اغلب مردم فكر مي‌كنند سرعت پيشرفت تكنولوژي در طول قرن اخير افزايش يافته، در حالي كه واقعا اين طور نيست، بلكه فقط سرعت انتشار و گسترش مسائل مربوط به تكنولوژي بيشتر شده است. در واقع بشر پيشرفت غيرمنتظره‌اي نداشته است.

پيشرفت‌هاي سه قرن اخير در مقايسه با پايده‌هاي قرن بيستم مانند تلفن، اتومبيل، هواپيما، تلويزيون، آنتي‌بيوتيك‌ها و رايانه كه ظهوري انفجار گونه داشتند، حال كم رنگ شده است. امروز مردم و دولت‌ها ديگر به پيشرفت‌هاي تكنولوژيكي توجه چنداني ندارند، در حالي كه نانو تكنولوژي پتانسيل عظيمي براي غافلگير كردن آن‌ها دارد كه هيچ‌كس آماده آن نيست .

در واقع پس از انقلاب‌هاي كشاورزي و صنعتي، اينك انقلاب نانو تكنولوژي كه ماهيت چند رشته‌اي دارد، سيماي جهان را به سرعت تغيير خواهد داد. هم‌اكنون نيز تكنولوژي اطلاعات (IT) زندگي مردم را به ويژه در كشورهاي توسعه يافته دگرگون كرده است. خط شكني‌هايي كه در تكنولوژي مواد و نانو تكنولوژي روي مي‌دهد، اين دگرگوني‌ها را روز به روز تشديد خواهد كرد. اين تكنولوژي‌ها نه تنها تاثيرات عميقي بر زندگي انسان دارند، بلكه انقلاب نانوتكنولوژي را به انقلابي چند رشته‌اي تبديل خواهند كرد. تكنولوژي مواد و نانوتكنولوژي از اين جهت كه در حال حاضر پيشرفته ترين فناوري بشري است و تحولي عظيم در تمامي حوزه‌ها ايجاد مي‌كند در زمره تكنولوژي‌هاي استراتژيك است و اهميت آن كمتر از تكنولوژي هسته‌اي نخواهد بود. نانو تكنولوژي را بايد اولويت بي‌چون و چراي آموزش، پژوهش، فناوري و صنعت در آينده دانست. به عقيده صاحبنظران، مرزبندي آينده ميان كشورها بر مبناي ميزان توانمندي‌ آنها در اين عرصه، سهمي خواهد بود كه از توليدات نانو تكنولوژي جهان دارند.

تعريف نانو تكنولوژي

نانو تكنولوژي روش مناسبي براي ساخت و سرهم‌بندي‌ اتم‌ها، مولكول‌ها، مواد، قطعات و سيستم‌هاي مفيد، داراي حداقل يك بعد در مقياس نانومتر (nm) و بهره‌برداري از خصوصيات، ويژگي‌ها و پديده هاي جديد حاصله در آن مقياس است.

كليه محصولات و فرآورده‌هاي مادي موجود در جهان هستي از قرار گرفتن منظم و هدفمند اتم‌ها (كوچك ترين واحد اجزاي سازنده مواد) در كنار هم به وجود آمده‌اند. هر چه تسلط و آگاهي انسان به رفتار و خصوصيات واحد سازنده مواد يعني اتم بيش‌تر شود، امكان كنترل كليه خصوصيات آن مانند نقطه ذوب، ظرفيت شارژ، خواص مغناطيسي و ... افزايش خواهد يافت.

در اين فضا، مواد و سيستم‌ها به خاطر اندازه‌شان مي‌توانند به طور منطقي طراحي شوند و داراي خصوصيات و رفتارهاي زيستي، شيميايي و فيزيكي جديد و بهبود يافته باشند، بنابراين نانوتكنولوژي مي‌تواند در آينده اي نه چندان دور، امكان توليد كليه فرآورده‌هاي مورد نياز بشر را با كيفيت بسيار بالا و هزينه فوق‌العاده پايين فراهم كند.

