مقاله نانو تكنولوژي (docx) 33 صفحه

دسته بندی : تحقیق

نوع فایل : Word (.docx) ( قابل ویرایش و آماده پرینت )

تعداد صفحات: 33 صفحه

قسمتی از متن Word (.docx) :

نانو تكنولوژي یک نانومتر چقدر است؟ یک نانومتر یک میلیاردم متر (10-9 m) است. این مقدار حدودا چهار برابر قطر یک اتم است. مکعبی با ابعاد 2.5 نانومتر ممکن است حدود 1000 اتم را شامل شود. کوچکترین آی سیهای امروزی با ابعادی در حدود 250 نانومتر در هر لایه به ارتفاع یک اتم ، حدود یک میلیون اتم را در بردارند. در مقایسه یک جسم نانومتری با اندازه‌ای حدود 10 نانومتر ، هزار برابر کوچکتر از قطر یک موی انسان است.امکان مهندسی در مقیاس مولکولی برای اولین بار توسط ریچارد فاینمن (R.Feynnman) ، برنده جایزه نوبل فیزیک مطرح شد. فاینمن طی یک سخنرانی در انستیتو تکنولوژی کالیفرنیا در سال 1959 اشاره کرد که اصول و مبانی فیزیک امکان ساخت اتم به اتم چیزها را رد نمی‌کند. وی اظهار داشت که می‌توان با استفاده از ماشینهای کوچک ماشینهایی به مراتب کوچکتر ساخت و سپس این کاهش ابعاد را تا سطح خود اتم ادامه داد.همین عبارتهای افسانه وار فاینمن راهگشای یکی از جذابترین زمینه‌های نانو تکنولوژی یعنی ساخت روباتهایی در مقیاس نانو شد. در واقع تصور در اختیار داشتن لشکری از نانو ماشینهایی در ابعاد میکروب که هر کدام تحت فرمان یک پردازنده مرکزی هستند، هر دانشمندی را به وجد می‌آورد. در رویای دانشمندانی مثل جی استورس هال (J.Storrs Hall) و اریک درکسلر (E.Drexler) این روباتها یا ماشینهای مونتاژکن کوچک تحت فرمان پردازنده مرکزی به هر شکل دلخواهی در می‌آیند. شاید در آینده‌ای نه چندان دور بتوانید به کمک اجرای برنامه ای در کامپیوتر ، تخت خوابتان را تبدیل به اتومبیل کنید و با آن به محل کارتان بروید. چرا این مقیاس طول اینقدر مهم است؟ خواص موجی شکل (مکانیک کوانتومی) الکترونهای داخل ماده و اثر متقابل اتمها با یکدیگر از جابجایی مواد در مقیاس نانومتر اثر می‌پذیرند. با تولید ساختارهایی در مقیاس نانومتر ، امکان کنترل خواص ذاتی مواد ازجمله دمای ذوب ، خواص مغناطیسی ، ظرفیت بار و حتی رنگ مواد بدون تغییر در ترکیب شیمیایی بوجود می‌آید. استفاده از این پتانسیل به محصولات و تکنولوژیهای جدیدی با کارآیی بالا منتهی می‌شود که پیش از این میسر نبود.نظام سیستماتیک ماده در مقیاس نانومتری ، کلیدی برای سیستمهای بیولوژیکی است. نانوتکنولوژی به ما اجازه می‌دهد تا اجزاء و ترکیبات را داخل سلولها قرار داده و مواد جدیدی را با استفاده از روشهای جدید خود_اسمبلی بسازیم. در روش خود_اسمبلی به هیچ روبات یا ابزار دیگری برای سرهم کردن اجزاء نیازی نیست. این ترکیب پر قدرت علم مواد و بیوتکنولوژی به فرآیندها و صنایع جدیدی منتهی خواهد شد.ساختارهایی در مقیاس نانو مانند نانو ذرات و نانولایه‌ها دارای نسبت سطح به حجم بالایی هستند که آنها را برای استفاده در مواد کامپوزیت ، واکنشهای شیمیایی ، تهیه دارو و ذخیره انرژی ایده‌ال می‌سازد. سرامیکهای نانوساختاری غالبا سخت‌تر و غیرشکننده‌تر از مشابه مقیاس میکرونی خود هستند. کاتالیزورهای مقیاس نانو راندمان واکنشهای شیمیایی و احتراق را افزایش داده و به میزان چشمگیری از مواد زائد و آلودگی آن کم می‌کنند. وسایل الکترونیکی جدید ، مدارهای کوچکتر و سریعتر و … با مصرف خیلی کمتر می‌توانند با کنترل واکنشها در نانوساختار بطور همزمان بدست آیند. اینها تنها اندکی از فواید و مزایای تهیه مواد در مقیاس نانومتر است. منافع نانوتکنولوژی چیست؟ مفهوم جدید نانوتکنولوژی آنقدر گسترده و ناشناخته است که ممکن است روی علم و تکنولوژی در مسیرهای غیرقابل پیش بینی تأثیر بگذارد. محصولات موجود نانوتکنولوژی عبارتند از: لاستیکهای مقاوم در برابر سایش که از ترکیب ذرات خاک رس با پلیمرها بدست آمده‌اند، شیشه‌هایی که خودبه خود تمیز می‌شوند، مواد دارویی که در مقیاس نانو ذرات درست شده‌اند، ذرات مغناطیسی باهوش برای پمپهای مکنده و روان سازها ، هد دیسکهای لیزری و مغناطیسی که با کنترل دقیق ضخامت لایه‌ها از کیفیت بالاتری برخوردارند، چاپگرهای عالی با استفاده از نانو ذرات با بهترین خواص جوهر و رنگ دانه و ... . قابلیتهای محتمل تکنیکی نانوتکنولوژی محصولات خود_اسمبل کامپیوترهایی با سرعت میلیاردها برابر کامپیوترهای امروزی اختراعات بسیار جدید (که امروزه ناممکن است) سفرهای فضایی امن و مقرون به صرفه نانوتکنولوژی پزشکی که در واقع باعث ختم تقریبی بیماریها ، سالخوردگی و مرگ و میر خواهد شد. دستیابی به تحصیلات عالی برای همه بچه‌های دنیا احیاء و سازماندهی اراضی برخی کاربردها مدلسازی مولکولی و نانوتکنولوژی در سازمان دهی و دستکاری مواد در مقیاس نانو ، لازم است تمامی ابزار موجود جهت افزایش کارایی مواد و وسایل بکار گرفته شود. یکی از این ابزار ، شیمی تحلیلی ، خصوصا مدل ‌سازی مولکولی و شبیه ‌سازی است. امروزه ابزار تحقیقاتی فراگیری مانند روشهای شیمی تحلیلی مزیتهای فراوانی نسبت به روشهای تجربی دارند. میهیل یورکاز شرکتContinental Tire North America می‌گوید:"روشهای تجربی مستلزم بهره‌گیری از نیروی انسانی ، شیمیایی ، تجهیزات ، انرژی و زمان است. شیمی تحلیلی این امکان را برای هر فرد مهیا می‌سازد که فعالیتهای شیمیایی چندگانه‌ای را در 24 ساعت شبانه ‌روز انجام دهد. شیمیدانها می‌توانند با انجام آزمایشها توسط رایانه ‌، احتمال فعالیتهای غیرمؤثر را از بین ببرند و گستره احتمالی موفقیتهای آزمایشگاهی را وسعت دهند.نتیجه نهایی این امر ، کاهش اساسی در هزینه‌های آزمایشگاهی (مانند مواد ، انرژی ، تجهیزات) و زمان است." از طرف دیگر ، در شیمی تحلیلی سرمایه‌ گذاری اولیه جهت تهیه نرم‌افزار و هزینه‌های وابسته از جمله سخت‌افزار جدید ، آموزش و تغییرات پرسنل بسیار بالا خواهد بود. ولی با بکار گیری هوشمندانه این ابزار می‌توان هریک از هزینه‌های اولیه را نه تنها از طریق صرفه‌جویی در هزینه آزمایشگاه بلکه بوسیله فراهم نمودن دانشی که منجر به بهینه ‌سازی فرآیندها و عملکردها می‌شود، جبران ساخت.این موضوع برای شیمیدانها بسیار مناسب است، ولی روشهای شبیه‌سازی چطور می‌توانند برای نانوتکنولوژیستها مفید واقع شود؟ محدودیتهای آزمایشگر در مقیاس نانو ، زمانی آشکار می‌شود که شگفتی جهان دانشمندان نظری وارد عمل می‌شود. در اینجا هنگامی که دانشمندان قصد قرار دادن هر یک از اتمها را در محل مورد نظر دارند قوانین کوانتوم وارد صحنه می‌شود. پیش‌بینی رفتار و خواص در محدودهای از ابعاد برای نانوتکنولوژیستها حیاتی است.