شيميكاربرد نانوتكنولوژي در

شيميمنشورك

حسیي شیخهحود سردبیر:

هحودببقر ،هحود غیبی، :مكاران ايه شمارهه

فتح یبفريد ريحبی

هحوداهیي صببری: و طراحی جلد صفحه آرايی

زیهداش آ 4ر از بسیج هقبهت بحی تشنبب

ـــــــــــــــــــــــــــــــــــــ

بیي -س را هحسي مبشبی -هشدآدرس:

پبيگب ػلوی اهبم سجبد -4 2مبشبی هحسي

44پالك -)ع(

5252345تلفه:

ـــــــــــــــــــــــــــــــــــــ

www.manshur.tk وب سايت:

info@manshur.tk پست الكتروویک:

فهرست مطالب

1/ الرف ح

MEMS NANO /2

3/ مبربرد بتنلشی در شیوی

اولحرف

ربم بشر هشب

ذرات ب بم خبلق

بد را آفريدب بم آى م از ببد،

ايي است م اهرز بشر بب ادخت ای از داش خدادادی از موتريي ب بیشتريي ب را خلق هی مد،یست ب

ست غیر هوني هوني هی وبيد.را

کوتاه از شیمی:

صفح ای پبسخ گی گستردگی ايي ػرص 10،يل صفح ای يب حتی شبيد تؼريفی يل جول ای،دجول ای

ػلوی ببشد لی ببيد داست م در ايي ػلن بحث بر سر ذر بیبد است از ايي رست م بسیبری شیوی را

هبدر ػلم هی داد.اویت شیوی قطؼب ب يل سری تحقیقبت ظري ب آزهبيشبت يب حتی صبيغ

ب هحدد وی شد بلن ريش ی تهد اصلی آى را هی تاى در اثببت حقیقت ػبديت پرردگبر فبری

جيب شد؛جبيی م بب ديدى قدرت شودی مچنتريي ب ب گش ای از قدرت بسرگتريي پی برد هی

شد

هبد:ػلین،حنین،قبدر،هدبر ...را بب سلل سلل خد لوس هی مین. صفت بيی

ايي ػلن ب ػلت قدرت ريسمبی بسیبری م در آى است دارای ارتببطی هسقین تگبتگ بب ػلن ب هی

ببشد،ب حی م اگر تئری جد ر يل از ايي د دارای خدش ای رچد مچل گردد سبختبر ظبم

بب هشنل هاج خاد شد. می

خاستبر آین م بتاین در سبي ی حرمت ب سی بسرگتريي هقصد سبير اداف را یس دارا شين.

.اهید است ايي هشرك شوب را در راستبی رسیدى ب ايي دف شوب را يبری وبيد

:نانو علم و مکانیکی میکروالکترونیک تفاوت

ػلن ک تاشیذ کشد تشخسد سؤال ایي ت حال ت تا شایذ دس اا تحقیقاات گاا

MEMS ))–MECANICAL ELECTRONIC MICRO تااا تفااات چاا

SYSTEM –قاذس ایاي فاسی صؼت لحاظ اص ا آى کاستشدای چشا داسد،یا تا

صست ت ا آى کاستشدای ا یظگ اص تگزاسیذ است؟اتتذا ضدیک ن جذاگاا

وایین؟ تیاى سا ػلو وضاد د ایي شثاات اختالفات سپس کشد صحثت

تپشداصین صحثت ت گ ایي تایذ هکایک هیکشالکتشیک ای سیستن تیاى دس

01-6 اتؼااد دس الکتشیک هکایک اتضاسای هاد ساخت دس ػلن ایي ک تا

ػلان سا ا آى فیضیک شاخت ک ا سیستن ایي.صذ ه دست پظش تحقیق

ایاي اصل کاس.شد ه تشکیل هکایک الکتشیک قسوت د اص کین ه تلق

اای شای ت هاد ساخت تکیک کوپیتشی ایIC ساخت جت ا سیستن

ساشی یاک داسای ا سیستن ایي.است هذسى اسات تکلاطیک اای پایا کا

.پشداخت خاین ا آى تیاى ت هختصشا

:ها کننده فعال و سنسورها .1

ساتذ اا سیساتن ایي دس گزاس تاثیش هاد تشیي هن جول اص هقل د ایي کا

دس صیاادی فر خد کچک تسیاس یضیک ی اذاص تخاطش MEMS سسسای

فیضیک حالت هحیط سی کن تغییش خاطش ت ا کذ داسذ؛فؼال ا سیستن

.هفیذذ خد

:سیلیکونی پلی ی کننده تشدید های مبدل .2

ػاهال تساط MEMS ای سیستن دس ساصی فشآیذ ع تشذیذ پلا ای الیا

طسی ت شد ه اجام سیلیکى ػاهال ایاي کا یاک ی تسایل اص آصاد پشتا

تاػا شاذ ه ساطغ سیستن جشیاى هسیش دس ک سیلیک پل ای الکتشى

.شذ ه ا سیستن ػولکشدی تشذیذ

:باال بعد نسبت با الکتروستاتیکی های کننده تشدید .3

هاذ یض ا کذ تشذیذ ایي کااستشد MEMSاای سیساتن دس قثال ی وا

دس.گاشدد ها تشاکیل فتى اشطی پش هثغ یک تسط طسیک ت داسذ فشاا

الکتشساتاتیک اجاضای اها ستذ ثاتت داخل ساختاسای ا کذ تشذیذ ایي

ساثت هتحاش الکتشساتاتیک ای اگشت ت هسم اطشاف اػوااال لتااط تا

کاذ ه لتاط اػوال فتى هثغ لتاط اػوال اثش تش و ایي دس.پزیشذ اکش

جشیااى سااصد ها اسد الکتشساتاتیک ای اگشت ت سا اشطی پش ای فتى

.هیوایذ تشذیذ سا سیستن

:دقیق مهندسی های دنده و مغناطیسی میکرو موتورهای .5و 4

هشتا فا تسایاس ػاهال د ایاي ک گفت تایذ 45هاسد ی تاس دس ػلان تا

ایاي هضاػیت تاا استثاا ػاذم خااطش ت شد ه جاهذات هکایک هذس

.کین ه ظش صشف آى کشدى تاص اص تخش

گفت تایذ MEMS سیستن کاستشدای ی تاس دس هاشایي صاؼت دس اا آى کا

. داساذ فشااا کاستشدای ا هاشیي هیکش اتهتیل کاهپیتشی ای اص کا

:کشد اشاس صیش هاسد ت تاى ه جول آى

سخت،فشااس تضسیاق خالء،فشااس هتس،فشاس سغي فشاس دس فشاس سسسای 0

... تک تایش،ایش سیال،فشاس اتقال

کوشتاذ قفل یا تک ایش ت هجض ای اتهتیل تشای MEMS ای سج شتاب 2

ا صذل

ا دهای یخ سغي،ضذ وایش تشای MEMSحشاست سسسای 3

ساصی اتهتیل صؼت دس اتهاتیک اتضاسی ای سیستن 4

نانو؟؟؟ علم اما و

اذاسم سا ػلان ایاي هجذد تششیح قصذ هقال ایي دس آى اص کچاک تؼشیفا تا

.پشداصین ه MEMS تا آى ای تفات اص تخش تیاى ت الثت کین ه تسذ

سشاذ جات دس ػلان آى اص اساتفاد 01-9 اتؼااد دس هااد شااخت :ا ػلن

ا اتن هلکل اتؼاد دس شیویای فیضیک تغییشات هظس ت ک است پیششفت

ه تقسین صیش ی دست د ت ػلن ایي.است هاد دس تیادیي تغییشات تیج دس

.گشدد

ا ستات ا ا تات ا ا ػلن

ا فاسی تک ا

تضیحات سایش ت تج تا حال د ایاي تفاات فاشدی اای داسات ی شااخ

چیست؟ صؼت ػلو

واییذ هشاجؼ 1 ی شواس هشس ت تش کاهل اطالػات کسة تشای

WWW.MANSHUR.TK منشور 3

و الكترونانوكاربرد شيمي تجزيه ايتكنولوژي در شيمي

:مقدمه

و هميشـگي بـه فرآينـدهاي امروزه بشر نمي تواند با داشتن ديدي ثابت

ــان مرزهــاي دانــش را گســترش ــوژيكي همچن و بيول طبيعي،شــيميايي

و دهد،بلكه نياز به ديد از زواياي مختلف ودر ابعـاد مختلـف جهـت رشـد

و وسيع مثل نقشـه.پيشرفت بشر كامال حس مي گردد نگاه از ابعاد بزرگ

و غير و كشور ها توسط ماهواره ه اطالعاتي مي دهد كـه برداري از شهرها

.با ديد طبيعي غير قابل حصول مي باشد

و فرآينـدهاي شـيميايي بيولـوژيكي از ديــد از طرفـي نگـاه بـه طبيعــت

و نانو متري يعني در ابعاد اتمي اطالعاتي به دست مي دهد كـه ميكروني

و مسير حركتي آن و راز آن پديده پي برد بسيار راحت تر مي توان به رمز

و نظر هاي شخصي را در آن اعمال نمودرا مشخص آن چـه.و خواسته ها

و كنتـرل كه امروز تحت عنوان نانو تكنولوژي مطـرح اسـت آشـنا شـدن

و آنگسـترومي مـي باشـد كـه كردن بسياري از پديده ها در ابعـاد اتمـي

و نتايجي بس شگفت انگيز است .مسيري مشكل با آينده اي روشن

ــاخت ــر در س ــرفت اخي ــاي Carbon nanotubesپيش ــپس ه ،چي

و و قبارهـاي nanomachinesكامپيوتري،موتورهاي بيو مولكولي ،گرد

و ديگـر مـوارد هوشمند،سنسنورهاي با ابعاد باكتري،فيلترهاي ميكرونـي

و تحـــــول در علـــــوم مختلـــــف از جملـــــه موجبـــــات تغييـــــر

و ديگر علوم را كامپيوتر،الكترونيك،هوافضا،بيوشيمي،محيط زيست،شيمي

و با حضـور.رده استفراهم آو در اين زمينه،علم شيمي نيز بي بهره نبوده

و الكترودهايي با ابعاد نانومتر امكان بررسي روش هاي ميكروسكوپي

و غيـر فلـزي ميسـر شـده و شناسايي بسياري از سـطوح فلـزي ساختار

و.است در اين مقاله به بررسي روش هاي مختلف آناليز در سطح شـيمي

و كاربردهاي آن ها مشخص مي گرددالكتروشيمي پردا .خته

نانو تكنولوژ عرصه اي است كه امروزه بيش از پـيش اهميـت آن نمـودار

ر اكثر علـوم اسـتفاده از نـانو.شده است و ي علمي در واقع در هر زمينه

آ و پيشرفت در ي علمي شده« تكنولوژي به نحوي موجبات توسعه زمينه

اي.است ي علمي بسيار گسـترده در الكترو شيمي تجزيه كه خود زمينه

و تحـولي دو چنـدان پيـدا كـرده اي مي باشد،با حضور علـم نـانو تغييـر

آن چه در الكتروشيمي تجزيه اي مهم است اطالعات پيرامون سطح.است

و ساير سطوح مورد نظر مي باشد هرگونـه غيـر.الكترودها،سطح نمونه ها

ــ ايج آزمايشــات مــي يكنــواختي در ســطوح ســبب تكــرار پــذيري در نت

همچنين بسياري از برهم كنش هاي زندگي روزمره در گرو خـواص.شود

يا.سطوح بر هم كنش مي باشد اطالعات پيرامون خوردگي سطوح،شكست

ساييدگي سطوح،غير يكنواختي سطوح،سناخت اجزاي موجود در سـطوح

ي فرايندها بسـيار ضـروري ي اكسيراسيون آن ها جهت مطالعه و درچه

شدمي با

و در روش اين اطالعات مهم با حضور نانو فناوري قابل دست يـابي بـوده

و بهبـود يافتـه هاي مختلف ميكروسـكوپي جهـت آنـاليز سطوح،توسـعه

اين روش قادر به آناليز سطح در ابعاد اتمي مي باشند كه از پيشـرفت.اند

ي شناخت سطوح مي باشد از جمله اين روش هـا.هاي شگرف در زمينه

:به روش هاي مي توان

1-AFM (Atomic Force Microscopy)

