دیسک نوری – مغناطیسی چیست؟

با تلفیق دو تکنولوژی مغناطیس و نور ، تلاش می شود تا دیسکهایی ایجاد شوند که هم خاصیت قابل پاک شدن و باز نویسی دیسکهای مغناطیسی را داشته باشند و هم چگالی و ظرفیت بسیار بالای دیسکهای نوری. [ فیزیک نور و اپتیک ] دیسک نوری – مغناطیسی مقدمه با تلفیق دو تکنولوژی مغناطیس و نور ، تلاش می شود تا دیسکهایی ایجاد شوند که هم خاصیت قابل پاک شدن و باز نویسی دیسکهای مغناطیسی را داشته باشند و هم چگالی و ظرفیت بسیار بالای دیسکهای نوری. به نظر می‌رسد که اینگونه دیسکها در تولید انبوه به بازار مصرف عرضه شده است. قطر این دیسکها 5 اینچ بوده ، از نوع پاک شدنی هستند و از سرعت بسیار بالایی برخوردارند ، سرعت انتقال در این دیسکها حدود یک مگابایت در ثانیه و یا بیشتر است. در سالهای اخیر دیسکهای نوری بطور وسیعی برای سرگرمی ، برنامه‌های تعلیم و تربیت و ارتباطات تصویری – صوتی بکار گرفته شده است. در زمینه ذخیره اطلاعات ، سیستمهای ثبت نوری مستقیم به عنوان تجهیزات یارانه‌ای معروف شده‌اند، جایی که ترکیب ظرفیت اطلاعات خیلی زیاد و دسترسی سریع به آنها توسط دیسکهای نوری یک جایگزین جذاب برای روشهای دیگر ذخیره حافظه یارانه‌ای است. ظرفیت اطلاعات زیاد ، طول عمر زیاد و زمان طولانی نگهداری ، کاربردهای ذخیره و ... را منحصر به خود کرده است. در تمام سیستمهای دیسک نوری ، مانند دیسکهای ضبط صدا (دیسک بسته یا CD) ، دیسکهای نمایشی (که معمولا نمایش لیزری یا LV نامیده می‌شود) و دیسکهای ذخیره داده‌ها ، ما فرض می‌کنیم که اطلاعات بر روی دیسک ثبت می‌شود یا نوشته می‌شود و مجددا با استفاده از نور خوانده می‌شود. در عمل تعداد زیادی از لیزرها مانند لیزر یون - آرگون HeNe ، HeCd و دیود لیزر نیم هادی AlGaAs به عنوان چشمه‌های نور برای نوشتن و خواندن بکار گرفته شده‌اند. در حقیقت روشهای دیگر برای نوشتن و خواندن دیسک وجود دارد که ما به آن نخواهیم پرداخت. مزیتهای دیسکهای نوری اصلی‌ترین مزیت دیسکهای نوری بر دیگر سیستمها مانند دیسکهای صوتی معمولی و سیستمهای نوار مغناطیسی ، علاوه بر ذخیره اطلاعات به چگالی بالا ، عدم تماس فیزیکی بین سیستم قرائت و ماده ذخیره اطلاعات است که از پاره شدن جلوگیری می‌نماید. علاوه بر این در دیسکهای نوری ، لایه ماده شفافی را می‌توان روی اطلاعات ذخیره شده نشانید تا آسیب نبیند. گرامافون اطلاعاتی را در سطح دیسک به صورت مارپیچ ضبط می‌کند که رد پا نامیده می‌شود. اما در عمل در دیسکهای نوری ، نه شیار و نه خط مداوم وجود دارد بلکه فقط "علامتها" مارپیچهای شکسته‌ای را شکل می‌دهد. این علامتها مساحتهای کوچکی هستند که نسبت به اطراف خود فرق نمایانی دارد. معمولا حفره‌هایی در سطح دیسک ایجاد می‌کنند. در نتیجه بازتاب در طول مسیر با توجه به توزیع حفره‌ها تغییر می‌یابد، که بیانگر ثبت اطلاعات است. ذخیره و خواندن اطلاعات ذخیره شده برای خواندن اطلاعات ذخیره شده بازوی اپتیکی تغییرات بازتاب را به سیگنال الکتریکی تبدیل می‌کند. یک عدسی در داخل بازو پرتو کم توان لیزر را به لکه کوچک نوری بر روی مسیر متمرکز می‌کند و همچنین نور بازتاب شده از دیسک را مجددا به آشکار ساز نوری هدایت می‌کند. خروجی آشکار ساز نوری بر اساس توزیع گودالهای طول مسیر تغییر می‌کند و سیگنال الکتریکی بدست می‌دهد که می‌توان سیگنال صدا ، تصویر و یا داده‌ها را دوباره بدست آورد. سیگنالهای صدا به صورت دیجیتال در دیسک ذخیره می‌شوند. نمونه‌های صدا با آهنگ KHz1/44 بدست می‌آید و بلندی صدا برای هر نمونه به مقادیر عددی به صورت کلمه کد دوتایی ، 16 بیتی در می‌آید. بیتهای اضافی برای اصلاح خط اضافه می‌شود و بیتهای فراوانی در فرکانس MHz3218/4 بر روی دیسک ذخیره می‌شود. صفرها بیانگر سیگنال نوری کوچک و "یکها" بیانکر سیگنالهای قوی هستند، از این رو مسیر از حفره‌ها و فضاهایی با طولهای مشخص تشکیل یافته است. از سوی دیگر ، سیگنال های ویدئویی ، بصورت آنالوگ ذخیره سازی می‌شوند، زیرا ذخیره سازی به روش دیجیتال احتیاح به پهنای باند بسیار بالا دارد. سیگنال ترکیبی ویدئو (با رنگ و اطلاعات تابشی) به صورت فرکانس مدوله می‌شود (FM) حدود فرکانس حامل MHz5/7 و صدا به آن بعدا با مدولاسیون اضافه می‌شود. این