ایمنی نانوفناوری در صنایع الکترونیک و ارتباطات
ایمنی نانوفناوری در صنایع الکترونیک و ارتباطات
فرمت: Pdf تعداد صفحات: 18
۱- مقدمه
نکته جالب در مورد نانوفناوری، کوچک بودن اندازه محصولات مبتنی بر نانوفناوری است. نانوفناوری در محصولات مختلف صنایع الکترونیک و ارتباطات کاربرد دارد و میتواند به عنوان یک تکنولوژی چند منظوره و راه حلگرا که مانند نقطهای عطفی در دیگر تکنولوژیهای کاربردی مثل ارتباطات، الکترونیک، بیوتکنولوژی و دیگر علوم عمل میکند، مورد توجه قرار گیرد. توانایی استفاده، سازماندهی و اندازهگیری ماده در سطح اتمی و در مقیاس ۱ تا ۱۰۰ نانومتر (۰.۱ میکرومتر) امری است که نانوفناوری را از دیگر تکنولوژیها متمایز میکند. T.Sheetz [۱] نشان داده است که یک متر متشکل از یک میلیارد نانومتر است. این عدد را با قطر موی انسان مقایسه کنید که حدود ۸۰۰۰۰ نانومتر است [۱]. کاربرد غالب نانوفناوری، در عرصه تکنولوژیهای اطلاعات و ارتباطات و در صنایع الکترونیک و ارتباطات بوده است. این امر به این دلیل است که در صنایع مذکور، به تدریج اندازه دستگاههای پردازشگر اطلاعات، تجهیزات ذخیره کننده اطلاعات و صفحههای نمایشهای دیجیتال، کوچک شده و به سمت محدوده نانو سوق داده شده است.
در واقع نانوفناوری پتانسیل فوقالعادهای برای ایجاد پیشرفتهای بحرانی در تکنولوژی نیمههادیها دارد. از نانولولههای کربنی گرفته تا نانوسیمهای سیلیکونی [۲]، برخی ویژگیهای کلیدی قابل بهرهبرداری توسط نانوفناوری، نشأت گرفته از نانوذرهها است مانند اندازه و نسبت بالای سطح به حجم. مزایای نانوفناوری شامل کاهش آلودگی، کاهش مصرف انرژی و کاهش انتشار گازهای گلخانهای، بهبود مدیریت، بهبود وضعیت سلامت، پیشگیری از بیماریها، بازسازی تخریبهای زیست محیطی و همچنین عرضه مواد جدید ارتقا دهنده سطح ایمنی است که مستحکمتر بوده و همچنین دارای قابلیت خودترمیمی و سازگاری برای ایجاد محافظت بیشتر باشند. این مزایا امید زیادی را در جامعه جهانی برای کاربردهای گوناگون در صنایع ارتباطات و الکترونیک به وجود آورده است و امروزه حدود ۱۰۰۰ محصول نانوفناوری به صورت تجاری در دسترس میباشد [۳].
نانوذرههای مهندسی شده شامل شبکههای کربنی، نانولولههای کربنی، اکسیدهای فلزی، لیپوزوم، پلیمر و میسل هستند. اما نگرانیهایی مبنی بر ورود نانوذرات حاصل از نانوفناوری به بدن انسان و تجمع در ارگانهای اصلی مثل مغز و ریه که میتوانند منجر به آسیب و جراحت و یا حتی مرگ انسان شوند، وجود دارد (شکل 1 را ببینید). همچنین انتشار نانوذرات در محیط زیست، ممکن است موجب نابودی اکوسیستم شود. بنابراین مسأله مهم، پیدا کردن راههایی است که بهرهبرداری از مزایای نانوفناوری را همزمان با در نظر گرفتن و حل کردن مشکلات ایمنی مربوط به آن، به ویژه در صنایع الکترونیک و ارتباطات، ممکن کند.