2-STM (Scaning Tunneling Microscopy)

3-SEM (Scaning Electron Microscopy)

4-SECM (Scaning Electro Chemical Microscopy)

5-NFOM (Near Field Optical Microscopy)

6-XPS (X-Ray Photoelcton Spectroscopy)

.و ديگر روش ها روشها اشاره نمود كه در اين بخش معرفي مي گردند

:تئوري

4منشورجوان نانوپژوهشگرانمؤسسه

بسيار ياز واكنش هاي شيميايي در سطح جامدات اتفاق مي افتد كه از آن

و ديگر واكنش ها جمله مي توان به واكنش هاي كاتاليزوري،الكتروشيمي

تر فهم.اشاره نمود و علم بيش بيش تر اين واكنش ها نياز به فهم بيش تر

و تركيب سطوح دارد روش هاي آناليز سطح به دو دسته.پيرامون ساختار

:ي كلي تقسيم مي گردند

روش هايي كه براي آناليز عنصري سطوح به كار مي روند كـه-1

و اجزاي سطوح در واقع اين روش ها اطالعاتي راجع به ساختار

.دهند به ما مي

در-2 و روش هايي كه براي تصويربرداري سطوح به كار مي روند

و واقع اين روش ها نقشه اي از ميزان هموار بودن يا ناهمواري

تعدادي از اين روش هـا. غيريكنواختي در سطوح را مي دهند

كه در علم شيمي از عمده روش هاي تجزيه سطح مي باشـند

.معرفي مي گردند

شيمي ملكولي

ت ا به حال هوا را داخل سرنگي محبوس كرده ايد تا آنرا تحت فشار قرار آيا

دهيد؟

چه اتفاقي مي افتد وقتي پيستون سرنگ را فشار مي دهيد؟

هوا چگونه متراكم مي شود چگونه در يك فضاي كوچكتر جا مي گيرد؟

علت تـراكم. يك تكه اسفنج را مي توان در فضاي كوچكتري متراكم كرد

را.ت كه در آن سوراخهاي ريزي وجود دارداسفنج اين اس وقتـي اسـفنج

و مـاده جامـد فشار مي دهيم هواي داخل اين سوراخها خارج مـي شـود

درست مثل زماني كه يـك تكـه اسـفنج. اسفنج به هم نزديكتر مي گردد

و اسفنج متـراكم خيس را فشار مي دهيد، آب از سوراخهاي اسفنج خارج

ا»بويل«. مي شود مـيالدي مقـداري 1662نگليسـي در سـال، دانشـمند

. را در يك لوله شيشه اي پنج متري ريخت-كه فلزي مايع است-جيوه

.و يك سمت آن مسدود بـودUاين لوله خميده به شكل حرف انگليسي

بويل مشاهده كرد كه با افزودن جيوه هواي به دام افتـاده در سـمتي كـه

ا و فضاي كمتري بويل نتيجه. شغال مي كندبسته ست، متراكم مي شود

گرفت كه هوا بايد از ذرات بسيار كوچك، يعني اتم هاي ريز، تشكيل شده

وقتـي هـوا. ميان اتم ها فضايي است كه در آن هـيچ چيـز نيسـت. باشد

در. متراكم مي شود، اتم ها به هم نزديكتر مي شوند بويل همان سال هـا

شـيميدانها بايـد. كـرد عنصرها را بايد با آزمـايش كشـف«:كتابي نوشت

بكوشند تا هر چيزي را به مواد ساده تر تجزيه كنند، آن ماده يك عنصـر

».است

30دانشمندان بر مبناي اين توصيه بويل، تا اواخر قـرن هجـدهم حـدود

و مواد مركـب زيـادي را كـه از ايـن عناصـر عنصر گوناگون كشف كردند

د مركب بررسي شـده تـا بسياري از موا. ساخته شده بود را بررسي كردند

و هركدام بـيش از چنـد آن زمان از ملكول هاي ساده ساخته شده بودند

و گفته. اتم نداشتند كافي بود فهرستي از انواع گوناگون اتم ها تهيه شده

در.شود كه در هـر مـاده مركـب از هـر نـوع اتـم چنـد عـدد وجـود دارد

)شمسي 1203(ميالدي 1824سال

ي دو ماده"ريخ وهلرفرد"و"يوستون ليبينگ" ،شيميدانان آلماني در باره

.ي مركب متفاوت تحقيق مي كردند

و نشان داد ي مركب خود فرمولي بدست آورد هر يك از آن ها براي ماده

و از هر عنصر چند اتـم وجـود دارد وقتـي آن هـا.كه در آن چه عناصري

فرمـول نتايج ار خود را اعالم كردنـد،معلوم شـد كـه هـر دو مـاده داراي

و از خر جهـت.يكساني هستند با اين كه اين دو ماده با هم متفاوت بودند

خواص گوناگوني داشتند،مولكول هاي آن هـا از عناصـر يكسـان تشـكيل

و حتي عده اتم هاي هر عنصر هر دو ماده يكسان بود به اين ترتيب.شده

مشخص شد كه تنها جمع كردن عـده اتـم هـاي موجـود در يـك كـافي

بنـابراين،آرايش متفـاوت.اتم ها بايد آرايش ويژه اي داشته باشندو.نيست

و خواص مواد با هم فرق خواهند داشت .سبب تفاوت مولكول ها مي شود

و هم اتم ها به قدري كوچـك هسـتند با توجه به اين كه هم مولكول ها

كه ديده نمي شوند،شيميدانان چگونه مي توانند نوع آرايش اتم هـا را در

كول ها بيابند؟مول

او مولكـول.انگليسي برداشـت"ادوارد فرانكلند"نخستين گام را در اين راه،

و دريافـت كـه اتـم يـك نـوع هاي آلي را با برخي از فلزات تركيب كـرد

او.فلز،هميشه با تعداد مشخصي از مولكول هـاي آلـي تركيـب مـي شـود

و ظرفيت خاصي براي تركيب بـا عناصـر نتيجه گرفت كه هر اتم توانايي

را.ردديگر دا به.گذاشتواالنساو اسم اين خصلت واالنس كلمه اي التين

WWW.MANSHUR.TK منشور 5

ظرفيـت هيـدروژن يـك:براي مثال وقتـي ميگـوييم.معناي ظرفيت است

.است،يعني اتم خيدروژن تنها با يك اتم ديگر مي تواند تركيب شود

و كربن چهار است .ظرفيت اكسيژن دو ،نيتروژن سه

پيونــدهاي مــيالدي 1858اســكاتلندي نيــز در ســال"اســكات كــوپر"