باعث می‌شود تا فاصله گودالهای (مرکز تا مرکز) بر اساس مدولاسیون فرکانس صورت مربوطه تغییر یابد. در حافظه‌های نوری داده‌ها هم به صورت آنالوگ و هم به صورت دیجیتال ذخیره می‌شود. برای مفید واقع شدن در فرآیند کردن داده‌ها در الکترونیک تجهیزات ذخیره سازی باید قادر به باز سازی داده‌های ذخیره شده با حداقل میزان خطا و در حدود 1 قسمت در 1210 باشد، که دیسکهای نوری به این دقت رسیده‌اند. با دیسکهای نوری به چگالی اطلاعات زیادی از یک لکه متمرکز شده بسیار کوچک لیزر دست یافته‌اند. قطر لکه توسط رابطه (λF(π/4 نشان داده می‌شود. با توجه به محدودیتهای پراش حداقل قطر لکه نوری تشکیل شده در نقطه کانونی عدسی حدود NA2/λ است که NA دیافراگم عددی عدسی است (NA = n sinθ که n ضریب شکست فضای جسم و θ = φ/s است، φ قطر عدسی و s فاصله جسم تا عدسی است). متقابلا چگالی اطلاعات از مرتبه 2(λ/NA) است. ثبت کردن فرآیند ثبت اطلاعات بستگی به این دارد که آیا قرار است اساسا دیسک به تعداد زیادی برای مشتریان بازار کپی برداری شود و یا برای ذخیره سازی مهیا می‌شود. بیشتر دیسکها ، به هر منظوری که تهیه شوند، حاوی اطلاعات زیادی با کیفیت خوب هستند. لذا کپی کردن آنها نسبتا آسان و ارزان است. مواد ثبت کننده گودالها دارای ابعاد میکرون است و از این رو مواد ثبت کننده نیز باید دارای توان تفکیک بالا باشند، و برای آنکه بتوان توان لیزری مورد نیاز را به حداقل رسانید باید دارای حساسیت خیلی بالا باشند. ترجیحا مواد ثبت کننده باید بتوانند ثبت زمان واقعی را بدست دهند و اجازه خواندن سریع اطلاعات ذخیره شده را نیز ممکن سازند. یعنی بطور ایده‌آل فرآیندهای مرحله‌ای بین نوشتن و خواندن وجود نداشته باشد. علاوه بر فوتورزیستها ، فیلمهای فلزی ، مخصوصا آنهایی که بر اساس آلیاژ تلوریم ساخته شوند، دارای دقت خوب و حساسیت بالا هستند. در این حالت تابش لیزر پالسی ایجاد گودال یا حفره در لایه نازک فلز می‌کند، (از طریق ذوب یا برداشتن) و بازتاب لایه نازک را تغییر می‌دهد. از آنجایی که ایجاد حفره فرآیند حرارتی است، طول موج لیزر خیلی مهم نیست و از هر لیزری که بتواند توان مورد نیاز را بدست دهد برای نوشتن می‌توان استفاده نمود. خواندن داده‌ها از دیسکهای نوری باریکه لیزر ، معمولا از یک لیزر دیود به دلیل اندازه قابل ملاحظه‌اش از طریق زیر لایه به لایه بازتاب کننده دیسک متمرکز می‌شود. عدسی متمرکز کننده شبیه به یک عدسی شی است و برای جاروب کردن کل دیسک ، با لیزر در سیستم قرائت در نرده‌ای زیر دیسک نصب شده است. قسمتی از نور بازتاب شده ، که توسط دیسک مدوله شده است با همان عدسی گردآوری می‌شود و بر روی آشکار ساز نوری هدایت می‌شود. نور به شدت از نواحی که گودال وجود ندارد (معمولا زمین خوانده می‌شود) بازتاب می‌شود و بطور وسیعی توسط گودالها پراکنده می‌شود. بطوری که خروجی آشکار ساز وقتی باریکه مسیر را طی می‌کند، تغییر می‌یابد. برای مثال ، در ذخیره به روش دیجیتال ، تغییر در میزان سیگنال بازتاب شده بیانگر انتقال از گودال به زمین و یا بالعکس است. در حقیقت این انتقالات بکار می‌روند تا یکها را بیان کنند، در حالیکه فاصله بین انتقالات گودالها و یا زمین بیانگر تعداد صفرها است. مزیتهای استفاده از نور بازتابی بجای نور عبوری استفاده از بازتاب به جای نور عبوری چندین مزیت دارد. برای مثال از آنجایی که فقط یک سطح دیسک مورد استفاده قرار می‌گیرد ساختمان حرکت آزاد سیستم ساده می‌شود و تعداد قطعات نوری مورد نیاز کاهش می‌یابد. لایه نشانی محافظ نیز فقط بر روی یک طرفه لایه اطلاعات لازم است و ساختمان کنده کاری کم عمقتر از حالت عبوری است، این دو نکته باعث تولید انبوه دیسک می‌شود. نهایتا ، سیستم کنترل خیلی ساده‌تر ساخته می‌شود و لکه و خراشهای سطح محافظ از لایه اطلاعات جدا می‌شوند و از تمرکز خارج می‌شوند و بدین طریق اثر آن بر روی سیگنال باز خوانی حذف می‌شود. همچنین سیگنالهای نوری از دیسک مورد نیاز هستند تا ارتفاع عمودی سیستم قرائت را کنترل کنند، یعنی مطمئن شویم که باریکه لیزر به حالت متمرکز شده بر روی لایه اطلاعات باقی می‌ماند و همچنین اطمینان یابیم که باریکه لیزر بطور دقیقی مسیر مارپیچ ثبت اطلاعات را دنبال می‌کند. کانونی کردن