دانلود مقاله علوم محاسباتی و علم نانو

یکی از کاربردی ترین و مولدترین زمینه ها در علوم محاسباتی، کاربرد آن در شاخه های علوم مولکولی و نانوفناوری است.

این زمینه ها در کنار هم و در کنار علومی چون بیولوژی مولکولی ، ژنتیک مولکولی، فناوری اطلاعات و علوم شناختی ارکان انقلاب صنعتی-علمی را تشکیل می دهند.

اشتراک بین این 4 رکن در آینده نزدیک ،به خلق فناوری همگرای فوق العاده ای منجر می شود که بوجود آمدن سیستم ها و ابزار و مواد هوشمندی را نوید می دهد؛ که ازپایین به بالا، اتم به اتم و مولکول به مولکول چیده شده و این در بر دارنده تمام کاراکترها، عملکردها و مکانیزم های پیچیده در سیستم های هوشمند زنده مانند حافظه، تعمیر خود به خود، تکثیربرنامه ریزی شده بی نقص، خود چیدمانی و خود سازماندهی می‌باشد.

همگرایی در مقیاس نانو رخ می دهد؛ جایی بنیادین که در آنجا بلوک های ساختمانی پایه، اعم از فیزیکی، بیلوژیکی و مواد هوشمند در کنار هم قرار می گیرند.

نانوساختارها (یعنی اندازه ای بین 1 تا 100 نانومتر) چیده می شوند و قوانین میکروسکوپی چیدمان، ساختار قرارگیری زیر لایه ها را کنترل می کنند.

در نهایت علوم محاسباتی و فناوری نانو با هم دانشی عالی را برای دستکاری و اصلاح ساختاری مواد در سطوح اتمی و هسته ای، بوجود آورده و چگونگی امکان کنترل کامل روی شکل گیری، عملکرد و خواص آنها را به عنوان مواد جدید هوشمند در اختیار ما می گذارند.

باکمک علوم نانو محاسبات اکنون می توانیم روی یک تک اتم در یک سیستم پیچیده مولکولی سوار شده و به بررسی تعاملات ذرات آن بپردازیم، نظربه اینکه این سیستم نانومتری می تواند جامد، سیال، گاز، یک پروتئین DNA و یا یک ویروس باشد که در فاز خود از یک میکرو حالت به میکرو حالتی دیگر سویچ کرده و نتایج محاسباتی معنی داری را برای خواص قابل مشاهده بدست دهد.

مثال این آزمایش مفید در تصاویر زیر آمده؛ جایی که توزیع یک شکافت دینامیک در یک لایه اتمی به تصویر کشیده شده است.

رنگ ها نشان دهنده فشار در تراز مولکولی هستند بدین ترتیب که رنگ آبی کمترین و رنگ قرمز بیشترین فشار را نشان می دهد.

موتورهای پروتئینی برائونی که از انواع آن می توان کینسین ها و میوسین ها(انتقال دهنده های غذا به داخل سلول های بدن) را نام برد و موتور چرخنده ATPase که برای سلول ها تولید سوخت ATP می کند ،جزسیستم هایی هستند که در چندین بخش دچار تغییر شده اند و بر اساس دینامیک لانژوین بهترین مثال برای کاربرد مدل سازی محاسباتی در سیستم های نانو بیولوژیکی هستند.

شبیه سازی در مقیاس های بزرگ در بخش نانو هم اکنون در کشورهای آمریکا، ژاپن و اروپا در حال انجام است.

علاوه بر شبیه سازی مبتنی بر دینامیک کلاسیک، ما اکنون شاهد وقوع انفجاری در کاربردهای کوآنتم مکانیکی بر پایه روش های شبیه سازی برای طراحی مواد جدید وسیستم های کوچک که شامل چدین تن اتم می باشند هستیم.

وقتی شبیه سازی انجام می شود داده های خروجی به سادگی به چشم می آیند و دیدی عمیق را نسبت به عمل شبیه سازی در اختیار محققان قرار می دهند.

به عنوان یک نتیجه ابزار بصری در حال ورود به انقلابی در کاربردهای خود می باشند.

دید خوب نسبت به نتایج، به ما امکان تصحیح فیزیک پایه را بوسیله دستیابی سریع به تغییر شکل های تحمل شده توسط سیستم می دهد.

در سطوح بین المللی علوم محاسباتی افق های جدیدی را برای کشورهای در حال توسعه بوسیله منابع و تعدیل مصارف روشن کرده است تا بتوانند در سطح جهانی نقش آفرین باشند.

