اغلب مردم فکر می‌کنند سرعت پیشرفت تکنولوژی در طول قرن اخیر افزایش یافته، در حالی که واقعا این طور نیست، بلکه فقط سرعت انتشار و گسترش مسائل مربوط به تکنولوژی بیشتر شده است. در واقع بشر پیشرفت غیرمنتظره‌ای نداشته است. پیشرفت‌های سه قرن اخیر در مقایسه با پایده‌های قرن بیستم مانند تلفن، اتومبیل، هواپیما، تلویزیون، آنتی‌بیوتیک‌ها و رایانه که ظهوری انفجار گونه داشتند، حال کم رنگ شده است. امروز مردم و دولتها دیگر به پیشرفت‌های تکنولوژیکی توجه چندانی ندارند، در حالی که نانو تکنولوژی پتانسیل عظیمی برای غافلگیر کردن آنها دارد که هیچ‌کس آماده آن نیست . در واقع پس از انقلاب‌های کشاورزی و صنعتی، اینک انقلاب نانو تکنولوژی که ماهیت چند رشته‌ای دارد، سیمای جهان را به سرعت تغییر خواهد داد. هم‌اکنون نیز تکنولوژی اطلاعات (IT) زندگی مردم را به ویژه در کشورهای توسعه یافته دگرگون کرده است. خط شکنی‌هایی که در تکنولوژی مواد و نانو تکنولوژی روی می‌دهد، این دگرگونی‌ها را روز به روز تشدید خواهد کرد. این تکنولوژی‌ها نه تنها تاثیرات عمیقی بر زندگی انسان دارند، بلکه انقلاب نانوتکنولوژی را به انقلابی چند رشته‌ای تبدیل خواهند کرد. تکنولوژی مواد و نانوتکنولوژی از این جهت که در حال حاضر پیشرفته ترین فناوری بشری است و تحولی عظیم در تمامی حوزه‌ها ایجاد می‌کند در زمره تکنولوژی‌های استراتژیک است و اهمیت آن کمتر از تکنولوژی هسته‌ای نخواهد بود. نانو تکنولوژی را باید اولویت بی‌چون و چرای آموزش، پژوهش، فناوری و صنعت در آینده دانست. به عقیده صاحبنظران، مرزبندی آینده میان کشورها بر مبنای میزان توانمندی آنها در این عرصه، سهمی خواهد بود که از تولیدات نانو تکنولوژی جهان دارند.
تعریف نانو تکنولوژی نانو تکنولوژی روش مناسبی برای ساخت و سرهم‌بندی اتم‌ها، مولکول‌ها، مواد، قطعات و سیستم‌های مفید، دارای حداقل یک بعد در مقیاس نانومتر (nm) و بهره‌برداری از خصوصیات، ویژگی‌ها و پدیده های جدید حاصله در آن مقیاس است. کلیه محصولات و فرآورده‌های مادی موجود در جهان هستی از قرار گرفتن منظم و هدفمند اتم‌ها (کوچک ترین واحد اجزای سازنده مواد) در کنار هم به وجود آمده‌اند. هر چه تسلط و آگاهی انسان به رفتار و خصوصیات واحد سازنده مواد یعنی اتم بیشتر شود، امکان کنترل کلیه خصوصیات آن مانند نقطه ذوب، ظرفیت شارژ، خواص مغناطیسی و ... افزایش خواهد یافت. در این فضا، مواد و سیستم‌ها به خاطر اندازه‌شان می‌توانند به طور منطقی طراحی شوند و دارای خصوصیات و رفتارهای زیستی، شیمیایی و فیزیکی جدید و بهبود یافته باشند، بنابراین نانوتکنولوژی می‌تواند در آینده ای نه چندان دور، امکان تولید کلیه فرآورده‌های مورد نیاز بشر را با کیفیت بسیار بالا و هزینه فوق‌العاده پایین فراهم کند. هدف نانوتکنولوژی ساخت مولکول به مولکول مواد در آینده است. همان‌طور که وسایل مکانیکی به ما اجازه می‌دهند که چیزی فراتر از نیروی فیزیکی خود به دست آوریم، علم نانو و تولید در مقیاس اتمی هم، سبب می‌شود تا بتوان پا را فراتر نهاده و از محدودیتهای طبیعی مربوط به ابعاد و اندازه رها شده و درست روی واحدهای ساختاری مواد کار کنیم. جایی که خواص آنها مشخص می‌شود و با تغییر در آن واحدها می‌توان خواص مواد را تعیین کرد.