باید با دقت حدود μm 1 بدست آید و ردیابی با دقت حدود μm1/0 باید انجام شود. ارتعاشات ناخواسته و حرکات نامتعارف دیسک بدین معنی است که سیستم کنترل بسیار دقیقتر برای حداقل خطا مورد نیاز است. این سیگنالها برای تمرکز و ردیابی به طرق مختلف بدست آمده است. دیسکهای نوری قابل پاک شدن برای خیلی از کاربردها مانند حسابگری و به روز کردن اطلاعات تسهیلات پاک کردن و درباره نوشتن مفید است. موادی که می‌توانند برای دیسکهای نوری قابل پاک شدن مورد استفاده قرار گیرند شامل مواد مگنتو اپتیک ، ترمو پلاستیکها و لایه‌های نازک چالکو جناید برای ذخیره دائمی و مواد فوتو کرومیک ، فوتو فریک و فوتو کانداکتیو برای ذخیره سازی برای زمانهای محدود بکار می‌روند. برای مثال باریکه نویسنده لیزر ناحیه کوچکی از فیلم نازک از ماده فرومغناطیس را که به صورت عمودی مغناطیس شده است (برای مثال Cd TbFe) گرم می‌کند تا به دمای بالای نقطه کوری آن می‌رسد، و خاصیت مغناطیس دائمی خود را از دست می‌دهد. اگر ناحیه مجاز به سرد شدن در حضور میدان خارجی که در جهت غیر موازی با مغناطیس شدن اولیه است باشد، آنگاه نواحی که پلاریزاسیون را ذخیره کرده‌اند تشکیل می‌یابند. خواندن در این حالت معمولا با استفاده از اثر مگنتو - اپتیک کر (که آن باریکه پلاریزه نور که از سطح مغناطیس شده بازتاب می‌شود دارای صفحه پلاریزاسیون است و به میزانی که بستگی به شدت مغناطیس شدن و جهت مغناطیس شدن دارد نسبت به جهت پرتوی نور، می‌چرخد)، انجام می‌گیرد. باریکه پلاریزه شده دارای چرخشهای متناوب است، بسته به اینکه کدام قسمت فیلم برخورد می‌کند و از آن بازتاب می‌کند، مقدار چرخش فقط چند دهم درجه است و معمولا با روشهای آشکار سازی حساس ، از عبور نور بازتابی از یک تقسیم کننده پرتو پلاریزه کننده و مقایسه دو نور تولید شده بدست می‌آید. پاک کردن و دوباره نوشتن به سادگی از گرم کردن لایه نازک روی دیسک تا دمای بالاتر از نقطه کوری و در حضور یک میدان مغناطیسی خارجی به دقت هدایت شده انجام می‌شود. بطور وضوح لیزری که برای خواندن بکار می‌رود باید دارای توان به مراتب کمتر از توان لیزری که برای نوشتن بکار می‌رود، باشد تا از بین بردن داده‌های ذخیره شده جلوگیری شود. اخیرا توجه زیادی به دیسکهای نوری قابل پاک کردن شده است و چندین سیستم چند لایه‌ای ارزیابی شده است. سیستمهای دیسک نوری بطور رو به افزایشی در سیستمهای ذخیره سازی انبوه مورد استفاده قرار می‌گیرد. برای مثال ، سیستم مگاداک ، شامل 64 دیسک که زمان دسترسی به هر یک از دیسکها حدود ms150 است و زمان ظاهر شدن هر دیسک 20 ثانیه است. ظرفیت چنین سیستمی در ناحیه 1410 - 1210 بیت است که در مدت حدود چند ثانیه می‌تواند دوباره بدست آید. منبع: شبکه رشد http://daneshnameh.roshd.ir

قوانین ترمودینامیک

قوانین ترمودینامیک

همه چیز درباره قوانین صفرم - یکم - دوم و سوم ترمودینامیک [ مکانیک و ترمودینامیک ] قوانین ترمودینامیک قانون صفرم ترمودینامیک قانون صفرم ترمودینامیک بیان می‌کند که اگر دو سیستم با سیستم سومی در حال تعادل گرمایی باشند، با یکدیگر در حال تعادلند. قانون اول ترمودینامیک قانون اول ترمودینامیک که به عنوان قانون بقای کار و انرژی نیز شناخته می‌شود، می‌گوید که حالت تعادل ماکروسکوپی یک سیستم با کمیتی به نام انرژی درونی (U) بیان می‌شود. انرژی درونی دارای خاصیتی است که برای یک سیستم منزوی (ایزوله) داریم: U=مقدار ثابت اگر به سیستم اجازهٔ برهم‌کنش با محیط داده شود، سیستم از حالت ماکروسکوپی اولیهٔ خود به حالت ماکروسکوپی دیگری منتقل می‌شود که تغییر انرژی درونی را برای این تحول (فرآیند) می‌توان به شکل زیر نشان داد: ΔU = Q − W که در این فرمول W، کار ماکروسکوپی انجام شده توسط سیستم در برابر نیروی خارجی و Q مقدار گرمای جذب شده توسط سیستم در طی این فرآیند است. نمادگذاری شمیی و فیزیک چون در شیمی و فیزیک سیستم مورد توجه است، گرما و کاری که به سیمتم داده می‌شود مورد نظر ماست و انرژی درونی را Q+W در نظر می‌گیریم.(سیستم را بسته,در حالت سکون و در غیاب میداانها در نظر میگیریم) , where dU یک افزایش بی‌اندازه کوچک در انرژی درونی سیستم است., δQ یک مقدار بی‌اندازه کوچک از گرما که به سیستم افزوده می‌شود, δW یک کار بی‌اندازه کوچک که بر روی سیستم انجام می‌شود و δ نماد دیفرانسیل است.   