مرکز انجمنهای تخصصی

تكنولوژي مواد در قرن بيست و يكم


تصويرسازي از آينده جهان و تعيين تكنولوژي­هاي كليدي مؤثر بر سيماي جهان در آينده، يكي از مهم­ترين اقدامات در حوزه تكنولوژي در كشورهاي پيشرفته است. تكنولوژي مواد به ادعاي تهيه­كنندگان كتاب "انقلاب جهاني تكنولوژي" در كنار بيوتكنولوژي و نانوتكنولوژي يكي از سه تكنولوژي مهم و محوري در قرن بيست­و يكم است. در نوشته زير با نقل قول از كتاب مذكور، سعي شده است نمايي از تحولات در عرصة تكنولوژي مواد حداقل تا سال 2015 ميلادي ارائه گردد:

مواد جديد همواره يكي از پيشران­هاي توانزا و كليدي براي مباحث سيستم­ها و رسيدن به كاربردهايي با اثرات چشمگير بوده­اند. پيشرفت علم و مهندسي مواد را بايد نتيجه تحقيقات چندرشته­اي در حوزه مهندسي مواد دانست. روند كنوني تحقيقات مواد كه تاثيرات جهاني آنها تا سال 2015 آشكار خواهد شد به صورتي كه ذيلاً تشريح مي­شود طبقه­بندي مي­گردد:
الف) مفهوم سازي و طراحي مواد

1) تقليد از حيات: كه به معناي طراحي سيستم­ها، مواد و كاركردها به تقليد از طبيعت است. به طور مثال، كوشش براي فهم چرايي مقاومت زياد تار عنكبوت نمونه­اي از اين دست به شمار مي­رود.

2) طراحي تركيبي مواد: كه با استفاده از قدرت محاسباتي كامپيوترها و گاهي همراه با آزمايش­هاي تجربي بسيار زياد انجام مي­گيرد، بهينه­سازي ويژگي­هاي مواد در كاربردهاي خاص (مانند كاتاليزوها، داروها و مواد نوري) را دنبال مي­كند و امكان­هاي مختلف تركيب مواد را به تصوير مي­كشد.



ب) حوزه­هاي مهم در مواد جديد

1) كامپوزيت­ها: كه تركيبي از فلزات، سراميك­ها، پليمرها و مواد بيولوژيك هستند و رفتار چند عملكردي دارند. مثلاً يكي از كاربردهاي رايج الياف سراميكي، تقويت پليمرها و سراميك­ها به منظور افزايش مقاومت، سبكي و جلوگيري از شكنندگي سراميك ترد است. مواد دارويي نيز اغلب عملكردهاي بيولوژيك و ساختاري را با هم تركيب مي­كنند (مثل كپسوله كردن داروها)

2) مواد در مقياس نانو: يعني موادي كه ويژگي­هايشان در سطح كمتر از ميكرو (m6-10) يا نانو (m9-10) قابل كنترل است. چون خواص مواد در چنين ابعادي با مواد متعارف اساساً متفاوت است، تحقيقات در حوزه نانومواد روزبه­روز فعال­تر مي­شود. لوله­هاي نانوكربني، نقاط كوانتومي و مولكول­هاي بيولوژيك در زمره چنين موادي قرار دارند. اين مواد با استفاده از روش تصفيه يا روش­هاي ساخت ويژه به دست مي­آيند.

3) مواد هوشمند: انواع مختلفي از مواد همچون فروالكتريك­ها (كه در ميدان الكتريكي كرنش مي­كنند)، آلياژهاي حافظه­دار (كه در واكنش به تغييرات دما، دچار تغيير شكل ناشي از تبديل فاز مي­شوند) و مواد منعطف مغناطيسي (كه در ميدان مغناطيسي كرنش مي­كنند) قابليت­هاي حسگري و تحريك­پذيري از خود نشان مي­دهند. هم اكنون از مواد يادشده در چاپگرهاي جوهرافشان، درايوهاي ديسك مغناطيسي و وسايل ضدلختگي خون استفاده بسيار گسترده­اي مي­شود.

