رودلف ديزل

Rudolf Diesel در سال 1858 در فرانسه متولد شد و كار خود را به عنوان يك كارشناس يخچال برقي آغاز كرد. براي مدت ده سال او روي موتورهاي حرارتي مختلفي، ازجمله موتور هوا با نيروي خورشيدي كار كرد. ايده‌هاي ديزل براي يك موتور وقتي احتراق در سيلندر رخ مي‌دهد در سال 1893 منتشر شد، يك سال بعد از آن كه براي اولين حق امتيازش درخواست داده بود. Rudolf Diesel امتياز 608845 را براي موتور ديزلي دريافت كرد. موتورهاي ديزلي امروزي، نسخه‌هاي تصحيح شده و بهبود يافته از مفاهيم اصلي Rudolf Diesel هستند. آنها اغلب در زيردريايي‌ها، كشتي‌ها، لوكوموتيوها و باركش‌هاي بزرگ و در دستگاه‌هاي توليدي برقي استفاده مي‌شوند.

اگرچه او بيشتر به خاطر اختراع موتور گرمايي اشتعالي با فشار كه اسم او را بر خود گرفته است، مشهور بود، Diesel هم‌چنين به عنوان يك كارشناس حرارتي و يك متخصص علوم اجتماعي قابل احترام بوده است. اختراعات Diesel سه نقطه مشترك دارند: آنها برمبناي قوانين يا فرايندهاي طبيعي فيزيكي به تبديلات گرمايي مربوطند. آنها مشخصاً درگير طراحي مكانيكي هستند و انگيزه ايجاد آنها در اصل فكر مخترع درباره نيازهاي جامعه‌شناسي بوده است. ديزل در واقع با انگيزة قادر ساختن صنعت‌گران مستقل براي رقابت در صنعت، به ايدة موتور ديزلي رسيده است.

در Augsburg در دهم اگوست 1983، مدل اوليه ديزل، يك سيلندر آهني ده فوتي با يك چرخ طيار در پايه‌اش، براي اولين بار با نيروي خودش به كار در آمد. ديزل دو سال ديگر را براي ايجاد اصلاحات گذراند و در سال 1896 مدل ديگري با كارآيي تئوري 75% در مقابل موتور بخار با كارآيي 15% معرفي كرد. در 1898، ديزل يك ميليونر بود. موتورهاي او براي دادن نيرو به خطوط لوله‌كشي، دستگاه‌هاي الكتريكي و آبي، اتومبيلها، باركش‌ها و كمي پس از آن در معدن‌ها، كارخانه‌ها، عرصه‌هاي نفتي و حمل و نقلهاي اقيانوسي استفاده مي‌شدند.

اختر فيزيک

 

چند وجهي هاي  افلاطوني

مجموعة اجسام منتظم از مشهورترين مجموعة چند وجهي ها در زمان باستان است. تائتتوس رياضيدان يوناني(369-415 ق.م ) اولين كسي است كه با آنها رياضي گونه برخورد كرد.افلاطون(347-427 ق. م ) دوست تائتتوس ،چند وجهي هاي منظم را با كيهان شناسي خود در آميخت.تيمائوس(كتاب افلاطون) در گفت گوي خود روي چهار عنصركه همه چيز از آنها تشكيل شده است،بحث مي كند. اجزاي زمين به شكل مكعب هستند و به حالتي استوار روي قاعده شان قرار دارند. اجزاي هوا كه هشت وجهي هاي منتظم هستند، و اگر روي رئوس مخالف قرار گيرند، به آزادي مي چرخند. اجزاي آتش ، چهاروجهي هاي منتظم هستند. اجزاي آب بيست وجهي و تقريبا" كروي هستند. و مانند مايعات مي توانند بغلتند. اجزاي تشكيل دهنده اتر 12 وجهي و بسيارسبك هستند. در قديم تصور مي شد تمام اجرام سماوي از مادة سبكي به نام اتر تشكيل شده اند كه خاصيت چرخندگي دارند.

