نانوتکنولوژی و صنعت نفت

فناوری نانو می­تواند اثرات قابل توجهی در صنعت نفت داشته باشد، در مطلب زیر بعد از اشاره به برخی از این تأثیرات، تعدادی از کاربردهای فناوری نانو در صنعت نفت بویژه در بحث آلودگی محیط زیست و نیز سنسورهای نانو به طور مختصر معرفی گردیده است:

مقدمه هنگامی که ریچارد اسملی ( Richard Smally ) برندة جایزة نوبل، بالک مینسترفلورسنس را در سال 1985 در دانشگاه رایس کشف نمود،‌ انتظار اندکی داشت که تحقیق او بتواند صنعت نفت را متأثر سازد. سازمان انرژی آمریکا ( DOE ) سرمایه‌گذاری خود را در قسمت فناوری نانو با 62 درصد افزایش داد تا مطالعات لازم در زمینة‌ موادی با نام‌های باکی‌بال‌ها ( Bulky Balls ) و باکی‌تیوب‌ها ( Bulky Tubes )‌ استوانه‌های کربنی که دارای قطر متر می‌باشند صورت گیرد. نانولوله‌های کربنی با وزنی در حدود وزن فولاد، صد برابر مستحکم ­ تر از آن بوده، دارای رسانش الکتریکی معادل با مس و رسانی گرمایی هم ارز با الماس می‌باشند. نانوفیلترها می‌توانند به جداسازی مواد در میدان‌های نفتی کمک کنند و کاتالیست‌های نانو می‌توانند تأثیر چندین میلیارد دلاری در فرآیند پالایش به‌دنبال داشته باشند. از سایر مزایای نانولوله‌های کربنی می‌توان به کاربرد آن‌ها در تکنولوژی اطلاعات (‌ IT ) نظیر ساخت پوشش‌های مقاوم در مقابل تداخل‌های الکترومغناطیسی، صفحه‌های نمایش مسطح، مواد مرکب جدید و تجهیزات الکترونیکی با کارآیی زیاد اشاره نمود.

علم نانو یک تحول بزرگ در مقیاس بسیار کوچک

بسیاری از محققان و سیاستمداران جهان معتقدند که علم نانو می‌تواند تحولات اساسی در صنعت جهانی ایجاد نماید صنعت نفت نیز از پیشرفت این تکنولوژی بهره‌مند خواهد گشت.

علم نانو می‌تواند به بهبود تولید نفت و گاز با تسهیل جدایش نفت وگاز در داخل مخزن کمک نماید. این کار با درک بهتر فرآیندها در سطوح مولکولی امکانپذیر می‌باشد. با توجه به اینکه نانو مربوط به ابعادی در حدود متر می‌باشد، نانوتکنولوژی به مفهوم ساخت مواد و ساختارهای جدید توسط مولکول‌ها و اتم‌ها در این مقیاس می‌باشد.

خوشبختانه کاربردهای عملی نانو در صنعت نفت جایگاه‌ ویژه‌ای دارند. نانوتکنولوژی دیدگاه‌های جدید جهت استخراج بهبودیافتة نفت فراهم کرده است. این تکنولوژی به جدایش موثرتر نفت و آب کمک می‌کند . با افزودن موادی در مقیاس نانو به مخزن می‌توان نفت بیشتری آزاد نمود. همچنین می‌توان با گسترش تکنیک‌های اندازه‌گیری توسط سنسورهای کوچک،‌ اطلاعات بهتری دربارة مخزن بدست آورد.

مواد نانو

صنعت نفت تقریباً در تمام فرآیندها احتیاج به موادی مستحکم و مطمئن دارد. با ساخت موادی در مقیاس نانو می‌توان تجهیزاتی سبکتر، مقاومتر و محکم‌تر از محصولات امروزی تولید نمود. شرکت نانوتکنولوژی GP در هنگ‌کنگ یکی از پیشگامان توسعة کربید سیلیکون، یک پودر سرامیکی در ابعاد نانو می‌باشد.