مدل‌سازی رایانه‌ای با بکارگیری قوانین اولیه مکانیک کوانتوم و یا شبیه‌سازیهای مقیاس میانی ، دانشمندان را به مشاهده و پیش‌بینی رفتار در مقیاس نانو و یا حدود آن قادر می‌سازد. مدلهای مقیاس میانی با بکارگیری واحدهای اصلی بزرگتر از مدلهای مولکولی که نیازمند جزئیات اتمی است، به ارائه خواص جامدات ، مایعات و گازها میپردازند. روشهای مقیاس میانی در مقیاسهای طولی و زمانی بزرگتری نسبت به شبیهسازی مولکولی عمل می‌کنند. می‌توان این روشها را برای مطالعه مایعات پیچیده ، مخلوطهای پلیمر و مواد ساخته‌شده در مقیاس نانو و میکرو بکار برد. مدل ‌سازی خاک‌ رس محققین دانشگاه لندن در انگلستان و دانشگاه Paris Sud در فرانسه ، شبیه‌سازیهایی بر اساس مکانیک کوانتوم برای مطالعه و کامپوزیتهای خاک ‌رس–پلیمر بکار برده‌اند. امروزه این ترکیبات یکی از موفق‌ترین مواد نانوتکنولوژی هستند، زیرا بطور همزمان مقاومت بالا و شکل‌پذیری از خود نشان می‌دهند؛ خواصی که معمولاً در یکجا جمع نمی‌شوند. نانو کامپوزیتهای پلیمر–خاک رس می‌توانند با پلیمریزاسیون در جا تهیه شوند؛ فرآیندی که شامل مخلوط کردن مکانیکی خاک معدنی با مونومر مورد نیاز است. بنابراین مونومر در لایه درونی جای‌گذاری می‌شود (خودش را در لایه‌های درون ورقه‌های سفال جای می‌دهد) و تورق کل ساختار را افزایش می‌دهد. پلیمریزاسیون ادامه می‌یابد تا سبب پیدایش مواد پلیمری خطی و همبسته گردد. دانشمندان با بکارگیری Castep (یک برنامه مکانیک کوانتوم که نظریه کارکردی چگالی را بکار می‌گیرد) تحول کشف شده در این روش را که پلیمریزاسیون میان ‌گذار خود کاتالیست نامیده می‌شود مطالعه کردند. این پروژه ، دانشی نظری در زمینه ساز و کار این فرآیند جدید را بوسیله مشخص کردن نقش سفال در کامپوزیت فراهم نمود. ضروری است که دانش حاصل از شبیه‌سازیها ، جهت کنترل و مهندسی نمودن فعل و انفعالات پلیمر-سیلیکات به کمک دانشمندان آید.دانشمندان در شرکت BASF شبیه‌ سازیهای مقیاس میانی را برای بررسی علم و رفتار ریزواره‌ها بکاربردند. ریزواره‌ها ذراتی کروی شکل با ابعاد نانو هستند که به صورت خود به خود در محلولهای کوپلیمری ایجاد می‌شوند و در زمینه‌هایی مانند سنسورها وسایل آرایشی و دارو رسانی کاربرد دارند. دانشمندانBASF با بکار گیری esoDyn ، یک ابزار شبیه ‌سازی برای پیش‌بینی ساختارهای مقیاس میانی مواد متراکم محلولهای تغلیظ ‌شده کوپلیمرهای آمفی‌فیلیک را بررسی کردند.شبیه‌سازیها مشخص نمود که کدام شرایط مولکولی و فرمولی به شکل‌گیری "ریزواره‌های معکوس" مانند نانو ذرات آب در یک محیط فعال منتهی‌ میشود. چنین نتایجی برای درک رفتار عوامل فعال سطحی ضروری هستند. به کمک روشهایی مانند پرتاب محلول در آزمایشگاه می‌توان به نتایجی در این زمینه دست یافت، اما دستیابی به این نتایج ماهها به طول می‌انجامد، درحالی که آزمایشهای شبیه‌سازی شده تنها طی چند روز نتیجه می‌دهند. محدودیتهای این روشها چیست؟ در حالیکه امروزه ابزار مدلسازی در سطح کوانتومی و مقیاس میانی به خوبی توسعه یافته‌اند، همچنان محدودیتهایی در این عرصه وجود دارد. برای مثال کاربردهایی در زمینه وسایل الکترونیک مستلزم انجام محاسبات مکانیک کوانتوم برای تعداد اتمهایی بیش از روشهای حاضر می‌باشد که بیش از توان عملیاتی منابع محاسبه‌گر فعلی است. همچنین مدلسازی کل وسایل امکان‌پذیر نیست، بویژه عملکردها و خواص آنها. نانوتکنولوژی) و کاربرد آن در ايمني  و بهداشت   نانوتکنولوژی به دلیل خصوصیات منحصر به فردي مانند سایز خیلی کوچک آن و نسبت سطح به جرم زیادش به طور بالقوه ای انسانها را در معرض خطرات جدید و رو به رشد قرار می دهد و افزایش مشکلات بهداشتی به خصوص برای کارگران دارد. (نانوتكنولوژي) توليد كارآمد مواد و دستگاهها و سيستمها با كنترل ماده در مقياس طولي نانومتر، و بهره برداري از خواص و پديده هاي نوظهوري است كه در مقياس نانو توسعه يافته اند. گام اخیر در نانوتکنولوژی توسعه دادن وسایلی است که محققان ایمنی و بهداشت شغلی و قانونگذاران تاکنون در محیط های صنعتی اخیراً از آن غافل بوده اند . تحقیقات اولیه در مورد اثرات بهداشتی فناوري نانو نشان می دهد که قابلیت ایجاد التهاب ، سرطان ها و و بیماری های شدید ریه را دارد. مقایسات بین نانوتکنولوژی و آزبستوز انجام شده که به طور ویژه ای به بالقوه بودنشان برای دورهای تاخیری طولانی مدت توجه شده است . به هرحال روش دقیقی که نانوتکنولوژی اثرات بیولوژیکی خود را روی انسان دارد به طور وسیعی ناشناخته است . قبل از آنکه نیاز به توسعه و ارتقاء استاند ارد ها راهنماها و مقررات مورد ملاحظه قرار گیرد نیاز قابل ملاحظه ای به تحقیق بیشتر در زمینه ی تداخلات ایمنی و بهداشتی این تکنولوژی وجود دارد. سرمایه گذاری جهانی در زمینه ی تحقیقات نانوتکنولوژی و توسعه ی آن به طور فوق العاده ای افزایش یافته است. سرمایه گذاری اخیر در زمینه ی ارتقاء این صنایع به طور قابل ملاحظه ای مهم تر از هزینه کردن در مورد تحقیق در این زمینه یا خطرات بالقوه ی آن برای انسان هاست . مثالهای زیادی در مورد نانوتکنولوژی هایی که تاکنون به طور تجاری در دسترس بودند وجود دارد که شامل مواد آرایشی، البسه، مصالح ساختمانی، افزودنی های غذایی، لوازم الکترونیکی و لوازم خانگی می باشند . قابلیت نانوتکنولوژی به عنوان یک مشکل عمومی روز همانند مواد غذایی تغییر شکل یافته ی ژنتیکی، آزبستوز و تحقیق در زمینه ی سلول های بنیادی در حال افزایش می باشد . نانوذرات: طبق تعریف جوامع علمی مر تبط با نانو تكنولوژي ،یک نانوذره به ذره ای گفته می شود که ابعادی بین یک تا 100 نانومتر داشته باشد. نانو ذرات از طیف وسیعی از مواد ساخته می شوند. نانو ذرات دوده از سال 1900 در لاستیک ها استفاده می شده است تا آنها را سیاه رنگ جلوه دهد. خرده ذرات نانویی طلا ونقره سالها پیش در قرن دهم به پیگمنت هایی رنگی در شیشه های رنگی افزوده شده است. رنگ به ابعاد این ذرات بستگی دارد. نقره سالهای متمادی به عنوان التیام دهنده استفاده می شده است. شیر از میلیونها ذره با ابعاد نانویی کازئین تشکیل شده است. مولکول های شکر یک نانومتر قطر دارند. متداول ترین وپرکاربردترین آنها نانوذرات سرامیکی هستند. با توجه به تعریف نانوذرات ممکن است این ذهنیت بوجود بیاید که این ذرات با چنین ابعادی در هوا معلق خواهند ماند اما در واقع چنین نیست ونیروهای الکترواستاتیکی بین این ذرات، آنها را درکنار هم قرار می دهد. خواص نانو ذرات: با توجه به تعریف نانوذرات، یکی از سوال های مهم در تولید مواد نانو این است که آرایش هندسی وپایداری اتم ها با تغییر اندازه ذرات چه تغییری می کند؟ در تكنولوژي نانو اولین اثر کاهش اندازه ذرات، افزایش سطح است.افزایش نسبت سطح به حجم نانوذرات باعث می شود که اتم های واقع در سطح، اثر بسیار بیشتری نسبت به اتم های درون حجم ذرات، بر خواص فیزیکی ذرات داشته باشند.این ویژگی واکنش پذیری نانوذرات را به شدت افزایش می دهد علاوه براین افزایش سطح ذرات فشار سطحی را تغییر داده ومنجربه تغییر فاصله بین ذرات یا فاصله بین اتم های ذرات می شود خواص الکترونیکی وشیمیایی : در نانو تكنولوژي تغییر در فاصله بین اتم های ذرات و هندسه ذرات روی خواص الکترونیکی ماده هم تاثیر گذار است وقتی اندازه ذرات کاهش می یابد پیوند های الکتریکی در فلزات ظریف تر می شوند جالب است که بپرسیم در چه اندازه دانه ای یک ذره فلزی شبیه یک توده فلز رفتار می کند؟ آیا این تغییر در خواص به تدریج رخ می دهد یا به طور ناگهانی ؟ پاسخ به این سوالات هم ازنظر آزمایشگاهی وهم تئوری مشکل است. کمیت الکترونیکی که راحت تر دردسترس می باشد پتانسیل یونیزاسیون است مطالعات نشان داده اند که پتانسیل یونیزاسیون در اندازه دانه های کوچک (ذرات ریزتر) بیشتر است یعنی با افزایش اندازه ذرات پتانسیل یونیزاسیون آنها کاهش می یابد افزایش نسبت سطح به حجم وتغیرات در هندسه وساختار الکترونیکی تاثیر شدیدی روی فعل وانفعالات شیمیایی ماده می گذارد و برای مثال فعالیت ذرات کوچک با تغییر در تعداد اتم ها(ودرنتیجه اندازه ذرات) تغییر می کند . خواص سطحی در فن آوري نانو خواص دیگری مثل نسبت سطح به حجم و انرژی پتانسیل در مقیاس نانو به طور چشمگیری افزایش می یابند که در قابلیت های محصولات تاثیر بسزایی دارد. ویسکوزیته در مقیاس نانو آب در مقیاس نانو آب روانی نیست که ما در مقیاس های بزرگ استفاده می کنیم. اشیاء کوچک درآب با ماده چسبنده ای مثل عسل یا آب قند احاطه شده اند. خواص سیالات در مقیاس نانو در ویسگوزیته برجسته می گردد حجم سیالی که مسیر مشخص را در زمان تعیین شده طی می کند درست مثل ویسمزیته تغییر می کند اگر این سرعت را با v نشان دهیم اندازه حرکت (حاصل ضرب جرم در سرعت ) را با p نمایش دهیم و A هم مساحت سطح باشد.µ ویسکزیته مایع است هرچه عدد رینولد کوچکتر باشد تاثیر ویسکوزیته بیشتر است بنابراین یک باکنری که یک میلیون بارکوچکتر از یک انسان است باکتری آب را یک میلیون بار از ما ویسکوزتر می بابد[4]. dt/dt ≈ qa2v2= اینرسی نیرو F= µav نیروی ویسکوزی Re= qav/µ=Force/Fعددرینولد خواص مغناطیسی در نانو تكنولوژي پیچیده ترین تاثیر اندازه ذرات تاثیر بر خواص مغناطیسی ماده است. یک ماده توده ای فرومغناطیس با حوزه های مغناطیسی که هر کدام حاوی هزاران اتم هستند، شناخته می شود. در یک حوزه مغناطیسی جهت چرخش الکترون ها یکسان است، اما حوزه های مغناطیسی متفاوت، جهات چرخش متفاوتی دارند. تغییر فاز مغناطیسی وقتی رخ می دهد که یک میدان مغناطیسی بزرگ، تمام حوزه های مغناطیسی را یک جهت کند. به عنوان مثال در مورد نانو ذرات ، حوزه های مغناطیسی مشخصی دیده نمی شود. بنابراین تصور می شود که در این موادسیستم های ساده تری وجود خواهد داشت اما در حقیقت چیزی برعکس این موضوع وجود دارد.ذرات مغناطیسی کوچک و حتی جامدات غیر مغناطیسی با اندازه دانه کوچک ، نوع جدیدی از خواص مغناطیسی را نشان می دهند. این خواص متاثر از خاصیت کوانتومی اندازه ذرات است که برای فهمیدن آن، نیاز به مطالعه بسیار است.اندازه ذرات مورد بحث ما، معمولاً کمتر از اندازه حوزه های مغناطیسی در جامدات است بنابراین یک ذره مثل یک اتم مجزا رفتار می کند که گشتاور مغناطیسی بزرگی دارد. روش های تولید نانو ذرات: به طور کلی واکنش های شیمیایی برای تولید مواد می تواند در هریک از حالت های جامد، مایع وگاز صورت گیرد. روش متداول برای تولید مواد در جامد آن است که با خردکردن ذرات ، سطح تماس آنها افزایش یافته ودر ادامه جهت افزایش میزان نفوذ اتم ها ویون ها ، این مخلوط در دماهای بالا بیشتر می شود. در شیمی اصطلاحاً به موادی که واکنش های شیمیایی با آنها آغاز می شود،واکنشگر و موادی که در طی انجام واکنش واکنشگربه آنها تبدیل می شود ،محصول گویند.واکنشگر ها می تواند جامد،مایع یا گاز باشد.به علاوه واکنشگرها یا خود یک عنصر مستقل هستند یا می توانند به صورت ترکیبات چند جزئی باشند. ترکیبات چند جزیی را معمولاً پیش ساز گویند. روش های بسیاری برای تولید نانو ذرات یا ذرات نانو ساختار توسعه یافته اند که شامل فرایند های حالت بخار، مایع و جامد است. کاربرد های نانوذرات: مصارف روزمره همانطور که در مطالب پيشين مربوط به (نانو تكنولوژي) بيان شد یکی از خواص مهم نانوذرات نسبت سطح به حجم بالای این مواد است. با استفاده ازاین خاصیت می توان کاتالیزورهای قدرتمندی را در ابعاد نانومتری تولید نمود.این نانوکاتالیزورها راندمان واکنش های شیمیایی را به شدت افزایش داده و همچنین به میزان چشمگیری از تولید مواد زاید در واکنش ها جلوگیری خواهند نمود. به کارگیری نانوذرات در تولید مواد دیگر می تواند استحکام آنها را افزایش دهد ویا وزن آنها را کم کندومقاومت شیمیایی وحرارتی آنها را بالا ببرد وواکنش انها را در برابر نور وتشعشعات دیگر تغییر دهد.پس اولین کابردی که برای نانو ذرات می توان متصور شد، استفاده از این مواد در تولید نانوکامپوزیت ها ست. با استفاده از نانو ذرات، نسبت استحکام به وزن مواد کامپوزیتی به شدت افزایش خواهد یافت.اخیراًدر ساخت شیشه های ضدآفتاب از نانوذرات اکسید روی استفاده شده است استفاده از این ماده علاوه بر افزایش کارایی این نوع شیشه ها عمر آنها را نیز چندین برابر نموده است از نانو ذرات همچنین در ساخت انواع ساینده ها، رنگها، لایه های محافظتی جدید وبسیار مقاوم برای شیشه ها وعینک ها(ضدجوش ونشکن) کاشی ها ودر ضد نوشته برای دیوار ها وپوشش های سرامیکی برای افزایش استجکام سلول های خورشیدی نیز با استفاده از نانوذرات تولید شده اند.قبلاً بحث شد که با کوچک شدن ذرات خواص کلی آنها تغییر می کند. وقتی اندازه ذرات به نانومتر می رسد یکی از خواصی که تحت تاثیر این کوچک شدن اندازه قرار می گیرد تاثیر پذیری از نور وامواج الکترومغناطیسی است با توجه به این موضوع اخیراً چسب هایی از نانو ذرات تولید شده اند که کاربرد های مهمی در اپتوالکتریک وصنایع الکترونیکی دارند ورود نانو ذرات به رنگها یا مواد ساختمانی وزن را کاهش می دهند ودر استفاده از رنگ در هواپیما مصرف سوخت را کاهش می دهد.نانو ذرات نانویی محیط را پاک تر نگه می دارند استفاده از ابزاری که می تواند وضعیت قلب را نشان دهد نانوذرات اکسید تیتانیوم (بی رنگ ) می تواند در کرم های ضد اشعه UV بکار رود.