در دوره رنسانس، زمانيكه نوشته هاي كلاسيك روم و يونان باستان با پشت سر گذاشتن سال هاي تاريك اروپادر دسترس قرار گرفت ، خداشناسان ، فلاسفه و دانشمندان كارهاي افلاطون و اقليدس را مورد مطالعه قرار دادند،و اين مطالعه ها علاقة آنها به چند وجهي ها بر انگيخت.

يوهانس كپلر آلماني(1630-1571 )آرزوي بزرگش در زندگي اين بود كه بتواند تئوري خورشيد مركزي را تكميل كند. او سادگي و هماهنگي اين تئوري را به صورت لذتي باورنكردني مي نگريست. براي كپلر چنان الگوهايي از انتظام هندسي و رابطه هاي عددي سر رشته اي بود براي شناخت انديشه خداوند او درصدد بود تا از راه تئوري خورشيد مركزي اين الگو ها را بيشتر نمايان كند در نخستين اثر بزرگ خود كوشيد تا ترتيب و فاصله مدارهاي سيارات را چنان كه كپرنيك محاسبه كرده بود به نحوي از طريق اشكال هندسي توجيه كند كپلر به دنبال دلايلي مي گشت تا دريابد چرا فقط شش سياره قابل رويت وجود دارد و چرا با چنين ترتيبي
قرارگرفته اند اينها مسائل ارزشمندي است كه حتي امروزه پاسخ دادن به آنها بسيار دشوار است. كپلر
فكر مي كردكه كليد حل اين مسائل در هندسه است.او به جستجويي ميان شش سيارة شناخته شده پنج چند وجهي منتظم برآمد. او با استفاده از روش آزمايش خطا راهي براي آرايش چند وجهي ها به دست آورد.كپلر چند وجهي هاي منتظم را به دستگاه كوپر نيك و سيارات وارد ساخت و از آنها براي توجيه ترتيب و اندازة مدار سيارات استفاده كرد. طرح او مانند شكل پشت جلد است. زحل در كرة خارجي حركت مي كند كه شامل يك مكعب است و يك كره در آن قرار دارد كه مشتري روي آن حركت ميكند وخود شامل يك چهار وجهي منتظم است كه كرة مريخ در آن قرار دارد.به همين ترتيب كرة مريخ شامل يك دوازده وجهي منتظم است،پس كرة زمين شامل يك بيست وجهي،كرة زهره شامل يك هشت وجهي و در نهايت كرة عطارد است. كپلركشف خود را اتحاد ميان عناصر زميني و آسمان ها ميدانست. او چنان از طرح خود به وجد آمده بودكه  از دوستش دوك خواست كه مدلي طلايي از چند وجهي هاي تودرتووكره ها براي نشان دادن طرح او به دنيا و توضيح جهان مرموز ساخته شود.كپلر مي نويسد من ابعاد مدارهاي سياره اي را براساس اخترشناسي كوپرنيكي در نظر گرفتم كه بر طبق آن خورشيد در مركز عالم ثابت است. و زمين هم به دور محور خود و هم به دور محور خورشيد مي چرخد، و نشان دادم كه اختلاف هاي مدار هاي آنها با پنج شكل منظم فيثاغورثي تطبيق مي كند.

ما امروزه مي دانيم كه اين آرايش كاملا تصادفي بوده است. براي كپلر اين الگو هم فاصلة سيارات
و هم شش عدد بودنشان را توضيح مي داد و همچنين آن يگانگي را كه كپلر در ميان مشاهده هاي هندسي و
علم جستجو مي كرد در برداشت.

نتيجه هاي كار كپلر كه  در سال1597 منتشر شد،تخيل و توانايي رياضي او را نشان مي دهد.                      