قانون دوم ترمودینامیک قانون اول ترمودینامیک تنها بیانی از تئوری کار و انرژی یا قانون بقای انرژی است. یک آونگ ساده یا یک آونگ ایده‌آل برای همیشه به نوسان ادامه می‌دهد. فیلمی از یک آونگ که به جلو و عقب نوسان می‌کند را در نظر بگیرید. اگر ما فیلم را برعکس نشان بدهیم، نخواهیم توانست آن را از حالت عادی تشخیص بدهیم. اما برداری (نشانگری) برای زمان وجود دارد. دامنهٔ نوسان آونگ به تدریج کوجکتر می‌شود. اگر توپی را از ارتفاع خاصی رها کنید، در هر بار برخورد توپ با زمین، کمتر از دفعهٔ قبل بالا خواهد آمد. فیلمی از این توپ در دنیای واقعی، هنگام پخش برعکس، متفاوت دیده خواهدشد. قطعات یخ در داخل فنجان چای ذوب می‌شوند در حالی که چای سردتر می‌شود. هیچ تناقضی با قانون اول ترمودینامیک نخواهد داشت اگر ما ببینیم که در داخل یک فنجان چای قطعات یخ تشکیل شده و چای گرمتر شود. این با قانون بقای انرژی سازگار است اما «ما هیچگاه چنین چیزی را نمی‌بینیم». قانون دوم ترمودینامیک توضیح می‌دهد که چرا چنین چیزی اتفاق نمی‌افتد. بیان کلوین-پلانک ساخت یک موتور گرمایی سیکلی (چرخه‌ای) که جر جذب گرما از منبع و انجام کار مساوی با گرمای چذب شده تأثیر دیگری بر محیط نداشته باشد، غیر ممکن است. یا می‌توان گفت که: ساخت ماشین گرمایی با بازدهی ۱۰۰ درصد غیرممکن است. بیان کلازیوس ساخت یک موتور سیکلی که تأثیری جز انتقال مداوم گرما از دمای سرد به دمای گرم نداشته باشد، غیر ممکن است. ارتباط این دو بیان این دو بیان قانون دوم ترمودینامیک معادل (هم‌ارز) هستند. اگر بتوان یکی از آنها را نقض کرد، دیگری نیز نقض می‌شود. قانون سوم ترمودینامیک قانون سوم ترمودینامیک می‌گوید هنگامی که انرژی یک سیستم به حداقل مقدار خود میل می‌کند، انتروپی سیستم به مقدار قابل چشم‌پوشی می‌رسد. یا بطور نمادین: هنگامی که ، از رابطهٔ بین انرژی درونی و دما، رابطهٔ بالا را می‌توان به صورت زیر نوشت: هنگامی که ، اما در هنگام کاربرد این قانون باید توجه داشت که در این دما () سیستم در حال تعادل است یا نه. زیرا با پایین آمدن دما، سرعت رسیدن به تعادل خیلی زیاد می‌شود.

تعریفی کوتاه از نانو تکنولوزی

در سالهای اخیر پیشرفتهای تکنولوزی وسایل و مواد با ابعاد بسیار کوچک بدست آمده است و به سوی تحولی فوق العاده که تمدن بشر را تا پایان قرن دگرگون خواهد کرد .... [ نانوتکنولوژی ] تعریفی کوتاه از نانو تکنولوزی در سالهای اخیر، پیشرفتهای تکنولوژی وسایل و مواد با ابعاد بسیار کوچک به دست آمده است و به سوی تحولی فوق العاده که تمدن بشر را تا پایان قرن دگرگون خواهد کرد ، پیش می رود . برای درک بهتر اندازه های مادون ریز ، قطر موی سر انسان را که یک دهم میلیمتر است در نظر بگیرید ، یک نانومتر صدهزار برابر کوچکتراست . تکنولوژی و مهندسی در قرن پیش رو با وسایل ، اندازه گیریها و تولیداتی سروکار خواهد داشت که چنین ابعاد مادون ریزی دارند . درحال حاضر پروسه هایی در ابعاد چند مولکول قابل طراحی و کنترل است . همچنین خواص مکانیکی ، شیمیایی ، الکتریکی ، مغناطیسی ، نوری و... مواد در لایه ها در حدود ابعاد نانومتر قابل درک و تحلیل و سنجش است . تکنولوژی درقرن گذشته در هرچه ریزتر کردن تولیدات تکنولوژیکی پیشرفت چشمگیری داشت ، بطوریکه به مزاح گفته شد که دیگر کشف ذرات ریز اتمی ( Sub-Atomic )  نه تنها جایزه نوبل ندارد ، بلکه به آن جریمه هم تعلق می گیرد ! تکنولوژی نو درقرن حاضر مسیر عکس را طی می کند . یعنی مواد مادون ریز را باید ترکیب کرد تا دانه های بزرگتر کارآمد به وجود آ ورد درست همان روشی که در طبیعت برای تولید کردن حاکم است . مجموعه های طبیعی ، ترکیبی از دانه های مادون ریز قابل تشخیص با خواص مشابه و یا متفاوت با اندازه های در حدود نانو است . اثر تحقیقات در فناوریهای مادون ریز هم اکنون در درمان بیماریها و یا دست یافتن به مواد جدید به ظهور رسیده است . موارد بسیاری در مرحله تحقیقات کاربردی و آزمایشی است .