فناوری نانو، علمی فرا رشته‌ای است و ما می خواهیم از این مقیاس به کلیه علوم و فنون از جمله علوم محض، فنی مهندسی، پزشکی، غذایی و غیره نگاه کنیم. از آنجایی که مشکلات، پیچیدگی و مسائل اخلاقی به دلیل شبیه سازی انسان، گیاه و حیوان در این محدوده به وجود خواهد آمد، ضرورت همکاری علوم نظری از نظر مسائل حقوقی در این فناوری ضروری می نماید.

اگر از دیدگاه شیمی و مهندسی شیمی به فناوری نانو نگریسته شود، می‌توان گفت رشته نانو شیمی تقریباً در تمامی علوم و فنون به کار می‌رود.به عبارت دیگر در زمینه‌های مختلفی از جمله سوخت، پلیمر، رنگ، ساخت و ساز، پوشاک، دارو، غذا و به طور کلی هر آنچه که به شیمی و مهندسی شیمی مربوط می‌شود، می‌توان از مزایای این فناوری بهره جست. به طور کلی توجه به کلیه علوم و فناوری‌های موجود در مقیاس نانو و کار و تولید در این مقیاس برای دستیابی به فراورده‌های با کیفیت و کمیت بهتر به عبارتی ارزانتر، محکمتر، سبکتر و کارا تر می‌باشد.

گرایش‌های رشته نانو شیمی

یکی از مشخصه‌های علم شیمی و مهندسی شیمی، شناخت علم مواد و مهندسی مواد است که در علوم محض، مطالعه و پژوهش و در مهندسی، تولید انبوه مورد نظر است. از دیدگاه شیمی دانان، گرایش‌های این رشته می‌تواند همان گرایش‌های شیمی آلی، معدنی، تجزیه و شیمی فیزیک باشد که در مقیاس نانو مطالعه و بررسی می‌گردد تا نتایج یافته‌های جدید خود را برای انبوه سازی در مورد خاص به مهندسان مربوطه ارائه کنند. از دیدگاه مهندسان شیمی، این گرایش‌ها بسته به نوع نیازهای جامعه و توانایی بر آوردن آن نیازها می‌تواند به طور متفاوت دسته بندی شود. در ایران همان طور که اشاره شد، پتانسیل‌های خوبی در زمینه مطالعه پلیمر و رنگ و غیره وجود دارد.

۱.میزان پذیرش دانشجو در سال گذشته در رشته های مرتبط با علم و فناوری نانو

در سال گذشته جمعاً ۴۲ دانشجو در رشته های علوم و فناوری نانو در مقطع کارشناسی ارشد در دانشگاه های صنعتی امیرکبیر، تربیت مدرس، صنعتی سهند تبریز، کاشان، پژوهشگاه مواد و انرژی پذیرفته شدند. همچنین امسال دانشگاه صنعتی شریف و دانشکده فنی دانشگاه تهران در مقطع دکتری در رشته های نانومواد، نانو الکترونیک، نانو بیو، نانومهندسی شیمی و نانو شیمی، اقدام به پذیرش دانشجو نموده اند.

دانشگاه صنعتی امیرکبیر با ظرفیت۱۱نفر، ارائه دهنده رشته مهندسی شیمی با گرایش نانو درمقطع کارشناسی ارشد بوده است. همچنین این دانشگاه در گرایش نانوپلیمر،۸ دانشجو جذب نموده است.

۲. ویژگیهای مهم ومنحصر به فرد علوم و فناوری نانو با رویکرد شیمی

برای شروع بهتر است تعریفی عام از علم و فناوری نانو داشته باشیم. این فناوری پدیده هزاره سوم می باشد و ورود به این عرصه اجتناب ناپذیر است. در واقع در این زمینه نمی توان به عنوان رشته جدیدی معرفی کرد بلکه رویکردی جدید به کلیه علوم و فنون موجود در مقیاس نانو است.

فناوری نانو علمی فرا رشته ای است و ما می خواهیم از این مقیاس به کلیه علوم و فنون از جمله علوم محض، فنی مهندسی، پزشکی، غذایی وغیره نگاه کنیم. ازآنجایی که مشکلات، پیچیدگی ومسائل اخلاقی به دلیل شبیه سازی انسان، گیاه وحیوان دراین محدوده به وجود خواهد آمد، ضرورت همکاری علوم نظری از نظر مسائل حقوقی در این فناوری ضروری می نماید.

