فرصت‌ها و چالش‌های فناوری‌نانو در صنعت شیمی

P O U R I A

مدیر مهندسی شیمی مدیر تالار گفتگوی آزاد
مدیر تالار
با توجه به ظهور فناوری‌های جدید، صنایع شیمیایی سنتی به صنعتی بالغ و بسیار جا افتاده با کالاها و محصولات متنوع تبدیل شده است. تولید فرآورده‌های شیمیایی خاص و ایجاد قابلیت‌های جدید، فرصت‌های بازاری و محصولات جدیدی را پدید می‌آورد، که همگی نتیجه فناوری‌های نوین فرآوری و روش‌های کنترلی میکروساختاری هستند. این که علاوه بر ساختار مولکولی کلید میکروساختار یک ماده تعیین خواص آن ماده می‌باشد، واقعیتی کاملاً شناخته شده و روشن است و به همین دلیل است که کنترل کردن ساختارها در سطوح میکرو و نانو لازمه کشفیات جدید می‌باشد. در این مقاله تعریف ما از فناوری نانو عبارتست از: دستکاری کنترل شده نانومواد با ابعاد کمتر از 100 نانومتر.

فناوری نانو یکی از زمینه‌های اساسی و نوظهور تحقیقاتی است که شامل شیمی و علم مواد می‌باشد و در برخی موارد، زیست‌شناسی هم به آن اضافه می‌شود که به کمک آن می‌توان خواص جدیدی که هنوز کشف نشده‌اند را کشف نمود و با استفاده از این خواص می‌توان به فرصت‌های بازاری و تجاری جدیدی دست یافت. در این مقاله به فرصت‌های تجاری فناوری نانو از دیدگاه صنعتی می پردازیم که شامل صنایع الکترونیک، زیست پزشکی و کالاهای مصرفی می‌باشد. همچنین به تعریفی از رقابت‌های عرصه فناوری که شامل عملیات‌های مختلف از تشکیل ذره، پوشش‌دهی، پراکندگی،تا مشخصه یابی، مدل‌سازی و شبیه‌سازی هستند، خواهیم پرداخت. و در نهایت نقشه راه نوآوری فناوری نانو را ارائه خواهیم کرد، که در آن به تأثیر متقابل توسعه بلوک‌های سازنده نانومقیاس، طرح محصول، طرح فرآیند و ارزش محصول را مورد اشاره و آن را تعریف نموده‌ایم. همچنین یک مدل تحقیق و توسعه را پیشنهاد داده‌ایم که این مدل با توجه به تقاضاهای بازار و توانایی فناوری به دنبال یافتن راهی سریع برای بهره‌برداری از مزایای فناوری نانو و انتقال آن به بازار مصرف و استفاده مشتریان می‌باشد.
 

