مزایای بالقوه فناوری نانو در حوزه حمل‌ونقل گسترده و فراگیر می‌باشد. به‌عنوان مثال می‌توان به موارد زیر اشاره نمود: تولید خودروهای سبکتر با مصرف سوخت کمتر با استفاده از موادی که با بهره‌گیری از این فناوری تولید می‌شوند. احداث پل‌هایی که دچار فرسایش نمی‌شوند و جاده‌هایی که به تعمیر و نگهداری نیاز ندارند، تله‌های کوچک که در خودروها برای حذف آلودگی ناشی از احتراق سوخت تعبیه می‌شوند و سفینه‌های فضایی رباط‌گونه با تنها چند کیلوگرم وزن که قادرند در منظومه شمسی به اکتشاف بپردازند و... «فناوری نانو» در زمینه‌های زیر به شکل بالقوه برای حمل‌ونقل دارای کاربرد خواهد بود.
«فناوری نانو» Nanotechnology)) نوعی فناوری مربوط به ساخت تجهیزات و مواد در سطح اتم و مولکول و بهره‌برداری از خصوصیات و ویژگی‌های خاص مواد در این سطح می‌باشد. کلمه «نانو تکنولوژی» از واژه «نانومتر» (Nanometer) واحد اندازه‌گیری که معرف یک میلیارد‌م متر، تقریباً ده برابر اندازه یک اتم مشتق شده، می‌باشد. «فناوری نانو» عموماً کارهایی را در بر می‌گیرد که در مقیاسی بین 1/0 الی 100 نانومتر انجام شده، ویژگی‌های رفتاری اشیاء در این سطح بدیع بوده و با ویژگی مواد ساخته شده در مقیاس بزرگ قابل مقایسه نمی‌با‌شد.
«فناوری نانو» دربرگیرنده کنترل مستقیم اتم‌ها و مولکول‌ها می‌باشد. در کل، این فناوری شامل سه مرحله می‌باشد:
- طراحی مهندسی ساختارها در سطح اتم
- سرهم کردن اینگونه ساختارها وتبدیل آنها به مواد جدید با ساختار نانو (Nanostructure) با خصوصیات ویژه
- سرهم کردن اینگونه مواد و تبدیل آنها به ابزارهای مفید.
دو رویکرد کلی برای تولید ابزارها و مواد با مقیاس نانو وجود دارد. نخستین رویکرد استفاده از این ویژگی‌ها ذرات نانو در ساختارهای موجود و دارای مقیاسیهای بزرگتر با استفاده از برخی تکنیک‌ها همچون Scanning tunneling یا (atomic-force microscopy ) یا انواع مختلف لیتوگرافی می‌باشد. که این فرآیند هم اکنون در تولید چیپ‌های رایانه مورد استفاده قرار می‌گیرد و ذره‌های نانوسایز و مدارهای الکترونیکی یکپارچه از جمله موادی است که با استفاده از این رویکرد تولید می‌شوند. گاهی اوقات از آن به‌عنوان رویکرد بالا به پایین «Top-down» یاد می‌شود. دومین و انقلابی‌ترین رویکرد، رویکرد پایین به بالا «bottom-up» است. یعنی ساخت مواد از خود اتم‌ها و مولکول‌ها. ترانزیستور «تک الکترون»، یکی از پیشرفت‌های شگرف اخیر ناشی از کاربرد تکنیک «bottom-up» می‌باشد.
هرچند پژوهشگران هم اکنون قادر به ساخت ساختارهای تک مولکولی در آزمایشگاه هستند، اما هنوز نتوانستند شیوه‌ای ارزان (که از نظر تجاری مناسب باشد) برای تولید انبوه آنها بیابند. شاید رویه‌ای تحت عنوان «Self-assembly» پاسخی مناسب به این مشکل باشد. شاید با استفاده ازدانش شیمی بتوان در موقعیتی قرار گرفت که در صورت استفاده از برخی توانایی‌های مولکول‌ها، امکان مرتب کردن آنها و ایجاد ساختارهای پیچیده و ترکیبی فراهم آید.