با استفاده از این پودرها می‌توان مواد بسیار سختی تولید نمود. این شرکت در حال حاضر مشغول مطالعه و تحقیق بر روی سایر مواد مرکب می‌باشد و معتقد است که می‌توان با نانوکریستال‌ها تجهیزات حفاری بادوامتر و مستحکم‌تری تولید کرد. همچنین متخصصان این شرکت یک سیال جدید حاوی ذرات و نانوپودرهای بسیار ریز تولید نموده‌اند که به‌طور قابل توجهی سرعت حفاری را بهبود می‌بخشد. این مخلوط آسیب‌های وارده به دیوارة مخزن در چاه را حذف نموده و قابلیت استخراج نفت را افزایش می‌بخشد.

آلودگی

آلودگی توسط مواد شیمیایی و یا گازهای آلاینده یک مبحث بسیار دشوار در تولید نفت و گاز می‌باشد. نتایج بدست‌آمده از تحقیقات دانشمندان حاکی از آن است که نانوتکنولوژی می‌تواند تا حد مطلوبی به کاهش آلودگی کمک کند. در حال حاضر فیلترها و ذراتی با ساختار نانو در حال توسعه می‌باشند که می‌توانند ترکیبات آلی را از بخار نفت جدا سازند. این نمونه‌ها علیرغم اینکه اندازه‌ای در حدود چند نانومتر دارند، دارای سطح بیرونی وسیعی بوده و قادر به کنترل نوع سیال گذرنده از خود می‌باشند. همچنین کاتالیست‌هایی با ساختار نانو جهت تسهیل در جداسازی سولفید هیدروژن، آب، مونوکسیدکربن، و دی‌اکسید کربن از گاز‌طبیعی در صنعت نفت بکار گرفته می‌شوند. در حال حاضر مطالعاتی بر روی نمونه‌هایی از خاک رس در ابعاد نانو و جهت ترکیب با پلیمرهایی صورت می‌پذیرد که بتوانند هیدروکربن‌ها را جذب نمایند. بنابراین می‌توان باقیمانده‌های نفت را از گل حفاری جدا نمود.

سنسورهای هیدروژن خود تمیز کننده

خواص فوتوکاتالیستی نانوتیوب‌های تیتانیا در مقایسه با هر فرمی از تیتانیا بارزتر می‌باشد، بطوری‌که آلودگی‌های ایجادشده تحت تابش اشعة ماوراء بنفش به‌طور قابل توجهی از بین می‌روند. تا اینکه سنسورها بتوانند حساسیت اصلی خود نسبت به هیدروژن را حفظ نماید. تحقیقات انجام‌گرفته در این زمینه حاکی از آن است که نانوتیوب‌های تیتانیا دارای یک مقاومت الکتریکی برگشت‌پذیر می‌باشند، بطوری‌که اگر هزار قطعه از آن‌ها در مقابل یک میلیون‌ اتم هیدروژن قرار بگیرند، مقاومت الکتریکی آن در حدود یکصد میلیون درصد افزایش می‌یابد.

سنسورهای هیدروژن بطور گسترده‌ای در صنایع شیمیایی، نفت و نیمه‌رساناها مورد استفاده قرار می‌گیرند. از آنها جهت شناسایی انواع خاصی از باکتری‌های عفونت‌زا استفاده می‌گردد. به‌ هر حال محیط‌هایی نظیر تأسیسات و پالایشگاه‌های نفتی که سنسورهای هیدروژن از کاربردهای ویژه‌ای برخوردار می‌باشند، می‌توانند بسیار آلوده و کثیف باشند این سنسورهای هیدروژن نانوتیوب‌های تیتانیا هستند که توسط یک لایة غیرپیوسته‌ای از پالادیم پوشانده شده‌اند. محققان این سنسورها را به مواد مختلفی نظیر اسید استریک ( یک نوع اسید چرب )‌، دود سیگار و روغن‌های مختلفی آلوده نمودند و سپس مشاهده کردند که تمام این آلوده‌کننده‌ها در اثر خاصیت فوتوکاتالیستی نانوتیوب‌ها از بین می‌روند. حد نهایی آلودگی‌ها زمانی بود که دانشمندان این سنسورها را در روغن‌های مختلفی غوطه‌ور ساخته و سنسورها توانستند خواص خود را بازیابند. محققان سنسورها را در دمای اتاق به مقدار هزار قطعه در مقابل یک میلیون ‌اتم هیدروژن در معرض این گاز قرار دادند و مشاهده نمودند که در طرح‌های اولیة سنسور مقاومت الکتریکی آن به میزان 175000 درصد تغییر می‌کند. سپس سنسورها را توسط لایه‌ای به ضخامت چندین میکرون از روغن موتور پوشاندند تا بطور کلی حساسیت آن‌ها نسبت به هیدروژن از بین برود. سپس این سنسورها را در هوای عادی به ‌مدت 10 ساعت در معرض نور ماوراء بنفش قرار دادند و پس از یک ساعت مشاهده نمودند که سنسورها مقدار قابل توجهی از حساسیت خود را بدست آورده‌ و پس از گذشت 10 ساعت تقریباً بطور کامل به وضعیت عادی خود بازگشتند.