اکنون ساخت رایانه های بسیار کوچکتر و میلیونها بار سریعتر در دستور کار موسسات تحقیقاتی قرار دارد . در بیانی کوتاه نانوتکنولوژی یک فرایند تولید مولکولی است . همانطور که طبیعت مجموعه ها را بطور خودکار مولکول به مولکول ساخته و روی هم مونتاژ کرده است ، دانشمندان این علم هم باید برای تولید محصولات جدید ، با این اعتقاد که هرچه در طبیعت تولید شده قابل تولید در آزمایشگاه نیز هست ، نظیر طبیعت راهی پیدا کنند . البته منظور این نیست که چند هسته از مواد راپیدا کنند و با رساندن انرژی و خوراک پس از چند سال یک نیروگاه از آن ساخته شود که شهری را برق دهد . بلکه برای ترکیب و تکامل خودکار تولیدات مادون ریزکه به نحوی در مجموعه های بزرگتر مصرف دارد ، راهیابی شود . در اندازه های مادون ریز ، روشها و ابزارآلات متعارف فیزیکی مانند تراشیدن و خم کردن و سوراخ کردن و...جوابگو تیستند . برای ساختن ماشینهای ملکولی باید روش پروسه های طبیعی را دنبال کرد . با تهیه نقشه های ساختاری بدن یعنی آرایش ژنها و DNA که ژنم نامیده شده است و به موازات آن دست یافتن به تکنولوژی مادون ریز ، در دراز مدت تحولات بسیاری در هستی ایجاد خواهد شد . تولید مواد جدید ، گیاهان ، جانداران و حتی انسان متحول خواهد شد . اشکالات ساختاری موجودات در طبیعت رفع می شود و با ترکیب و خواص اورگانیک گیاهان و جانوران ، موجودات جدیدی با خواص فوق العاده و شخصیتهای متفاوت بوجود خواهد آمد .آینده علوم و مهندسی که چندین گرایشی Multi- Disciplinary  است ، به طرف تولید ماشینهای مولکولی سوق داده خواهد شد تا در نهایت بتواند مجموعه های کارآیی از پیوندهای ارگانیک و سایبریک را عرضه نماید . هستی را به رایانه ( سخت افزار ) و برنامه ( نرم افزار ) که دو پدیده مختلف ولی ادغام شده هستند ، می توان تشبیه کرد . سخت افزار مصداق ماده ( اغلب اتم هیدروژن ) و نرم افزار یا برنامه ، قابلیت نهفته در خلقت آن است . اتم به نظر ساده و ابتدایی هیدروژن در طی میلیاردها سال با قابلیت نهفته در خود توانسته است میلیونها نوع آرایش مختلف را در هستی بوجود آورد . بشر از بوجود آوردن اساس ماده عاجز است . ولی در برنامه ریزیهای جدید و یافتن اشکال دیگری از آنچه در طبیعت وجود دارد ، پیش خواهد رفت . طبیعت را خواهد شناخت و به اصطلاح ، قفلهای شگفت آور آن را باز خواهد کرد . احتمالا انسان در شرایط مناسبتری از درجه حرارت و فشار که درتشکیل طبیعی مواد مختلف از هیدروژن لازم است ، بتواند اتمهای مورد نباز خود را تولید کند ، سیارات دیگری را در نهایت در اختیار بگیرد و بعید نیست که انسانهای آینده بتوانند در نیمه های راه ابدیت در اکثر نقاط جهان هستی و کهکشانها سکنی گزینند. به احتمال زیاد قبل از پایان هزاره سوم انسانها در بدن خود انواع لوازم مصنوعی و دیجیتالی راخواهند داشت. . از بیماری ، پیری ، درد ستون فقرات ، کم حافظه ای و... رنج نخواهند برد .قابلیت فهم و تحلیل اطلاعات در مغز آنها در مقایسه با امروز بی نهایت خواهد شد . در هزاره های آینده انسانهای طبیعی مانند امروز احتمالا برای مطالعات پژوهشی نگهداری شده و به نمونه های آزمایشگاهی و بطور حتم قابل احترام تبدیل خواهند شد و مردمان آینده از اینهمه درد و ناراحتی که اجداد آنها در هزاره های قبل کشیده اند ، متعجب و متاثر خواهند بود . چه انتظاری باید از نانوتکنولوژی داشت : این تکنولوژی جدید توانایی آن را دارد که تاثیری اساسی بر کشورهای صنعتی در دهه های آینده بگذارد . در اینجا به برخی از نمونه های عملی در زمینه نانوتکنولوژی اشاره می شود . انتظار می رود که مقیاس نانومتر به یک مقیاس با کارایی بالا و ویژگیهای منحصربفرد ،محصولاتی ساخته می شود که روش شیمی سنتی پاسخگوی این امر نمی تواند باشد . · نانوتکنولوژی می تواند باعث گسترش فروش سالانه بسیار زیاد برای صنعت نیمه هادیها و مدارهای مجتمع ، طی 10 تا 15 سال آینده شود . · نانوتکنولوژی ، مراقبتهای بهداشتی ، طول عمر ، کیفیت و تواناییهای جسمی بشر را افزایش خواهد داد . · تقریبا نیمی از محصولات دارویی در 10 تا 15 سال آینده متکی به نانوتکنولوژی خواهد بود که این امر ، خود میلیونها دلار نقدینگی را به گردش درخواهد آورد . · کاتالیستهای نانوساختاری در صنایع پتروشیمی دارای کاربردهای فراوانی هستند که پیش بینی شده است این دانش ، سالانه میلیارد ها دلار را طی 10 تا 15 سال آینده تحت تاثیر قرار