اگر از دیدگاه شیمی و مهندسی شیمی به فناوری نانو نگریسته شود، می توان گفت رشته نانوشیمی تقریباً در تمامی علوم و فنون به کارمی رود. به عبارت دیگردر زمینه های مختلفی ازجمله سوخت، پلیمر، رنگ، سوخت وساز، پوشاک، دارو، غذا و به طور کلی هر آنچه که به شیمی و مهندسی شیمی مربوط می شود، می توان از مزایای این فناوری بهره جست. به طور کلی توجه به کلیه علوم و فناوری های موجود در مقیاس نانو و کار و تولید در این مقیاس برای دستیابی به فرآورده های با کیفیت و کمیت بهتر به عبارتی ارزانتر، محکمتر، سبکتر و کاراتر می باشد.

۳. گرایش های رشته نانو شیمی

یکی از مشخصه های علم شیمی و مهندسی شیمی، شناخت علم مواد و مهندسی مواد است که در علوم محض، مطالعه و پژوهش در مهندسی شیمی، تولید انبوه مورد نظر است. از دیدگاه شیمی دانان، گرایش های این رشته می تواند همان گرایش های شیمی آلی، معدنی، تجزیه و شیمی فیزیک باشد که در مقیاس نانو مطالعه و بررسی می گردد تا نتایج یافته های جدید خود را برای انبوه سازی در مورد خاص به مهندسان مربوطه ارائه کنند. ازدیدگاه مهندسان شیمی، این گرایش ها بسته به نوع نیازهای جامعه و توانایی برآوردن آن نیازها می تواند به طور متفاوت دسته بندی شود. درکشورماهمان طورکه اشاره شد، پتانسیلهای خوبی درزمینه مطالعه پلیمرورنگ وغیره وجود دارد.

۴. سرفصل های دروس این رشته

سرفصل های درسی، شامل دروس اصلی وانتخابی ( به ترتیب۲۰و۱۲واحد) جمعاً ۳۲واحد آموزشی

پژوهشی است که با تصویب شورای برنامه ریزی دانشگاه ارائه می شود. در ذیل جدول دروس این رشته آورده شده است:

دروس انتخابی

پدیده های انتقال در نانو ۳ واحد

ترمودینامیک آماری ۳ واحد

بیونانو تکنولوژی ۳ واحد

پدیده های سطحی درمقیاس نانو ۳ واحد

ساخت وکاربرد مواد نانو ۳ واحد

شیمی و تکنولوژی نانو ۳ واحد

شبیه سازی در مقیاس نانو ۳ واحد

دروس تخصصی

ریاضیات پیشرفته درنانوتکنولوژی ۳ واحد

مکانیک کوانتومی ۳ واحد

اصول نانو تکنولوژی ۳ واحد

سمینار ۳ واحد

گذراندن این رشته در دانشگاه به این صورت است که، در ابتدای دوره ۱۲ واحد( ۹واحد اصلی و۳ واحد انتخابی ) به وسیله دانشجو اخذ شده و در ادامه به همراه گذراندن دیگر واحدهای آموزشی، استاد پروژه و برنامه آموزشی دانشجو مشخص می گردد.

با توجه به عناوین دروس به نظر می رسد برای ورود به دنیای نانو پایه علمی قوی و به خصوص آشنایی با کوانتوم، ریاضی و شیمی محض ضروری است.

زمینه اشتغال فارغ التحصیلان

دانشجویان فارغ التحصیل این رشته می‌توانند در صنایع و مراکز به خصوص در بخش‌های تحقیق و توسعه‌ای که فارغ التحصیلان رشته شیمی و مهندسی شیمی را می پذیرند، مشغول به پژوهش شوند.

 

تعریف سایت ها از نانو شیمی

 : the art of manipulating materials on an atomic or molecular scale especially to build microscopic devices (as robots).

فناوري نانو عبارت است از هنر دستكاري مواد در مقياس اتمي يا مولكولي و به خصوص ساخت قطعات و لوازم ميكروسكوپي (مانند روبات‌هاي ميكروسكپي)

Engines of Creation Glossary: Nanotechnology - technology based on the manipulation of individual atoms and molecules to build structures to complex, atomic specifications.

فناري نانو فناوري است كه بر پايه دستكاري تك‌تك اتم‌ها و مولكول‌ها استوار است بدين منظور كه بتوان ساختاري پيچيده را با خصوصيات اتمي توليد كرد.