علیرغم قابلیت بازگشتی بسیار مناسب این سنسورها نمی‌توانند پس از آلودگی به انواع خاصی از آلوده‌کننده‌ها حساسیت خود را باز یابند برای مثال روغن WQ -40 به علت دارابودن مقداری نمک خاصیت فوتوکاتالسیتی نانوتیوب‌ها را تا حد زیادی از بین می‌برد.

با افزودن مقدار اندکی از فلزات مختلف نظیر قلع، طلا، نقره، مس و نایوبیم، یک گروه متنوعی از سنسورهای شیمیایی بدست می‌آیند. این فلزات خاصیت فوتوکاتالیستی نانوتیوب‌های تیتانیا را تغییر می‌دهند. به هر حال سنسورها در یک محیط غیرقابل کنترل در دنیای واقعی توسط مواد گوناگونی نظیر بخار‌های آلی فرار، دودة کربن و بخارهای نفت و همچنین گرد و غبار آلوده می‌گردند. قابلیت خودپاک‌کنندگی این سنسورها طول عمر آن‌ها را افزایش و از همه مهمتر خطای آنها را کاهش می‌دهد.

سنسورهای جدید در خدمت بهبود استخراج نفت

براساس آخرین اطلاعات چاپ شده توسط سازمان انرژی آمریکا، استخراج نفت در حدود دو سوم از چاه‌های نفت آمریکا اقتصادی نمی‌باشد. با توجه به دما و فشار زیاد در محیط‌های سخت زیرزمینی، سنسورهای قدیمی الکتریکی و الکترونیکی و سایر لوازم اندازه‌گیری قابل اعتماد نمی‌باشند و در نتیجه شرکت‌های استخراج‌ کنندة‌ نفت در تهیة ‌اطلاعات لازم و حساس جهت استخراج کامل و مؤثر نفت از مخازن با برخی مشکلات مواجه می‌باشند.

در حال حاضر محققان در آزمایشگاه فوتونیک دانشگاه صنعتی ویرجینیا در حال توسعة یک‌سری سنسورهای قابل اعتماد و ارزان از فیبرهای نوری جهت اندازه‌گیری فشار، دما، جریان نفت و امواج آکوستیک در چاه‌های نفت می‌باشند. این سنسورها به‌علت مزایایی نظیر اندازة کوچک ،‌ایمنی در قبال تداخل الکترومغناطیسی ، قابلیت کارآیی در فشار و دمای بالا و همچنین محیط‌های دشوار، مورد توجه بسیار قرار گرفته‌اند. از همه مهم‌تر اینکه امکان جایگزینی و تعویض این سنسورها بدون دخالت در فرآیند تولید نفت و باهزینة‌ مناسب فراهم می‌باشد. در حال حاضر عمل جایگزینی و تعویض سنسورهای قدیمی در چاه‌های نفت میلیون‌ها دلار هزینه در پی دارد. سنسورهای جدید از نظر تولید بسیار مقرون ‌به صرفه بوده و اندازه‌گیری‌های دقیق‌تری ارائه می‌دهند.

انتظار می‌رود که تکنولوژی این سنسورها تولید نفت را با ارائه اندازه‌گیری‌های دقیق و قابل اعتماد و کاهش ریسک‌های همراه با اکتشاف و حفاری نفت بهبود بخشد. همچنین سنسورهای جدید به‌علت برخی کاربردهای ویژه نظیر استخراج دریایی و افقی نفت، جایی که بکاربستن سنسورهای قدیمی در چنین شرایطی بسیار مشکل می‌باشد، از توجه ویژه‌ای برخوردارند.

