به گزارش بسیج علمی ، پژوهشی و فناوری از اصفهان: مهدی کاروان عضو هیات علمی دانشگاه صنعتی اصفهان، اظهار داشت: نانو یعنی دنیای کوچکی که تکنولوژی های بزرگی می سازد و نکته مهم در نانوفناوری به خدمت گرفتن آن است واگر نتوان آنرا به خدمت گرفت انسان به خدمت نانو در می آید که نقض غرض است، ایران هم از نظر تولید علم در جهان جایگاه شاخصی دارد و هم از نظر تولیدات نانویی و تجاری سازی حداقل در بین کشور های منطقه جایگاه نخست را دارد، همچنین بواسطه نیروهای متخصص و تجهیزات در خصوص مواد آلی و پایه نفتی هم موانعی برای پیشرفت ندارد، اما تحقیقات غیرکاربردی همچنین فقدان یا سردرگمی مدل اقتصادی برای تولیدات نانویی و تجاری سازی موانعی برای پیشرفت هستند.
عضو هیات علمی دانشکده مکانیک – دانشگاه صنعتی اصفهان در گفتگو با خبرنگار ، پیرامون حوزه نانو، کاربردها و جایگاه آن، با بیان این که قبل از پرداختن به این موضوع لازم است تاریخچه کوچکی از "نانو" و تعریفی تقریبی از آن را بدانیم، اظهار داشت: مانند دیگر مفاهیم علمی، نانو نیز دارای تعاریف متعددی است، اما چیزی که بطور خلاصه بتوان گفت بطوری که افراد را به این واژه و ماهیت غیرقابل لمس آن (از نظر حواس معمول انسان) نزدیک تر کند، بُعد نانو است.
وی افزود: در واقع نانو یک بعد و اندازه است که دارای مقیاس بسیار کوچک است. اگر نگوئیم یعنی یک متر را 10 به توان 9 بار کوچکتر کنیم (که باز غیرقابل درک است) یعنی بطور تقریبی یک تار مو را بین 30 تا 80 هزار برابر کوچکتر کنیم تا به اندازه یک نانومتر برسیم.
کاروان با اشاره به این که با این حال، همین ابعاد نیز به دلیل اینکه با چشم غیرمسلح قابل رویت نیست قابل درک هم نیست، ادامه داد: تصاویر میکروسکوپی با بزرگنمایی های چند ده هزار برابری این بعد را به ما نشان می دهند و بدون آن واقعاً نمی توان یک نانومتر را به گونه ای که وجود دارد و با حواس ما قابل درک است رویت کرد.
وی خاطزنشان کرد: با این وجود، اگرچه "اندازه نانو" را نمی توان دید، بلکه "اثرات بزرگ" آن را می توان مشاهده کرد. پس نانو بیشتر یک اثر و نتیجه است تا یک جسم.
عضو هیات علمی دانشکده مکانیک – دانشگاه صنعتی اصفهان، با تاکید بر این که نانو یعنی دنیای کوچکی که تکنولوژی های بزرگی می سازد، خاطرنشان کرد: بهرحال نانو یک ذره نیست، بلکه یک بعد است که می تواند یک ساختمان یا موتور مکانیکی باشد اما در ابعاد نانو که شاید در زبان ما به آن بازهم یک "ذره" اطلاق شود.
وی گفت: نکته مهم در ابعاد نانو این است که همین مواد در ابعاد میکرو و یا بزرگتر دارای خواص شگفت آور خود در بُعد نانو نیستند. مثلاً یک توده ای از ذغال چوب رفتار ناچیزی در برابر همین جسم اما در بعد نانو که شاید نانوگرافیت باشد دارد. این موضوع به دلیل عیوب کمتر در ساختارهای نانو، نسبت سطح به حجم بسیار زیاد و ارائه خواص فیزیکی، مکانیکی، شیمیایی و غیره بسیار متفاوت تر نسبت به ابعاد میکرو است.
