نانو ساختارها

مقدمه

مواد نانوساختار، مواد توده اي پلي كريستالي هستند كه اندازة دانه آن ها بين 1 تا 100 نانومتر است. به نوعي مي توان گفت نانوذرات، اجزاي تشكيل دهندة برخي از مواد نانوساختار هستند. همانطور كه اشاره شد، به علت نسبت سطح به حجم زياد نانوذرات، تمايل اين مواد به آگلومره يا كلوخه شدن و واكنش با محيط اطراف بسيار زياد است. بسياري از خواص منحصر به فرد مواد نانو كه در ادامه بحث خواهد شد، بخاطر نسبت سطح به حجم زياد نانوذرات و يا مقدار زياد مرز دانه ها در مواد نانوساختار نسبت به مواد معمولي است. در يك ماده نانوساختار تعداد زيادي از اتم ها (بيش از 49% اتم ها)، در مرز دانه ها قرار دارند.

همانگونه كه در شكل (1) ملاحظه مي شود، اتم هاي درون دانه هاي ماده، آرايش ساختاري و منظمي دارند حال آنكه اتم هاي موجود در مرز دانه ها داراي فواصل اتمي متفاوتي بوده و بي نظم هستند. بنابراين در مواد نانوساختار درصد حجمي مرز دانة بالايي وجود دارد كه ساختار غير تعادلي و ناپايدار دارند. در اين جا به بررسي خواص، توليد و كاربرد فلزات و سراميك هاي نانوساختار پرداخته شده است، منظور از مواد نانوساختار در اين فصل همان فلزات و آلياژها و سراميك هاي نانوساختار مي باشد.

خواص مواد نانوساختار

در بررسي خواص مواد نانوساختار مشكلات زيادي از جمله عدم امكان تهيه نمونة مطلوب، وجود تخلخل و ميكروترك، تنش هاي داخلي شديد، وجود ناخالصي ها و گازهاي حبس شده و نيز عدم امكان ارزيابي برخي كميت ها نظير اندازه گيري كرنش به دليل كوچك بودن نمونه ها وجود دارد. وجود چنين مشكلاتي باعث شده تا داده هاي آزمايشگاهي براي اين گروه از مواد محدود باشد.

نفوذ در مواد نانوساختار

همانگونه كه ذكر شد، مواد نانوساختار داراي درصد حجمي بالائي از مرز دانه هستند. اين امر باعث مي شود كه انتقال اتمي و نفوذ در مواد نانوساختار از آنچه در مواد تك كريستال و يا مواد با دانه هاي بزرگ تر اتفاق مي افتد، سريع تر باشد چرا كه در جامدات نانوساختار، فصل مشترك دانه ها مسيرهاي بيشتري براي نفوذ اتم ها فراهم مي كنند. به عبارت ديگر وجود اين فصل مشترك هاي بين دانه اي باعث مي شود كه تقريباً در همة دماها نفوذ از طريق مرز دانه ها، مكانيزم غالب باشد. اين در حالي است كه در مواد پلي كريستال معمولي در دماهاي بيش از نصف نقطه ذوب، نفوذ از داخل دانه ها (نفوذ حجمي)، مكانيزم غالب در نفوذ است.

افزايش ضريب نفوذ در مواد نانوساختار سبب تغيير برخي خواص مواد به شرح زير مي شود:

افزايش حد حلاليت در حالت جامد؛ به عنوان مثال حد حلاليت بيسموت در مس معممولي حدود ^4-10 درصد اتمي است، در حالي كه اين مقدار براي مس نانوساختار حدود 4 درصد اتمي است.

تشكيل تركيبات بين فلزي در دماهاي بسيار كمتر. د واقع چون سرعت نفوذ عناصر درهم افزايش يافته، تشكيل چنين تركيبات بين فلزي سريع تر و در دماهاي كمتري نسبت به حالت معمولي رخ خواهد داد.

افزايش قابليت سينتر شدن پودرهاي نانو. به دليل افزايش نسبت سطح به حجم ذرات، قابليت نفوذ و سينتر شدن پودرها افزايش مي يابد.

لازم به ذكر است اگر مواد نانوساختار از طريق سينترينگ يا تف جوشي نانوذرات توليد شده باشند، داراي تخلخل هايي با ابعاد نانومتر نيز هستند. بنابراين در اين دسته از مواد، تخلخل و حركت مرز دانه ها از ديگر پديده هاي مهم نفوذي هستند. در واقع تخلخل هاي احتمالي موجود در مواد نانوساختار اندازه اي در حد نانومتر دارند. بنابراين حضور اين عوامل در مواد نانوساختار باعث افزايش فصل مشترك ساختارها شده و در نهايت منجر به افزايش ميزان نفوذ در اين مواد خواهد شد.

الف- نفوذ در فصل مشترك ساختارها

معمولاً بررسي رفتار نفوذي مواد نانوساختار در دماهاي پايين انجام مي گيرد. در اين دماها نفوذ درون داده ها بسيار كند صورت مي گيرد و عمدتاً نفوذ در حضور تخلخل هاي نانومتري به همراه مهاجرت فصل مشترك ساختارها اتفاق مي افتد. در واقع به علت درصد حجمي بالاي مرز دانه ها، انرژي داخلي اين مواد بالاست كه اين امر منجر به رشد دانه ها در اين مواد خواهد شد. اين پديده به وسيله مهاجرت فصل مشترك دانه ها اتفاق مي افتد. در اثر مهاجرت فصل مشترك دانه ها، اتم هاي نفوذ كننده در فصل مشترك، از مسيرهاي نفوذ خارج شده و درون دانه ها ثابت نگه داشته مي شوند (نفوذ در حجم دانه ها ناچيز است). بنابراين معادلات نفوذي در مواد نانوساختار (معادله 2) با معادلات مشابه در مواد معمولي (معادله 1) متفاوت خواهد بود.

(1)                                                    

در اين معادله  C ميزان غلظت است كه معمولاً برحسب تعداد اتم ها در واحد حجم بيان مي شود. t , x عمق و زمان نفوذ هستند و D_B ضريب نفوذ در فصل مشترك ساختارهاست.

(2)                                                    

در اين معادله V سرعت حركت فصل مشترك ساختارهاست كه ثابت فرض مي شود و  زمان نفوذ است.

ب- نفوذ در فلزات نانوساختار

در اين قسمت نفوذ در فلزات نانوساختار با متراكم (بدون حضور تخلخل) مورد بحث قرار مي گيرد. تحقيقات انجام گرفته در مورد پالاديم نانوساختار نشان مي دهد كه چگالي تئوري به وسيله فشردن نانوذرات پالاديم با فشاري معادل 4 گيگاپاسكال و در دماي 380 درجة سانتيگراد تحت شرايط خلأ به دست مي آيد. در اين ماده تقريباً تخلخلي وجود ندارد.

براي مطالعة نفوذ در پالاديم نانوساختار بدون تخلخل، از آهن به عنوان عنصر ردياب استفاده شده است. نتايج بررسي ها نشان مي دهد كه در دماهاي كمي بالاتر از دماي اتاق، آهن خيلي سريع در پالاديم نفوذ مي كند. بنابراين انتقال اتمي و نفوذ آهن بيشتر در فصل مشترك دانه هاي پالاديم رخ مي دهد.

ادامه فرايند نفوذ و رشد دانه ها باعث مهاجرت و حركت فصل مشترك دانه ها شده كه با گذشت زمان از ميزان فعل و انفعالات فصل مشترك كاسته شده و در نهايت منجر به كاهش سرعت نفوذ عنصر ردياب مي شود. علت مهاجرت فصل مشترك دانه ها در پالاديم نانوساختار به خاطر اين است كه طي اين عمل فصل مشترك هاي با ساختار غيرتعادلي به ساختار تعادلي نزديك مي شوند. به بيان ديگر، همانگونه كه قبلاً ذكر شد، فصل مشترك دانه ها با مهاجرت خودشان باعث رشد دانه ها و كاهش مساحت مرز دانه ها در ماده و نهايتاً كاهش انرژي داخلي آن مي شوند. بنابراين در اثر مهاجرت فصل مشترك دانه ها، ميزان فضاهاي خالي موجود در مرز دانه ها و همچنين كرنش داخلي مادة نانوساختار كاهش خواهد يافت. البته لازم به ذكر است كه نفوذ شيميايي و تشكيل تركيبات بين فلزي و همچنين تشكيل اكسيدهاي فلزي در مرز دانه ها مي تواند عمل نفوذ را مختل نمايد. به عنوان نمونه، رفتار نفوذي بيسموت در مس بسيار جالب است. بيسموت در مس نانوساختار نامحلول است. بنابراين تمايل زيادي به تجمع در فصل مشترك دانه ها دارد. بنابراين افزايش مقدار بيسموت در مس نانوساختار مي تواند منجر به كاهش انرژي مرز دانه هاي مس نانوساختار شود. با كمي دقت در اين مثال در مي يابيم كه مي توان با اضافه كردن برخي عناصر، جلوي رشد ساختاري مواد نانوساختار را گرفت، و اين مواد را به حالت پايدار رساند. چنين پايدارسازي در مورد سرب حاوي زيركنيم نيز قابل مشاهده است.

نفوذ در سراميك هاي نانوساختار

در مورد سراميك هاي نانوساختار نفوذ بين فازي بسيار مهم است چرا كه اين امر در افزايش نرخ سينترينگ و بهبود خواص شكل پذيري سراميك ها اثرات چشم گيري دارد. به عبارت ديگر با افزايش ميزان نفوذ فازهاي موجود در سراميك هاي نانوساختار، سرعت تف جوشي اين مواد افزايش يافته و همچنين با افزايش ضريب نفوذ در اين مواد، تبديل فازها به يكديگر تسهيل يافته و بنابراين شكل پذيري آن ها بهبود خواهد يافت چرا كه شكل پذيري سراميك ها به ميزان تبديل فازهاي درون سراميك ها وابسته است. بيشتر مطالعات نفوذي در مورد سراميك هاي نانوساختار، روي اكسيدهاي فلزات انتقالي ZrO2 و TiO2 انجام گرفته است.

سراميك هاي داراي تركيب استوكيومتري، انرژي فعال سازي زيادي براي نفوذ درهم دارند كه ناشي از پيوند قوي بين اجزاي تشكيل دهنده آن هاست. انحراف از تركيب استوكيومتري باعث افزايش انرژي داخلي ماده و كاهش ميزان انرژي فعال سازي مورد نياز براي نفوذ در اين مواد مي گردد. بنابراين استوكيومتري نقش بسيار مهمي در رفتار نفوذي سراميك هاي نانوساختار دارد.

براي درك بيشتر نقش فصل مشترك ساختارها در رفتار نفوذي مثالي را مرور مي كنيم. در اين مثال از اكسيژن به عنوان ردياب استفاده شده و طيف سنجي جرم يوني ثانويه براي اندازه گيري خواص نفوذي مورد استفاده قرار گرفته است. اكسيد زيركونيم نانوساختار داراي چگالي نسبي حود 97% و متوسط اندازه دانه 80 نانومتر است كه توسط فشردن نانوذرات اكسيد زيركنيم در دماي سينترينگ 950 تا 970 درجه سانتيگراد به مدت 2 تا 3 ساعت به دست آمده است. نمودار نفوذ اكسيژن (شكل 2) دو فرايند نفوذي همزمان را نشان مي دهد؛ نفوذ حجمي  در دانه ها (Dv) و نفوذ در فصل مشترك دانه ها (D_B) . آناليز نمودارها و داده هاي نفوذ اين ماده نشان مي دهد كه نفوذ در گسترة دمايي 450 تا 950 درجة سانتيگراد در فصل مشترك يا مرز دانه ها، 3 تا 4 برابر بيشتر از نفوذ حجمي است. افزايش عمق نفوذ اكسيژن (شكل 2) منتج از افزايش دماي آنيل نفوذي است.

در مقايسه با نتايج به دست آمده براي اكسيد زير كنيم، اكسيد تيتانيم نيز مورد بررسي قرار گرفته است. اكسيد تيتانيم مورد بررسي داراي چگالي نسبي 95% و اندازه دانه حدود 30 نانومتر است كه با سينترينگ نانوپودر اكسيد تيتانيوم در دماي 750 درجه سانتيگراد در فشار ** گيگاپاسكال ************ اكسيد تيتانيم نانوساختار، نفوذ اكسيژن بسيار سريع تر از اكسيد تيتانيم معمولي است و انرژي فعال سازي نفوذ بسيار كمتري از اكسيد تيتانيم معمولي دارد. نفوذ اكسيژن از فصل مشترك در اكسيد تيتانيم بسيار سريع تر از اكسيد زير كنيم است.

بنابراين به طور كلي مي توان گفت مكانيزم غالب نفوذ در مواد نانوساختار به خاطر درصد حجمي بالاي مرز دانه ها در اين مواد، نفوذ از طريق مرز دانه هاست و بسيار سريع تر و بيشتر از مواد معمولي و مرسوم است.

خواص مكانيكي مواد نانوساختار

توليد فلزات و آلياژهاي با اندازه دانه در حد 50 تا 100 نانومتر باعث دستيابي به موادي با استحكام فوق العاده زياد خواهد شد. در واقع كوچك كردن دانه ها در مواد، ابزار قدرتمندي براي توليد ميكروساختارهاي با خواص مكانيكي عالي شناخته شده است.

نكته مهم اين است كه مكانيزم تغيير شكل و خواص مكانيكي مواد نانوساختار فقط به متوسط اندازة دانه ها بستگي ندارد، بلكه شديداً به توزيع اندازه دانه ها و ساختار مرز دانه ها وابسته است.

در رابطه با استحكام و سختي مواد، رابطه تجربي هال- پچ (معادله 3) نشان مي دهد كه با كاهش اندازه دانه ها، استحكام و سختي ماده افزايش مي يابد.

(3)                                           

در اين معادله  استحكام تسليم ماده،  تنش اصطكاكي لازم براي به حركت درآوردن نابجايي ها، K ثابت معادله و d اندازه دانه است. رابطه متشابهي نيز براي سختي مواد بر اساس رابطه هال- پچ به صورت معادله (4) وجود دارد:

(4)                                           

در اين معادله H سختي ماده، K_h ثابت هال- پچ، ثابت معادله و d اندازه دانه است.

اما همان طور كه از شكل (3) هم قابل مشاهده است، استحكام مواد با ريز شدن دانه ها تا يك اندازة دانه بحراني (d­_c)، افزايش مي يابد. اين اندازة بحراني براي اكثر مواد، بين 10 تا 15 نانومتر گزارش شده است. با ريزتر شدن اندازة دانه، به اصطلاح شيب نمودار هال- پچ منفي شده و استحكام ماده كاهش مي يابد.

به عبارت ديگر با كوچكتر شدن اندازة دانه، زير 10 نانومتر، استحكام كاهش مي يابد. در واقع بيشترين استحكام و سختي ماده زماني است كه اندازة دانه اي حدود 10 تا 15 نانومتر داشته باشد. علت اين رفتار هنور مورد بحث جوامع علمي است. اما مي توان گفت در مواد نانوساختار با اندازه دانة كمتر از اندازه دانة بحراني، منابع توليد نابجايي عمل نمي كنند، بنابراين مكانيزم حركت نابجايي ها و تغيير شكل ماده مختل مي شود. به علاوه در گزارشاتي اعلام شده كه در موادي با اين اندازه دانه، تجمع نابجايي ها ديده نمي شود|v| . در برخي موارد گفته مي شود كه وقتي اندازة دانه از اندازه دانة بحراني كمتر شود، مكانيزم خزشي كوبل و يا لغزش مرز دانه ها در تغيير شكل ماده نقش مؤثري دارند.

كاترل، تنش رديف جلوي نابجايي ها را كه در مرز دانه تجمع يافته بودند، محاسبه نمود (شكل 4).  وي دريافت طول نابجايي هاي تجمع يافته، وابسته به اندازة دانه d است وقتي كه تنش توليد شده در اثر تجمع نابجايي ها در دانه مجاور به ميزان كافي براي فعال كردن منابع فرانك- ريد برسد، تسليم در مرز دانه اتفاق مي افتد و اين تسليم در كل ماده رخ مي دهد.

با توجه به تئوري كاترل، در اندازه دانه هاي بسيار ريز (كمي بيشتر از اندازه دانة بحراني) براي رسيدن به استحكام تئوري ماده، نياز به تجمع تعداد زيادي نابجايي در مرز دانه هاست تا بتوان منابع فرانك ريد را در دانة مجاور فعال نمود.