اثرات «فناوری نانو» بر حمل‌ونقل
در چند سال گذشته، «فناوری نانو» در محصولات زیادی از جمله مقاومت‌های مغناطیسی چند لایه برای استفاده در بخش حافظه رایانه، Coating با ساختار «نانو» برای ذخیره اطلاعات خام ودر صنعت عکسبرداری مورد استفاده قرار گرفته است. «ذرات نانویی» همچنین برای استفاده در تجهیزات پزشکی و سیستم چاپگرهای رنگی و مواد فلزی با ساختار نانو مورد استفاده قرار گرفته است. «فناوری نانو» تقریباً در تمامی فناوری‌ها و حوزه‌های مرتبط، انقلابی را ایجادکرده و همچنین اثرات بسیار مهمی را در بخش حمل‌ونقل به‌همراه خواهد داشت.
مزایای بالقوه فناوری نانو در حوزه حمل‌ونقل گسترده و فراگیر می‌باشد. به‌عنوان مثال می‌توان به موارد زیر اشاره نمود: تولید خودروهای سبکتر با مصرف سوخت کمتر با استفاده از موادی که با بهره‌گیری از این فناوری تولید می‌شوند. احداث پل‌هایی که دچار فرسایش نمی‌شوند و جاده‌هایی که به تعمیر و نگهداری نیاز ندارند، تله‌های کوچک که در خودروها برای حذف آلودگی ناشی از احتراق سوخت تعبیه می‌شوند و سفینه‌های فضایی رباط‌گونه با تنها چند کیلوگرم وزن که قادرند در منظومه شمسی به اکتشاف بپردازند و...
«فناوری نانو» در زمینه‌های زیر به شکل بالقوه برای حمل‌ونقل دارای کاربرد خواهد بود.
فناوری اطلاع‌رسانی
با تجهیزات الکترونیکی مولکولی، یک تراشه رایانه‌ای، به تنهایی می‌تواند میلیاردها ترانزیستور، بسیار کوچک را در خود نگاه دارد. استفاده‌های ویژه در حوزه حمل‌ونقل عبارتند از:
- خودروهای بدون راننده برای مصارف غیرنظامی یا نظامی
- ارتباطات پیشرفته که مزایای سیستم‌های هوشمند حمل‌ونقل را به حداکثر افزایش می‌دهند و مجموعه نیازهای سفر را تأمین می‌کنند.
- حسگرهای پیشرفته که مدام وضعیت و عملکرد زیرساخت، خودروها و اداره کنندگان را به تصویر می‌کشد.
مواد و مصالح
«فناوری نانو» موادی را برای مصارف حمل‌ونقلی تولید خواهد کرد که سبکتر، قوی‌تر و در نهایت قابل برنامه‌‌ریزی بوده و به دلیل عمر طولانی سرویس‌دهی و کاهش میزان خرابی اینگونه مواد، هزینه‌هایش کاهش می‌یابند. از مجموع کاربردهای اصلی فناوری نانو در این بخش می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
- سطوح فلزی با روکش نانویی برای دستیابی به حداکثر مقاومت، حداقل اصطکاک و حفاظت مطلوب مواد در برابر خوردگی و فرسایش
- مواد مناسب برای زیرساخت‌ها و خودروها
- مواد هوشمند که ضمن بررسی و درک وضعیت خود و برآورد میزان سالم بودن، در صورت نیاز، تعمیرات لازم را به‌عمل می‌آورند.
همزمان باید به مواد «Self-heathing» (قابلیتی که مواد در صورتی خرابی به خودی خود درست می‌شوند)، مواد ضد حریق در خودروها و هواپیماها اشاره نمود.