The About.com definition at the physics portal: Nanotechnology Definition: The development and use of devices that have a size of only a few nanometres. Research has been carried out into very small components, which depend on electronic effects and may involve movement of a countable number of electrons in their action. Such devices would act faster than larger components. Considerable interest has been shown in the production of structures on a molecular level by suitable sequences of chemical reactions. It is also possible to manipulate individual atoms on surfaces using a variant of the atomic force microscope.

تعريف فناوري نانو: توسعه و استفاده از ادوات و قطعاتي كه اندازه آنها تنها چند نانومتر است. تحقيق بر روي قطعات و ادوات بسيار كوچك كه خواصشان به خواص الكترونيكي اين قطعات وابسته است و خواص الكتريكي آنها احتمالاً متأثر از حركت تعداد معدودي الكترون در طي عملكرد قطعه مي‌باشد. اين ادوات، سريع‌تر از ادوات بزرگتر عمل مي‌كنند. مسأله قابل توجه اين است كه مي‌توان چنين ساختارهاي در ابعاد مولكولي را به كمك انتخاب مناسب مراحل واكنش‌هاي شيميايي توليد كرد. همچنين مي‌توان چنين ساختارهايي را از طريق دستكاري اتم‌ها روي سطح به وسيله ميكروسكوپ‌هاي نيروي اتمي بدست آورد.

Webopedia's definition of nanotechnology A field of science whose goal is to control individual atoms and molecules to create computer chips and other devices that are thousands of times smaller than current technologies permit. Current manufacturing processes use lithography to imprint circuits on semiconductor materials. While lithography has improved dramatically over the last two decades -- to the point where some manufacturing plants can produce circuits smaller than one micron (1,000 nanometers) -- it still deals with aggregates of millions of atoms. It is widely believed that lithography is quickly approaching its physical limits. To continue reducing the size of semiconductors, new technologies that juggle individual atoms will be necessary. This is the realm of nanotechnology.Although research in this field dates back to Richard P. Feynman's classic talk in 1959, the term nanotechnology was first coined by K. Eric Drexler in 1986 in the book Engines of Creation.In the popular press, the term nanotechnology is sometimes used to refer to any sub-micron process, including lithography. Because of this, many scientists are beginning to use the term molecular nanotechnology when talking about true nanotechnology at the molecular level.

شاخه‌اي از علوم كه هدف نهايي آن كنترل بر روي تك‌تك اتم‌ها و مولكول‌ها مي‌باشد تا بتوان به كمك آن تراشه‌هاي كامپيوتري و ساير ادواتي توليد كرد كه هزاران بار كوچكتر از ادوات فعلي باشند كه فناوري امروز امكان ساخت آنها را براي ما فراهم آورده است. در فناوري فعلي توليد مدارات نيمه هادي از روش ليتوگرافي براي ايجاد طرح مدار بر روي مواد نيمه هادي استفاده مي‌شود. پيشرفت شگرفي كه در ليتوگرافي طي 2 دهه اخير رخ داده است به ما اين امكان را مي‌دهد كه با بهره‌گيري از دستگاه‌هاي جديد بتوانيم مداراتي كوچكتر از 1 ميكرون (1000 نانومتر) را توليد كنيم. البته بايد توجه داشت كه اين مدارات هنوز از ميليون‌ها اتم تشكيل شده‌اند. بيشتر دانشمندان بر اين باور هستند كه ليتوگرافي به مرزهاي محدودكننده فيزيكي خود نزديك شده است. بنابر اين براي كوچكتر كردن اندازه نيمه‌هادي‌ها مي‌بايست از فناوري‌هاي جديدي كه مي‌توانند تك‌تك اتم‌ها را سازماندهي كنند، استفاده كرد و طبعاً چنين فناوري جزء محدوده فناوري نانو محسوب مي‌شود. اگر چه تحقيق در زمينه فناوري نانو به زماني باز مي‌گردد كه ريچاردپي فاينمن طي سخنراني كلاسيك خود در سال 1959 به اين فناوري اشاره كرد اما عبارت فناوري نانو اولين بار توسط كي‌اريك دركسلر در سال 1986 در كتابي از وي با عنوان موتورهاي آفرينش بسط داده شد. در مقالات و نوشته هاي عمومي واژه فناوري نانو گاهي به هر فرآيند كوچكتر از اندازه‌هاي ميكرون اطلاق مي‌گردد كه مي‌تواند فرآيند ليتوگرافي را نيز شامل شود. به خاطر همين بسياري از دانشمندان هنگامي كه مي‌خواهند درباره فناوري نانو به معني واقعي و علمي كلمه صحبت كنند از آن به عنوان فناوري نانومولكولي ياد مي‌كنند كه به معني فناوري نانو در ابعاد مولكولي مي‌باشد.