با.را مطرح كرد شيميايي بـه"پيونـد"يا"قالب"او معتقد بود كه اتم ها

يكــديگر متصــل مــي شــوند وم مولكــول هــاي مختلــف را تشــكيل مــي

ي واالنس يـا ظرفيـت خـود مـي.دهند ي او،هر اتم به اندازه طبق نظريه

ن پيشـنهاد همچنـي كـوپر همچنـين.تواند با اتم هاي ديگر پيونـد بدهـد

و تعـداد پيونـدهايي كـه پيشنهاد كرد كه اتم ها را با توجه به ظرفيتشان

:ميتوانند با ساير اتمها داشته باشند، به صورت ذيل نمايش دهند

ان اتـم هـا، بـه به اين ترتيب مي توانيم ملكول ها را با رسم پيوندهاي مي

:شكل زير نشان دهيم

و استفاده از روش فوق براي نشان دادن ساختمان مولكول هـاي كوچـك

و مـواد. غير آلي، به راحتي مقدور بود اما در مورد ملكلـول هـاي بزرگتـر

از اينرو. مركب آلي، مشكالتي وجود داشت كه گاه باعث گمراهي مي شد

تالش كرد تا مشكل ظرفيت را در مورد مواد مركب آلي برطـرف» گلوله«

كه هـر اتـم كـربن با توجه به اين مسأله» فردريش آگوست ككوله«. كند

ظرفيت اتصال به چهار اتم ديگر را دارد، توانست مسايل مربوط به تعـداد

كه ساختمان آنها تا آن زمـان معمـا بـه نظـر مـي–زيادي از ملكول ها

.را حل كند-رسيد

و همچنـين توضـيح امروزه نيز از همين مدل براي نشان دادن ملكول ها

.خواص آنها استفاده مي شود

و خـواص آن اما شي مي دان ها چگونه مي تواننـد بـين سـاختار ملكـول

ارتباط برقرار كنند؟

و داراي چـه مواد مختلف بسته به اين كه از چه عناصر تشكيل شده انـد

.آرايش هستند، خواص مختلفي دارند

براي مثال موادي كه خاصيت اسيدي از خود نشان مي دهند در سـاختار

و آن اتـم ملكولي خود اتم هيدروژني دار ند كه به كسـيژن متصـل اسـت

و حـال. پيونـد دارد ... اكسيژن هم با يك عنصر نافلز مانند گوگرد، فسفر

. قـرار گيـرد ... اگر به جاي اتم نافلز، يك اتم فلز مانند سديم، كلسـيم يـا

.خواهد داشت» خاصيت قليايي«،»خصلت اسيدي«تركيب به جاي

و ملكول هاي بزرگ، خواص تركيب به عوامل متعددي بستگي در داروها

در نانوفناوري كه هدف ساختن ملكولي جديـد بـا رفتـاري خـواص. دارد

است، يك دانشمند شيمي ملكولي با استفاده از تخصص خود، آرايشـي از

از. مورد نظر ما را داشـته باشـد خواصيت اتم ها را پيشنهاد مي كند كه

ما روي كاغذ رسم مي كنيم سوي ديگر بايد بدانيم مولكول ها صرفا آنچه

و فضا اشغال مي كنند. نيستند .مولكول ها داراي بعد هستند

در حـال.يك ملكول در فضا آرايشهاي مختلفي را مي تواند اختيـار كنـد

و بـه كمـك رايانـه مـي تـوان حاضر با استفاده از يك سري فنون خاص

و چگونگي قرار گرفتن اتـم هـا را آرايش هاي مختلف را پيش بيني كرده

همچنين مي توان حدس زد كه هـر آرايـش.در كنار يكديگر بررسي كرد

ي اطالعاتي.مولكولي چه خواصي را موجب مي شود اين كار نيز به واسطه

ي سـاختارهاي مختلـف كه يـك دانشـمند شـيمي مولكـولي از مطالعـه

.مولكول ها بدست آورده است امكان پذير مي باشد

و روش هاي شاخه اي از نانو فناوري كه با بهره گيري از شيمي مولكولي

و مكانيك كوانتمي،آرايش هاي متنوع مولكـول هـا را محاسباتي فيزيكي

.بررسي مي كند نانو فناوري محاسباتي مي گويند

تاثير فناوري نانو بر آموزش شيمي جهان

:2006مروري بر همايش آموزش شيمي در سال

در شاهد برگزاري 2006ماه آگوست سال دو كنفـرانس آمـوزش شـيمي

ي جنوبي بود،نـوزدهمين كنفـرانس بـين االمللـي آمـوزش و كره آمريكا

و كـاربردي(شيمي آيوپاك ،در شـهر)انجمن بين المللـي شـيمي محـض

و نـوزدهمين كنفـرانس دو سـاالنه آمـوزش شـيمي سئول برگزلر گرديد

و ابتـ ACSآمريكا كه با حمايت انجمن شيمي آمريكـا داي اواخـر جـوالي

.آگوست امسال برگزار شد

بخش قابل توجهي از مقاالت ارائه شده در اين دو كنفـرانس بـه آمـوزش

.مفاهيم نانو اختصاص داشت

6منشورجوان نانوپژوهشگرانمؤسسه

:مقاالت نانويي ارائه شده در همايش هاي آموزش شيمي

از يك سو توجه به اين ضرورت بسيار مهم كه حركت بنيادين براي رشـد

ي پايدار در هر يك از درو توسعه و فناوري و كالن علم زمينه هاي نوين

و آشنايي ريشه اي دانـش آمـوزان بـا مباحـث دنيا،نياز به فرهنگ سازي

و فناوري نانو كه باعث شـده نوين دارد،و از سوي ديگر ويژگي هاي علوم

ي خـوبي بـراي تحـول در روش هـاي آموزشـي نيـز فـراهم است بهانـه

و شـيمي را بـه آورده،آموزشگران علوم به خصـوص آموزشـگر ان فيزيـك

و پژوهش در آموزش نانو ترغيب كرده است تا بـا آشـنا سـاختن تحقيق

ي دانش آموزان با فناوري نانو باعث باال رفتن سواد علمي آن ها در زمينه

و علوم مواد در سطح مولكولي شوند .فيزيك،شيمي،زيست شناسي

آمـوزش شـيمي نگاهي به عناوين مقاالت ارائه شده در دو رويداد بـزرگ

اخير نشان مي دهد كه آموزشگران در حوزه هاي ذيل عالقه من به تلفيق

.آموزش نانو با آموزش شيمي هستند

سنجش ميزان آگاهي مردم از كاربرد شيمي در زندگي•

و لزوم توجـه آموزشـگران بـه جنبـه هـاي زيـس• شيمي سبز

محيطي فناوري هاي جديد مانند نانو

و ســواد درك دانــش آمــوزان از مفــا• هيم مــرتبط بــا مولكــول

(molecular literacy)مولكولي

شيمي محاسباتي با رويكرد كاربرد در نانو محاسبات•

مقاالت ايراني نانو در همايش بـين المللـي آمـوزش شـيمي

:آيواك

و جوانـان ايرانـي يـا باشگاه نانو كه متولي آشنا كردن دانش آموزان

و توليد محتواي آموزشي فارسي در اين حوزه اسـت،در فناوري نانو

و آموزشـگران شـيمي را بـه اولين گـام پروپـوزال سـمپوزيوم نـانو

كنفرانس دو ساالنه آموزش شيمي آمريكا كه توسط انجمن شـيمي

.برگزار گرديد،ارائه كرد(ACS)آمريكا

ي دوم سـال آغـاز83اين تيم آموزشي كه فعاليت خود را از نيمـه

ي دو مقا له در كنفـرانس آمـوزش شـيمي آيوپـاك كرده اند با ارائه

.شركت كردند

مقاالت ارائه شده توسط باشگاه نانو شامل موضـوعات زيـر بـود بـه

.صورت سخنراني ارائه شد

و دانش نانو مقياس• دليل توجه به آموزش مفاهيم فناوري نانو

مفاهيم نانو كه بايد مورد توجه آموزشگران شيمي قرار گيرد•

و دانش نانو مقياس بـه دانـش روش هاي آموزش فناوري• نانو

آموزان مقاطع دبيرستان

و-گزارشي از يـك دوره تابسـتاني آمـوزش نـانو• سرفصـل هـا

ابزارهاي آموزشي

نانو شيمي چيست؟

ميزان پذيرش دانشجو در سـال گذشـته در رشـته هـاي-1

و فناوري نانو چقر بوده است؟ مرتبط با علم

و فناوري نانو42در سال گذشته جمعا دانشجو در رشته هاي علوم

در مقطع كارشناسي ارشد در دانشگاه هاي صنعتي امير كبير،تربيت

و انرژي پذيرفته و پژوهشگاه مواد مدرس،صنعتي سهند تبريز،كاشان

ي فنـي.شده اند و دانشكده همچنين امسال دانشگاه صنعتي شريف

WWW.MANSHUR.TK منشور 7

دانشــگاه تهــران در مقطــع دكتــري در رشــته هــاي نــانو مواد،نــانو

و نانو شيمي اقدام به پذيرش الكترونيك،نانو بيو،نانو مهندسي شيمي

.دانشجو نموده اند

ي11شگاه اميركبير نيز بـا ظرفيـت دان ي رشـته نفر،ارائـه دهنـده

مهندسي شيمي با گرايش نـانو در مقطـع كارشناسـي ارشـد بـوده

