T
Tera
۱۹۷۵
۱۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰
۱۰۱۵
P
Peta
۱۹۷۵
۱۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰
۱۰۱۸
E
Exa
۱۹۹۱
۱۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰
۱۰۲۱
Z
Zetta
۱۹۹۱
۱۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰
۱۰۲۴
Y
Yotta
۲-۲-۲- نانوتکنولوژی
Nanotech که مخفف Nanotechnology میباشد، مطالعه و کنترل ذرات در اندازه های اتم و مولکول میباشد. بطور کلی نانوتکنولوژی با ساختارهایی که حداقل در یک بعد در اندازه های بین ۱ تا ۱۰۰ نانومتر هستند، در ارتباط میباشد و هدفش ساختن اجسام و وسایل با بعدهایی در اندازه های نانو گرفته تا کنترل ذرات در اندازه های اتم است(۶۶).
در شیمی، این محدوده ابعادی به کلوئیدها، مایسلها، مولکولهای پلیمری و ساختارهای یکسان نظیر مولکولهای بسیار بزرگ یا تجمع زیادی از مولکولها بر میگردد. در فیزیک یا مهندسی برق، علم نانو بیشتر به رفتار کوانتمی و رفتار الکترونها در ساختارهای با اندازه نانو مرتبط می شود. در زیستشناسی و بیوشیمی نیز ترکیبات سلولی و ساختارهای مولکولی جالب زیستی مانند DNA، RNA و اجزای درون سلولی به عنوان نانو ساختارها میباشند(۳۹).
شکل۲-۳-محدوده علم نانوفناوری
همین نشانهها بیانگر ویژگیهای مربوط به اندازه ذرهای و نیز موجب ایجاد احتمال فعالیت زیستی وابسته به اندازه هستند. مفهوم “بی نظیر بودن”[۱۸] اغلب هنگام بحث درباره آنچه که نانو را در زمینه ویژگیهای فیزیکی و شیمیایی متفاوت جلوه میدهد بکار میرود(۸۲). جالب توجه ترین ویژگی این مواد، توانایی عبور و یا امکان غلبه بر سدهایی است که برای ساختارهای شیمیایی مشابه با اندازه درشتتر نفوذ ناپذیرند. بسیاری از فواید نانو مواد آشکار شده و بسیاری دیگر نیز در پرده ابهام قرار دارند.
در منابع به اشکال گوناگون از واژه نانو مواد یاد شده است. ستاد ملی فناوری نانو[۱۹] این فناوری را به سه حوزه اصلی تقسیم می کند:
مطالعه و توسعه فناوری موادی که حداقل در یکی از ابعاد، اندازهای بین ۱ تا ۱۰۰ نانومتر دارند.
ابداع، کاربرد و تولید ساختارها، مواد، موتورها و یا روشهایی بر پایه خواص و عملکردهای نوظهور بواسطه ابعاد نانومتری.
مطالعه، کنترل و اصلاح فرآیندها در ابعاد اتمی
مزایای فراوان و البته معایب این فناوری جدید به سرعت نه تنها دنیای صنعتی، بلکه شرایط پیرامون ما را نیز دچار دگرگونی خواهد کرد. با توجه به ویژگیها و کاربردهای بسیار متفاوت، انواع نانو ذرات مورد سنتز و مطالعه هستند(۸۲).
شکل۲-۴- محصولات وابسته به فناوری نانو در زیر شاخه های مختلف علوم (الف)، مهمترین نانو مواد کاربردی در صنایع و محصولات (ب)،(۵۸)، پیش بینی سهم کشورهای برتر تولید و مصرف کننده در زیر مجموعه کشاورزی تا سال ۲۰۲۰ (ج)، (د) و رده بندی نانو ذرات در زیر مجموعه صنایع کشاورزی و محیط زیست(۴۷)
سلولهای زنده بهترین نمونه از ماشینهایی هستند که در سطح نانو کار می کنند. ریبوزومها، هیستونها و کروماتین، ساختار داخلی میتوکندری، مرکز فرایند فتوسنتز و ATP همگی نانو ساختارهایی هستند که با بازده بسیار بالا کار می کنند(۱۸).
زمینه های تحقیق در رشته نانوفناوری، زیست فناوری و مهندسی پزشکی با بهره گرفتن از ساختارهایی در مقیاس نانو در تشخیص بیماریها، تعیین توالی ژن، انتقال دارو و تخریب حرارتی تومورها[۲۰] آشکار می شود. نکته حائز اهمیت در مورد تمام مواد یاد شده، آن است که اندازه های بسیار کوچک آنها از طرفی موجب افزایش سطح فعالشان در واحد جرم شده و از طرف دیگر امکان جابجایی و انتقال آنها را در محیط به شکل چشمگیری سرعت میبخشد. این عوامل منجر به توانایی ایجاد برهمکنشهای منحصر به فرد و شدید با محیط می شود(۸۲). با نگاهی اجمالی به بازار مصرف نانو با طیف گستردهای از این محصولات مانند مواد شوینده و پاک کننده، منسوجات، لوازم ورزشی و پزشکی، صنایع غذایی و بسته بندی، محصولات بهداشتی و آرایشی، اسباب بازی، صنایع آب و فاضلاب، سوخت و انرژی، کاتالیزورها و بیوسنسورها، صنایع رنگ، ساختمان و خودروسازی، لوازم خانگی (ماشین لباسشویی و یخچال) و الکترونیکی (مدارهای ریز پردازنده)، صنایع کشاورزی (کودهای ضد باکتری و قارچ)، صنایع داروسازی و حتی مکملهای غذایی مواجه میشویم(۹۵).
