نفوذ در دنیای متفاوت مواد

: دیدن جهان اتم به معنای عادی کلمه میسر نیست چون خواص آن کوچکتر از طول موج نور قابل دیدن است و با وجودی که دانشمندان از سالهای دهه 1950 درباره بررسی مواد در این مقیاس تلاش کرده بودند، ناچار شدند تا اختراع میکروسکوپ STM صبر کنند تا به هدف خود برسند.
کد خبر: ۱۳۸۰۱۲

اسم این میکروسکوپ در واقع از یک خاصیت در مکانیک کوانتوم گرفته شده است که در این میکروسکوپ به کار می رود.
دستگاه STM می تواند پستی و بلندی هایی در مقیاس جهان نانو را نشان دهد و امکان بررسی و مطالعه اتمها و ملکولها را برای اولین بار در اختیار دانشمندان قرار داد.
با توجه به اهمیت دسترسی به این میکروسکوپ ، با تلاش پژوهشگران مرکز تحقیقات علوم و تکنولوژی در پزشکی دانشگاه علوم پزشکی تهران ، ایران هم بتازگی به جمع 5 کشور صاحب فناوری ساخت میکروسکوپ های تونلی روبشی (STM) از پیشرفته ترین تجهیزات مورد استفاده در تحقیقات نانو فناوری ، پیوسته است.



اتم سنگ بنای بنیادی ماده است و در نتیجه اتمها بسیار کوچک هستند. توصیف و تصور جهان در سطح اتم و ملکول دشوار است. این حیطه از علم به قدری عجیب است که بخشی خاص از فیزیک به آن اختصاص یافته شده که مکانیک کوانتوم نام دارد. هدف این علم برای توصیف رخدادها در سطح اتم است . در واقع اگر قرار بود توپ تنیس را به طرف دیوار پرتاب کنید و توپ از آن بگذرد و به سوی دیگر دیوار برود ، حتما تعجب می کردید. اما این دقیقا همان اتفاقی است که در مقیاس کوانتوم رخ می دهد. در مقیاس بسیار کوچک ، خواص ماده مانند رنگ ، مغناطیس و توانایی انتقال برق نیز به شکل غیرمنتظره تغییر می کند. دیدن جهان اتم به معنای عادی کلمه میسر نیست ، چون خواص آن کوچکتر از طول موج نور قابل دیدن است اما در سال 1981 پژوهشگران شرکت آی بی ام نوعی میکروسکوپ ساختند که نام آن STM بود. اسم این میکروسکوپ در واقع از یک خاصیت در مکانیک کوانتوم گرفته شده بود که در میکروسکوپ یاد شده به کار می رود. این دستگاه می توانست پستی و بلندی های در مقایس جهان نانو را نشان دهد. میکروسکوپ STM این امکان را به دانشمندان داد که برای اولین بار اتمها و ملکول ها را ببینند. البته اگرچه تصاویر این میکروسکوپ به زیبایی و وضوح تصاویر طبیعت نبودند اما در مقیاس تصورناپذیر نانومتر به نمایش در می آید. یک نانومتر یک میلیاردیم متر یا حدودا به طول 10 اتم هیدروژن است . با وجودی که دانشمندان از سالهای دهه 1950درباره بررسی مواد در این مقیاس تلاش کرده بودند ، آنان ناچار شدند تا اختراع میکروسکوپ STM صبر کنند تا به هدف خود برسند. عموما در این باره توافق وجود دارد که نانوفناوری اشیای بین یک تا 100 نانومتر را در برمی گیرد ، هر چند این تعریف تا حدی قراردادی است . برخی افراد اجسامی به کوچکی یک دهم نانومتر را نیز در نظر می گیرند که به اندازه پیوند بین 2 اتم کربن است. در دیگر سوی این گستره در اجسام بزرگتر ار 50 نانومتر قوانین فیزیک کلاسیک صدق می کند. مواد بسیاری هستند که دارای خواص اجسام در مقیاس نانو هستند اما اسم نانوفناوری به آنها اطلاق نمی شود. نانوفناوری در پی آن است تا از خواص عجیب اجسام در مقیاس بسیار کوچک استفاده کند. در مقیاس نانو، خواص «جدید ، هیجان انگیز و متفاوتی » یافت می شود. با کوچک تر شدن اجسام ، نسبت میان فضای سطح و حجم آن افزایش می یابد. این امر به آن علت مهم است که اتمهای موجود در سطح یک ماده معمولا بیشتر از اتمهای مرکز آن واکنش نشان می دهند. از این رو، اگر نقره به ذرات بسیار کوچک تبدیل شود، خواص ضدمیکروبی پیدا می کند که در حجم انبوه آن وجود ندارد و یا با تولید ذرات ریز از ترکیب اکسید سدیم از این خاصیت استفاده می کند و ماده ای تولید می شود که خاصیت کاتالیزوری آن بیشتر است.