منابع :

1-كتاب " Mathematic " ( نوشته Harold Jacobs)         2-كتاب " هندسه 2 نظام قديم "

3-كتاب " طرح فيزيك هاروارد (2) "                               4- كتاب " چگونه مسئله حل كنيم؟ "

مقدمه

جايگاه دين در عصر علم كدام است؟ امروزه چگونه مي توان به خدا باور داشت؟ كدام نگرش به خدا با فهم علمي از جهان سازگار است؟ يافته هاي علم معاصر به كدام شيوه ها بايد بر انديشه هاي ما در باره سرشت بشري اثر بگذارند؟ چگونه مي توان در آن نوع جهاني كه علم عيان مي‌سازد، به جستجوي معنا و هدفي در زندگي پرداخت؟

سنت ديني، فقط مجموعه اي از باورهاي فكري يا انديشه هاي انتزاعي نيست. شيوه زندگي براي اعضاي خود نيز هست. هر جامعه ديني اشكال متمايز تجربه فردي، آيين هاي جمعي و دغدغه هاي اخلاقي خود را دارد. بالاتر از آن، هدف دين، متحول ساختن زندگي شخصي به ويژه با رهاسازي فرد از خودمحوري، از طريق تعهد به كانونِ ارادتي فراگيرتر است. با اين همه، پيش فرض هر يك از اين الگوهاي زندگي و عمل، مجـــموعه اي از باورهاي مشترك است. آن گاه كه اعتبار باورهاي ديني اصلي مورد ترديـد قرار مي‌گيرد، ديگر وجوه دين نيز به چالش طلبيده مي‌شود.

در طول قرون متمادي در غرب، داستان آفرينش و رستگاري مسيحي، محيطي كيهاني فراهم مي‌آورد كه زندگي فردي در آن معنا مي‌يافت. اين امر به مردم امكان مي‌داد تا با گناه، فناپذيري و مرگ كنار آيند. اين، راه كامل زندگي را ارائه مي‌كرد و تحول و تغيير شخصي را تشويق مي‌نمود. از دوران روشنگري به بعد، كارآيي داستان آفرينش مسيحي براي بسياري از مردم، به ويژه از آن روي كه با فهم جهان در علم نوين ناسازگار مي‌نموده، كاهش يافته است. در فرهنگ هاي ديگر نيز، تغييرات مشابهي روي داده است.

بسياري از انسان ها به فناوري مبتني بر علم، به مثابه سرچشمه خرسندي و اميد روي آورده اند. فناوري، به ما قدرت، كنترل و اميد به غلبه بر بينوايي و وابستگي را داده است. اما، فناوري، به رغم تمام مزايايي كه دارد، آن خرسندي شخصي يا رفاه اجتماعي را كه قول داده بود، به همراه نياورده است. در واقع، اغلب چنين مي‌نمايد كه [فناوري] قدرتي است بيرون از كنترل ما، كه با تهديد فاجعه هسته اي و تخريب محيط زيست در مقياسي كه قبلاً تصورناپذير مي‌نمود، همراه است.

پنج جنبه از عصر علمي ما، دستور كار اين كتاب را تعيين مي‌كنند:

1-      موفقيت روش هاي علمي. دستاوردهاي برانگيزاننده علم را بيشتر مردم مي‌شناسند. حاصل تحقيق علمي، معرفت به عرصه هاي قبلاً دسترس ناپذير علم بوده است. اين كه اين اكتشافات به فناوري هاي قدرتمند جديدي منتهي شده اند، اعتبار آن ها را بيشتر تأييد مي‌كند. براي برخي از افراد، علم تنها مسير قابل اطمينان به معرفت مي‌نمايد. از نظر آن ها، روش ها و كشفيات خاص علم، از اعتبار باورهاي ديني كاسته است. افراد ديگر مي‌گويند دين شيوه هاي ديگري براي دانستن دارد كه كاملاً متفاوت از شيوه هاي علم است. با اين همه، از آن ها حتي خواسته مي‌شود كه اگر فهم ديني از معرفت علمي متمايز است، نشان دهند كه [اين فهم] چقدر قابل اطمينان است. علم به مثابه يك روش، نخستين چالش با دين در عصر علم است. اين موضوع بخش 1 است.

