پلیمرهای زیستی

نانوفناوری، توانایی تولید مواد، ابزارها و سیستم های جدید با در دست گرفتن کنترل در سطوح مولکولی و اتمی و تغییر خواصی است که در سطوح ظاهر می­شود. از همین تعریف ساده برمی­ آید که نانوفناوری یک رشته جدید نیست، بلکه رویکردی جدید در تمامی رشته ­ها است. موضوع اصلی آن نیز مهار ماده یا دستگاه­ های در ابعاد معمولاً حدود 1 تا 100 نانومتر است. نانوتکنولوژی یک حوزه علمی نوظهور و در ارتباط با علوم شیمی، مواد، فیزیک، داروسازی و انرژی به سرعت در حال توسعه است. با به­ کارگیری فناوری در مقیاس نانو می­توان خواص مختلفی از مواد مانند نوری، مغناطیسی، الکتریکی، فضایی و شیمیایی را مراقبت نمود. این خواص مراقبت شده منجر به کاربردهای جدید و مفیدی خواهد شد (1). در واقع نانو فناوری فهم و به کارگیری خواص جدیدی از مواد و سیستم­ هایی در این ابعاد است، که اثرات فیزیکی جدیدی که عمدتاً متاثر از غلبه خواص کوانتومی بر خواص کلاسیک است از خود نشان می­دهند. استفاده از این فناوری در کلیه علوم پزشکی، پتروشیمی، علوم مواد، صنایع دفاعی، الکترونیک، کامپیوترهای کوانتومی و غیره باعث شده است که تحقیقات در زمینه نانو به عنوان یک چالش اصلی علمی و صنعتی پیش روی جهانیان باشد. در حال حاضر بازار محصولات بر مبنای فناوری نانو در سطح جهانی بیش از 1000 میلیارد دلار برآورد می­شود. حدود 2 میلیون پرسنل در این حوزه مشغول بکار هستند. به­ منظور برآورد شدن این تقاضا، کارکنان مربوطه بایستی در حوزه ­های مختلف تولید و کاربرد این فناوری مهارت لازم را به دست آورند (2).

مقیاس نانویی

مقیاس نانویی به ابعاد 1 تا 100 نانومتر اطلاق می­شود. بدین معنا که از مقیاس سانتی­متر، میلی­متر و میکرومتر هم پایین­تر آمده تا جایی­که به مقیاس یک میلیاردم متر رسید. برای درک بهتر این مقیاس، در نظر بگیریم که چنانچه 10 اتم هیدروژن به حالت ردیف به صورت دانه ­های یک تسبیح کنار هم قرار گیرند اندازه رشته حاصل 7 نانومتر خواهد بود. یک رشته DNA حدود 2/5 نانومتراست. پهنای یک گلبول قرمز خون 7000 نانومتر، ضخامت یک تار موی انسان 50000 نانومتر، ضخامت یک برگ کاغذ معمولی 75000 نانومتر و عرض ته یک سنجاق کوچک یک میلیون نانومتر است. در شکل 1 این مثال ­ها به صورت تصویری ارائه شده ­اند (3، 4، 5، 6).

شکل 1: ارائه تصویری مقیاس نانویی

مشاهده مقیاس نانویی

درحالیکه به نظر می­رسد این مقیاس زیر چشم انسان قرار دارد، اما در عمل، دنیای بسیار ریز در فاصله ­ای بسیار دور قرار دارد. این دنیا در ورای هر حسی وجود دارد. بنابراین باید دید که دانشمندان چگونه به رخدادهای آن پی می­برند. به جرأت می­توان گفت برای مشاهده دنیای بسیار ریز به ماشین­ های بسیار پیچیده و بزرگ نیاز است. در گذشته دور حدود سال 1930 میلادی دانشمندان با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی(SEM) ، میکروسکوپ الکترونی انتقالی(TEM)  و میکروسکوپ الکترونی میدانی (FIM) مشاهداتی در مقیاس نانویی داشتند. این میکروسکوپ­ های الکترونی یک پرتو الکترونی را بر روی نمونه تابانیده و وضوح و تفکیک تصویری بهتر از میکروسکوپ نوری مرسوم فراهم می­نمایند. این میکروسکوپ­ ها بزرگنمایی تا یک میلیون برابر دارند در حالی که میکروسکوپ معمولی تا 1500 برابر بزرگنمایی دارد. بدین ترتیب آغاز نانوفناوری اعلام شد. به ­تازگی با استفاده از میکروسکوپ تونلینگ روبشی (STM)، میکروسکوپ با نیروی اتمی (AFM)و هلوگرافی مشاهده مقیاس نانویی اجسام در سطح اتمی و در فضای سه بعدی نیز امکان­پذیر شده ­است. بدین ترتیب بررسی خواص مکانیکی و سطحی اجسام از قبیل زبری و نرمی قابل ارزیابی می­شود (7 ،8 ، 9 ،10).