منبع :www.iee.org

نانو تکنولوژی و کاربرد آن

آیا نانوتکنولوژی واقعی است؟

پیشگفتار


بحث بسیار مهمی اکنون در جمع محققین نانوتکنولوژی nanotechnology در جریان است. این بحث به نام جدل درکسلر-اسمالیDrexler-Smalley debate خوانده میشود، و برروی موضوع اسمبلی مولوکولیmolecular assembly متمرکز است. اریک درکسلرEric Drexler بیست سال پیش نانوتکنولوژی را بنیانگذاری کرد، و رئیس هیئت مدیره موسسه فورسایت است. ریچارد اسمالی از برندگان جایزه نوبل در شیمی و محقق نانوتکنولوژی در 10 سال گذشته بوده است، و بر روی امکانات کاربردی ننوتوب کربنیcarbon nanotubes کار کرده است. جالب است که یکی از برجسته ترین نظریه پردازان عصر ما، که از شخصیت های دانش هوش مصنوعی است، یعنی ری کورزویل Ray Kurzweil، این جدل درکسلر-اسمالی را با دقت مورد خطاب قرار داده است. مقاله کورزویل شرح جز به جز تکنیکی این جدل است، و او به شکل علمی نشان میدهد که چرا مهم است که از دیدگاه درکسلر حمایت شود. به نظر من، جدل درکسلر- اسمالی، اهمیتی در فراسوی تعلقات عرصه های ویژه تحقیقاتی آن ها دارد، نظیر بحث های مشابه 20 سال پیش در عرصه هوش مصنوعی، وقتیکه از سوئی مکارتیMcCarthy و مینسکیMinsky معتقد بودند هوش مصنوعی امکان پذیر است، و از سوی دیگر، کسانی نظیر درایفوسDreyfus و سرلSearle، یا امکانAI را نفی میکردند و یا آنرا خیلی ضعیف می دیدند. من درباره منازعات هوش مصنوعی در جای دیگر نوشته ام. بیست سال بعد یعنی امروز، آشکار است که هوش مصنوعی امکان پذیر است، اگرچه با هوش طبیعی یکی نیست، اما از بسیاری جنبه ها، مثلأ برای کار کردن با مقادیر زیاد اطلاعات، از هوش طبیعی هم پرقدرت تر است. بنابراین واقعأ هوش *مصنوعی* است، و نه به مفهوم تحقیر آمیز کلمه. به همینگونه الماس مصنوعی ننوتک میتواند یک آفرینش جدید باشد، حتی بهتر از اصل، چه از نظر زیبائی، چه از نظر دوام، و یا از لحاظ خواص دیگر.


آیا کشورهای توسعه نیافته بایستی به این موضوع فکر کنند؟


آنچه که در این منازعات مهم است این است که اگر مردم این نظر را به پذیرند که خلق مجدد جهان غیر ممکن است، آنچه که مخالفین نانوتکنولوژی تبلیغ میکنند، ممکن است که ما یک فرصت تاریخی را از دست بدهیم، فرصتی که میتواند از انقلاب کامپیوتری 20 سال گذشته نیز مهمتر باشد. ممکن است به پرسید که این جدل چه اهمیتی برای کشورهای توسعه نیافته نظیر ایران دارد، و اینکه چرا روشنفکران ایرانی بایستی اصلأ نگران این موضوع بوده و در این رابطه به خود زحمت دهند؟ همانگونه که سالها پیش، برای بسیارنیاز ورود به منازعات هوش مصنوعی و جامعه فراصنعتی مایه شگفتی بود، وقتی که حتی جامعه صنعتی نیز به سختی در ایران توسعه یافته است. اما امروز، همه به اهمیت کامپیوتر، اینترنت و اقتصاد گلوبال برای ایران اذعان دارند، و اینکه چرا موضوعاتی نظیر ملحق شدن به سازمان جهانی تجارتWTO اهمیت بسیار زیادی برای ایران حال و اینده ایران دارد، وحتی بسیاری از روشنفکران ایران هم اکنون در این تلاش ها فعال هستند. به همینگونه نانوتکنولوژی میتواند مهمترین تکنولوژی ای باشد که حتی سلول های سوختیfuel cells تازه خلق کند، و به عصر نفت پایان دهد، و نه تنها بر اقتصاد کشورهای تولید کننده نفت نظیر ایران، تأثیر جدی بگذارد، بلکه کل تولید صنعتی در سطح جهانی، که بر تولید انرژی استوار است را دگرگون کند، و تأثیر جدی بر فقر و ثروت در هر نقطه جهان بگذارد. و هیچ دلیلی ندارد که دانشمندان کشوری نظیر ایران در توسعه نانوتکنولوژی شرکت نکنند، وقتیکه این تکنولوژی نه تنها برروی کشورهای توسعه یافته، بلکه برروی بازده تولید جهانی در فراسوی یک مقیاس بزرگ order of magnitude تأثیر گذار است. آنجه در بالا ذکر کردم دلیل آن است که چرا بنظر من، دنبال کردن جدل درکسلر-اسمالی، برای روشنفکران ایران مهم است.