مقیاس نانومتر یک نانومتر یک میلیاردم یک متر است. این اندازه تقریبا چهار برابر قطر یک اتم منفرد است. در مقایسه یک جسم نانومتری با اندازه‌ای حدود 10 نانومتر، هزار برابر کوچکتر از قطر یک تار موی انسان است. کوچک‌ترین IC های امروزی با ابعادی در حدود 250 نانومتر در هر لایه به ارتفاع یک اتم، حدود یک میلیون اتم را در بردارند البته نانو nano یک پیوند علمی به معنای یک میلیاردم است، مقیاسی که در آن اتم‌ها با هم ترکیب شده و مولکول‌ها روی هم اثر متقابل دارند و راز تولید و تنواع مواد و خواص آنها نیز در همین ابعاد کوچک نهفته است .
روند نانو تکنولوژی در جهان - سخنرانی مشهور فیمن برنده جایزه نوبل (فضای فراوان در پائین) - 1959 - ثبت اولین دستگاه الکتریکی مولکولی - 1974 - تهیه اولین رشته کربنی نانومتری - 1975 _ اختراع میکروسکوپ تونل زنی مرورگر(stm) -1981 _ ارائه اولین مقاله علمی نانوتکنولوژی مولکولی توسط درکسلر-1981 _ کشف توپ های باکی بال یا کربن 60-1985 _ اختراع میکروسکوپ نیروی اتمی -1986 _ اولین ترانزیستور منفرد - 1987 _ کشف نانوتیوپ چند جداره -1991 _ کشف نانوتیوپ تک جداره- 1993 _ اختراع سیستم مولکولی «چرخ و ترمز» توسط پروفسور کلی-1994 _ تولید سریع هیدورژن از مواد خام موجود در طبیعت- 1998 _ ایده رایانه DNA توسط دکتر لئونارد آولین، این رایانه مولکولی هوشمند توانست کوتاه ترین مسیر را که هفت شهر را به هم متصل می کرد به درستی شناسایی کند- 1998 _ اولین میکروماشین دستگاه توزیع انسولین-2002
شاخه‌های دربرگیرنده علم نانو با توجه به تعاریف نانوتکنولوژی می توان دریافت که نانوتکنولوژی یک رشته جدید نیست، بلکه فضا و رویکردی جدید در تمام رشته هاست. برای نانوتکنولوژی کاربردهایی را در حوزه های مختلف از جمله غذا، دارو و تشخیص پزشکی و بیوتکنولوژی تا الکترونیک و رایانه، ارتباطات، حمل و نقل، انرژی، محیط زیست، مواد، هوا فضا و امنیت ملی برشمرده اند. بنابراین علم نانو به علت طبیعت چند رشته ای آن نیاز به گروه هایی از رشته های شیمی، فیزیک، علم مواد و مهندسان دارد تا به عنوان یک رشته گسترش یابد، تنها در مورد مهندسی شیمی زمینه های مرتبط زیر وجود دارد: 1- مهندسی خاک 2- مهندسی پزشکی 3- مهندسی فرآیند(نفت و گاز و پتروشیمی) 4- داروسازی 5- چوب و کاغذ 6- فناوری پودر 7- فناوری ذرات 8- مواد پیشرفته 9- کاتالیست 10- محیط زیست 11- مهندسی مخازن 12- پلیمر 13- بیوتکنولوژی 14- نیمه هادی ها(سنسورها و تزانزیستورها) 15- پزشکی 16- کشاورزی
اهمیت مقیاس نانو و فواید نانوتکنولوژی خواص مواد ناشی از اثر متقابل اتم ها و مولکول‌ها و جابه جایی آنها در مقیاس بسیار کوچک اتمی (نانومتر) است. به همین دلیل مقیاس نانومتر از اهمیت بسیاری برخوردار است. با تولید ساختارهایی در مقیاس نانومتر، امکان کنترل و هدایت خواص ذاتی مواد از جمله دمای ذوب، خواص مغناطیسی، ظرفیت بار و حتی رنگ مواد بدون تغییر در ترکیب شیمیایی و بسیاری از رفتارها و خواص دیگر به وجود می آید. مفاهیم جدید نانوتکنولوژی چنان وسیع و گسترده است که پیش بینی تغییرات آن در آینده چندان ساده نیست. اما با اطمینان می توان گفت که نانوتکنولوژی فرصت های فراوانی را در تمام زمینه ها از جمله ساخت مواد در اختیار ما قرار خواهد داد. این فرصت ها همان طور که در تصویر زیر مشاهده می شود در حال حاضر خیلی گسترده نیست ولی در آینده با پیشرفت این تکنولوژی بی شمار خواهد بود.