دانش هوانوردی و فضا
مواد جدیدی که با استفاده از فناوری «فناوری نانو» تولید می‌شوند، به‌دلیل مقاومت مطلوب، وزن سبک، مقاومت در برابر تغییرات آب‌وهوایی، نیازهای موجود در سفینه‌های فضایی، راکت‌ها، ایستگاه‌های فضایی و هواپیماهای فوق سریع را تأمین می‌نمایند. همچنین «فناوری نانو» امکان تولید سیستم‌ها و تجهیزات فضایی فوق کوچک را به همراه تولید حسگرهای متراکم و به هم پیوسته و هوشمند، کاوشگران کوچک و فضاپیماهای بسیار کوچک را فراهم می‌آورد. زمینه‌های کاربردی فناوری یاد شده در این بخش عبارتند از:
- هواپیماهای سوپرسونیک که تولید آنها ار نظر اقتصادی مقرون‌به‌صرفه است.
- سیستم‌های پردازشگر پیشرفته برای استفاده در سفینه‌های فضایی خودکار
- سیستم‌های الکترونیکی پیشرفته هواپیما
محیط‌زیست و انرژی
فناوری نانو به شکل بالقوه باعث کاهش مصرف سوخت و اثرات آن بر محیط‌زیست خواهد شد. به‌عنوان‌مثال، حسگرهای تولید شده با استفاده از «فناوری نانو»، را می‌توان برای آشکارنمودن آلاینده‌های خودرو و یافتن هرگونه آلوده‌کننده استفاده کرد. سایر موارد کاربردی عبارتند از:
- تولید مواد خاصی که با استفاده از فناوری «نانو» تقویت شده و آنها را می‌توان جایگزین اجزای فلزی خودروها کرد که در صورت جایگزینی و استفاده از اینگونه مواد سبک، میزان آلاینده‌های Co2 سالانه بیش از 50 میلیارد تن کاهش می‌یابد.
- جایگزینی کربن مشکی در تایرهای خودرو با مواد خاصی که امکان تولید آن توسط فناوری فناوری نانو از پلیمرها و خاک رس غیر ارگانیکی فراهم می‌آید و باعث می‌شود روکش تایر مقاوم‌تر و از نظر زیست‌محیطی نیز فاقد آلودگی باشند.
- تولید مواد خاصی که از آنها می‌توان به عنوان «اسفنج‌های هیدروژنی» در سلول‌های سوختی خودرو استفاده نمود.
«فناوری نانو» Nanotechnology)) نوعی فناوری مربوط به ساخت تجهیزات و مواد در سطح اتم و مولکول و بهره‌برداری از خصوصیات و ویژگی‌های خاص مواد در این سطح می‌باشد. کلمه «نانو تکنولوژی» از واژه «نانومتر» (Nanometer) واحد اندازه‌گیری که معرف یک میلیارد‌م متر، تقریباً ده برابر اندازه یک اتم مشتق شده، می‌باشد. «فناوری نانو» عموماً کارهایی را در بر می‌گیرد که در مقیاسی بین 1/0 الی 100 نانومتر انجام شده، ویژگی‌های رفتاری اشیاء در این سطح بدیع بوده و با ویژگی مواد ساخته شده در مقیاس بزرگ قابل مقایسه نمی‌با‌شد.
«فناوری نانو» دربرگیرنده کنترل مستقیم اتم‌ها و مولکول‌ها می‌باشد. در کل، این فناوری شامل سه مرحله می‌باشد:
- طراحی مهندسی ساختارها در سطح اتم
- سرهم کردن اینگونه ساختارها وتبدیل آنها به مواد جدید با ساختار نانو (Nanostructure) با خصوصیات ویژه
- سرهم کردن اینگونه مواد و تبدیل آنها به ابزارهای مفید.