هدف نانوتكنولوژي ساخت مولكول به مولكول مواد در آينده است. همان‌طور كه وسايل مكانيكي به ما اجازه مي‌دهند كه چيزي فراتر از نيروي فيزيكي خود به دست آوريم، علم نانو و توليد در مقياس اتمي هم، سبب مي‌شود تا بتوان پا را فراتر نهاده و از محدوديتهاي طبيعي مربوط به ابعاد و اندازه رها شده و درست روي واحدهاي ساختاري مواد كار كنيم. جايي كه خواص آنها مشخص مي‌شود و با تغيير در آن واحدها مي‌توان خواص مواد را تعيين كرد.

مقياس نانومتر

يك نانومتر يك ميلياردم يك متر است. اين اندازه تقريبا چهار برابر قطر يك اتم منفرد است. در مقايسه يك جسم نانومتري با اندازه‌اي حدود 10 نانومتر، هزار برابر كوچكتر از قطر يك تار موي انسان است. كوچك‌ترين IC هاي امروزي با ابعادي در حدود 250 نانومتر در هر لايه به ارتفاع يك اتم، حدود يك ميليون اتم را در بردارند

البته نانو nano يك پيوند علمي به معناي يك ميلياردم است، مقياسي كه در آن اتم‌ها با هم تركيب شده و مولكول‌ها روي هم اثر متقابل دارند و راز توليد و تنواع مواد و خواص آن‌ها نيز در همين ابعاد كوچك نهفته است .

روند نانو تكنولوژي در جهان

- سخنراني مشهور فيمن برنده جايزه نوبل (فضاي فراوان در پائين) - 1959

- ثبت اولين دستگاه الكتريكي مولكولي - 1974

- تهيه اولين رشته كربني نانومتري - 1975

_ اختراع ميكروسكوپ تونل زني مرورگر(stm) -1981

_ ارائه اولين مقاله علمي نانوتكنولوژي مولكولي توسط دركسلر-1981

_ كشف توپ هاي باكي بال يا كربن 60-1985

_ اختراع ميكروسكوپ نيروي اتمي -1986

_ اولين ترانزيستور منفرد - 1987

_ كشف نانوتيوپ چند جداره -1991

_ كشف نانوتيوپ تك جداره- 1993

_ اختراع سيستم مولكولي «چرخ و ترمز» توسط پروفسور كلي-1994

_ توليد سريع هيدورژن از مواد خام موجود در طبيعت- 1998

_ ايده رايانه DNA توسط دكتر لئونارد آولين، اين رايانه مولكولي هوشمند توانست كوتاه ترين مسير را كه هفت شهر را به هم متصل مي كرد به درستي شناسايي كند- 1998

_ اولين ميكروماشين دستگاه توزيع انسولين-2002

شاخه‌هاي دربرگيرنده علم نانو

با توجه به تعاريف نانوتكنولوژي مي توان دريافت كه نانوتكنولوژي يك رشته جديد نيست، بلكه فضا و رويكردي جديد در تمام رشته هاست. براي نانوتكنولوژي كاربردهايي را در حوزه هاي مختلف از جمله غذا، دارو و تشخيص پزشكي و بيوتكنولوژي تا الكترونيك و رايانه، ارتباطات، حمل و نقل، انرژي، محيط زيست، مواد، هوا فضا و امنيت ملي برشمرده اند. بنابراين علم نانو به علت طبيعت چند رشته اي آن نياز به گروه هايي از رشته هاي شيمي، فيزيك، علم مواد و مهندسان دارد تا به عنوان يك رشته گسترش يابد، تنها در مورد مهندسي شيمي زمينه هاي مرتبط زير وجود دارد:

1- مهندسي خاك

2- مهندسي پزشكي

3- مهندسي فرآيند(نفت و گاز و پتروشيمي)

4- داروسازي

5- چوب و كاغذ

6- فناوري پودر

7- فناوري ذرات

8- مواد پيشرفته

9- كاتاليست

10- محيط زيست

11- مهندسي مخازن

12- پليمر

13- بيوتكنولوژي

14- نيمه هادي ها(سنسورها و تزانزيستورها)

15- پزشكي

16- كشاورزي

اهميت مقياس نانو و فوايد نانوتكنولوژي

خواص مواد ناشي از اثر متقابل اتم ها و مولكول‌ها و جابه جايي آنها در مقياس بسيار كوچك اتمي (نانومتر) است. به همين دليل مقياس نانومتر از اهميت بسياري برخوردار است.

