تبلیغات
Chemistry 2011 - تاریخچه نانو تکنولوژی
Chemistry 2011
"Chemistry— our life, our future"

تاریخچه نانو تکنولوژی


مقدمه
این تاریخچه رد پای زمانی فعل و انفعالات تاریخ نانو تكنولوژی از زمان قرون وسطی تاكنون است . تفهیم اینكه نانوتكنولوژی چگونه اولین اثرات خود را بر زندگی بشریت گذاشت و اینكه از آن زمان تاكنون چگونه موجب زندگی بهتر و گشودن درهایی برای اكتشافات بیشتر بوده است .بشر بطور ناخودآگاه نانو تكنولوژی را حدود هزاران سال پیش بكار گرفته برای مثال برای ساختن فلزات و كائوچو سازی ، هر دوی این پدیده ها تكیه بر ویژگی های اتمی در اندازه های نانو دارد .

تاریخچه نانو
قبل از قرن هجدهم
1 ) دوره رومیها 30 قبل از میلاد تا 640 بعد از میلاد .       
كشفیات باستان شناسی روشنگر استفاده از ذرات نانو در تمدن آن زمان است یك محصول معروف از آن دوره به نام جام لیكورگوس (lycurgus ) در موزه بریتانیا در لندن نگهداری می شود . ماده اصلی این جام از شیشه است و تاریخ آن به قرن چهارم بعد از میلاد برمی گردد .( دارای بدنه برنزی با لبه های برجسته ) و آن چیزی كه این جام را  بی همتا می سازد این است كه وقتی از بیرون به آن نور  می تابد به رنگ سبز و هنگامی كه تابش نور از درون است به رنگ قرمز در می آید . به نظر شما چه چیزی موجب این تغییر رنگ می شود ؟
مطالعات میكروسكوپی روشن نموده كه شیشه این جام دارای ذرات نانو از جنس طلا و نقره است . این ذرات خواصی را بروز می دهند كه از ذرات درشت موجود در آن متفاوت است . به احتمال زیاد خواص         بی همتای این جام كهن رومی توسط پیشینیان خلق شده است .


2) دوران میانه 500-1450( شیشه های رنگی )
علی رغم نا آگاهی از دلیل آن ، در ساخت شیشه های رنگی در زمان های بسیار دور ازذرات نانو استفاده      می شده است  . رنگ سرخ یاقوتی بعضی از شیشه های رنگی به دلیل نانو ذرات طلا بدام انداخته شده در ماده زمینه آن می باشد . به همان ترتیب رنگ زرد پررنگ بدلیل نانو ذرات نقره است . اندازه متفاوت نانوذرات ،دلیل رنگ های الوان و متنوع بوده است . این مثال از تعویض خواص ظاهر شده در مواد ( در مورد رنگ ها ) در ذرات نانو كلیاتی از خواص این ذرات است .
3) دوره رنسانس 1450-1600 ( سرامیك دروتا DERUTA )   
دروتا و اُمبریا (Umbria )ظروف سفالین با رنگ آمیزی هنرمندانه در قرون 15 و 16 با بكار گیری اشكال ابتدایی از نانو تكنولوژی هستند . سرامیك دروتا با رنگین كمان های شورانگیز یا لعاب های متالیك كه در قرون 15 و 16 در سراسر اروپا متقاضیان فراوان داشت . برای دستیابی به رنگهای طلایی و قرمزاز نانو ذراتی از فلز مس و نقره به اندازه پنج میلیونیوم متر استفاده می شد كه در عوض پخش كردن نور از سطح اجسام موجب می گشت تا نور هایی با طول موج های متفاوت ساطع گردد كه موجب بوجود آمدن حالت رنگین كمان یا متالیك می گشت .

قرن نوزدهم

1) 1827 عكاسی
عكاسی یك مثال پیش پا افتاده از كاربرد نانو تكنولوژی است كه بر اساس تولید ذرات نقره حساس به نور پایه گذاری شده است . فیلم عكاسی یك لایه نازك از ژلاتین حاوی نمكهای نقره و بنیانی از استات سلولز شفاف است . نور نمك های نقره ( تهیه شده از نانو ذرات نقره ) را تجزیه می كند در اواخر قرن 19 دانشمندان انگلیسی توماس وجوود (Thmoas Wedgwood) و سرهامفری دیوی(Sir Hamphry Davy ) توانستند عكسهایی با استفاده از نیترات و كلرید نقره بدست آورند اما عكس آنها پایدار نبود . اولین عكس موفقیت آمیز در 1927 توسط جوزف نیپس(Joseph Niepse  ) - با بكار گیری موادی كه موجب اجتماع نور می شد- تولید گشت . این عكس مستلزم 8 ساعت وقت برای اجتماع نور بود . نیپس با لوییس داگور(Louis Dagurre ) شریك شد . او چهار سال بعد در اثر حادثه ای مرد و داگور آزمایشات او را ادامه داد و در 1839 راهی برای گسترش صفحات عكاسی پیدا كرد . پروسه ای كه بصورت شگفت آوری زمان تجمع نور را از 8 ساعت به یك ساعت كاهش داد او همچنین كشف كرد یك عكس را می توان بوسیله غوطه ور كردن آن در نمك پایدار كرد .