پليمرهاي هوشمند شاخة مهم ديگري از مواد هوشمند هستند. مثلاً ژل­هاي جديدي كه در واكنش به ميدان الكتريكي تغيير شكل مي­دهند، از اين نوع پليمرها هستند. از پليمرهاي الكترواكتيو در ساخت "ماهيچه­هاي مصنوعي" نيز استفاده مي­شود. همچنين مي­توان هيدروژل­هايي ساخت كه در واكنش به تغييرات PH و دما منبسط و منقبض شوند. اين هيدروژل­ها (به شكل كپسول) قادر خواهند بود در واكنش به تغييرات شيميايي، داروهايي را در بدن ترشح كنند (مثلاً ترشح انسولين بر پايه تمركز كلوگز).

4) ساير مواد نو: بعيد نيست كه تحقيقات در حوزه مواد تا سال 2015 متضمن بهبودهايي در خواص بعضي از حوزه­هاي مواد بوده و اثرات چشمگيري در پي داشته باشد. نيمه­هادي­هاي SiC و GaN و ساير نيمه­هادي­هايي كه از "شكاف باند وسيع" برخوردارند، به عنوان قطعات قابل مصرف در الكترونيك قدرت بالا مورد بررسي­هاي تحقيقاتي هستند. مواد با عملكرد تدريجي (موادي كه خواص آنها از يك سر به سر ديگر كم­كم تغيير مي­كند) مي­توانند براي ساخت لايه­هاي مياني كه اجزاي گوناگون مكانيكي، حرارتي يا الكتريكي را به هم پيوند دهند، بسيار مفيد باشند.

ابررساناهاي سراميكي با دماي بالا، مواد نوري غيرخطي (همچون LiNbo3) و الماس­هاي نانوكريستالي و غيره از حوزه­هاي مهم پيشرفت مواد نو در چند سال آينده خواهند بود.
ج) ويژگي­هاي كلي مواد در قرن بيست و يكم

1) هوشمندي: مواد واكنشي(reactive materials) در تركيب با حسگرها و تحريك­كننده­ها و شايد هم كامپيوترها به شرايط و تغييرات محيطي پاسخ مناسب مي­دهند. روبات­هايي كه به تقليد از حشرات و پرندگان براي مصارفي همچون اكتشاف­هاي فضايي و كار با مواد سمي بسيار خطرناك ساخته مي­شوند از چنين موادي تشكيل مي­شوند.

2) چندمنظورگي: سيستم­هاي ميكروالكترومكانيكال و "تحليل آزمايشگاهي روي يك تراشه"، مثال­هايي عالي از سيستم­هايي هستند كه چندين عملكرد را با هم تركيب مي­كنند. روكش­هاي جاذب امواج رادار در هواپيما كه حاوي اتصالات اويونيك و توانايي تغيير شكل در پاسخ به جريان هوا مي­باشند نيز از مواد چندمنظوره ساخته مي­شوند.

3) سازگاري با بقاي محيطي: توسعه كامپوزيت­ها و توانايي ساخت مواد سفارشي در سطح اتمي، احتمالاً فرصت­هاي بيشماري را براي ساخت مواد سازگارتر با محيط خود فراهم خواهد ساخت. مثال­ها عبارتند از: فرصت­هاي ساخت وسايل پروتزي به عنوان شابلون براي رشد بافت طبيعي و موادي كه مقاومتشان در حين استفاده افزايش مي­يابد (مثلاً از طريق تغييرات دما يا مرحله القاي تنش).
تحليل:

تصميم­گيري صحيح در هر زمينه­اي از تكنولوژي مستلزم اينست كه تصويري هر چند تخميني از آينده آن تكنولوژي و تحولات پيش روي آن داشته باشيم. تكنولوژي مواد به­عنوان يك تكنولوژي مادر كه تقريباً هر شاخة ديگري از شاخه­هاي تكنولوژي به نحوي متأثر از آن است، در شروع قرن 21 دستخوش تحولات زيادي است. نانوتكنولوژي، مهندسي مواد را قادر به طراحي و ساخت موادي با ويژگي­هاي خاص مي­كند كه تاكنون در تصور بشر نمي­گنجيد. هم­افزايي تكنولوژي مواد و بيوتكنولوژي، موادي سازگار با بدن و ساير محيط­هاي زنده را بدست مي­دهد و تكنولوژي كامپوزيت امكان استفاده همزمان از ويژگي­هاي مطلوب مواد مختلف را فراهم مي­كند و خلاصة كلام اينكه دنياي مواد در قرن 21 بسيار متفاوت با گذشته خواهد بود.