ذراتی مشابه در شیشه آب را دفع می کند و نور خورشید را به کار می برد تا آلودگی را ازبین برد(شیشه های تمیز کننده) در حال حاضر شرکت های زیادی نانو ذرات را به شکل پودر، اسپری وپوشش تولید می کنند که کاربرد های زیادی در قسمت های مختلف اتومومبیل ، راکت های تنیس، عینک های آفتابی ضدخش، پارچه های ضد لک، پنجره های خود تمیز کن وصفحات خورشیدی دارند. ایمنی و بهداشت اثرات سمیت و بیولوژیکی: اطلاعات کمی در مورد اثرات سم شناسی و بیولوژیکی نانوتکنولوژی مخصوصاً شک و شبهاتی در رابطه با راههای بالقوه ی تماس و جابجایی مواد نانو در دفعه ی اول ورود آنها به بدن و پاسخ بدن به مواد نانو وجود دارد. انواع بسیار مختلف ذرات نانو و خصوصیات مختلفشان دسترسی کلی به اثرات سم شناسی آنها را در این مرحله غیر ممکن ساخته است. مشخص نیست که چگونه خصوصیات مختلف ذرات مثل سطح ناحیه ای، حلالیت، شکل وسطح شیمیایی سمیت ذرات را تحت الشعاع قرار می دهند. به هر حال یافته های بسیار رایجی هستند که نشان می دهند سایز ذره،سطح ناحیه ای و سطح شیمیایی به عنوان فاکتورهای کلیدی در ایجاد اثرات بهداشتی سوء می باشند. به دلیل سایز کوچک استثنایی که ذرات نانو دارند قادرند مکانیسم های دفاعی بدن را مسدود کرده و تشکیل ذراتی با سایز بزرگتر بدهد ذرات نانو در مقایسه با ذرات بزرگتر نسبت سطح به جرم بسیار بزرگتری دارند که ممکن است ذرات را قادر به نفوذ به درون سلولهای بدن و تشکیل ساختارهایی متفاوت ودر مقیاسی بزرگتر از آنها بدهد. تماس با ترکیبات نانو به احتمال زیاد از طریق استنشاق انجام می شود اما ممکن است از طریق پوست یا گوارش نیز انجام شود. مطالعات زیادی نشان داده است که ذرات نانو قادرند از ریه ها به داخل جریان خون عبورکرده و در سایر ارگانهای بدن انتشار یابند مطالعات روی چندین نوع از حیوانات حاکی از آن است که تماس با ترکیبات نانو ممکن است باعث تغیرات پاتولوژیکی ریه از جمله سر طانها، التهاب، فیبروز و مشکلات تنفسی شود. زمانی که مطالعات روی جوندگان یا کشت سلولی اثرات بهداشتی ناشی از استفاده و یا تماس با ذرات نانو را نشان دهد، که مستقیماً قادر نیستیم این تستها را با خطر تماس شغلی یا به انسان ارتباط بدهیم. تحقیق بیشتری برای اثرات مزمن بهداشتی ناشی از ذرات نانو لازم شده است .تماس با سطوح پایین برای به دست آوردن اطلاعاتی برای پروسه ی ارزیابی ریسک مفیدترند. خطر انفجار: علاوه بر کنترل تماس ذرات نانو با گارگران در محیط کار، خطر دیگری که مورد توجه است خطر ناشی از حریق یا انفجار به دلیل فعالیت کاتالیستی بسیاری از مواد نانو می باشد. تا کنون کنترل خطرات انفجار یا حریق ثبت نشده است. بعنوان یک پیش احتیاط کنترلهایی را باید در محیط کار به کاربرد که مشابه آن برای مواد مشابه در سطح ماکرو استفاده خواهد شد. تماس شغلی : این موضوع حائز اهمیت است که بدانیم و قادر به ارزیابی تماس به منظور ارزیابی اینکه آیا مواد نانو به عنوان یک خطر ایمنی و بهداشت شغلی مطرح هستند. فعالیت هایی که مواد نانو را در فاز گازی تولید می کنند یا استفاده یا تولید مواد نانو نانو به فرم پودرها یا محلولها را دارند در معرض بزرگترین خطر تماس شغلی با ذرات نانو می باشند. اگرچه تولید ذرات نانو به طور خاصی در سیستم های بسته انجام می شود، باز خطر تماس به آنها به انواع کنترل های موجود در محل بستگی دارد. بسیاری از روشهای محیط کار که ممکن است منجربه تماس با نانو ها شوند شامل کار با مواد نانو به صورت مایع بدون حفاظت کافی و نظافت سیستمهای جمع آوری گردوغبارهایی که برای گیرانداختن ذرات نانو استفاده می شود. افرادی که به تجارت مواد نانو مشغولند و فعالیت های کاری که ریسک بالایی از تماس با ذرات نانو دارند شامل حمل ونقل، نظافت، نگهداری روتین وسایل، مرتب کردن، ذخیره داخل مخازن وتوزیع کننده ها، به علاوه استفاده توسط مصرف کنندگان نهایی برای اهداف صنعتی. نانوفناوري با قابليت ها و توانايي هايي كه دارد، نقش مهمي را در توسعه و پيشرفت علوم و صنايع ايفا خواهد كرد و كارهايي را انجام خواهد داد كه قبلاً انجام آن ممكن نبوده است؛ به عنوان مثال، شما مي‌خواهيد موتوري را براي يك ساعت مچي طراحي نماييد، طبعاً اين موتور كوچك خواهد بود و اندازة اجزاي آن نيز كوچك‌تر خواهد شد و نمي‌توان از مغناطيس‌هاي معمولي و بزرگ براي ساخت آن استفاده كرد. براي ساخت اين موتور بايد از مغناطيس‌هاي قوي و كوچك استفاده نمود. اما ساختن اين مغناطيس‌هاي كوچك با فناوري معمولي ممكن نيست و احتياج به فناوري پيشرفته‌تري دارد. يكي از توانايي‌هايي كه نانوفناوري ايجاد مي‌نمايد، قابليت ساختن مغناطيس‌هاي كوچك است. در بعضي از پودرهاي مغناطيسي، كيفيت مغناطيسي با كاهش ابعاد ذره‌هاي پودر بهبود مي‌يابد. فريت‌هاي مغناطيسي كه مواد مغناطيسي سراميكي هستند از اين دسته‌اند. اين فريت‌ها شامل مغناطيس‌هاي سخت (مغناطيس‌هاي دايمي) و مغناطيس‌هاي نرم (مغناطيس‌هاي موقتي) هستند. در اين فريت‌ها، با كاهش ابعاد ذره‌هاي پودر تا ابعاد 500 تا 100 نانومتر، مي‌توان به مغناطيس‌هايي با كيفيت بسيار خوب دست يافت. در بعضي از پودرهاي مغناطيسي، كيفيت مغناطيسي با كاهش ابعاد ذره‌هاي پودر بهبود مي‌يابد. فريت‌هاي مغناطيسي كه مواد مغناطيسي سراميكي هستند از ين دسته‌اند. ين فريت‌ها شامل مغناطيس‌هاي سخت (مغناطيس‌هاي ديمي) و مغناطيس‌هاي نرم (مغناطيس‌هاي موقتي) هستند. در ين فريت‌ها، با كاهش ابعاد ذره‌هاي پودر تا ابعاد 500 تا 100 نانومتر، مي‌توان به مغناطيس‌هاي با كيفيت بسيار خوب دست يافت.   كاربردهاي نانومغناطيس‌ها امروزه نانومغناطيس‌‌ها همچون ساير مغناطيس‌ها گسترة كاربرد وسيعي دارند. يكي از كاربردهاي اصلي نانومغناطيس‌ها، استفاده از آنها در محيط‌هاي ذخيره‌سازي اطلاعات (Recording media) است. صفحه‌هاي مغناطيسي ذخيره‌سازي اطلاعات، مثالي از اين محيط‌ها هستند. سطح اين صفحه‌ها از جنس ذره‌هاي مغناطيسي است. اين ذره‌ها بايد بسيار ريز و داراي دانه‌بندي يكنواخت باشند. با استفاده از نانوفناوري امكان ساخت اين ذره‌‌ها فراهم شده است.