عضو هیات علمی دانشگاه صنعتی اصفهان، بیان داشت: همین که بتوان تصور کرد شیرین کردن آب توسط شکر بسیار ساده تر و با انرژی کمتر و زمان کمتری نسبت به همین جنس اما در ماهیت قند است، شاید بتوان قبول کرد که چرا نانو دنیا را متحول کرده است و بر آن اصرار شده است.
تاریخچه نانو
سرپرست آزمایشگاه "پلیمر و نانوکامپوزیت" دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه صنعتی اصفهان، یادآور شد: برای بررسی اجمالی تاریخچه نانو در ابتدا چند سوال به ذهن می آید. آیا منظور از نقطه تاریخی شکل گیری خود کلمه "نانو" است؟ آیا منظور کشف آن است؟ آیا منظور پیدایش جایگاه و کاربرد آن است؟ و یا اولین باری که این مفهوم معرفی و ثبت شد.
وی ادامه داد: پاسخ به این سوالات متفاوت است و شاید دلیل این باشد که چرا عمدتاً کسی مبدا مشخصی برای آن را قویاً اظهار نکرده است. برخی آن را به شیشه گران قرون وسطی منتسب می کنند که شاید بدون آنکه از نانو خبری داشته باشند و یا دلیل اثرات آن در محصولات خود را بدانند، تغییر در رنگ شیشه در اثر اضافه کردن ذرات طلا را ایجاد کرده، لذا برخی موضوعات این قبیل را یا مشابه آن با اضافه کردن دیگر مواد فلزی و معدنی به شیشه ها را به عنوان کاربردهای اولیه نانو نام می برند.
کاروان با تاکید بر این که اختلاط ذرات فلزی کوچک در شیشه ها و تغییر خواص نوری آن در طی چند قرن پس از میلاد نشان دهنده وجود اثرات نانویی اما بدون فهم و علت این آثار بوده است، گفت: ریچارد فاینمن فیزیکدان و برنده جایزه نوبل با نظریه معروف "فضای زیاد در سطوح (مقیاس) پائین" در 1959 میلادی با ارائه مطالبی در خصوص آینده و فناوری نانو این فناوری را برای عموم شفاف ساخت و باعث شد برخی وی را پایه گذار این علم بشناسند. وی برای توضیح بهتر این علم بیان کرد کامپیوترها می توانند بسیار کوچکتر گردند و می توان یک دایره المعارف را بر روی یک سنجاق درج کرد.
عضو هیات علمی دانشگاه صنعتی اصفهان، افزود: حتی در زمان های عقب تر محلول کلوئیدی فارادی در 1857 و توضیح محلول های کلوئیدی در 1905 توسط اینشتن به مباحث نانو پرداخته اند. رونمایی ibm در 1981 و سپس 1990 در قرارگیری اتم ها برای ساخت اولین ترانزیستور و عرضه برخی از محصولات نانویی در اوایل سال های ۲۰۰۰بطور کل، جهان نانو معرفی شده در این ادوار شامل امکان ساخت با ابعاد اتمی، نوشتن بر روی سطح با اندازه قطر اتم ها، دستکاری و آرایش تعمدی و پیش بینانه اتم ها و یا مواد در سطح مولکولی بود که خواص غیرعادی از خود نشان داده اگرچه به واژه نانو اشاره ای نکرده بودند.
کاروان گفت: همانطور که بیان شد بیشتر اثرات نانویی صدها سال پیش نیز وجود داشته یا تصادفاً در محصولی قرار گرفته است. بشر از رویدادها و اثرات نانویی خبر نداشته اما نتیجه آن را مشاهده کرده است. در ابتدا با نقش و نگارهایی مقیاس نانو و سپس ایزوتروپ های جدید کربن مانند c60 و معرفی ترانزیستورهای نانویی و نانولوله های کربنی که کم کم به کاربردهای گسترده و معاصر نانو تبدیل شد و سپس در سلول های خورشیدی نمایان شد.
رشد چشمگیر نانوفناوری بواسطه بهره گیری از تکنولوژی محقق شد
وی با بیان این که رشد چشمگیر نانوفناوری زمانی بود که هم تولید ذرات نانویی و هم توان در کنترل روش های ساخت و مشاهده آنها با بهره گیری از تکنولوژی صورت گرفت، گفت: نانو قرار است به بهبود وضعیت رفاه وسلامت و ثروت جامعه بپردازد و در این مسیر علوم مهندسی، پزشکی، زیست شناسی و دیگر علوم پایه را به خدمت گرفته است.