2-      نگرش جديد به طبيعت. بسياري از علوم، عرصه هاي طبيعت را به نحوي كاملاً متفاوت از آن چه در قرون قبلي تصور مي‌شد، به ما نشان مي‌دهند. پيامدهاي جنبه هاي مهم فيزيك كوانتمي و نسبيت، نظير عدم قطعيت در رويدادهاي زيراتمي و دخالت ناظر در فرآيند مشاهده كدام است؟ اهميت الهياتي «مِهبانگ»، انفجار نخستيني كه براساس نظريه هاي رايج اخترفيزيك، پانزده ميليارد سال قبل، انبساط جهان را آغازيد، چيست؟ارتباط تبيين هاي علمي مبدأ كيهاني و تكامل زيستي، با نظريه آفرينش مسيحيت چگونه است؟ داروين، تحول طولاني و آهسته گونه هاي جديد، از جمله گونه انسان را، در اثر تغييرات تصادفي و انتخاب طبيعي، تصوير كرده است. همين اواخر، زيستشناسان ملكولي در مورد نقش دي.ان.ا. در تكامل و در تحول و كاركرد امروزي ارگانيسم كشفيات جالبي كرده اند. اين كشفيات در مورد ماهيت زندگي و ذهن به ما چه مي‌گويند؟ اين سؤالات در بخش ئوم بررسي مي‌شود.

3-      عرصه اي جديد براي الهيات. من معتقدم كه منابع اصلي باورهاي ديني، به نحوي كه در الهيات تنظيم مي‌شوند، عبارت اند از تجربه هاي ديني و داستان‌ها و آيين‌هاي جامعه ديني. اما، در دو عرصه خاص از تفكر الهياتي بايد يافته هاي علم معاصر را در نظر گرفت: نظريه سرشت انسان و نظريه آفرينش. به عوض تحويلگرايي كه بر آن است كه تمام پديده ها با رفتار اجزاء ملكولي تعيين مي‌شوند، من نگرشي ارتباطي و چند وجهي به واقعيت را مطرح مي‌كنم. در اين نگرش، سيستم هاي به هم بسته و كل هاي بزرگتر بر روي رفتار اجزايي كه در مرتبه پايين تر قرار دارند، مؤثرند. چنين تفسيري، بديلي ارائه مي‌كند، هم براي دوگرايي كلاسيكي روح و ماده (يا ذهن و جسم) و هم براي ماترياليسم كه اغلب جانشين آن شده است. خواهم گفت كه الهيات پويشي، پاسخي متمايز به اين سؤال ارائه مي‌كند كه: خدا در جهان، به نحوي كه علم امروزي آن را مي فهمد، چگونه مي‌تواند عمل كند؟ اين مباحث در بخش سوم بررسي شده اند.

4-      كثرت گرايي ديني در عصر جهاني. فناوري هاي ارتباطي، سفر و به هم بستگي امروزي جهاني، پيروان اديان مختلف جهاني را در تماس فزاينده با يكديگر قرار داده است. در گذشته، دعاوي ديني مطلق گرايان به سركوب، جنگ هاي صليبي و جنگ هاي ديني منتهي شده است و هنوز هم در خاورميانه، ايرلند شمالي و هرجاي ديگر، در دشمني ها نقش ايفا مي‌كند. در جهاني كه در آن نزاعي در آينده ممكن است به جنگ هسته اي فرارويد، بايد مسئله كثرت گرايي ديني را جدي بگيريم. در درون هر سنتي، تنوع عظيم عقايد نيز وجود دارد. مثلاً، نويسندگاه فمينيست، از غلبه فرض هاي پدرسالارانه در تاريخ انديشه مسيحي انتقاد كرده اند و الهيدانان الهيات رهايي بخش جهان سوم به تأثير منافع اقتصادي در تفسير الهياتي اشاره كرده اند. كثرت گرايي ديني، دعاوي انحصاري براي هر يك از سنن ديني يا نگرش‌هاي الهياتي را مورد پرسش قرار مي‌دهد. اين موضوع در تمام كتاب، اما به ويژه در فصل هاي 3 و 7، مطرح مي‌شود.         