شايد به نظر برسد كه حوزه­هاي تعريف شده براي مواد در قرن بيست و يك با توانايي­هاي موجود در كشور فاصله زيادي دارد. اين عقيده اگرچه از يك منظر تا حدي درست است ولي نياز به نقد بيشتر دارد. نكته اول اينكه ما چه بخواهيم و چه نخواهيم روند رشد و توسعه تكنولوژي در جهان با شتاب هر چه بيشتر ادامه خواهد يافت و ما به ناچار در آينده از مصرف­كنندگان محصولات آن خواهيم بود. بنابراين لازم است كه از حداقل آشنايي مورد نياز براي انتخاب صحيح محصولات جديد برخوردار باشيم.

از سوي ديگر تجربه كشورهاي تازه صنعتي شده و در حال توسعه نشان مي­دهد كه اگر شاخه­هاي محدودي از تكنولوژي­هاي جديد، متناسب با منابع، نيروي انساني و فرهنگ ملي انتخاب شود، مي­تواند براي آينده تكنولوژي كشور بسيار مفيد باشد. چرا كه مثلاً در حوزه مواد ارزش افزودة محصولات جديد قابل مقايسه با مواد متعارف فعلي نبوده و بسيار بالاتر است. و مهم­تر اينكه ما از لحاظ منابع، نيروي انساني و حتي برخي تجهيزات پيشرفتة لازم پتانسيل خوبي براي ورود به عرصة مواد جديد و پيشرفته داريم.


منبع
[External Link Removed for Guests]
كلام آخر اينكه آيندة تكنولوژي كشور به همت نسل امروز وابسته است و در ساية تلاش نسل حاضر است كه مي­توان آينده­اي روشن را براي ايران اسلامي تصوير كرد

آقای "جونگ کیم" از دانشگاه تگزاس در کنفرانس نانوتکنولوژی انجمن مهندسین برق آمریکا تكنولوژی "شناوری مغناطیسی با دقت بالا " را كه در بسیاری از زمینه های تحقیقاتی نانوتكنولوژی و سایر تكنولوژی هایی كه براساس اندازه گیری دقیق حركات و نیروها کار می کنند، مورد بررسی قرار داده است. این تكنولوژی ها شامل ساختن ساختارهای نانومقیاس، كاربری در مقیاس اتمی ، سرهم بندی میكروقطعات و آشکارسازهای حركات لرزه ای می باشند. با توجه به کاربرد گسترده تکنولوژی مورد نظر در علوم و مهندسی نانو، کاربرد آن در فعالیت های بالادستی نفت از جمله لرزه نگاری نیز محتمل است.

همچنین شركتهای BP و Shell نیز برای كشف و استخراج میدان های جدید نفت و گاز ازتكنولوژی های نانو در تصویر برداری لرزه ای و لرزه نگاری چهاربعدی استفاده می کنند.

شرکتTexas –Based Input / Output Inc. از MEMS برای تهیه داده های لرزه نگاری چاه های نفت و گاز استفاده خواهد نمود. این ابزار، داده را بصورت دقیقتر و کم حجمتر از ژئوفون های معمولی ثبت می کند.