ي نـانو پليمـر نيـز.است 8قابل ذكر است كه اين دانشگاه در رشته

.دانشجو جذب كرده است

و فناوري نانو با رويكرد-2 و منحصر به فرد علوم ويژگي مهم

شيمي چيست؟

اين علـم.براي شروع بهتر است تعريفي عام ار علم نانو داشته باشيم

و ورود به اين عرصه اجتناب ناپذير ي سوم مي باشد ي هزاره پديده

ي جديـدي.است در واقع اين زمينه را نمي توان بـه عنـوان رشـته

و فنون موجود در ي علوم معرفي كرد بلكه رويكردي جديد به كليه

.مقياس نانو است

و ما مي خواهيم از اين مقيـاس فن اوري نانو،علمي فرارشته اي است

ــي ــو محض،فنـ ــه علـ ــون از جملـ و فنـ ــوم ي علـ ــه ــه كليـ بـ

ــيم ــاه كن ــره نگ و غي ــكي،غذايي ــه.مهندسي،پزش ــايي ك از آن ج

ــازي ــبيه س ــل ش ــه دلي ــي ب ــائل اخالق و مس ــكالت،پيچيدگي مش

و حيوان در اين محدوده به وجود خواهد آمد،ضرورت انسان،گياه

همكاري علوم نظري از ديد مسائل حقوقي در اين فناوري ضروروي

.مي نمايد

و مهندسي شيمي به فناوري نانو نگاه كنيم،مي اگر از ديدگاه شيمي

و فنون به كار ي نانو شيمي تقريبا در تمامي علوم توان گفت رشته

ــي رود ــه.م ــي از جمل ــاي كختلف ــه ه ــر در زمين ــارت ديگ ــه عب ب

و بـه طـور كلـي سوخت،پليمر،رنگ و ساز،پوشـاك،دارو،غذا ،ساخت

و مهندسي شيمي مربوط مي شود،مي توان از هرآنچه كه به شيمي

و.مزاياي اين فناوري بهره جست ي علوم به طور كلي توجه به كليه

فناوري هاي موجود در مقياس براي دست يابي به فراورده هـاي بـا

و كميت بهتر به عبارتي ارزان تر،محكم و كـاراتر كيفيت تر،سـبكتر

.مي باشد

:گرايش هاي نانو شيمي-3

و مهندسـي شيمي،شـناخت علـم يكي از مشخصه هاي علم شيمي

و در و پژوهش و مهندسي مواد است كه در علوم محض،مطالعه مواد

از ديـدگاه شـيميدانان،گرايش.مهندسي،توليد انبوه مورد نظر اسـت

مي هــاي ايــن رشــته مــي توانــد همــان گــرايش هــاي شــي

و فيزيك باشد كه در مقياس نانو مطالعه و شيمي آلي،معدني،تجزيه

و بررسي مي گردد تا نتايج يافته هـاي جديـد خـود را بـراي انبـوه

از ديـدگاه.سازي در مورد خاص به مهندسـان مربوطـه ارائـه كننـد

و مهندسان شيمي،اين گرايش هـا بسـته بـه نـوع نيازهـاي جامعـه

مي تواند به طـور متفـاوت دسـته بنـدي توانايي برآوردن آن نيازها

در.شود در كشور ما همان طور كه اشاره شد،پتانسـيل هـاي خـوبي

و غيره وجود دارد و رنگ ي پليمر ي مطالعه .زمينه

ي اشتغال فارغ التحصيالن-4 :زمينه

و مراكز به دانشجويان فارغ التحصيل اين رشته مي توانند در صنايع

و توسـعه اي كـه فـارغ التحصـيالن خصوص در بخش هاي تحقيق

و مهندسي شيمي را مي پذيرند،مشغول به پژوهش ي شيمي رشته

.شوند

8منشورجوان نانوپژوهشگرانمؤسسه

فضاي بسياري هست آن پائين

متن حاضـر رونوشـتي از نطـق پروفسـور

در ريچارد فاينمن 1959دسـامبر29است كـه

در گردهمايي ساليانه انجمـن فيزيـك آمريكـا در

شد) Caltech(موسسه تكنولوژي كاليفرنيا ايراد

در مجله مهندسي 1960و نخستين بار در فوريه

.ر گرديدو دانش آن موسسه منتش

كنم فيزيكدانان تجربي غالبا بايد تصور مي

ــون ــي همچ ــه مردان ــوردن ب ــه خ ــال غبط در ح

به نظر) Kamerling Onnes( كمرلينگ اونز

اي همچون فيزيك دماهاي رسند، مردي كه زمينه

و پائين را كشف كرد؛ كه به نظر بي انتهـا آمـده

و پائين تر رفتمي چنـينپس. توان در آن پائين

و صـاحب نـوعي و پيشـگام بودنـد مرداني رهبر

پرسـي بـريجمن. انحصار در سرگذشت علم انـد

)Percy Bridgman(در ابـداع روشـي بـراي ،

بدست آوردن فشـارهاي بـاال، زمينـه ديگـري را

و از ابتدا مـا و توانست آنرا به عمل آورده گشود

پيـدايش بـاالترين. را در اين مسير به پيش بـرد

.ء نيز رويدادي از همين دست بودسطوح خال

اي را تشـريح كـنم، كـه كـار مايلم زمينـه

انـدكي در آن صــورت پذيرفتــه، امــا در اســاس،

اين رشته به هيچ وجـه. قابليت بسيار زيادي دارد

مانند ساير زمينـه هـايي نيسـت كـه بـا فيزيـك

مثال از ايـن بابـت كـه(بنيادي سروكاري ندارند

چه« ، بلكه بيشـتر شـبيه)»هستند؟ ذرات شگرف

توانـد فيزيك حالت جامد است كه به تعبيري مي

اطالعات زيادي درباره پديده هايي در اختيارمـان

. دهنـد قرار دهد كه در شـرايط پيچيـده رخ مـي

اي كه حائز اهميت است از اين قـرار وانگهي، نكته

و عملـي است كـه ايـن زمينـه كاربردهـاي فنـي

.بسياري خواهد داشت

آنچه قصد دارم درباره آن صـحبت كـنم

و كنترل اشياء عبارت است از مساله به كار گيري

به محض ذكـر ايـن مسـاله،. در مقياسي كوچك

افراد مسائلي از كوچك سـازي را بـرايم بـر مـي

و اينكه تا امروز چقـدر پيشـرفت داشـته شمارند

آنها بـا مـن دربـاره موتورهـاي الكتريكـي. است

كنند كـه بـه كـوچكي نـاخن انگشـتميصحبت

مي. كوچك هستند گويند كه دستگاهي در بـازارو

دعـاي(هست كـه بتـوان بـا آن دعـاي خداونـد

. را روي نوك سوزن نوشت) معروفي در مسيحيت

اما هنوز چيزي وجود نـدارد؛ ايـن قضـيه ابتـدايي

و نا مطمئن ترين بخـش مسـيري اسـت كـه ترين

اين دنيا به شكل. كنمقصد دارم درباره آن بحث

، 2000در سـال. سرگيجه آوري كوچـك اسـت

و به اين دوره نگاه كننـد، متعجـب وقتي به عقب

كسـي بـه طـور 1960خواهند شد كه چطور تـا

.جدي در اين جهت حركتي نكرده بود

جلد دايره المعـارف24چرا نتوانيم كل

بريتانيكا را بر سر يك سوزن بنويسيم؟. بيائيد ببينيم با چه چيزي سروكار داريـم

اگر. اينچ دارد16نوك يك سوزن قطري برابر با

برابر كنيد، مساحت نـوك سـوزن 25000آن را

ــارف ــره المع ــر مســاحت كــل صــفحات داي براب

لذا، تمـام آنچـه الزم اسـت. بريتانيكا خواهد شد

انجـام شـود ايـن اسـت كـه نوشـته هـاي دايــره

امـا آيـا. بار كـوچكتر كنـيم 25000المعارف را

ــدود ــم در ح ــه چش ــدرت تجزي ــان دارد؟ ق امك120

كه كمـابيش قطـر يكـي از نقـاط-اينچ است

و سفيد از دايـره المعـارف كوچك يك كپي سياه

80بار آنرا كوچك كنيد، هنوز 25000اگر. است

قطـر خواهـد) يك ده ميليارديوم متر(آنگستروم

ميكه در يك اتم معمو-داشت شود به پهنـاي لي

به عبارت ديگر، مساحت يكي از آن نقاط. اتم 32

پس انـدازه. اتم خواهد بود 1000كماكان محتوي

ميهر نقطه توان به سادگي بـا ژرف نگـاري اي را

و هيچ بحثي هم نيست كه جاي نوري تنظيم كرد

كافي براي قرار دادن تمام دايره المعارف بريتانيكا

.وجود داردروي نوك يك سوزن

وانگهي، اگر بشود آن را نوشت پس حتمـا

كه. قابل خواندن هم خواهد بود بيائيد تصور كنيم

اين نوشته ها به صورت حروف برجسته اي از فلز

هستند؛ يعني، هر جايي از دايره المعارف كه سـياه

است حرف برجسـته فلـزي داريـم كـه در واقـع

14000

حاال چه طور مـي.تاندازه معمولي آن اس

شود اين را خواند؟اگر چيزي داشته باشيم كه به اين صورت

تـوانيم آن را بـا اسـتفاده از نوشته شده باشد، مي

شـوند تكنيك هايي كـه امـروز هـم اسـتفاده مـي

(بخوانيم البته اگر واقعا روزي اين طـور بنويسـيم.