P O U R I A

مدیر مهندسی شیمی مدیر تالار گفتگوی آزاد
مدیر تالار
مقدمه
ما فناوری نانو را یک فناوری کاملاً توانمند می‌دانیم که قادر است تحولات و پیشرفت‌های عمده و پایداری را در بسیاری از بخش‌های بازار ایجاد کند. به‌عنوان مثال می‌توان به ابزارها و مؤلفه‌های ارتباطی سریع‌تر، هوشمندتر و راحت‌تر، مواد هوشمندی که به محرک‌های خارجی پاسخ می‌دهند، انرژی تمیزتر و ایمن‌تر، فرآیندهای تولیدی سازگار با محیط زیست، سیستم‌های تشخیص سلامت بشر و نیز روش‌های بهتر برای آشکارسازی، پیشگیری و یا برطرف نمودن اثرات سوء عوامل مضر شیمیایی و بیولوژیکی اشاره کرد.
تجاری‌سازی فناوری‌‌ نانو باعث بهبود بهره‌وری اقتصادی و قدرت تولید، بهبود بهداشت و سلامتی و ارتقای کیفیت زندگی خواهد شد، که تمامی اینها فواید اجتماعی فراوانی در سطح جهان به دنبال خواهد داشت. در این فناوری نیز همانند هر فناوری جدید دیگر اکتشافات صورت گرفته باید بر اساس مفاهیم و اصول علمی دقیق باشند و خطرات احتمالی اثرات نامطلوب آن بر سلامت بشر و محیط‌زیست باید نقادانه مورد ارزیابی قرار گیرد. همچنین باید گفتگوهای باز با نماینده‌ها و کمیته‌های نظارتی ترتیب داده شود و موافقت‌نامه‌های آزمایشی مناسب در زمینه نظارت بر خطرات به اجراء گذاشته شود.
فناوری نانو به صنعت و یا شرکت‌های خصوصی معین و یا حتی فقط چند ملیت خاص اختصاص ندارد. ایالات متحده چه در بخش سرمایه گذاری دولتی، چه شرکت‌های سرمایه‌گذار خصوصی در صنعت فناوری نانو هیچ پیشگامی ندارند. بیشتر دولت‌ها در کشورهای صنعتی جهان از سال 1997 سرمایه‌گذاری در فناوری نانو را آغاز کرده‌اند و برنامه‌های مهمی هم در کشورهای آمریکا، ژاپن و اروپای غربی در این زمینه در جریان است. ضمن آن که کشورهای دیگری همچون استرالیا، کانادا، چین، اروپای شرقی، اسرائیل، کره، سنگاپور و تایوان هم در این زمینه برنامه‌هایی دارند. انقلاب فناوری نانو اساساً متفاوت از انقلاب صنعتی اول است، که فقط در چند قدرت برتر جهان اتفاق افتاده بود و سایر کشورها همچنان در حال توسعه بودند.
برای بهینه‌سازی محصولات و کالاهایی که بر اساس فناوری نانو تولید می‌شوند، لازم است تا توانمندی‌های مهم در این زمینه خیلی زود شناخته شوند. یک روش مفید برای این کار تعریف چهار مهارت زیر است:

نانوسنتز: ایجاد بلوک‌های سازنده نانومقیاس شامل نانوذرات، نانولوله‌ها و نانوساختارها
نانوساخت و نانوفرآوری: دستکاری و فرآوری بلوک‌های سازنده نانومقیاس برای اهداف مورد نظر
نانوترکیب: یکی کردن نانوبلوک‌های سازنده و شکل دادن یک محصول و کالای نهایی از قبیل کامپوزیت‌های پلیمری، مواد الکترونیکی و ابزارهای زیست پزشکی
نانو مشخصه‌یابی: اندازه‌گیری و مشخصه‌یابی خواص اساسی بلوک‌های سازنده نانومقیاس و یا شکل نهایی محصول

انجام تمام این چهار مرحله برای تجاری‌‌سازی کالاهای فناوری نانو با عملکرد منحصر به فرد و در نظر داشتن منافع مشتری و هزینه آن ضروری می‌باشد.
با ورود به قرن سوم، ما در دوپونت همانند یک ابداع‌کننده قوی مواد و با داشتن سابقه‌ای طولانی در زمینه محافظت از سلامت، امنیت و آسایش کارمندان، مشتریان و جامعه به تحقیقات مربوط به نانومواد مشغول می‌باشیم.
شرکت دوپونت در سال 1802 تأسیس شده و طی یک قرن اول فعالیت خود، به ساخت پودر تفنگ و مواد منفجره اشتغال داشته و در سال 1903 یکی از اولین آزمایشگاه‌های تحقیقات صنعتی را ایجاد نمود. ایالات تجربی ویلمینگتون DE محلی است که اغلب کالاها و محصولات موفق موج دوم کشف گردید و توسعه یافت؛ محصولاتی چون پلیمرهایی از قبیل نایلون، پلی استر، تفلون، کولار (Kevlar) ، لیکرا
(Lycra) نومکس (Nomex) تی وک (Tyvek) و بسیاری مواد صنعتی دیگر که زندگی مردم جهان را بهبود بخشیده است. امروز، در حدود 100 سال پس از آن تاریخ، این شرکت به شدت به نوآوری در زمینه مواد باور داشته و در حوزه فناوری‌نانو، بیوتکنولوژی تا صنایع تبدیلی سرمایه گذاری نموده است.