2) كشف كلوئید های طلا 1857
گرچه كلمه "نانو" در آنزمان استفاده نمی شد اما میشل فارادی(Michael Faraday  ) ( تولد 22دسامبر 1791 – وفات 25 آگوست 1867 ) اولین كلوئید های فلزی را در1856 كشف كرد . كلوئید ها ذراتی هستند كه در یك محلول معلقند ( مابین ذرات حل شونده و آنهایی كه در حلال رسوب می كنند . ) كلوئید های طلایی فارادی خواص الكترونیكی و شیمیایی مخصوصی داشتند و الآن بعنوان یكی از بهترین نانو ذرات فلزی شناخته شده اند . بنا به تشخیص بسیاری ، یكی از بهترین آزمایشگرها و شیمیست ها و فیزیسین هایی كه تابحال بدنیا آمده دانشمند انگلیسی فارادی بوده كه دارای تحصیلات ابتدایی بود و در 14 سالگی شاگرد یك صحاف كتاب بوده . در آنجا اوبه كارهای شیمی و فیزیك علاقه مند بود و بعد از شنیدن سخنرانی شیمیست معروف هامفری دیوی(humpherey Davy ) یادداشتهایی از سخنرانی دیوی را برایش ارسال می كند و به این ترتیب معاون دیوی در آزمایشگاه رویال در انسیتو لندن می شود . در سن 21سالگی بیش از 600 آزمایش توسط او انجام می گیرد . در 1856 او هنوز درانسیتو رویال لندن زندگی        می كرده .

3)اهریمن مكسولی 1867
در آن هنگام جیمز مكسول آزمایشی را پیشنهاد كرد و طی آن نشان می داد موجودات بسیار ریز تحت عنوان اهریمن های مكسولی( Maxwell's Demon ) مولكولهای منحصر بفرد هستند .




قرن بیستم

1 ) 1908 تئوری مـای (Mie)    
فیزیكدان آلمانی گوستاو مای نقش مؤثری در نانو تكنولوژی با طرح تئوری پراكندگی نور توسط ذرات داشت . او نشان داد كه امواج كوتاه در پراكندگی نور مؤثر تر از امواج با طول موج بلند است . ما آسمان را آبی می بینیم چرا كه مولكولهای هوا ( كه بسیار ریز هستند.) در فاصله كوتاه نور را بیشتر در طول موج آبی می شكنند تا زرد یا قرمز چرا كه نور آبی امواج كوتاه تری دارد . وقتی خورشید غروب می كند نسبت به وسط روز فاصله بیشتری از ما می گیرد ،در این مورد پراكندگی بیشتر توسط ذرات گرد و غبار صورت می گیرد . این ذرات هنوز اثر بیشتری بر امواج آبی دارد تا زرد و قرمز ، بنابراین نوری كه هنوز شكسته نشده به ما می رسد كه مخلوطی از رنگهای زرد و قرمز است . پس رنگ آسمان در هنگام غروب قرمز و زرد به نظر می رسد .
تئوری مای به دانشمندان كمك كرد تا به این نتیجه برسند كه اندازه ذرات مشخص كننده رنگی است كه ما می بینیم . مای اندازه تعداد زیادی از ذرات را بوسیله تشخیص نورهایی كه آنها را می شكند بدست آورد . برای اندازه گیری نانو ذرات و ذرات بزرگتر این تئوری مستلزم محاسبات هنگفتی است بنابر این تا حدود 20 سال پیش - كه سوپر كامپیوتر ها توانمند شدند - بندرت بكار برده می شد . هم اكنون تئوری مای (بخوبی پیشرفت های اخیر دیگر ) به پژوهشگران كمك می كند تا اندازه نانو ذرات را محاسبه كنند .