در این مقاله که به ۱۰ بخش تقسیم شده است، در مورد مشکلات ایمنی نانوفناوری در صنایع ارتباطات و الکترونیک بحث خواهد شد. بخش اول شامل مقدمه است، بخش دوم در مورد دید کلی نانوفناوری و مشکلات پیادهسازی آن بحث میکند. بخش سوم شامل نگرانیها و مشکلات ایمنی است. بخشهای چهارم و پنجم به ترتیب در مورد مشکلات ایمنی نانوفناوری در صنایع الکترونیک و ارتباطات بحث میکنند. راه حلهای ایمنی در صنایع الکترونیک و ارتباطات به ترتیب در بخشهای ششم و هفتم مورد بحث قرار خواهند گرفت. بخش هشتم آیندهی ایمنی در نانوفناوری را بررسی میکند. بخش نهم شامل پیشنهادات است و در نهایت در بخش دهم خلاصه و نتیجهگیری کل بخش آورده شده است.
شکل ۱ مسیرهای مواجه بالقوه با نانوذرات / نانولولهها برای کاربردهای آتی
۲- کلیات نانوفناوری: تعاریف پیادهسازی
نانوفناوری یکی از فرایندهای توسعه دهنده، تکنولوژی محور و در حال ظهور است که میتواند در کوچکسازی سیستمهای پیچیده، کاربردی و نوآورانه باشد و به این وسیله به حل مشکلات مربوط به زمینه انرژی به انسانها و محیط زیست کمک کند. در نانوفناوری با کنترل شکل و اندازه در ابعاد نانو، طراحی، خصوصیات، نحوه تولید و کاربرد سازهها، دستگاهها و سیستمها کنترل میشود [۴]. این بدان معناست که نانوفناوری در ابعاد مولکولی، سیستمهای کاربردی را توسعه میدهد و مهندسی میکند. کلمه نانوفناوری خود به معنی اندازهگیری، دستکاری و سازماندهی ماده در سطح اتمی است. نانوفناوری را میتوان در بسیاری از عرصههای علم و تکنولوژی مانند الکترونیک، ارتباطات، پزشکی، حفاظت محیط زیست و نظامی اعمال کرد. همچنین نانوفناوری میتواند در بسیاری از زمینههای مهندسی مانند مهندسی پزشکی، مهندسی صنایع، مهندسی الکترونیک و ارتباطات، مهندسی انرژی و مهندسی کامپیوتر کاربرد داشته باشد. سطح کاربرد نانوفناوری شامل موارد درمانی، تولید مواد اولیه، نورشناسی و محاسبات کوانتومی نیز هست؛ برای مثال میتوان مهندسی انرژی را در نظر گرفت. اختراع نانوفناوری به ذخیره سازی انرژی کمک شایانی کرده که خود یکی از بزرگترین چالشهای حال حاضر میباشد [۵]، [Kalantar-zadeh].
کلمات نانومتر، نانومقیاس و علم نانو به ترتیب بدین شکل تعریف شدهاند: یک میلیاردیم یک متر را یک نانومتر میگویند (nm)؛ به عنوان مثال موی سر انسان حدود ۸۰۰۰۰ نانومتر قطر دارد. یک گلبول قرمز خون حدود ۷۰۰۰ نانومتر عرض دارد و مولکول آب نیز تقریباً ۰.۳ نانومتر عرض است. نانومقیاس به محدودهی ۰.۲ تا ۱۰۰ نانومتر اطلاق میشود. به مطالعه پدیدهها در مقیاس اتمی و مولکولی و دستکاری آنها در این مقیاس، علم نانو گویند. قابل ذکر است که خصوصیات مواد در این مقیاس ممکن است با خصوصیات عادی آنها متفاوت باشد. نانوفناوری نیز مانند علم نانو در مورد مواد مهمی مانند نانومواد یا مواد اولیه نانوفناوری بحث میکند.
در کاربرد مواد نانوفناوری، سه دسته بندی مختلف وجود دارد. دسته اول کاربردهای کنونی است و شامل پوششها، سفال، کامپوزیت، ابزارهای سخت و لوازم آرایشی و بهداشتی میباشد. دسته دوم شامل کاربردهای کوتاه مدت مثل نمایشگرها، مکملهای سوخت، رنگها، کاتالیزورها، باتریها و سلولهای سوختی است. دسته سوم شامل کاربردهای بلندمدت مواد نانوفناوری مانند لباسهای میادین نبرد، نانولولههای کامپوزیتی، تصفیه آب، سرامیکهای قابل ماشینکاری، کاشتهای پزشکی، مواد مغناطیسی و روانکنندههای صنعتی (گریس) است.