شرکت دوپونت همان‌گونه که در شکل 2 هم نشان داده شده، فعالیت تجاری خود را در پنج زمینه تنظیم و عمده توجه خود را معطوف به رسیدن به نرخ رشد بالا نموده است، که بر اساس محصولات جدید و ابداعی تولید شده در هر کدام از این بخش‌ها به‌دست می‌آید.
کشف خواص جدید در مقیاس نانو و فراگیری این که چگونه می‌توان مجموع این خواص را در تولید کالاهایی جدید با کارآمدی‌ها و قابلیت‌هایی که مورد انتظار مشتریان است به کار برد، روز به روز بر اهمیت نقش فناوری‌نانو می‌افزاید. باور ما این است که فرصت‌های آینده در زمینه فناوری‌نانو همیشه به آنچه ما تنها از شیمی یا علم مواد می‌دانیم اختصاص نخواهد داشت؛ بلکه به احتمال زیاد به مجموعه‌ای از رشته‌های علمی مختلف و ترکیبی از فناوری‌های گوناگون مربوط خواهد بود. در فناوری‌نانو لازم است تا مجموعه‌ای از علوم شیمی و مواد به همراه زیست شناسی و قابلیت‌های مهندسی به‌کار گرفته شوند تا بتوان کالایی با عملکرد منحصر به فرد تولید کرد تا در نهایت منافع مشتری را دربر داشته باشد.
فرصت‌های بازار
به نظر ما فناوری‌ نانو در پنج زمینه زیر فرصت‌های قابل توجهی را ایجاد خواهد کرد:
الکترونیک؛
زیست پزشکی و مواد زیستی؛
مواد با کارآیی بالا؛
حفاظت محیط زیست و امنیت بشر؛
کالاهای مصرفی با تنوع بسیار.
بخش الکترونیک شامل نمایشگرها، چاپ، ذخیره اطلاعات، دوغاب براق کننده مکانیکی شیمیایی، فوتونیک، الکترونیک و فوتوالکترونیک، جوهرهای الکترونی، باتری‌ها و پیل‌های سوختی است. نمایشگرهای گسیل میدانی مبتنی بر نانولوله‌های کربنی (CNT) را می‌توان یکی از ثمرات تحقیقات فناوری‌نانو دانست که احتمالاً ظرف سه سال آینده به بازار مصرف راه پیدا خواهد کرد.
بخش زیست پزشکی هم شامل سیستم‌های پیشرفته داروسازی، ژن رسانی و مهندسی بافت می‌باشد. مواد با زیربنای زیستی که با استفاده از روش‌های سنتز شده‌اند هم می‌تواند در زمینه حسگرهای زیستی، پلیمرهای هوشمند، سیستم‌های نقاط کوانتومی و سایر سیستم‌های تشخیصی، کاتالیزورهای زیستی و خود سامانی به کمک پروتئین‌ها کاربرد داشته باشند. شکل گیری کنترل نانوذرات و پوشش‌دهی نانوذرات و همین‌طور جداسازی زیستی با استفاده از نانوفیلتراسیون را می‌توان فناوری‌های کلیدی دانست که انجام چنین کشفیاتی را امکان‌پذیر می‌سازد.
مواد عاملی و با کارآیی بالا شامل موارد زیر می‌باشد: پلیمرها و یا فیبرهای رسانا، جوهر جوهرافشان‌ها، پوشش‌های شفاف و ضدخش، رنگ‌های ویژه، مواد ساختاری با دوام در برابر اشعه ماوراء بنفش، فیلم‌های بسته‌بندی و کامپوزیت‌های سبک‌تر، مقاوم‌تر و محکم‌تر. مهندسی نانوذرات با ساختارهای هیبریدی پیچیده، پوشش‌های دارای عامل نانومتری برای ایجاد پایداری در برابر نور و لیگاندهایی برای اتصالات جانبی و نیز فناوری پراش دقیق، همگی از جمله موارد کلیدی به شمار می‌آیند.
بر خلاف نیار این عملکردها به فناوری‌های متفاوت، چنین به نظر می‌رسد که امروز می‌توان شاهد بسیاری از فرصت‌های تجاری جدید بود، همچنین نانوذرات کاربردهای بالقوه‌ای هم در آنتی ویروس‌ها، ضد قارچ‌ها و مواد ضد میکروب دارند که می‌تواند باعث بهبود محیط زیست، هوا و آب ‌شود. استفاده از نانوذرات در تولید لباس‌های محافظ می‌تواند کیفیت آنها را بهبود بخشیده و همچنین با کاربرد نانوفیبرها کارایی منحصر به فردی به آنها بخشید. به‌عنوان مثالی از این دست می‌توان به یونیفورم‌های نظامی هوشمند که در حال حاضر در مرکز فناوری‌نانو نظامی واقع در مؤسسه فناوری‌‌ ماسوچوست در دست ساخت می‌باشد اشاره نمود.
نهایتاً در حوزه کالاهای مصرفی قابلیت‌ها و کاربردهای بی‌شماری را می‌توان برای فناوری‌نانو ذکر نمود، کاربردهایی از قبیل غذاهای غنی شده و فرآوری شده (منظور ارتقای سطح سلامتی و یا جداکردن عناصر مضر آن)، لباس‌های حفاظتی و سایر منسوجات، رنگ‌های معماری و ساختمانی و محصولات آرایشی متنوعی چون مواد محافظ پوست، عطریات و سیستم‌های خوشبوکننده اشاره نمود. با فراگیری چگونگی غلبه بر مشکلاتی که در زمینه تولید انبوه نانوذرات برای تولید کالاهای جدید وجود دارد، افق‌های هیجان‌انگیزی همراه با فرصت‌های جدید برای تولید کالاهایی نوین به روی ما گشوده می‌شود.
فناوری‌های تولید و چالش‌ها
واحد عملیات مهندسی شیمی (شرکت دوپونت) قبل از 1900 ایجاد گردید که نقش قابل توجهی در تجاری‌سازی موفق بسیاری از کشفیات صنعت شیمی داشته است. به همین ترتیب درک و کنترل واحد عملیات فناوری‌نانو جهت تجاری‌سازی فناوری‌نانو از همان درجه از اهمیت برخوردار است.
در شکل 3 زمینه‌های فناوری‌نانو و فناوری‌های پردازش موجود در آزمایشگاه مهندسی فناوری‌نانوی این شرکت نشان داده شده است. این زمینه‌ها عبارتند از سنتز نانومقیاس، پوشش‌دهی نانولایه‌ای و کپسوله کردن، طراحی ذرات و علم بخش که به منظور یکپارچه کردن بلوک‌های سازنده و تبدیل آن به طراحی محصول نهایی انجام می‌گیرد.
 