با توليد ساختارهايي در مقياس نانومتر، امكان كنترل و هدايت خواص ذاتي مواد از جمله دماي ذوب، خواص مغناطيسي، ظرفيت بار و حتي رنگ مواد بدون تغيير در تركيب شيميايي و بسياري از رفتارها و خواص ديگر به وجود مي آيد.

مفاهيم جديد نانوتكنولوژي چنان وسيع و گسترده است كه پيش بيني تغييرات آن در آينده چندان ساده نيست. اما با اطمينان مي توان گفت كه نانوتكنولوژي فرصت هاي فراواني را در تمام زمينه ها از جمله ساخت مواد در اختيار ما قرار خواهد داد. اين فرصت ها همان طور كه در تصوير زير مشاهده مي شود در حال حاضر خيلي گسترده نيست ولي در آينده با پيشرفت اين تكنولوژي بي شمار خواهد بود.

عواقب ناديده گرفتن نانو

به دليل قدرت خارق العاده نانوتكنولوژي در آينده نه چندان دور اين تكنولوژي قابليت بي ارزش كردن بدهي ها و دارايي‌هاي هر كشوري را دارد. يكي از نگراني‌هاي كشورها بايد به سمت يافته هاي نانو باشد و آنها بايد اقتصاد خود را با اين موضوع مهم تطبيق دهند. در صورت سرمايه گذاري در زمينه اين تكنولوژي و دستيابي به دستاوردهاي آن، بعضي كشورها مي توانند به وسيله نانوتكنولوژي (نانو اسمبلرها و نرم افزارهاي مناسب) برخي كالاهاي مصرفي را بسازند؛ در اين صورت كشورهاي بزرگ توليد كننده و صادر كننده همچون ژاپن، آمريكا و اروپا نيز مورد تهديد واقع مي شوند.

نفت عملا بي ارزش خواهد شد و كشورهاي توليدكننده نفت و اوپك دچار بحران اقتصادي خواهند شد. الماس به صورت مصنوعي به طور انبوه توليد خواهد شد و در هر لحظه براي ساختن مواد معدني و طلا مي توان منبعي به ارزاني دريا را مورد استفاده قرار داد. در واقع در آينده ديگر مواد اوليه ارزش بسيار كمي خواهند داشت و تنها علم و تكنولوژي است كه مرز بين كشورهاي توانمند و ناتوان را مشخص خواهد كرد.

نكته مورد توجه در خصوص نانوتكنولوژي راهبردي بودن آن است زيرا نانو تمامي علوم را تحت تأثير خود قرار خواهد داد و در حقيقت در آينده فضاي ديگري براي علم تعريف خواهد شد و بدون وارد شدن در اين فضا حتي زندگي كردن هم مشكل خواهد بود. گفته مي شود كه در آينده كشورها به دو قسمت تقسيم مي شوند: كشورهاي داراي تكنولوژي نانو و كشورهاي فاقد تكنولوژي نانو در چنين فضايي كشورهاي فاقد اين تكنولوژي هيچ قدرت و اعتباري ندارند و به شدت تحت سلطه خواهند بود. متأسفانه حاصل اغلب تكنولوژي‌هاي نوين، ابتدا در كاربردهاي نظامي تبلور پيدا مي كند و اگر به اين مسئله توجه نشود در آينده اي نه چندان دور، مشكلات امنيتي بسيار بيش تر و فراتر از مسئله انرژي هسته اي براي كشور پيش خواهد آمد.

اما نوظهور بودن اين دانش و تكنولوژي، خود حكايت از نبود شكاف و فاصله قابل توجه علمي و فاصله كم ما با كشورهاي توسعه يافته دارد. در واقع اين بهترين فرصت براي ما و كشورهاي ديگر است تا عقب ماندگي هاي فراوان خود را از كشورهاي توسعه يافته به يك باره جبران كرده و در عرصه رقابت هاي بين المللي تأثيرگذار باشيم. كشور ما نيز اگر خواهان پيشرفت، توسعه، خودكفايي و حضور قدرتمند در عرصه جهاني است بايد هر چه سريع تر مانند كشورهايي چون كره، تايوان و چين به جرگه پيروان شتابان تحقيق و توسعه نانوتكنولوژي ملحق شود.