این مواد نانوفناوری را میتوان با استفاده از انواع تکنیکها تولید نمود [۷]. در تکنیک اول میتوان از تکنیکهای پایین به بالا یا بالا به پایین (برای تبدیل مواد بزرگ به ساختارهای کوچک) استفاده نمود که به ترتیب در اشکال ۲ و 3 نشان داده شده است. در این تکنیکها، اتمها میتوانند خود را سر هم بندی کنند یا نظم ببخشند و در نتیجه از خواص اصلی خود به ساختارهای کاربردی کوچک شده تبدیل شوند. در تکنیک دوم، از ابزارهای مختلف برای حرکت مولکولها به صورت انفرادی استفاده میشود. این تکنیک در شرایط عادی به علت نیاز به نیروی کاری شدید، در صنایع کاربرد ندارد اما کنترل بیشتری را بر روی تولید ایجاد مینماید.
شکل ۲ یک نمودار از کاربرد تکنیک پایین – بالا در تولید صنعتی
ماشین کاری با دقت بالا، چاپ سنگی و پرتو انرژی عموماً در محدوده تکنیک بالا به پایین قرار میگیرند؛ درحالی که شیمی، نانومواد و بیوشیمی جزء تکنیکهای پایین به بالا محسوب میشوند. در این رویکرد، نانوفناوری در ابعاد ۱ الی ۱۰۰ نانومتر تعریف میشود.
مواد نانوفناوری در سه گروه تک بعدی، دو بعدی و سه بعدی طبقهبندی میشوند. فیلمهای نازک، سطوح صیقلی شده و پوششهای کف نمونههایی از نانومواد تک بعدی هستند. از جمله نانومواد دو بعدی میتوان به نانو سیمها، بیوپلیمرها، نانولولههای غیر ارگانیک و نانولولههای کربنیک (CNT) اشاره کرد. نانومواد سه بعدی نیز شامل کلوئیدها، رسوبات، درختسانها، ذرههای کوانتومی، نانوذرات، کربن ۶۰ و غیره میباشند. بیشتر این مواد در ساخت محصولات الکترونیکی و ارتباطی کاربرد دارند.
نانوفناوری دارای پتانسیل ایجاد انقلاب و جهش علمی در زمینههای مراقبت و نظارت بر وضعیت بیماران، تشخیص بیماریها و تولید دارو میباشد. بهخصوص اینکه تاکنون زمان و انرژی زیادی قابل ملاحظهای در خصوص بررسی ایمنی در صنعت الکترونیک و ارتباطات و نانوتکنولوژیهای مربوط به آن صرف نشده است. محصولاتی که خود شامل محصولات حاصل از مشتقات نانوفناوری میباشند عبارتند از: نانولولههای کربنیک، نرمافزار مشاهده و ارزیابی خطر (RRAMS) و پلیمرها. کاربرد تکنولوژیهای ارتباطی و حافظهای به خصوص تکنولوژیهای مولکولی به گونهای است که انتظار میرود بیش از ۱۰ سال از عمر مفید آنها باقی مانده باشد [۹]. این بدین معناست که این تکنولوژیها آنقدر عمر میکنند که بررسی ایمنی در آنها واجب و مقرون به صرفه باشد. بهخصوص اینکه این تکنولوژیها با صنعت ارتباطات رابطهای مستقیم دارند و به عنوان محصول و فناوری کلیدی به شمار میآیند.
ادامه مطلب را با دانلود فایل پیوستی مشاهده کنید.
برای دیدن لینک دانلود در سایت ثبت نام و اکانت خود را ویژه کنید
ورود یا ثبـــت نــــاممزایای اشتراک ویژه : دسترسی به آرشیو هزاران مقالات تخصصی، درخواست مقالات فارسی و انگلیسی، مشاوره رایگان، تخفیف ویژه محصولات سایت و ...
حتما بخوانید:
دیدگاه خود را ثبت کنید
تمایل دارید در گفتگوها شرکت کنید؟در گفتگو ها شرکت کنید.