نيه و وادس ورث، استحكام تسليم تعداد زيادي فلز نانوساختار را اندازه گيري كردند تا بدين وسيله بتوانند كوچكترين اندازه دانة لازم براي قرارگيري دو نابجايي را محاسبه كنند (حداقل تعداد نابجايي براي ايجاد يك تودة نابجايي دو عدد است)./ مقدار استحكام در موادي با اندازة دانة زير اين مقدار بحراني، با كاهش بيشتر اندازة دانه، ثابت باقي مي ماند و يا حتي كاهش مي يابد. اين همان اندازه دانة بحراني است كه به آن اشاره شد. مدل هاي ديگري نيز براي توضيح رفتار هال- پچ در مواد گوناگون ارائه شده اند كه از اعتبار كمتري برخوردارند.

اثر توزيع اندازة دانه در استحكام فلزات نانوساختار در مقالات زيادي اشاره شده است. در تمامي اين مقالات فرض شده كه براي يك تنش اعمالي مشخص، همة دانه هايي كه از اندازة بحراني بزگتر هستند. متحمل تغيير شكل پلاستيك مي شوند در حاليكه دانه هاي كوچكتر در محدوده الاستيك باقي مي مانند. شكل (5) نشان دهندة منحني هاي تنش كرنش براي يك متوسط اندازه دانة ثابت، با توزيع اندازه دانة متفاوت است. مشاهده مي شود كه با كمي تغيير در ميزان توزيع و پراكندگي اندازة دانه ها، استحكام تسليم به اندازة 2/0% تغيير مي كند.

قبل از اين كه بتوان مقايسه اي بين اندازه گيري خواص مكانيكي فلزات نانوساختار و پيش بيني هاي مدل هاي مختلف داشت، لازم است اطمينان نمود كه داده هاي آزمايشگاهي به علت حضور معايب موجود در نمونه، مخدوش نشده باشند. همانطور كه در ابتداي فصل اشاره شد، بيشتر روش هاي توليد نمونه هاي نانوساختار منجر به ايجاد معايب ساختاري در اين مواد مي شود و همان گونه كه قبلاً ملاحظه شد ميزان توزيع و پراكندگي اندازة دانه ها در خواص مكانيكي ماده اثر گذار است و بايد در محاسبات آزمايش منظور گردد. فاكتور ديگري كه آزمايش هاي مكانيكي را ممكن است مخدوش كند، اندازة كوچك بيشتر نمونه هاي نانوساختار است.

در مقالات مختلف راجع به مواد نانوساختار، چگالي نسبي نمونه بين 70 تا 90% است. تخلخل هم تأثير زيادي روي مدول الاستيك و ديگر خواص مكانيكي دارد. بنابراين دانستن چگالي و تعداد حفره ها در آزمايش هاي خواص مكانيكي نمونه ها مهم است.

در مواد نانوساختار معمولاً 3 نوع تخلخل از نظر اندازه وجود دارد:

1- نرخ رساندن اتم ها به منطقه فوق اشباع كه كندانس شدن در آن جا صورت مي گيرد.

2- حفرات با اندازه متوسط در محل تلاقي 3 دانه مجاور هم. اندازه اين حفرات به اندازه ده ها جاي خالي شبكه است.

3- حفرات بزرگتر كه مربوط به عدم وجود دانه ها در مواد نانوساختار است.

با توجه به اين دسته بندي، تخلخل هاي نوع دو و سه نقش اصلي را در كاهش چگالي مواد نانوساختار دارند. ميزان اين دو نوع تخلخل وابستگي شديدي به دماي فشرده سازي و سينترينگ مواد نانوساختار دارد. همانطور كه در شكل (6) مشاهده مي شود با افزايش دماي فشرده سازي، درصد تخلخل هاي موجود در ماده كاهش يافته و بنابراين چگالي افزايش مي يابد. ساختار مرز دانه در مواد نانوساختار به خاطر حضور حفرات و تخلخل ها، معمولاً در حالت غير تعادلي و ناپايدار است. اگر ماده نانوساختا با استفاده از روش هاي تغيير شكل پلاستيكي شديد توليد شده باشد، حاوي تعداد زيادي نابجايي در نزديكي مرز دانه هاست. شبيه سازي هاي انجام شده در تغيير شكل نيكل نانوساختار نشان مي دهد كه بازيابي مرز دانه به وسيله عملياتي مثل آنين، منجر به كاهش پلاستيسيته و افزايش استحكام ماده نانوساختار مي شود. اين در حالي است كه در مواد با اندازه دانة بزرگتر عكس اين مطلب اتفاق مي افتد چون دانه ها در اين نوع مواد به حالت تعادلي نزديك تر هستند.

الف- خستگي مواد نانوساختار

همانگونه كه ملاحظه شد با كاهش اندازة دانه ها به طور كلي استحكام ماده افزايش مي يابد. اين امر مي تواند باعث افزايش حد تحمل خستگي ماده نيز شود. عمر خستگي مواد در بيشتر موارد توسط جوانه زني ترك در سطح آزاد ماده تعيين مي شود. كوچك شدن اندازه دانه ها سبب كاهش ميزان پستي و بلندي هاي اتمي روي سطح ماده شده و سبب تشكيل سطح آزاد صاف تري در ماده مي گردد. بنابراين انتظار مي رود با كوچكتر شدن اندازة دانه ها عمر خستگي و حد تحمل ماده بهبود يابد. البته اين امر بيشتر در مورد خستگي با سيكل زياد صادق است. هرچه اندازة دانه كوچكتر شود، رشد ترك درون ماده كندتر خواهد بود چرا كه با كوچك شدن اندازه دانه ها، مرز دانه ها افزايش يافته و مسيرهاي منحرف كننده ترك درون ماده افزايش يافته و رشد طولي ترك به تأخير مي افتد.

ب- خواص الاستيك فلزات نانوساختار

مطالعات نشان مي دهد كه مدول الاستيك يا مدول يانگ فلزات نانوساختار *** كوچكي از مدول الاستيك مواد با اندازه دانه بزرگتر است (شكل 7) محققين *** داده اند كه مدول يانگ نمونه سربي با اندازه دانة 8 نانومتر حدود 88 گيگا پاسكال است (اين مقدار براي اندازه دانة بزرگ حدود 123 گيگا پاسكال است). البته در برخي مقالات نيز اشاره شده است كه خواص الاستيك با كوچك شدن اندازه دانه مواد تغيير زيادي نمي كند. نتايج مطالعات مختلف روي مدول يانگ مواد نانوساختار نشان مي دهد كه تخلخل هاي با ابعاد نانومتري فاكتوري مهم در كاهش مقادير مدول است. بحث درم ورد علت اين امر بسيار زياد است اما گفته مي شود كه اين تخلخل ها همانند ترك هايي درون ماده عمل كرده و مدول الاستيك را كاهش مي دهند. شكل (8) نشان دهنده برون *** مدول يانگ براي ميزان تخلخل صفر است كه تطابق خوبي با مقادير متداول دارد.

در انتهاي اين بخش و به منظور مقايسه، برخي از خواص مكانيكي نيكل نانوساختار و نيكل معمولي در جدول (1) خلاصه شده است.

خواص مغناطيسي مواد نانوساختار

خواص مغناطيسي مواد نانوساختار يكي از پيچيده ترين خواص اين مواد است و اطلاعات در اين مورد محدود است. خواص فرومغناطيسي تمام مواد با تغيير فاصلة بين اتم ها تغيير مي كند. به همين دليل ضريب مغناطيس اشباع و دماي انتقال فرومغناطيس مواد نانوساختار در مقايسه با مواد معمولي به مقدار قابل توجهي كمتر است.

به عنوان نمونه، از طريق متبلور ساختن فاز آمورف در آلياژهاي نانوساختار پايه آهن كه در حين انجماد سريع تشكيل شده اند، مي توان به خواص مغناطيسي جالبي دست يافت. با توجه به اين موضوع فعاليت هاي زيادي به منظور ارتقاء خواص مغناطيس نرم آلياژهاي نانوساختار انجام گرفته است. از آنجايي كه اين مواد داراي دانه هاي بسيار ريز آهن آلفا در يك زمينه آمورف مي باشند به آن ها Finement مي گويند. روش هاي توليد ديگر غير از متبورسازي، نظير آلياژسازي مكانيكي (به دليل اين كه باعث ايجاد كرنش هاي داخلي در ماده مي گردند) روش هاي مناسبي براي توليد آلياژهاي مغناطيسي نرم نيستند.

ريزساختار مغناطيسي آهن نانوساختار با آهن آمورف يا پلي كريستال متفاوت مي باشد. در مواد پلي كريستال و آلياژهاي آمورف حوزه هاي فرومغناطيسي توسط ديواره اين حوزه ها از هم جدا شده اند در حالي كه در آهن نانوساختار، ساختار حوزه اي وجود ندارد. به عبارت ديگر هر دانه در آهن نانوساختار خود يك حوزه فرومغناطيس مجزاست.

مشخصة ديگري كه مواد نانوساختار از خود نشان مي دهند اثر مگنتوكالوريك ناميده مي شود. اگر يك ماده كه داراي ذرات با خاصيت مغناطيسي كم در يك زمينة غير مغناطيسي يا مغناطيسي بسيار ضعيف است، در يك ميدان مغناطيسي قرار گيرد اسپين هاي مغناطيسي ذرات در جهت ميدان قرار مي گيرند. اين افزايش در نظم مغناطيسي با كاهش در ميزان آنتروپي ماده همراه خواهد بود. اگر اين فرايند به صورت آدياباتيك انجام شود (يعني تبادل حرارتي با محيط اطراف نداشته باشد) كاهش در آنتروپي اسپيني با افزايش آنتروپي شبكه جبران مي شود و بنابراين دماي نمونه افزايش مي يابد. اين افزايش دما اصطلاحاً اثر مگنتوكالوريك ناميده مي شود و يك فرايند برگشت پذير است، به اين صورت كه با حذف ميدان مغناطيسي دماي نمونه كاهش مي يابد.

توليد جامدات نانوساختار با استفاده از نانوذرات و جامدات ديگر

براي توليد جامدات نانوساختار روش هاي مختلفي وجود دارد در اين روش ها هم مي توان پودرهاي نانومتري را فشرده كرد و جامدات نانوساختار را توليد نمود و هم مي توان ماده معمولي با اندازه دانه بيش از 100 نانومتر را به يك جامد نانوساختار تبديل نمود.

تلاش براي توليد و فشرده سازي نانوذرات از سال 1968 شروع شد. اين تلاش ها با سينترينگ Mg( ) براي رسيدن به رفتار سوپر پلاستيك ادامه يافت. در دهه 80 ميلادي وقتي كه توليد نانوپودرها در مقياس بزرگ شروع شد، توجه اذهان به سمت سنتز و پردازش اين نانوپودرها رفت. فشرده سازي معمولاً همراه با درشت شدن دانه ها همراه است. قطعات توليدي نيز كوچك هستند. اين امر، تخمين خواص مواد نانو مخصوصاً خواص مكانيكي را شديداً محدود مي كند. براي نمونه مدول يانگ پايين تر و مقادير داكتيليته كمتر ناشي از حفره هاي باقيمانده، اكسيدها، يا پيوند ناكافي ذرات است. اوايل دهه 90 ميلادي بر اين امر تأكيد شد كه توسعه روش هاي توليد پودرهاي نانو و در ادامه توليد مواد نانو، شديداً مورد نياز است. در نيمه دوم دهه 90 پيشرفت هاي خوبي در زمينه سينترينگ نانوپودرها به وجود آمد و در نتيجه منجر به توليد مواد كاملاً فشرده با اندازه دانه در مقياس نانو شد.

فشرده سازي نانوپودرها نسبت به مواد معمولي كمي متفاوت است. آگلومره شدن نانوذرات، فعاليت زياد و بنابراين آلودگي، رشد دانه ها و نهايتاً از دست دادن خواص نانومتري، همچنين غيرقابل توليد بودن قطعات بزرگ با اين روش ها از مشكلات موجود در فشرده سازي نانوپودرهاست. دماي كمتر براي جلوگيري از رشد دانه ها ممكن است مانع از ايجاد پيوندهاي مناسب بين نانو ذرات شود و بنابراين باعث كاهش شديد استحكام مكانيكي و داكتيليته مي شود.

نانوذرات از نظر ترموديناميكي به شدت ناپايدار هستند. نيروي متحركه عمليات سينترينگ كاهش سطح زياد نانوذرات بر واحد حجم است. با توجه به روابط پيچيده اي كه در مورد سينترينگ وجود دارد، ملاحظه شده است كه كاهش در اندازة دانه، مثلاً از ميكرومتر به نانومتر سرعت سينترينگ را 12 برابر مي كند. در نتيج سينترينگ نانوذرات مي تواند در دماهاي پايين تر و زمان كوتاه تر نسبت به پودرهاي معمولي صورت گيرد.

************************. به عنوان مثال سينترينگ نانوذرات اكسيد تيتانيم (اندازه 12 تا 14 نانومتر) در دماي حدود 1100 درجة سانتيگراد به پايان مي رسد در حاليكه اين دما براي ذرات اكسيد تيتانيم با اندازة 3/1 ميكرومتر حدود 1400 درجة سانتيگراد است.

مزاياي زيادي براي دماي پايين سينترينگ نانوذرات وجود دارد كه از آن جمله مي توان به جلوگيري از تغيير تركيب شيميايي فازها و نيز جلوگيري از انجام استحالة فازهاي ناخواسته اشاره كرد. به عنوان مثال دماي پائين سينترينگ در مورد نانوذرات اكسيد **** از استحاله فاز مونوكلينيك به تتراگونال كه منجر به ايجاد ترك مي شود جلوگيري مي كند.

با توجه به اينكه فشرده سازي نانوذرات و تبديل آن ها به ماده كاملاً چگال نبايد باعث تغيير در نانوساختار شود تا همان خواص منحصر به فرد ذرات حفظ شود، برخي روش هاي فشرده سازي نانوذرات با زمان گرايش كوتاه نظير Shock Wave توسعه يافته اند. البته اين روش ها هنوز در مراحل اوليه براي توليد در مقياس صنعتي هستند. به جز Shock Wave، روش تغييرشكل پلاستيكي شديد نيز مي تواند باعث تغيير شكل ساختارهاي دانه درشت به محصولات با اندازه دانه زير ميكرون (حدود 100 نانومتر) شود. ساختارهاي توليدي توسط اين روش، نيمه پايدار بوده و مستعد به رشد دانه در دماهاي بالا هستند. امروزه نشان داده شده است كه رسوب الكتريكي يك روش مؤثر براي توليد وربه هاي نانوساختاري با چگالي بالاست. در ادامه توضيحات مختصري راجع به روش هاي مذكور ارائه مي گردد.

Shock Wave

روش Shock Wave يك روش مناسب براي اتحاد يا يكپارچه كردن ذرات است كه باعث توليد مواد چگال بدون هيچ تغيير و دگرگوني ساختاري و تركيب شيميايي مي شود. مشخصه اصلي اين روش، تغيير شكل در فشار بالاتر از 5 گيگاپاسكال در دماي كنترل شونده است كه باعث ايجاد تغييرشكل در زمان بسيار كوتاهي (1 تا 10 ميكرو ثانيه) مي شود. بنابراين فشرده سازي توسط شوك مي تواند باعث توليد تنش هاي فشاري در زمان هاي متوالي كوتاهي شود و در نتيجه به شدت باعث تغيير شكل ذرات مي شود. لذا در زمان كوتاهي مواد كاملاً چگال بدون رشد دانه توليد مي شوند.

با استفاده از اين روش مي توان مادة معمولي با اندازه دانة بزرگتر از نانومتر را تغيير شكل داده و در نهايت ماده اي با اندازه دانه هاي در حد نانومتر به دست آورد. به بيان ديگر به جاي استفاده از نانوذرات در اين روش مي توان از يك ماده توده اي معمولي استفاده نمود و در نهايت به يك ماده نانوساختار رسيد.

تغيير شكل پلاستيكي شديد

دو روش عمده براي فرايند تغيير شكل پلاستيكي وجود دارد؛ يكي تنش بالاي پيچشي (HPT) و ديگري پرس زاويه اي با كانال هاي برابر (ECAP).