دورنماي فعاليت هاي نانو در ايران و جهان

امروزه نانوتكنولوژي نزد دولت ها بسيار مورد توجه قرار گرفته است. زيرا نقشي كه اين تكنولوژي در آينده سياسي و اقتصادي دنيا خواهد داشت بر تمامي سياستمداران و صاحبان سرمايه روشن است. نگاهي كوتاه به بودجه تحقيقاتي كشورهاي مختلف در اين زمينه و پيش بيني بازار اين تكنولوژي در آينده نه چندان دور، بيانگر آن است كه جهان در قرن 21 عزمي جدي براي استفاده از پتانسيل عظيم اين تكنولوژي دارد.

بودجه دولتي

ميزان سرمايه گذاري دولتي در كشرهاي پيشرفته براي تحقيق و توسعه در زمينه نانوتكنولوژي بسيار چشمگير است. اين ميزان بودجه نشان دهنده توجه دولتها به نانوتكنولوژي در اين كشورهاست. در حال حاضر بسياري از كشورها در عرصه نانوتكنولوژي در سطح ملي داراي فعاليت يا برنامه هستند. به طوري كه سرمايه‌گذاري هاي دولتي در علوم و تكنولوژي نانو بين سال هاي 1997 تا 2003 به طور متوسط بيش از هفت برابر شده و از 423 ميليون دلار به 3024 ميليون دلار رسيده است. در اين بين ژاپن و آمريكا و اروپاي غربي بيشترين سهم را در اين سرمايه گذاري ها داشته اند.

هم اكنون بيش از 30 كشور در اين زمينه فعال هستند و برنامه هاي متعددي براي توسعه نانوتكنولوژي تدارك ديده اند. در اين ميان حضور كشورهاي در حال توسعه در اين عرصه نمايانگر درك اهميت نانو در ميان تمامي كشورهاست. جدول 2 بودجه برخي از كشورهاي آسيايي را در اين زمينه نشان مي دهد.

جدول 2- بودجه نانوتكنولوژي در آسيا در سال 2002

كشور مبلغ(ميليون دلار)

چين 200

تايوان 111

كره 150

سنگاپور 40

كشورهايي نظير چين، تايلند، استراليا، كره، سنگاپور و تايوان با اختصاص بودجه مناسب، برنامه هاي كوتاه مدت، ميان مدت و بلند مدت متعددي (5 يا 10 ساله) را در زمينه هاي مختلف نانو تدارك ديده اند. البته هر كشوري در زمينه خاصي به اين مقوله مي پردازد. مثلا نقطه قوت چين در زمينه نانو پروب‌ها و نانو لوله‌هاست. تايوان تحقيقات خود را در زمينه ريزه سازي مدارهاي الكترونيك جهت داده است. كره جنوبي تكنولوژي هاي پيشرفته براي زيرساخت هاي اطلاعات رايانه را هدف قرار داده است. تأكيد اصلي كره روي دستگاه هاي نيمه هادي در مقياس نانو و به خصوص نانو ساختارهاي كوانتومي نيمه هادي، تنظيم كننده ها، سوئيچ ها و دستگاه‌هاي منطقي، دستگاه‌هاي تونل زني و... مي باشد.

ايران در اين خصوص با تأخيري چند ساله مواجه بوده است. اما در سال 2004 با تصويب بودجه تقريبا مناسب (حدود 23/5 ميليون دلار) حركت خود را آغاز نموده است. هر چند اين ميزان بودجه در مقايسه با كشورهاي در حال توسعه كم و در مقايسه با كشورهاي پيشرفته ناچيز است اما با يك برنامه ريزي صحيح، منسجم و اصولي و با استفاده از تمامي امكانات و پتانسيل هاي موجود در كشور مي توان شروعي خوب و اميدواركننده داشت.