شـود، راه حل هاي بهتري براي خواندنش پيدا مي

اما براي اينكه به طور محافظه كارانه اي نظر شما

را نسبت به اين نكته جلب كـنم، همـان تكنيـك

گيـرم كـه امـروز هـم مـي هايي را در نظـر مـي

فلــز را در مــاده اي پالســتيكي تحــت .) شناســيم

و الگويي از آن درسـت مـي فشرده قرار مي دهيم

كنـيم، كنيم، بعد با دقـت پالسـتيك را جـدا مـي

ي اكسيد سيليسيم را به داخل پالسـتيكد] بخار[

دهيم تا يك فيلم نـازك بدسـت آيـد، رسوب مي

و حـرارت، طـال را سپس براي حفاظت آن از نور

در زاويه مقابل دي اكسيد سيليسيوم رسوب مـي

دهيم بطوريكه حروف بـه وضـوح نمايـان شـوند،

و بعـد بـا پالستيك را از فيلم نازك جدا مي كنيم

ميميكروسكوپ الكترو !كنيمني به آن نگاه

بـار 25000هيچ اشكالي ندارد اگـر آنـرا

و بـه شـكل حـروف برجسـته روي كوچك كنيم

آوريم، امروز خوانـدن آن برايمـان نوك سوزن در

عالوه بر ايـن، ايـرادي نـدارد از روي. ساده است

اصل آن كپي هم تهيه كنيم؛ فقط الزم است همان

و آنگـاه صفحه فلزي را در پالستيك فشرده كنيم

.يك كپي ديگر خواهيم داشت

چگونه كوچك مي نويسيم؟چه جـوري ايـن: سوال بعدي اين است كه

نويســيم؟ در حــال حاضــر هــيچ تكنيــك را مــي

امــا. اســتانداردي بــراي انجــام ايــن كــار نــداريم

بگذاريد اينطور بگويم كه بـه دشـواري آنچـه در

نيوهله اول به نظر مي توانيم عدسـيمي.سترسد

هاي ميكروسكوپ الكتروني را معكـوس كنـيم تـا

كننـد، درست همان طور كـه بـزرگ نمـايي مـي

از. كوچك نمايي هم بكننـد تابشـي از يونهـا كـه

ميان عدسيهاي وارونه ميكروسكوپ فرستاده مـي

مـي. توانند در يك نقطه متمركز شـوند شوند، مي

WWW.MANSHUR.TK منشور 9

يك توانيم با آن بنويسيم درست همان طور كه با

المـپ[پرتـو كاتـدي) اسيلوسكوپ(نوسان نماي

نويسـيم، يعنـي از در تلويزيون مـي] اشعه كاتدي

و داشـتن يـك طريق حركـت در ميـان خطـوط،

اي است اسباب تنظيم كه تعيين كننده ميزان ماده

پيمائيم، بـه كه قرار است، همچنانكه خطوط را مي

.جا گذاشته شود

ش به سبب محدوديت هاي احتماال اين رو

روش هـاي. بار فضايي، بسـيار كنـد خواهـد بـود

مـي. سريعتر ديگري هم وجـود خواهنـد داشـت

اي توانيم اول، شايد با يك فرآينـد نـوري، صـفحه

بسازيم كه حفره هايي به شـكل حـروف در خـود

بعد قوسي الكتريكـي را در پـس حفـره هـا. دارد

ـ و يونهاي فلـزي را از طري ق آن در تشكيل دهيم

شود دوباره از سـامانه جايي جمع كنيم؛ سپس مي

و تصوير كوچكي به شكل عدسي ها استفاده كرده

يونها ايجاد كرد كه فلز را روي سوزن به جاي مي

مي. گذارد تواند اين طـور باشـد يك روش مشابه

مي): گرچه مطمئن نيستم كار كند( و نور را گيريم

نـوري كـه بـه طـور از طريق يك ميكروسـكوپ

كنـد، آن را در صـفحه فوتـو معكوس عمـل مـي

در. كنـيم الكتريكي بسـيار كـوچكي متمركـز مـي

اينصورت الكترونها از صفحه، جاييكه نـور بـه آن

ميمي اين الكترونهـا در مقيـاس. آيندتابد بيرون

پائين توسط عدسي هاي ميكروسـكوپ الكترونـي

فلـز شـوند تـا مسـتقيما روي سـطح متمركز مـي

در صورتيكه چنين پرتوي در زمـان. اصابت كنند

كافي بر قرار باشد، آيا قادر است چيزي را حـك

اگر در مورد يك سطح فلـزي. دانمكند؟ من نمي

كار نكند، شايد بتوان سطحي را يافت كـه بـا آن

سوزن اصلي را بپوشاند بطوريكه، جاييكه الكترونها

بتـوانيم شوند، تغييري بـروز كنـد كـه بمباران مي

. بعدا آن را بشناسيم

در اين دستگاهها هيچ مساله خاصي وجود

نه در مورد آنچه براي بزرگ نمـايي بـه-ندارد

بريد، جاييكه مجبوريد تعداد كمي الكترون كار مي

و آنها را روي صفحه اي بزرگتـر پخـش را گرفته

از. كنيد؛ اين درسـت بـرعكس اسـت نـوري كـه

روي سطح بسيار كوچكي متمركـز صفحه گرفتيم

از. شود، بنابراين بسيار شديد استمي تعداد كمي

الكتريكي مي آيند الكترون هايي كه از صفحه فوتو

و بسـيار قـوي بر يك سطح كوچـك جمـع شـده

نمي دانم چرا هنوز اين كـار انجـام نشـده. هستند

اين يك دايره المعارف بريتانيكا اسـت كـه!است

يك سـوزن قـرار دارد، ولـي بيائيـد تمـام در سر

كتابخانـه كنگـره. كتابهاي دنيا را در نظر بگيـريم

ميليون جلد كتاب دارد؛ كتابخانه9آمريكا تقريبا

5ميليــون جلــد دارد؛ همچنــين5مــوزه بريتانيــا

. ميليون جلد هم در كتابخانه ملي فرانسـه هسـت

بي شك كپي هايي هم وجود دارنـد، پـس اجـازه

ميليون جلد كتاب در دنيا وجود24بگوئيم دهيد

.دارد

شود اگر همه اينهـا را در مقياسـي چه مي

گيـرد؟ كه بحث كرديم چاپ كنم؟ چقدر جا مـي

البته مساحتي حدود يك ميليون نـوك سـوزن را

جلـد دايـره المعـارف،24گيرد چون، به جاي مي

نوك سـوزن. ميليون جلد را بايد جا داد24حاال

تـوان در مسـاحتي برابـر بـا هاي ميليـوني را مـي

يـارد3مساحت هزار سوزن پهلو به پهلو يا حدود

در واقع رونوشت. جاي داد) متر مربع5/2(مربع

و كپي دي اكسيد سيليسيومي با روكش پالستيكي

صـفحه35هاي آن تقريبا روي سطحي با انـدازه

گيرنـد كـه نصـف تعـداد دايره المعارف جـا مـي

تمام اطالعاتي كـه كـل.ت يك مجله استصفحا

بشريت تا كنون به شكل كتاب ضبط كرده را مي

و نه بـه-توان در يك جزوه در دستتان جاي داد

اي ســاده از صــورت نوشــته رمــزي بلكــه نســخه

و هـر چيـز ديگـري در مقيـاس تصاوير، نقش ها

و كوچك بدون از دست دادن قدرت جدا سـازي

.تفكيك

) Caltech(ابـدار مـا در كلتـك خانم كت

وقتـي مـي] موسسه تحقيقات تكنولوژي كاليفرنيا[

خواهد اين همـه كتـاب را از يـك سـاختمان بـه

ساختمان ديگري منتقل كند، چه خواهد گفت اگر

ــروز، ــويم از ام ــه او بگ ــام10ب ــر، تم ــال ديگ س

اطالعاتي را كه سعي مـي كنـد از آنهـا مراقبـت

ب كه از زمـين تـا جلد كتا 120000يعني-كند

سقف انباشته شده، كشوهاي پر از كـارت كتـاب،

تـوان را مـي-انبارهاي مملو از كتاب هاي قديمي

وقتـي دانشـگاه! تنها در يك كارت كتاب جـا داد

شود كه كتابخانهبرزيل، به عنوان مثال، متوجه مي

اي از تمــام تــوانيم نســخهاش آتــش گرفتــه، مــي

در عــرض چنــد كتابهــاي كتابخانــه خودمــان را

و در و از روي صفحه اصـلي تهيـه كـرده ساعت

پاكتي كه بزرگتر يا سنگين تر از يك نامـه پسـت

. هوايي نيست برايشان ارسال كنيم

آن پائين فضاي«پس حاال، عنوان اين نطق

آن پائين فضا«نه اينكه-مي باشد» زيادي هست

وآنچه ابراز كرده.»هست جود ام اين است كه جا

مي-دارد توانيد اندازه اشياء را به طور عملي اينكه

مي. كاهش دهيد خواهم نشان دهم كه جـاي حاال

االن درباره اينكـه چطـور مـي. زيادي وجود دارد

كـنم، خواهيم اين كار را انجام بـدهيم بحثـي نمـي

فقط به اينكـه اساسـا چـه چيـز امكـان دارد مـي

ا-پردازم ساس قـوانين به عبارت ديگر، اينكه بر

و. فيزيك چه چيزي امكان پذير است قصد ابـداع

ابتكار ماشين ضد گرانش را كه تنها وقتي كار مي

شناسـيم، نباشـند، كند كه قوانين آنطـور كـه مـي

مي. ندارم تـوان كـرد به شما خواهم گفت كه چه

شناسيم باشند؛ اينكار اگر قوانين اين طور كه ما مي

م چـون هنـوز مجـال دهـي را به سادگي انجام نمي

.ايمپرداختن به آن را نيافته

اطالعاتي در باب مقياس كوچكفرض كنيد به جاي چاپ مستقيم تصـاوير

و اطالعات بـه شـكل كنـوني آن، تنهـا محتـواي

و اطالعاتي آن ها را در غالب يك كـد يـا نقطـه

آن) مانند عالئم مورس(خط ها يـا چيـزي مثـل

هـر. تلف را نمـايش دهـيم بنويسيم تا حروف مخ

مي» بيت«حرف شش يا هفت اطالعات را نشان

و دهد؛ به اين معني كه تنها به شش يا هفت نقطه

حـاال، بـه جـاي. خط براي هر حرف نيـاز داريـد

نوشتن همه چيز، همان طـور كـه مـن قـبال، روي

خـواهم از سطحي از نوك يك سوزن، كـردم، مـي

.مواد دروني خود سوزن استفاده كنم

بيائيد هر نقطه را با ذره كوچكي از يك فلز

نشان دهيم، خط بعدي را با ذره اي مجاور ديگري

و به همين ترتيب تصور كنيد كـه، از روي. از فلز

10منشورجوان نانوپژوهشگرانمؤسسه

و پايداري به سنت ها، يك بيت اطالعات احتياط

5در5قرار است نيازمند مكعبي اتمي به انـدازه

مي-باشد ازشا. اتم 125شود كه يد براي اطمينان

اينكه به خاطر هم آميزي اتم هـا يـا هـر فرآينـد

و خـورده ديگري، اطالعات گم نمي شوند، به صـد

. اي اتم نياز داشته باشيم

من تعداد حروف موجود در دايره المعارف

ــردهرا تخمــين زده و فــرض ك ــر ام ــه ه 24ام ك

ميليون كتاب من به بزرگـي يـك جلـد از دايـره

و در نتيجه حساب كردها ام كه چند لمعارف باشد

(بيت اطالعات در آنها وجود دارد 1

4000بـراي ).

مي 100هر بيت پـس بـه. دهـم اتم را اختصاص

رسيم كه تمام اطالعاتي كه بشر بـه اين نتيجه مي

دقت در تمام كتابهاي دنيا انبار كرده است را مي

يك اي مكعبي شكلتوان به اين شكل در ماده كه

و-دو هزارم اينچ طول دارد نوشت كه همان گرد

آن. شـود غباري است كه با چشم ديده مـي پـس

راجـع بـه ميكـرو! پائين فضاي زيادي وجود دارد

!فيلم با من صحبت نكنيد

ــت ــن حقيق از-اي ــي ــادير عظيم ــه مق ك

توان در فضاي بسيار كوچكي گـرد اطالعات را مي

و براي زيست شنا-آورد سان شناخته شده اسـت

رمزي را مي گشايد كه پيش از آنكه همه اينها را

به وضوح درك كنيم وجـود داشـت، رمـزي كـه

كند چطور در ريز ترين سلولها اطالعات تعيين مي

سازمان دهي پيچيده ترين مخلوق، همانند ما، مـي

اينكه چشم-تمام اين اطالعات. تواند ذخيره شود

با اي داشته باشيم،قهوه يا استخوان فك جنين بايد

سوراخي در كنارش رشد كند تـا بعـدا عصـبي از

از-ميان رشد كند بـه تمـامي در كسـر كـوچكي

DNAسلول به صورت رشته هاي دراز مولكـولي

اتم براي يك بيت50مي باشند كه در آن تقريبا

.روداز اطالعات درباره سلول به كار مي

ترميكروسكوپهاي الكتروني پيشر فتهاتـم5ضربدر5ضربدر5اگر كدي را با

: براي يك بيت نوشته باشم، سوال اين اسـت كـه

توانم آن را بخـوانم؟ ميكروسـكوپ فعال چطور مي

الكتروني به اندازه كافي خوب نيست، در بيشترين

و تالش، فقط مي تواند آنگستروم10ميزان دقت

طر شـما خـواهم سـعي كـنم در خـا مـي. را بكاود

اهميت بهبود ميكروسكوپ الكتروني به اندازه چند

صد برابر را ثبت كنم، همچنانكه در باب اين قبيل

. كنيمچيزها در مقياسي چنين كوچك صحبت مي

البته، غير ممكن اسـت؛ گرچـه بـرخالف قـوانين

و پراش الكتروني نيست اما از اين جهت. شكست

ي فقط كه طول موج الكترون در چنين ميكروسكوپ120

پس ديدن اتـم هـاي منفـرد. آنگستروم است

اما آيا مجزا از هـم ديـدن. بايد امكان پذير باشد

اي هم دارد؟اتم ها فايدهو مهـم تـرين مشـكل زيسـت اصلي ترين

شناسي امروز چيست؟ ايـن مشـكالت در غالـب

مي توالي پايه هـاي: شوند همچونسواالتي مطرح

DNA ميچيست؟ وقتي جهشي بوج آيـد چـه ود

اي كـه DNAدهد؟ ترتيب پايه در اتفاقي رخ مي

شـود، به آمينو اسيدهاي يك پروتئين متصـل مـي

چيست؛ آيا زنجيـره RNAچگونه است؟ ساختار

و چطـور بـه طـرز قـرار اي است تك يا دوگانه،

مي DNAگيري پايه هاي شود؟ ساختمان مربوط

ميكروزوم ها چيست؟ پروتئين ها چطور سنتز مي

مي RNAشوند؟ ميكجا گيـرد؟ رود؟ چطور قرار

گيرند؟ آمينو اسيدها بـه پروتئين ها كجا قرار مي

روند؟ در فوتو سنتز، كلروفيـل كجاسـت؛ كجا مي

شود؛ كاروتنوئيدها در ايـن چطور سازمان دهي مي

ميان چه نقشي دارند؟ سامانه تبديل نور به انرژي

شيميايي چيست؟اين سواالت بنيادين زيست پاسخ برخي از

شناسي ساده است؛ تنها كافي است تا به آنها نگاه

آنگاه ترتيب پايه ها در زنجيـره را خواهيـد! كنيد

. ديد؛ ساختار ميكروزوم ها را مشاهده خواهيد كرد

متاسفانه، ميكروسكوپ كنوني در مقياسي توانـايي

و خالي از ظرافت است . ديد دارد كه كمي ابتدايي

تـر كنيـد آن وقـت شـمار وسكوپ را قـوي ميكر

العاده ساده تر زيادي از مسائل زيست شناسي فوق

مي. شوندمي كنم، ولـي زيسـت البته من كمي غلو

و ترجيح-شناسان به حتم ممنون شما خواهند بود

خواهند داد كه ما را نكوهش كنند كه چـرا بايـد

.بيشتر از رياضيات استفاده كنند

آينـدهاي شـيميايي، امـروزه بـر نظريه فر

بدين معني كه فيزيك. مبناي فيزيك نظري است

از. كنـد بنيان شيمي را تامين مي امـا شـيمي نيـز

و تحليل برخوردار اسـت اگـر مـاده. امكان تجزيه

و بخواهيـد بدانيـد كـه ناشناخته اي داشته باشـيد

و و پيچيـده تجزيـه چيست، وارد فرآيند طـوالني

مي. شويدتحليل مي توانيد تقريبا هر چيزي امروزه

ام كمي ديـر كـرده را تجزيه كنيد، پس من با ايده

مي. ام توانسـتند خواسـتند، مـي اما اگر فيزيكدانها

حتي عميق تر از شيميدانها مساله تجزيه شيميايي

انجام تحليل روي هـر نـوع مـاده. را كاوش كنند

اي خواهـد بـود؛ همـه شيميايي پيچيده، كار سـاده

ميآن شود كه به آن بنگريم چه بايد انجام داد اين

(و ببينيم اتم ها كجا هستند بعدا مايلم اين سـوال.