در روش HPT، نمونه اي به شكل ديسك تحت تنش هاي شديد برشي پيچشي، (در حد چندين گيگا پاسكال) در دماي محيط قرار مي گيرد. يكي از نگهدارنده هاي نمونه مي چرخد و اصطكاك سطحي باعث تغيير شكل ماده از طريق برش مي شود. اين تغيير شكل شديد و لحظه اي باعث ايجاد معايب كريستالي زياد درون دانه ها و همچنين باعث كاهش شديد اندازة دانه ها مي شود.

***********

روش ECAP بيشتر از HTP مورد توجه است چرا كه توانايي ساخت شمش هاي با اندازه دانه زير ميكرون براي مصارف صنعتي با اين روش امكان پذير مي شود. نتايج تحقيقات نشان داده كه هر دو روش باعث ايجاد چگالي نابجايي بالايي در قطعه مي شود كه به طور پيوسته در ساختار توزيع مي شوند.

رسوب الكتريكي

در مقايسه با روش SPD و فشرده سازي ذرات، مزاياي رسوب الكتريكي براي توليد مواد نانوساختار چگال به شرح زير است:

الف) هزينه پايين و كاربرد صنعتي، چون تجهيزات آبكاري كمي احتياج دارند.

ب) سهولت كار، چون پارامترهاي رسوب الكتريكي به راحتي براي دست يابي به اندازه دانه مورد نظر، قابل كنترل هستند.

ج) تطبيق پذيري، چون اين روش براي توليد مواد عاري از تخلخل و پوشش ها به كار مي رود.

د) سرعت بالا،

با تنظيم دقيق پارامترهاي رسوب الكتريكي (مثل تركيب شيميايي حلال، دما، PH و ...)، رسوب نانوساختار روي سطح كاتد به وجود مي آيد. در صنعت به اين روش شكل دهي رسوب الكتريكي نيز مي گويند. جريان الكتريكي مورد استفاده در اين روش براي كنترل بيشتر اندازه دانه ها، جريان پالسي است.

ارب و ال- شريك روي توليد نانوساختارهاي نيكل با اندازه دانه 10 تا 40 نانومتر توسط اين روش مطالعاتي را انجام دادند. محلول شامل سولفات نيكل، كلريد نيكل و اسيد بوريك و بازدارنده ساخارين (C7H4NO3S) است. براي رسيدن به اندازه دانه ريزتر بايد زمان خاموشي پالس بيشتر از زمان روشني باشد. حضور بازدارنده ساخارين به خاطر جلوگيري از رشد دانه هاست.

برخي از كاربردهاي نانوساختارها

با توجه به خواص ذكر شده از مواد نانوساختار، كاربردهاي بسيار زيادي از اين مواد قابل تصور است. خواص مكانيكي عالي مواد نانوساختار منجر به آن شده كه يكي از صنايع توليد كننده عمده ژنراتورهاي بخار نيروگاه هاي اتمي در آمريكا، توليدات خود را به استفاده از اين مواد سوق دهد. در اين مورد خاص، نيكل نانوساختار (با اندازه دانه 100 نانومتر) روي سطح داخلي لوله هاي ژنراتور بخار به وسيله رسوب الكتريكي پوشش داده شده و خواص خوردگي، شكست و استحكام آن را به شدت افزايش داده است. استحكام بالا و داكتيليته بسيار عالي دانه هاي 100 نانومتري نيكل باعث شده كه از پوشش هايي به ضخامت 5/0 تا 1 ميليمتري اين مواد درون لوله هاي بخار استفاده كنند و بدين ترتيب نقش مخرب جريان سيال و انتقال حرارت در ژنراتور بخار و شوك ها و تنش هاي وارده به لوله را به حداقل رسانند.

تحقيقات *********** مواد نانوساختار مي توانند نسبت به ترك خوردگي بين دانه اي و ******** مقاومت بالايي از خود نشان دهند. كاربردهاي مختلف مواد نانوساختار كه از مقاومت به ترك خوردگي آن ها ناشي مي شود عبارتند از باتري هاي اسيدي و كليه كاربردهايي كه نسبت به ترك خوردن بين دانه اي حساس هستند. به عنوان مثال اخيراً روي نوك مته هاي حفاري چاه هاي نفت را از نيكل نانوساختار پوشش داده اند و عمر اين قطعات را 10 برابر كرده اند.

پوشش هاي نانوساختار به دليل دارا بودن سختي بالا، مقاومت عالي در برابر سايش و نيز مقاومت در برابر خوردگي، كانديدي مناسب براي پوشش هاي محافظ در برابر خوردگي و سايش محسوب مي شوند.

اخيراً از مواد نانوساختار در توليد پروب هاي نانومكانيكي استفاده شده است. اين ابزارها قابليت اندازه گيري نيروهايي با دقت پيكونيوتن و جابجايي هايي با دقت 1/0 نانومتر را دارند. در فصل هاي آتي در رابطه با استفاده از اين ابزارها براي مشخصه يابي خواص مكانيكي مواد نانو بحث مي شود. از طرف ديگر استحكام بالاي اين مواد سبب شده كه مقاومت اين ابزارها در برابر سطوح و مواد بسيار سخت بالا رود.

نانو تكنولوژي

مقدمه:

حدود 100 سال پيش براي اولين بار مسئله استفاده از انرژي عظيم هسته اي مطرح شد. بشر همواره نمي توانست درك تجربي و صحيحي نسبت به اين موضوع داشته باشد، ولي ديري نپاييد كه دانش و تكنولوژي اين انرژي در اختيار بشر قرار گرفت و توانست استفاده از اين انرژي فوق العاده را تجربه نمايد.

ديرزماني، اگر كسي مسئله پرواز در آسمان و يا سفر به خارج از اين كره خاكي و گردش به دور آن را مطرح مي كرد، ديگران حتماً او را خيال پرداز و مجنون قلمداد مي كردند و يا به خاطر اظهار بعضي حقايق فرد را به توبه در كليسا وا مي داشتند! زماني روبات ها و ابركامپيوترها كه چندين محاسبه رياضي را در چند ثانيه انجام مي دهند، فقط در داستانهاي تخيلي نويسندگان پيدا مي شد و اكنون ...

هميشه و در تمامي اعصار، وقتي مطلبي فوق دانش و درك مردم آن زمان مطرح مي شد، در برابر مخالفت ها و انتقادات شديدي قرار مي گرفت ولي بعد از طي روزگار، همگان با پيشرفت هاي فوق العاده در آن زمينه مواجه مي شدند و حتي اين پيشرفت را موجبات فراهم آمدن آسايش بيشتر خود مي ديدند و حالا در عصر ما بحث نانو تكنولوژي مطرح شده است، موضوعي كه در تمامي ابعاد زندگي بشر و رشته هاي مختلف علمي ارتباط مستقيم و مؤثر خواهد داشت.

نانو تكنولوژي چنان رويكرد و نگرش، به تكنولوژي را متحول ساخته كه در صورت تحقق و رسيدن به مقصدي كه ترسيم شده است، شايد بزرگترين جهش انسان براي صعود به قله هاي رفيع علم باشد. اكنون جهان متوجه اين رويكرد متحول كننده شده و متخصصين و دانشمندان در نقاط مختلف اين كره خاكي دست به پژوهش و مطالعات وسيعي در اين زمينه زده اند و طبق گفته برخي از آنان پيشرفت هاي صورت گرفته و روند رو به رشد نانو، بيش از حد انتظار و پيش بيني شده است.

مطمئناً با بودجه هاي كلان تخصيص داده شده و تحقيقات گسترده در آينده اي كاملاً نزديك، انسان خواهد توانست در چيدمان اتم به اتم مواد به دلخواه دخالت كند و وسايل و تجهيزات مورد نياز خود را با هر اندازه و كيفيت و شكلي توليد كند. همان طوري كه بسياري از مباحث علمي از درون فعاليت ها و پژوهش هاي نظامي به دنياي علم راه پيدا كرده است و يا مانند دانش هسته اي سرانجام در مبحث نظامي مورد سوء استفاده قرار گرفته است، دانش نانو نيز از اين مستثني نخواهد بود و سرانجام در زمينه هاي نظامي به پيشرفت هاي قابل ملاحظه اي خواهد رسيد كه در آن وقت دانش هسته اي يكي از زيرشاخه هاي نانو به شمار خواهد آمد با توجه به اهميت اين مسئله مسلم خواهد بود كه از دانش نانو به مراتب استفاده هاي سوء بسيار هولناكتر و تهديد آميزتر صورت خواهد گرفت.

در پي انقلاب ميكروالكترونيك، اكنون جهان در آستانه ورود به انقلاب نانو تكنولوژي با فن آوري ذره اي قرار دارد كه آغازيست براي نوآوري هاي بيشمار در آينده، به گفته كارشناسان، اين تكنولوژي نوين در آينده اي نزديك با تأثير و بسياري از بخش هاي اقتصادي، وضع موجود را به كلي دگرگون خواهد كرد با كمك اين تكنولوژي توليد اشياء با خصوصيات جديد از جمله قدرت درك و گويش توسط ذره هايي كه اندازه هركدام از آنها يك ميليون از ميليمتر بيشتر نيست امكان پذير مي شود با كمك اين تكنولوژي آنچه در گذشته اي نزديك غيرممكن بود، تحقق پيدا خواهد كرد.

بدون ترديد اندازه هر چيزي اهميت خاصي دارد، ولي نبايد تصور كرد كه حجم بزرگتر به معناي بهتر است چرا كه حتي ستارگاني كه شب هنگام در آسمان خداوندي مي درخشند انرژي نوري خويش را از ذرات بسيار ريزي به نام اتم ها كه ساختار تمام هستي از آنهاست مي گيرند. جهان اتم ها و مولكولها امكانات نامحدودي را در اختيار دانشمندان و مهندسين قرار داده كه بتوانند به تحقيقات جامع تر و گسترده تر دست پيدا كنند. يكي از اهداف آنها به زبان ساده عبارت است از ايجاد و ساخت سيستم هاي كاملاً مستقيم از اتم ها مولكول ها تا حداكثر مينياتوري كردن را بتوانند به دست آورند. هدف ديگر ايجاد ويژگي و خصوصيات و ويژگي هايي كاملاً غيرمعمول در مواد با استفاده از افزودن اتم هاي مختلف به آنهاست؛ نانو واژه اي است كه كارشناسان با استفاده از آن مي توانند به اهدافي كه ذكر شد دست پيدا كنند. اين چيزي است كه سي سال پيش حتي روياي دست يافتن بدان در تصور بشر نمي آمد؛ بنابراين امپراطوري ريزترين ذرات به وسيله نانومتر بايك ميلياردم متر اندازه گيري مي شود. اميدواري بسيار نسبت به نانو به وجود آمده چرا كه با كمك آن مي توان ماشين هاي هرچه كوچكتر ساخت كه به وسيله تراشه هاي هرچه كوچكتر و همين طور ترانزيستورهاي خيلي كوچك كنترل شوند. در انتهاي زنجيره سازي در تكنولوژي نانو چيزي كه به وجود مي آيد روباتهاي بسيار كوچكي هستند كه قادرند از مويرگهاي بدن انسان نيز عبور كنند و با از ميان برداشتن رسوبات چربي اقدام به ترميم سلول هاي آسيب ديده بنمايند.

سال 1959 نخستين رجوع به دنياي نانو بود؛ در اين سال فيزيكدان بسيار معروف آمريكايي يعني ريچارد فيليپس فينمن كه برنده جايزه نوبل نيز شده بود در انيستيتوي تكنولوژي كاليفرنيا اصول اوليه نانو را پايه گذاري كرد و او اولين فردي بود كه ديدگاه هايي در خصوص امكانات دنياي نانو پيدا كرد و همان طوري كه معمول نوابغ بوده است ديدگاه خود را با كلامي ساده و بدون اين كه از قبل مطلبي را در اين خصوص تهيه كرده باشد اين چنين بيان كرد:

«آن پايين فضاي بسيار بزرگي وجود دارد.»

فينمن اولين كسي بود كه نموداري از يك مسير را در دنياي نانو ترسيم كرد و اين راهي بود مستقيم به داخل دنياي اتم ها و مولكول ها. همانگونه كه به نظر او رسيد، اين موضوع امكان پذير بود كه بتوان در اطراف اتم ها به طور معلق و شناور درآمد و آنها را به گونه اي آرايش داد كه سازه اي كه از اين آرايش به وجود مي آيد اندازه اي كمتر از ده هزارم ميليمتر داشته باشد. نظرات او تا اواسط دهه هفتاد ميلادي به همان صورت اوليه معتبر باقي مانده بود ولي در آن تاريخ زيست شناسان كشف كردند كه چگونه مي توان مولكولهاي «دي ان اي» را از يكديگر تفكيك كرد و اين از اهميت زيادي برخوردار بود، چون تمامي اطلاعات اجدادي موجودات زنده بر روي مولكولهاي «دي ان اي» ذخيره شده است.

با عنايت به موفقيت هاي به دست آمده در قدم هاي اول در آزمايشگاه ژنتيك، هدف فينمن در خصوص ساخت ماشين هاي غيرآلي از اتمها مجدداً در دستور كار قرار گرفت. اما تا قبل از سال 1980 ميلادي حتي قويترين و مجهزترين ميكروسكوپ هاي الكتروني نيز تصويري گنگ و نامشخص از اتمها را نشان مي دادند و بنابراين لمس آنها و احياناً اعمال هرگونه تغييري بر روي آنها غيرممكن بود. اما در آن سال ميكروسكوپ هاي اتمي كشف شدند، در اين ميكروسكوپها از نوكهاي فوق العاده ظريف و كوچك با عرض حدود يك ميلياردم متر استفاده مي شد كه بتواند راه خود را به سمت سطوح مختلف پيدا كند و در همان از حسگرهاي پيشرفته اي استفاده كرد و اين اجازه به اتم ها داده شود كه اطراف آنها به ميل خود بچرخند. نخستين باري كه محققين موفق شدند چنين مجموعه اي را انجام دهند سال 1989 بود و آن هم تفكيك 15 اتم «زنون» بود.

البته اخيراً خبري از سوي محققين آمريكايي منتشر شد كه حكايت از حك كردن كلمات انجيل بر روي يك تار موي انسان داشت و نيز توسط آنها اذعان شد كه اولين بار بحث بر روي ذرات توسط ارسطو و سقراط انجام گرفته است؛ به هر حال جاي بسي خوشحالي است كه نانو تكنولوژي را به ماركوپلو نسبت نداده اند!

پژوهشگران در مطالعات سلولي از نانو كريستال هاي نيمه رسانا به عنوان ابزار «فلورسنت ساز» براي تشخيص سلول هاي سرطاني استفاده مي كنند. پيتر باركر، رهبر پروژه اي در آزمايشگاه هاي مختص مطالعه سرطان مي گويد: «نانو كريستال ها نويد پيشرفت هاي قابل توجهي در رنگ هاي ارگانيك را مي دهند» او مي گويد: «ذرات نانو امكان تشخيص سرطان سينه را به طور دقيق تر، مطمئن تر، و سريع تر فراهم مي كنند. اما تحقيقات پزشكي بيش از هر نوع كاربرد علمي ديگر نياز به امنيت و نظارت اخلاقي دارد. بعضي عناصر احتمالاً سمي هستند، پس بنابراين آزمايش بر روي انسان خيلي زود است. دانشمنداني كه روي تكنولوژي نانو كار مي كنند به كشف جالب ديگري نيز نائل آمده اند. آنها دريافته اند كه اتم ها سر و صدا ايجاد مي كنند. اتم ها توسط يك جريان الكتريكي خاصي كه به جريان «تونلينگ» معروف است از موقعيتي به موقعيت ديگر جابه جا مي شوند. كنترل صداي اين جابه جايي نوعي سروصدا شبيه «صداي اعتراض اتم ها» را نشان مي دهد.

جهش به جلو و عقب بين محل استقرار اتم و جايي كه ما مي خواهيم آن را قرار بدهيم چنين سروصدايي ايجاد مي كند. يكي از اهداف محققين ساخت موادي با هزاران اتم است، بدين صورت كه ساختار مورد نظر به ميكروسكوپ داده شود و ميكروسكوپ خود، كار را تكميل نمايد.