عواقب نادیده گرفتن نانو به دلیل قدرت خارق العاده نانوتکنولوژی در آینده نه چندان دور این تکنولوژی قابلیت بی ارزش کردن بدهی ها و دارایی‌های هر کشوری را دارد. یکی از نگرانی‌های کشورها باید به سمت یافته های نانو باشد و آنها باید اقتصاد خود را با این موضوع مهم تطبیق دهند. در صورت سرمایه گذاری در زمینه این تکنولوژی و دستیابی به دستاوردهای آن، بعضی کشورها می توانند به وسیله نانوتکنولوژی (نانو اسمبلرها و نرم افزارهای مناسب) برخی کالاهای مصرفی را بسازند؛ در این صورت کشورهای بزرگ تولید کننده و صادر کننده همچون ژاپن، آمریکا و اروپا نیز مورد تهدید واقع می شوند. نفت عملا بی ارزش خواهد شد و کشورهای تولیدکننده نفت و اوپک دچار بحران اقتصادی خواهند شد. الماس به صورت مصنوعی به طور انبوه تولید خواهد شد و در هر لحظه برای ساختن مواد معدنی و طلا می توان منبعی به ارزانی دریا را مورد استفاده قرار داد. در واقع در آینده دیگر مواد اولیه ارزش بسیار کمی خواهند داشت و تنها علم و تکنولوژی است که مرز بین کشورهای توانمند و ناتوان را مشخص خواهد کرد. نکته مورد توجه در خصوص نانوتکنولوژی راهبردی بودن آن است زیرا نانو تمامی علوم را تحت تأثیر خود قرار خواهد داد و در حقیقت در آینده فضای دیگری برای علم تعریف خواهد شد و بدون وارد شدن در این فضا حتی زندگی کردن هم مشکل خواهد بود. گفته می شود که در آینده کشورها به دو قسمت تقسیم می شوند: کشورهای دارای تکنولوژی نانو و کشورهای فاقد تکنولوژی نانو در چنین فضایی کشورهای فاقد این تکنولوژی هیچ قدرت و اعتباری ندارند و به شدت تحت سلطه خواهند بود. متأسفانه حاصل اغلب تکنولوژی‌های نوین، ابتدا در کاربردهای نظامی تبلور پیدا می کند و اگر به این مسئله توجه نشود در آینده ای نه چندان دور، مشکلات امنیتی بسیار بیش تر و فراتر از مسئله انرژی هسته ای برای کشور پیش خواهد آمد. اما نوظهور بودن این دانش و تکنولوژی، خود حکایت از نبود شکاف و فاصله قابل توجه علمی و فاصله کم ما با کشورهای توسعه یافته دارد. در واقع این بهترین فرصت برای ما و کشورهای دیگر است تا عقب ماندگی های فراوان خود را از کشورهای توسعه یافته به یک باره جبران کرده و در عرصه رقابت های بین المللی تأثیرگذار باشیم. کشور ما نیز اگر خواهان پیشرفت، توسعه، خودکفایی و حضور قدرتمند در عرصه جهانی است باید هر چه سریع تر مانند کشورهایی چون کره، تایوان و چین به جرگه پیروان شتابان تحقیق و توسعه نانوتکنولوژی ملحق شود.