۲-۲-۳- تاریخچه نانوتکنولوژی
استفاده از نانوفناوری توسط انسان بر خلاف تصور عمومی دارای سابقه تاریخی طولانی میباشد. در این رابطه شواهدی مبنی بر نانو ساختاری بودن رنگ آبی بکار برده شده توسط قوم مایا وجود دارد.. پس از آن رومیها از این مواد در ساخت جامهای با رنگهای زنده استفاده کردند، به این صورت که آنها از ذرات طلا برای رنگ آمیزی این جامها بهره می گرفتند. نمونه ای از این جامها که برای اولین بار کشف شد جام لیکورگوس میباشد که متعلق به قرن چهارم قبل از میلاد بوده و دارای ذرات نانو متری طلا و نقره است که در هنگام قرارگرفتن در نورهای مختلف رنگهای گوناگونی را از خود نشان میدهد(۱۸).
شکل۲-۵- جام لیکورگوس متعلق به چهار قرن قبل از میلاد
در میان شاخه های مختلف علمی، زیست شناسی اولین شاخهای بود که وارد این حوزه علمی شد. اساس کار ماشینهای زیستی بر اساس واکنشهای در ابعاد نانومتری میباشد. از پشه، مورچه و مگس میتوان به عنوان نمونه ای از این نانو ماشینهای طبیعی نام برد با این وجود داستان علمی نانوفناوری چیز دیگری است. تحقیقات اولیه بر روی نانو ذرات به سال ۱۸۳۱ بر میگردد وقتی که مایکل فارادی روی کلوئید قرمز رنگ نقره کار میکرد و اعلام کرد که رنگ کلوئید فلزی به اندازه ذرات فلزی بستگی دارد و طلا و نقرههای که در شیشههای مربوط به بیش از ۲۰۰۰ سال پیش یافت شده اند، نانوذره هستند(۹۳). وی عنوان کرد، زمانی که لایه های نازک طلا یا نقره را بر روی شیشه سوار کرده و در حرارت مادون قرمز (۵۰۰ درجه سلسیوس) قرار گیرند، تغییرات فوق العادهای در خصوصیات آنها رخ میدهد که باعث از بین رفتن پیوستگی لایه های فلزی می شود. نتیجه انعکاس کاهش یافته در حالیکه مقاومت ویژه الکتریکی به شدت افزایش مییابد(۵۶).
استفاده از کاتالیستهای با ساختار نانومتری از ۷۰ سال پیش آغاز شد. در اوایل دهه ۱۹۴۰ ذرات نانومتری تبخیر و ته نشین شده سیلیکا ساخته شد و در آمریکا و آلمان به عنوان جایگزینی برای ذرات ریز کربن سیاه برای مقاوم سازی لاستیک به مصرف رسید. ذرات آمورف سیلیکا کاربرد وسیعی در محصولات تجاری روزمره پیدا کردند، این گونه محصولات دارای محدوده وسیعی می باشند. از پودرهای شیر خشک بدون شیر مخصوص قهوه گرفته، تا لاستیک اتومبیل و فیبرهای نوری در این محدوده قرار دارند. در دهه ۱۹۶۰ و ۱۹۷۰ پودرهای نانومتری فلزات برای ذخیره اطلاعات بر روی نوار ساخته شد. درسال ۱۹۷۶ کریستالهای نانومتری توسط گرانکویست [۲۱]و بورمن[۲۲] با بهره گرفتن از این روش تبخیر گاز کامل تولید شد(۱۸).
شاید بتوان بزرگترین تحول در تاریخ نانوفناوری را سخنرانی فیزیکدانی به نام ریچارد فایمن [۲۳]در کنفرانس انجمن فیزیک آمریکا در سال ۱۹۵۹ دانست. در این کنفرانس ایشان با ارائه مقالهای به نام “فضای بسیار زیادی در پایین وجود دارد[۲۴]” درباره دستکاری مواد در ابعاد اتمی صحبت نمود. این مقاله امروزه به عنوان بخشی از آیین نامه انجمنهای نانوفناوری در آمده است. وی ایده خود را از سامانههای زیستی گرفت که میتوانند بسیار کوچک و در عین حال فعال باشند. وی گفت :تا آنجا که من میبینم قانون فیزیکی وجود ندارد که با ساخت قطعههای مختلف رایانه در اندازه های کوچکتر از اندازه های فعلی مغایرت داشته باشد. وی پروسهای را توضیح داد که با دستکاری اتمها و مولکولهای منفرد میتوان ساختن و کنترل ذرات کوچکتر را در دست گرفت. او عنوان کرد که در این پروسه پدیده های فیزیکی تغییر می کنند مثلا از اهمیت جاذبه کاسته شده حال آنکه کشش سطحی و نیروهای واندروالس بیشتر مورد توجه قرار میگیرند.(۱۸).
۲-۲-۴-فلز نقره
۲-۲-۴-۱-خصوصیات فیزیکی و شیمیایی آن
فلز نقره با عدد اتمی ۴۷ و وزن ۱۰۸ دالتون یک فلز نرم و چکشخوار با خاصیت انعطاف پذیری بالا است. به دسته فلزات سنگین تعلق دارد و در برابر هوا و آب پایداری داشته اما با ترکیبات حاوی سولفور به شدت واکنش پذیر است. از سنگ معدن آن با عنوان آرژنتینا و نیز به صورت محصول جانبی در استخراج روی، سرب، طلا و مس بدست می آید. در جهان کشور مکزیک و نیز پرو و استرالیا از بزرگترین تولید کنندگان نقره هستند. نقره استفادههای بسیاری در صنعت دارد که برای مثال میتوان صنایع الکترونیک، آلیاژها و آبکاریهای گوناگون فلزات را برشمرد(۸۸).