كاربرد ديگر نانو مغناطيس‌ها در ساخت موتورهاي الكتريكي كوچك است. هنگامي كه اين موتورها كاربردهايي ظريف و حساس دارند، مغناطيس‌هاي استفاده شده در آنها با فناوري نانو ساخته مي‌شود. نانومغناطيس‌ها در صنايع الكتروفتوكپي نيز استفاده مي‌شود. جوهرهاي استفاده شده در اين صنايع، داراي پودرهاي نانومغناطيس هستند. از زمينه‌هاي جديد براي كاربرد نانوذره‌هاي مغناطيسي، توليد مايع‌ها و سيال‌هاي مغناطيسي است. اين مواد در براده‌برداري از سطوح و تصفيه آب مطرح هستند. صنايع پزشكي و بيولوژي يكي از زمينه‌هاي بزرگ براي استفاده از نانومغناطيس‌ها هستند كه در آنها نانوفناوري و زيست‌فناوري با هم تلاقي پيدا مي‌كنند. علاوه بر اين موارد، نانومغناطيس‌‌ها در صنايع نظامي، رايانه،‌ برق و خودرو نيز كاربرد دارند. در بسياري از كاربردهايي كه ذكر گرديد،‌ محصولات نانومغناطيس‌ها وارد بازار شده‌اند.‌ متأسفانه در كشور ما به علت ضعف صنعت مغناطيس و عدم آشنايي توليدكننده‌ها با فناوري نانو،‌ توليد نانومغناطيس‌ها مطرح نيست. انقلاب نانوفناوري در صنعت مغناطيس امروزه بيشترين استفاده از نانومغناطيس‌ها به توليد نانوپودرهاي مغناطيسي مربوط مي‌شود. البته در كنار اين پودرها،‌ قطعه‌هاي مغناطيسي هم مورد استفاده هستند،‌ اما چون با كاهش ابعاد ذره‌هاي پودر، كيفيت قطعه‌هاي مغناطيسي هم بهبود مي‌يابد، بيشتر روي پودرها تكيه مي‌شود. ساخته‌شدن پودرهاي مغناطيسي در ابعاد نانو مي‌تواند انقلابي در صنعت مغناطيس ايجاد نمايد. راهكارهاي توسعه تحقيقات نانو مغناطيس در كشور براي توسعة صنعت نانومغناطيس در كشور بايد مشكلات توسعة فناوري نانو حل شود. براي برطرف‌كردن برخي از اين مشكلات، بايد تعريف مناسبي از جايگاه تحقيقات در دانشگاه‌ها ارايه شود. در حال حاضر بودجه‌هاي تحقيقاتي بين وزرات‌خانه‌هاي مختلف توزيع مي‌شود و دانشگاه‌ها براي كسب بودجه براي تحقيقات مجبور به مراجعه به اين وزارت‌خانه‌ها هستند. مبحث نانوفناوري، مبحثي است كه در چند سال اخير مطرح شده است و حتي در كشورهاي پيشرفته هم موضوعي نو شمرده مي‌شود؛ براي پيشرفت در اين فناوري بايد به دانشگاه ها مراجعه نمود چون دانشگاه‌ها در صف مقدم علمي كشور هستند و براي پرداختن به مباحث علمي روز دنيا بيشترين صلاحيت علمي را دارند. از طرف ديگر فعاليت هاي ستاد نانوفناوري بايد پايدار و هدفمند باشد. تصميم هاي اين ستاد بايد به صورت متمركز باشد و از اعمال سليقه در آنها و تعدد مراكز تصميم‌گيري دوري شود. اولويت‌ها در اين مركز مشخص شود و بودجه‌ها و كمك‌هاي تعيين‌شده از جانب اين مركز به طور مناسبي توزيع گردد. به اين شكل متخصصان و پژوهشگران دلگرم مي‌شوند و در نتيجه نانوفناوري در كشور پيشرفت مي‌نمايد. علاوه بر آنچه گفته شد براي پيشبرد صحيح فناوري نانو بايد تمامي اطلاعات مربوط به آن را تا حد ممكن گردآوري كرده و در اختيار افراد توانايي قرار داد كه بتوانند آينده را ترسيم و برنامه‌اي مشخص براي آينده فناوري نانو در كشور ارايه نمايند. كاربرد نانو تكنولوژي در كامپيوتر و الكترونيك؛ انقلابي در فناوري نانو هدف از نگارش اين نوشتار، مرور يكي از روش هاي بكارگيري فناوري نانو است. براي مثال اين فناوري نسبتاً نو، در كامپيوتر و قطعات الكترونيكي كاربرد بسياري دارد. از مثالي كه ريچارد فايمن در سخنراني خود استفاده كرد، شروع مي كنيم. در واقع با اين مثال ميخواهيم ابعاد و اندازه هاي نانويي را با اندازه هاي خيلي كوچكي كه تكنولوژي آنها هم اكنون در دسترس است، مقايسه بكنيم. او كه جايزۀ نوبل فيزيك را دريافت كرده بود، در كنفرانس سال 1960 تحت عنوان «فضاي زيادي وجود دارد» به بحث در مورد توانايي ها و امكان ساخت مواد نانو مقياس پرداخت. او به گونه اي خيال پردازانه، خطوطي حكاكي شده با به كارگيري باريكۀ الكتروني و با عرضي به اندازۀ چند اتم را فرض كرد كه در واقع وجود ليتوگرافي توسط باريكۀ الكتروني را پيش بيني مي كرد. در واقع فاينمن با اين سوال شروع كرد: "چرا نمي توانيم بيست و نه پوشينۀ دايره المعارف بريتانيكا را به سر يك سوزن بنويسيم؟" و ادامه داد "قطر ته سوزن 1/16 اينچ است. اگر آن را بيست و پنج هزار بار بزرگ كنيم سطح آن با كل سطح صفحات دايره المعارف برابر مي شود. پس كافي است همه نوشته ها را بيست و پنج هزار بار كوچك كنيم." اگر چه انديشه هاي فاينمن بازتاب چنداني توسط دانشمندان آن زمان نداشت؛ هم اكنون بسياري از فرضيات او به واقعيت پيوسته اند.ريچارد فاينمن به پاس كمك هاي شايانش به الكتروديناميك كوانتومي (موضوعي بسيار دور از فناوري نانو) جايزۀ نوبل فيزيك را دريافت كرده بود. همگام با او، رويا پردازان ديگري نيز مشغول به فعاليت بودند. راف لندور فيزيكداني نظري بود كه در سال 1957 براي IBM كار مي كرد. وي ايده هايي در پيرامون نانو الكترونيك داشت و به ارزش اثرات مكانيك كوانتومي در اين زمينه پي برده بود.1. الكترونيك و فناوري اطلاعاتانقلاب اطلاعات، جهان پيرامون ما را به شيوۀ گسترده اي تحت تاثير قرار داده است و هوده هاي آن از اثرات انقلاب صنعتي نيز پيشي گرفته است. كليد توسعه و پيشرفت در فناوري اطلاعات، دستيابي به رايانه هايي با توان بيشتر، حجم كوچك تر و قيمت ارزان تر است. در ادامه به كاربردهاي بيشتري از اين فناوري در الكترونيك و كامپيوتر مي پردازيم.2.1 ذخيره سازي و حافظه هابا استفاده از اين فناوري مي توان ظرفيت ذخيره سازي اطلاعات را در حد هزار برابر يا بيشتر افزايش داد. ذخيره سازي اطلاعات مبحثي بسيار مهم و ضروري است كه مي تواند به روش هاي مختلفي انجام شود. هم اكنون ظرفيت ديسك هاي مغناطيسي رايانه ها با استفاده از قانون مور افزايش يافته است و بازاري در حدود چهل ميليارد دلار را در اختيار دارد.2.1 ساخت ماشين هاي شبيه سازندهنانو كامپيوتر و نانو اسمبلر، دو مفهوم جديدي هستند كه در "علم نانو" مطرح مي شوند. ساخت نانو اسمبلر در واقع يك هدف نهايي و مهم در نانو تكنولوژي است. نانو اسمبلر در واقع امكان تهيۀ ماشين يا مكانيك ساختاري شبيه خودش را به وجود مي آورد. زماني كه يك نانو اسمبلر كامل در دسترس باشد تقريباً همه چيز ممكن مي شود و اين مهمترين و بزرگترين خواسته دانشمندان نانو تكنولوژي است. كدام ساده تر است؛ تهيه كپي از ماشين، يا تهيۀ ماشيني كه خودش را كپي كند؟ در مقياس ماكرو مولكولي ساختن يك كپي خيلي ساده تر از ساختن ماشيني است كه بتواند خودش را كپي كند اما در تراز مولكولي اين مساله واژگونه است؛ يعني ساختن ماشيني كه بتواند خود را كپي كند كار را براي ما بارها ساده تر از ساختن ماشين ديگر مي كند و اين مهم ترين كاربرد نانو اسمبلر مي باشد. به اين ترتيب ساختن اتوماتيك محصولات بدون نيروي كار سنتي، همانند عمل كپي در ماشين هاي زيراكس، آسان مي شود.3.1 نيمه هادي ها؛ اساس صنعت الكترونيك كنونيمطابق قانون مور، نعداد ترانزيستور ها در يك مدار الكترونيكي، در هر 12 تا 24 ماه دو برابر مي شود. به اين معني كه مدارها با گذر زمان فشرده و پيچيده تر خواهند شد. اگر چه اين قانون در دهه هاي گذشته راست بود، اما فناوري ليتوگرافي با محدوديت براي كوچك تر كردن عناصر است؛ به طوري كه پيش بيني مي شود صنعت نيمه هادي در 10 سال آينده به مرز كوچك سازي برسد. به اين ترتيب نياز است كه فناوري جديدي وارد عمل شود تا كوچك سازي مدارها را انجام دهد. از دهۀ 1920 دانشمندان دريافتند كه ويژگي هاي مواد مانند استحكام و قابليت هدايت الكتريكي با ساختار اتمي و مولكولي آنها تعيين مي شود. بعد ها دانش فوق منجر به ساخت مواد نيمه هادي شد كه پايۀ صنعت الكترونيك كنوني است. در صنعت كامپيوتر، قابليت نانو ماشين ها براي كوچك كردن ترانزيستورها رو تراشه هاي سيليكوني مي تواند انقلابي در اين زمينه بوجود آورد. به اين ترتيب نياز است كه فناوري نو و تازه اي بكارگرفته شود تا كوچك سازي مدارها را انجام دهد.4.3.1 ابر خازن هاي الكتروشيمياييابر خازنها داراي ظرفيت بالايي مي باشند و به صورت بالقوه قابل استفاده در قطعه هاي الكترونيكي هستند. اين ابر خازن ها داراي دو الكترود هستند كه به وسيلۀ يك مادۀ عايق كه در قطعه هاي الكترو شيميايي داراي رسانايي يوني مي باشد، از هم جدا مي شوند. ظرفيت يك ابر خازن شيميايي نسبت واژگونه با بار روي الكترود، و شمارگر بار در الكتروليت دارد. از ابر خازن هاي نانو لوله، براي ذخيرۀ انرژي استفاده مي شود. به طور كلي گفته مي شود كه توجه بيشتر در اين مورد، با ذخيرۀ بار فرق مي كند.2. الكترونيك مولكولي2.1 نانو تيوب هاي كربني در نانو الكترونيكنانو تيوب هاي كربني داراي كاربردهاي بسيار در زمينۀ نانو الكترونيك و همچنين نانو كامپيوترها دارند. از كاربردهاي بي شمار نانو لوله ها مي توان به كارگيري به عنوان عايق، رسانا و نيمه رسانا و يا نيمه هادي استفاده كرد.2.1.2 خواص رسانايي الكتريكي در نانو تيوب هانانو لوله ها بسته به بردار كايرالشان رسانندگي متفاوتي از خود نشان مي دهند. البته رسانايي آنها به قطر نانو لوله ها نيز بستگي دارد؛ به اين صورت كه نانو لوله هايي با قطر كوچك، رسانا يا نيمه رسانا هستند. نانو لوله هاي تك ديواره با بردارهاي كايرال متفاوت، ويژگي هاي متفاوت با يكديگر دارند. از جمله فعاليت اُپتيكي، استحكام مكانيكي و هدايت الكتريكي آن ها با هم فرق دارد. از انواع نانو لوله ها از نگر رسانايي، نانو تيوب هاي زيگزاگ، آرميچر و نا متقارن هستند. همه ي ساختارهاي ممكن نانو لوله تك ديواره با بردارهاي كايرال با انتقال يافتن دو محدوده اي كه در شكل نشان داده شده است مي تواند شكل گيرد، كه n و m صحيح اند و در نانو لوله هاي زيگزاگ، θ<30 يا m≤n مي باشد. جهت محور نانو لوله عمود بر بردار كايرال است. Ch در نانو لوله هاي كربني از na1+ma2 به دست مي آيد كه a1 و a2 بردارهاي شبكه و كوچكترين قطرهاي شش ضلعي نانو لوله ها هستند و m و n اعدادي صحيح اند. بردار كايرال با بردار Ch = na1+ma2 و زاويۀ كايرال با محور زيگزاگ تعريف مي شود.2.4.1 انواع نانو لوله ها از نگر رسانايياگر زاويۀ 0=θ يا n,0 ، نانو لوله از نوع زيگزاگ خواهد بود. در صورتي كه (n-m)/3 شماري صحيح باشد نانو لوله از نوع فلزي است. در غير اين صورت از نوع نيمه هادي است.در صورتي كه 30=θ يا n≤m باشد، نانو لوله از نوع آرميچر خواهد بود. نانو لوله هاي آرميچر همه از نوع فلزي هستند.در غير از اين دو حالت فوق، نانو لوله از نوع متقارن يا كايرال است كه داراي خواص رسانايي بسيار كمي مي باشد. n≠m , n≠02.2 الكترونيك مولكولي با نانو لوله هامثال هايي از كاربرد بالقوۀ نانو لوله ها به عنوان قطعه هاي گسيلندۀ ميداني را مي توان نمايش دهنده هاي صفحات تخت، لوله هاي تخليۀ گاز در شبكه هاي مخابراتي، تفنگ هاي الكتروني براي ميكروسكوپ الكتروني، سوزن هاي ميكروسكوپ اتمي روبشي و تقويت كننده هاي ميكرو موج نام برد.3.2سيستم هاي نانو الكترو مكانيكي (NEMS)سيستم هاي ميكروالكترومكانيكي (MEMS) عمدتاً مانند ويفرهاي سيليكوني به روش فتوليتوگرافي ساخته مي شوند. اين سيستم ها در ابزارهايي مانند سنسورها، پمپ ها و روتورها استفاده مي شوند. در حال حاضر، MEMS يك صنعت 11 ميليارد دلاري است. در اين زمينه حركت از مقياس ميكرو به سمت نانو، امكانات و قابليت هاي جديدي را براي سيستم هاي الكترومكانيكي ايجاد مي كند. با وجود اين، فقدان انگيزه هاي كافي اقتصادي براي كوچك كردن ماشين ها تا مقياس نانو، باعث شده است كه تكامل سيستم هاي نانو الكترومكانيكي از روند آرامي برخوردار باشد.يكي از اهداف نانو فناوري پيشرفت در زمينۀ الكترونيك و علوم كامپيوتر، براي ساخت حافظه ها و تراشه ها با قابليت بيشتر، و هزينۀ كمتر است. همان طور كه در بالا توضيح داده شد، دستيابي به اهداف در اين زمينه نقص هاي بسياري در ماشين ها را برطرف خواهد كرد. به خصوص حافظه ها و اسمبلرها، كه انقلاب عظيمي در صنعت الكترونيك، در حوزۀ فناوري نانو خواهد بود. كاربرد هاي نانوتكنولوژي يكي از پيشوندهاي مقياس اندازه گيري در سيستم SI نانو به معني يك ميلياردم واحد آن مقياس است.براي مثال يك نانومتر معادل يك ميلياردم متر است. با توجه به اينكه يك سلول بدن بيش از صدها نانومتر است مي توان به كوچكي اين مقياس پي برد. از آنجايي كه علوم نانو بخش وسيعي برگرفته از مباحث شيمي، فيزيك، بيولوژي، پزشكي، مهندسي و الكترونيك را در بر مي گيرد،‌گروه بندي آن بسيار پيچيده است. يكي از پيشوندهاي مقياس اندازه گيري در سيستم SI نانو به معني يك ميلياردم واحد آن مقياس است.براي مثال يك نانومتر معادل يك ميلياردم متر است. با توجه به اينكه يك سلول بدن بيش از صدها نانومتر است مي توان به كوچكي اين مقياس پي برد. از آنجايي كه علوم نانو بخش وسيعي برگرفته از مباحث شيمي، فيزيك، بيولوژي، پزشكي، مهندسي و الكترونيك را در بر مي گيرد،‌گروه بندي آن بسيار پيچيده است. دانشمندان، علوم نانو را به چهار گروه شامل مواد (گروه اول)، مقياسها (گروه دوم)، تكنولوژي الكترونيك، اپتوالكترونيك، اطلاعات و ارتباطات (گروه سوم) و بيولوژي و پزشكي (گروه چهارم) طبقه بندي كرده اند. اين طبقه بندي باعث سهولت در بررسي اين علوم شده است البته تداخل برخي از بخش ها در يكديگر طبيعي است. برنامه هاي توسعه اين تكنولوژي به سه بخش كوتاه مدت (كمتر از پنج سال)، ميان مدت( بين۱۵-۵ سال) و بلند مدت (بيش از۲۰ سال) تقسيم بندي شده است. مواد نانو (nanomaterials) قابليت كنترل ساختار تشكيل دهنده مواد پيشرفته (از فولادهاي ساخته شده در اوايل قرن۱۹ تا انواع بسيار پيشرفته امروزي) در ابعاد كوچك و كوچكتر،‌ در اندازه هاي ميكرو و نانو بوده است. هر قدر بتوانيم اين مواد را در ابعاد ريزتر و كنترل شده