شانا: کنگره کاربرد فناوری نانو در صنایع نفت، گاز و پتروشیمی از سوی دانشگاه صنعت نفت برگزار می شود. برپایه گزارش دبیرخانه برگزار کننده این همایش، هیئت اجرایی این کنگره، استفاده از تجربیات افراد و نهادهای ذیربط را در راس برنامه های خود قرار داده و پس از رایزنی های صورت گرفته با مسئولان پژوهشگاه صنعت نفت به عنوان تنها نهاد صاحب تجربه در زمینه یاد شده، دکتر حمیدرضا آقابزرگ، رئیس کمیته نانو پژوهشگاه را به عنوان دبیر کمیته علمی کنگره منصوب کرد. این گزارش می افزاید، با حمایت های معاونت پژوهشی دانشگاه صنعت نفت و نیز ریاست کنگره، کار اطلاع رسانی به تمامی داشنگاه ها و موسسات پژوهشی فعال در زمینه نانو و نیز دعوت از کارشناسان، استادان و مسئولان کشور به طور رسمی آغاز شد. در این راستا، با بیش از ده ها نهاد، سازمان و شرکت دولتی و خصوصی، مکاتباتی صورت گرفت که تا کنون حضور تعدادی از این شرکت های قطعی شده است. از سوی دیگر با توجه به بین المللی بودن کنگره، بخش عمده ای از کار هیئت اجرایی به مکاتبه با تعداد زیادی از استادان و کارشناسان خبره در خارج از کشور در زمینه فناوری نانو ( بیش از 60 متخصص و استاد دانشگاه) اختصاص یافت. پس از مکاتبات صورت گرفته به دلیل شرایط ویژه سیاسی کشور، تعداد 3 نفر از این متخصصان برای حضور در این همایش اعلام آمادگی کرده اند. این گزارش می افزاید، بخش دیگری از فعالیت های هیئت اجرایی کنگره به پذیرش و داوری مقالات ارسالی از سوی دانشجویان، کارشناسان و استادان دانشگاه داخل کشور اختصاص یافته است. پس از تمدید مهلت پذیرش مقالات به مدت یک ماه، در مجموع تعداد 163 مقاله به دبیرخانه کنگره ارسال شد. پس از داوری مقالات از سوی هیئتی شامل، 35 نفر از استادان دانشگاه ها و کارشناسان صنعتی، تعداد 25 مقاله به صورت ارائه شفاهی و 57 مقاله برای ارائه به صورت پوستر برگزیده شد. برمبنای این گزارش، دبیرخانه کنگره فعالیت هایی را برای برگزاری کارگاه های تخصصی کاربرد نانوفناوری در صنایع نفت، گاز و پتروشیمی صورت داد که نتیجه آن برگزاری شش کارگاه زیر است: 1- نانولوله های کربنی و کاربردهای محیطی آن که از سوی دکتر مسعود رست آبادی( دانشگاه ایلینویز آمریکا) و دکتر پائولو موتا( دانشگاه لیسبون پرتغال) برپا شد. 2- کارکاه هیدروژل های نانوکامپوزیتی و کاربردشان در EOR از سوی دکتر کتباب از دانشگاه امیرکبیر، برگزار شد. 3- برگزاری کارگاه نانوساختارهای کربنی در صنایع نفت، گاز و پتروشیمی از سوی دکتر علیمراد رشیدی از پژوهشگاه صنعت نفت. 4- برپایی کارگاه کاربرد نانوکامپوزیت های پلیمری در صنایع نفتی از سوی جمال اعلایی از پژوهشگاه صنعت نفت 5- کارگاه آشنایی با نانو زئولیت ها و کار برد آن در صنایع نفتی که از سوی دکتر حسن کاظمیان برگزار می شود. برپایه گزارش کمیته برگزار کننده این کنگره، مهلت ثبت نام در کارگاه های یاد شده تا 10 اسفند ماه سال جاری تمدید شده است. همچنین هزینه ثبت نام در کارگاه ها برای دانشجویان 200 هزار ریال و برای غیر دانشجویان 500 هزار ریال اعلام شده است. همزمان با برگزاری کنگره، نمایشگاه جانبی نیز با محوریت فناوری نانو و رند توسعه آن در کشور برگزار خواهد شد. علاقه مندان می توانند برای کسب اطلاع بیشتر به سایت اینترنتی کنگره [External Link Removed for Guests] مراجعه کرده یا با شماره تلفن های 5556967-0611 و 5556968-0611 تماس حاصل کنند.