5-      قدرت مبهم فناوري. حمايت عمومي از علم به ويژه ناشي از تمايل به كاربردهاي فناورانه علم است. اما، امروزه، شواهد گسترده اي، نه تنها از مقياس جديد قدرت فناورانه، كه از خصلت تركيبي اثر آن بر انسان و طبيعت، وجود دارد. كشتار هسته اي، تمدن نوين ما را از ميان خواهد برد و تغييرات اقليمي و قحطي هايي پديد خواهد آورد كه مي توان تصور كرد كه ممكن است حتي حيات انساني را هم تهديد نمايد. مواد شيمياييِ سمي، جنگل زدايي، فرسايش خاك و آلاينده هاي متعدد به همراه رشد مداوم جمعيت، جداً به محيط زيست آسيب مي‌رسانند. سياره ما، سياره اي بحران زده است. رايانه ها، خودكارسازي و هوش مصنوعي بر روي كار، سازمان اجتماعي و تصور ما از خود، اثرات ژرفي دارند. مهندسي ژنتيك، چشم انداز تغيير ساختار و رفتار گونه‌هاي زنده و از جمله انسان ها را گشوده است. فناوري هاي بزرگ مقياس، به تمركز قدرت اقتصادي و سياسي، افزايش شكاف ميان غني و فقير در درون ملل و شكاف ميان ملل غني و فقير كمك مي‌كند.

مهار و هدايت فناوري، مستلزم ارزش هاي اخلاقي نظير عدالت، آزادي و نظارت زيستمحيطي است. احترام به اشخاص و طبيعت، نتيجه اي نيست كه با علم بتوان بدان دست يافت؛ خِرَد در كاربرد معرفت در جهت نيل به اهداف انساني، محصول آزمايشگاه نيست. اين موضوعات اخلاقي، موضوع جلد دوم اين مجموعه، اخلاق در عصر فناوري، خواهد بود. اما نتايج براي اخلاق و براي فناوري در بسياري از جاهاي اين جلد اول نيز هويداست. نگرش ما به طبيعت، بر روي شيوه رفتار ما با طبيعت اثر مي‌گذارد و نگرش ما به سرشت انساني بر فهم ما از مسئوليت انسان مؤثر خواهد بود. اين دو كتاب، در كنار هم، بحثي يكي شده در بارة علم و فناوري را از يك سوي و دين و اخلاق را از سوي ديگر، ارائه خواهند نمود.

در نگاه به اين پنج چالش- علم به مثابه روش، نگرش جديد به طبيعت، عرصه جديد براي الهيات، كثرت گرايي ديني و قدرت مبهم فناوري- اهداف من، عبارت اند از كشف جايگاه دين در عصر علم و ارائه تفسيري از مسيحيت كه هم متوجه سنت تاريخي و هم متوجه علم معاصر است.  

 

طبق نظر یکی از علم دوستان عزیز که مطالب در رابطه با شیمی کم است به همین دلیل این مطلب را

در اینجا بیان میکنیم:

 

تنظيم بترتيب از گروه

---

   ◄ سلولهاي خورشيدي (PV )

سلولهاي فوتوولتانيک، که انرژي تابشي آفتاب را مستقيماٌ به برق تبديل مي کنند ، از مواد نيمه هادي ساخته شده اند. ساده ترين نوع اين سلولها، انرژي ساعتها، ماشين حسابها و موارد مشابه را تأمين مي‌کنند ، ضمن اينکه سيستمهاي پيچيده‌تر مي توانند خانه ها را روشن کرده و براي شبکه برق رساني، توليد الکتريسيته کنند.