هدف تحقيقات ايجاد فرمول هايي كارآمد و عملي است كه همه، از توليد كنندگان گرفته تا مصرف كنندگان بتوانند از آنها براي اهداف و توليدات خاص خود استفاده كنند. نانو تكنولوژي زمينه اي ارزشمند است كه در آن مي توان پديده هاي كوانتومي و بسيار كوچك را بررسي كرد، در اصل يك ميز كار بسيار كوچك است. انتظار مي رود 5 الي 10 سال طول بكشد تا بتوان از قطعات نانو در صنعت الكترونيك استفاده كرد و در علم پزشكي نيز اين كاربرد احتمالاً 8 الي 12 سال طول خواهد كشيد. اين تأخير به خاطر جاماندن كسي از كار يا عدم موفقيت كسي نيست، بلكه به علت پيچيدگي و نيز رمزآلود بودن زياد اين مقوله است نانو تكنولوژي توليد كارآمد مواد و دستگاه ها و سيستم ها با كنترل ماده در مقياس طولي نانومتر و بهره برداري از خواص و پديده هاي نوظهوري است كه در مقياس نانو توسعه يافته اند. امروزه بسياري از تكنولوژي هاي موجود، به فرآيندهايي در مقياس نانو وابسته اند. فتوگرافي و كاتاليزور دو نمونه از تكنولوژي هاي قديمي هستند؛ كه به صورت تجربي، در مقياس نانو تكنولوژي هاي قديمي هستند كه به صورت تجربي، در مقياس نانو پيشرفت داشته اند. مفهوم جديد نانو تكنولوژي، آنقدر گسترده و ناشناخته است كه ممكن است روي علم و تكنولوژي در مسيرهاي غير قابل پيش بيني تأثير گذارد. محصولات موجود نانوتكنولوژي عبارتند از: لاستيك هاي مقاوم در برابر سايش، مواد دارويي كه در مقياس نانو توليد شده اند، ديسك هاي ليزري و مغناطيسي كه با كنترل دقيق ضخامت لايه ها از كيفيت بالاتري برخوردارند، چاپگرهاي عالي با استفاده از نانو ذرات با بهترين خواص جوهر و رنگ دانه. بيشتر ساختارها نيز هم اكنون در مرحله تحقيق و يا توسعه هستند كه ليست برخي از آنها در ذيل آمده است:

صنايع اتومبيل سازي و هوانوردي، مواد جديد كه از نانو ساخته شده، لاستيك هايي با مقاومت بيشتر، رنگ كاري هايي كه احتياج به شستشو ندارند، پلاستيك هاي ارزان غير قابل اشتعال، صنايع الكتروني براي كنترل، پوشش هاي خود ترميم و منسوجات، ضبط كامل صدا توسط نانو لايه ها و نقطه چين كردن، صفحه هاي نمايش صاف، تكنولوژي بي سيم ابزار و فرآيندهاي جديد در زمينه ارتباطات، هزاران اصلاح و پيشرفت درباره ظرفيت ذخيره داده ها و سرعت پردازش در سطح پايين، سلاح هاي بسيار كشنده و سبك، لباس هاي منعطف ضد گلوله، روبات هاي ميليمتري و هزاران، هزار مورد ديگر.

بنابر گزارش بانك تعاون آلمان، حجم معاملات براي اجناس ذره اي در بازارهاي جهان از مرز 54 ميليارد دلار گذشته است و تا سال 2010 ميلادي با 220 ميليارد دلار چهار برابر خواهد شد. طبق اطلاعات اتحاديه صنايع ذره اي آمريكا حجم معاملات ذره اي اين اجناس و خدمات مربوط به آن تا سال 2015 ميلادي حتيي به 1/1 ميليارد دلار خواهد رسيد، با توجه به اين بازار قابل توجه، كشورهاي پيشرفته صنعتي در پيشرفت بخش فناوري ذره اي با يكديگر در حال مسابقه هستند.

دولت آمريكا براي سال جاري ميلادي بودجه اي در حدود 850 ميليون دلار براي تحقيقات و فعاليت هاي علمي و فني در اين رشته اختصاص داده است؛ اين بودجه نسبت به سال گذشته ده درصد و نسبت به سال 2001 ميلادي بيش از پنجاه درصد افزايش داشته است.

اما اتحاديه اروپا هم در اين زمينه كوتاهي نكرده و از سال 1994 ميلادي با برنامه هاي متعدد براي پژوهش هاي علمي و كاربردهاي فني تا سال 2006 ميلادي يك ميليارد و سيصد هزار يورو در نظر گرفته است. در اين راستا آلمان با هزينه يك ميليارد يورو بزرگترين سهم را عهده دار است. آلمان در زمينه پژوهش هاي علمي و انتشار آنها بين سال هاي 2000-1996 ميلادي پيش از ايالات متحده آمريكا و ژاپن قرار دارد. بنابر بررسي كميسيون اتحاديه اروپا، آلمان در بخش تكنولوژي ذره اي با 10/7 درصد تحقيقات علمي منتشر شده بين سال هاي 97، 99 در ميان 50 كشور جهان مقام سوم را پس از آمريكا و ژاپن كسب كرده است، طبق تحقيقات به دست آمده سابقه تحقيقات در زمينه نانو تكنولوژي در آلمان به دوره هيتلر و نازيسم برمي گردد كه البته اين تحقيقات با عنوان نانو نبوده است. ژاپن در سال 2004 ميلادي با هزينه اي بالغ بر 800 ميليون يورو در تكاپوي داشتن سهم بيشتري در اين تكنولوژي است.

انقلاب جهاني تكنولوژي با تغييرات اجتماعي، اقتصادي، سياسي و فردي در سراسر جهان همراه است. همچون انقلاب هاي كشاورزي و صنعتي در گذشته، اين انقلاب تكنولوژي نيز از پتانسيل دگرگون سازي كيفيت زندگي و طول عمر، متحول سازي كار و صنعت، تغيير و تبديل ثروت، جابه جايي قدرت در سطح ملت ها و در درون ملتها و افزايش تنش و تعارض برخوردار است. پيامدهاي انقلاب يادشده بر سلامتي بشر شگفت آورترين آنها است، چرا كه خط شكني هاي علمي كيفيت و طول زندگي انسان را به مراتب بهتر خواهند كرد. بيوتكنولوژي ما را قادر خواهد ساخت ارگانيزم هاي زنده از جمله خودمان را شناسايي نموده و چگونگي فعاليت شان را درك نماييم. آنها را دستكاري كرده، بهبود بخشيده و تحت كنترل درآوريم. تكنولوژي اطلاعات امروزه به ويژه در كشورهاي توسعه يافته، تحولات انقلابي براي زندگي ما به ارمغان آورده و خود عامل توان آفرين عمده اي براي ساير روندها به شمار مي رود. تكنولوژي مواد، تولد محصولات، قطعات و سيستم هاي ارزانتر، هوشمندتر، سبكتر، سازگار با محيط زيست، ماندگارتر و سفارشي تر را ميسر خواهند ساخت. علاوه بر اين مواد هوشمند، ساخت و توليد چالاك و نانوتكنولوژي شيوه توليد وسايل را متحول ساخته و توانمنديهاي آنها را بهبود مي بخشد.

1. مواد نو

بعيد نيست كه تحقيقات در حوزه مواد تا سال 2015 متضمن بهبودهايي در خواص بعضي از حوزه هاي اضافي بوده و اثرات چشم گيري در پي داشته باشد. نيمه هاديهايي كه از شكاف باند وسيع برخوردارند به عنوان قطعات قابل مصرف در الكترونيك، با قدرت بالا مورد بررسي هاي تحقيقاتي هستند. مواد با عملكرد تدريجي مي توانند براي ساخت لايه هاي مياني كه اجزاي گوناگون مكانيكي، حرارتي يا الكتريكي را به هم پيوند دهند، بسيار مفيد باشند. هم اينك آندها و كاتدها و الكتروليت هاي پرظرفيت و با عمر طولاني تر براي بهبود باطري ها و سلول هاي سوختي در دست توسعه اند. به جاي دماي هليوم مايع در دماي نيتروژن مايع عمل مي كنند. همچنين وسايلي از قبيل كابل هاي انتقال الكتريكي، ترانسفورماتورها، خازنها، موتورها و محدودكننده هاي جريان ناقص در سطح نمونه ساخته شده و به نمايش گذاشته شده اند مواد نوري غيرخطي هم اكنون براي ساخت ليزرهاي فوق بنفش تحت بررسي هستند، همچنين كوشش هايي براي افزايش آستانه تخريب و بازدهي تبديل، كمينه كردن واگرايي و متناسب سازي مرز جذبي ليزرها در دست اقدام است.

در حوزه اي ديگر، مواد سختي چون پوشش ها و الماس هاي نانو كريستالي به ترتيب براي استفاده در درايوهاي ديسك كامپيوتر و مته هاي حفاري نفت و گاز در دست توسعه اند و سرانجام، مواد با دماي بالا، همچون كامپوزيت هاي با زمينه سراميكي و كامپوزيت هاي بين فلزي چكش خوار براي كاربردهاي هوافضايي و سيستم هاي تبديل پتروشيمي و سيستم هاي انرژي پربازده، موضوع توسعه هاي جدي هستند.

2. نانو مواد

اين حوزه تحقيقاتي، نانو تكنولوژي را با بسياري از كاربردهاي مواد نانوساختاري تلفيق مي كند. يك حوزه بسيار مهم، تزريق نيمه هادي هاي نقطه كوانتومي است، كه از طريق تزريق مواد ابتدايي به طور متعارف از آنها براي قراردادن بخار شيميايي درون سرباره داغ مايع استفاده مي شود، صورت مي گيرد. اين «نقطه كوانتومي» در واقع يك ماكر مولكول است، زيرا با تك لايه اي از سرباره پوشش داده مي شود تا تجمع توده اي گون ايجاد نشود. اين مواد، بسته به اندازه خود، در فركانس ها يا رنگ هاي مختلف نورافشاني كرده و بدين ترتيب امكان چندگانگي نوري در برچسب زني بيولوژيك را فراهم مي سازند. كلاس ديگر مهم نانو مواد، نانو لوله ها هستند. كاربردهاي ممكن نانو لوله ها عبارتند از: نمايشگرهاي انتشار ميداني، سيستم هايي در مقياس نانو براي بارتي ها و مديريت حرارتي. از نانو لوله ها مي توان به عنوان مسلح كننده مواد كامپوزيتي هم بهره برد. موادي كه از نانولوله ها درست مي شوند، احتمالاً به دليل پديده باندينگ يا چفت شدن، 50 تا 100 بار مقاوم تر از فولاد بوده و در عين حال يك ششم آن وزن خواهد داشت، البته به شرطي كه موانع عملي فعلي برطرف شوند.

همچنين از طريق فرآوري مي توان نانوساختارهايي با خواص مكانيكي يا غيرمكانيكي مطلوب درست كرد. مثالها از اين قرار است: تقويت آلياژها يا ساختار دانه اي در مقياس نانو، افزايش چكش خواري فلزات با ميكروساختارهاي چندفلزي در مقياس نانو و افزايش كندي شعله نانو كامپوزيت هاي پلاستيكي.

3. نانو تكنولوژي

تا امروز اقدامات زيادي براي توليد وسايلي با ابعاد بسيار كوچك صورت گرفته است. بسياري معتقدند كه وسايل مقياس نانو اين روند را تا رسيدن به سطوح بي سابقه اي ادامه خواهند داد. اين روند نه تنها ابعاد قطعات ميكروالكترونيك بلكه محاسبه براساس سوئيچ كوانتمي را هم در كوتاه مدت كوچكتر خواهد ساخت. پتانسيل اين پيشرفت ها به حدي است كه در آينده ما را به متحول سازي شيوه مهندسي محيط پيرامون، ساخت و كنترل سيستم ها تعامل در جامعه سوق مي دهند.

1-3 وسايل محاسباتي نانو

الف) تراشه هاي نانو: كنسرسيوم صنعتي پيشرو در بخش توليد نيمه هاديها در آخرين كار راهه بين المللي نيمه هاديها، خواستار توسعه هرچه بيشتر نيمه هاديهاي نانو شده است. بر اساس آينده اي كه اين كار راهه ترسيم كرده است، در سال 2015 طول دروازه نيمه هاديها «35 نانومتر» و تعداد كل عمليات در ريزپردازنده هاي توليد انبوه «4/3 ميليارد» خواهد بود و در پردازنده هايي با عملكرد بالا كه با حجم كمتري توليد مي شوند، اين رقم شايد به «20 ميليارد» برسد. براي تراشه هاي حافظه اي مربوط به اين نيز هدفي در حدود «64 گيگابايت» تعيين شده است. اهداف ترسيمي اين كار راهه، روند نمايي در قدرت پردازش را تداوم بخشيده و تكنولوژي اطلاعات را نيز قوياً تكان خواهد داد. اگرچه هنوز شماري از چالشهاي مهندسي در پيش است اما مشكلات دستيابي به اين سطوح عملكردي چندان لاينحل به نظر نمي رسد. اگر كاستي هاي پيش بيني نشده در توليد اقتصادي اين تراشه ها را در نظر بگيريم راهكارهاي متعدد ديگري امكان پذير خواهد بود. ساختارهاي كامپيوتري داراي تلرانس ضايعات، مانند نمونه هاي كوچك مقياسي كه «هيولت بكارد» ساخت يكي از گزينه هاست. اين روشها، قدرتي اضافي به اهداف عملكرد مي دهند. البته در سال هاي پس از 2015، شايد مشكلات ديگري آشكار شوند كه بعضي از آنها چالش هاي مهمي را برابر تكنيك هاي سنتي توليد نيمه هاديها ايجاد خواهند كرد. به ويژه محدوديت هاي ابعادي براي اتصالات يا سيستم هاي بين ترانزيستورها مي تواند كارآمدي محاسباتي در وسايل را محدود نمايد، زيرا به رغم پيشرفت هاي تدريجي فعلي در حوزه مواد، هنوز ضعف هايي در خواص و سازگاري پذيري مواد وجود دارد. انتقال حرارت در تراشه هاي فوق العاده فشرده چالش هاي مهم ديگري است. اين امر از لحاظ محدوديت هاي فني آن چنان اساسي نيست و بيشتر يك چالش اقتصادي محسوب مي شود، زيرا مقابله با اين حرارت مستلزم طراحي ساز و كارها و تكنولوژي خنك كننده اي است كه هزينه كل سيستم را افزايش مي دهد و در نتيجه بر هزينه حاشيه اي به ازاي هر عملكرد محاسباتي اين دستگاه ها اثر معكوس مي گذارد.

ب) محاسبه بر پايه سوئيچ هاي كوانتمي: يكي از راهكارهاي بالقوه درازمدت براي غلبه بر موانع افزايش قدرت محاسباتي كامپيوترها، توسعه دستگاه هايي است كه از مزيت هاي متنوع پديده هاي كوانتومي بهره مي برند، نوآوري اصلي در اين حوزه، به كارگيري پديده هاي كوانتومي، مثل قطبي سازي اسپيني الكترونها براي تعيين وضعيت سوئيچ هاي منفرد است، اين روش برعكس ميكروالكترونيك سنتي است كه برپايه خواص ماكروسكوپيك تعداد زيادي از الكترون ها استوار است و از خواص مواد نيمه هادي استفاده مي كند. بسياري از مفاهيم كامپيوترهاي كوانتومي، به دليل قدرت فوق العاده، محاسبات موازيشان، جذاب به نظر مي رسند ولي پيش بيني نمي شود كه تا سال 2015 نمود چشمگيري داشته باشند. اين مفاهيم به لحاظ كيفي با آنچه در كامپيوترهاي سنتي به كار مي روند، متفاوت اند و بنابراين نيازمند ساختارهاي كامپيوتري نو خواهند بود. انواع محاسبات كه با استفاده از اين نوع كامپيوترها مي تواند با سرعت شكل بگيرد همان هايي نيستند كه كامپيوترهاي ديجيتالي امروزي از پس آنها برمي آيند. چند تن از دانشمندان اين رشته الگوريتم هايي براي بعضي از مسائل كه محاسبات فوق العاده زياد مي خواهند در كامپيوترهاي ديجيتالي كنوني طراحي كرده اند كه در صورت به كارگيري فيزيك كامپيوترهاي كوانتومي بسيار سريعتر حل خواهند شد. نمونه هايي از اين مسائل عبارتند از: فاكتوريل گيري از اعداد بزرگ؛ جستجو در پايگاه هاي داده هاي بزرگ؛ يافتن تناسب الگو و شبيه سازي پديده هاي مولكولي و كوانتومي.