در ایران انستیتو تحقیقات علوم پایه (IPM) که در سال 1989 تاسیس شد، موسسه پیشگام در این زمینه بوده و در چندین شاخه از علوم پایه مانند فیزیک پلاسما، علوم نانو، پردازش تصویر، ریاضیات محاسباتی و مدل سازی پدیده ها در فیزیک ذرات با استفاده از داده های CERN فعالیت می کند.

ما اکنون از این شادمان هستیم که می بینیم علوم محاسباتی در ایران با استقبال از سوی مراکز علمی همچون دانشگاه ها روبرو شده و در حال تبدیل به شاخه ای مستقل است.

جلبک ها درخدمت نانوگیاه پزشکی جلبک ها با قدمتی بالغ بر 40 میلیون سال در مقایسه با دیگر رستنی ها توانسته اند مقام نخست را از نظر تولید انرژی و همچنین مواد تجدیدشونده بویژه در دنیای نانو، کسب کنند.

نانولوله های کربنی؛ خواص و کاربرد مواد ساخته شده از نانو لوله های کربنی می توانند به طور ریشه ای و پایه ای و به طرز اساسی جرم ساختاری را کاهش دهند, وسایل الکتریکی مورد استفاده را ریزتر و کوچکتر بسازند و مصرف انرژی را نیز کم کنند.

نانوسرامیک قسمت اول نانوفناوری را هم از نظر شاخه های علمی و فنی آن و هم از نظر کاربردهای صنعتی می توان دسته بندی نمود که یکی دیگر از آنها نانوسرامیک ها هستند.

نانوپودر ه نانوفناوری را هم از نظر شاخه های علمی و فنی آن و هم از نظر کاربردهای صنعتی می توان دسته بندی نمود که یکی از آنها ساخت نانوپودرهاست.

نانوسیم ها و درمان سرطان پروستات سرطان پروستات عبارت است از وجود سلولهای سرطانی در پروستات که به علت افزایش ترشح اندروژن و غدد فوق کلیوی رخ داده و باعث انسداد در دستگاه ادراری می شود.

نانوفناوری و کروماتوگرافی کروماتوگرافی راهی است برای تشخیص اجزا در ابعاد نانومتری، با دقتی در حد و اندازه مولکولی و مدتها پیش از شکلگیری فناوری نانو، برای شناسایی مواد به کار میرفت.

نانو ربات های سه بعدی در لباس سربازان ضد سرطان در این مقاله به بررسی چگونگی عملکرد فناوری نانو در پزشکی پرداخته شده است.

درآمدی بر نانو ذرات نانوذرات از ده ها یا صدها اتم یا مولکول و با اندازه ها و مورفولوژی های مختلف (آمورف، کریستالی، کروی شکل، سوزنی شکل و ...) ساخته شده است.

کاربرد نانو مواد در صنعت بتن همانطور که می دانیم نانوفناوری دانشی میان رشته ای است و در صنایع مختلف از جمله ساختمان کاربرد دارد که در این مقاله به بررسی کاربرد آن در ساخت بتن می پردازیم.

علوم محاسباتی و علم نانو انقلاب علمی پیش روی ما در حال پی ریزیست و در این راستا علوم نانو و علوم محاسباتی دو اساس مهم را تشکیل می دهند، از این رو بررسی ارتباط آنها مهم می نماید.

علوم محاسباتی، سومین شاخه از پژوهش وقتی یکی از برترین ژورنال های ریاضی جهان به نام Mathmatical Intellingencer را که در سال 2007 در زوریخ کشور سوئیس به چاپ رسیده است ورق می زنیم، به مقاله ای بر می خوریم که نویسنده آن یک دانشمند ایرانی به نام پروفسور هاشم رفیع تبار است.

نانوکامپوزیت ها کامپوزیت ترکیبی است که از لحاظ ماکروسکوپی از چند ماده متمایز ساخته شده باشد، به طوری که این اجزاء به آسانی از یکدیگر قابل تشخیص باشند.

نانو مواد و دسته بندی آنها قسمت دوم قسمت دوم این مقاله به معرفی هریک از انواع نانومواد می پردازد.

نانوپزشکی نانوپزشکی همانطور که می دانیم نانوفناوری یک علم میان رشته ای است و پزشکی یکی از زمینه هایی است که نانوفناوری نقش متحول کننده ای در آن داشته و در آینده نیز بیشتر خواهد داشت.