   ◄ گرمايش ، سرمايش و روشنايي غير فعال

ساختمانهايي که براي استفاده غير فعال از  انرژي خورشيدي طراحي شده اند، در طراحي مشتمل بر فاکتورهايي هستند : پنجره هاي بزرگ و رو به جهت جنوب يا مصالح ساختماني که حرارت را جذب کرده و به آرامي از دست مي دهند. هيچگونه وسيله مکانيکي در گرمايش خورشيدي غيرفعال به کار گرفته نمي شود. استفاده از اينگونه طراحي، هزينه هاي گرمايش را تا %50 کاهش مي دهد. طراحي هاي خورشيدي غيرفعال مي توانند در برگيرنده تهويه براي سرمايش باشند.

   ◄ متمرکز کردن انرژي خورشيد

اين فن‌آوريها از مواد انعکاسي نظير آينه‌ها براي متمرکز کردن انرژي خورشيد بهره مي‌گيرند. سپس انرژي حرارتي متمرکز شده به برق تبديل مي شود.

   ◄ آب گرم خورشيدي ، گرمايش و سرمايش ساختمان

آبگرمکن‌هاي خورشيدي از آفتاب براي گرم کردن آب يا يک سيال منتقل کننده حرارت استفاده مي‌کنند. يک سيستم معمولي قادر است نياز به گرمايش سنتي را تا حدود دو سوم کاهش دهد. آبگرمکن هاي خورشيدي با دماي بالا مي توانند آبگرم بهره‌ور از نظر انرژي و براي امکانات عظيم بازرگاني و صنعتي تأمين کنند.

   ◄ منابع خورشيدي

اطلاعات منابع خورشيدي، ميزان انرژي خورشيدي قابل دسترسي براي يک ذخيره كننده و نحوه تغييرات آن در هر ماه، سال يا بر حسب منطقه را معلوم مي کند . گردآوري اين اطلاعات نيازمند يک شبکه سراسري از سايتهاي مونيتورينگ تشعشع خورشيدي است.

   ◄ دسترسي به انرژي خورشيدي

ميزان دسترسي به منبع پايان ناپذير نور خورشيد براي استفاده در طرح هاي غير فعال و همچنين سيستم هاي فعال ، درجوامع مختلف با قوانين منطقه اي و احكام متفاوتي حمايت ميشود.

   ◄ انرژي پاک

تقاضاي مصرف کننده براي انرژي تجديدپذير پاکيزه و لغو برخي آيين نامه‌ها از صنايع همگاني ، موجب گسترش انرژي پاک – خورشيد ، باد ، زمين گرمايي ، بيومس و منابع کوچک توليد برق آبي – شده است . نيروگاههاي کوچک خورشيدي با مصارف بازرگاني ، شروع به ارائه خدمات در برخي بازارها   کرده اند.

 