علم نانو اشیاء را تغییر می­دهد

یکی از عناصر هیجان انگیز عمل در دنیای نانو این است که مواد در این مقیاس در مقایسه با دنیای معمولی، رفتار متفاوتی نشان می­دهند (11). اگر یک تکه طلای زرد رنگ را در نظر بگیریم، چنانچه آن را به قطعاتی تا مقیاس نانو خرد کنیم، رنگ قطعات وابسته به اندازه آن­ها تغییر خواهد کرد. در محدوده 10 تا 100 نانومتر با توجه به اندازه و شکل، قرمز، نارنجی، صورتی و یا سبز به ­نظر می­رسند (12). همین طلا که در حالت عادی در مقیاس ماکرو و میکرو از نظر واکنش شیمیایی تقریبا خنثی می­باشد، در مقیاس نانویی به عنوان کاتالیزگر واکنش عمل می­کند (13). بنابراین با مراقبت از اندازه و شکل مواد می­توان رفتار آن­ها مانند رنگ، رسانایی برق، نقطه ذوب، سختی و شکنندگی را نیز مراقبت نمود. این در حالی است که ترکیب شیمیایی و یا ساختار بلوری مواد تغییر داده نشده و فقط سطحِ در معرض دید، تغییر کرده است. در این هنگام نسبت سطح مواد به حجم آن­ها به گونه ­ای فوق­ العاده زیاد شده است. از آنجایی که عمده واکنش ­های شیمیایی مواد در سطح آن­ها رخ می­دهد، بنابراین فعالیت شیمیایی بیشتر می­شود. به همین دلیل شیمیدانان نسبت به مطالعه علم نانو بسیار علاقه ­مند شده ­اند (14). خواص کوانتومی مواد نیز در مقیاس نانو تحت تأثیر قرار می­گیرند. فیزیک کلاسیک نمی­تواند تغییر رنگ اشیاء را به علت تغییر اندازه بیان کند. بدین جهت از علم کوانتوم مکانیک استفاده می­شود. به همین علت در مواردی علم نانو را علم نقاط کوانتومی نیز می­ گویند (15).

نانومواد، چه موادی هستند

مواد نانویی، موادی هستند در مقیاس نانویی که خواصشان مانند رسانایی برق، رنگ و خواص مکانیکی با توجه به ابعادشان تغییر می­کند. مواد نانویی شامل همه موادی است که ساختاری سطحی و یا عمقی در مقیاس نانویی دارند و می­توانند مواد آلی، معدنی و یا زیستی باشند. صفحات نانویی، ذرات نانویی، سیم ­های نانویی و نانولوله ­ها را می­توان در آزمایشگاه مهندسی نمود. ممکن است نانوذرات مانند دود، اسپری آب دریا، خاکستر آتشفشان، مواد معدنی، خاک­ها، ذرات نمک در طبیعت نیز یافت شوند. تصویری از نانو لوله­ ها در شکل 2 نشان داده شده است (16).

شکل2: نانولوله­ های کربنی

کاربردهای فناوری نانو:

بخشی از تاثیرات و کاربردهای نانوتکنولوژی به شرح زیر می­باشد:

1- تولید مواد و محصولات صنعتی:

برخی از مزایای نانوساختارها عبارتست ­از: مواد سبک­تر، قوی­تر و قابل انعطاف؛ کاهش هزینه ی عمر کاری از طریق کاهش دفعات نقص فنی؛ ابزارهایی نوین بر پایه ی معماری جدید؛ بکارگیری کارخانه ­جات مولکولی که مزیت مونتاژ مواد در سطح نانو را دارند.