2) اولین میكروسكوپ الكترونی 1931      
گرچه اولین میكروسكوپهای نوری حدوداً بعد از رنسانس پدید آمدند اما قادر به تشخیص اجسام كوچكتر از طول موج های قابل دید نبودند (7/0 تا4/0 نانومتر ) برای دیدن ذرات كوچكتر از آن دانشمندان مجبور به كنار زدن امواج نوری و استفاده ازمنبع نوری با یك طول موج واحد بودند .
در 1931 دانشمند آلمانی ماكس نات و ارنست روسكا  (Max Knot & Ernst Ruska  ) یك مدل جدید از میكروسكوپ را اختراع كردند كه در نهایت دری به روی دنیای "ریز" باز كرد .در میكروسكوپ الكترونی الكترونها در یك مكش شتاب داده می شوند تا طول موج آنها بینهایت كوچك یعنی حدود یك هزارم طول موج نور سفید گردد . پرتو های این الكترونهای سریع الحركت برروی نمونه متمركز می شوند نمونه بخشی از الكترونها را بلعیده و بخشی دیگر را پراكنده می كند .یك صفحه عكاسی حساس به الكترون این فعالیت ها را ضبط می كند و تصویری بوجود می آورد . در 1933 میكروسكوپ الكترونی قادر شد بر توانایی میكروسكوپ نوری پیشی بگیرد . این اولین پله مهم در پیشرفت تكنیك ها و ابزارهایی بود كه منجر به پژوهش بر روی نانو ذرات شد .

3)میكروسكوپ الكترونی با زمینه یونی اروین مولر(Erwin Muller )1951
پیشرفت نانو تكنولوژی به پیشرفت ابزار دانشمندان وابسته بوده و است . اروین مولر پروفسور دپارتمان فیزیك دانشگاه ایالت پن نقش مهمی ایفا كرد وقتی به میكروسكوپ الكترونی با زمینه یونی دست یافت . برای اولین بار در تاریخ اتم های منحصر بفرد و ترتیب آنها در یك سطح قابل مشاهده شدند . برای این كار پروفسور مولر بعنوان اولین كسی كه توانست اتم ها را ببیند مشهور شد . این اختراع نقطه تحولی در تاریخ ابزار علمی بود كه می توانست نمونه را تا دو میلیون بار بزرگتر كند .

4) كشف DNA  1953      
یكی از نقاط تحول تاریخ علم در قرن بیستم كشف DNA  بود حدود 1950 دانشمندان می دانستند كه DNA (دئوكسی ریبو نوكلئیك اسید ) حامل اطلاعات ژنتیكی است . اما آنها نمی دانستند كه آن چیست ، شبیه چیست یا چگونه كار می كند . در 1953 دكتر جیمز واتسون و پروفسور فرانسیس كریك ( Games Watson& Francis Cric )مقاله ای در نشریه نیچر منتشر كردند كه ساختمان زنجیره دوگانه DNA را شرح می داد . آنها نشان دادند كه وقتی سلول می خواهد تقسیم شود دو رشته DNA از هم جدا شده و هر نیمه مكمل خود را  می سازد . این به این معنا است كه DNA می تواند- بدون ایجاد تغییری در ساختمانش- همانند سازی كند . جیمز واتسون ، فرانسیس كریك ، روزالین فرانكلین و موریس ویلكنز (Mauris wilkins & Rusalind Franklin ) همگی نقش مهمی در كشف ساختمان DNA داشتند . متأسفانه فرانكلین قبل از سن 37 سالگی مرد و جایزه نوبل را دریافت نكرد . چند دهه بعد توانایی DNA در همانند سازی به دانشمندان اجازه داد تا بعضی مسائل را در مورد ذرات نانو شرح دهند .

5)پدیده تونلینگ( Tunneling ) 1958
در 1958 لئو ایساكی (Leo Esaki ) یك فیزیكدان ژاپنی كه در شركت سونی كار می كرد كشف كرد كه الكترونها گاهی اوقات می توانند در میان یك سد پتانسیلی در اتصال نیمه رساناهای مخصوص تونلینگ شوند ،علی رغم آنكه در تئوری های ابتدایی این امر امكان ناپذیر بود . آنچه دكتر ایساكی توضیح داد مثالی بود از اینكه چگونه مواد در ذرات نانو توسط توانایی های پایین كنترل می شوند . بعنوان مثال آنها توسط فیزیك كوانتوم كنترل می شوند كه فیزیك كلاسیك را مورد انتقاد قرار می دهد . این كشف به دیود های تونلی (كه گاهی اوقات دیود های ایساكی خوانده می شود ) منجر شد كه تركیب مهمی از صفحات فیزیكی جامد است . دكتر ایساكی در 1973 نامزد دریافت جایزه نوبل شد . 
6) ریچارد فیمن(Richard Feynman ) 1959
ریچارد. پی. فایمن فیزیكدان آمریكایی و استاد فیزیك انستیتو كالتك در سال1959 مقاله‌ای را دربارة قابلیت‌های فناوری نانو در آینده منتشر ساخت. باوجود موقعیت‌هایی كه توسط بسیاری تا آن زمان كسب‌شده بود، ریچارد. پی. فاینمن را به عنوان پایه گذار این علم می‌شناسند. . فاینمن كه بعدها در سال 1965جایزه نوبل را در فیزیك دریافت كرد در یک مهمانی شام كه توسط انجمن فیزیک آمریكا برگزار شده بود، سخنرانی كرد و ایده فناوری نانو برای عموم مردم آشكار ساخت او معتقد بود كه در اندازه بسیار كوچك فضای بسیار بزرگی وجود دارد .او معتقد بود كه در آینده نزدیك انسان ها می توانند موتورهایی به اندازه یك سر سوزن بسازند . او سال 2000 را سال ورود به دنیای ریز نامید  .او به حاضرین در جلسه قول داد به اولین كسی كه بتواند دائرةالمعارف بریتانیكا را در بر نوك یك سوزن بنویسد یك هزار دلار جایزه خواهد داد . این جایزه را تام نیومن( Tom Newman) در 1985 دریافت كرد