دو رویکرد کلی برای تولید ابزارها و مواد با مقیاس نانو وجود دارد. نخستین رویکرد استفاده از این ویژگی‌ها ذرات نانو در ساختارهای موجود و دارای مقیاسیهای بزرگتر با استفاده از برخی تکنیک‌ها همچون Scanning tunneling یا (atomic-force microscopy ) یا انواع مختلف لیتوگرافی می‌باشد. که این فرآیند هم اکنون در تولید چیپ‌های رایانه مورد استفاده قرار می‌گیرد و ذره‌های نانوسایز و مدارهای الکترونیکی یکپارچه از جمله موادی است که با استفاده از این رویکرد تولید می‌شوند. گاهی اوقات از آن به‌عنوان رویکرد بالا به پایین «Top-down» یاد می‌شود. دومین و انقلابی‌ترین رویکرد، رویکرد پایین به بالا «bottom-up» است. یعنی ساخت مواد از خود اتم‌ها و مولکول‌ها. ترانزیستور «تک الکترون»، یکی از پیشرفت‌های شگرف اخیر ناشی از کاربرد تکنیک «bottom-up» می‌باشد.
هرچند پژوهشگران هم اکنون قادر به ساخت ساختارهای تک مولکولی در آزمایشگاه هستند، اما هنوز نتوانستند شیوه‌ای ارزان (که از نظر تجاری مناسب باشد) برای تولید انبوه آنها بیابند. شاید رویه‌ای تحت عنوان «Self-assembly» پاسخی مناسب به این مشکل باشد. شاید با استفاده ازدانش شیمی بتوان در موقعیتی قرار گرفت که در صورت استفاده از برخی توانایی‌های مولکول‌ها، امکان مرتب کردن آنها و ایجاد ساختارهای پیچیده و ترکیبی فراهم آید.
اثرات «فناوری نانو» بر حمل‌ونقل
در چند سال گذشته، «فناوری نانو» در محصولات زیادی از جمله مقاومت‌های مغناطیسی چند لایه برای استفاده در بخش حافظه رایانه، Coating با ساختار «نانو» برای ذخیره اطلاعات خام ودر صنعت عکسبرداری مورد استفاده قرار گرفته است. «ذرات نانویی» همچنین برای استفاده در تجهیزات پزشکی و سیستم چاپگرهای رنگی و مواد فلزی با ساختار نانو مورد استفاده قرار گرفته است. «فناوری نانو» تقریباً در تمامی فناوری‌ها و حوزه‌های مرتبط، انقلابی را ایجادکرده و همچنین اثرات بسیار مهمی را در بخش حمل‌ونقل به‌همراه خواهد داشت.
مزایای بالقوه فناوری نانو در حوزه حمل‌ونقل گسترده و فراگیر می‌باشد. به‌عنوان مثال می‌توان به موارد زیر اشاره نمود: تولید خودروهای سبکتر با مصرف سوخت کمتر با استفاده از موادی که با بهره‌گیری از این فناوری تولید می‌شوند. احداث پل‌هایی که دچار فرسایش نمی‌شوند و جاده‌هایی که به تعمیر و نگهداری نیاز ندارند، تله‌های کوچک که در خودروها برای حذف آلودگی ناشی از احتراق سوخت تعبیه می‌شوند و سفینه‌های فضایی رباط‌گونه با تنها چند کیلوگرم وزن که قادرند در منظومه شمسی به اکتشاف بپردازند و...
«فناوری نانو» در زمینه‌های زیر به شکل بالقوه برای حمل‌ونقل دارای کاربرد خواهد بود.
فناوری اطلاع‌رسانی
با تجهیزات الکترونیکی مولکولی، یک تراشه رایانه‌ای، به تنهایی می‌تواند میلیاردها ترانزیستور، بسیار کوچک را در خود نگاه دارد. استفاده‌های ویژه در حوزه حمل‌ونقل عبارتند از:
- خودروهای بدون راننده برای مصارف غیرنظامی یا نظامی
- ارتباطات پیشرفته که مزایای سیستم‌های هوشمند حمل‌ونقل را به حداکثر افزایش می‌دهند و مجموعه نیازهای سفر را تأمین می‌کنند.
