچی( Norio Taniguchi)

انشمند ژاپنی به نام نوریو تانیگوچی از دانشگاه علوم توکیو، نخستین فردی بود که واژه “نانو-تکنولوژی” را در کنفرانس سال 1974 برای شرح فرآیندهای نیمه هادی نظیر رسوب دهی فیلم نازک و فرآیندی به نام Ion Beam Milling مطرح کرده و ماهیت کنترل در مقیاس یک نانومتر را نشان داد. تعریف او از نانوتکنولوژی اینگونه بود:”نانوتکنولوژی عمدتاً شامل فرایندهای؛ جداسازی، ادغام و تغییر شکل مواد بوسیله یک اتم یا یک مولکول است.” با این حال دوباره واژه ی نانوتکنولوژی تا سال 1981 استفاده نگردید، تا اینکه در این سال اریک درکسلر که بی خبر از به کارگیری این واژه توسط تانیگوچی بود، نخستین مقاله خود با موضوع نانوتکنولوژی را منتشر کرد.

3-2- کی اریک درکسلر

کی اریک درکسلر مفهوم نانوتکنولوژی را بسط داده و معروف کرد و رشته ی نانوتکنولوژی مولکولی را بنیان نهاد. در دهه 1980 معنی نانوتکنولوژی بصورت قطعی (نه تصادفی و اتفاقی) در ارتباط با اتم ها و مولکولهای مجرد بصورت مفهومی و عمیق توسط اریک دکسلر شرح داده شد. وی اهمیت تکنولوژیکی پدیده ها و دستگاه ها در مقیاس نانو را از طریق سخنرانی ها و دو کتاب تأثیر گذار رواج داد. در سال 1980، درکسلر از سخنرانی انگیزشی فاینمن با عنوان “فضای کافی در پایین دست وجود دارد” که در سال 1959 ایراد کرده بود، آگاه شد. در این زمان، درکسلر مشغول آماده کردن نخستین مقاله علمی خود با موضوع: “مهندسی مولکولی؛ رهیافتی برای توسعه قابلیت های عمومی جهت دستکاری مولکولی” بود که این مقاله، سال 1981 به چاپ رسید. واژه نانوتکنولوژی (که همانند واژه نانو-تکنولوژی تانیگوچی است) بصورت مستقل، توسط درکسلر در کتاب سال 1986 او با عنوان" موتورهای خلق: عصر ظهور نانوتکنولوژی "مطرح گردید. علاوه بر این او برای نخستین بار واژه ی grey-goo را برای شرح اتفاقاتی که ممکن است بعد از تولید ماشینی فرضی با قابلیت خود تکثیری و کارکرد مستقل پیش آید، مطرح کرد (فرضیه ای بر باب سناریوی پایان دنیاست و شامل نانوتکنولوژی مولکولی هم می شود که در آن روبات های خود تکثیر از کنترل خارج شده، از تمامی مواد روی زمین برای ساخت خود استفاده می کنند). درکسلر در سال 1986 انستیتو فورسایت را با رسالت “آمادگی برای نانوتکنولوژی” تأسیس کرد. او هم اکنون از عضویت این مؤسسه خارج شده است.[4]

 

 

منابع:

[1]: https://www.nano.gov/about-nanotechnology

[2]: Tolochko, N. K. "History of nanotechnology." Encyclopedia of Life Support Systems (EOLSS) (2009).‏

[3]: Hulla, J. E., S. C. Sahu, and A. W. Hayes. "Nanotechnology: History and future." Human & experimental toxicology 34.12 (2015): 1318-1321.

[4]: https://mediasoft.ir