P O U R I A

مدیر مهندسی شیمی مدیر تالار گفتگوی آزاد
مدیر تالار
نانومقیاس
نانوذرات را می‌توان از خرد کردن (آسیاب کردن) ذرات بزرگ و یا سنتز شیمیایی مستقیم به‌دست آورد. از آسیاب‌های کوچک و میکروسیال سازها
(microfluidizers) برای خرد کردن و پراکنده کردن ذرات بزرگ و تولید ذراتی با ابعاد 100 نانومتر و کوچک‌تر استفاده می‌شود. البته CNT‌ها و بیشتر نانوذرات مستقیماً از فاز مایع و یا بخار به‌دست می‌آیند.
استفاده از سنتز فاز بخار شیمیایی و فیزیکی فناوری‌هایی شناخته شده در تولید نانوذرات فلزی، اکسید فلزی و نانو ذرات سرامیکی هستند. کربن سیاه، رنگ دانه‌ها و سیلیس گازی شکل (Fumed Silica) قدیمی‌ترین انواع از کالاها و محصولات نانوذره‌ای می‌باشند که طی چندین دهه به ‌طور گسترده مورد استفاده بوده‌اند. همچنین از شعله دما بالا و پلاسمای گرمایی و یا لیزر به‌عنوان منبع گرمایی در سنتز فاز گازی استفاده می‌شود. پیرولیز پاششی
(Spray Pyrolysis) نیز روشی شناخته شده و به اثبات رسیده در تولید نانوذرات کمپلکس می‌باشد.
اما چالش‌هایی که در زمینه سنتز فاز گازی نانوذرات وجود دارد در زمینه‌های زیر خواهد بود: کنترل توزیع اندازه نانوذرات (PSD)، تشکیل در جای(in situ) ذرات و ساختارهای هیبریدی سیستم‌های جمع آوری کارآمد و عملیات پیوسته با نتیجه و بازده بالا.
روش‌های مرسوم رسوبدهی، بلورسازی، سل-ژل، پلیمریزاسیون امولسیونی به سنتز نانوذرات هم تعمیم داده می‌شوند. از الگوهای مولکولی هسته‌زایی می‌توان در اندازه، موقعیت معین و کنترل شکل بلور استفاده کرد
جداسازی نانوذرات در محیط‌های جامد/ مایع و جامد/گاز و دسته بندی اندازه نانوذرات یکی از چالش‌های علمی است. پیشرفت‌هایی که در این فناوری‌ها صورت گرفته است، اهمیت عملی آنها را در سیستم‌های رقیق مورد استفاده در کاتالیزورهای زیستی – جایی‌که روش‌های فیلتراسیون برای کارهای جداسازی ابداع شده‌اند – به اثبات رسانده است. و ما این مطلب را در یک نمونه کوچک آزمایشی در یک فرآیند کاتالیزوری زیستی که در حال توسعه آن هستیم نشان داده‌ایم.