دهد . · نانوتکنولوژی موجب توسعه محصولات کشاورزی برای یک جمعیت عظیم خواهد شد و راههای اقتصادی تری را برای تصویه و نمک زدایی آب و بهینه سازی راههای استفاده از منابع انرژیهای تجدید پذیر همچون انرژی خورشیدی ارائه می نماید . بطور مثال استفاده از یک نوع انباره جریان گذرا با الکترودهای نانولوله کربنی که اخیرا آزمایش گردید و از رسانه ها خبر آن را شنیدیم، نشان داد که این روش 10 بار کمتر آب دریا را نمک زدایی می کند . · انتظار می رود که نانوتکنولوژی نیاز بشر را به مواد کمیاب کمتر کرده و با کاستن آلاینده ها ، محیط زیستی سالمتر را فراهم کند . برای مثال مطالعات نشان می دهد در طی 10 تا 15 سال آینده ، روشنایی حاصل از پیشرفت نانوتکنولوژی ،مصرف جهانی انرژی را تا 10 درصد کاهش داده ، باعث صرفه جویی سالانه 100 میلیارد دلار و همچنین کاهش آلودگی هوا به میزان 200 میلیون تن کربن شود. در چند سال گذشته بازارچند میلیارد دلاری برپایه نانوتکنولوژی کسترش یافته اند . برای مثال در ایالات متحده ، IBM برای هد دیسکهای سخت ، یک سری حسگرهای مغناطیسی را ابداع کرده است . Eastern Kodak و 3M تکنولوژی ساخت فیلمهای نازک نانو ساختاری را به وجود آورده اند . شرکت Mobil کاتالیستهای نانو ساختاری را برای دستگاههای شیمیایی تولید کرده است و شرکت Merck ، داروهای نانوذره ای را عرضه کرده است . تویوتا در ژاپن مواد پلیمری تقویت شده نانوذره ای را برای خودروها و Samsung Electronics در کره ، در حال کار بر روی سطح صفحات نمایش توسط نانولوله های کربنی هستند . بشر درست در ابتدای مسیر قرار دارد و فقط چندین محصول تجاری از نانوساختارهای یک بعدی بهره می گیرند ( نانو ذرات ، نانو لوله ها ، نانو لایه و سوپر لاستیکها ) . نظزیات جدید و روشهای مقرون به صرفه تولید نانوساختارهای دو و سه بعدی از موضوعات مورد بررسی آینده می باشند. نانو تکنولوژی یا کاربرد فناوری در مقیاس یک میلیونیم متر، جهان حیرت انگیزی را پیش روی دانشمندان قرار داده است که در تاریخ بشریت نظیری برای آن نمی توان یافت. پیشرفتهای پرشتابی که در این عرصه بوقوع می پیوندد، پیام مهمی را با خود به همراه آورده است: بشر در آستانه دستیابی به توانایی های بی بدیلی برای تغییر محیط پیرامون خویش قرار گرفته است و جهان و جامعه ای که در آینده ای نه چندان دور به مدد این فناوری جدید پدیدار خواهد شد، تفاوت هایی بنیادین با جهان مالوف آدمی در گذشته خواهد داشت. به گزارش ایرنا نانو تکنولوژی نظیر هر فناوری دیگری چونان یک تیغ دولبه است که می توان از آن در مسیر خیر و صلاح و یا نابودی و فنا استفاده به عمل آورد. گام اول در راه بهره گیری از این فناوری شناخت دقیق تر خصوصیات آن و آشنایی با قابلیت های بالقوه ای است که در خود جای داده است. در خصوص نانو تکنولوژی یک نکته را می توان به روشنی و بدون ابهام مورد تاکید قرار داد: این فناوری جدید هنوز، حتی برای متخصصان، شناخته شده نیست و همین امر هاله ابهامی را که آن را در برگرفته ضخیمتر می کند و راه را برای گمانزنی های متنوع هموار می سازد. کسانی بر این باورند که این فناوری نظیر هیولایی فرانکشتین در داستان مری شلی و یا همانند جعبه پاندورا در اسطوره های یونان باستان، مرگ و نابودی برای ابنای بشر درپی دارد. در مقابل گروهی نیز معتقدند که به مدد توانایی های حاصل از این فناوری می توان عالم را گلستان کرد. در حال حاضر 450 شرکت تحقیقاتی- تجاری در سراسر جهان و 270 دانشگاه در اروپا، آمریکا و ژاپن با بودجه ای که در مجموع به 4 میلیارد دلار بالغ می شود سرگرم انجام تحقیقات در عرصه نانو تکنولوژی هستند. در این قلمرو اتمها و ذرات رفتاری غیرمتعارف از خود به نمایش می گذارند و از آنجا که کل طبیعت از همین ذرات تشکیل شده، شناخت نحوه عمل آنها، به یک معنا شناخت بهتر نحوه شکل گیری عالم است. به این ترتیب دانشمندانی که در این قلمرو به کاوش مشغولند، به یک اعتبار با ذهن و ضمیر خالق هستی و نقشه شگفت انگیز او در خلقت عالم آشنایی پیدا می کنند، اما از آنجا که دانایی توانایی به همراه می آورد، شناسایی رازهای هستی می تواند توان فوق العاده ای را در اختیار کاشفان این رازها قرار دهد. تحقیق در قلمرو نانو تکنولوژی از اواخر دهه 