يك بررسي مقدماتي حاكي از آن است كه سوئيچ هاي كوانتومي احتمالاً ظرف 15 سال آينده نخواهند توانست بر موانع فني عمده همچون تصحيح خطا، همدوسي زدائي و ورودي/خروجي سيگنال غلبه كنند. اگر اوضاع بر همين منوال ادامه يابد بعيد است كه محاسبه بر پايه سوئيچ كوانتومي بتوانند در افق زماني 2015 رقيبي جدي براي كامپيوترهاي ديجيتال باشد.

2-3 وسايل بيومولكولي و الكترونيك مولكولي

بسياري از چالش هاي ساخت و توليد و معماري كه پيرامون كامپيوترهاي كوانتمي مطرح شد، در الكترونيك مولكولي هم صادق است. وسايل الكترونيك مولكولي از طريق ابزارهاي شيميايي و كاربرد تركيب هاي ارگانيك سنتز شده به عنوان سوئيچ هاي منطقي عمل مي كنند. چنين وسايلي را مي توان در تعداد انبوه و به طريقه شيميايي مونتاژ كرده و به شكل يك كامپيوتر سازماندهي نمود. مزيت عمده اين رويكرد صرفه جويي در مصرف انرژي، قابل توجه سوئيچي در آنها را تأييد كرده است. گروه هاي تحقيقاتي پيشنهاد كرده اند از نانو لوله هاي كربني براي اتصالات بينابيني اين وسايل استفاده شود؛ زيرا رشته هاي مولكولي منفرد كربن رسانايي بسيار بالايي ايجاد مي كنند. پيشرفت هاي زيادي نيز در جهت افزايش دماي عملياتي اين سوئيچ ها تا دماي حدود اتاق صورت گرفته است؛ اين پيشرفت ها فرايند سوئيچينگ در معكوس پذير و كل جرياني را كه مي توان با اين وسايل سوئيچ كرد افزايش مي دهد.

بايد خاطرنشان كرد كه هنوز مسائل و مشكلات بسيار بزرگي در راه توسعه الكترونيك مولكولي وجود دارد. يكي از آنها، حافظه هاي مولكولي هستند كه بايد بتوانند وضعيت خود را درست مانند كامپيوترهاي الكترونيك ديجيتال حفظ كنند. از آن گذشته چون فرآيندهاي وسايل الكترونيك مولكولي قطعاً با نقايصي همراه خواهند بود، لازم است يك معماري كامپيوتري با تلرانس نقص، توسعه يابد. ساخت اتصالات بينابيني قابل اطمينان از نانو لوله هاي كربني نيز چالش ديگري است. هم اكنون پژوهش ها و كارهاي بسيار زيادي در هر يك از حوزه ها انجام مي شود و تاكنون پيشرفت هاي پايداري در الكترونيك مولكولي به دست آمده، اما بعيد است كه كامپيوترهاي مولكولي در ظرف 15 سال آينده به حدي پيشرفت كنند كه در مقايسه با كامپيوترهاي الكترونيكي متعارف جذابيت نسبي داشته باشند.

3-3 مسائل و پيامدهاي گسترده تر

بررسي امكان توسعه كامپيوترهايي با كيفيت متفاوت برپايه تكنولوژي متمايز نانو، در نوع خود كاري چالش برانگيز است. تاريخچه 50 سال گذشته كامپيوترها يك تغيير اساسي در مبناي تكنولوژيك كامپيوترها است. اين تغيير نه تنها قدرت محاسباتي كامپيوترها را دگرگون ساخت، بلكه طرز فكر مردم درباره ارزش كامپيوترها را نيز تغيير داد. زماني كامپيوترها را ماشين هاي ساده صرفاً محاسبه گر مي پنداشتند، اما با ظهور ريزپردازنده ها، كامپيوترها به ابزاري در خدمت افزايش بهره وري فردي تبديل شده؛ و حال با افزايش سرسام آور قدرت ريزپردازنده ها، كامپيوتر را ابزاري براي پيدايش رسانه ها و اجتماعات بشري نو هم مي دانند. پيامدهاي بسيار گسترده تر تكنولوژي هاي محاسباتي آينده اصولاً بر پايه دو عامل ذيل بررسي مي شوند:

مفهوم سازي و توانايي تكنولوژي براي جوابگويي به اين تقاضاها. همه پيش بيني ماهيت كاربردهاي نو دشوار است. اما ارزيابي احتمالي انتشار تكنولوژي هاي نو نسبتاً آسان است. تجارب گذشته حول كامپيوترهاي شخصي و ارتباطات حاكي از آن است كه اين گونه تكنولوژي ها در كشورهاي توسعه يافته سريعتر از كشورهاي رو به توسعه انتشار مي يابند. با توجه به پرسش ها و ترديدهاي باقي مانده حول پيشرفتهاي نانو تكنولوژي ظرف 15 سال آينده كامپيوترهاي سنتي ديجيتال كه از تكنولوژي نيمه هادي ها سود مي جويند، محتمل ترين كامپيوترهاي سنتي ديجيتال كه از تكنولوژي نيمه هاديها سود مي جويند، محتمل ترين كامپيوترهاي مورد علاقه مردم خواهند بود. حتي به فرض اطمينان خاطر نسبي از پيشرفت مستمر در اين حوزه، تصور سناريويي كه در ***** تكنولوژي رقابت جو بتواند مزيت عملكردي با قيمتي رقابت را به ارمغان آورد، بسيار دور از انتظار مي نمايد.

شايد تا سال هاي پيش از 2015 همه پيشرفت هاي احتمالي نانو تكنولوژي تحقق يابد، اما قبل از آن كه جهانگير شوند، نانو تكنولوژي بايد بر چالش هاي رقابتي ياد شده غلبه كند.

4. توليد مولكولي و نانو روبات ها

1-4 تكنولوژي

بعضي از كارشناسان مفهوم ساخت و توليد مولكولي را كه در آن اشياء اتم به اتم ساخته مي شوند، ابداع كرده اند. تفاوت رويكرد هاي مرسوم مثل ميكروتكنولوژي و سيستم هاي ميكروالكترومكانيكي با رويكرد توليد مولكولي در اين است كه آنها رويكردهاي «كل به جزء» هستند كه از فنون توليد ماكروسكوپيك و مواد حجيم استفاده مي كنند.

تحقق توليد مولكولي نيازمند پيشرفت فني متعدد است، نخست اين كه بايد «بلوكهاي سازنده» مناسبي پيدا شوند كه مولكولي باشند. اين بلوك هاي سازنده بايد از لحاظ فيزيكي بادوام، از لحاظ شيميايي بادوام، به آساني قابل دستكاري، و از لحاظ عملكرد چندمنظوره باشد. برخي از دانشمندان اين حوزه، ساختارهاي الماس گون بر پايه كربن را به عنوان بلوك هاي سازنده در وسايل نانومكانيكي مانند: دنده، محور و پروانه پيشنهاد كرده اند. از ساير مولكول ها نيز مي توان براي ساختارها و تأمين قابليت هاي يكپارچه ديگر همچون ساختارهاي واكنش شيميايي استفاده كرد. كارهاي بسيار زيادي نيز بايد در حوزه مدل سازي و سنتز ساختارهاي مولكولي مناسب انجام گيرد كه گروه هاي متعددي روي اين زمينه كار مي كنند. «درسل هاوس» و ديگران هم اكنون بلوك هاي مولكولي مناسبي براي اين ساختارها توليد مي كنند.

دومين حوزه عمده اي كه بايد توسعه يابد، توانايي اسمبل ساختارهاي پيچيده بر اساس طراحي ويژه است. چندين پژوهشگر رويكردهاي مختلف به اين مسئله را مطرح كرده اند. تكنيك هاي مختلفي نيز براي جايگذاري هاي فيزيكي در حال توسعه هستند. در رويكرد پيشنهادي كوايت، مك دونالد وايگلر، ميكروسكوپ هاي مولكولي و اتمي همراه با نانوكاوشگرهاي بسيار ريز، اتم ها و مولكول را به كمك نيروهاي فيزيكي يا شيميايي حركت مي دهند. رويكرد پرنتيس نيز ليزر را براي قراردادن مولكول ها در موقعيت مطلوب به كار مي گيرند. تكنيك هاي اسمبل شيميايي را بسياري گروه ها به كار مي برند؛ مثلاً رويكرد «وايت سايد» هربار يك لايه مولكولي و نهايتاً كل ساختار را مي سازد.

سومين حوزه مهم در ساخت و توليد مولكولي، طراحي و مهندسي سيستم هاست؛ سيستم هاي مولكولي به شدت پيچيده در مقياس ماكرو، درست مانند سيستم هاي پيچيده امروزي، نيازمند طراحي قابل توجه زير سيستم ها، طراحي كل سيستم و يكپارچه سازي سيستم ها هستند. هرچند مسائل طراحي در سطح زيرسيستم ها را احتمالاً مي توان از هم تفكيك كرد، اما حجم محاسبات براي طراحي و **** آن فوق العاده بالا خواهد بود. همچنين محدوديت هاي مهندسي همچون تلرانس خطا، يكپارچگي فيزيكي و پايداري شيميايي نيز بايد مميزي شوند. برخي پژوهشگران اين حوزه راهي براي تكامل توانمندي ساخت و توليد مولكولي پيش بيني كرده اند كه شامل اندازه كلي سيستم، نوع تكنولوژي توليد، پيچيدگي سيستم، مواد مصرفي و غيره مي شود. در بعضي نسخه هاي اين مفهوم جديد، نانوروبات ها يا نانو كاوشگرهاي بيشماري به صورت موازي ديده شده اند كه ساختارها را به طور فيزيكي (با 100 الي 100000 قطعه مولكولي) اسمبل مي كنند.

در يكي از مفاهيم پيشرفته ديگر، اصول شيميايي و استفاده از تغذيه هاي ساده را تركيب مي كنند تا وسايل بسيار بزرگتري بسازند. حسب ظاهر هرچه اين تكنيك ها پخته تر شوند و پيش از آنكه كاربردهايي در مقياس قابل توجه بيابند، بايستي كار بيشتري در سطح سيستم ها و مهندسي انجام پذيرد. با آنكه ساخت و توليد مولكولي نويد بخش تحولات جهاني تعيين كننده اي است، اما در ميان تكنولوژي هايي كه در اين جا توصيف شده اند كمتر از همه تحقق خواهد يافت. البته در زمينه توسعه تكنولوژي هاي اجزا كه در نخستين رژيم ساخت و توليد مولكولي جاي دارند، پيشرفت هايي صورت گرفته است. در اين روش اشياء از مولكول هايي ساده ساخته مي شوند و از طريق ميكروسكوپ هاي اتميك در زماني كوتاه به توليد مي رسند. هرچند ساخت اين سيستم ها تا امروز موردي و بيشتر پژوهشي بوده است، انتظار توسعه تجهيزات ساخت و توليدي يكپارچه ظرف 15 سال آينده منطقي است. چنين سيستمي قادر به اسمبل ساختارهايي با 100 الي 100000 جزء و ابعاد كلي ده ها ميكرون خواهد بود، مطمئناً زنجيره خط شكني هاي مهم، پيشرفت هايي را براي توسعه هرچه بيشتر اين حوزه به همراه خواهد داشت، اما ساخت اشياء بزرگ مقياس به شيوه مولكولي تا سال 2015 بسيار بعيد به نظر مي رسد.

2-4 مسائل و پيامدهاي گسترده تر

تحقيقات در زمينه ساخت و توليد مولكولي «نانو» در دوره زماني كنوني به دليل فراواني بسيار هيجان انگيز است. نخست اين كه، بسياري از پژوهشگران توانمندي هاي ابتدائي هريك از حوزه هاي اصلي ياد شده را به صورت تجربي به نمايش گذاشته اند. دوم اينكه، پيشرفت مستمر و چالش هاي كنوني در حوزه ساخت و توليد كل به جزء، توانمندي هاي موجود مولكولي را به سمت مقياس هاي رژيم نانو سوق مي دهد و سرانجام اين كه توانايي ساخت اجسام بسيار ريز آزمايشي، تحليل تجربي ساختارهاي نو از طريق كاربرد قابليت هاي نو و فهم بنيادي تر ساختارهاي مذكور را به كمك مدل هاي كامپيوتري بسيار پيشرفته، و نيز درك ويژگي هاي بنيادي زير ساختارها را به شدت ارتقا داده است. در عين حال، بعضي از افراد منظر ساز كاربردهاي بالقوه اي براي ساخت و توليد مولكولي ابداع كرده اند. اما چون توانمندي هاي تجربي هنوز در مراحل بسيار ابتدائي هستند، پيش بيني بسياري از مسائل دشوار است. رقابت بين المللي براي پيشگامي بلامنازع يا حتي دستيابي صرف به توانمندي هاي پيشرو نانو تكنولوژي همچنان به قوت خود باقي خواهد ماند، اما سرمايه گذاري ها و سمت و سوهاي كنوني حاكي از آن است كه آمريكا و اروپا در بيشتر حوزه هاي ياد شده پيشگامي دارند. شايان يادآوري است كه پيشرفت نانوتكنولوژي رابطه تنگاتنگي با سرمايه گذاري هاي تحقيق و توسعه اي دارد. مثلاً كشورهايي كه از امروز به سرمايه گذاري در نانو تكنولوژي بپردازند شايد در سال 2015 رهبري اين حوزه را از آن خود كنند.

براي آشنايي بيشتر با حجم سرمايه گذاري ها در زمينه نانوتكنولوژي به ارقام سرمايه گذاري در سال 1997 دقت كنيد:

1- ژاپن 120 ميليون دلار

2- آمريكا 116 ميليون دلار

3- اروپاي غربي 128 ميليون دلار

4- همه كشورهاي ديگر اعم از روسيه، چين، كانادا، استراليا، كره، تايوان،و سنگاپور جمعاً 70 ميليون دلار.

قابل ذكر است كه در همان سال پژوهشگران ايراني تقريباً از هزينه شخصي خود جهت تحقيقات استفاده مي كرده اند.

اين بدان معنا نيست كه ساير كشورها از تحصيل توانمندي هاي نانوتكنولوژي يا كاربرد آنها براي غافلگيري هاي تكنولوژيك كم دامنه يا مقاصد نظامي چشم پوشي خواهند كرد. البته اگر دشواري پيش بيني اينگونه نتايج و تخمين احتمال بروز آنها را در نظر بگيريم، برآورد تهديدها يا ريسكهاي ويژه بر اساس روندهاي كنوني دشوار خواهد بود.

5- بحث و نتيجه گيري

1-5 گستره احتمالات تا سال 2015

هرچند پيشگويي آينده محال است؛ اما روندهاي تكنولوژي قادرند بر اساس پويش ها و پيشرفت هاي جاري، نشانه هايي را از آنچه كه ممكن است در آينده روي دهد در اختيارمان بگذارند. به طوري كه كه بحث آن گذشت، تكنولوژي هاي توانزا و موانع چندي وجود دارند كه پيشرفت و تأثير اين روندها را تعديل خواهند كرد. روندهاي مورد بحث همچنين آثار و پيامدهاي گوناگوني در ابعاد جهاني دارند.

سرمايه گذاري بسيار شفاف جاري و خط شكني هاي تكنولوژيك، لازمه تحقق پتانسيل كامل نانوتكنولوژي خواهد بود، اما هزينه هاي تحقيقاتي، مشكلات كاربردي كردن دستاوردهاي تحقيقاتي، پيچيدگي، قابليت دسترسي و حتي استقبال اجتماعي مي تواند از آهنگ اين رشد بكاهد. در بهترين چشم انداز خوش بينانه اي مي توان از آينده نانوتكنولوژي ترسيم كرد، اين تكنولوژي آنچنان توسعه مي يابد كه ساخت و توليد مولكولي بسياري از نانوسيستمها با توانمنديهاي انقلابي عملي مي شود، در مجموع ساخت و توليد نانو، جنبه جهاني به خود مي گيرد، به گونه اي كه كشورهاي رو به توسعه نيز فرصت سرمايه گذاري و مشاركت در اين انقلاب تكنولوژيك را پيدا مي كنند. از ديدگاهي عمل گراتر، شايد تأثير خط شكني تكنولوژيك تا سال 2015 پيشرفتهاي يادشده را در يك مسير تكاملي محدود سازد. در اين مسير، روند جاري متمايل به سيستمهاي ريزتر، سريعتر و ارزانتر از طريق پيشرفت هاي سطح نانو در توليد نيمه هاديها است و در نتيجه قانون مور ادامه مي يابد.