تاکنون روش‌های متعددی برای تولید CNT‌ها گزارش شده‌اند. به نظر می‌رسد گرایش این روش‌ها از روش‌های لیزری و پلاسمایی به سمت روشهای CVD در تغییر است. در عین حال تطابق و هماهنگی کیفیت محصول و در دسترس بودن و تنوع آن از مواردی که باعث محدودیت میزان کاربردهای نانوذرات در دنیای واقعی (خارج از آزمایشگاه) می‌شود و برخلاف پتانسیل فراوان و گزارش‌های خبری منتشر شده و علاقه فراوانی که به کاربرد CNT‌ها وجود دارد، این فنآوری همچنان در مرحله تحقیقات است. جداسازی لوله‌های رسانا از لوله‌های نیم رسانا از موضوعات داغ تحقیقی است که ما اخیراً در آزمایشگاه خود موفق به انجام آن شده‌ایم. ما این کار را – که گزارش آن هم اخیراً منتشر شده – به کمک مفاهیم بیوتکنولوژی انجام داده‌ایم. (زنگ و همکارانش 2003 [Zheng et al ]
پراکندگی و پوشش دهی ذرات
ذره‌ای به قطر 10 نانو متر 20% اتمهای سطحی و ذره‌ای به قطر 2 نانومتر ، 80% اتم‌های سطحی و ذره یک نانومتری 100% اتم‌های سطحی را دارا می‌باشد. در یک نانولوله کربنی جداره تمام اتم‌های کربن روی سطح این نانو لوله قرار دارند. خواص نوری شیمیایی و فیزیکی این سطوح نانوذره‌ای کوچک اما با سطح زیاد متفاوت از مولد توده‌ای است. ذرات رنگدانه TiO2 با ابعاد 250 نانومتر برای ایجاد توان مخفی
(hiding power) بسیار مناسب است. این کار با پخش نور مرئی انجام می‌شود و ضمن آنکه ذرات 25 نانومتری TiO2 هم شفاف بوده و در محدوده مرئی قرار دارند اما به‌ طور موثری می‌توانند نور UV (ماوراء بنفش) را (در خود) نگه‌داشته و بلوکه کنند به‌علاوه آنکه این ذرات فعالیت نوری بیشتری نسبت به رنگدانه‌های مشابه میکرونی خود دارند. معلوم شده که نانوذرات اکسید فلزی توان جذب شیمیایی بیشتری نسبت به سطوح جذبی ساده دارند و این امر حاکی از اهمیت فوق العاده کنترل پوشش سطحی نانوذرات می‌باشد. برای انجام (کنش‌پذیر کردن) فعالیت‌های نوری و یا شیمیایی به پوشش کامل و متراکم و یا کپسوله کردن نیاز داریم. پوشش دهی سطحی برای جلوگیری از جمع شدن (ذرات در سطح)، پایدار کردن و پراکنده کردن ضروری است علاوه بر این برای رسیدن به فوایدی که از نانوذرات انتظار داریم لازم است تا این پوشش‌ها سازگار و متناسب باشند به‌طوریکه بتوان آنها را با ماتریس‌های فراوان (شبکه سطح) یکپارچه نمود.
عمل پوشش دهی به دو روش خشک و تر قابل انجام است در عین اینکه پوشش دهی نانوذرات کار ساده‌ای نیست. انجام یک پراکندگی خوب لازمه و مقدمه یک پوشش کیفی (مطلوب) است اما پراکندگی نانوذرات چه به ‌صورت خشک و چه تر کار مشکلی است. مزیت پوشش تر و پراکندگی که به این ترتیب انجام می‌شود مایع بودن محیط آن است که البته غالباً مستلزم سرمایه گذاری و صرف هزینه‌های بیشتر است.
انجام یک پراکندگی پایدار و کنترل سطح نانوذرات نشان‌دهنده نیازهای برآورده نشده‌ای است که برای رسیدن به کاربردهایی از نانو ذرات با خواص منحصر به فرد لازم است که تمام اینها می‌تواند زمینه‌های تحقیقاتی مهمی در صنعت و در دانشگاه به شمار آید.
با توجه به چندگانگی نیروهای بین ذره‌ای و مشکلاتی که در پراکندگی و پوشش دهی نانوذرات وجود دارد بهتر است از روش خود آرایی استفاده نماییم. این کار را می‌توان از طریق خود آرایی القایی دینامیک سیال از قبیل نانوجت، تزریق، ریزسازی
(micronization) و یا ابزارهای میکروسیال سازی، سامانه‌های القایی به‌وسیله میدان‌های الکتریکی یا مغناطیسی، الگوهای مولکولی یا سامانه‌های کمکی بیومولکولی انجام داد. که نوع اخیر از قابلیت رشد بسیار وسیعی برخوردار است.
 