اي توليد كنيم خواهيم توانست مواد جديدي را با قابليت و عملكردهاي بسيار عالي به دست آوريم. تاكنون تعاريف متعددي از مواد نانو ارائه شده است اما در يك تعريف جامع مي توان گفت موادي در اين گروه قرار مي گيرند كه يكي از ابعاد اضلاع آنها از۱۰۰ نانومتر كوچكتر باشد. يكي از اين گروهها »لايه ها« است. لايه ها يك بعدي هستند كه در دو بُعد ديگر توسعه مي يابند مانند فيلم هاي نازك و پوششها. برخي از قطعات كامپيوتر جزو اين گروه هستند. گروه بعدي شامل موادي است كه داراي دو بعد هستند و در يك بعد ديگر گسترش مي يابند و شامل لوله ها و سيمها مي شوند. گروه مواد سه بعدي در نانو شامل ذرات، نقطه هاي كوانتمي (ذرات كوچك مواد نيمه هاديها) و نظاير آنها مي شوند. دو ويژگي مهم، مواد نانو را از ديگر گروهها متمايز مي سازد كه عبارتند از افزايش سطح مواد و تاثيرات كوانتمي. اين عوامل مي توانند باعث ايجاد تغييرات و يا به وجود آمدن خواص ويژه اي مانند تاثير در واكنشها، مقاومت مكانيكي و مشخصه هاي ويژه الكتريكي در مواد نانو شوند. همانگونه كه اندازه اين مواد كاهش مي يابد، تعداد بيشتري از اتمها در سطح قرار خواهند گرفت. براي مثال، اتم هاي موادي به اندازه۳۰ نانومتر به ميزان۵ درصد،۱۰ نانومتر به ميزان۲۰ درصد و۳ نانومتر به ميزان۵۰ درصد در سطح قرار دارند. در نتيجه مواد نانو با ذرات كوچكتر در مقايسه با مواد نانو با ذرات بزرگتر داراي سطح بيشتري در واحد جرم هستند. با توجه به ازدياد سطح در اين مواد، تماس ماده با ساير عناصر بيشتر شده و موجب افزايش واكنش با آنها مي شود. اين عمل منجر به تغييرات عمده در شرايط مكانيكي و الكترونيكي اين مواد خواهد شد. براي مثال سطوح بين ذرات كريستالها در بيشتر فلزات باعث تحمل فشارهاي مكانيكي بر آن مي شود. اگر اين فلزات در مقياس نانو ساخته شوند، با توجه به ازدياد سطح بين كريستالها، مقاومت مكانيكي آن به شدت افزايش مي يابد. براي مثال فلز نيكل در مقياس نانو مقاومتي بيشتر از فولاد سخت شده دارد. به موازات تاثيرات ازدياد سطح، اثرات كوانتمي با كاهش اندازه مواد (به مقياس نانو) موجب تغيير در خواص اين مواد مي شود (تغيير در خواص بصري، الكتريكي و جاذبه). موادي كه تحت تاثير اين تغييرات قرار مي گيرند ذرات كوانتمي، ليزرهاي كوانتمي براي الكترونيك بصري هستند. همانگونه كه بيش از اين گفته شد مواد نانو، به سه گروه يك، دو و سه بُعدي طبقه بندي شده اند. مواد نانوي يك بعدي: اين مواد شامل فيلم هاي بسيار نازك و سطوح مهندسي است و در ساخت ابزار الكتريكي و شيميايي و مدارهاي الكترونيكي ساده و مركب كاربرد وسيعي دارند. امروزه كنترل ضخامت لايه ها تا اندازه يك اتم صورت مي پذيرد و ساختار اين لايه ها حتي در مواد پيچيده اي مانند روانكارها شناخته شده است. لايه هاي مونو كه قطر آنها به اندازه يك ملكول و يا يك اتم است، در علوم شيمي كاربرد وسيعي دارند. يكي از كاربردهاي اين لايه ها ساخت سطوحي است كه خود را بازسازي كنند. مواد نانوي دوبعدي: به تازگي كاربرد مواد نانوي دو بعدي در توليد سيم و لوله ها افزايش يافته و توجه دانشمندان را به دليل وجود خواص ويژه مكانيكي و الكترونيكي به خود جلب كرده است. در زير به چند نمونه ساخته شده در اين گروه اشاره مي شود. نانو لوله هاي كربني، CNTs : از رول كردن ورقهاي گرافيتي يك يا چند لايه ساخته شده و قطر آنها چند نانو و طولشان چند ميكرومتر است.ساختار مكانيكي اين مواد مانند الماس بسيار سخت است اما در محورهاي خود نرم و تاشو هستند.همچنين اين مواد هادي الكتريكي بسيار عالي هستند. نوع غير عالي نانو لوله هاي كربني مانند موليبيد يوم دي سولفايد پس از CNTs ساخته شده است. اين مواد داراي ويژگي هاي منحصر به فردي همچون روانكاري، مقاومت در برابر ضربات امواج شوكها، واكنشهاي كاتاليزي و ظرفيت بالا در ذخيره هيدروژن و ليتيم هستند. لوله هاي مواد پايه اكسيدي مانند اكسيد تيتانيم، براي كاربردهاي كاتاليزي، كاتاليزرهاي نوري و ذخيره انرژي به صورت تجاري به بازار عرضه شده اند. نانو سيمها: اين سيمها از قرار گرفتن ذرات بسيار ريز از مواد مختلف به صورت خطي ساخته مي شوند. نانوسيمهاي نيمه هادي از سيليكون، نيترات گاليم و فسفات اينديوم ساخته شده و داراي قابليتهاي بسيار خوب نوري، الكتريكي و مغناطيسي است و نوع سيليكوني اين سيمها مي تواند بخوبي در يك شعاع بسيار كوچك بدون آسيب رساني به ساختار سيم خم شود. اين سيمها براي ثبت مغناطيسي اطلاعات در حافظه كامپيوترها، وسايل نانوالكترونيكي و نوري و اتصال مكانيكي ذرات كوانتمي به كار مي روند. بيوپليمرها: انواع گوناگون بيوپليمرها، مانند ملكولهاي DNA ، در خودسازي نانوسيمها در توليد مواد بسيار پيچيده به كار مي روند. همچنين اين مواد داراي قابليت اتصال نانو و بيوتكنولوژي براي ساخت سنسور و موتورهاي كوچك هستند. مواد نانوي سه بعدي: اين مواد به آن گروه تعلق دارد كه قطري كمتر از۱۰۰ نانومتر داشته باشند. مواد نانوي سه بعدي در اندازه هاي بزرگتر ساختار متفاوتي داشته و طيف وسيعي از مواد را در جهان تشكيل مي دهند و صدها سال است كه به صورت طبيعي در زمين يافت مي شوند. مواد توليد شده از عوامل فتوشيميايي، فعاليت هاي آتش فشانها، مواد محترق از پختن غذا، مواد متصاعد از احتراق سوخت ماشين ها و مواد آلاينده توليد شده در صنايع جزو اين گروه از مواد هستند. اين مواد به علت رفتار متفاوت در واكنش هاي شيميايي و بصري بسيار مورد توجه قرار دارند. براي مثال اكسيد تيتانيوم و روي كه بصورت شفاف و فرانما، جاذب و منعكس كننده نور ماوراي بنفش در صفحات خورشيدي به كار مي روند در ابعاد نانو هستند. اين مواد كاربردهاي بسيار ويژه اي در ساخت رنگها و داروها (به ويژه داروهايي كه تجويز آنها فقط براي يك عضو مشخص بدن و بدون تاثير بر ساير اعضاست) دارند. مواد نانوي سه بُعدي شامل مواد بسياري مي شود كه به چند نمونه از آنها اشاره مي كنيم. كربن۶۰ (فوله رنس Fullerenes) : در اوايل سال۱۹۸۰ گروه جديدي از تركيبات كربني بنام كربن۶۰، ساخته شد. كربن۶۰ ، كروي شكل، به قطر۱ نانومتر و شامل۶۰ اتم كربن است كه به علت شباهت ساختار مولكولي آن با گنبدهاي كروي ساخته شده توسط مهندس معماري بنام بوخ مينستر فولر بنام »فوله رنس« نامگذاري شد. در سال۱۹۹۰ ، روش هاي ساخت كوانتم هاي كربن۶۰ با مقاومت حرارتي ميله هاي گرافيتي در محيط هليم بدست آمد. اين ماده در ساخت بلبرينگ هاي مينياتوري و مدارهاي الكترونيكي كاربرد وسيعي دارند. دِن دريمرز (Dendrimers) : دن دريمرز از يك ملكول پليمر كروي تشكيل شده و با يك روش سلسله مراتبي خود