1950 آغاز شد و در دهه 1990 نخستین نتایج چشمگیر از رهگذر این تحقیقات عاید گردید. از جمله آنکه یک گروه از محققان شرکت آی بی ام موفق شدند35 اتم گزنون را بر روی یک صفحه از جنس نیکل جای دهند و با کمک این تک اتمها نامی را بر روی صفحه نیکلی درج کنند. محققان دیگر به بررسی درباره ساختارهای ریز موجود در طبیعت نظیر تار عنکبوت ها و رشته های ابریشم پرداختند تا بتوانند موادی نازک تر و مقاوم تر تولید کنند. در این میان ساخت یک نوع مولکول جدید کربن موسوم به باکمینسترفولرین یا کربن- 60 راه را برای پژوهشهای بعدی هموارتر کرد. محققان با کمک این مولکول که خواص حیرت انگیز آن هنوز در درست بررسی است، لوله های موئینه ای در مقیاس نانو ساخته اند که می تواند برای ایجاد ساختارهای مختلف در تراز یک میلیونیم متر مورد استفاده قرار گیرد. بررسی هایی که در ابعاد نانو بر روی مواد مختلف صورت گرفته و خواص تازه ای را آشکار کرده است. به عنوان مثال ذرات سیلیکن در این ابعاد از خود نور ساطع می کنند و لایه های فولاد در این مقیاس از استحکام بیشتری در قیاس با صفحات بزرگتر این فلز برخوردارند. برخی شرکتها از هم اکنون بهره برداری از برخی یافته های نانوتکنولوژی را آغاز کرده اند. به عنوان نمونه شرکت آرایشی اورال از مواد نانو در محصولات آرایشی خود استفاده می کند تا بر میزان تاثیر آنها بیفزاید. ساخت دیودهای نوری با استفاده از مواد نانو موجب می شود تا 80درصد در هزینه برق صرفه جویی شود. توپهای تنیسی که با کربن 60 ساخته شده و روانه بازار گردیده سبکتر و مستحکمتر از توپهای عادی است. شرکتهای دیگر با استفاده از مواد نانو پارچه هایی تولید کرده اند که با یک بار تکاندن آنها می توان حالت اتوی اولیه را به آنها بازگرداند و همه چین و چروکهایشان را زایل کرد. با همین یک بار تکان همه گردوخاکی که به این پارچه ها جذب شده اند نیز پاک می شوند. نوارهای زخم بندی هوشمندی با این مواد درست شده که به محض مشاهده نخستین علائم عفونت در مقیاس مولکولی، پزشکان را مطلع می سازند. از همین نوع مواد همچنین لیوانهایی تولید شده که قابلیت خود- تمیزکردن دارند. لنزها و عدسیهای عینک ساخته شده از جنس مواد نانو ضد خش هستند و یک گروه از محققان تا آنجا پیش رفته اند که درصددند با مواد نانو پوششهای مناسبی تولید کنند که سلولهای حاوی ویروسهای خطرناک نظیر ویروس ایدز را در خود می پوشاند و مانع خروج آنها می شود. مهمترین نکته درباره موقعیت کنونی فناوری نانو آن است که اکنون دانشمندان این توانایی را پیدا کرده اند که در تراز تک اتمها به بهره گیری از آنها بپردازند و این توانایی بالقوه می تواند زمینه ساز بسیاری از تحولات بعدی شود. یک گروه از برجسته ترین محققان در حوزه نانوتکنولوژی بر این اعتقادند که می توان بدون آسیب رساندن به سلولهای حیاتی، در درون آنها به کاوش و تحقیق پرداخت. شیوه های کنونی برای بررسی سلولها بسیار خام و ابتدایی است و دانشمندان برای شناخت آنچه که در درون سلول اتفاق می افتد ناگزیرند سلولها را از هم بشکافند و در این حال بسیاری از اطلاعات مهم مربوط به سیالهای درون سلول یا ارگانلهای موجود در آن از بین می رود. یک گروه از محققان که در گروهی موسوم به اتحاد سیستمهای زیستی گرد آمده اند، سرگرم تکمیل ابزارهای ظریفی هستند که هدف آن بررسی اوضاع و احوال درون سلول در زمان واقعی و بدون آسیب رساندن به اجزای درونی سلول یا مداخله در فعالیت بخشهای داخلی آن است. ابزاری که این گروه مشغول ساخت آن هستند ردیف هایی از لوله ها یا سیمهای بسیار ظریفند که قادرند وظایف مختلفی را به انجام برسانند از جمله آنکه هزاران پروتئینی را که به وسیله سلولها ترشح می شود شناسایی کند. گروههای دیگر از محققان نیز به نوبه خود سرگرم تولید دستگاهها و ابزارهای دیگر برای انجام مقاصد علمی دیگر هستند. به عنوان نمونه یک گروه از محققان سرگرم تکمیل فیبرهای نوری در ابعاد نانو هستند که قادر خواهند بود مولکولهای مورد نظر را شناسایی کنند. گروهی نیز دستگاهی را دردست ساخت دارند که با استفاده از ذرات طلا می تواند پروتئین های معینی را فعال سازد یا از کار بیندازد. به اعتقاد پژوهشگران برای آنکه بتوان از سلولها در حین فعالیت واقعی آنها اطلاعات