- حسگرهای پیشرفته که مدام وضعیت و عملکرد زیرساخت، خودروها و اداره کنندگان را به تصویر می‌کشد.
مواد و مصالح
«فناوری نانو» موادی را برای مصارف حمل‌ونقلی تولید خواهد کرد که سبکتر، قوی‌تر و در نهایت قابل برنامه‌‌ریزی بوده و به دلیل عمر طولانی سرویس‌دهی و کاهش میزان خرابی اینگونه مواد، هزینه‌هایش کاهش می‌یابند. از مجموع کاربردهای اصلی فناوری نانو در این بخش می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
- سطوح فلزی با روکش نانویی برای دستیابی به حداکثر مقاومت، حداقل اصطکاک و حفاظت مطلوب مواد در برابر خوردگی و فرسایش
- مواد مناسب برای زیرساخت‌ها و خودروها
- مواد هوشمند که ضمن بررسی و درک وضعیت خود و برآورد میزان سالم بودن، در صورت نیاز، تعمیرات لازم را به‌عمل می‌آورند.
همزمان باید به مواد «Self-heathing» (قابلیتی که مواد در صورتی خرابی به خودی خود درست می‌شوند)، مواد ضد حریق در خودروها و هواپیماها اشاره نمود.
دانش هوانوردی و فضا
مواد جدیدی که با استفاده از فناوری «فناوری نانو» تولید می‌شوند، به‌دلیل مقاومت مطلوب، وزن سبک، مقاومت در برابر تغییرات آب‌وهوایی، نیازهای موجود در سفینه‌های فضایی، راکت‌ها، ایستگاه‌های فضایی و هواپیماهای فوق سریع را تأمین می‌نمایند. همچنین «فناوری نانو» امکان تولید سیستم‌ها و تجهیزات فضایی فوق کوچک را به همراه تولید حسگرهای متراکم و به هم پیوسته و هوشمند، کاوشگران کوچک و فضاپیماهای بسیار کوچک را فراهم می‌آورد. زمینه‌های کاربردی فناوری یاد شده در این بخش عبارتند از:
- هواپیماهای سوپرسونیک که تولید آنها ار نظر اقتصادی مقرون‌به‌صرفه است.
- سیستم‌های پردازشگر پیشرفته برای استفاده در سفینه‌های فضایی خودکار
- سیستم‌های الکترونیکی پیشرفته هواپیما
محیط‌زیست و انرژی
فناوری نانو به شکل بالقوه باعث کاهش مصرف سوخت و اثرات آن بر محیط‌زیست خواهد شد. به‌عنوان‌مثال، حسگرهای تولید شده با استفاده از «فناوری نانو»، را می‌توان برای آشکارنمودن آلاینده‌های خودرو و یافتن هرگونه آلوده‌کننده استفاده کرد. سایر موارد کاربردی عبارتند از:
- تولید مواد خاصی که با استفاده از فناوری «نانو» تقویت شده و آنها را می‌توان جایگزین اجزای فلزی خودروها کرد که در صورت جایگزینی و استفاده از اینگونه مواد سبک، میزان آلاینده‌های Co2 سالانه بیش از 50 میلیارد تن کاهش می‌یابد.
- جایگزینی کربن مشکی در تایرهای خودرو با مواد خاصی که امکان تولید آن توسط فناوری فناوری نانو از پلیمرها و خاک رس غیر ارگانیکی فراهم می‌آید و باعث می‌شود روکش تایر مقاوم‌تر و از نظر زیست‌محیطی نیز فاقد آلودگی باشند.
- تولید مواد خاصی که از آنها می‌توان به عنوان «اسفنج‌های هیدروژنی» در سلول‌های سوختی خودرو استفاده نمود.
افراد مقاله : بهشته سهرابی نظری (نویسنده مسئول)