اسمبلی مولوکولیMolecular Assembly چیست؟


اولین بروسه های تولیدی مانوفاکتور در پایان قرون وسطی در اروپای اواخر سالهای 1500 شکل گرفتند. این تولید عبارت بود از ساختن اشیأ از مواد اولیه با دست یا با ماشین آلات به طور سیستماتیک همراه تقسیم کار. سپس اختراع ماشین بخار در قرن هجدهم، ماشین آلات متحرک را بوجود اورد، که با نیروی مهار شده توسط این موتور ها به حرکت در میآمدند. مانوفاکتور به کارخانه توسعه یافت، و بدینگونه سیمای کره زمین طی دویست سال بعد از آن، کاملأ دگرگون شد. امروز نانوتکنولوژی درباره اسمبلی مولوکولی است، که نوع مینیاتوری مانوفاکتور است، و میتواند اساسأ دنیا را از نوبیآفریند، آنهم با بازدهی بهتر، و نتیجه آن نه تنها میتواند به وابستگی به مواد خام طبیعی پایان دهد، بلکه ممکن است توسعه صنعتی را کامل کند. آنگونه که دنیل بل بخوبی نشان داده، جامعه صنعتی اساسأ عصر انرژی تمدن بشر بود، تولیدی با ماشین آلات متحرک که از انرژی مهار شده استفاده میکردند. در نتیجه نانوتکنولوژی میتواند بطور موفقیت آمیزی مابقی تولید کشاورزی و صنعتی را کامل کند، و نه تنها از طریق حل مسأله انرژی، بلکه همچنین، از طریق افزودن هوش به موضوعات این تمدن های بشری. به طور خلاصه میتواند به تمام فعالیت های تولیدی که در شیوه های تولید ماقبل صنعتی هستند کمک کند که به تولید هوشمند فراصنعتی برسند، هم آنگونه که برنامه های کامپیوتری هوشمند در تولیدات تکنولوژی نوینhigh tech امروز به کار برده میشوند. یعنی پس از توسعه ننوتک، اینگونه تولیدات هوشمند برای همه فعالیت های تولیدی به کار خواهند رفت. عبارات زیر آنگونه ایست که کورزویل استفاده از هوش را در ننوتک توضیح میدهد، با استفاده از اصطلاح *نرم افزار* به معنی وسیع کلمه:
"هرچند پیکربندی هایconfigurations بسیاری پیشنهاد شده، یک اسمبلر نوعیtypical assembler، به صورت یک واحد روی میزی توصیف شده، که میتواند هر محصولی که از نظر فیزیکی ممکن، و ما برایش توصیف ترم افزاری داشته باشیم را، تولید کند. محصولات میتوانند از کامپیوتر باشند تا لباس، آثار هنری باشند تا غذای پخته شده. محصولات بزرگتر، نظیر اثاثیه، ماشین، و حتی خانه نیز میتوانند به صورت قایسیmodular ساخته شوند، یا از طریق ساختن اسمبلرهای بزرگتر. آنچه که از اهمیت ویژه برخوردار است اسمبلری است که که میتواند کپی خود را خلق کند. هزینه افزوده برای ساختن هر محصول فیزیکی، که شامل هزینه خود اسمبلر هم میشود، چند پنیpennies برای هر پوند خواهد بود، اساسأ قیمت مواد خام آن. البته هزینه واقعی در ارزش اطلاعاتی خواهد بود که هر محصول را توصیف میکند ، یعنی نرم افزاری که پروسه اسمبلی را کنترل میکند. در نتیجه هر چیز با ارزش در جهان، از جمله خود اشیأ فیزیکی، اساسأ از اطلاعات تشکیل میشوند. ما ازامروز از چنین شرایطی چندان دور نیستیم، چرا که "محتوی اطلاعاتی" محصولات بطور سریعی به خط مجانب صد درصد ارزش آنها مماس میشود." ری کورز.یل-جدل درکسلر-اسمالی درباره اسمبلر مولوکولی، 3 دسامبر، 2003] عبارات بالا بیان اصل آنچیزی است که در پارادیم ننوتک برای دنیا اهمیت دارد. اگر نیوتون قوانین حرکت را توصیف کرد، و در پی آن، لاپلاس بحث میکرد که اگر شرایط اولیه جهان را داشته باشیم، با دانش قوانین نیوتون، میتوان جهان در هر لحظه را پیش بینی کرد، ما نیز در اینجا شاهد آنیم که علم در 300 سال گذشته توصیف ساختمان اشیأ را انجام داده، و آن به این معنی است که میشود، آنگونه که در همانجا کورزویل از سخنرانی تاریخی 1959 فیزیک دان معروف فینمنFeynman نقل میکند، در نهایت تمام طبیعت را مصنوعأ از نو "اتم به اتم" ساخت.