7)فروفلویدها (Ferrofloides  ) 1960
پژوهشگران ناسا سعی در یافتن راهی برای كنترل مایعات در فضا داشتند آنها كشف كردند كه ذرات مغناطیسی آهنی در اندازه نانو كه دارای یك پوشش شیمیایی هستند ( یا سورفاكتانت ) كه از مجتمع شدن بازداشته شده اند می توانند در روغن یا آب نهان شوند . به این ترتیب آنها توانستند مایع سیالی را كه "سیال فلزی " نام گذاری شد توسط میدان مغناطیسی كنترل كنند .
در روی زمین فروفلویدها در بلندگوها ودر دستگاه ها برای خنك نگهداشتن بخشهای داخلی مورد استفاده قرار می گیرند . آنها همچنین در ساخت كامپیوتر و ساخت نیمه رساناها به منظور درزگیری برای جلوگیری از نفوذ گرد و غبار استفاده می شوند . نانوتكنولوژیست ها درصدد هستند كه از فروفلویدها برای اهداف مهمتر مثلاً برای ارتقاء سنسورهای كوچك یا در داخل بدن بعنوان داروهای زیستی ، برای كم كردن داروها ، جذب سمها  استفاده كنند حتی امكان آن هست كه فروفلویدها بتوانند به زدودن زباله های پرخطر كمك كنند .

8) سازماندهنده های زئولیتی (Zeolite ) 1960
یك زئولیت ماده متخلخلی برای غربالگری مولكولها است .برای اجازه دادن به برخی از مولكولها كه از بعضی موانع عبور كنند یا تفكیك اجزای یك مخلوط . هر روزه زئولیت های جدیدی در حال شناسایی و اختراع شدن هستند . در 1960 چارلز پلاك و ادوارد راسینسكی (Charles Plank & Edward Rosinski  )پروسه ای را جهت بكار گیری زئولیت ها برای سرعت بخشیدن به واكنش های شیمیایی به راه انداختند . پروسه آنها بر بكارگیری زئولیت ها در تفكیك مواد نفتی به بنزین و سایر فرآورده ها تكیه داشت .
پژوهشگران كنونی بر روی طراحی كریستال های زئولیت در نانو ذرات كار می كنند با تنظیم اندازه منافذ نانوذرات آنها می توانند اندازه و شكل مولكولهایی را كه می توانند عبور كنند كنترل كنند . در مورد محصولات بنزینی این تكنیك می تواند اینگونه معنا شود كه ما می توانیم بنزین تمیزتر و بهتری از هر بشكه نفت بدست   آوریم . 

9) قانون مور (Moore ) 1960
گوردون ای.مور (Gordon .A.Moore  ) –مؤسس شركت اینتل – در 1965 در مجله الكترونیك نوشت "تعداد ترانزیستورها در هر مدار بسته در هر سال دوبرابر گشته است . او پیش بینی كرده این روال برای 10 سال دیگر هم ادامه خواهد داشت . و این پیشگویی سریعاً دوبرابر خواهد شد . ( قانون مور ) در حقیقت پیچیدگی یك چیپ در هر سال به دوبرابر شدن ادامه داد تا خیلی بعد از 1975 . فقط در سال های اخیر سرعت دوبله شدن دامنه كمی كندتر شده و به دو برابر شدن در هر 18 ماه رسیده است . بسیاری از پژوهشگران معتقدند اختراعاتی كه نانو تكنولوژی را بكار می گیرند و الكترونیك های مولكولی در آینده دقیقاً از قانون مور پیروی خواهند كرد .