2- نانوفناوری در پزشکی و بدن انسان:

نانوتکنولوژی در پزشکی رفتار مولکولی در مقیاس نانومتر در سیستم­ های زنده را اداره می­کند. یعنی مقیاسی که شیمی، فیزیک، زیست­ شناسی و شبیه ­سازی کامپیوتری، همگی به آن سمت گرایش دارند. سهل­ شدن استفاده ی بهینه از دارو، مواد زیست سازگار با کارایی بالا، طراحی سیستم­ های جدید و هدفمند انتقال دارو به سلول ­ها و طراحی فرمولاسیون داروها می­توانند به نحو حیرت ­انگیزی توان درمانی داروها را افزایش دهد.

3- دوام­ پذیری منابع کشاورزی، آب، انرژی، مواد و محیط زیست پاک:

فناوری نانو منجر به تغییراتی شگرف در استفاده از منابع طبیعی، انرژی و آب خواهد شد و پساب و آلودگی را کاهش خواهد داد. همچنین فناوری­ های جدید، امکان بازیافت و استفاده ی مجدد از مواد، انرژی و آب را فراهم خواهند کرد. در زمینه محیط زیست، علوم و مهندسی نانو، می­تواند تاثیر قابل ملاحظه ای در درمان مسائل زیست محیطی از طریق کنترل انتشار آلاینده ­ها؛ در توسعه ی فناوری سبز جدید که محصولات جانبی ناخواسته ی کمتری دارند و یا در مناطق حاوی فاضلاب، داشته باشد. زیرا توان حذف آلودگی ­های کوچک از منابع آبی (کمتر از 200 نانومتر) و هوا (زیر 20 نانومتر) و اندازه ­گیری و تخفیف مداوم آلودگی در مناطق بزرگتر را دارد.

4- فناوری نانو در هوا و فضا:

نانو فناوری در طراحی و ساخت مواد سبک­ وزن، پرقدرت و مقاوم در برابر حرارت، مورد نیاز برای هواپیماها، راکت ­ها، ایستگاه ­های فضایی و سکوهای اکتشافی سیاره ­ای یا خورشیدی، نقش تعیین کننده ­ای ایفا می­ کند. همچنین استفاده ی روزافزون از سیستم­ های کوچک شده ی تمام خودکار، منجر به پیشرفت­ های شگرفی در فناوری ساخت و تولید خواهد شد.

5- کاربرد فناوری نانو در صنعت الکترونیک:

با استفاده از این فناوری می­توان ظرفیت ذخیره سازی اطلاعات را در حد 1000 برابر یا بیشتر افزایش داد و نهایتاً به ساخت ابزارهای ابرمحاسباتی به کوچکی یک ساعت مچی منتهی شود. همچنین ساخت تراشه ها در اندازه­ های فوق­العاده کوچک به عنوان مثال در اندازه­ های 32 تا 90 نانومتر، و تولید دیسک ­های نوری 100 گیگابایتی در اندازه ­های کوچک امکان پذیر می­گردد (17).