P O U R I A

مدیر مهندسی شیمی مدیر تالار گفتگوی آزاد
مدیر تالار
تعیین مشخصات
در دسترس بودن ابزارهای قوی تشخیص نانو چون HR-TEM و AFM و میکروسکوپ تونلی باعث جلب توجه گسترده به فناوری‌نانو شده است.
با درنظز گرفتن مراحل (پروسه‌های) شکل گیری پودر نانوذرات، برای تعیین مشخصات آنها ممکن است به بیش از یک روش نیاز داشته باشیم. روش‌های مختلف باعث درک ما از سطوح مختلف از ابعاد بلور و تجمع ذرات می‌شود. برای رسیدن به بازده بالا از خواصی که برای کالاها مدنظر است انتخاب روش‌های اندازه‌گیری و کنترل اندازه ضروری است.
بی ال جرستون و همکارانش در سال 2001 روش‌های سازگاری را برای نانو پودرهای آهن در راکتور پلاسمایی MW به اجرا گذاشتند. SEM ذرات اولیه 50 تا 80 نانومتری را به شکل توده‌های دندریتی بزرگ در ابعاد میکرومتری نشان داد.
پراکندگی دینامیکی نور اندازه میانگین 70 نانومتر را برای ذرات نشان داد در حالی‌که به روش پراش لیزری یک توزیع (Bimodal) گسترده از 5/. تا 20 میکرومتر به‌دست آمد. همین اندازه میانگین با روش‌های تحلیلی BET و XRD به ترتیب 60 و 20 نانومتر تعیین شد و با روش پراکندگی نوترونی زاویه کوچک (SANS) و پراش نوترونی (ND) به ترتیب 24 و 64 نانومتر تعیین شد. با توجه به این نتایج روشن است که در روش‌های پراکندگی نوری تجمع ذرات (آگلومری) بزرگ تعیین نشد در حالی‌که در پراش لیزری به‌جز آگلومری‌های بزرگ هیچ‌کدام از ذرات اولیه مشخص نشد. در روش‌های BET , XRD و ND هم تمامی نانوذرات مشخص شدند.
تمام آنچه در تعیین مشخصات لازم است را می‌توان به سه سطح دسته بندی نمود:
سطح نانوذرات اولیه: PSD ، ساختار بلوری و نواقص، ناخالصی، شکل شناسی (مورفولوژی) و تعیین مشخصات سطح؛
مرزها و میان سطح‌ها: نیروهای بین ذره‌ای، نواقص مرزی
سطح خاصیت استفاده نهایی (Enduse) : رسانش، خواص مکانیکی

