http://aftab.ir/news/ ـ تا ۲ دهه پیش، نانو هیچ مفهومی جز یك مقیاس اندازه‌گیری همانند میكرو، میلی و... را در ذهن‌ها تداعی نمی‌كرد، اما با شروع عصر نانو، این كلمه به سمبل و نمادی از خواست دانشمندان برای مدیریت بر یون‌ها و اتم‌ها تبدیل شد.

تا ۲ دهه پیش، نانو هیچ مفهومی جز یك مقیاس اندازه‌گیری همانند میكرو، میلی و... را در ذهن‌ها تداعی نمی‌كرد، اما با شروع عصر نانو، این كلمه به سمبل و نمادی از خواست دانشمندان برای مدیریت بر یون‌ها و اتم‌ها تبدیل شد.

در حالی كه تا چندی قبل تمام تلاش‌ها برای شناخت خواص اتم‌ها و واكنش‌های آنها بود، اكنون دانشمندان به دنبال تغییر خواص مواد و عناصر از طریق مدیریت بر اتم‌ها، چیدمان آنها، ایجاد آرایه‌بندی‌های نوین و در نهایت كاركردهای جدید برای مواد قدیمی هستند.

در این میان از آنجا كه یكی از مولفه‌های تاثیرگذار در خواص مواد، شكل و فرم آنهاست، تكنیك‌هایی همچون نانوفرمینگ به متخصصان كمك می‌كنند تا با الگوبرداری از ریزساختارهای طبیعی به بهینه‌سازی فرآیندهای مهندسی و بالا بردن بازده آنها بپردازند.

محققان كشور ما هم به این فناوری دست یافته‌اند تا با امكان كپی‌برداری سه‌بعدی فلزی از نانوساختارهای طبیعی، ساختارهای جدید از جمله میكرولوله‌های فلزی به روش ساده‌تر و ارزان‌تر تولید كنند.

مهندس منصور همتی، مجری این طرح، درباره فناوری نانوفرمینگ و توانایی‌ها و ویژگی‌هایی كه میتواند در بخش صنعت داشته باشد ، می‌گوید.

فناوری نانوفرمینگ دقیقا چیست و از چه زمانی استفاده شده است؟

سال‌هاست در صنایع مهندسی، الكتروفرمینگ یعنی فرم‌دهی فلزات به كمك الكتروشیمی مورد استفاده قرار می‌گیرد.

به همین علت علم مهندسی سطح هم كه به بررسی رابطه سطوح با خواص مهندسی مواد می‌پردازد را دهه‌هاست می‌شناسیم؛ اما فناوری نانوفرمینگ، یكی از زیرشاخه‌های فناوری نانو محسوب می‌شود كه همانند فناوری نانو، رویكردی جدید به دانش‌های قدیمی است و عمر چندانی ندارد.

این تكنیك در الكتروفرمینگ و علم مهندسی سطح، تحول بزرگی را ایجاد خواهد كرد و ظرفیت‌های جدیدی را در این دو رشته پدید خواهد آورد. خوشبختانه كشور ما در دستیابی به این تكنیك، جزو اولین‌هاست و با این تكنیك، بسیاری از ساختارها و سطوح نانویی را می‌توان برای اولین بار در دنیا تولید كرد و پس از بررسی، این خواص جدید را در قالب مقالات علمی گزارش كرد.

اما چه ویژگی‌ها و قابلیت‌هایی باعث شده‌اند تا این فناوری بتواند خواص جدیدی را با استفاده از توانایی‌های خاص موجودات طبیعی الگوبرداری كند؟

مهم‌ترین ویژگی طرح و ایده ما، استفاده از نانوساختارهای طبیعی به عنوان مدل و نمونه اولیه جهت ساخت نانوساختارهای جدید فلزی است كه این ساختارهای جدید برای ما خواص مهندسی جدید و مهمی را ایجاد خواهند كرد.