نکته مهم در نانوفناوری به خدمت گرفتن آن با سمت و سوی تجاری و کاربردی است/اگر انسان به خدمت نانو در می آید نقض غرض است
سرپرست آزمایشگاه "پلیمر و نانوکامپوزیت" دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه صنعتی اصفهان، ادامه داد: نکته مهم در نانوفناوری به خدمت گرفتن آن است اما اگر نتوان آنرا به خدمت گرفت انسان به خدمت نانو در می آید که نقض غرض است.
وی تصریح کرد: خدمت انسان به نانوفناوری یعنی پرداختن به آن با صرف هزینه و زمان قابل ملاحظه اما بدون سمت و سوی کاربردی وتجاری سازی آن است. نانو در ابتدا هدفش ایجاد بهبود در زندگی با ایجاد آرامش و سلامت و برتری تکنولوژی است.
جایگاه ایران در حوزه نانو چگونه است؟
عضو هیات علمی دانشگاه صنعتی اصفهان، در پاسخ به این سوال، و با اشاره مجدد بر اهداف این حوزه یعنی ایجاد بهبود در زندگی با ایجاد آرامش و سلامت و برتری تکنولوژی، ابراز داشت: این اهداف در محصولات و یا خدمات نانویی تبلور دارد وسمت و سوی دنیای نانو به طرف انقلاب صنعتی چهارم تحت علوم همگرا، یکی از ارکان دگرگون کننده زندگی انسان ها است و به نظر می رسد عدم پیشرفت و جهت گیری راهبردی کشورها در علوم نانو اکنون یک ضعف تکنولوژیک محسوب می شود به خصوص برای کشورهایی که گوشه نگاهی به صادرات و ایجاد تحول در ساختار تجاری خود فراتر از محصولات سنتی دارند.
وی با اشاره به این سوال که جایگاه ایران در حوزه نانو چگونه است، تصریح کرد: ایران از نظر تولید علم در جهان جایگاه شاخصی دارد و از جمله چند کشور برتر محسوب می شود. همچنین از نظر تولیدات نانویی و تجاری سازی نیز حداقل در بین کشور های منطقه بعید می دانم جایگاه نخست را نداشته باشد.
کاروان ادامه داد: بنابر گزارش های ستاد توسعه نانوفناوری هم فعالیت های رسمی نانو در کشور از اواخر دهه 70 شمسی شروع شده و پس از آن سند راهبرد آینده به عنوان سند اول توسعه فناوری نانو تصویب شده است.
عضو هیات علمی دانشگاه صنعتی اصفهان، افزود: همچنین سند ده ساله دوم مربوط به همین زمانی است که در آن به سر می بریم، این سند با هدف پیشرفت کشور در حوزه فناوری نانو پس از اهداف اولیه آن در سال های قبل که بر روی تربیت نیروی انسانی و فراهم کردن زیرساخت ها متمرکز بود، بر روی ارکانی نظیر نانو کاربردی و محصول محور، پیشرفت صنایع مرتبط با نانو، تجاری سازی و پایه گذاری بازار نانو و فناوری های استراتژیک آن تمرکز دارد.
کاروان در پاسخ به سوالی مبنی بر این که موفقیت در این حوزه با توجه به برنامه ریزیها و اسناد چگونه است، خاطرنشان کرد: هدف گذاری در کشور با استقرار و توسعه کارآفرینی در حوزه نانو و تولید ثروت در این زمینه برای جامعه با رویکردهای بین الملل انجام گرفته است و جایگاه بهتر و پیشگامی آن را برای حضور استثنایی کشور هم در صادرات جایگزین محصولات سنتی و هم اقتدار آن از نظر تولید علم در مباحث نانوفناوری با سرعت خیره کننده ای که در سال های قبل نیز داشته است را نوید می دهد.