تواننـد در بـاره آيا فيزيكـدانها مـي: را مطرح كنم

يعني سنتز هم كاري كنند؟-سومين مساله شيمي

آيا روشـي فيزيكـي بـراي سـنتز هـر نـوع مـاده

شيميايي وجود دارد؟ميكروسكوپ الكتروني تـا ايـن دليل آنكه

حد ضعيف است ايـن اسـت كـه فاصـله كـانوني

است؛ 1000عدسي هاي آنها تنها يك قسمت از

مي. گشودگي عددي به حد كافي بزرگ نداريد و

كننـد دانم كه نظرياتي وجود دارند كه ثابـت مـي

اين كار، با عدسي هـاي ميـدان ايسـتاي متقـارن

ني هـر مقـدار محوري بـراي توليـد فاصـله كـانو

و بنابراين تـوان تفكيـك بزرگتر، غير ممكن است؛

در زمان حال در حداكثر مقدار نظري خـود قـرار

اما در هر نظريه اي فرض هايي هـم وجـود. دارد

چرا ميدان بايد متقارن باشد؟ من اين را بـه. دارد

هيچ راهي براي: عنوان يك چالش مطرح مي كنم

تـر وجـود ساخت ميكروسـكوپ الكترونـي قـوي

ندارد؟

سامانه زيستي شگفت انگيزمثال زيستي نگارش اطالعات در مقيـاس

كوچك به من الهام كـرده اسـت كـه بـه چيـزي

زيسـت. بايست امكان پذير باشدبينديشم كه مي

WWW.MANSHUR.TK منشور 11

شناسي فقط نوشتن ساده اطالعـات نيسـت؛ بلكـه

يـك سـامانه. انجام كاري در ارتباط با آن اسـت

تي را مي توان به ميزان بسيار زيادي كوچك زيس

انـد بسياري از سلول ها فوق العـاده كوچـك. كرد

ميولي خيلي هم فعال اند؛ مواد گوناگوني را توليد

كننـد؛ وول مـي كنند؛ به هر طـرف حركـت مـي

و غريبي را انجـام و همه جور كار عجيب خورند،

. انـد كه همه در مقياسي بسيار كوچـك-دهندمي

ميهمچ را. كنندنين اطالعات را ذخيره اين امكان

تصور كنيد كه ما هم بتوانيم چيز بسـيار كـوچكي

-خـواهيم انجـام دهـد بسازيم تا كاري را كه مـي

يعني بتوانيم چيزي را بسـازيم كـه در آن سـطح

!مانور دهد

حتي ممكن است امتيازهايي اقتصادي نيـز

ر كوچـك براي تجارت ساخت اين چيزهاي بسـيا

بگذاريد برخي مشكالت ماشين. وجود داشته باشد

را بــه] كامپيوترهــاي اوليــه[هــاي محاســبه گــر

در كامپيوترها بايد مقدار زيـادي. خاطرتان بياورم

نوع نگارشي كه قـبال بـه. اطالعات را ذخيره كرد

آن اشاره كردم، كه در آن همه چيز را بـه شـكل

مورد بسيار. پرا كنش فلز پائين بردم، دائمي است

جالب تر درباره كامپيوترها روش نگـارش، پـاك

و نوشتن ساير چيزها است (كردن از. ايـن عمومـا

خواهيم موادي را كـه بـه آن جهت است كه نمي

و دقيقي روي آنها نوشته ايم به هـدر طرز مناسب

مي. دهيم توانستيم در فضاي بسيار با اين همه اگر

آنيكوچكي بنويسيم، هيچ تفاوتي نم كرد؛ مي شد

هزينه چنداني. را بعد از خوانده شدن دور انداخت

).كردرا از بابت ماده مصرفي سربارمان نمي

مينياتوري كردن با استفاده از فرانش تبخيريــي ــور م ــتگاهي را چط ــين دس ــوانيم چن ت

ي توليدي را بايـد بـه بسازيم؟ چه جور فرآيندها

كار گيريم؟ يك امكان كه ممكـن اسـت در نظـر

آيد، از آنجائيكه درباره نگارش با استفاده از قـرار

ايم، دادن اتم ها در آرايشي مشخص صحبت كرده

مـاده،] نشـاندن[عبارت خواهـد بـود از فـرانش

يعنــي اليــه[ســپس فــرانش نارســانا بعــد از آن

، مكـان ديگـري از بعد، براي اليه بعـدي ]. نشاني

و نارسـاناي بعـدي فـرانش مـي و يك سيم شـود

پـس بـه راحتـي آنقـدر اليـه. همين طور تا آخر

نشاني مي كنيد تا واحدي از ماده داشته باشيد كه

و خـازن هـا،-عناصر الزم را داراست كويـل هـا

و غيره .با ابعادي بسيار دقيق-ترانزيستورها

راي سـرگرمي، در به هر حال مايلم، تنها بـ

اينباره بحث كنم كه امكان هاي ديگري هم وجود

را. دارند چرا نتوانيم حفره ها را حفر كنيم، اشـياء

ببريم، لحيم كنـيم، بـه هـم وصـل كنـيم، اشـكال

مختلفي را قالب گيري كنيم كه همه در اين سطح

بسيار ريز باشند؟ چه محدوديت هايي وجود دارد

يـد چقـدر كوچـك از اين جهت كه يك شـيء با

باشد، پيش از آنكه ديگر نتوانيد آنرا قالب گيـري

كنيد؟ چند بـار وقتـي روي چيـزي بـه كـوچكي

كنيـد، ساعت مچي همسرتان، با نا اميدي كار مـي

واي كه چـه مـي شـد اگـر مـي«ايد با خود گفته

»!اي را آموزش دهمتوانستم براي اين كار مورچه

اي وزش مورچهآنچه مايلم پيشنهاد كنم، امكان آم

جانوري به كوچكي انگل[براي آموزش يك مايت

براي انجـام ايـن كـار]و بسيار كوچكتر از مورچه

امكانات ماشين هاي كوچك امـا متحـرك. است

چيست؟ شياد مفيد باشند شايد هم نباشند، ولـي

.به حتم ساختن شان خالي از لطف نخواهد بود

يــك مــثال-ماشــيني را در نظــر بگيريــد

و درباره مشكالت ساخت ماشين بسـيار-اتومبيل

. كوچكي مانند اين، پرسش هايي را مطـرح كنيـد

فرض كنيد، در طراحي خـاص ايـن اتومبيـل، بـه

دقت مشخصي براي قسمت ها نياز داريـم؛ دقتـي

را به اندازه، فرضا، 1

4000اگر. يك اينچ نياز داريم

ند، ماشـين اجزاء غير دقيق تر از اندازه الزم باشـ

اگـر آنهـا را خيلـي. تواند درسـت كـار كنـد نمي

نمي. كوچك بسازم، بايد نگران اندازه اتم ها باشم

توانم يك دايره از گويهـايي را كـه صـحبت شـد

پس، اگر خطـايي. بسازم چون بسيار كوچك است

به اندازه 1

400010اينچ كه در حدود يك خطاي

ابعاد ايـن اتمي است داشته باشيم، سبب مي شود

بـه-بـار كوچـك كـنم، تقريبـا 4000ماشين را

واضـح. ميلي متر عرض داشـته باشـد1طوريكه

است اگر ماشين را از نو طراحي كنيد بطوريكه بـا

خطاي مجاز بسيار بزرگتري كار كنـد، كـه اصـال

توانيد دستگاه بسيار امكان ندارد، در آنصورت مي

.كوچكتري بسازيد

ت صور كنيد چـه مشـكالتي در جالب است

اوال، بـا. باب اين ماشين هاي كوچك وجود دارند

وجود قسمت هايي كه تحـت فشـار مشـابه قـرار

دارند، نيروهايي، همچنانكه سـطح را كـاهش مـي

شـوند، بطوريكـه چيزهـايي دهيد، به آن وارد مـي

و اينرسي به طور نسبي بي اهميت مـي مانند وزن

ديگـر، بـه تناسـب، قدرت ماده، به عبارت. شوند

و باز شـدگي چـرخ. شودبسيار بيشتر مي فشارها

لنگر به سبب نيروي مركز گريز، براي نمونـه، بـه

تنها اگر سـرعت دوران-همان نسبتي خواهد بود

كه اندازه كـم مـي-به همان ميزاني افزايش يابد

بـريم به عبارت ديگر، فلزاتي كه به كار مـي. شود

و ايـن در حـد كوچـك ساختاري دانه اي دارنـد

شود چرا كـه ايـن مـاده همگـن سبب اختالل مي

و چيزهايي با طبيعت. نيست و شيشه پالستيك ها

از) آمورف(بي شكل و بسيار يكدست تر هسـتند

اين رو بايـد ماشـين هـاي مـان را بـا ايـن مـواد

.بسازيم

مشكالتي در ارتباط با بخش هاي الكتريكي

و قسـمت-دارنداين سامانه نيز وجود با سيم ها

در» حـوزه«هاي مسي؛ يك مشـكل گيـر اي هـم

يك آهنرباي بزرگ كه از ميليون ها حـوزه. است

تشكيل شده تنها مي تواند به كوچكي] مغناطيسي[

را. يكي از اين حوزه ها باشد تجهيـزات الكتريكـي

نمي توان به راحتي كوچك كـرد؛ بايـد آنهـا را از

د. اول طراحي كرد بيـنم كـه چـرا ليلـي نمـي ولي

.نتوانند براي كاركرد مجدد، دوباره طراحي شوند

مشكالت روغن كاري سيستمبحث روغن كاري دربرگيرنده نكات جالبي

چسبندگي موثر روغن به همان نسـبت كـه. است

و چنانچه سرعت را تا حـد امكـان(رويم پائين مي

مي) افزايش دهيم و بيشتر ر سرعتاگ. شودبيشتر

و به جاي روغن از نفت سفيد يـا خيلي زياد نشود

سيال ديگري استفاده كنيم، مساله بـه ايـن بـدي

12منشورجوان نانوپژوهشگرانمؤسسه

امـا در حقيقـت ممكـن اسـت اصـال. نخواهد بود

مقـدار زيـادي! مجبور نباشيم روغن كاري كنـيم

بيائيد بلبرينگ ها را خشـك بـه كـار. نيرو داريم

از ببريم؛ بلبرينگ ها داغ نمي شـوند چـون گرمـا

چنين دستگاه كوچكي بسيار سـريع پراكنـده مـي

].و اصال خيلي خيلي كوچك است[شود

اين آزاد شدگي سريع گرما مانع از انفجار

شود، در نتيجه ساخت موتور درون سوز بنزين مي

ساير واكنش هـاي شـيميايي. گرددغير ممكن مي

تـوان كنند را هم مـي كه در سرما انرژي آزاد مي

شايد يك منبع تامين برق.د استفاده قرار دادمور

خارجي براي چنين ماشـين هـاي كـوچكي خيلـي

.مناسب تر باشد

فايده اين ماشين ها چه خواهد بود؟ البتـه،

اتومبيل كوچك براي مايت ها خوب اسـت چـون

و گمـان مي توانند با آن به اطراف حركـت كننـد

ـ يش از ايـن مي كنم تمايالت مسيحي ما نگذارد ب

را. جلو رويم به هر حال، به طور جدي اين امكـان

توان عناصر كوچكي مورد توجه قرار داديم كه مي

اي كـامال خودكـار را براي كامپيوترها در كارخانه

و سـاير توليد كرد، كه محتوي ماشين تـراش هـا

لزومي. ماشين آالت در اندازه خيلي كوچك است

م اننـد ماشـين ندارد ماشين تراش كوچـك عينـا

اصالح طرحي براي بهـره. تراش هاي بزرگ باشد

گيري كامل از خصوصيات اين چيـز هـاي بسـيار

كوچك، به روشي كه جنبه كـامال خودكـار بـراي

مديريت، ساده ترين راه باشد را به تصور خودتان

.كنمواگذار مي

امكان بسيار) آلبرت هيبز(يكي از دوستانم

واقعيت رسـاندن ماشـين هـاي جالبي را براي به

وي مي گويد كه، اگرچـه. كندكوچك پيشنهاد مي

و غير واقـع بينانـه اسـت، در ايده اي بسيار بدوي

شود اگر بتوانيد جراح را قـورت جراحي جالب مي

جراح مكانيكي را در رگ خـوني قـرار مـي. دهيد

و خودش به سمت قلب مي و به اطراف دهيد رود

(كندنگاه مي بايد اطالعات را در اختيـارش البته.