همان طور كه قبلا ذكر شد بودجه مصوب نانوتكنولوژي ايران در سال 1383 بالغ بر 5/23 ميليون دلار بوده است كه به دليل ناهماهنگي هاي موجود در سيستم، اولين تخصيص بودجه اين سال در آبان ماه انجام شده است. ضمنا بودجه پيشنهادي براي سال 2005 ميلادي (سال 1384) با كاهش 5/23 درصدي به حدود 9/17 ميليون دلار (156 ميليارد ريال) تقليل يافته است. اين در حالي است كه اغلب كشورها سال به سال بودجه خود را در اين زمينه افزايش مي دهند. اختصاص بودجه در رديف متفرقه، تخصيص بسيار ديرهنگام بودجه و نيز كاهش آن براي كشوري كه چند سالي را در اين ميان از دست داده بسيار تأسف انگيز و دور از انتظار است.

انتشارات و اختراعات

در خصوص فعاليت هاي علمي نيز امريكا و ژاپن پيشتاز هستند. معمولا براي ارزيابي قابليت‌هاي نانوتكنولوژي، دو مورد از مهمترين شاخص هاي ارزيابي، تعداد مقالات علمي و تعداد اختراعات ثبت شده مي باشد. مقالات شاخص فعاليت هاي علمي و اختراعات شاخص قابليت انتقال نتايج علمي به كاربردهاي عملي است.

در جدول 4 اگر ستون 1 و 2 كه اطلاعات آماري را به صورت خام ارائه مي‌دهند در نظر گرفته شوند در هر دو مورد امريكا مقام اول را كسب مي‌كند؛ اما اگر اين اطلاعات به صورت نرمال ارائه گردند، با تقسيم تعداد انتشارات و اختراعات بر جمعيت كشور، امريكا به مقام شش و چهاردهم تنزل مي‌كند (ستون 3 و 4). در سال 2000 نيز سهم مقالات نانو تكنولوژي در كل مقالات دنيا 2 درصد بوده كه در سال 2004 به 5/3 درصد رسيده است. اين مقدار در مورد ايران از 5/0 درصد در سال 2000 به 5/1 درصد در سال 2004 رسيده است. به طور كلي در دنيا در سال 2003 افت نسبي در رشد مقالات نانو تكنولوژي نسبت به كل مقالات مشاهده مي‌شود، كه در ايران اين افت محسوس‌تر است. همان طور كه در جدول 5 مشاهده مي‌شود در رده‌بندي كشورهاي جهان براساس تعداد مقالات منتشره در خصوص نانو نكنولوژي در سال 2004 نيز ايران با 4 پله صعود نسبت به سال 2003 با 53 مقاله در رته 43 دنيا قرار دارد. در اين سال امريكا، چين و ژاپن به ترتيب با 8688، 5872 و 4597 مقاله در مقام‌هاي اول تا سوم قرار دارند.

جدول 5. رتبه كشورهاي جهان براساس تعداد مقالات منتشره در خصوص نانو تكنولوژي در سال 2004 ميلادي