نقش نانوفناوری در توسعه صنعت مغناطیس یکی از حوزه های نانو که انتظار می رود اثر فراوانی بر پیشرفت صنعت داشته باشد مغناطیس است .

نانو مواد و دسته بندی آن ها نقش مهم نانو مواد در زندگی امروز و لزوم معرفی آن مارا بر آن داشت تا به معرفی این دسته از مواد بپردازیم.

فناوری نانو و خودروهای امروز گوشه ای از تاثیرات فناوری نانو در صنعت خودرو...

نانوبیو/بیونانوفناوری چیست؟

نانوبیوفناوری در واقع محل تلاقی مهندسی زیستی و غیرزیستی برای حل مشکلات جدی بیولوژیکی ...

نانوالکترونیک نانو الکترونیک یکی از پرکاربردترین شاخه های فناوری نانو می باشد که در سال های اخیر پیشرفت زیادی داشته و به کمک شاخه های دیگر علم آمده است.

محصولات و بازار فناوری نانو معرفی محصولات تولیدی برتر سال 2005 با بهره گیری از علم نانو کوچک زیباست نانوفناوری از یک کلمه یونانی به معنی کوچک تر از اندازه معمول گرفته شده است.

نگاهی به روند نانوفناوری و کاربردهای آن در این مقاله به معرفی مختصر فناوری نانو و نگاهی به کاربردها و اقسام محصولات آن پرداختیم.

دارورسانی وفناوری نانو مهندسی ذرات و دارو رسانی نوین از مهم ترین فصل های مشترک دارو رسانی با فناوری نانو است، به علت پیشرفت در روندهای ساخت ذرات و فرمولاسیون های دارویی امکان دارو رسانی فرآورده های جدید که عمدتا از نوع پپتیدها و پروتئین ها می باشند امکان پذیر شده است.

نانوتکنولوژی (بخش سوم - کاربرد نانو در صنایع سنگین، فناوری اطلاعات و کالاهای مصرفی) - مواد سبک‌تر و با استحکام بیشتر کاربردهای وسیعی در سازه‌های حمل و نقل، هوانوردی و نیز در فضانوردی دارند.

- در فناوری اطلاعات نوین، دستگاههای الکتریکی آنالوگ قدیمی به وسیله‌ی دستگاه‌های الکترونوری یا نوری جایگزین می‌شوند.

زیرا این دستگاه‌ها به ترتیب پهنای باند و ظرفیت بیشتری نسبت به دستگاه‌های قبلی دارند.

- نانوتکنولوژی به سرعت بازار کالاهای مصرفی را با تولید محصولاتی با کارایی‌های نوین تحت سلطه‌ی خود در می‌آورد.

مطلب قبلی (نانوتکنولوژی در پزشکی، شیمی و انرژی) صفحه‌ی اصلی معرفی علوم جدید کاربرد نانو در صنایع سنگین برخی کاربردهای قطعی و اجتناب‌ناپذیر نانوتکنولوژی در صنایع سنگین است: هوانوردی مواد سبک‌تر و با استحکام بیشتر کاربردهای وسیعی در سازه‌های هوانوردی و نیز در فضانوردی دارند.

زیرا در هر دو مورد وزن شاخص مهمی در فرآیندها و دستگاه‌های هوانوردی و فضانوردی است.

پالایش‌گاه‌ها با استفاده از کاربردهای نانوتکنولوژی محصولات پالایش‌گاه‌ها (نظیر فولاد و آلومینیوم) با خلوص بیشتری تولید خواهند شد.

صنعت حمل و نقل مواد سبکی که در عین حال از استحکام خوبی هم برخوردار باشند، در صنعت حمل و نقل نیز به‌کار گرفته می‌شوند.

وسایلی که از این مواد ساخته شده باشند، هم سرعت بیشتری دارند و هم از امنیت بیشتری برخوردارند.

سازه‌های ساختمانی بتن یکی از مهم‌ترین سازه‌های ساختمانی است که هرچه مقاومت و نفوذپذیری آن بالاتر باشد، ‌مرغوب‌تر است.

با اضافه کردن نانوذرات ویژه‌ای به سنگ‌های متخلخل بتن و پخش یکنواخت این ذرات می‌توان بتنی با مقاومت بالا، نفوذپذیری کم و البته به طور قابل‌ملاحظه ای سبک تولید کرد.