مي.) گذارد فهمد كه كدام دريچه قلـب اين جراح

و با كمـي چـاقو كـاري آن را دريچه نارس است

ماشين هاي كوچـك ديگـري نيـز. كنداصالح مي

ممكن است باشند كـه بـه طـور دائمـي بـا بـدن

يكپارچه شوند تـا بـه برخـي از انـدام هـايي كـه

.دعملكرد ناكافي دارند كمك كنن

آيـد حاال اين سوال جالب توجه پيش مـي

چطور چنين مكانيزم ريزي را درست كنـيم؟: كه

با اين حال، اجازه. گذارماين سوال را براي شما مي

مـي. دهيد امكاني بسيار عجيب را پيشنهاد كـنم

و ماشـين دانيد، در تجهيزات نيـروي اتمـي مـواد

يما آنها را به توانيم مستقآالتي وجود دارد كه نمي

براي باز كردن. كار گيريم زيرا راديو اكتيو هستند

و و غيره، دست هاي ماهر و بستن پيچ ها مهره ها

واري وجود دارد، بطوريكه با عمـل مجموعـه برده

و مـي اي از اهرم ها، دست ها را كنترل مي كنيد

و در توانيد آن ها را بـه اطـراف حركـت دهيـد

.ي به كار ببريدنتيجه اشياء را به خوب

اكثر اين دستگاهها در حقيقت بسيار ساده

اي وجـود دارد، شوند، زيرا كابـل ويـژه درست مي

مثل سيم عروسك خيمه شب بازي، كه مسـتقيما

ولـي، البتـه، ايـن. روداز كنترل به دست هـا مـي

ســازند، اي هــم مــيچيزهــا را بــا موتورهــاي پلــه

و چيـز ديگـر بـه بطوريكه ارتباط بين يـك چيـز

وقتـي. عوض مكانيكي بودن الكتريكي خواهد بـود

اي را مـي چرخانيد، يك موتور پلـه اهرم ها را مي

و اينكار باعث تغيير جريانها در اين سيم چرخانند

شود كه موتور را در پله ديگـري قـرار مـي ها مي

.دهد

خـواهم تعـداد زيـادي از ايـن اكنون، مـي

دستگاهي ماهر كه با برق كـار-دستگاه را بسازم

مي. كندمي خواهم اين دستگاههاي تابع فرمان، اما

و با دقـت توسـط مكـانيزم هـاي به شكلي خاص

بزرگ مقياس ساخته شوند، چنانكه يـك چهـارم

اندازه دستي را داشته باشند كه شما با آن مـانور

پس طرحي داريد كه با آن مي توانيـد. مي دهيد

موتورهـاي-ه كنوني كار كنيددر يك چهارم انداز

و مهره پله اي كوچك با دست هاي كوچك با پيچ

كنند؛ حفـره هـاي كـوچكي هاي كوچك بازي مي

! آهـان. كنند؛ خالصه چهار بار كوچكترندحفر مي

پس ماشين تراشي با اندازه يك چهارم توليد مـي

كنم؛ ابزارهايي با اندازه يك چهارم توليد مي كنم؛

را در مقيـاس يـك چهـارم مـيو اصال همه چيز

سازم، پس از ديد من مقياس بـه يـك شـانزدهم

بعد از اتمام كار، مستقيما از روي. كاهش مي يابد

نويسم، شـايد از طريـق سيستم بزرگ مقياسم مي

، به موتورهايي با اندازه يـك شـانزدهم . مبدل ها

توانم دست يك شـانزدهم را بـه بنابراين حاال مي

.كار ببرم

اين برنامه بـه. خب، اساس كار را گرفتيد

شـايد. تري است، اما شـدني اسـت مراتب پيچيده

شود در يك گام بيش از يك چهارم بگوئيد كه مي

البته، همه اين بايد با دقت طراحـي. هم جلو رفت

و الزم نيست به راحتي مثل دسـت سـاخته شود

مي. شود كرديـد، احتمـاال اگر به دقت به آن فكر

توانستيد به سيستم خيلي براي انجام اين كارها مي

.برسيد

كار كنيد،) پانتوگراف(اگر با يك همه نگار

توانيد خيلي بيشتر از عامـل چهـار حتي امروز، مي

توانيـد امـا نمـي. در يك گـام را بدسـت آوريـد

مستقيما با يك همه نگار كار كنيد كه همـه نگـار

د آن هـم همـه كند كه بعـ كوچكتري درست مي

و-كندنگار كوچكتري درست مي به خـاطر شـلي

و بي نظمي انتهـاي. هـاي سـاخت آزادي حفره ها

پانتوگراف با نا هنجاري نسبتا بيشتري نسبت بـه

بي نظمي كه شما در دست خود داريـد وول مـي

با پائين تر رفتن اندازه، مي رسم بـه اينكـه. خورد

و دوبـاره انتهاي همه نگار روي انتهاي همه نگـ ار

روي انتهاي همه نگاري است كه چنان ناجور مـي

.لرزد كه اصال كار محسوسي انجام نمي دهد

در هر مرحله، الزم اسـت دقـت دسـتگاه

اگر، براي نمونه، ماشـين تراشـي را بـا. بهبود يابد

سـنج يابيم كه ژرفاهمه نگار ساخته باشيم، در مي

و آن به طور نامنظمي مي و معـوج مـي تابد كـج

آن-شود مي-نا منظم تر از نمونه بزرگ مقياس

توانيم پيچش ژرفا سنج را در مقابـل مهـره هـاي

شكستني قرار دهيم كه بتوانيد آنها را بـه روشـي

و جلو ببريد تا زمانيكـه پـيچش غير معمول عقب

ژرفا سنج، در اين مقياس، به دقت پـيچش هـاي

.اصلي در مقياس خودمان گردد

WWW.MANSHUR.TK منشور 13

تـوانيم بـا مـالش سـطوح ناصـاف بـه مي

-در سه جهـت-يكديگر سطوح صاف ايجاد كنيم

و سطوح صاف نسبت به چيزي كه بـا آن شـروع

به اين ترتيب، اين امكـان. شوندكرديد صافتر مي

وجود نـدارد كـه در انـدازه كوچـك دقـت را بـا

پــس، وقتــي ايــن. عمليـات درســت افــزايش داد

است در هر مرحله دقـت دستگاه را بسازيم الزم

تجهيزات را با كار كردنشان براي مـدتي در ايـن

و سـاير اندازه، دقيق كردن چـرخش ژرفـا سـنج

بايد در هر سطح بايستيم. فرآيندها افزايش دهيم

و كل اسباب آالت را براي رفتن به مرحلـه بعـد

شايد. اي بسيار بسيار طوالنيبرنامه-درست كنيم

ب راي پـائين رفـتن سـريعتر بتوانيد تصوير بهتري

.ارائه دهيد

با اين همه، بعد از تمـام ايـن توضـيحات،

يك ماشين تراش كوچولـو بـا انـدازه يـك چهـار

امـا داشـتيم بـه. آوريـد هزارم معمول بدست مي

ساخت كامپيوتر عظيمي فكر مي كرديم كـه مـي

خواستيم با حفر سـوراخ هـايي روي ايـن ماشـين

وا شـر هـاي كوچـك بـراي تراش بـراي سـاخت

چند تا واشر با ايـن. كامپيوتر، آن را درست كنيم

توانيد بسازيد؟يك ماشين تراش مي يكصد دست كوچك

وقتي اولين سري از دست هاي كارگر يك

ــا از ايــن ام را بســازم، مــيچهــارمي خــواهم ده ت

ها. مجموعه درست كنم ده مجموعه از اين دست

و آنهادرست مي ام را بـه اهـرم هـاي اوليـه كنم

كنم كه به اين ترتيب هـر كـدام ضـمن وصل مي

دهد، در كنار اينكه كار مورد دلخواه مرا انجام مي

حـاال، وقتـي. كنـد بقيه هم به طور موازي كار مي

ميدستگاه كنم، به هـر هايم را يك چهارم كوچكتر

دهم ده كپي درست كند، بطوريكـه كدام اجازه مي

مقيـاس يـك شـانزدهم داشـته يكصد دسـت در

.باشم

خواهم كجا اين چند ميليون ماشين حاال مي

! تراشي كه قرار است داشته باشم را بگـذارم؟ بـه

كاري ندارد؛ حجم آنقدر كوچك است كه حتي به

مـثال،. شوداندازه يك ماشين تراش كامل هم نمي

اگر يك ميليارد ماشين تراش كوچك درست كنم،

هـر كـدام 1

4000مقيـاس يـك ماشـين معمـولي

و فضاي بسـيار زيـادي در دسـترس باشند، ماده

خواهد بود چون در يك ميليارد ماشـين كوچـك،

كمتر از دو درصد ماده در مقايسه با يك ماشـين

بينيد كه از بابت مـواد،مي.رودامروزي به كار مي

خـواهم يـك پـس مـي. هزينه زيادي در بر ندارد

رد كارخانه بسيار ريز بسازم، مدل هايي براي ميليا

همديگر كه به طور همزمان توليد كننـد، سـوراخ

حفر كنند، قسمت هاي مختلف را به هم اسـتامپ

.و غيره] منگه يا وصل كردن[كنند

رويـم، چنـد همچنانكه در اندازه پائين مـي

همه چيـز. آيندمساله جالب هست كه بوجود مي

. كـاهش ابعـاد كوچـك نمـي شـود به تناسب بـا

مشكل اينجاست كه مواد به سـبب جاذبـه هـاي

و مـي) وان در والس(مولكولي به هم گيـر كـرده

را: مثل اين مي ماند. چسبند بعد از آنكـه بخشـي

و مهره را از پيچ باز كرديد، مهـره پـائين ساختيد

افتد چون گرانش تاثير بسيار كمي دارد؛ حتي نمي

د بود كه بتوانـد از پـيچ جـدا آنقدر سخت نخواه

مثل كارتون هاي قديمي است كـه در آنهـا. شود

يك نفر با دستاني پر از مالس چسبنده سعي مـي

از. كرد از شر يك ليوان شيشه اي خـالص شـود

اين دست، مسائل زيادي وجود خواهد داشت كـه

.بايد آماده ابداعاتي براي رفع آنها باشيم

نوآرايي اتم هااي از تصور سوال نهايي با همه اينها، واهمه

در آينـده-به اين شكل نـدارم كـه آيـا عاقبـت

توانيم اتم هـا را بـه روشـي كـه مـيمي-طوالني

چـه! خواهيم مرتب كنيم؛ اتمهاي زياد، كال پـائين

شد اتم ها را يك بـه يـك اتفاقي مي افتاد اگر مي

طـور البتـه، بـه(آراستيم به طريقي كه مايليم مي

توانيد اين كار را انجام دهيد بـراي قانع كننده نمي

مثال از آن جهت كـه از نظـر شـيميايي ناپايـدار

).هستند

تا كنون، به حفر زمين بـراي يافـت مـواد

و در مقياس بـزرگ آنها را گرم. ايمقانع بوده نيم