چرا نوآفرینی مصنوعی مهم است؟


چه اهمیتی دارد که ما آب را از دو اتم هیدرژن و یک اتم اکسیژن بسازیم؟ برای آنکه اگر مولکولهای آب را اینگونه بسازیم، شبیه یک اسمبلی تولیدی است، و میتواند تریلیون و تریلیون بار ساخته شود، یعنی انگونه که فینمنFeyman اشاره میکند، اشیأ اتم به اتم میتوانند "مانور" داده شوند، و مواد در نتیجه میتوانند کارآراتر شوند، و با خواص دلخواه تولید شوند. بیشتر آنکه در مواردی که کمبود یا خطرات مخیط زیستی وجود دارد، مثلأ مورد نفت در دنیای کنونی، که وابستگی به سوخت فسیل از نظر محیط زیستی کشنده است، ننوتک میتواند یک الترناتیو پاکیزه در مقیاس اقتصادی موثر، ارائه کند. همچنین اینگونه پروسه های مصنوعی ننوتک میتوانند بسیاری از اشتباهات که در پروسه های طبیعی هستند را اجتناب کنند، همانگونه که کامپیوتر در مقایسه با انسان، برای پروسه کردن مقادیرزیاد اطلاعات، کمتر اشتباه میکند. این موضوع در پروسه های بیولوژیک مهم است، زمانیکه امراضی نظیر سرطان نتیجه اشتباهات در عملکرد سلولها در پروسه های طبیعی هستند. آیا تمام این پیشرفت ها میتوانند خطرات و مسائلی را هم باعث شوند؟ البته! کورزویل مثال خوبی از شبکه های کامپیوتری و ویروس ها میزند که از طریق این شبکه ها پخش میشوند، و اشاره میکند که ما امروز حاضر نیستیم کامپیوتر و اینترنت را به خاطر ویروس به دور بریزیم ، و به جای بازگشت به عقب، ما دفاع در برابر ویروس را بوجود میاوریم. البته مسدله اصلی منقدینی نظیر اسمالی خطرات نیستند. خطراتی نظیر مسائل مکانیسم های خود سازself-replicating. چرا که همانگونه که همه میدانیم خود سیستمهای خودسازطبیعت، نظیر سلولهای انسان، مسأله کپی های غلط را به کرات نشان میدهند، که دلیل امراضی نظیر سرطان است. و نه تنهاسرطان، بلکه تمام پروسه سالخوردگی و امراضی نظیر الزایمرAlzheimers نتیجه اشتباهات سلولهای خود ساز طبیعت هستند. بنابراین کنترل در سیستمهای خود ساز مصنوعی میتوانند حتی برای حل اینگونه مسائل هم به کار روند. به عبارت دیگر، خطرات بالا موضوع اصلی منقدینی نظیر اسمالی نیست. اصل بحث آنها همانند درایفوسDreyfus و بحثهای شطرنج وی، در زمان آغازغرصه دانش هوش مصنوعیAI، است، یعنی آنها بحث میکنند که اسمبلر مولوکولی غیر ممکن است، با اشاره به موضوعاتی نظیر انگشتان چاق در ننوتک، که اساسأ معنی اش این است که دست روباطی که برای وصل کردن اتمها بکار میرود، وقتی به اندازه های کوانتومی تزدیک شویم، بخاطر تأثیرات کوانتومی عدم تعین، نمیتواند آزادانه حرکت کند. اما همانگونه که کورزویل به نحو احسنت نشان میدهد، اندازه های ننوتک به مراتب از اندازه های کوانتومی که در انها این عدم تعین ها معنی میدهند، بزرگتر هستند، و حتی اگر چنین فاکتورهائی هم وارد شوند، و مشکل ایجاد کنند، آنها مسائلی برای حل کردن هستند، و نه برای دلسرد شدن از امکان ننوتک.