کاربردهای نانو در فناوری اطلاعات و ارتباطات دستگاه‌های نیمه‌رسانای جدید دستگاه‌هایی که ساختار آنها بر اسپینوترنیک مبتنی است نمونه‌ای از به‌کارگیری نانوتکنولوژی در صنعت ارتباطات و فناوری اطلاعات است.

مقاومت ماده در برابر میدان خارجی که از اسپین الکترون‌ها ناشی می‌شود، مقاومت مغناطیسی نام دارد.

این مقاومت می‌تواند به طور قابل ملاحظه‌ای در اشیاء نانومقیاس تقویت شود.

این مقاومت مغناطیسی که به GMR موسوم است میزان چگالی ذخیره‌ای داده‌ها را در دیسک سخت افزایش می‌دهد.

نوع دیگری از مقاومت مغناطیسی، مقاومت مغناطیسی تونل‌زن (TMR) است و به دلیل وابستگی اسپین الکترون‌ها به تونل‌زنی آن الکترون از لایه‌های فرومغناطیس مجاور اتفاق می‌افتد.

اثرات GMR و TMR هردو می‌توانند در ساخت یک حافظه‌ی اصلی غیر فرار برای کامپیوترها مورد استفاده‌ی علمی قرار گیرند.

چنین کاربردی در ساختار حافظه دسترسی تصادفی مغناطیسی (MRAM) دیده می‌شود.

در فناوری اطلاعات نوین، دستگاههای الکتریکی آنالوگ قدیمی به وسیله‌ی دستگاه‌های الکترونوری یا نوری جایگزین می‌شوند.

در این عرصه بلورهای فوتونیک و نقاط کوانتومی دو موضوعی هستند که نتایج تحقیقات در باره‌ی آنها بسیار امیدبخش است.

بلورهای فوتونیک موادی هستند با یک متغییر تناوبی در شاخص انکساری با یک شبکه که نصف طول‌موج نوری است که مورد استفاده قرار می‌گیرد.

این بلورها شبیه نیمه‌رساناها عمل می‌کنند، با این تفاوت که نیمه‌رساناها با الکترون‌ها سروکار دارند ولی این بلورها با نور و فوتون‌ها.

کامپیوترهای کوانتمی تمام دستاوردهای جدید در زمینه‌ی کامپیوتر از قوانین کوانتم برای کامپیوترهای کوانتمی جدید استفاده می‌کند.

این کامپیوترها سبب کوتاه شدن زمان انجام الگوریتم می‌شوند.

کالاهای مصرفی نانوتکنولوژی به سرعت بازار کالاهای مصرفی را با تولید محصولاتی با کارایی‌های نوین تحت سلطه‌ی خود در می‌آورد: مواد غذایی نانوتکنولوژی در زمینه‌ی تولید، فناوری و بسته‌بندی محصولات غذایی مورد استفاده قرار می‌گیرد.

فرآیند پوشش توسط نانوکامپوزیت‌ها می‌تواند صنعت بسته‌بندی غذاها را دگرگون کند.

این روش بدین ترتیب انجام می‌شود که عوامل ضد میکروب به طور مستقیم در سطح لایه‌ی پوشش قرار می‌گیرند.

نانوکامپوزیت‌ها می‌توانند گذردهی گاز از میان فیلترهای مختلف را به فراخور شرایط و برحسب نیاز برای محصولات مختلف افزایش یا کاهش دهند.

ضمنا می‌توانند ویژگی های مکانیکی و مقاومت در برابر گرما را بهبود بخشند و نیز میزان عبور اکسیژن را کاهش دهند.

محصولات خانگی برجسته‌ترین کاربرد فناوری اطلاعات تولید شیشه‌ها یا سرامیک‌هایی با سطوح خودتمیزکن (Self-Cleaning) است.

ذرات نانو سرامیک همواری و مقاومت گرمایی ابزارهای متداول خانگی را بهبود می‌بخشد.

نور نانواپتیک امروزه می‌تواند دقت انواع اعمال جراحی بر روی چشم به کمک لیزر را افزایش دهد.

منسوجات با استفاده از نانوالیاف لباس‌های ضدآب، ضدلک و ضد چروک تولید می‌شود.

چنین لباس‌هایی نیاز به شستشوی کمتری و نیز نسبت به لباس‌‌های معمولی با آب با دمای کمتری شسته می‌شوند علمی زیبا جذاب و هیجان انگیز درباره فناوری نانو چه می‌دانید؟

تاریخچه اولین جرقه فناوری نانو در سال 1959 زده شد.

در