وی افزود: در این خصوص ستادهای مختلف معاونت علمی فناوری ریاست محترم جمعهوری به خصوص ستاد ویژه توسعه نانوفناوری در ایجاد زیرساختارها، حمایت ها تحت سیاست های پیشبرد این قبیل فناوری ها و ایجاد بستر تجاری سازی فعالیت های قابل تحسینی را انجام داده اند که قطعاً در ارتقاء جایگاه ایران بسیار موثر بوده است.
سرپرست آزمایشگاه "پلیمر و نانوکامپوزیت" دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه صنعتی اصفهان، خاطرنشان کرد: بهترین خبر در این خصوص جریان سازی خوبی است که در کمک به پیشرفت نانوکاربردی ومحصول محور چه در صنایع چه در بخش شرکت های دانش بنیان و چه در دانشگاه ها شده است.
بنظر شما ادامه فعالیتها در حوزه نانو بایستی در چه زمینه هایی باشد و این فعالیتها در گرو چه اقداماتی است؟
وی در پاسخ به این سوال، گفت: در صورتیکه بخواهیم جایگاه نانو در کشور و در خدمت به مردم پررنگ تر شود باید با رصدیابی مشکلات و مسائل مربوط در صنایع مختلف، بخصوص حوزه های پزشکی و بهداشت، مسئله آب و کشاورزی، تغذیه و ساختمان، هوا فضا و حوزه های استراتژیک تر مانند سلول های بنیادی و مهندسی بافت که راه حل برخی از آنها در گرو توسعه نانوفناوری در علوم بین رشته ای است معین شده و راه دستیابی و یا وقوف به آنها برای دانشگاهیان و یا شرکت ها دانش بنیان فراهم گردد.
کاروان با اذعان به این که البته تا آنجا که اطلاع دارم ستاد توسعه نانوفناوری فعالیت های زیادی در این مورد انجام داده و بانک های اطلاعاتی در این خصوص تهیه کرده است، تاکید کرد: با این حال پیش بینی فضای کسب و کار برای اشخاص حقیقی و حقوقی داری ایده و خلاقیت ضرورت دارد و بی تردید جایگاه کشور را در این حوزه ارتقاء خواهد بخشید.
چه برنامه ریزیهایی برای افزایش کیفیت تولیدات علمی حوزه نانو باید انجام گیرد؟
سرپرست آزمایشگاه "پلیمر و نانوکامپوزیت" دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه صنعتی اصفهان، در پاسخ به این سوال، با اشاره به این که نانوفناوری از جمله علومی است که محصولات خروجی آن معمولاً یک اتفاق نبوده و یک پیش زمینه علمی و مهارتی نسبتاً پیچیده ای را نیاز دارد، گفت: مهم ترین موضوعات زیرساخت هایی نظیر توسعه آزمایشگاه های مرجع، شهرک های علمی تحقیقاتی و شاید حمایت های مادی برای انجام تحقیقات وسیع و قابل اعتماد باشد.
وی افزود: بنابراین، اولین شرط برای محصولات موفق این حوزه دانش بنیان بودن و علمی بودن محصولات است و بنابر گزارشات نهادهای مرتبط با فناوری های نانو حجم صادرات وسیع و چشمگیر در حوزه نانو خود به تنهایی نشان می دهد که محصولات نانویی ایران به خصوص در این زمینه ها که نوین هستند (انتظار می رود که نوین باشند) و فناورانه و ناگزیر به اخذ استانداردهای جهانی مرتبط با کشورهای هدف است دارای کیفیت قابل قبولی و یا حتی رقابتی نیز می باشند چرا که توانمندی صادرات در این زمینه ها کار رقابتی و حساسی است.