دورنمای فعالیت های نانو در ایران و جهان امروزه نانوتکنولوژی نزد دولت ها بسیار مورد توجه قرار گرفته است. زیرا نقشی که این تکنولوژی در آینده سیاسی و اقتصادی دنیا خواهد داشت بر تمامی سیاستمداران و صاحبان سرمایه روشن است. نگاهی کوتاه به بودجه تحقیقاتی کشورهای مختلف در این زمینه و پیش بینی بازار این تکنولوژی در آینده نه چندان دور، بیانگر آن است که جهان در قرن 21 عزمی جدی برای استفاده از پتانسیل عظیم این تکنولوژی دارد.
بودجه دولتی میزان سرمایه گذاری دولتی در کشرهای پیشرفته برای تحقیق و توسعه در زمینه نانوتکنولوژی بسیار چشمگیر است. این میزان بودجه نشان دهنده توجه دولتها به نانوتکنولوژی در این کشورهاست. در حال حاضر بسیاری از کشورها در عرصه نانوتکنولوژی در سطح ملی دارای فعالیت یا برنامه هستند. به طوری که سرمایه‌گذاری های دولتی در علوم و تکنولوژی نانو بین سال های 1997 تا 2003 به طور متوسط بیش از هفت برابر شده و از 423 میلیون دلار به 3024 میلیون دلار رسیده است. در این بین ژاپن و آمریکا و اروپای غربی بیشترین سهم را در این سرمایه گذاری ها داشته اند. هم اکنون بیش از 30 کشور در این زمینه فعال هستند و برنامه های متعددی برای توسعه نانوتکنولوژی تدارک دیده اند. در این میان حضور کشورهای در حال توسعه در این عرصه نمایانگر درک اهمیت نانو در میان تمامی کشورهاست. جدول 2 بودجه برخی از کشورهای آسیایی را در این زمینه نشان می دهد. جدول 2- بودجه نانوتکنولوژی در آسیا در سال 2002 کشور مبلغ(میلیون دلار) چین 200 تایوان 111 کره 150 سنگاپور 40 کشورهایی نظیر چین، تایلند، استرالیا، کره، سنگاپور و تایوان با اختصاص بودجه مناسب، برنامه های کوتاه مدت، میان مدت و بلند مدت متعددی (5 یا 10 ساله) را در زمینه های مختلف نانو تدارک دیده اند. البته هر کشوری در زمینه خاصی به این مقوله می پردازد. مثلا نقطه قوت چین در زمینه نانو پروب‌ها و نانو لوله‌هاست. تایوان تحقیقات خود را در زمینه ریزه سازی مدارهای الکترونیک جهت داده است. کره جنوبی تکنولوژی های پیشرفته برای زیرساخت های اطلاعات رایانه را هدف قرار داده است. تأکید اصلی کره روی دستگاه های نیمه هادی در مقیاس نانو و به خصوص نانو ساختارهای کوانتومی نیمه هادی، تنظیم کننده ها، سوئیچ ها و دستگاه‌های منطقی، دستگاه‌های تونل زنی و... می باشد. ایران در این خصوص با تأخیری چند ساله مواجه بوده است. اما در سال 2004 با تصویب بودجه تقریبا مناسب (حدود 23/5 میلیون دلار) حرکت خود را آغاز نموده است. هر چند این میزان بودجه در مقایسه با کشورهای در حال توسعه کم و در مقایسه با کشورهای پیشرفته ناچیز است اما با یک برنامه ریزی صحیح، منسجم و اصولی و با استفاده از تمامی امکانات و پتانسیل های موجود در کشور می توان شروعی خوب و امیدوارکننده داشت. همان طور که قبلا ذکر شد بودجه مصوب نانوتکنولوژی ایران در سال 1383 بالغ بر 5/23 میلیون دلار بوده است که به دلیل ناهماهنگی های موجود در سیستم، اولین تخصیص بودجه این سال در آبان ماه انجام شده است. ضمنا بودجه پیشنهادی برای سال 2005 میلادی (سال 1384) با کاهش 5/23 درصدی به حدود 9/17 میلیون دلار (156 میلیارد ریال) تقلیل یافته است. این در حالی است که اغلب کشورها سال به سال بودجه خود را در این زمینه افزایش می دهند. اختصاص بودجه در ردیف متفرقه، تخصیص بسیار دیرهنگام بودجه و نیز کاهش آن برای کشوری که چند سالی را در این میان از دست داده بسیار تأسف انگیز و دور از انتظار است.