2-5 كلان روندهاي پيشرفت نانوتكنولوژي

با نگاهي دوباره به روندهاي تكنولوژيك ياد شده و مطالعه ساير منابع مي توان چندين كلان روند را تشخيص داد كه با تأثير گرفتن از نانو صورت هاي جديدي به خود مي گيرند كه عبارتند از:

- تشديد ماهيت چند رشته اي تكنولوژي

- آهنگ پرشتاب تغيير

- افزايش دغدغه هاي اجتماعي و اخلاقي

- ضرورت پاسخگويي به تقاضاي فزاينده آموزش

- افزايش طول عمر انسان

- محدود شدن حريم خصوصي افراد

- استمرار جهان گرايي

- اثرات رقابت بين المللي بر سر رهبري توسعه تكنولوژي

كه در ذيل به بررسي مختصر هريك از موارد بالا اكتفا مي كنيم و بحث و نتيجه گيري كلي را به عهده خواننده محترم وامي گذاريم.

الف) تشديد ماهيت چند رشته اي تكنولوژي

بسياري از روندهاي تكنولوژيك به دليل حضور دو يا چند متقاطع پديد آمده اند. نمونه آن، تشخيص پزشكي مولكولي بر پايه سيستم هاي ميكروالكترومكانيك، بيومواد، كامپيوترهاي بيولوژيك، و روبات هاي بيومتريك، و روبات هاي بيومتريك است.

در گذشته تكنولوژي هاي گوناگوني براي كاربردهاي توانزا با يكديگر تركيب شده اند، اما امروزه گرايش روز افزوني به شكل دهي «تيم هاي چند رشته اي» براي پرداختن به چالش هاي سيستم و دورنماسازي از رويكردها مشهود است، كه جاي روابط سلسله مراتبي سنتي تيم ها را گرفته است، به عنوان مثال اكنون ديده مي شود كه دانشمندان علم مواد و كامپيوتر و مهندسان كاربرد سطح همكاري خود را به شدت افزايش مي دهند تا مواد بيوپزشكي براي بافت هاي مصنوعي بسازند يا براي تسهيل سطوح فعال كنترل سيستم، مواد واكنشي را توسعه دهند، همچنين مواد حاوي حسگرها و تحريك كننده ها براي سازه هاي هوشمندانه به همين ترتيب توسعه مي يابند. شكل (1) نشان مي دهد كه چگونه نانوتكنولوژي، تكنولوژي اطلاعات، مواد و ارگانيزم هاي زنده با يكديگر رابطه متقابل ايجاد كرده و سيستم ها و مفاهيم نويني ايجاد مي كنند. مواد كاركرد را تعيين مي كنند، و ظهور نانوتكنولوژي، ساخت و ابعادي كه بتوان كاركرد را آسان نمود ميسر مي سازد. به موازات آن، تركيب تكنولوژي مواد يا بيولوژي و علوم زيستي، سبب كسب دانش و موادي از ارگانيزم هاي زنده شده است، كه ثمره آن انسجام بيشتر يا پديده هاي فراگير از مرحله طراحي تا محصول نهايي است. هر حوزه نه تنها تكنولوژي و مصنوعات خود را به ارمغان مي آورد، بلكه نگرش ها و رويكردهاي ويژه خود به جهان نيز توليد مي كند! تركيب اين تكنولوژي ها متضمن غناي ابزارهاي علمي براي حل مسائل نيز هست و از اين راه پيشرفت هايي به ابر مي آيد كه آميزه اي از بهترين هاي هر حوزه است و كاربردهايي را ممكن مي سازد كه پيش از اين ناممكن مي نمود. مثلاً مهندسان به طور فزاينده اي به بيولوژيست ها روي مي آورند تا دريابند كه موجودات زنده در مواجهه با محيط هاي طبيعي، مشكلاتشان را چگونه حل مي كنند. اين رويكردها كه مبتني بر «تقليد از حيات» است، بهترين رهيافتهاي ابداعي طبيعي را با راهكارهاي طراحي شده و مصنوعي تركيب كرده و ارگانيزم هايي پديد مي آورند كه عملكردشان از ارگانيزم هاي كنوني براي محيط هاي خاص بهتر است. بسياري از روندهاي برجسته، بر تكنولوژي ها در حوزه هاي مختلف اعمال نفوذ مي كنند. شكل (1) مواردي از تعامل بين بيوتكنولوژي، نانو تكنولوژي مواد و تكنولوژي اطلاعات نشان مي دهد. مواد هوشمند داراي توانمندي هاي كاركردي و فرآوري هستند. اين شكل نشان مي دهد كه پيشرفت در توانمندي هاي مواد و تكنولوژي اطلاعات در تركيب با روندهاي ميكروسيستم ها چگونه ظهور سيستم هاي هوشمند را ممكن مي سازد. از سويي ديگر، مي توان سيستم هاي هوشمند را به گونه اي طراحي كرد كه فراهم كننده توانمندي هاي بيونيك براي ارگانيزم هاي زنده باشد. ارگانيزم هاي زنده شيوه هاي بديعي براي ساخت سيستم ها را ارائه مي دهند، سيستم هايي كه خود متكفل ساخت و توليد اجزايشان هستند.

ب) آهنگ شتابدار تغيير

به نظر مي رسد كه پيشرفت و تغيير تكنولوژي آهنگي پرشتاب دارد. در سايه رشد اقتصادي، به ويژه در آمريكا، سرمايه گذاري در تحقيقات كاربردي افزايش يافته، كه اين خود نوآوري در محصولات و ابداع رويكردهاي نو را به ارمغان مي آورد. تكنولوژي كامپيوتر آنچنان به پيش مي رود كه به زودي محصولات آن در عرض 2 تا 3 سال منسوخ خواهد شد. در برخي حوزه هاي مهندسي بيوپزشكي، آهنگ تغيير از اين هم سريعتر است؛ به طوري كه برخي وسايل پزشكي درست زماني كه نمونه اوليه بعدي توسعه مي يابد، منسوخ مي شود. اين پيشرفت شتابان، فاصله بين وضع قوانين و ملاحظه اخلاقي و تكنولوژي را روز به روز عميق تر مي كند، به گونه اي كه پر كردن آن با گذشت زمان دشوارتر مي شود.

پ) افزايش دغدغه هاي اجتماعي و اخلاقي

به رغم دستاوردهاي ارزنده تكنولوژي هاي نو و افزايش قدرت دستكاري محيط و موجودات زنده، بحث بر سر پاره اي مسائل و دغدغه هاي اجتماعي و اخلاقي همچنان گرم خواهد بود. مسائلي همچون حريم خصوصي، مالكيت معنوي، پايداري محيط زيست، همگي به محض ظهور قابليت هاي نوين نانوتكنولوژي مطرح خواهند شد.

ت) ضرورت گسترش و تعميق روز افزون آموزش

همراه با تغييرات پرشتاب تكنولوژي، نياز به يادگيري و آموزش مداوم روز به روز افزايش مي يابد. همان طور كه امروزه مهارت هاي كامپيوتري اهميت مضاعف يافته اند، كاركنان يقه سفيد و يقه آبي احتمالاً ناچار به بهبود مهارت هاي خود در ساير حوزه ها خواهند شد تا در عرصه پوياي تكنولوژي به هنگام باشند و از خطر منسوخ شدگي در امان بمانند. ماهيت چند رشته اي تكنولوژي، مهارت هاي اجتناب ناپذير نيروي كار و تكنولوژيستهايي را كه در حوزه «تحقيق و توسعه» كار مي كنند، دگرگون مي سازد.

«توسعه گران» به طور فزاينده اي نيازمند اين خواهند بود كه پيشرفت ها و مفاهيم بنيادي ساير حوزه ها را بفهمند تا كارشان در گروه هاي چند رشته اي اثربخش شود؛ كه خود برپايي دوره هاي آموزشي گسترده تر را ايجاب مي كنند. اين روند مي تواند تا جايي ادامه يابد كه اعطاي مدارك دانشگاهي چند رشته اي به ويژه براي منظر سازان و پژوهشگراني كه مفاهيم را به يكديگر پيوند مي دهند، ضروري گردد. اين نيز هست كه توده مردم احتمالاً نيازمند درك گسترده تري از علم و تكنولوژي خواهند بود تا هم سياستگذاران و هم مصرف كنندگان بتوانند تصميم هاي بهتري بگيرند. مثلاً مناقشات كنوني پيرامون مواد غذايي اصلاح شده به روش ژنتيك را در نظر بگيريد؛ در اين جا بايد ذهني باز و پرسشگر وجود داشته باشد كه مسئوليت خطير تعديل بحث هاي پيچيده اي را كه از جانب طرف هاي مختلف مطرح مي شود، بپذيرد. به همين ترتيب، فهم پيامدهاي محدود شدن «حريم خصوصي افراد» و عوايد بالقوه و «خانه هايي كه از انواع حسگرها لبريزند و به شدت ردگيري مي شوند» براي افزايش سطح آگاهي رأي دهندگان و مصرف كنندگان بسيار ضروري مي نمايد.

ح) افزايش طول عمر

بشارت هاي اميدبخش مسائل بهداشتي، روند افزايش طول عمر را در كشورهاي توسعه يافته كماكان تداوم خواهد بخشيد. اما به نوبه خود مسائل مربوط به افزايش جمعيت، مراقبت از سالخوردگان و حمايت مالي از بازنشستگان را به همان اندازه برجسته خواهد ساخت. پيشرفت هاي پزشكي نه تنها كيفيت زندگي را بهبود مي بخشد، بلكه طول عمر و حتي دوره بهره برداري افراد را نيز افزايش مي دهد.

خ) محدود شدن حريم خصوصي افراد

عوامل گوناگون تهديد كننده حريم خصوصي افراد عبارتند از:

- انگشت نگاري «دي ان اي»

- نقشه هاي ژنتيك كه استعداد ابتلا به بيماري را نشان مي دهد.

- پايگاه داده هاي اطلاعات شخصي قابل دسترسي از طريق اينترنت

- ساير تهديدهاي تكنولوژي اطلاعات

مسائل مربوط به حريم خصوصي احتمالاً قانون گذاران را به سمت مبحث پيرامون تمهيدات حفاظتي يا حفاظت هاي قانوني و ضوابط سوق خواهد داد و بحث هاي اجتماعي و اخلاقي پيرامون كابردهاي تكنولوژي، ايجاد نيازمنديها و بازارهاي خصوصي و تكنولوژي هاي حامي حريم خصوصي افراد كماكان تداوم خواهد يافت. موقع شناسي، جامعيت و عقلانيت چنين دغدغه هايي نقش تعيين كننده اي در پرداختن به مسئله خصوصي افراد به گونه اي واپس گرا آينده گرا و مترقي ايفا مي كند. البته در سال هاي اخير حريم خصوصي و امنيت اشخاص نسبت به كاركرد و عملكرد در درجه دوم اهميت قرار داشته است. بعيد به نظر مي رسد كه اين گونه دغدغه ها بتوانند سد راه روندهاي تكنولوژي شوند؛ بنابراين بسته به ميزان وفور تكنولوژي در هر منطقه، حريم خصوصي افراد در سطح جهان محدودتر خواهد شد. البته موشكافي مربوط به حريم خصوصي افراد احتمالاً نگرش و رفتار عامه مردم را در قبال چگونگي به كار گيري تكنولوژي متحول مي سازد؛ و در يك كلام، برجسته شدن مسئله حريم خصوصي به عنوان يكي از مطالبات مهم اجتماعي، توسعه تكنولوژيك را متأثر خواهد ساخت.

اگر اين احتمال را بدهيم كه در آينده كمونيسم بار ديگر ظهور كرده و نانو تكنولوژي را در خدمت خود بگيرد بايد اين احتمال را نيز بدهيم كه عواقب وحشتناكي در انتظار ملل خواهد بود و اين احتمال به هيچ وجه دور از انتظار نيست و ما مطمئناً در آينده شاهد ظهور لنينها و استالينها با قدرتي مصمم تر خواهيم بود.

ج) استمرار جهانگرايي

علاوه بر نقش تسهيل كنندگي پيشرفت هاي تكنولوژي اطلاعات، اينترنت، ارتباطات و حمل و نقل بهبود يافته روندهايي همچون «ساخت و توليد چالاك» كه با سرمايه گذاري هاي بومي در زيرساخت، بازيگران جديدي را به عرصه توليد جهاني مي كشانند، همچنان نيروي پيشران جهان گرايي خواهند بود.

د) رقابت بين المللي

با توجه به رقابت بين المللي بر سر توسعه تكنولوژي خط شكن، در هر حوزه طيفي از رويدادهاي محتمل به چشم مي خورد. اين طيف از سيستم رقابت جويي ملي، كه معطوف به سرمايه گذاري هاي تكنولوژيك و توسعه و توليد محصولات تكنولوژي در چارچوب مرزهاي ملي است، تا جريان به شدت آزاد سرمايه و تكنولوژي بين مرزهاي ملي و منطقه اي را در بر مي گيرد. سمت و سوي واقعي روندها به عواملي چند بستگي دارد كه از جمله مي توان به مناسبات اقتصادي هر منطقه در آينده حمايت ها و حقوق بين المللي، مالكيت معنوي، ماهيت شركت هاي فرامليتي، و نقش و ميزان سرمايه گذاري بخش دولتي در تحقيق و توسعه اشاره كرد. اينك سمت و سوي حركت عبارت است از رقابت در سطح ائتلاف هاي اقتصادي منطقه اي، حمايت بيشتر از رژيم جهاني حفظ مالكيت معنوي، گسترش جهانگرايي، و تقسيم مسئوليت ها و وظايف در زمينه اعتبارات تحقيق و توسعه. طبيعتاً اين كلان روندها از عواملي كه در قسمت هاي قبلي اشاره شد، تأثير پذيرفته و تغيير مي كند.

... و ختم كلام

پس از انقلاب هاي كشاورزي و صنعتي، اينك انقلاب تكنولوژي كه سرشتي چند رشته اي دارد، در حال تغيير سيماي جهان است. هم اكنون نيز تكنولوژي اطلاعات زندگي مردم را به ويژه در كشورهاي توسعه يافته دگرگون كرده است و خط شكني هايي كه در تكنولوژي مواد و نانو تكنولوژي روي مي دهد، پيش از پيش بر اين دگرگوني خواهد افزود.

بيوتكنولوژي حيات موجودات زنده را دگرگون خواهد كرد و تكنولوژي مواد و نانوتكنولوژي نيز امكان توسعه دستگاه هايي با توانمندي هاي غير منتظره را فراهم خواهد ساخت. اين تكنولوژي ها نه تنها تأثيرات ژرفي بر زندگي انسان دارند، بلكه چنان در هم تنيده اند كه انقلاب تكنولوژي را به انقلابي چند رشته اي تبديل كرده اند. از اين رو، شتاب پيشرفت در هر زمينه اي مضاعف شده است. به نظر مي رسد كه تأثيرات نانوتكنولوژي از ساير تكنولوژي ها تكان دهنده تر باشد. انباشت خط شكني ها در اين حوزه موجب ارتقاي كيفيت زندگي و تأثيرات فراواني در زندگي بشر خواهد شد. ممكن است ساير روند تكنولوژي در چشم عامه مردم كم اهميت تر به نظر برسد، ليكن با ژرف نگري و بازبيني آنها درمي يابيم كه بسيار انقلابي هستند. تغييرات بنيادي در آنچه كه توليد مي شود و نيز در شيوه توليد آنها، نويدبخش محصولات و توانمندي هاي كاملاً جديد است.

به رغم عدم قطعيت هرگونه آينده نگري پيرامون روندهايي كه محتملاً آينده را شكل مي دهد، مي توان شماري از احتمالات و نتايج تكنولوژي را پيش بيني كرد كه تحقق آنها البته در گرو مجموعه اي از امكانات و عوامل خواهد بود.