و انتظار داريم ماده كارهايي با آنها انجام مي دهيم

از آن ماده بسيار ناخالص بدست آوريم خالصي را

با اين حال هميشه با آن نوع آرايش اتمي.و غيره

چيـزي. دهـد آييم كه طبيعت به مـا مـي كنار مي

ايم، مثال، با آرايش تخته شطرنجي، بدست نياورده

1000با اتم هاي ناخالصي كه دقيقـا در فواصـل

انـد، يـا در نـوعي الگـوي آنگسترومي قرار گرفته

.رديگ

اي كه اليه هـاي كـامال با ساختارهاي اليه

توانيم چـه كـار كنـيم؟ خـواص درستي دارند مي

ميمواد چه جور مي توانستيم اتم هـا را در بود اگر

واقع به روشي كه مي خواستيم مرتـب كنـيم؟ از

ديدگاه تئوري پرداختن به اين مسائل بسيار جالب

كن. بودمي مينمي توانم دقيقا تصور م كه چه روي

داد، ولي بسيار شك دارم كه وقتي نـوعي كنتـرل

روي آرايــش اشــياء در مقيــاس كوچــك داريــم،

محدوده بسيار وسيعتري از ويژگيهـاي ممكنـي را

و از نوع چيزهـايي كه مواد مي توانند داشته باشند

.داشتكه مي توانيم انجام دهيم، وجود مي

رامثال تكه تصور كنيد كـه اي از يك ماده

و خازن هـاي ريـز يـا(در آن كويل هاي كوچك

را سـازيم كــه در مــي) مشـابه هـاي جامــد آنهـا

آنگستروم قرار 10000تا 1000مداراتي با اندازه

دارند به شكلي كه درست پهلو به پهلـوي هـم در

محدوده وسيعي، با آنتن هايي كه از انتهاي ديگـر

ه هايي كامل از مجموع-بيرون زده اند قرار دارند

از. مدارها مثال آيا اين امكان وجـود دارد تـا نـور

يك مجموعه كامل از آنتن ها تابش شـود، همـان

اي طور كه امواج راديويي را از رشته سازمان يافته

تابانيم تا برنامه هاي راديويي را بـه از آنتن ها مي

اروپا پخش كنيم؟ چيز مشابه عبارت خواهد بـود

. جهت معين با شدت خيلي زيـاد از پخش نور در

شايد چنين پخشي از نظر تكنيكـي يـا اقتصـادي(

.)كاربردي نباشد

من به بخشي از مشكالت ساخت مدارهاي

ام، به عالوه الكترونيكي در اندازه كوچك فكر كرده

را. مساله مقاومت هم جـدي اسـت اگـر مـداري

آ ن مطابق با اندازه كوچك بسازيد، بسامد طبيعي

به شدت باال مي رود، در حاليكه طول موج ماننـد

14منشورجوان نانوپژوهشگرانمؤسسه

اندازه كاهش مي يابد؛ ولي عمق رويه تنها با جذر

و در نتيجه مشـكالت نسبت مقياس كم مي شود

. دريافت به طور فزاينده اي دشـوار خواهنـد شـد

ــر ــق اســتفاده از اب ــوانيم از طري ممكــن اســت بت

ي رسانايي به مقاومت غلبه كنيم، اگر فركانس خيل

.زياد نباشد يا با ساير ترفند ها

اتم ها در دنيايي كوچكــي كوچــك ــي خيل ــاي خيل ــه دني وقتــي ب

چيزهـاي-فرضا مدارهايي با هفت اتـم-رسيديم

جديد زيادي داريم كه اتفـاق خواهنـد افتـاد كـه

نشان دهنده فرصت هـاي كـامال جديـدي بـراي

اتم ها در مقيـاس كوچـك ماننـد. طراحي هستند

كننـد، در هيچ چيزي در مقياس بزرگ عمل نمـي

. كنندعوض از قوانين مكانيك كوانتومي پيروي مي

و در آن پائين بنابراين، همانطور كه پائين مي رويم

رويم، در حال كار با قوانين متفاوتي با اتم ها ور مي

و مي توانيم انتظار اين چيزهاي مختلـف را هستيم

بهمي. داشته باشيم و توانيم طرق مختلف سـاخت

مي. توليد كنيم تـوانيم از مـدارها اسـتفاده نه تنها

كنيم بلكه برخي سيستم هاي مشتمل بر ترازهـاي

انرژي كوانتيزه شده يا برهم كنش هاي بين اسپين

و غيره نيز به كار مي .آيندهاي كوانتيزه شده

مورد ديگري كه به آن توجه خواهيم كرد

به اندازه كافي پائين برويم، تمام اين است كه، اگر

توانيم بـه طـور انبـوه توليـد دستگاهاي مان را مي

كنيم چنانكه كپي هاي كـامال دقيقـي از يكـديگر

توانيم دو ماشين بـزرگ را بـه ترتيبـي نمي. باشند

امـا اگـر. بسازيم كه ابعادشان دقيقا يكسان باشد

، اتم ارتفاع داشته باشد 100ماشين شما به اندازه

تنها مجبوريد آن را به اندازه نيمي از يك درصـد

تصحيح كنيد تا مطمئن شـويد كـه ماشـين ديگـر

اتم ارتفـاع 100يعني-دقيقا به همان اندازه است

!دارد

و در سطح اتمي، انواع جديـدي از نيروهـا

و اثـرات را داريـم و. امكانات مشـكالت سـاخت

و بازتوليد مواد بسيار متفا . وت خواهنـد بـود توليد

من، همانطور كه گفتم، با پديده هاي زيسـتي كـه

اي پـي در پـي در آنها نيروهاي شيميايي در شيوه

يكـي از آنهـا(براي توليد تمام انواع اثرات پچيده

مي) نويسنده است .امروند، برانگيخته شدهبه كار

بيـنم، در رد اصول فيزيكي، تا آنجا كه مـي

اشياء به صورت اتم به اتم حرفي نميامكان مانور

اين تالشـي در جهـت نقـض هـيچ قـانوني. زنند

نيست؛ اين چيزي است كه اساسا مي تواند انجـام

پذيرد؛ اما در عمل، هنوز محقق نشده است چـون

.ما خيلي بزرگ هستيم

تـوانيم سـنتزهاي شـيميايي را باالخره، مي

وع مـي يك شيميدان به ما رجو. انجام دهيم كنـد

مي«گويد، مي خـواهم مولكـولي داشـته نگاه كنيد،

و باشم كـه اتـم هـاي مرتـب شـده ايـن طـوري

».آنطوري دارد؛ اين مولكول را براي مـن بسـازيد

مياين شيمي دان كار اسرار كند وقتي مـي آميزي

مي. خواهد مولكولي بسازد برد كه آن حلقه وي پي

تركيب مـي بدست آمده، حاال آن را با چند چيز

و تكان مي و بعد كمي هم وقت تلف مي كند دهد

و، در انتهاي اين فرآيند دشوار، معموال موفق. كند

ميبه سنتز چيزي مي مي. خواهدشود كه زمانيكه

تـوانيم گذارم دستگاههايم كار كنند، جوريكـه مـي

بـرد كـه اين كار را با فيزيك انجام دهيم، پي مـي

سنتز كند چنانكه روش چگونه دقيقا هر چيزي را

.خودش جدا بدرد نخور خواهد بود

مي(با اين همه جالب است كه اساسا فكر

تا) كنم براي يك فيزيكدان امكان پذير خواهد بود

ماده شيميايي را كه شيميدان مـي نويسـد سـنتز

چطور؟ اتم ها را بگذاريد جاييكـه شـيميدان. كند

مامي و به اين ترتيب شما . سـازيد ده را مـي گويد

و زيست شناسي را مـي تـوان بـه مشكالت شيمي

ميزان زيادي تسهيل كرد به شرط آنكـه توانـايي

و در انجـام مان در ديدن آنچه انجـام مـي دهـيم

توسعه-كارها در سطح اتمي، سرانجام توسعه يابد

كـنم نمـي تـوان آنـرا ناديـده اي كه من فكر مي

.انگاشت

چـه كسـي مـي«بگوئيد، حاال ممكن است

و چرا بايد ايـن كـار بايست اين كار را انجام دهد

خب، من تعدادي از كاربردهاي.»دهند؟ را انجام

اقتصادي را خاطر نشان كردم اما مي دانـم دليـل

اينكه اين كار را خواهيـد كـرد شـايد تنهـا بـراي

بيائيد بـين آزمايشـگاهها رقـابتي. سرگرمي باشد

ريد يك آزمايشگاه موتور بسيار بگذا. برگزار كنيم

ريزي بسازد كه به آزمايشگاه ديگري فرستاده مي

و آن آزمايشگاه موتـور را بـا كـار گذاشـتن شود

مي) موتور(چيزي درون محور .گرداندآن بر

رقابت دبيرستانيو به منظـور عالقمنـد تنها براي سرگرمي

نم كسيككردن بچه ها به اين زمينه، پيشنهاد مي

كه به نوعي با مدرسه ارتباط دارد به ايجاد نـوعي

نهايتا، كه كار در ايـن. رقابت دبيرستاني بينديشد

و اين بچه ها حتـي زمينه را هنوز شروع نكرده ايم

توانند كوچكتر از آن چيزي بنويسند كـه قـبال مي

توانند رقابتي در مدرسه ها داشـتهمي. نوشتندمي

ميمدرسه لس آنجل. باشند تواند سوزني را بـهس

ــته، ــه روي آن نوش ــتد ك ــز بفرس ــه وني مدرس

مي.»چطوره؟« و روي آنها سوزن را پس فرسـتند

دل«مي نويسند» سوزن«نقطه چندان چنگـي بـه

».زندنمي

شايد اين شما را تحريك نكنـد كـه آن را

و تنها اقتصاد برايتـان جالـب باشـد . انجام بدهيد

كپس مي توانم همين اري بكنم؛ اما نميخواهم يك

قصـد.اماالن بكنم چون مطلـب را آمـاده نكـرده

دالر بـه اولـين 1000اي را بـه مبلـغ دارم جايزه

كسي تقديم كنم كـه بتوانـد اطالعـات را از روي

ــفحه ــطحي ص و آن را در س ــرد ــذ بگي اي از كاغ1

25000كوچكتر از مقياس خطي، به شـكلي قـرار

ر ا بـا ميكروسـكوپ الكترونـي دهد كه بتـوان آن

.خواند

را 1000خواهم جايزهو مي دالري ديگري

را-پيشنهاد كنم اگر بتوانم بفهمم كـه چطـور آن

بيــان كــنم بطوريكــه گرفتــار دردســر مباحثــات

براي نخستين كسي كه موتـور-تعاريف آن نشوم

موتــور الكتريكــي-الكتريكــي عمليــاتي را بســازد

د از بيرون كنتـرل شـود و، بـدون دواري كه بتوان

هـاي ورودي، تنهـا اتكا به سيم125

ايـنچ مكعـب

اي مـدت زيـادي انتظار ندارم چنين جـايزه.باشد

داش باشمنتظر مدعي