عضو هیات علمی دانشگاه صنعتی اصفهان، ادامه داد: با این وجود بر اساس تجاربی که از نزدیک با روند شروع یک تحقیق نانویی تا تجاری سازی آن دارم می توان گفت با بهره مندی و توسعه شرکت های دانش بنیان، آشنایی محققان و صنعتگران این بخش با استاندارد های مورد نیاز در خصوص محصولات نانویی که البته گواهی های مقیاس نانو تا حدود زیادی این تولیدات را به استانداردهای جهانی نزدیک کرده است، توسعه و تعریف تحقیقات نانوفناوری در دانشگاه ها و زیرساخت مناسب نظیر تقویت و بکارگیری اساتید این رشته، توسعه آزمایشگاه های نانو، تقویت علوم بین رشته ای و تعریف و حمایت از پروژه های گروهی، کاربردی و محصول محور، رفع فاصله بین رشته های کاربردی که بر روی حوزه های نانوفناوری تمرکز دارند و استفاده از دانش فنی و بومی سازی شده شاهد کیفیت بهتر تولیدات حوزه نانو خواهیم بود.
موانع پیشرفت در این حوزه چیست؟
وی در پاسخ به این سوال، بیان داشت: هرچه بیشتر تعمق می کنیم می بینیم که در بسیاری از تولیدات نانویی صرف نظر از طراحی و ساخت تجهیزات مورد نیاز در این حوزه، این محصولات متکی به موادی است که تبدیل به مواد پیشرفته تری می گردند، کشور ما نیز به دلیل منابع معدنی زیاد و هم وجود دانش نیروهای متخصص و تجهیزات در خصوص مواد آلی و پایه نفتی موانع پیشرفتی را در این خصوص در پیش رو ندارد.
کاروان افزود: تنها گاهی در درصد کمی از محصولاتی که با فرآیندهای شیمیایی، مکانیکی و یا غیره منجر به خلق یک محصول نانویی شده اند نیاز به مواد اولیه ای است که در کشور وجود ندارد که ممکن است به عنوان مانعی در نظر گرفته شود. با این وجود، بسیاری از مواد در داخل کشور در صورت نیاز مبرم به هر طریقی که شده امکان بومی سازی دارد و بعید می دانم کشور در خصوص موادی که به آن نیاز جدی دارد تنها ناچار باشد به واردات آن بسنده کند.
انجام تحقیقات غیرکاربردی چالشی مهم است
سرپرست آزمایشگاه "پلیمر و نانوکامپوزیت" دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه صنعتی اصفهان،خاطرنشان کرد: یک موضوع مهم دیگر که در تصور اول به ذهن خطور نمی کند اما واقعیت است و حتی چالشی تر از موضوع اول، رویکرد و یا عادت کردن به انجام تحقیقات غیرکاربردی و یا کتابخانه ای صرفاً به سبب فارغ التحصیلی از یک رشته و دانشگاه است.
وی در ادامه با تاکید بر این که اگرچه تحقیقات بنیادی شاید به طور زودآیند منجر به محصول نشود و توقعی نیز از این دسته تحقیقات نیست و لازم است که در دانشگاه ها به آن پرداخته شود، خاطرنشان کرد: اما بهتر است این پژوهش ها نیز در راستای اهداف کاربردی باشند چرا که نیروی انسانی و مالی و زمانی هنگفتی را ممکن است بر کشور تحمیل کرده، تحقیقاتی که منافع آن بیشتر بر سفره کشورهای دیگر میوه می دهد.
فقدان مدل اقتصادی برای تولیدات نانویی و نحوه تجاری سازی آن مانعی برای شرکت های کارآفرین و فعال است
عضو هیات علمی دانشگاه صنعتی اصفهان، اظهار داشت: فقدان و یا سردرگمی مدل اقتصادی برای تولیدات نانویی و نحوه تجاری سازی آن شاید از دیگر موانع شرکت های کارآفرین و فعال در این حوزه اما نوپا می باشد که باز هم به دلیل وجود نهادهایی مانند ستاد توسعه نانوفناوری و یا شهرک های علمی تحقیقاتی و مراکز رشد اینگونه شرکت ها و یا کارآفرینان خیلی هم تنها نیستند. با این وجود همانطور که ذکر شد، استانداردهای حوزه های نوین و دانش محور یکی از موانع چالشی می تواند باشد.