مرزهای دانش شکسته شد

دسترسی مستقیم به اجزای سازنده ماده اتمها ، مولکول ها و ساختارهای اولیه آنها حادثه ای تاریخی در علم و فناوری است . سیستم های زنده و محصولات دست ساز بشر در مقیاس نانو کار می کنند اما دانشهای بنیادی محدود و ابزارهای تحقیق ناکافی ما را از فهم ساختارها ، پدیده ها و سازوکارهای بنیادی ماده ، بازداشته است. ریچارد فاینمن ، جامعه علمی را از سال 1959 برای کشف «فضایی در پایین» به چالش انداخت اما فعالیت های تحقیق و توسعه نانو ، فقط چندسال پس از این که Gerd Binning و Heinrich Rohrer در سال 1981 میکروسکوپ STM را برای دیدن و حس نانوساختارهای روی سطح اختراع کردند ، در چندین کشور آغاز شد. با تلاش پژوهشگران ، مرکز تحقیقات علوم و فناوری در پزشکی دانشگاه علوم پزشکی تهران ، ایران هم پس از سالها تلاش به جمع 5 کشور صاحب فناوری ساخت میکروسکوپ های تونلی روبشی (STM) از پیشرفته ترین تجهیزات مورد استفاده در تحقیقات نانو فناوری ، پیوسته است . به گفته دکتر سعید سرکار، رئیس مرکز تحقیقات علوم و فناوری در پزشکی دانشگاه علوم پزشکی تهران و مدیر این طرح با اجرای این طرح و ساخت 5دستگاه میکروسکوپ تونلی روبشی ، ایران به جمع حدود 5کشور صاحب فناوری ساخت این دستگاه پیشرفته که زمینه را برای ساخت تجهیزات و میکروسکوپ های پیشرفته دیگر نیز که از ملزومات اساسی تحقیقات نانو هستند فراهم می کند. وی در ادامه با اشاره به مشارکت تیمی 15 نفره از متخصصان رشته های مختلف در این طرح ساخت این تجهیزات پیشرفته در داخل کشور را حاکی از توانمندی بالای محققان ایرانی در عرصه ساخت تجهیزات با طرح بالا (High Tech) و بومی کردن این فناوری ها در کشور عنوان و می افزاید: آینده نانوفناوری وابسته به چنین دستگاه هایی است و با دستیابی به فناوری ساخت میکروسکوپ های تونلی روبشی که مادر چنین میکروسکوپ ها و تجهیزاتی است می توانیم انواع دستگاه های دیگر را بسازیم و در این راستا قصد داریم سال آینده ساخت میکروسکوپ های AFM (میکروسکوپ های نیروی اتمی) را آغاز کنیم . به این ترتیب ، با اتکا به توان نیروهای داخلی این نگرانی که غرب ما را از دستیابی به چنین تجهیزاتی محروم کند به برطرف می شود و به آن حد از توانمندی می رسیم که در آینده با تشکیل باشگاه کشورهای صاحب فناوری نانو از جایگاه مناسبی در میان آنها برخوردار باشیم.