روشن است كه بسیاری از خواص استثنایی مواد طبیعی به خاطر شكل و فرم آنهاست، به همین دلیل هم توانمندی كپی‌برداری سه‌بعدی از ریز ساختارهای طبیعی ظرفیت‌های جدید و بسیار متنوعی را برای دستیابی به خواص جدید پدید خواهد آورد و ما خواهیم توانست خواص بی‌نظیر مواد طبیعی را به دست‌ساخته‌های خود منتقل كنیم، به طور مثال خاصیت آب‌گریزی برگ گیاه نیلوفر آبی كه باعث تمیز شدن خودكار سطح برگ می‌شود، به خاطر نانوساختارهای سطح برگ این گیاه است كه ما با كپی‌برداری سه‌بعدی از این نوع سطوح خواهیم توانست سطوحی فلزی دقیقا با همان خاصیت برگ گیاه نیلوفر آبی بسازیم یا میكروپرزهای سطح پوست بدن كوسه كه از نوعی آیرودینامیك مولكولی برخوردار است، یكی از عوامل مهم در سرعت عمل بالای این جانور است.

با تكنیك نانوفرمینگ خواهیم توانست این ساختارها را به سطوح فلزی منتقل كنیم و از روی نمونه فلزی، نمونه‌های صنعتی بسازیم و به این ترتیب، تحول بزرگی در علم مهندسی سطح ایجاد كنیم.

همچنین در این روش خواهیم توانست سطوحی با نانوكریستال‌های جهتدار كه با روش‌های شناخته‌شده فعلی به هیچ وجه امكان ساخت آنها وجود ندارد، ساخت. قابلیت دیگر این روش، امكان ساخت میكرو و نانولوله‌های فلزی با طول بسیار زیاد و آرایه‌بندی‌های انتخابی است كه این ویژگی از ویژگی‌های بسیار مهم در ساخت نانولوله‌ها محسوب می‌شود؛ چراكه در روش‌های دیگر ساخت نانولوله‌ها، این امكان وجود ندارد.

كپی‌برداری سه‌بعدی به كمك این فناوری چگونه و در چه مراحلی انجام می‌شود؟

حتما این نوع كپی‌برداری كه در ابعاد نانو انجام می‌شود، پیچیده‌تر از روش‌های مرسوم فعلی است.

حدودا از ۴۰۰۰ سال پیش كار روی این طرح شروع شده و در برخی محصولات، توانایی تولید صنعتی نیز وجود دارد؛ اما با توجه به این‌كه بسیاری از ساختارها برای صنایع ناآشنا و جدید هستند، لازم است ابتدا در قالب طرح‌های تحقیقاتی مورد ارزیابی قرار گیرند تا بتدریج قابلیت كاربردی شدن را پیدا كنند.

مراحل طراحی را توضیح دهید.

در این تكنیك، ابتدا ساختار یا سطح موردنظر را به عنوان مدل اولیه و الگو انتخاب می‌كنیم و با پوشش دادن یك لایه فلز روی آن (با روش‌های شیمیایی، فیزیكی یا الكتروشیمیایی) دقیقا ساختارهای مدل در ابعاد نانو به پوشش فلزی منتقل خواهند شد. در این تكنیك، اتم‌ها همانند آجرهایی روی سطح مدل اولیه قرار گرفته و به هم متصل می‌شوند؛ چون اتم‌ها در ابعاد آنگسترم هستند، براحتی خواهند توانست سطوح نانویی را كپی‌برداری كنند. در نهایت پس از رسیدن به ضخامت و استحكام مورد نظر با استفاده از حلال‌های شیمیایی یا حرارت، نمونه مدل اولیه را از درون ساختار فلزی خارج می‌كنیم.