مناسب به دست آورد، باید شیوه تنظیم آزمایشها را مورد تجدیدنظر اساسی قرار داد. سلولها در فعالیت طبیعی خود امور مختلفی را به انجام می رسانند: از جمله انتقال اطلاعات و علائم و داده ها میان خود، ردوبدل کردن مواد غذایی و بالاخره سوخت و ساز و اعمال حیاتی. یک گروه از روش تازه ای موسوم به الگوی انتقال ابر - شبکه استفاده کرده اند که ساخت نیمه هادیهای نانومتری به قطر تنها 8 نانومتر را امکان پذیر می سازد. هریک از این لوله های بسیار ریز بالقوه می توانند یک پادتن خاص یا یک بخش کوچک از رشته دی ان ای بر روی خود جای دهند. با کمک هر تراشه می توان 1000 آزمایش متفاوت بر روی یک سلول انجام داد. برای دستیابی به موفقیت کامل باید بر برخی از محدودیتها غلبه شود، ازجمله آنکه درحال حاضر برای بررسی سلولها باید آنها را در درون مایعی قرار داد که مصنوعاً محیط زیست طبیعی سلولها را بازسازی می کند، اما یون موجود در این مایع می تواند سنجنده های موئینه را از کار بیندازد. برای رفع مشکل، محققان سلولها را درون مایعی جای می دهند که چگالی یون آن کمتر است. گروههای دیگری از محققان نیز در تلاشند تا ابزارهای مناسب در مقیاس نانو برای بررسی جهان سلولها ابداع کنند. یکی از این ابزارها چنانکه اشاره شد یک فیبر نوری است که ضخامت نوک آن 40 نانومتر است و بر روی نوک نوعی پادتن جا داده شده که قادر است خود را به مولکول مورد نظر در درون سلول متصل سازد. این فیبر نوری با استفاده از فیبرهای معمولی و تراش آنها ساخته شده و بر روی فیبر پوششی از نقره اندود شده تا از فرار نور جلوگیری به عمل آورد. نحوه عمل این فیبر نوری درخور توجه است. از آنجاکه قطر نوک این فیبر نوری، از طول موج نوری که برای روشن کردن سلول مورد استفاده قرار می گیرد به مراتب بزرگتر است، فوتونهای نور نمی توانند خود را تا انتهای فیبر برسانند، درعوض در نزدیکی نوک فیبر مجتمع می شوند و یک میدان نوری بوجود می آورند که تنها می تواند مولکولهایی را که در تماس با نوک فیبر قرار می گیرند تحریک کند. به نوک این فیبر نوری یک پادتن متصل است و محققان به این پادتن یک مولکول فلورسان می چسبانند و آنگاه نوک فیبر را به درون یک سلول فرو می کنند. در درون سلول، نمونه مشابه مولکول فلورسان نوک فیبر، این مولکول را کنار می زند و خود جای آن را می گرد. به این ترتیب نوری که از مولکول فلورسان ساطع می شد از بین می رود و فضای درون سلول تنها با نوری که به وسیله میدان موجود در فیبر نوری بوجود می آید روشن می شود و درنتیجه محققان قادر می شوند یک تک مولکول را در درون سلول مشاهده کنند. مزیت بزرگ این روش در آن است که باعث مرگ سلول نمی شود و به دانشمندان اجازه می دهد درون سلول را در هنگام فعالیت آن مشاهده کنند. نانو تکنولوژی همچنین به محققان امکان می دهد که بتوانند رویدادهای بسیار نادر یا مولکولهای با چگالی بسیار کم را مشاهده کنند. به عنوان مثال بلورهای مینیاتوری نیمه هادیهای فلزی در یک فرکانس خاص از خود نور ساطع می کنند و از این نور می توان برای مشخص کردن مجموعه ای از مولکولهای زیستی و الصاق برچسب برای شناسایی آنها استفاده کرد. به نوشته هفته نامه علمی نیچر چاپ انگلستان یک گروه از محققان دانشگاه میشیگان نیز توانسته اند سنجنده خاصی را تکمیل کنند که قادر است حرکت اتمهای روی را در درون سلولها دنبال کند و به دانشمندان در تشخیص نقایص زیست عصبی مدد رساند. از ابزارهای در مقیاس نانو همچنین می توان برای عرضه مؤثرتر داروها در نقاط موردنظر استفاده به عمل آورد. در آزمایشی که بتازگی به انجام رسیده نشان داده شده است که حمله به سلولهای سرطانی با استفاده از ذرات نانو 100برابر بازده عمل را افزایش می دهد. محققان امیدوارند در آینده ای نه چندان دور با استفاده از نانو تکنولوژی موفق شوند امور داخلی هر سلول را تحت کنترل خود درآورند. هم اکنون گامهای بلندی در این زمینه برداشته شده و به عنوان نمونه دانشمندان می توانند فعالیت پروتئینها و مولکول دی ان ای را در درون سلول کنترل کنند. به این ترتیب نانو تکنولوژی به محققان امکان می دهد تا اطلاعات خود را درباره سلولها یعنی اصلی ترین بخش سازنده بدن جانداران به بهترین وجه کامل سازند منبع : www.lahijancity.com