ظهور تأثيرات اين تحولات، مسائلي را در پي خواهد داشت. همراه با افزايش درك توده مردم از تأثيرات بالقوه اين روندها بر فرهنگ و زندگي، لازم است تصميم هايي در مورد مسائل گوناگون اخلاقي، اقتصادي، قانوني، محيطي، ايمني، و ديگر دغدغه هاي اجتماعي اتخاذ شود. احتمالاً مهم ترين اين مسائل عبارتند از:

حريم خصوصي افراد، شكافهاي كلان اقتصادي، تهديدها و اخلاقيات بيولوژيك، بويژه مسائلي همچون به نژادي، شبيه سازي انسان، اصلاح ژنتيك، شديدترين واكنش هاي اخلاقي و معنوي را در پي خواهد داشت. اين مسائل ماهيتي بسيار پيچيده دارند، زيرا از يك سو بر راستاي پيشرفت تكنولوژي و از سوي ديگر بر يكديگر تأثير مي گذارند. شهروندان و سياست گذاران نيازمند آنند كه درباره تكنولوژي، اطلاعات كاملي كسب كنند تا با شناسايي و تحليل اين تعامل هاي پيچيده بتوانند مناقشاتي را كه پيرامون تكنولوژي وجود دارد، به درستي بفهمند. تلاشهايي از اين دست، مانع از اخذ تصميم هاي ساده انگارانه مي شوند؛ منافع تكنولوژي را با ملاحظه ارزش هاي فردي بيشينه مي سازند و نقاط عطفي را در فرايند تصميم گيري مشخص مي كنند كه در آنها تصميم گيري ها مي تواند نتايج مطلوبي به بار آورند بي آنكه مسائل ناديده و تحليل نشده بتوانند خدشه اي به اين تصميمات وارد آورند.

بشارتهاي اميدبخش تكنولوژي مربوط به همين جا و اكنون است و فردا نيز ادامه خواهد داشت و سراسر جهان را با تأثيرات گسترده خود در خواهد نورديد، با اين همه، تاثيرات انقلاب تكنولوژي در گوشه و كنار جهان يكسان نخواهد بود و بسته به آمادگي پذيرش ملت ها، ميزان سرمايه گذاري ها و تصميم هايي كه اتخاذ مي شوند، صورت هاي مختلفي خواهند يافت. خوب يا بد راه بازگشتي وجود ندارد زيرا پارهاي از جوامع در مسير اين انقلاب قرار گرفته اند و براي بهره برداري حداكثر از نتايج و منافع آن آماده شده اند. روند جهان گرايي نيز محيط زندگي همه جوامع را تغيير خواهد داد. نقش آفريني اين پيشرفت ها در صحنه جهاني، سيماي دنيا را به كلي متفاوت خواهد كرد.

[نارساخواني]

درك اصوات و تلفظ آن

مركز آموزش و توانبخشي مشكلات ويژه يادگيري سبزوار

************************************

نارساخواني

نارساخواني يك ناتواني در خواندن است كه با مشكلاتي در زبان نوشتاري عليرغم آموزش قراردادي و هوش مناسب، فرصتهاي اجتماعي و فرهنگي مناسب مشخص مي شود. مشكلات ممكن است در خواندن، ديكته و نوشتن آشكار شود.

ويژگيهاي كودكان داراي اختلال خواندن

1- بيشتر اين كودكان پسر هستند تعداد پسران چهار برابر تعداد دختران است.

2- دركلاسهاي درس غالباً مشكلات رفتاري دارند.

3- دامنه توجهشان كوتاه است.

4- در تمركز مشكل دارند.

5- اغلب مسايل هيجاني دارند.

6- كلمه به كلمه مي خوانند.

7- حافظه ديداري و شنيداريشان ضعيف است.

8- فاقد تميز و تشخيص كافي شنيداري هستند.

9- در مدرسه سازگاري شخصي مناسب ندارند.

10- رشد اجتماعي كافي ندارد.

سنجش و تشخيص

متن هاي انتخابي توسط دانش آموز خوانده شود و درصد ميزان بازشناسي لغات در متن و همچنين درك و فهم متن مشخص شود مي توان قرار گذاشت كه در يك متن صدكلمه اي تعداد خطاها را جمع كنيم عدد به دست آمده درصد مشكل را مشخص خواهد كرد. خطاهاي خواندن را به نسبت تعداد كل كلمه ها درصديابي مي كنيم به عنوان مثال ناتواني در بازشناسي كلمه، ناتواني در ارزش بياني كلمه، ناتواني در ارزش بياني كلمه، ناتواني در عدم فهم معناي جمله و ناتواني در ادراك شنيداري و امثال آن.

روش اجرا

دانش آموز متن را حضور درمانگر با صداي بلندي مي خواند درمانگر ضمن مشاهدات باليني صداي دانش آموز را ضبط مي كند تا در فرصتي ديگر درصد و نوع ناتواني ها را مشخص كند. اين بخش دقيقترين بخش مربوط به كار درمان است زيرا طراحي برنامه درمان بر اساس اين تشخيص صورت مي گيرد.

پس گاهي لازم است كه درمانگر براي تشخيص دقيق نوع مشكل از دانش آموز بخواهد تا برخي از كلمات متن را دوباره بخواند تا بهتر علت ناتواني او را تجزيه و تحليل كند. بنابراين درمانگر فعالانه بايد برخورد كند تا به نتايج قابل اطمينان برسد. گاهي لازم است كودك بدون صدا بخواند و سرانجام به پرسشهاي مربوط به متن جواب دهد تا ميزان درك او سنجيده شود.

مثال:

طبق انجام آزمونهاي خواندن مشخص شد كه دانش آموز مشكلات زير را داراست:

1- اشكال در تلفظ حروف

2- حذف برخي از صداها. كردند ß كدند.

3- اشكال در تشخيص تلفظ نسبتاً نزديك برخي حروف تلفظ م با ن

4- اشكال در بخش كردن كلمه ها

5- اشكال در صداكشي كلمه هاي يك بخشي و چندبخشي

6- اشكال در تركيب صداها و ساختن كلمه: م ر د ß مرد.

درك درست و تلفظ درست صداها

براي اينكه كودك صداها را درست درك و تلفظ كند بايد تمرينهاي مختلفي را انجام داد ابتدا آزموني كوتاه كه از تمام صداها در ابتداي كلمه –انتهاي كلمه و ميان به عمل مي آوريم و بعد ميزان مشكلات مربوط به صداها را يادداشت مي كنيم:

- صداهايي كه براي تلفظ آن در ابتداي كلمه مشكل دارد.

- صداهايي كه براي تلفظ آن در وسط كلمه مشكل دارد.

- صداهايي كه به شنيدن آنها حساس نيست.

-گنجايش حافظه شنيداري: (اگر نتوانست كلماتي را كه گفته ايم بيان كند علامت – مي گذاريم و اگر توانست علامت + مي گذاريم.)

- گنجايش توالي شنيداري: (كلمات را به ترتيبي كه ما گفته ايم بيان كنند) اگر بيان كرد + در غير اين صورت – مي گذاريم.

- تمرينهاي مربوط به درك درست صداها و تلفظ درست صداها: براي اينكه كودك صداها را درست درك و تلفظ كند تمرينهايي براي ترميم حساسيت شنوايي مي توان انجام داد.

- استفاده از وسايل صداساز

- صداي حيوانات را براي او پخش مي كنيم و به آنها گوش دهد و صداي هر كدام را تشخيص دهد نام ببريد.

- صداهاي مختلف مثل گريه، خنده، سرفه، باران، برخورد توپ به زمين و... را در يك نوار ضبط كرده و از دانش آموز مي خواهيم به آنها گوش داده و صداي هركدام را تشخيص دهد.

- استفاده از قوطيهاي پلاستيكي و ريختن حبوبات در هر كدام و تشخيص آنها با توجه به صدايي كه ايجاد مي كنند.

- توصيه به خانواده كه با او آهسته سخني بگويند و موقع گفتن ديكته فقط يكبار جمله را بگويند.

بعد از انجام اين تمرينات صداهايي را كه دانش آموز در درك يا تلفظ آن اشكال دارد شناسايي كرده و تعدادي واژه انتخاب مي كنيم كه دربرگيرنده همان صداها باشد اين واژه ها بايد سه گروه باشند، گروهي كه صدا در اول كلمه و گروهي صدا در و گروهي صدا در آخر كلمه قرار گيرد.

اين واژه ها را در نوار ضبط كرده از كودك مي خواهيم به آنها گوش دهد و واژه ها را تكرار كند و يا خودمان واژه ها را تلفظ كنيم و از كودك بخواهيم كه آنها را تكرار كند. براي نمونه واژه هاي مربوط به صداي چ ارائه مي شود.

چاي             پرچم            پچ پچ

چنار              مورچه           سويچ

چانه             بيچاره           ماچ

...                ...                ...

1- صدايي كه مي خواهيم به كودك آموزش بدهيم صداي چ است. ابتدا به كودك مي گوييم كه من كلماتي را براي تو مي خوانم خوب گوش كن و هرگاه به واژه ي برخورد كردي كه حرف چ داشت به من علامت بده (در مورد علامت خودمان با كودك قراردادي مي بنديم. مثلاً در اين جا به او مي گويم كه هر موقع به اين حرف حرف رسيدي دست راستت را بالا ببر).

مثلاً مي گوييم: فرش- خاك- چادر- زيبا- چنار- قوري- گچ

2- كلمات بي معني را تلفظ مي كنيم. هر موقع به صداي مورد نظر رسيدي علامت بده.

مو- پو- زو- چو- دا- مر- چر

3- وسيله ي در دستمان مي گيريم و نام آن را غلط تلفظ مي كنيم و از كودك مي خواهيم اشتباه ما را تصحيح كند. مثلاً چسب را دست مي گيريم و مي گويم اسب و يا چادُر را مي گوييم مادُر.

4- كلماتي را حفظ مي كنيم و از كودك مي خواهيم تكرار كند.

5- كلماتي را ناقص تلفظ مي كنيم و از كودك مي خواهيم بقيه اش را بگويد مثلاً مي گوئيم (چا) او بايد بگويد نه، در، قو.

6- صداهاي يك كلمه را با فاصله مي گوييم آنگاه كودك آن را كامل كند. مثلاً: آ- لو- چه او بگويد آلوچه.

7- از كودك مي خواهيم كه او صداهاي كلمه را با فاصله بگويد و ما كلمه كامل را بگوييم.

8- تصاويري تهيه مي كنيم كه صداهاي آخر آنها يكسان باشد از كودك مي خواهيم پس از نام بردن هر كلمه صداي آخر را تكرار كند. مثل: برنج- گنج- كاج، مچ- پارچ- كوچ

9- تصاويري تهيه مي كنيم كه صداي اول نام آنها يكسان باشد از كودك مي خواهيم ضمن نام بردن كلمات صداي اول آنها را تكرار كند. مثل: گوش- گوسفند- گندم، چنار- چمدان- چادر

10- چند تصوير به كودك نشان مي دهيم كه در تلفظ نام آنها دو كلمه وجود داشته باشد كه صداي اولشان مشابه است و از كودك مي خواهيم آن دو كلمه را پيدا كند.

نهنگ- چنگال- گل- چوب- قندان

11- چند تصوير به كودك نشان مي دهيم كه در اين گروه از كلمات دو كلمه وجود داشته باشد كه صداي آخرشان مشابه است و از كودك مي خواهيم آن دو كلمه را پيدا كند.

سويچ- ارگ- گچ- سطل

12- بعد از تمرينات تصاوير، تمرينهاي شفاهي را شروع مي كنيم از تصوير استفاده نمي كنيم فقط به طور شفاهي كلمات را بيان مي كنيم تمام تمرينات بالا را به صورت شفاهي انجام مي دهيم.

13- تعدادي تصوير به كودك نشان مي دهيم و از او مي خواهيم داستانش را براي ما نقل كند. دانش آموز را تشويق مي كنيم كه در نقل داستان واژه ها را درست تلفظ كند.

14- حروف الفبا را به او نشان مي دهيم و او بايد آنها را تلفظ كند اين كار تا جايي ادامه يابد كه مطمئن شويم حروف را به خوبي مي شناسد.

15- حروف الفبا را روي كاغذ يا تابلو نوشته و به شكل نامنظم حروف را تلفظ مي كنيم و دانش آموز آنها را نشان دهد.

16- هر كدام از حروف را روي كارت مقوايي نوشته و هربار از بين آنها چند حرف را به كودك مي دهيم و او بايد با حروف كلمه بسازد. مثلاً حروف ر-ا-ز. كه مي تواند واژه هاي زار-راز را بسازد.

17- درمانگر چند صدا را تلفظ مي كند و دانش آموز بايد با تركيب آنها يك كلمه بسازد. مثلاً: ش ا د ß شاد

18- تقليد صداي حيوانات مختلف توسط دانش آموزان مي تواند براي فهم صداها بسيار مفيد باشد.

19- تقليد راه رفتن حيوانات، مثل اردك، خرگوش، گربه و... مي تواند تعادل حركتي ايجاد كند.

20- چند كلمه را درمانگر با صداي رسا مي خواند. دانش آموز بايد پس از شنيدن هر كلمه آن را تكرار كند و سپس بگويد كه با كدام صدا شروع مي شود: جارو- تور- پدر- گچ- كار- صندوق- لامپ.

21- چند كلمه را درمانگر با صداي رسا مي خواند. دانش آموز پس از شنيدن هر كلمه بايد صداي آخر كلمه را بگويد: مربا- حميد- برق- پوچ- رازي- برنج

22- درمانگر چند كلمه را مي خواند. دانش آموز بايد صداي وسط كلمه را بگويد.

ميخ- زير- كلم- آجر- نقد

23- دانش آموز در يك نقطه مي ايستد و چشمانش را با دستمال مي بندد آنگاه مربي به طور دايره وار دور او حركت مي كند و كلمه اي را تلفظ مي كند. دانش آموز بايد جهت صدا را تشخيص دهد.

24- پس از موفقيت در تمرينهاي قبلي، بخش كردن و صداكشي بايد انجام گيرد.

راهنمايي هاي به خانواده ها در جهت بهبود مشكلات كودكان نارساخوان:

- كودك خود را با كودكان ديگر مقايسه نكرده و او را مورد سرزنش قرار ندهيد.

- به كودك با توانايي هاي ديگري كه دارد اعتماد به نفس بخشيد تا احساس ارزشمندي كند.

- زماني را براي آموزش انتخاب كنيد كه فرزند احساس آرامش كند.

- هرگاه يك جلسة آموزشي با فرزندانتان داشتيد سعي كنيد آن را با فعاليتي به اتمام برسانيد كه فرزند شما در آن مهارت دارد و از آن لذت مي برد.

- به كودك در تصحيح اشتباهات و خطاهايش كمك كنيد.

- بايد آگاه باشيد كه بسياري از كودكان معاني لغات را در داستان نمي دانند لذا بايد مكث كنيد و معاني را براي كودك بگوييد.

- كودكتان را به كتابخانه ببريد و آنها را تشويق كنيد كه كتابهاي مورد علاقه شان را انتخاب كنند.

- با هم تلويزيون تماشا كنيد و درباره آنچه كرديد، بحث كنيد.

- تلاش كودك را تحسين كنيد به خاطر داشته باشيد كه چقدر سخت است كه او مجبور است سعي كند كه در خواندن و نوشتن موفق شود.

راهنمايي هايي به آموزگاران در جهت كمك به دانش آموزان نارساخوان:

- از تصاوير و كتابهاي حافظه استفاده كنيد.

- از الفباي چوبي براي آموزش استفاده كنيد (از كودك بخواهيد چشمهايش را ببندد تا شكل آنها را احساس كند)

- درباره حروف صحبت كنيد و داستانهايي در مورد حروف بسازيد.

- او را در جلوي كلاس بنشانيد تا بتوانيد به او كمك كنيد.

- او را با دانش آموزان ديگر مقايسه نكنيد.

- به نحوه مداد دست گرفتن كودك توجه كنيد و او را در صحيح گرفتن مداد ياري كنيد.

- از او نخواهيد كه در جمع با صداي بلند نخواند.

- براي تلفظ صحيح لغات به كودك كمك كنيد.

نارساخواني

[زمينه هاي تشخيص و درمان]

مركز آموزش و توانبخشي مشكلات ويژه يادگيري كاشمر

***************************

نارساخواني

مقدمه

مشكلات خواندن مهم ترين عامل عدم موفقيت در مدرسه دانسته شده است و در واقع ساده ترين نشانه اي است كه با كمك آن مي توان شكست كودك را در بسياري از زمينه هاي تحصيلي پيش بيني كرد. خواندن پايه مشترك موفقيت در تمام زمينه هاي تحصيلي است و بايد اهميت خاصي براي آن قائل شويم.

در ارتباط با مشكل خواندن كودك، برخوردهاي مختلفي از سوي والدين و معلمان صورت مي گيرد. برخي والدين با اظهار به اينكه اين گونه كودكان در روابط اجتماعي، بازي با همسالان و صحبت كردن هيچگونه مشكلي ندارند و تنها در خواندن و نوشتن رفتار متفاوت و چشمگيري دارند. دليل آن را بي رغبتي به مدرسه و درس و بي دقتي.