احتیاط­ ها در مورد نانوفناوری

همراه با گسترش هر نوع فناوری جدید، دامنه­ ای از نتایج منفی و مثبت مربوط به آن در ذهن انسان­ها نقش می­ بندد (18). همزمان با سرمایه گذاری در حوزه علم و فناوری نانو نیز نگرانی برخی از مردم در رابطه با مسائل اخلاقی، زیست محیطی و اقتصادی بروز می ­کند. از جمله بیان می ­شود که نانوذرات تولیدی بر سامانه ­های زیستی و سلامتی انسان چه اثری خواهند داشت؟ (19). در آزمایشگاه مشاهده شده که برخی از مواد نانویی نوعی بهم ­ریختگی در الیاف پروتئینی ایجاد نموده ­اند که شبیه بیماری­ های مغزی می­ باشند (20). شواهدی دال بر آسیب­ های ژنتیکی از سوی نانو ذرات نیز به­ دست آمده است (21). اثر نانوذرات بر سامانه خون رسانی شامل قلب و عروق در حال مطالعه است. وضعیت سلامتی کسانی که برای طولانی مدت و یا روزانه در معرض نانوذرات هستند باید رصد شود (22). مشاهده شده که نانو لوله­ های کربنی موجب بیماری سرطان و اختلال رفتاری در برخی حیوانات شده است (23). از آنجاکه چگونگی اثر نانوذرات در آزمایشگاه با محیط زیست متفاوت است، بنابراین با توجه به ساختار فیزیکی و شیمیایی مواد، نحوه ی اثرگذاری آن­ها بر آب، خاک و هوا بایستی بررسی شود. زمانی­که این مواد در محیط پخش می­شوند، ممکن است به همان شکل در تماس با محیط باقی بمانند و یا اینکه در آب­ها حل، ته نشین، انباشت شده و یا با دیگر ملکول ­ها و یون ­های محیط اعم از معدنی، آلی و یا بیولوژیکی پیوند برقرار نمایند. احتمال دارد نانوذرات از یک میکروارگانیسم به میکروارگانیسم دیگر و یا در زنجیره غذایی جانداران دیگر منتقل شوند. چون نانوذرات متنوع هستند، بنابراین اثرات آن­ها نیز متنوع خواهد­بود. در هرحال اثرات مثبت و منفی هر دو بایستی مورد مراقبت باشد. با این وجود بسیاری از دانشمندان بر این باورند که علوم و فناوری نانو موجب پیشرفت فوق العاده ­ای در زمینه ­هایی همچون داروسازی، بیوتکنولوژی، تولید کالا و فناوری اطلاعات خواهد شد (9،4، 24، 26،25).

مواد و روش ­ها:

خواص مواد را می‌توان به دو بخش خواص فیزیکی و خواص شیمیایی تقسیم‌بندی کرد. رنگ، شفافیت، خواص الکتریکی، خواص مغناطیسی، سختی، حلالیت، نقطه ذوب و ... ویژگی‌هایی هستند که آنها را با نام خواص فیزیکی می‌شناسیم و سرعت واکنش، واکنش‌پذیری و .... از جمله خواص شیمیایی هستند. تجربه چند هزار ساله زندگی انسان به او نشان داده که در شرایط عادی، ویژگی‌های یک ماده خاص تا حد قابل قبولی ثابت است و به این دلیل است که ما می‌توانیم مواد را از روی خواصشان شناسایی کنیم.

موضوع جذابیت مقیاس نانو نیز مربوط به خواص مواد است. یافته‌های دانشمندان نشان می‌دهد که خواص مواد در مقیاس نانو بسیار متفاوت از مقیاس ماکرو است. به عبارت دیگر اگر ذراتِ یک ماده خاص را در حد چند نانومتر (1 تا 100 نانومتر) کوچک کنیم، این ذرات ویژگی‌های متفاوتی با ذرات بزرگ اولیه خواهند داشت. این در حالی است که کوچک‌کردن ذرات یک تغییر فیزیکی است و ما انتظار نداریم که با این تغییر فیزیکی، ویژگی‌های اصلی ماده تغییر کند. این امر سبب گردیده مقیاس نانو بیش از سایر مقیاس‌ها مورد توجه قرار گیرد(27 و 28).

 1. تغییر رنگ

 حتما بارها خرده‌های یک شیشه شکسته شده را دیده‌اید. ذرات حاصل از شکستن یک شیشه هر چه قدر هم که کوچک باشند، باز به بی‌رنگی و شفافیت شیشه اولیه هستند. اما این قاعده در مقیاس نانو صادق نیست. یعنی موادی وجود دارند که رنگ ذرات چند نانومتری آنها، با رنگ ذرات بزرگ‌ترشان متفاوت است. طلا و نقره شناخته شده‌ترین نمونه‌های این مواد هستند. شکل (4) نمودار تغییرات رنگ ذرات طلا را بر حسب اندازه آنها نشان می‌دهد. این پدیده در دنیای ماکرومقیاس ما یک اتفاق غیر معمول است اما از آن غیرعادی‌تر این است که نانو ذرات نقره با تغییر شکل هندسی هم تغییر رنگ می‌دهند. شکل (5) رنگ ذرات نقره و طلا را در شکل‌های هندسی مختلف نشان می‌دهد ( 29 و 30).