سازي توليد مي شوند. انواع گوناگوني از اين مواد به اندازه هاي چند نانومتر وجود دارند. دن دريمرز در ساخت پوششها، جوهر و حمل دارو به بدن كاربرد فراواني دارند. همچنين در تصفيه خانه ها به منظور بدام انداختن يونهاي فلزات كه مي توان به وسيله فيلترهاي مخصوص از آب جدا شوند از اين مواد استفاده مي شود. ذرات كوانتمي: مطالعات در مورد ذرات كوانتمي در سال۱۹۷۰ شروع شد و در سال۱۹۸۰ اين گروه از مواد نانوي نيمه هادي ساخته شدند. اگر ذرات اين نيمه هادي ها به اندازه كافي كوچك شوند، تاثيرات كوانتمي ظاهر شده و مي توانند ميزان انرژي الكترونها و حفره ها را كاهش دهند. از آنجايي كه انرژي با طول موج ارتباط مستقيم دارد در نتيجه خواص نوري مواد بصورت بسيار حساس قابل تنظيم خواهد شد و مي توان با كنترل ذرات، جذب يا دفع طول موج خاص در يك ماده را امكان پذير ساخت. به تازگي با ردگيري مولكولهاي بيولوژي با كنترل سطح انرژي اين ماده، كاربردهاي جديدي از آن كشف شده است. در حال حاضر استفاده از مواد نانو رو به افزايش است و به علت خواص بسيار ويژه آنها، تحقيقات در يافتن مواد جديد همچون گذشته ادامه دارد. كاربردهاي پزشكي فناوري ‌نانو اگر مي‌شد بخشي از يك سلول را كه شكسته و آسيب ديده است جدا كرد و آن را با يك ماشين بيولوژيكي مينياتوري تعويض كرد چه مي‌شد؟ يا اينكه چه مي‌شد اگر بشر مي‌توانست ماشين‌هاي بسيار كوچكي در حد و اندازه مولكول‌ها بسازد تا به وسيله آنها داروها دقيقا در جايي كه بايد به بافت‌هاي بدن تحويل داده شود؟ اينها سناريوي فيلم‌هاي علمي تخيلي‌ 30يا 40سال پيش نيستند بلكه تحقيقاتي هستند كه همين امروز دانشمندان روي آنها كار مي‌كنند و درصورتي كه به نتيجه برسند انقلابي در علم پزشكي و شيوه زندگي بشر ايجاد خواهند كرد؛ اينها امكاناتي هستند كه پزشكي نانو مي‌خواهد در اختيار بشر  قرار بدهد. پزشكي نانو در واقع كاربرد فناوري نانو در پيشگيري و درمان بيماري‌ها در بدن انسان است. اين دانش در حالت تكامل اين ظرفيت بالقوه را دارد كه علم پزشكي را كاملا دگرگون كند.كاربردهاي ثبت شده و آزمايشگاهي پزشكي نانو، آزمايش‌هاي تشخيصي، شيمي‌درماني، پمپ‌هاي انسولين، تزريق‌هاي بدون سوزن، فعاليت‌هاي كمكي در بخش شنوايي، سنسورهاي مختلف پزشكي و سيستم تحويل دارو در بافت‌هاي بدن هستند. يكي از مشكلاتي كه در حال حاضر در اين بخش پيش روي محققان قرار گرفته است، درك اثرات ذرات نانو بر محيط‌هاي زيستي در بدن و ميزان سمي بودن آنها درون بدن است. دولت‌هاي مختلف در سراسر جهان كارهاي زيادي در اين بخش انجام داده‌اند و تا سال 2006 حدود 130 نوع دارو و سيستم تحويل دارو در بدن به ثبت رسيده كه در آنها از فناوري نانو استفاده شده است. انتظار مي‌رود در آينده نزديك فناوري نانو در بخش‌هاي مختلف پزشكي مانند بخش تحويل دارو به بافت‌هاي بدن، انواع و اقسام درمان‌ها و تصويربرداري‌هاي بسيار پر پيشرفته، انقلابي در علم پزشكي ايجاد كند. سيستم تحويل دارو به بافت‌هاي بدن: در اين بخش محققان به دسترسي بيولوژيكي بافت‌ها به انواع داروها توجه مي‌كنند. منظور از دسترسي بيولوژيكي در اينجا ميزان حضور مولكول‌هاي خاصي از دارو است، با توجه به اينكه آيا آنها در بافت‌هاي خاص بدن مورد نياز هستند و اينكه دقيقا در كجا بيشترين كارايي را خواهند داشت. اين اهداف با استفاده از هدف‌يابي مولكولي به وسيله اجزايي كه مهندسي نانو در آنها وجود دارد، قابل تحقق است. سرطان: قابليت‌هاي اجزاي نانو در بخش تومورشناسي يكي از رؤياهايي است كه سال‌هاي سال محققان در آرزوي آن بوده‌اند. استفاده از اين اجزا در تصوير‌برداري‌هاي پيشرفته مي‌تواند تصاويري استثنايي از مناطقي كه تومور در آنها ايجاد شده است، ارائه دهد. سايز اين اجزا همچنين به محققان اين امكان را داده است كه آنها را تا حد امكان به تومورها نزديك كنند و اطلاعات كافي از آنها به دست آورند. در تازه‌ترين تحقيقات محققان روي نانوذراتي كار مي‌كنند كه علاوه بر استفاده در عكسبرداري، از آنها مي‌توان براي درمان مستقيم تومورها استفاده كرد. تصويربرداري: تعقيب جريان‌ها در بافت‌‌ها به پزشكان اين امكان را مي‌دهد كه ببينند جريان دارو به چه صورتي در بافت هدف انجام مي‌گيرد. تعقيب بخشي از سلول‌ها در بدن سخت است و به همين خاطر دانشمندان آنها را رنگ مي‌كنند. اما مشكل اينجاست كه سلول‌هايي كه بايد تحت تابش طول‌موج‌هاي مختلف از خود نور بتابانند، هميشه يكنواخت عمل نمي‌كنند و اين تصويربرداري‌ها را با مشكل روبه‌رو مي‌كند. دانشمندان با استفاده از برخي ذرات نانو كه به راحتي به فركانس‌هاي مختلف واكنش‌هاي تعريف شده مي‌دهند، مي‌توانند اين مشكل را حل كنند. فناوري‌نانوي مولكولي يكي از زيرمجموعه‌هاي فناوري نانو است كه در آن به سازه‌هاي مولكولي توجه مي‌شود؛ ماشين‌هايي كه مي‌توانند ماده را در بخش‌هاي اتمي و مولكولي بازتعريف كنند. اين بخش از فناوري نانو كاملا نظري است و به‌نظر سال‌ها طول مي‌كشد تا به مرحله كاربرد برسد. نانو روبات‌ها: نانوروبات‌ها وقتي كه به مرحله كاربردي برسند دنياي علم پزشكي را دگرگون خواهند كرد. با كاربردي شدن اين اجزا، نانوداروها با استفاده از آنها مي‌توانند وارد بدن شوند، بخش‌هاي آسيب ديده را شناسايي يا درمان كنند. در اين بخش به تازگي محققان در دانشگاه كارنگي ملون توانسته‌اند نانوموتوري توليد كنند كه به راحتي درون رگ‌هاي انسان حركت مي‌كند. اين اتفاق را مي‌توان نقطه عطفي در بخش پيشرفت نانوموتورها دانست.نانوروبات‌ها هنگام كار در بدن مي‌توانند توسط تصويربرداري ام‌آرآي ديده شوند. اين نانوربات‌ها ابتدا به بدن يك فرد تزريق مي‌شوند و پس از آن به بافتي كه براي آن تعريف شده است، مي‌روند. ماشين‌هاي تعمير سلول: دكترها با استفاده از جراحي و داروها تنها بافت‌ها را تحريك مي‌كنند كه خود را التيام دهند. با استفاده از ماشين‌هاي سلولي اين روند با دستورات مستقيم ديگر همراه خواهند بود. در اين حالت با تزريق سوزن‌هاي خاصي كه باعث كشته شدن سلول‌ها نخواهند شد، ماشين‌هاي سلولي به سلول تزريق مي‌شوند. در اين صورت نانوماشين‌ها مي‌توانند با توجه به اين واقعيت كه سلول‌ها به مولكول‌هاي خارجي واكنش نشان مي‌دهند باعث ايجاد تغييراتي در كاركرد سلول‌هاي بيمار شوند و آنها را مستقيما براي بهبود تحريك كنند. نتیجه گیری: تحقیق اولیه در مورد مفاهیم و معانی ایمنی و بهداشت شغلی نانوتکنولوژی نشان می دهد که این تکنولوژی نیازمند توجه و تحقیق بیشتری می باشد بویژه وجود نانوذرات در آلاینده های هوای محیط کار که می تواند سلامتی کارگران را تحت اشعاع قرار دهد