10 ) نرم افزار سر جان پاپل ( Sir John Pople ) 1970
ریاضی یك علم پایه است و گسترش فرمول های ریاضی جدید بخش اصلی علم بوده و بعنوان یك علم پیچیده تر می گردد  و اكنون فرمول های سریعتری مورد نیاز است . با توجه به قدرتمند تر شدن كامپیوتر ها در عصر جدید ، نرم افزار ها باید بتوانند در راستای آن قابل استفاده باشند . تاهمین اواخر فرمولهای ریاضی مورد نیاز برای محاسبه خواص مولكول ها بسیار پیچیده بود . در 1970 جان پاپل و گروه پژوهشی او گاشین(Gaussian ) مطرح كرد نرم افزاری كه قادر است این محاسبات را سروسامان دهد . این نرم افزار پیشگام استفاده از كامپیوتر جهت پیش بینی رفتار های اتم ها و مولكول ها در حد ذرات نانو و همچنین توسعه محاسبات و ساخت برنامه های كامپیوتری است . دكتر پاپل نامزد دریافت جایزه نوبل در 1998 و در یافت جایزه ملكه الیزابت در 2003 شد .

11) اولین استفاده از از كلمه نانوتكنولوژی 1974
كلمه نانو تكنولوژی اولین بار توسط نوریو تانیگوچی (Norio Taniguchi ) از دانشگاه علوم توكیو بكار برده شد . او این كلمه را در ارتباط با " تكنوژی محصولات برای دستیابی به دقت بالا و بهترین اندازه ها بعنوان مثال دقیق ترین و عالی ترین در حد یك نانو متر " بكار برد .

12) الكترونیك مولكولی 1974
درا947 چارلز و اما موریسون (Charles & Emma Morrison )پروفسور شیمی دانشگاه نورس وسترن مارك.ای.رتنرو ای .ایویرام ( Mark.A.Ratner & A.Aviram) پیشنهاد كردند كه مولكول های منحصربفرد امكان دارد رفتار هایی از شیوه الكترون های پایه را نشان دهد . بنا براین به كامپیوتر ها این امكان را می دهد كه توسط تبدیل مولكولهای منحصربفرد به تركیبات حلقوی از پایین به بالا ساخته شوند . این كاربرد تئوریكی از نانو تكنولوژی خیلی پیش از اینكه عملی گردد فرموله شده بود اما تا 15 سال دیگر امكان بكارگیری عملی آن بوجود نیامده بود .رتنر بعنوان پدر علم الكترونیك قطعات مولكولی شناخته شد و برنده جایزه فیمن در 2001 در نانو تكنولوژی شد .

13 )  SERS 1977
زمان بسیاری است كه بعضی ابزارهای مورد نیاز در زمینه نانو تكنولوژی در دست ساخت است. بعنوان مثال اسپكتروسكوپی یك سری از تكنیك هایی است كه در كنش و واكنش های نور با مواد برای بدست آوردن اطلاعاتی در مورد ویژگی ها و ساختمان مولكول های آنها مورد استفاده قرار می گیرد . سر كاندراسخارا ونكاتا رامن (Sir Kandrasekhara Venkata Raman ) ازدانشگاه كلكته موفق به دریافت جایزه نوبل در فیزیك در 1930شد، بخاطر كشف اینكه شكست نور در مواد مختلف می تواند برای بدست آوردن اطلاعاتی درمورد خواص مواد و ساختمان مولكولی و تركیبات شیمیایی آنها مورد استفاده قرار گیرد .
بعنوان یك تكنیك بسیار مهم اسپكتروسكوپی رامن توانایی عملكرد در ذرات نانو را نداشت . این تكنیك در 1960 با كشف لیزر از اهمیت زیادی برخوردار شد . اما تا هنگامی كه ریچارد .پی ون داین(Richard.P.Van Duyne ) از دانشگاه نورس وسترن SERS را كشف نكرده بود (كه بوسیله آن مطاله در سطح ذرات نانو امكانپذیر می شود ) هنوز كارآمد نبود . ون داین نتیجه گرفت كه وقتی مولكول ها به سطحی كه دارای پستی و بلندی به اندازه 50-100 نامتر است برخورد كند نیروی رامن یك میلیون برابر بزرگتر می شود . كشف SERS اسپكتروسكوپی رامن را از یك محدوده ی خیلی كوچك به یكی از حساس ترین تكنیك ها در مورد تمام اسپكتروسكوپی مولكولی ارتقاء داد .
امروزه SERS در واكنش های شیمیایی مولكولها در الكترو شیمی،تجزیه،سنتز مواد و بیوشیمی مورد استفاده قرار می گیرد . هم اكنون حساسیت SERS بسیار بالاتر از زمانی است كه مولكولهای منفرد مورد استفاده قرار می گرفتند .