چالش‌های تولید
علاوه بر توسعه عملیات واحد، بزرگ کردن و کوچک سازی، مجتمع سازی مراحل سیستم‌های تولید (Process Integration) هم خود چالش‌های جدیدی را در بر خواهد داشت. نانو ذرات قابلیت آن را دارند که حتی در مقادیر بسیار کم نیز، تا حد بسیار زیادی عملکرد محصول و بهره مشتری را افزایش داده و بهبود بخشد. اینکه همان روش‌هایی که در تولید انبوه مواد شیمیایی به‌طور عمده وجود دارد در توسعه مراحل تولید نانو ذرات هم مورد استفاده واقع شود بسیار بعید است.
در تولید نانوذرات استفاده از سیستم‌های تولید مجتمع، مدولار (modular)، قابل حمل و کوچک‌تر به‌جای دستگاه‌ها و ابزارهای بزرگ برتری دارد.
با پیشرفت فناوری‌نانو و نزدیک شدن آن به مراحل تولیدی و تجاری، اثرات (احتمالی) آن بر محیط زیست و سلامت بشر به موضوعی مهم تبدیل می‌شود که نیاز به تحقیق و بررسی خواهد داشت و با توجه به تنوع زیاد نانومواد نمی‌توان انتظار داشت که برای تمامی این سیستم‌ها جواب واحدی وجود داشته باشد.
همان‌گونه که کالوین هم اشاره کرده پروژه ژن‌شناسی انسان نمونه‌ای امیدوارکننده برای ادامه مطالعات در زمینه خطرات بهداشتی فناوری‌نانو، تحلیل اثرات اجتماعی آن و تشویق و ترغیب برای گفتگوها و مباحثات در این باره و آموزش عمومی در زمینه منافع و زیان‌های احتمالی فناوری‌نانو می‌باشد.

وجه مشترک مواد زیستی
از آنجا که عموماً ابعاد ویروس‌ها و پروتئین‌ها در محدوده نانومتری قرار می‌گیرد می‌توان بسیاری از سلول‌های زنده را به منزله نانوذرات تلقی نمود. حتی می‌توان در طراحی نانوساختارهای جدید از تشخیص‌های معین زیستی و منتخبی از سیستم‌های معتبر زیستی استفاده نمود. نانوساختارهای مصنوعی قابلیت تقلید از ساختار سیستم‌های زنده را دارند.
هم اکنون بسیاری از آزمایشگاه‌های تحقیقاتی در سطح جهان به شدت مشغول بررسی سیستم‌های زنده هستند تا به چگونگی کار آنها پی برند چرا که می‌تواند آنها را در طراحی مواد مصنوعی با خواص برتر یاری دهد.
همچنین نیروهای غیر کووالانسی که بین مولکول‌های زیستی وجود داشته و آنها را در کنار هم نگه می‌دارد باعث به هم چسبیدگی نانوذرات می‌شود. این نیروها عبارتنداز:
نیروهای الکترواستاتیکی؛
پیوندهای هیدروژنی؛
نیروهای آب‌گریز؛
نیروهای واندروالس.
لذا امکان متصل نمودن نانوذرات و بیومولکول‌ها به هم با یکی از این نیروها وجود خواهد داشت. طراحی ذرات تقویت شده با بیومولکول‌ها می‌تواند به کاربردهایی جدید از حسگرهای زیستی گرفته تا بیوالکترونیک (الکترونیک زیستی) و دارورسانی هدفمند منجر شود.