شکل (3) – مقایسه ذرات شیشه خرد شده و شیشه سالم

شکل (4) - رنگ ذرات طلا را بر حسب اندازه

شکل (5)- رنگ نانوذرات نقره و طلا در هندسه‌های مختلف

2. تغییر شفافیت

شفافیت، یک خاصیت فیزیکی است و نشان‌دهنده میزان توانایی یک ماده در عبود دادن نور مرئی از خود است. یک پرتو نور در برخورد با سطح ماده می‌تواند از آن عبور کند، جذب آن گردد یا بازتاب شود. اگر ماده‌ای پرتوهای نور را جذب ‌کند و یا آنها را باز ‌تاباند، نور را مسدود کرده است. مواد مختلف بسته به عملکردشان در برابر تابش نور، می‌تواند کاربردهای فراوانی داشته باشد. به عنوان مثال اکسید روی و اکسید تیتانیوم نور ماورای بنفش را کاملا جذب می‌کنند و نور مرئی را بازتاب می‌کنند. این مواد که به رنگ سفید دیده می‌شوند، گزینه‌های بسیار مناسبی برای کرم‌های ضد آفتاب هستند. البته افراد بسیاری رنگ سفیدی را که این کرم‌ها بر روی پوست ایجاد می‌کنند، دوست ندارند. خوشبختانه این مشکل را می‌توان با کوچک کردن اندازه ذرات این مواد حل کرد. 

نانوذرات اکسید روی و اکسید تیتانیوم، با وجود اینکه نور ماورای بنفش را کاملا جذب می‌کنند، اما برخلاف ذرات بزرگتر کاملا شفاف هستند. البته این امر ناشی از عبور نور مرئی از این ذرات نیست، بلکه به سبب آن است که اندازه نانوذرات اکسید روی و اکسید تیتانیوم کوچک‌تر از طول موج نور مرئی (400-700 نانومتر) است و از این ‌رو این ذرات توانایی بازتابش نور مرئی را ندارند (31).

شکل (6)– تغییر رنگ ذرات اکسید تیتانیوم بر حسب اندازه

3. تغییر خواص مغناطیسی

کمی براده ی آهن را در یک لیوان آب حل کنید و آن را خوب به هم بزنید. قبل از اینکه براده‌ها ته‌نشین شوند، یک آهن‌ربا را به لیوان نزدیک کنید. چه اتفاقی می‌افتد؟ آیا مخلوط آب و براده نسبت به میدان مغناطیسی آهن‌ربا عکس‌العملی نشان می‌دهد؟ اگر این آزمایش را خیلی خوب انجام داده باشید، بهترین نتیجه حاصل جذب ذرات براده توسط آهنربا است. اما اگر همین آزمایش را توسط ذرات نانومتری آهن (یا کبالت) تکرار کنیم، نتیجه متفاوت خواهد بود.

سیال مغناطیسی (یا فروفلوید) مایعی است متشکل از نانوذرات فرومغناطیس (مانند آهن و کبالت) که در آب یا یک حلال آلی معلق شده‌اند. این مایع در حضور یک آهنربا (یک میدان مغناطیسی) خاصیت مغنایسی بسیار قوی از خود نشان می‌دهد، به نحوی که با حرکت آهن‌ربا در اطراف این مایع می‌توان آن را به شکل‌های سه‌بعدی زیبایی درآورد. البته این سیال تا زمانی از خود چنین خاصیتی نشان می‌دهد که ذرات نانومتری آن (تحت نیروهای بین‌مولکولی) به یکدیگر نچسبند (32).

شکل (7)- سیال مغناطیسی

4. تغییر واکنش‌پذیری

خواص شیمیایی یک ماده، خواصی هستند که به طور مستقل نمی‌توان آنها را اندازه‌گیری کرد. به این معنا که مقدار یک کمیت‌ شیمیایی در طی واکنش و برهم‌کنش یک ماده با مواد دیگر مشخص می‌شود. واکنش‌پذیری یا تمایل یک ماده برای واکنش با سایر مواد، از جمله مهم‌ترین خواص شیمیایی است. بیشتر ما صحنه شعله‌ور شدن سدیم، لیتیم یا پتاسیم را در تماس با آب دیده‌ایم (شکل 8). همه این ها عناصری هستند که به شدت واکنش‌پذیرند. تا آنجا که نمی‌توان آنها را مانند سایر عناصر در تماس با هوا نگه داشت. اما در مقابل با انداختن یک انگشتر طلا در یک لیوان آب اتفاقی نمی‌افتد و یا پنجره‌های آلومینیومی بدون هرگونه مشکلی در مجاورت هوا استفاده می‌شوند (البته این به مدد لایه مقاوم اکسیدی است که بر روی سطح آلومینیوم تشکیل می‌شود). اما همین مواد در مقیاس نانو رفتار متفاوتی از خود نشان می‌دهند (33 و 34).