14) میكروسكوپ اسكنینگ تونلینگ 1981
در 1981 میكروسكوپ گذاره ( STM) توسط گرد بینیگ و هنریخ روهرر (Gerd Binning & Henrich Rohrer  ) از آزمایشگاه پژوهشی IBM  در زوریخ اختراع شد . این اختراع به داشمندان اجازه داد نه تنها مولكولهای كوچك ، اتمها و ذرات نانو را بررسی كنند بلكه آنها را كنترل نیز كنند . اسكن STM  نوعی سوزن یا نشانگر است كه حدود چند اتم بالای سطح نمونه قرار می گیرد . وقتی كه جریان الكتریسیته برقرار    می شود STM  می تواند اختلافات جزئی در حركت اتم ها را اندازه گیری كند . دراین راستا STM نقشه ای از سطح نمونه تهیه می كند . اطلاعات شامل یك فایل از جزئیات و عكس از سطح نمونه است كه توسط كامپیوتر طراحی می گردد . STM به پژوهشگران كمك می كند تا اندازه ، شكل ، نقص و ناهنجاری مولكول ها را تشخیص دهند و به چگونگی واكنشهای شیمیایی با نمونه مورد نظر پی ببرند . STM بسرعت جزو تجهیزات استاندارد آزمایشگاههای سراسر دنیا شد .كارهای بینینگ و روهررمنجر به دریافت جایزه نوبل توسط ارنست روسكا (Ernst Ruska ) در1986 شد .كسی كه اولین میكروسكوپ الكترونی را بنیان نهاد .

15) باكی بال (Buckyball) 1985
پیشرفت غیر منتظره دیگرنانو تكنولوژی در 1985 به وقوع پیوست وقتی كه ریچارد اسمالی و روبرت كورل (Richard Smalley & Robert Curl ) و دانشجویی از دانشگاه رایس به نام جیمز هیس (James Heath) و سر هری كروتو ( Sir Harry Kroto ) از دانشگاه ساسكس C60 ( كربنی باشكل قطعات نانو شبیه توپ فوتبال ) را كشف كردند . مولكولی منحصر به فرد با نام "باكمینیسترفلورن" پس از تصویری كه مهندس و معمار آمریكایی باكمینیسترفلور ( كسی كه گنبد ژئودسیك را طراحی كرده است . ) كشیده شد . البته بیشتر با عنوان باكی بال خوانده می شود . مولكولی بینهایت ناهموار، قادر به تحمل برخورد زیاد با فلزات و مواد دیگر با سرعت بیش از 20000 مایل در ساعت . شكل خاص و ناهمواری های بیش از اندازه آن می تواند امیدی برای بكار گیری در اتاقك های سوخت اتومبیل های آینده با قدرت بسیار باشد . همچنین پژوهشگران امید به استفاده از باكی بال در ساختمان داروهای آینده دارند . اسمالی ، كورل و كروتو موفق به دریافت جایزه نوبل شیمی در سال 1996 شدند.

16)میكروسكوپ نیروی اتمی 1986
اختراع گرگ بینیگ (Gerg Binnig  ) و همكارش كریستف گربر(Christoph Gerber ) در IBM  و سن جونز و كالوین گوت (San Jose & Kalvin Guate ) از دانشگاه استنفورد میكروسكوپ الكترونی یا AFM  با بكار گیری یك پایه برای خواندن یك سطح بطور مستقیم ،مانند خواندن یك نوار كاست توسط ظبط صوت . میكروسكوپ الكترونی توسط گذران پایه - بانوك بسیارتیز بطوریكه انتهای آن فقط از یك اتم ساخته شده است – در بین یك سطح چند نانومتری نیروهای اتمی ، كششی بر پایه اعمال می كنند كه توسط ترسیم نقشه توپوگرافیكال اتم به اتم اندازه گیری می شود . AFMعكس های3-D از توپوگرافی سطح یك شیئی همراه با جزئیات بسیار ریز( بیش از یك میلیون برابر)  تولید می كند .