انتشارات و اختراعات در خصوص فعالیت های علمی نیز امریکا و ژاپن پیشتاز هستند. معمولا برای ارزیابی قابلیت‌های نانوتکنولوژی، دو مورد از مهمترین شاخص های ارزیابی، تعداد مقالات علمی و تعداد اختراعات ثبت شده می باشد. مقالات شاخص فعالیت های علمی و اختراعات شاخص قابلیت انتقال نتایج علمی به کاربردهای عملی است. در جدول 4 اگر ستون 1 و 2 که اطلاعات آماری را به صورت خام ارائه می‌دهند در نظر گرفته شوند در هر دو مورد امریکا مقام اول را کسب می‌کند؛ اما اگر این اطلاعات به صورت نرمال ارائه گردند، با تقسیم تعداد انتشارات و اختراعات بر جمعیت کشور، امریکا به مقام شش و چهاردهم تنزل می‌کند (ستون 3 و 4). در سال 2000 نیز سهم مقالات نانو تکنولوژی در کل مقالات دنیا 2 درصد بوده که در سال 2004 به 5/3 درصد رسیده است. این مقدار در مورد ایران از 5/0 درصد در سال 2000 به 5/1 درصد در سال 2004 رسیده است. به طور کلی در دنیا در سال 2003 افت نسبی در رشد مقالات نانو تکنولوژی نسبت به کل مقالات مشاهده می‌شود، که در ایران این افت محسوس‌تر است. همان طور که در جدول 5 مشاهده می‌شود در رده‌بندی کشورهای جهان براساس تعداد مقالات منتشره در خصوص نانو نکنولوژی در سال 2004 نیز ایران با 4 پله صعود نسبت به سال 2003 با 53 مقاله در رته 43 دنیا قرار دارد. در این سال امریکا، چین و ژاپن به ترتیب با 8688، 5872 و 4597 مقاله در مقام‌های اول تا سوم قرار دارند. جدول 5. رتبه کشورهای جهان براساس تعداد مقالات منتشره در خصوص نانو تکنولوژی در سال 2004 میلادی ردیف - کشور - تعداد مقالات - رتبه 1- امریکا - 8688 - 1 2- چین - 5872- 2 3- ژاپن - 4597 - 3 4- آلمان - 3447 - 4 5- انگلستان - 1890- 5 6- کره شمالی - 1850 - 6 7- روسیه - 1674 - 7 8- ایتالیا - 1365 - 8 9- هند 1135 - 9 10- اسپانیا 1022 - 10 11- تایوان 907 - 11 12- کانادا 867 - 12 13- لهستان 710 - 13 14- سوئیسن 680 - 14 15- هلند - 655 - 15 16- استرالیا - 557 - 16 17- سودان - 539 - 17 18- سنگاپور - 535 - 18 19- برزیل - 510 - 19 20- بلژیک - 458 - 20 21- اسرائیل - 363 - 21 22- اتریش - 326 - 22 23- مکزیک - 318 - 23 24- واکراین - 295 - 25 25- گرجستان - 259 - 24 26- دانمارک - 230 - 26 27- فنلاند - 225 - 27 28- جمهور چک - 224 - 28 29- مجارستان - 221 - 29 30- ایرلند - 207 - 30 31- یونان - 119 - 31 32- روانی - 186 - 32 33- پرتغال - 177 - 33 34- ترکیه - 174 - 34 35- آرژانتین - 126 - 35 36- بلغارستان - 95 - 36 37- اسلواکی - 86 - 37 38- اسلوونی - 77 - 38 39- نروژ 74 - 39 40- نیوزیلند 72 - 40 41- لیتوانی 56 - 41 42- کرواسی - 55 - 42 43- ایران 53 - 43 44- آفریقای جنوبی 51 - 44 45- تایلند - 47 - 45 46- شیلی - 46 - 46 47- مالزی 47 - 46 48- مصر 42 - 48 49- تونس 37 - 48 50- الجزایر - 35 - 49 لازم به ذکر است که علی‌رغم افزایش تعداد مقالات نانو فناوری ایران طی چند سال گذشته، سرعت افزایش آن کمتر از سرعت تولید علم در سطح کشور و همچنین کمتر از سرعت رشد نانو فناوری در جهان است. البته تحقیقات و پژوهش‌ها در نانو تکنولوژی در هر کشوری متفاوت و متناسب با زمینه‌های تخصصی آن کشور است.
