|
نانو شکلدهی
|
در بررسى فرايندهاى
شکلدهى مايکرو اشاره
کردیم که ريزسازى مشکلات
فراوانى را براى صنعت
به وجود آورده است.
دانشمندان نيز همچون
صنعتگران معضلات بسیاری
در پيشبرد ايدههاى خود
براى کاهش ابعاد يا
ريزسازى دارند. در آخرین
بخش از این مجموعه
مقالات، به بررسی ایدهای
میپردازیم که در
نانوشکلدهی کاربرد دارد.
بسیاری از مطالب راهنما
برای این بخش، در سه
مقالة پیشین ارائه
شدهاند. |
نانو شکلدهی
نانوفناوری، با کنار هم قرار
دادن اتمها يا مولکولها،
محصولاتی با کیفیتهای دلخواه به
دست میدهد. اين اصلىترين
هدف فناوری و علوم نانو است. اما
مشکلات ــ يا به بيان بهتر،
فاصلة ــ زیادی تا رسیدن به این
هدف وجود دارد. در واقع، همواره
میتوان بهترین نظرات را ارائه
کرد، اما وقتی به مرحلة عمل
میرسیم، مشکلات رخ مینمایند.
این مطلب شبیه به آن است که
بگوییم انسانها سوار بر مرکب
خیال از کهکشانها میگذرند و به
بیگبنگ هم میرسند، اما در عمل
هنوز هیچ انسانی پا در یکی از
سیارات دمِ دست منظومه شمسی
نگذاشته است.
درست است که فرايند صنعتى شدن و
توليد انبوه محصولات در مقياس
مايکرو، به خصوص به روش شکلدهى
فلزات، کُند بوده است، اما
پژوهشهاى گستردهاى در سراسر
جهان در اين مورد در حال
انجام هستند. شايد در نگاه اول،
پرداختن به شکلدهى فلزات در
مقياس نانو، در حالی که هنوز این
کار در مقیاس مایکرو توسعه نیافته
است، کارى غيرممکن به نظر آيد،
اما پیش از این گفتیم که به روش
حکاکی و
پرتودهى الکترونى وسايلى
به ابعاد 200 نانومتر براى
برجستهکارى ساخته شدهاند. بر
اساس تعاريف ارائهشده برای
فناوری نانو، محدودة این فناوری
از نظر مقیاس 0.1 تا 100 نانومتر
در نظر گرفته شده است. بنابراین،
گامهاى بيشترى باید برداشت تا
به محصولاتی در ابعاد مورد نظر
رسید.
شايد اساسىترين نياز براى
دستيابى به فناورى شکلدهى
فلزات در مقياس نانو، دستيابى
به نانوکامپيوتر و نانواسمبلر
باشد. در صورت دستيابى به
نانوکامپيوتر، مىتوان مولکولها
را بر اساس یک الگوريتم مشخص
برنامهريزى کرد و توسط
نانواسمبلر، آنها را طبق نمونة
شبیهسازیشده کنار هم قرار داد
تا محصولِ ازپیشطراحیشده حاصل
شود.
دانشمندان هنوز نتوانستهاند
اين دو وسيلة ضروری را بسازند،
اما راه ديگری هم برای این مشکل
وجود دارد: به جاى کنار هم
گذاشتن ذرات، ابعاد آنها را در
یک فرايند ريزسازى آنقدر کاهش
میدهیم تا محصول مورد نظر را
تولید کنیم.
ارائة چارچوب عملکرد
در اين نوشتار چارچوب روشن و
مشخصى را دربارة ملزومات
دستيابى به نانوشکلدهی ارائه
میدهیم. این چارچوب شامل
سطحبندى ايدهها، خواستهها و
اهداف است. سطحبندى، گام اول
در نانوشکلدهی است. به اين
معنا که در سطوح مختلف علمى،
صنعتى، اقتصادى و مديريتى نياز
به تعيين اهداف و افقهاى
مشخصى وجود دارد.
1. سطح اول: پيشرفت علوم
در حوزة نانو
لازم است برای شفاف شدن دنياى
نانو نزد صنعتگران، دانشگاهيان،
مديران و اقتصاددانان، مطالعات
گستردهاى درحوزة علوم و
فناوریهای نانو صورت بگيرد.
اين شفافسازى در اثر مطالعات،
پژوهشها و آزمايشهای گوناگون
حاصل میشود و احتياج به تأمين
اهداف مشخص و روشنى دارد، مثل
ترغیب مدیران، صنعتگران و
سرمایهگذاران در حمایت از فناوری
نانو، ايجاد قوانينی برای پيشبرد
فناورى نانو و برنامهریزی
طولانیمدت. اگرچه در اين سطح
اغلب اهداف و اولويتها به
فناورى نانو وابستهاند، اما
همين سازوکارها در مورد شکلدهى
فلزات نيز باید اعمال شوند و از
بسترهاى ايجادشده در مورد
فناورى نانو در جهت نانوشکلدهی
نیز بهرهگيرى شود.