در این طرح، از چه فناوری و تجهیزاتی استفاده شده است؟ اهمیت اجرای این طرح از لحاظ علمی، اقتصادی و... چیست؟

با نانوفرمینگ خواهیم توانست ساختارهای طبیعی را به سطوح فلزی منتقل كنیم و از روی نمونه فلزی، نمونه‌های صنعتی بسازیم و به این ترتیب تحول بزرگی در علم مهندسی سطح به وجود آوریمبه عنوان اصلی‌ترین تكنیك‌ها در نانوفرمینگ به طرحی به نام CVD-PVD-ELECTROLESS-ELECTROPLATING می‌توان اشاره كرد. به طور كلی این طرح از لحاظ علمی یك جریان تحقیقاتی را در مهندسی مواد و مهندسی سطح به دنبال خواهد داشت؛ چراكه بررسی خواص مهندسی ساختارها و سطوح جدید ‌باید در قالب طرح‌‌های تحقیقاتی و دانشجویی ارزیابی و در نهایت به‌صورت مقاله به مجامع علمی گزارش شوند.

بدیهی است این مواد و ساختارهای جدید پس از طی مراحل تحقیقاتی و تایید اثربخشی در بازده فرآیندها، بازارهای داخلی و خارجی مناسبی برای فروش پیدا خواهند كرد؛ زیرا در بسیاری از حوزه‌های مهندسی، استفاده از قابلیت جدیدی به نام شكل و فرم مواد، خواص و بازده فرآیندها را بهینه خواهد كرد و همین مساله در اقتصادی شدن آنها موثر خواهد بود.

یكی دیگر از كاربردهای این روش در كشورهای پیشرفته صنعتی در هرباریوم‌های گیاهی است؛ چون برگ‌ها خشك و شكننده هستند و رنگشان تغییر می‌كند و براحتی از میان می‌روند، می‌توان با تبدیل آنها به شكل فلز از نابودی آنها جلوگیری كرد؛ البته ممكن است كاربرد عمده نانوفرمینگ ‌مختص موارد گفته شده نباشد؛ اما كار درخصوص میكرولوله‌های فلزی به عنوان حسگر در كارهای تحقیقاتی در حال انجام است كه البته هنوز به مرحله صنعتی نرسیده است.

چه سازمان‌ها یا مراكزی این طرح را حمایت كرده‌اند؟

بیشتر دانشگاه‌ها برای انجام طرح‌‌های تحقیقاتی به منظور بررسی خواص مواد و ساختارهای جدید ساخته شده از این طرح حمایت می‌كنند.

امكان صادرات دانش فنی یا محصولات حاصل از این طرح هم وجود دارد؟

بله، هم‌اكنون برخی محصولات تولید شده با این روش امكان صادرات دارند، به عنوان مثال میكرولوله‌های فلزی به عنوان مبدل‌های كاتالیستی یا شیمیایی مورد ارزیابی قرارگرفته‌اند كه نتایج كاملا بیانگر موثر بودن این ساختارها و اقتصادی بودن استفاده از آنهاست و همین مساله زمینه‌های صادرات و فروش این محصولات را فراهم خواهد كرد.

از نتایج آن مقاله‌ای در نشریات بین‌المللی به چاپ رسیده؟

روش ساخت برخی مواد به كمك این تكنیك به صورت گزارش‌های علمی در نشریات دانشگاهی قبلا چاپ شده و در حال حاضر مقالاتی برای چاپ در نشریات بین‌المللی در دست تدوین است.

آینده این طرح را چگونه ارزیابی می‌كنید؟

با توجه به اهمیت روزافزون علم نانو، این طرح (نانوفرمینگ) به یكی از شاخه‌های بسیار مهم مهندسی نانو تبدیل خواهد شد؛ زیرا طبیعت به عنوان منبع عظیمی از ریزساختارها با خواص استثنایی الگوی تمام‌نشدنی از مدل‌ها را در اختیار ما قرار داده است و به كمك این تكنیك، ما به آنها دست خواهیم یافت و از این طریق به ارتقای دانش و توانمندی‌های بشری كمك خواهیم كرد.