شکل (8)- واکنش‌پذیری بالای سدیم و آب

واکنش‌پذیری مواد در مقیاس نانو افزایش چشمگیری پیدا می‌کند. در این مقیاس ذرات طلا نه تنها واکنش‌پذیری بالایی دارند، بلکه برای افزایش سرعت واکنش مواد دیگر (به عنوان کاتالیزگر) نیز استفاده می‌شوند. نانوذرات آلومینیوم در هوا آتش می‌گیرند و می‌توان از آنها به عنوان سوخت موشک استفاده کرد. افزایش واکنش‌پذیری مواد در این مقیاس، امکان ساخت کاتالیزگرهای بسیار قوی‌تری را برای ما فراهم کرده است. تا آنجا که پیش‌بینی می‌شود بتوانیم با استفاده از نانوکاتالیزگرها واکنش‌های بازگشت‌ناپذیر بسیاری را (مانند تشکیل گازهای سمی NO و CO) در دما و فشار محیط برگشت‌پذیر کنیم.

آنچه گفته شد تنها مثال‌های محدودی از تغییر ویژگی‌های یک ماده در مقیاس نانو است. نقطه ذوب، خواص حرارتی، خواص الکتریکی، خواص مکانیکی و ده‌ها خاصیت فیزیکی و شیمیایی شناخته شده دیگر نیز در این مقیاس تغییر می‌کنند. گویا دیگر نمی‌توانیم بدون در نظر گرفتن اندازه ذرات یک ماده، آنرا از روی خواصش شناسایی کنیم. برخی برای حل این مشکل پیشنهاد داده‌اند که یک بُعد دیگر به جدول تناولی مندلیف اضافه کنیم. بدین معنی که برای مشخص کردن خواص یک عنصر، علاوه بر اینکه باید نام آن عنصر و جایگاه آن را در جدول مندلیف مشخص کنیم، لازم است که معلوم کنیم خواص عنصر را در چه ابعادی می‌خواهیم.

شکل(9)- جدول تناوبی سه بعدی

ما در دنیای ماکرومقیاس اطرافمان، مواد را با توجه به خواصشان دسته‌بندی می‌کنیم و سپس متناسب با این خواص، آنها را برای انجام کارهای مختلف انتخاب می‌کنیم. برای ساخت پنجره از شیشه استفاده می‌کنیم، زیرا شفاف است و نور را از خود عبور می‌دهد؛ برای ساخت زیورآلات ماندگار از طلا استفاده می‌کنیم، زیرا واکنش‌پذیری پایینی دارد و اکسید نمی‌شود؛ برق را با رشته‌های مسی انتقال می‌دهیم چرا که پس از طلا و نقره بیشترین ضریب انتقال الکتریکی را در بین عناصر مختلف دارد و از آنجا که فولاد یکی از سخت‌ترین مواد دنیای ماست، ابزارهای بزرگی صنعتی‌مان را از آن می‌سازیم (35 و 36).

نتایج و بحث:

علم نانو یک رشته جدید نیست، بلکه رویکردی جدید در تمامی رشته ­ها است. موضوع اصلی آن نیز مهار ماده یا دستگاه ­های در ابعاد معمولاً حدود 1 تا 100 نانومتر است. استفاده از این فناوری در کلیه علوم پزشکی، پتروشیمی، علوم مواد، صنایع دفاعی، الکترونیک، کامپوترهای کوانتومی و غیره باعث شده است که تحقیقات در زمینه نانو به عنوان یک چالش اصلی علمی و صنعتی پیش روی جهانیان باشد. خواص مواد را می‌توان به دو بخش خواص فیزیکی و خواص شیمیایی تقسیم‌بندی کرد. رنگ، شفافیت، خواص الکتریکی، خواص مغناطیسی، سختی، حلالیت، نقطه ذوب و ... ویژگی‌هایی هستند که آنها را با نام خواص فیزیکی می‌شناسیم و سرعت واکنش، واکنش‌پذیری و .... از جمله خواص شیمیایی هستند. اگر ذراتِ یک ماده خاص را در حد چند نانومتر (1 تا 100 نانومتر) کوچک کنیم، این ذرات ویژگی‌های متفاوتی با ذرات بزرگ اولیه خواهند داشت. این در حالی است که کوچک‌کردن ذرات یک تغییر فیزیکی است و ما انتظار نداریم که با این تغییر فیزیکی، ویژگی‌های اصلی ماده تغییر کند. این امر سبب گردیده مقیاس نانو بیش از سایر مقیاس‌ها مورد توجه قرار گیرد. از جمله این تغییرات می­توان به تغییر رنگ، تغییر شفافیت، تغییر خواص مغناطیسی و تغییر واکنش‌پذیری اشاره نمود که به تفصیل مورد بررسی قرار گرفت.

برگرفته از مقاله "معرفی نانو فناوری و بررسی تفاوت­ های دنیای نانو"

امیر محمد بهرامی مداح^1*، یاور احمدی²، محمد صالحی اول¹

¹دانشجوی کارشناسی آموزش شیمی، دانشگاه فرهنگیان، پردیس علامه امینی تبریز، ایران

² استادیار گروه علوم پایه رشته شیمی، دانشگاه فرهنگیان، پردیس علامه امینی تبریز، ایران

منابع و مراجع مورد استفاده:

(1) Knobel, M., Murriello, S., Bengtsson, A., Cascón, A., & Zysler, R. (2010). The perception of nanoscience and nanotechnology by children and teenagers. Journal of Material Education, 32, 29–38.

(2) Meyyappan, M. (2004). Nanotechnology education and training. Journal of Material Education, 6, 311–320.

(3) Alford, K.J.S., Calati, F., Clarke, A., & Binks, P. N. (2009). Creating a spark for Australian science through integrated nanotechnology studies at St. Helena secondary college. Journal of Nano Education, 1, 68–74.

(4) Greenberg, A. (2009). Integrating nanoscience into the classroom: perspectives on nanoscience education projects. ACS Nano, 3, 762–769.

(5) Blonder, R., & Dinur, M. (2011). Teaching nanotechnology using studentcentered pedagogy for increasing students’ continuing motivation. Journal of Nano Education, 3, 51–61.

(6) Blonder, R., & Sakhnini, S. (2012). Teaching Two Basic Nanotechnology Concepts in Secondary School by Using a Variety of Teaching Methods. Chemistry Education Research and Practice, 13, 500–516.

(7) Roco, M. C. (2006). Nanotechnology’s Future. Scientific American, 293, 39.

(8) Jones, G., Blonder, R., Gardner, G.E., Albe, V., Falvo, M., & Chevrier, J. (2013). Nanotechnology and nanoscale science: educational challenges. International Journal of Science Education, 35, 1490–1512.

(9) Ghattas, N. I., & Carver, J.S. (2012). Integrating nanotechnology into school education: a review of the literature. Research in Science & Technological Education, 30, 271–284.

(10) Berne, R.W., & Schummer, J. (2005). Teaching societal and ethical implications of nanotechnology to engineering students through science fiction. Bulletin of Science, Technology & Society, 25, 459–468.

(11) Moosvi Fazel, V., Kumar, A., Cho, H.J., & Seal, S. (2014). Laboratory research motivated chemistry classroom activity to promote interests among students towards science. Journal of Nano Education, 6, 25–29.

(12) Huang, C.Y., Hsu, L.R., & Chen, H.C. (2011). A study on the core concepts of nanotechnology for the elementary school. Journal of National Taichung University: Mathematics, Science & Technology, 25, 1–22.

(13) McFarland, A. D., Haynes, C. L., Mirkin, C. A., Van Duyne, R. P., & Godwin, H. A. (2004). Color My Nanoworld. Journal of Chemical Education, 81, 544A-544B.