کاربردهای علم نانو در زندگی امروز و ضرورت وجود آن چیست؟
کاروان در پاسخ به این سوال با یادآوری این که در این مطلب کم و بیش ضرورت این حوزه در زندگی بیان شد، گفت: بی تردید هیچ علمی بدون کشف مسئله و مشکل ارائه شده توسط جامعه و یا صنایع و غیره جنبه کاربردی خود را بدست نمی آورد، نمی توان انتظار داشت مسئله ای در کشور وجود نداشته باشد اما علم نانو به کمک آن بیاید.
وی ادامه داد: فرض نمائیم مشکل منابع آبی در کشور وجود نداشت، بسیار بعید بود کسی دنبال پیدا کردن راه حل های نانویی برای حل این مشکل باشد اگر هم دنبال بود، معقول نبود. بنابراین ضرورت علم نانو یعنی ضرورت حل مسائلی که با روش های سنتی و قدیمی قابل رفع نیستند، یا راندمان ندارند، یا هزینه برتر است و یا در راستای توسعه پایدار نیست.
عضو هیان علمی دانشگاه صنعتی اصفهان، تاکید کرد: به عنوان مثال، کاربرد علم نانو جایی مشخص می گردد که بخواهیم یک دستگاه آب شیرین کن بسازیم اما در قبال آن به اکوسیستم دریا ها صدمه نزده و یا شیرین کردن چند قطره آب ذخائر نفتی را بطور نسبی هدر ندهد. کاربرد و ضرورت علم نانو یعنی در راستای سبک سازی ساختمان با ساختن نانو بتن ها (نانو بتن کلمه اشتباهی است، نانو بتن یعنی بتن به اندازه نانو) قدم برداشته چرا که مسئله ای مانند زلزله و یا برپائی ساختمان های با استحکام در زمان کم یک ضرورت شده باشد.
وی ادامه داد: ضرورت علم نانو یعنی جایی که پلیمرهای کم استحکام اما سبک دارای استحکام شوند و در صنایع فضایی و یا خودرو ها استفاده گردند. ضرورت دیگر یعنی مسئله ای بنام نیاز به ایمپلنت های استخوانی و جایگزینی فلزات گرانقیمت با نوع نانوکامپوزیتی آن و در عین حال قابل پذیرش برای بدن انسان است. ضرورت علم نانو یعنی بخار روی شیشه و آئینه خودروها و رفع آن توسط سطوح آب گریز و یا خودتمیز شونده، یعنی نگهداری غذا با دوام بیشتر و افزایش اثردارو با تحویل به موقع و زمان بندی شده آن به بافت و یا ترمیم زخم و ضرورت وجود زخم پوش های ضدباکتری خود نمایانگر اهمیت نانو در زندگی روزمره ما است.
پیشتازترین و توانمندترین کشورها در حوزه علوم نانو چه کشورهایی هستند؟
کاروان در پاسخ به این سوال، ابراز داشت: در دسته بندی های متفاوت می توان به این موضوع نگاه کرد، از نظر محصولات نانویی تجاری سازی شده به نظر می رسد آمریکا پیشگام است لیکن در خصوص تولید علم و انتشار مقالات کشورهایی نظیر چین و هند نیز با این کشور رقابت میکنند و ایران حدوداً در رتبه چهارم از نظر تولید علم در حوزه نانو قرار دارد.
معرفی نمونه دستاوردها
سرپرست آزمایشگاه "پلیمر و نانوکامپوزیت" دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه صنعتی اصفهان، یادآور شد:کامپوزیت های ضد حریق،پلیمرهای زیست تخریب پذیر،فوق جاذب های آلاینده های نفتی و روغنی،طراحی و ساخت دستگاه ترکیب مذاب پلیمر به منظورتهیه الیاف پلیمری و نانوکامپوزیتی، پل های شیشه ای، تولید نانوالیاف بدون روش الکتروریسی، نانوکامپوزیت های زیست فعال، پلیمرهای حافظه دار و پنجره های هوشمند، دستگاه میکرو تزریق، و همچنین دستگاه ترکیب مذاب پلیمر به منظورتهیه الیاف پلیمری و نانوکامپوزیتی و موارد دیگری نمونه دستاوردهایی است که در آزمایشگاه "پلیمر و نانوکامپوزیت" دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه صنعتی اصفهان طراحی و ساخته شده است.