نتیجه گیری


اساسأ دانشمندان در 300 سال گذشته، دنیا را با فرمولهای مختلف توصیف کرده اند، و اگر ژنتیک یکی از علومی بوده است که از دانش برای نوآفرینی بخشی از واقعیت طبیعی با کنترل قادر شده است، ننوتک میتواند همه جهان را از نو به شکل هوشمندانه خلق کند، و میتواند محیطی برای ابزارهای هوشمند خلق کند که در ارتباط متقابل موثر با دنیای فیزیکی قرار گیرند، و طبیعت را به واقعیت ثروت زا برای نسل بشر مبدل کنند، و در عین حال به ما کمک کنند که به فراسوی محدودیت های بیولوژیک خود برویم، و با مسائلی نظیر سرطان به طور موثر دست و پنجه نرم کنیم. در این عرصه فرصت های بسیاری برای بشریت نهفته است، و ترک این عرصه دانش میتواند به هر ملت و کل جهان لطمه زده و توسعه جامعه قراصنعتی در سطح جهانی را کند کند. به طور خلاصه، نانوتکنولوژی به تاثیر ابزار هوشمند برروی زندگی بشر و جهان گره خورده،و مشترکأ پتانسیل های عظیم فراروی بشریت و جهان را ترسیم میکنند.

نانولولة کربنی می تواند صنعت ساختمان را متحول کند

نانولولة کربنی می تواند صنعت ساختمان را متحول کند (دیدگاه (خانم مهندس حسین پور)  

 

علی‌رغم رشد سریع تحقیقات نظری و عملی علوم و فنون نانو در کلیه زمینه‌ها، توجه کمی به کاربردهای این پدیده در صنعت ساختمان معطوف شده است. اخیراً‌ استفاده از تقویت‌کننده‌ها و استحکام‌دهنده‌های نانویی مانند نانولولة کربنی در مصالح ساختمانی رواج بیشتری یافته و موج جدیدی با شتاب فزاینده، صنعت ساختمان را در برگرفته است. متن زیر حاصل گفتگوی شبکه تحلیلگران تکنولوژی ایران (ایتان)‌ با خانم مهندس حسین‌پور، عضو کادر آموزشی دانشکده مهندسی شیمی دانشگاه صنعتی امیرکبیر، در مورد کاربردهای نانوتکنولوژی در ساختمان است:

نانولولة کربنی

نسل جدیدی از کربن است که از مواد نانوکربنی ساخته شده است. این ماده که مستحکم‌تر از فولاد، سبک‌تر از آلومینیوم و رساناتر از مس است، کاربردهای زیادی دارد که موارد کلیدی آن شامل الکترونیک، حسگرها، مواد و مصالح ساختمانی، پرکن‌ها ( Fillers ) و غیره است. مثلاً‌ این ماده به‌عنوان پرکن در صنایع پلاستیک و رنگ به عنوان جایگزین کربن سیاه استفاده می‌شود که یکی از کاربردهای رایج آن است.