نقشه راه ابداعات فناوری‌نانو
شکل 4 توصیفی از روند توسعه ابداعات فناوری‌نانو است که شامل مدل‌هایی که بر اساس تقاضای بازار و هجوم فزاینده فناوری‌ها، می‌باشد. نانوذرات و یا نانوساختارها، بلوک‌های سازنده لازم برای طراحی کالاها را فراهم می کنند. برای ارتقای بازده کار به منظور طراحی بهینه مراحل تولید، لازم است تا شناختی از این مراحل داشته باشیم. طراحی کالا قبل از تولید به منظور تطبیق دادن قابلیت آن با نیازهای مشتری می‌باشد و در همین راستا درک زنجیره ارزش به بهینه‌سازی تک تک مراحل از تولیدکننده مواد اولیه تا مصرف کننده نهایی کمک خواهد کرد. برای تحقق اهداف از پیش تعیین شده فناوری‌نانو لازم است تا به دقت درباره طراحی هر کدام از این مراحل فکر کرده و بهترین راه را بیابیم.
ابداعاتی که در فناوری‌نانو انجام می‌شود به‌دنبال ایجاد یک دانش جدید و یک ارزش کل (total value) می‌باشد. در نهایت این تلاش‌ها منجر به کالاهایی با قابلیت تجاری شدن و بدنبال آن حق مالکیت معنوی این محصولات می‌گردد به‌طوریکه می‌توان با نظارت تولیدکننده اصلی به دیگر علاقه‌مندان هم اجازه تولید آن را داد.
VISION 2020 که کارگاهی در صنعت شیمی آمریکا می‌باشد و در سال 2002 آغاز به کار نموده است.
از تمام شرکت‌های شیمیایی و تولیدکننده مواد برای ایجاد اولین محصول در این زمینه و سریع کردن ابداعات فناوری‌نانو به منظور ایجاد ارزش و تجاری سازی موفق آنها، دعوت به همکاری و مشارکت نموده است.
به منظور حمایت از این دیدگاه سرمایه گذاری NNI دولت از 710 میلیون دلار در سال 2003 به رقمی معادل 775 میلیون دلار در بودجه سال 2004 افزایش یافت. این افزایش در واقع حمایتی است از تحقیقات پایه‌ای علوم مهندسی نانومقیاس که بلوک‌های سازنده را برای توسعه آینده کالاها و تجاری سازی آنها فراهم می‌سازد.

نتیجه‌گیری
فناوری‌نانو یک فناوری صنعتی توانمند است و انتظار می‌رود با جمع بین علم و فنآوری فرصت‌های بازاری و کالاهای جدید قابل توجهی در این زمینه تولید شود. نه تنها در نتیجه این فنآوری نوین صنعت شیمی دست‌خوش تجدید حیات و نو شدن می‌گردد بلکه در واقع میتوان گفت اغلب صنایع امروزی از این فناوری و ابداعات آن بهره‌مند خواهند شد. همکاری‌های تنگاتنگ و مشارکت‌ها و شبکه‌هایی که بین صنعت، دانشگاه و موسسات دولتی در مقیاس جهانی وجود دارد توسعه محصولات جدید را شتاب می‌بخشد. روشن است که لزوماً دیگر مدل‌های تجاری مبتنی بر تولید انبوه سنتی در این روند کاربرد نخواهد داشت چرا که عمده سود به‌دست آمده به‌وسیله کالاهای خاص با حجم کوچک ایجاد می‌شود و با توجه به امکان اعطای امتیاز تولید چنین محصولاتی، زمینه مشارکت قابل توجهی در تولید و ایجاد ارزش نهایی فراهم می‌گردد.
انتظار می‌رود از لحاظ ارزش اجتماعی، فناوری‌نانو موقعیت بهتری پیدا کند زیرا به‌دلیل فراهم شدن امکان خوب تولید، اثرات زیست محیطی آن کمتر شده و احتمالاً منابع تجدیدپذیر جدیدی چون feedstocks هم پدید آید. تنوع محصولات فناوری‌نانو هم که منافع مشتریان و رضایت آنها را در بر خواهد داشت کیفیت زندگی تمام مردم جهان را بهبود خواهد بخشید.



افراد مقاله : ‌ حامد شریعتی ‌نیاسر (نویسنده اول) - حامد شریعتی ‌نیاسر (نویسنده دوم) - حامد شریعتی ‌نیاسر (نویسنده سوم)
 

Similar threads

بالا