17)ترانزیستور تونلینگ تك الكترونی 1987
در1985 دیمتری اورین و كنستانتین لیخارف (Dmitry Averin & Konstantin Likharev ) در دانشگاه مسكو ایده یك اختراع جدید بانام ترانزیستور SET  را مطرح كردند . دو سال بعد تئودور فولتون و جرالد دولان(Theodore Fulton & Gerald Dolan ) در آزمایشگاه بل در آمریكا چنین طرحی را ساخت . در این ساختار ابتدا حركات الكترونهای منفرد از میان ذرات نانو قابل كنترل شد . سیستم الكترون منفرد براساس آنچه كه تأثیر تونل نامیده می شود است . وقتی دو الكترون فلزی توسط یك سد جدا كننده به ضخامت یك نانومتر (تقریباً سه اتم در یك ردیف) جدا می شوند الكترونها قادر هستند در میان جدا كننده تونل شوند . حتی اگر تئوری های زیادی این موضوع را تأیید كنند در عمل غیر ممكن است . پژوهشگران روشن ساخته اند كه گرچه ترانزیستور SET  می تواند در وسایل الكترونی دیجیتالی مورد استفاده قرار گیرد ، اما اختلاف ولتاژهای احتمالی از یك سیستم به سیستم دیگر موجب اشكالات جزئی می شود . امروزه داشمندان در كاركرد در ذرات نانو تشخیص داده اند كه چگونه می توانند بر این مشكل فائق آیند توسط متحد كردن تمام تركیبات ترانزیستور SET در یك مولكول منفرد . این امكان وجود دارد كه روزی مدارهای الكترونی امروزی براساس مولكول های منفرد طراحی گردند .

18) كشف نقطه های كوانتوم 1988
در ابتدای 1980 دكتر لوییس بروس (Dr.Louis Brus ) و تیم پژوهشگرانش در آزمایشگاه بل نقش قابل توجهی در زمینه نانوتكنولوژی ایفا كردند . هنگامی كه آنها كشف كردند بلورهای نیمه رسانا در اندازه های نانو ساخته شده از جنس های مشابه بطور قابل ملاحظه ای رنگهای متفاوتی از خود نشان می دهند . این نانو كریستال های نیمه رسانا نقاط كوانتومی نامیده شدند و در نهایت این امر به درك تأثیرات محدود كوانتوم كمك كرد كه ارتباط بین رنگ و اندازه این نانوكریستال ها را نشان می دهد. 
بر اساس اندازه فوق العاده كوچك آنها الكترونهای داخل نقاط كوانتومی رفتار های متفاوتی نشان می دهند . مخصوصاً الكترون هایی كه بیش از حد در توده جسم نیمه رسانا محدود می شود . این نتایج در نقاط كوانتوم نور شدیدی با رنگ ویژه متساعد  می كند ( وقتی كه الكترون ها مابین سطوح مجزا نقل مكان می كنند) . اختلافات جزئی در اندازه نقاط كوانتوم ، انرژی الكترونها را متفاوت ساخته در نتیجه نوری كه ساتع می شود متفاوت خواهد بود . دانشمندان دریافته اند چگونه اندازه این نقاط كوانتومی را برای ایجاد رنگهای متفاوت تغییر دهند . نقاط كوانتومی برای تولید ماركرهای بیولوژیكی و ابزارهای نوری پیشرفته با نام دیودهای ساتع كننده نور(LEDS ) بكار می روند .
19) دست ورزی اتمی 1990 
با بكارگیری میكروسكوپSTM توسط پژوهشگران IBM ، دونالد ایگلر و ارهارد شویزر(Donald Eigler& Erhard Schweizer )آنها قادر بودند اتمهای منفرد گزنون Xe را بر روی یك سطح مرتب كنند . گرچه پروسه با زحمت و آرام پیش می رفت  ، عكسهای دوباره نشان گذاری شده به پژوهشگران اجازه دادند كه اتم های گزنون منفرد را با دقت ذرات نانو و نتایج قابل مشاهده را جاگذاری كنند. این عكس مشهور از دنیای اتمی در گالری عكس های میكروسكوپی IBM نسب شده است وكوشش های پیشینیان را برای بوجود آوردن ساختار یك اتمی ثابت می كند .

20) نانولوله های كربنی 1991
سومیو لیجیما (Somio Ligima ) از NEC در ژاپن شكل جدیدی از كربن با نام لوله های نانو را كشف كرد كه شامل تعدادزیادی لوله است كه در كنار یكدیگر لانه گزیده اند .دوسال بعد از لیجیمتا ،دونالد بتون (Donald Bethune ) و دیگران در IBM آمریكا نانوتیوبهای تك دیواره با ضخامت 1-2 نانومتر را كشف كردند . نانو تیوب ها رفتاری شبیه فلزات یا نیمه رسانا داشتند اما می توانستند الكترونها را بهتر از مس و گرما را بهتر از الماس عبور دهند و جزو مواد مستحكم شناخته شدند .نانو تیوبها خواهند توانست نقش محوری در فعالیت های كاربردی داشته باشند و در نانو تكنولوژی باتوجه به ویژگی الكتریكی قابل ملاحظه و خواص مكانیكی آنها قابل بهره برداری گردند .