حواس پرتي ناشي از شيطنت و... مي دانند و كودك را تحت فشار قرار داده و با تمرينات اجباري به ظاهر مشكل وي را حل نموده ولي در واقع مشكل همچنان باقي مي ماند و بي رغبتي دانش آموز را به درس بيشتر مي كند. برخي ديگر كه به مشكل آگهي دارند با كمك گرفتن از مشاورين و معلمين خصوصي، روان شناسي و گفتار درمان مشكل واقعي را مي شناسد و براي برطرف كردن آن مي كوشند.

نارساخواني در طول تاريخ به نامهاي استرنوسمبولي (اورتون 1937) و يا الگز يا به معني كوري كلمه و نقص و جزئي در كار مغز، ديس لكسي؛ براي اولين بار برلين در سال 1872 اين كلمه را كه معادل كوري كلمه بود براي كودكان با مشكلات خواندن به كار برد.

ديدگاه هاي نارساخواني

دو ديدگاه مطرح شده توسط صاحب نظراني چون راتر، واتيمور در مورد نارساخواني عبارتند از:

1- نارساخواني ساده؛ تأخير در رشد تكامل بسياري از جنبه هاي مختلف از جمله راه رفتن. انجام حركات ريز و درشت. در تكاليف ساختماني مانند كپي كردن و...

2- نارساخواني ويژه كه تأخير كلي و عمومي در اين نوع وجود ندارد ولي از لحاظ گفتار و زبان تأخير دارند.

در تقسيم بندي ديگر ديس لكسي به دو گروه عمده تقسيم شده است:

1- نوع شنيداري avdijovy              2- نوع بينايي: visal

در ديس كلسي شنيداري اختلالاتي در تشخيص شنيداري، صداهاي گفتاري و تركيب آنها، نام بردن آنها و توالي شنيداري يا حافظه مسلسل نيز مشكل خواهند داشت.

در كودكان مبتلا به ديس لكسي بينائي: كودك در تشخيص بينايي، درك بينايي، جهت يابي و رعايت توالي و ترتيب مشكلاتي دارند در صورت اجراي برنامه درماني مناسب مي توانند از طريق شنيداري بياموزند.

علائم و تظاهرات باليني كودكان مبتلا به ديس كلسي:

1- اشتباه در رعايت كردن جهات

2- اختلال در نوشتن و هجي كردن ديكته و تأخير زباني

3- اختلال در تمايز انگشتان

4- ضعف در انبار حافظه

5- ناهنجاري مربوط به برتري طرفي و غالبيت مغز

6- عوامل مربوط به مادر و زمان تولد

7- اختلال در عملكرد حركتي و سيستم عصبي

8- ناتواني خانوادگي يا ارثي

ويژگي اختلال در خود كودك

او در خواندن كند و ناروان است حركات برگشتي چشم وجود دارد. از وسط كلمات مي خواند. حروف را مي شناسد، برخي كلمات را به صورت آئينه وار يا معكوس مي خواند.

مثل در ß رد                     غم ß من

عوض كردن جاي وا كه ها يا قاطي شدن صداها. تركيب كردن چند صدا.

اختلال در ديكته، هجي كردن و نوشتن و رياضيات، عدم توانايي نوشتن عقايد خود را قالب بيان نوشتاري كودكان مبتلا به ديس كلسي در حافظه كوتاه مدت مشكل دارند، در صورتيكه حافظه درازمدت خوبي دارند.

روش هاي آموزشي براي افراد نارساخوان

1- از آنجا كه هر انساني در نوع خود موجودي يگانه و منحصر به فرد است. روشهاي آموزش نيز بر مبناي ويژگي ها و نيازهاي حاصل هر فرد بايد متفاوت باشد. مانند شنيدن و يا ديدن... كه هركدام يك مسير ادراكي هستند. ولي مجموعاً مي توان در هر فردي يك سير ادراكي بهينه يافت كه بيشترين و بهترين يادگيري از آن طريق صورت گيرد.

2- شيوه هاي آموزشي كه به اصلاح و تقويت مسير يا مسيرهاي ادراكي معيوب مي پردازند.

3- تركيبي از دو شيوه فوق: يعني در آموزش در بدو امر از طريق مسيرهاي حسي سالم و قوي در طي زمان به طور جداگانه براي ترميم و اصلاح مسير ادراكي معيوب برنامه ريزي مي شود. در هنگام آموزش بايد دقت كرد كه بي جهت بر روي مسيري خاص تاكيد نشود.

داشتن يك ارزيابي دقيق از نوع مشكلات كودك و چگونگي مسيرهاي ادراك وي نقش بسيار اساسي در چگونگي روند آموزشي و اصلاح نارساخواني خواهد داشت. در آخر با بررسي دقيق يادگيري از مسيرهايي كه كودك مي تواند ياد بگيرد، مي تواند مسيرهاي ادراكي معيوب و بهترين روشهاي آموزشي خاص هر كودك را پيدا كند.

تمرينات شنيداري

1- تمرينات در رابطه با قضاوت تشابه يا تفاوت واج يا واژه مثلاً واجي كه در موقعيت هاي اول، وسط و آخر عوض مي شود. (بار- تار)   (شير- شير)    (اسب- است)       (باد- ناز)

2- تكرار قافيه در كلماتي كه درمانگر تلفظ مي كند (بار- مكار- دار- خار- زار و كودك بايد قافيه را تشخيص دهد.

3- از بين تصاوير مختلف تصاويري كه با صداي مورد نظر درمانگر شروع مي شود پيدا كند.

4- تكرار كلمات و يا صداهايي كه درمانگر تلفظ مي كند با همان توالي و نظم

5- درمانگر كلماتي را تلفظ مي كند و كودك كلماتي را كه با صداي يكسان شروع و يا تمام مي شوند تشخيص مي دهد. مي توان از 2 واژه شروع و رفته رفته افزايش داد.

مثل (ماه- راه- متكا) (گوش، ديشب، آتش)

6- كودك كلماتي را بسازد كه صداي مورد نظر درمانگر در اول يا آخر كلمه باشد.

7- درمانگر ليستي از كلمات را مي خواند و از كودك مي خواهد به محض شنيدن هر كلمه، همان كلمه را با حذف واج اول بگويد (مثل مادر ß آدر) و يا حذف واج آخر (موتور ß موتو)

8- درمانگر كلمات مركب را براي كودك بخواند كودك كلمات تشكيل دهند كلمه مركب را جدا كند نظير كارخانه ß كار و ß خانه

تمرينات بينايي:

بسياري از تمرينات شنيداري را مي توان به صورت نوشتاري درآورد و براي تقويت ادراك بينائي استفاده كرد. به هنگام تقويت ادراك بينايي كودك در مورد حروف بايد به نقاط توجه خاصي مبذول داشت. نقطه نقش بسيار مهمي در تمايز حروف زبان فارسي دارد. با جلب توجه كودك به تعداد نقاط، موقعيت مكاني نقاط مي توان گام موثري در پيشرفت خواندن و نوشتن برداشت.

* براي جلب نظر كودك به تعداد وضعيت نقاط مي توان از آموزشهاي زير استفاده كرد:

1- درمانگرتعدادي كارت به كودك مي دهد. كودك بايد سريعاً اين كارت ها را به گروه هاي 1-2-3، نقطه اي تقسيم بندي كند. (رفته رفته از بزرگي نقاط كاسته و نقاط به يكديگر نزديك مي شوند)

2- تشخيث تعداد نقاط در يك كارت.

3- تشخيص موقعيت مكاني نقاط در يك كارت

4- به خاطر سپردن حروف روي كارت و تشخيص كارت حرف از بين كارتهاي ديگر (در اين تمرين مي توان بجاي حرف از كلمه استفاده كرد)

5- روش بنيائي- حركتي- درمانگر كلمه اي را روي كارت نوشته. به كودك نشان مي دهد و مي خواند با دقت آن را ديده و به خاطر بسپارد و سپس به صورت ذهني بيان كند.

6- كودك بايد بتواند در يك مستطيل 4 كادره حرفي را كه متفاوت از بقيه حروف است تشخيص دهد. تمرينات اوليه حروف بايد تمايز بيشتري با يكديگر داشته باشند و رفته رفته اين تمايز كمتر شود با كلمات هم اين تمرين انجام شود (شير- زير- شير- شير)

7- تشخيص كلمه اي كه با حروف متفاوتي با كلمات ديگر شروع مي شود و آن را پيدا كند نظير (رگ- رد- وام- روز)

8- درمانگر فرم نوشتاري صحيح كلمه را به همراه فرم نوشتاري اشتباه همان كلمه به كودك نشان مي دهد و از كودك مي خواهد تشخيص دهد كدام كلمه درست است. نظير (صابون- سابون) تكرار زياد اين تمرين زياد مناسب نيست و بيشتر توجه كودك را به خطاهايي كه ممكن است از لحاظ نوشتاري در كلمات پيش آيد جلب كرد و به خصوص تمركز او را نسبت به حروفي كه صداي يكسان دارند افزايش دهد و به نقش حافظه بنيايي در يادگيري فرم نوشتاري كلمات جلب كند.

 9- استفاده از واژه هاي كليدي به همراه تصوير

تمرينات مربوط به حواس ديگر

- لمس حروف برجسته و تشخيص و نام بردن آنها

- ردگيري حروف بسيار بزرگ نوشته شده با انگشت و تلفظ صداي حروف (روش جسمي- حركتي)

- استفاده از حواس بنيائي و شنوايي- حركتي و لامسه در يادگيري حروف و كلمات با استفاده از وسايلي همچون كاغذ سمباده- خاك رس و يا غيره (روش چند حسي)

در آموزش كودكان نارساخوان به موارد ذيل بايد توجه شود.

الف: رشد مهارتهاي زباني (در زمينه نحو و معنا)

1- تصحيح خطا در جملات كه مي تواند نحوي با معنايي باشد. نحوي؛ مثل حسن و محمد آمد معنايي؛ روزها ستارگان در آسمان مي درخشند.

2- تكميل جملات و كلمه حذف شده كه ممكن است. فعل، فاعل، مفعول، ضمير و قيد و صفت و يا... باشد.

3- پاسخ دهي كودك به سئوالات درمانگر بعد از خواندن متن

ب: گسترش واژه گان: مفهوم كلماتي كه براي كودك مشخص نيست متناسب با سن كودك

ج: تحقيق كلمه

د: توضيح مفاهيم مربوط به كتاب –مفهوم جمله- پاراگراف

ح: تحليل كلمه -1-تحليل آوايي (صوت املائي)

2- تحليل ساختاري –پيشوندها و پسوندها. ريشه كلمه ها و ضمائم حروفي

3- پيكربندي با كمك طول و شكل و شناسايي كلمه

4- نشانه هاي تصويري

5- تحليل بافتي

6- بايد از تحليلهاي متنوع همزمان با هم و با توجه به شرايط استفاده نمود.

هـ - ارتباط حرف و نام و صدا

و- رشد مهارتهاي رويارويي با لغات

س- تسلط روي ساختهاي مختلف هجايي

ر- رواني و شيوايي در امر خواندن

ظ- افزايش سرعت خواندن

ي- ايجاد علاقه و انگيزه در امر خواندن

ك- عدم آموزش فشرده و تشويق به موقع كودك

- درمانگر در طول يكي دو روز بعد از يادگيري هر مطلبي مجدداً آن را مرور كند و از ساده ترين اطلاعات كه فهم آن ها ساده است و كودك با آن ها آشناست استفاده كند.

- درمانگر بايد به والدين و معلمان كودك بياموزد كه تا حد امكان اجازه ندهند مشكلات زبان نوشتاري كودك، وي را از پيشرفت بازدارد. بسياري از نارساخوانها علي رغم اين مشكلات به رتبه هاي بالاي تحصيلي در دانشگاه نائل آمده اند.

اهداف كلي: دانش آموزان با ماشين ها و كاربرد آنها در زندگي روزمره آشنا مي شوند.

اهداف جزئي: دانش آموزان بتوانند چند ماشين ساده را بيان كنند.

دانش آموزان بتوانند از سطح شيبدار در مكان هاي مختلف استفاده كنند.

دانش آموزان بتوانند چند ماشين كه موتور الكتريكي دارد بيان كنند.

اهداف رفتاري: دليل حركت اجسام را بيان مي كنند.

چند ماشين ساده را نام مي برند.

نقش تكيه گاه را در اهرم بيان مي كنند و در زندگي روزمره از آن استفاده مي كند.

اهرم را تعريف مي كنند و قسمت هاي آن را نام مي برد.

سطح شيبدار را تعريف مي كند.

اثر طول سطح و ارتفاع را در حركت اجسام بر روي سطح شيبدار بيان مي كنند و در موقعيت هاي مختلف از آن استفاده مي كند.

درباره ي كاربرد سطح شيبدار اطلاعات جمع آوري مي كند.

درباره ي كاربرد سطح شيبدار اطلاعات جمع آوري مي كند.

موتور الكتريكي را تعريف مي كند.

كاربرد موتور الكتريكي را در زندگي روزمره بيان مي كند.

نقش استفاده از انرژي الكتريكي را در زندگي بيان مي كند.

چند وسيله كه موتور الكتريكي دارند نام مي برد. چند ماشين ساده و پيچيده را نام مي برد.

وسايل كمك آموزشي: ميله، سطل پر از شن، تكيه گاه- چند دانش آموز- تعدادي گيره ي كاغذي- خط كش- در نوشابه باز كن- قيچي- بيل- ميخ كش- چند تخته با سطوح صاف با طول هاي مختلف

روش: پرسش و پاسخ و مشاركتي

فعاليت هاي قبل از تدريس: سلام و احوالپرسي- حضور و غياب- خواندن چند آيه از قرآن مجيد.

پرسيدن چند سئوال از درس قبل و در صورت لزوم رفع اشكال

ارزشيابي تشخيصي: چه عواملي باعث زنگ زدن آهن مي شود.

سوختن چوب چه نوع تغييري است.

چند مثال براي تغيير فيزيكي بزنيد.

ارائه درس:

دانش آموزان تصوير عنوان درس را مشاهده مي كنند و در مورد آن به گفتگو مي پردازند.

متن درس را خوانده و با استفاده از دانش قبلي خود و هم كلاسي هاش گفتگو مي كند. يك جسم سنگين را يك بار بدون استفاده از وسايل و بار ديگر با كمك يك ميله و تكيه گاه از زمين بلند مي كند و به مقايسه ي نيروي به كار گرفته شده مي پردازد تا به نتيجه برسد.

يك سطح شن يا جسم سنگيني را با كمك ميله و تكيه گاه جابه جا مي كنيم، يك بار تكيه گاه را به جسم نزديك مي كنيم و بار ديگر محل اثر نيرو را در ميله تغيير مي دهيم و مقدار نيروي لازم را براي بالا بردن جسم مقايسه مي كنيم.

براي به تعادل رساندن يك خط كش آويزان راه هاي مختلفي را پيشنهاد و آن ها را آزمايش مي كنيم.

اهرم هاي مختلف و قسمت هاي اصلي اهرم ساده را مشخص مي كنيم.

1- تكيه گاه 2- قسمتي كه به آن نيرو وارد مي كنيم. 3- قسمتي كه اهرم بر جسم نيرو وارد مي كند.

سطح شيبدار: مقداري وزنه را يك بار بدون استفاده از سطح شيبدار و بار ديگر با استفاده از سطح شيبدار بالا مي بريم و مقايسه مي كنيم.

هر چه طول سطح شيبدار بيشتر باشد بالا بردن اجسام راحت تر و نيروي كمتري لازم است.

استفاده از انرژي الكتريكي:

درباره ي انرژي الكتريكي و وسايلي كه با موتور الكتريكي كار مي كنند و محل قرار گرفتن آن ها در وسايل صحبت و اطلاعات جمع آوري مي كنيم.

ارزشيابي تكويني: پرسيدن چند سئوال از دانش آموزان در مورد درس جديد.

قسمت هاي مختلف يك اهرم را نام ببريد.

انواع ماشين را نام ببرند.

موتور الكتريكي را تعريف كنند و چند وسيله كه موتور الكتريكي دارند نام ببرند.

دادن تكليف: يك وسيله كه موتور الكتريكي دارد درست كنند.