خواص نانولوله کربنی

خواص فلزی و شبه فلزی کربن نانوتیوب با تغییر در ساختار، به جای تغییر در ترکیب بدست می‌آید. این خواص ویژه در نانوالکترونیک کاربردهای زیادی به وجود می‌آورند.

از دیدگاه مکانیکی، کربن نانوتیوب ( CNT ) قوی‌ترین ماده‌ای است که تا به‌حال شناخته شده است. این ماده بسیار مستحکم به شدت انعطاف‌پذیر نیز هست به‌طوریکه قابلیت خم شدن به شکل دایره و یا حتی گره‌خوردن را دارد. این رفتار مکانیکی ویژه، علاقه‌مندی زیادی جهت استفاده از آن در مصالح ساختمانی ایجاد کرده است. پتانسیل‌های استفاده از CNT هنوز قابل تامل و تعمق است.

کاربرد نانوتیوب در صنعت ساختمان

حداقل سه عرصة گسترده تحقیقاتی برای تولید محصولات مورد نیاز ساختمان وجود دارد:

•  به دلیل خواص مکانیکی عالی CNT ، استفاده از آنها در زمینه‌های پلیمر شیشه و ساختمان قابل توجه است.

•  CNT به عنوان اجزای ساخت سیستم‌های انتقال حرارت، به علت خواص ویژه هدایت حرارتی آن مورد توجه است.

•  استفاده از CNT با طول زیاد به شکل ریسمان، در پل‌های معلق کاربرد دارد.

مثلاً‌ در بتون، از گذشته تا حال، فایبرهای فولادی (بتن آرمه) استفاده می‌شده‌اند. بنابراین بتون، مستعد استفاده از کربن نانوتیوب است انتظار می‌رود با استفاده از CNT به خواص بهتری در بتون دست یابیم

.

دلایل رجحان نانولولة کربنی عبارتند از:

•  خواص ویژة مکانیکی هدایت حرارتی و الکترونیکی

•  نسبت طول به قطر بسیار بالا (اگر قطر کربن نانوتیوب‌ها 1 نانومتر در نظر گرفته شود، طول، 1 هزار برابر قطر است در حالی که تلاش می‌شود به طول‌های بیشتر دست یافته شود و پژوهشگران مستعد استفاده از کربن نانوتیوب است حتی به ابعاد سانتی‌متر هم رسیده‌اند.

3- اندازه کوچک فایبرها و قابلیت پخش­شدن بالا در زمینة سیمان و بتن (تقویت‌کنندة عالی)

نانوتیوب‌ها با اجزاء و ترکیبات سیمان پیوند حاصل کرده و باعث کنترل مناسب سیستم سیمان می­شوند.

جمع‌بندی:

با توجه به کاربردهای بالقوه کربن نانوتیوب، نیاز به این ماده در صنایع داخلی دیده می‌شود. صنعت ساختمان با توجه به زلزله‌خیز بودن ایران، یکی از صنایعی است که لزوم بهینه‌سازی ساخت‌وساز و مصالح ساختمانی در آن مشاهده می‌شود.

کشور ایران در تامین منابع اولیه تولید کربن نانوتیوب غنی است و از طرف دیگر تحقیقات زیادی تا به امروز در سطح جهان در این زمینه انجام شده است. در بسیاری از نقاط جهان این ماده به صورت تجاری تولید می‌شود ولی همچنان تحقیقات برای رسیدن به خلوص بالا و نسبت طول به قطر بیشتر ادامه دارد.

آنچه تاکنون روشن شده این است که رسیدن به خلوص بالا و طول بلند، برای کربن نانوتیوبی که در سیمان و بتون استفاده می­شود، در اولویت نیست؛ در همین شرایط موجود هم استفاده از آنها خواص بسیار مطلوبی حاصل می‌کنند و نوع ناخالص آن نیز می‌تواند اثر معجزه‌آسایی در مصالح به‌عنوان تقویت‌کننده ساختمانی داشته
باشد.
شبکه تحلیل گران تکنولوژی ایران