(14) Frens, G. (1973). Controlled nucleation for regulation of particle size in monodisperse gold suspensions. Nature Physical Science, 241, 20–22.

(15) Sweeney, A. E. (2006). Social and ethical dimensions of nanoscale science and engineering research. Science and Engineering Ethics, 12, 435–464.

(16) Stevens, S., Sutherland, L.M., & Krajcik, J.S. (2009). The Big Ideas of Nanoscale Science and Engineering: A Guidebook for Secondary Teachers. Arlington, VA: NSTA Press.

(17) Amirhossein Cheshme Khavar & Zeinab Khzaei. (2021). Nano and the necessity of teaching it in schools, examining the challenges ahead. Research in chemistry education, second year, number two, pages 91-110

(18) Barab, S., Thomas, M., Dodge, T., Carteaux, R., & Tuzun H. (2005). Making learning fun: Quest Atlantis, a game without guns. Educational Technology Research and Development, 53, 86–107.

(19) Amory A., Naicker K., Vincent J. & Adams C. (1999). The use of computer games as an educational tool: Identification of appropriate game types and game elements, British Journal of Educational Technology, 30, 311–321.

(20) Jones, G., Taylor, A., Minogue, J., Broadwell, B., Wiebe, E. & Carter, G. (2007). Understanding Scale: Powers of Ten. Journal of Science Education and Technology, 16, 191–202.

(21) Harmer, A.J, & Columba, L. (2010). Engaging middle school students in nanoscale science, nanotechnology, and electron microscopy. Journal of Nano Education, 2, 91–101.

(22) Bryan, L. A., Magana, A., & Sederberg, D. (2015). Review of published research on pre-college students’ and teachers’ nanoscale science, engineering, and technology learning. Nanotechnology Reviews, 4, 7–32.

(23) Bowles, K. (2004). A teacher’s guide: Teaching nanotechnology in the high school curriculum (1st ed.). Apopka, FL: Apopka High School.

(24) Foley, T. E. (2006). Assessing the need for nanotechnology education reform in the United States. Nanotechnology Law & Business, 3, 476–484.

(25) Schank, P., Wise, A., Stanford, T., & Rosenquist, A. (2009). Can high school students learn nanoscience? An evaluation of the viability and impact of the Nanosense curriculum. Technical report. Menlo Park: SRI International.

(26) Gupta, S., Kurine, S., Jackson, M., Kane, N., & Schulte, T. (2008). Microelectronic engineering and nanotechnology education for undergraduates and pre-college studentsthrough curriculum reform and outreach activities. Rochester, NY: Rochester Institute of Technology.

(27) Wang, Bu-Xuan, Le-Ping Zhou,Xiao-Feng Peng. "Surfacesize effects on the specific heat capacity of nanoparticles." International journal of thermophysics 27.1 (2006): 139-151.

(28) Koole, Rolf, et al. "Size effects on semiconductor nanoparticles." Nanoparticles. Springer, Berlin, Heidelberg, 2014. 13-51.

(29) Ralston, K. D.,Nick Birbilis. "Effect of grain size on corrosion: a review." Corrosion 66.7 (2010): 075005-075005.

(30) Qi, W. H. "Size effect on melting temperature of nanosolids." Physica B: Condensed Matter 368.1-4 (2005): 46-50.

(31) Qi, W. H.,M. P. Wang. "Sizeshape dependent lattice parameters of metallic nanoparticles." Journal of Nanoparticle Research 7.1 (2005): 51-57.

(32) Kuncser, Victor,Lucica Miu, eds. Size effects in nanostructures: basicsapplications. Vol. 205. Springer, 2014.

(33) Pedersen, Kjeld. "Quantum size effects in nanostructures." OrganicInorganic Nanostructures (2006).

(34) Anthoniammal, P. "A thermodynamical model for the shapesize effect on melting of nanoparticls." (2014).

(35) Blanco-Mantecon, M.,K. O’Grady. "Interactionsize effects in magnetic nanoparticles." Journal of MagnetismMagnetic Materials 296.2 (2006): 124-133.

(36) Rehman, Shama, A. Mumtaz,S. K. Hasanain. "Size effects on the magneticoptical properties of CuO nanoparticles." Journal of Nanoparticle Research 13.6 (2011): 2497-2507.