رديف - كشور - تعداد مقالات - رتبه

1- امريكا - 8688 - 1

2- چين - 5872- 2

3- ژاپن - 4597 - 3

4- آلمان - 3447 - 4

5- انگلستان - 1890- 5

6- كره شمالي - 1850 - 6

7- روسيه - 1674 - 7

8- ايتاليا - 1365 - 8

9- هند 1135 - 9

10- اسپانيا 1022 - 10

11- تايوان 907 - 11

12- كانادا 867 - 12

13- لهستان 710 - 13

14- سوئيسن 680 - 14

15- هلند - 655 - 15

16- استراليا - 557 - 16

17- سودان - 539 - 17

18- سنگاپور - 535 - 18

19- برزيل - 510 - 19

20- بلژيك - 458 - 20

21- اسرائيل - 363 - 21

22- اتريش - 326 - 22

23- مكزيك - 318 - 23

24- واكراين - 295 - 25

25- گرجستان - 259 - 24

26- دانمارك - 230 - 26

27- فنلاند - 225 - 27

28- جمهور چك - 224 - 28

29- مجارستان - 221 - 29

30- ايرلند - 207 - 30

31- يونان - 119 - 31

32- رواني - 186 - 32

33- پرتغال - 177 - 33

34- تركيه - 174 - 34

35- آرژانتين - 126 - 35

36- بلغارستان - 95 - 36

37- اسلواكي - 86 - 37

38- اسلووني - 77 - 38

39- نروژ 74 - 39

40- نيوزيلند 72 - 40

41- ليتواني 56 - 41

42- كرواسي - 55 - 42

43- ايران 53 - 43

44- آفريقاي جنوبي 51 - 44

45- تايلند - 47 - 45

46- شيلي - 46 - 46

47- مالزي 47 - 46

48- مصر 42 - 48

49- تونس 37 - 48

50- الجزاير - 35 - 49

لازم به ذكر است كه علي‌رغم افزايش تعداد مقالات نانو فناوري ايران طي چند سال گذشته، سرعت افزايش آن كم‌تر از سرعت توليد علم در سطح كشور و همچنين كمتر از سرعت رشد نانو فناوري در جهان است. البته تحقيقات و پژوهش‌ها در نانو تكنولوژي در هر كشوري متفاوت و متناسب با زمينه‌هاي تخصصي آن كشور است.

بازار نانو تكنولوژي

نانو تكنولوژي صنعت يا بازاري مانند بيوتكنولوژي نيست. نانو تكنولوژي فناوري توانمندي است كه مهم‌ترين ويژگي‌ آن در آينده، ايجاد تحولاتي عظيم در علوم، صنايع و بازارهاي موجود خواهد بود. بسياري از فرصت‌هاي كسب و كار مربوط به نانوتكنولوژي هنوز ايجاد نشده‌اند يا در مرحله توسعه مي‌باشند. اين گونه فرصت‌ها نيازمند سرمايه گذاري است. با نگاهي اجمالي به پيش‌بيني بازارهاي آتي نانو تكنولوژي مي‌توان پي به پر رونق بودن آن در آينده برد كه مشوق اصلي براي سرمايه گذاران در اين زمينه خواهد بود.

همان طور كه در جدول زير ملاحظه مي‌شود تا سال 2015 بازار مواد وابسته به نانوتكنولوژي از مرز يك تريليون دلار خواهد گذاشت. اين بازار گسترده توجه تمامي صاحبان سرمايه را به خود جلب كرده است.

نتيجه‌گيري

نبود شكاف عميق بين كشورهاي توسعه نيافته با كشورهاي پيشرو و عدم شكل گيري شبكه‌هاي جهاني غير قابل نفوذ (انحصار تكنولوژيك) فرصت بسيار مناسبي را براي كشورهاي جهان سوم و توسعه نيافته ايجاد كرده است تا در تمامي زمينه‌ها فاصله‌هاي خود را با كشورهاي پيشرفته دنيا از بين ببرند. در حال حاضر به دليل جلب نشدن توجهات جهاني به كاربردهاي نظامي نانو اين فرصت بسيار مغتنم و ارزشمند است زيرا در غير اين صورت همانند تكنولوژي هسته‌اي محدوديت‌هاي فراواني براي دستيابي به اين تكنولوژي گرانبها و حياتي به بهانه كاربردهاي نظامي براي كشور ما و ديگر كشورهاي جهان سوم (از طرف قدرت‌هاي استعماري) ايجاد خواهد شد.

ترديدي وجود ندارد كه توانايي‌هاي اين تكنولوژي در تمامي عرصه‌ها از جمله كاردبردهاي نظامي، تكنولوژي‌هاي فعلي را بي‌اثر و منسوخ و پيش پا افتاده خواهد ساخت. و علاوه بر مسائل امنيتي و دفاعي، تاثير شگرف و غير قابل تصوري بر زندگي و سلامت عموم، رشد و گسترش صنايع، رونق اقتصاد كشورهاي جهان و ... خواهد داشت. در مقابل، در صورت عدم توجه به اين تكنولوژي و پيشرفت‌ها و تلاش‌هاي جهاني براي رسيدن به آن به دليل ناچيز بودن فرصت باقيمانده جهت مشاركت در عرصه‌هاي بين‌المللي نانو، با مشكلات عديده و بسيار مهمي از جمله تحريم‌هاي موجود در زمينه تجهيزات عليه ايران، به خطر افتادن اقتدار كشور، فقدان دستاوردهاي اقتصادي، از رده خارج شده اغلب صنايع كشور (كه در شرايط كنوني كهنه و فرسوده محسوب مي‌شوند) و مسائل زيست محيطي پيچيده رو به رو خواهيم شد.