2. سطح دوم: مطالعات در
زمینة نانو شکلدهی
در سطح دوم باید ابتدا گروههایی
شکل بگیرند. اين گروهها شامل
استادان دانشگاه، صنعتگران و
دانشجويانی هستند که با کمک
يکديگر روى موضوع نانوشکلدهی
متمرکز میشوند. رشتههاى مختلف
مهندسى، نظير مهندسى مکانيک،
متالورژى، صنايع و شيمى باید
در اين گروهها حضور داشته
باشند تا نانوشکلدهی از ابعاد
مختلف آن بررسی شود. رشتههايى
مانند کامپيوتر و فيزيک نيز لازم
است این گروه را همراهى کنند.
صنايعى هم هستند که میتوانند
از اين دستاوردها بهرههاى
فراوانى ببرند، نظير صنايع
هواپيماسازى، خودروسازى،
پزشکى، مخابرات، دفاعى و صنایع
مشابه. آنها نيز باید در اين
گروهها، اولويتهاى مورد نظرشان
را ارائه کنند و به دانشجويان
و استادان در جهتدهى مناسب،
ارائة اهداف صنعتى و فضاى
آزمايشگاهى يارى رسانند.
از سوي ديگر، در حوزة شکلدهى
در مقياس نانو، لازم است تعاريف
نوينی در مورد فرايندها،
ابزارآلات، ماشينآلات و مواد
صورت بگیرد. به بيان دیگر،
مفاهيم و تعاريف رايج در
شکلدهى سنتى، توان جهتدهى
مناسب و افزايش شتاب مطالعاتى
در اين حوزه را ندارند. يعنى
لازم است بستر و زیرساخت جدیدی
برای فعالیت در این حوزه فراهم
شود تا بتوان بر اساس آن،
گامهاى بعدى را برداشت.
همانطور که با مفاهيم فيزيک
کلاسيک يا نيوتنى نمىتوان
دنياى نسبيت را به طور کامل
درک کرد، نانوشکلدهی را نيز
نمىتوان با تعاريف شکلدهىِ
سنتى به نحو قابل توجهی پیش برد
و توسعه داد.
براى اينکه مطالعات نظری در
مورد نانوشکلدهی به شکل روشمند
و منظم پيگيرى شوند، بايد
سيستم شکلدهى نانو طراحى شود.
اجزای این سیستم مانند اجزای حالت
مایکرو هستند و در شکل زیر به طور
خلاصه ارائه گردیدهاند. در این
نوبت فقط به اشارهای در این
زمینه اکتفا میکنیم. برای دسترسی
به اطلاعات بیشتر در این زمینه
میتوانید به منابعی که در انتهای
مقاله آمده است، مراجعه کنید.
اين سيستم به گروههاى
مطالعاتى کمک مىکند تا در
مسيرهاى مشخصى حرکت کنند و
شامل چهار بخش بنيادى زیر است:
1. مواد
2. ابزار
3. فرایند
4.ماشینآلات و تجهیزات
سیستم نانو شکلدهی و چالش های
موجود در اجزای آن
3. سطح سوم: فعاليتهاى
آزمايشگاهى و تحقيقاتى
برای رسیدن به اطلاعات مناسبی که
نقایص بررسیها و محاسبات نظری را
مشخص کنند، باید انواع آزمایشها
صورت بگیرد، مانند آزمايشهای
پايهاى در حوزة نانوشکلدهى،
آزمايش بر روى نمونههاى
اوليه، آزمايش بر روى مواد
مختلف و آزمايشهای مرتبط با
فناورىها.
این فعالیتها و پروژههای
تحقیقاتی ملزومانی هم دارند، مثل
دستگاههاى دقيق و پيشرفتة
آزمايشگاهى، ابزار دقيق
اندازهگيرى، استانداردسازی،
اتاق تميز، نيروى انسانىِ
آزمايشگاهى در حوزة نانو و
منابع مالى.
نمونه ای از دقت مورد نیاز در
وسایل اندازه گیری و دستگاه ها
4. سطح چهارم: جمعبندى نتايج
نظری و دادههاى حاصل از
مطالعات آزمايشگاهى
در اين بخش براى جمعبندى
نتايج نظری و تجربی، لازم است
پژوهشهاى مختلفی بر روی
دادههاى تجربى و پيشبينىهاى
تئوريک صورت بگیرند. در اين
پژوهشها نقایص پيشبينىهاى
نظری مشخص میشوند و نتایج حاصل
از آن، دقت گروه را در زمینة
نانوشکلدهی افزایش میدهد و
مسائلی را که فراموشی شدهاند،
آشکار میکند.
5. سطح پنجم: رويکرد صنعتى
کردن مطالعات
در اين سطح، عوامل مختلفی وجود
دارند که در فرایند صنعتی کردن یک
فناوری ضروریاند، مثل سيستمهاى
انتقال، ساخت ماشينآلات جديد،
نحوة چیدمان ماشینآلات، نرخ
تولید مناسب، کیفیت محصولات،
سيستمهاى بستهبندى،
استانداردسازى محصولات، نرمافزارهای
صنعتی، نيروى انسانى ماهر و نیز
توجه به شاخصهاى زيست محيطى،
انرژى و هزينهها.
جمعبندى
سعی ما در این مجموعه مقالات از
ابتدا بر آن بود که با مفاهیم شکلدهی،
مایکروشکلدهی و کلیات نانوشکلدهی
آشنا شوید. امیدواریم با استفاده
از منابعی که نشانی آنها در
انتهای همین مقاله آمده است، و
نیز جستوجو در منابع اینترنتی،
بیش از پیش بر دانش خود بیفزایید. |