21)بكارگیری DNA و كلوئید های طلا برای گردآوری مواد غیر آلی 1996
از زمان كشف فارادی در خواص نوری و الكتریكی بی همتای كلوئیدهای طلا در 1857 ، پژوهشگران زمزمه هایی جهت به كنترل درآوردن این قابلیت سردادند . در 1996 پژوهشگران دانشگاه نورس وسترن ،چاد میركین و رابرت لتسینگر (Chad Mirkin & Robert Letsinger ) راهی برای این امر كشف كردند آنها زنجیره های DNA سنتتیك را بر روی ذرات نانو طلا چسباندند .از زمانی كه زنجیره های مكمل DNA  همدیگر را تشخیص داده و متصل شدند ، DNA بعنوان یك بلوپرینت (كارگرساختمانی و جوركننده مواد ) بكار گرفته شد . توسط دستورزی DNA آنها توانستند موادی با همان خواص غیرعادی بعنوان بلوكهای ساختمانی نانوذرات بسازند .این پیشرفت قابل ملاحظه ای در معماری مواد غیرآلی نانوذرات بود .

22)پیشرفت نانوتكنولوژی دیپ- پن(Dip-Pen )1999
یكی از پیشرفت های اساسی در مجموعه ابزارهای نانو تكنولوژی دیپ-پن نانو تكنولوژی یا DPN بود. اختراع درسال1999 توسط چاد.ای.میركن (‍Chad A.Mirkin ) پروفسور شیمی رتمن و مسئول انسیتو نانو تكنولوژی دانشگاه نورس وسترن .این فكر بر پایه یك قلم پر حدود400 سال پیش بنا نهاده شد. تیپ DPN با بكارگیری یك میكروسكوپ اتمی به پژوهشگران این امكان را داد كه مواد شیمیایی ، ماكرومولكولهای بیولوژیكی ، فلزات و دیگر اشكال مولكولی را در ابعاد نانومتر و با دقت بالا نوشته یا رسم كنند . DPN شامل یك میلیون نوع مختلف و پروسه های موازی – بازگشایی درها به سوی نانوی معتبر- تكنیك های صنعتی برای اختراعات و مدار های الكترونی ساخته شده قابل اطمینان تر ، سریعتر ، باوزن كمتر و كوچكتر ، موادقابل ذخیره با فشردگی بالا و سنسورهای شیمیایی و بیولوژیكی است .


قرن بیست و یكم

1)    لیتوگرافی بازخورد – كنترل شده (FCL ) 2000
FCL تكنولوژی است كه به پژوهشگران این امكان را می دهد كه میكروسكوپهای STM را برای ساخت ساختارهای قابل انتخاب بطور دقیق در ذرات نانو بكار گیرند . اختراع مارك هرسام (Mark Hersam) دانشگاه نورس وسترن و جوزف لیدینگ  (Joseph Lyding ) دانشگاه ایلینو در اوربانا شامپاین . FCL توسط اولین پوشش یك لایه سیلیكون بوسیله هیدرژن ( با نام سیلیكون هیدرژنه مثبت ) انجام می گردد . با بكارگیری STM پژوهشگران می توانند از سطح نمونه های سیلیكون عكس گرفته یا آنرا ببینند . وقتی یك ولتاژ الكتریكی به نوك STM از یك منبع خارجی القا می گردد پیوند های سیلیكون هیدرژن شكسته می شوند . توسط كنترل كردن نوك STM اتمهای هیدرژن در ظرافت و دقت اتمی حركت داده می شوند . این تكنیك امكان مطالعات بنیادی شیمی در سطح مولكول های منفرد را داده و باب ساختن نمونه های اولیه ابزارهای الكترونیك و دیگر ساختارها در ذرات نانو را گشوده است .

2)    بنیان گذاری مؤسسه نانو تكنولوژی 2000
تلاش برای كارهای هماهنگ برروی ذرات نانو در نوامبر 1996 آغاز شد وقتی كه اعضای كاركنان چندین آژانس فدرال تصمیم گرفتند ملاقات های منظم برای شرح نقشه ها و برنامه هایشان در ذرات نانو و نانو تكنولوژی داشته باشند .با تمام شدن 1998 این گروه ( هم اكنون گروه كاركنان اینتر آژانس در نانو تكنولوژی IWGN نامیده می شوند ) بر روی یافتن هنر علم و فن نانو و پیش بینی اختراعات آینده در آگوست 1999 تمركز كردند . IWGN با اولین پیش نویس یك نقشه برای ابتكار در علم و فن نانو كامل كرد در نتیجه این كارها حكومت آنزمان علم و فن ذرات نانو را در برنامه بودجه سال 2000 قرار داد و به عنوان یك ابتكار جهانی در نانو تكنولوژی NNI شناخته شد .


برچسب ها: تاریخچه نانو تکنولوژی، كوانتوم، میكروسكوپ الكترونی،
نوشته شده در تاریخ سه شنبه 1 فروردین 1391 توسط epide$
.
....