بازار نانو تکنولوژی نانو تکنولوژی صنعت یا بازاری مانند بیوتکنولوژی نیست. نانو تکنولوژی فناوری توانمندی است که مهمترین ویژگی آن در آینده، ایجاد تحولاتی عظیم در علوم، صنایع و بازارهای موجود خواهد بود. بسیاری از فرصت‌های کسب و کار مربوط به نانوتکنولوژی هنوز ایجاد نشده‌اند یا در مرحله توسعه می‌باشند. این گونه فرصت‌ها نیازمند سرمایه گذاری است. با نگاهی اجمالی به پیش‌بینی بازارهای آتی نانو تکنولوژی می‌توان پی به پر رونق بودن آن در آینده برد که مشوق اصلی برای سرمایه گذاران در این زمینه خواهد بود. همان طور که در جدول زیر ملاحظه می‌شود تا سال 2015 بازار مواد وابسته به نانوتکنولوژی از مرز یک تریلیون دلار خواهد گذاشت. این بازار گسترده توجه تمامی صاحبان سرمایه را به خود جلب کرده است.
نتیجه‌گیری نبود شکاف عمیق بین کشورهای توسعه نیافته با کشورهای پیشرو و عدم شکل گیری شبکه‌های جهانی غیر قابل نفوذ (انحصار تکنولوژیک) فرصت بسیار مناسبی را برای کشورهای جهان سوم و توسعه نیافته ایجاد کرده است تا در تمامی زمینه‌ها فاصله‌های خود را با کشورهای پیشرفته دنیا از بین ببرند. در حال حاضر به دلیل جلب نشدن توجهات جهانی به کاربردهای نظامی نانو این فرصت بسیار مغتنم و ارزشمند است زیرا در غیر این صورت همانند تکنولوژی هسته‌ای محدودیتهای فراوانی برای دستیابی به این تکنولوژی گرانبها و حیاتی به بهانه کاربردهای نظامی برای کشور ما و دیگر کشورهای جهان سوم (از طرف قدرت‌های استعماری) ایجاد خواهد شد. تردیدی وجود ندارد که توانایی‌های این تکنولوژی در تمامی عرصه‌ها از جمله کاردبردهای نظامی، تکنولوژی‌های فعلی را بی‌اثر و منسوخ و پیش پا افتاده خواهد ساخت. و علاوه بر مسائل امنیتی و دفاعی، تاثیر شگرف و غیر قابل تصوری بر زندگی و سلامت عموم، رشد و گسترش صنایع، رونق اقتصاد کشورهای جهان و ... خواهد داشت. در مقابل، در صورت عدم توجه به این تکنولوژی و پیشرفت‌ها و تلاش‌های جهانی برای رسیدن به آن به دلیل ناچیز بودن فرصت باقیمانده جهت مشارکت در عرصه‌های بین‌المللی نانو، با مشکلات عدیده و بسیار مهمی از جمله تحریم‌های موجود در زمینه تجهیزات علیه ایران، به خطر افتادن اقتدار کشور، فقدان دستاوردهای اقتصادی، از رده خارج شده اغلب صنایع کشور (که در شرایط کنونی کهنه و فرسوده محسوب می‌شوند) و مسائل زیست محیطی پیچیده رو به رو خواهیم شد. نگاهی به آمار و ارقام مربوط به بودجه بخش دولتی کشورهای مختلف در زمینه تحقیقات نانو و نیز آینده بازار جهانی نانو تکنولوژی نشان می‌دهد که نانو تکنولوژی در ایران نیاز به توجه بیشتر در تمامی زمینه‌ها دارد. شناسایی امکانات و پتانسیل‌های موجود در این زمینه اختصاص بودجه در خور و شایسته جهت استفاده از پتانسیل‌های موجود و افزایش آن و نیز فراهم آوردن زیر ساخت‌های لازم برای ایجاد و گسترش این تکنولوژی و تدوین برنامه‌های ملی نانو تکنولوژی از اهم اولویت‌ها می‌باشد. |