تصاویری در ابعاد نانو

طرح ساخت میکروسکوپ های تونلی روبشی 3 سال پیش آغاز شد. پس از ساخت نمونه اولیه که نشان دهنده توانمندی در ساخت این دستگاه بود ، ساخت 5 دستگاه میکروسکوپ را با حمایت ستاد ویژه توسعه فناوری نانو آغاز شد و نخستین دستگاه STM ساخت داخل عصر شنبه همزمان با سومین گردهمایی مدیران شبکه آزمایشگاهی فناوری نانو رونمایی شد. به گفته دکتر سرکار دستگاه STM توانایی ارائه تصاویر دو و سه بعدی در ابعاد نانومتر را دارد و قادر است از تمام نانوساختارها، آنتی بادی ها ، پروتئین ها، ملکول های DNA و... تصویر برداری کند که برای آزمون کارایی این میکروسکوپ ها تصاویر تهیه شده با آن از نمونه های استاندارد با تصاویر گرفته شده از دستگاه های خارجی مطابقت داده شد که حاکی از برابری کیفیت تصاویر دستگاه های ایرانی با نمونه های مشابه خارجی بود.
وی خاطرنشان می کند قدرت تصویربرداری این میکروسکوپ از یک نانومتر تا 8 میکرون است که از این لحاظ منحصر به فرد است و نوک تیپ آن به صورت خودکار تا یک نانومتری نمونه قابل تنظیم است در حالی که در برخی نمونه های خارجی نوک تیپ میکروسکوپ باید با دست تنظیم شود که می تواند به نمونه آسیب بزند. دکتر سرکار با بیان این که دستگاه های ایرانی با قیمتی حدود یک سوم نمونه های خارجی قابل عرضه است ، می افزاید: ستاد ویژه توسعه فناوری نانو 5دستگاه را پیش خرید کرده که این دستگاه ها در حال حاضر آماده بهره برداری است و سفارش ساخت 2 دستگاه از این میکروسکوپ ها را نیز از مالزی دریافت کرده ایم . نخستین دستگاه STM ایرانی که با نام تجاری نما تولید شده است نیز با بیان این که این دستگاه از نظر برخی مشخصات فنی منحصر به فرد است . رزولوشن YX برابر 0.12 نانومتر و رزولوشن Z برابر 0.045 نانومتر که در حالت زوم هر دو دقت مذکور به 0.1 مقدار ذکر شده تقلیل می یابند. مجری طرح ساخت دستگاه STM ، قابلیت اسکن در حد 8x8 میکرومتر مربع ، کارکرد در 2 حالت جریان ثابت و ارتفاع ثابت ، مشاهده همزمان تصاویر دو بعدی و سه بعدی از چند اسکن ، تغییر online جریان و ولتاژ اعمال شده ، زاویه اسکن تماما قابل تعویض از سوی کاربر ، نویز بسیار پایین و قابلیت تصویربرداری با وضوع اتمی را از دیگر ویژگی ها و مشخصات فنی میکروسکوپ STM ایرانی عنوان کرد. حد تفکیک این میکروسکوپ به طول موج بستگی ندارد زیرا از هیچ گونه امواجی برای تاباندن به نمونه استفاده نمی شود و در آن هیچ نوع عدسی به کار نرفته است . وزارت بهداشت ، درمان و آموزش پزشکی همگام با دیگر وزارتخانه ها و سازمان های اجرایی کشور ، فعالیت ها و اقدامات خود را در زمینه نانوفناوری آغاز کرده است . انجام طرحهای پژوهشی مانند طرح پژوهشی امکان سنجی طراحی و ساخت میکروسکوپ STM در مرکز تحقیقات و فناوری در پزشکی در این راستا، مرکز تحقیقات علوم و فناوری در پزشکی دانشگاه علوم پزشکی تهران به عنوان قطب محوری نانوفناوری از سوی معاونت پژوهشی وزارت بهداشت تعیین شده است که حکایت از جایگاه مناسب نانوفناوری در این دانشگاه دارد.

نانوفناوری پر اهمیت تر از تصور شما


: در این جهان نادیدنی ، ذرات کوچک طلا در دمای چند صد درجه پایین تر ذوب می شود و مس که معمولا رسانای خوب الکتریسیته است ، ممکن است در لایه های نازک و در مجاورت میدان مغناطیسی مقاوم شود.
الکترون ها (مانند همان توپ تنیس خیالی) می توانند از نقطه ای به نقطه دیگر بجهند و ملکول ها می توانند همدیگر را از مسافت های متوسط جذب کنند.
این خاصیت به برخی حشرات اجازه می دهد روی سقف راه بروند ، چون موهای ریز کف پایشان به سقف می چسبد اما یافتن خواص جدید در مقیاس نانو گام نخست است.
گام بعدی استفاده از این دانش است. توانایی ساخت اجسام با دقت اتمی این امکان را به دانشمندان می دهد که موادی با خواص بهتر یا جدید نوری ، مغناطیسی ، حرارتی یا الکتریک تولید کنند.
اکنون انواع جدیدی از ماده تولید می شود. مثلا شرکت نانوسونیک در ویرجینیا لاستیک فلزی تولید کرده است.
این ماده مانند لاستیک انعطاف و انحنا می پذیرد اما الکتریسیته را مانند فلزی محکم منتقل می کند. مرکز تحقیقاتی جنرال الکتریک در پی ساخت سرامیک انعطاف پذیر است.
در صورت موفقیت ، از این ماده می توان در ساخت قطعات موتور جت استفاده کرد و موتورهایی ساخت که در دمای بیشتر با کارایی بهتری کار کند.
همچنین چندین شرکت مشغول کار روی موادی هستند که روزی به صورت رنگ به سلولهای خورشیدی بدل خواهد شد. از آنجایی که نانوتکنولوژی کاربردهای گسترده ای دارد ، بسیاری از افراد فکر می کنند این علم اهمیتی به مانند برق یا پلاستیک پیدا کند.
مطالعات نشان می دهد نانو تکنولوژی با بهبود مواد و محصولات و تولید مواد کاملا جدید بر تمام صنایع تاثیر خواهد گذاشت.
افزون براین ، فعالیت در حد کوچکترین مقیاس ها به پیشرفت های مهم در عرصه هایی مانند الکترونیک ، انرژی و پزشکی زیستی خواهد انجامید.



بهاره صفوی
newsQrCode
ارسال نظرات در انتظار بررسی: ۰ انتشار یافته: ۰

نیازمندی ها