Whatisit.com definition: Nanotechnology, or, as it is sometimes called, molecular manufacturing, is a branch of engineering that deals with the design and manufacture of extremely small electronic circuits and mechanical devices built at the molecular level of matter. The Institute of Nanotechnology in the U.K. expresses it as "science and technology where dimensions and tolerances in the range of 0.1 nanometer (nm) to 100 nm play a critical role." Nanotechnology is often discussed together with micro-electromechanical systems (MEMS), a subject that usually includes nanotechnology but may also include technologies higher than the molecular level. (click the link for entire definition)

فناوري نانو كه گاه به آن فناوري ساخت مولكولي نيز گفته مي‌شود، شاخه‌اي از مهندسي است كه با طراحي و ساخت مدارات الكترونيكي و اداوات مكانيكي بسيار كوچك (در ابعاد مولكولي) سر و كار دارد. پژوهشگاه فناوري نانو انگلستان تعريف فناوري نانو را بدين گونه بيان مي‌كند: قلمروي از علم و فناوري كه به ابعاد و تلورانس‌هاي 1/0 تا 100 نانو مترمي‌پردازد در جايي كه اين ابعاد و يا تلورانس‌ها بتوانند نقش مهمي در خواص قطعه ايفاء كنند.
بحث فناوري نانو اغلب مشابه بحث سيستم‌هاي ميكرو مكانيكي- الكترونيكي مي‌باشد(MEMS) .
در واقع فناوري نانو زير مجموعه MEMS است و MEMS به فناوري‌هاي بزرگتر از ابعاد مولكولي (ابعاد نانو) نيز مي‌پردازد.

 

عناصر اصلی در نانو شیمی

تفاوت اصلي فناوري نانو با فناوري‌هاي ديگر در مقياس مواد و ساختارهايي است كه در اين فناوري مورد استفاده قرار مي‌گيرند. البته تنها كوچك بودن اندازه مد نظر نيست؛ بلكه زماني كه اندازه مواد دراين مقياس قرار مي‌گيرد، خصوصيات ذاتي آنها از جمله رنگ، استحكام، مقاومت خوردگي و ... تغيير مي‌يابد. در حقيقت اگر بخواهيم تفاوت اين فناوري را با فناوري‌هاي ديگر به صورت قابل ارزيابي بيان نماييم، مي‌توانيم وجود "عناصر پايه" را به عنوان يك معيار ذكر كنيم. عناصر پايه در حقيقت همان عناصر نانومقياسي هستند كه خواص آنها در حالت نانومقياس با خواص‌شان در مقياس بزرگتر فرق مي‌كند.

اولين و مهمترين عنصر پايه، نانوذره است. منظور از نانوذره، همانگونه که از نام آن مشخص است، ذراتي با ابعاد نانومتري در هر سه بعد مي‌باشد. نانوذرات مي‌توانند از مواد مختلفي تشکيل شوند، مانند نانوذرات فلزي، سراميکي، ... . 

دومين عنصر پايه، نانوكپسول است. همان طوري كه از اسم آن مشخص است، كپسول‌هاي هستند كه قطر نانومتري دارند و مي‌توان مواد مورد نظر را درون آنها قرار داد و كپسوله كرد. سال‌هاست كه نانوكپسول‌ها در طبيعت توليد مي‌شوند؛ مولكول‌هاي موسوم به فسفوليپيدها كه يك سر آنها آبگريز و سر ديگر آنها آبدوست است، وقتي در محيط آبي قرار مي‌گيرند، خود به خود كپسول‌هايي را تشكيل مي‌دهند كه قسمت‌هاي آبگريز مولكول در درون آنها واقع مي‌شود و از تماس با آب محافظت مي‌شود. حالت برعكس نيز قابل تصور است.

عنصر پايه بعدي نانولوله کربني است. اين عنصر پايه در سال 1991 در شركت NEC كشف شدند و در حقيقت لوله‌هايي از گرافيت مي‌باشند. اگر صفحات گرافيت را پيچيده و به شكل لوله در بياوريم، به نانولوله‌هاي كربني مي‌رسيم. اين نانولوله‌ها داراي اشكال و اندازه‌هاي مختلفي هستند و مي‌توانند تك ديواره يا چند ديواره باشند. اين لوله‌ها خواص بسيار جالبي دارند که منجر به ايجاد کاربردهاي جالب توجهي از آنها مي‌شود.