چه چيزي خواص مواد را مشخص مي‌‌كند؟

مقدمه

 شايد تا بحال از خود پرسيده باشيد كه چرا مواد مختلف با هم متفاوتند؟ چرا برخي از آن‌ها محكم تر از سايرين هستند؟ چرا برخي از مواد رسانا و برخي نارسانا؟ چرا نور مي‌تواند از بعضي از مواد عبور ‌كند و از بعضي ديگر نه؟ سئوالاتي از اين دست ذهن را متوجه تفاوت‌‌هاي مواد از نظر خواص مي‌‌كند و ما را در رابطه با علت اين تفاوت‌‌ها، به تفكر بيشتر وادار مي‌‌كند. با اطلاعاتي كه ما از ساختمان عناصر و تفاوت‌‌هاي موجود در عناصر داريم شايد گمان كنيم كه تفاوت‌‌‌‌هاي موجود در مواد مختلف حاصل تفاوت‌‌هاي عناصر تشكيل دهنده آنها است. با اين تفكر مواد تنها متاثر از تنوع عناصر تشكيل دهنده خود خواهند بود و تمامي ويژگي‌‌هاي رفتاري مواد با شناخت عناصر تشكيل دهنده آنها روشن خواهد شد. بر اين اساس مشخص شدن عناصر تشكيل دهنده يعني تعيين تركيب شيميايي همه اسرار مربوط به خصوصيات مواد را آشكار مي‌‌كند. براستي با دانستن تركيب شيميايي، خواص مواد معلوم خواهد شد؟ با كمي دقت و توجه به تركيبات شيميايي مواد پيرامون خويش در مي‌‌يابيم كه بسياري از آنها با وجود اين كه در رفتار و خواص با يكديگر بسيار متفاوتند، داراي عناصر تشكيل دهنده و تركيب شيميايي يكسان مي‌باشند و برخي ديگراز مواد با داشتن عناصر تشكيل دهنده و تركيب شيميايي متفاوت با يكديگر، داراي خواص و رفتار مشابهي هستند. پس چه چيزي بجز تركيب شيميايي موجب تفاوت در رفتار مواد مي‌‌شود؟ براي جواب اين سئوال لازم است كه بيشتر با ساختار و ويژگي‌هاي مواد آشنا شويم. ساختار مواد چيست؟ ساختار مواد ارتباط بين اتم‌‌ها، يون‌‌ها و مولكول‌‌هاي تشكيل دهنده آن مواد را مشخص مي‌‌كند. براي شناخت ساختار مواد ابتدا بايد به نوع اتصالات بين اتم‌‌ها و يون‌‌ها پي برد. به طور حتم با پيوندهاي شيميايي آشنايي داريد. پيوندهاي شيميايي نحوه اتصال ميان اتم‌‌ها و يون‌‌ها را مشخص مي‌‌كنند. بنابراين تفاوت پيوندهاي شيميايي مختلف را در ويژگي‌هاي اين پيوندها مي‌‌توان مشاهده كرد. به عنوان مثال در نمك طعام به دليل وجود پيوند يوني كه منجر به محصور شدن الكترون‌‌ها مي‌‌شود، خاصيت "رسانايي" مشاهده نمي‌شود زيرا الكترون‌‌ها كه حامل و انتقال دهنده‌ي بار الكتريكي هستند، به دليل محصور شدن امكان حركت ندارند و چيزي براي انتقال بار الكتريكي در ميان ماده وجود نخواهد داشت. در مقابل در فلزات، مانند مس، به دليل وجود پيوند فلزي كه موجب آزادي الكترون‌‌ها مي‌‌شود و امكان تحرك الكترون‌‌ها را فراهم مي‌‌نمايد، مي‌‌توانيم خاصيت رسانايي را انتظار داشته باشيم. زيرا الكترون‌‌هاي آزاد، امكان انتقال بار الكتريكي را در طول ماده فراهم مي‌آورند. همانطور كه ذكر شد اطلاع از نوع پيوندهاي اتمي مي‌‌تواند به شناخت ما از رفتار و خواص مواد كمك كند. اما آيا تنها با دانستن نوع پيوندها تمامي خواص و رفتار يك ماده را مي‌‌توان پيش‌‌بيني كرد؟ براي روشن شدن مطلب مثال معروفي را ارائه مي‌‌كنيم. همانطور كه مي‌‌دانيد گرافيت و الماس هر دو از اتم‌‌هاي كربن تشكيل شده‌‌اند و هر دو "ريخت‌‌هاي" مختلفي از عنصر كربن هستند. اما چرا خواص گرافيت و الماس تا اين حد با يكديگر متفاوت است؟ الماس به عنوان سخت‌‌ترين ماده طبيعي معرفي مي‌‌گردد و گرافيت به دليل نرمي بسيار، به عنوان ماده "روانساز" به كار گرفته مي‌‌شود! تفاوت رفتار و خواص گرافيت و الماس را به نوع اتصال و پيوند شيميايي اتم‌‌هاي كربن نمي‌‌توان نسبت داد زيرا در هر دو شكل اين ماده - كه تنها داراي اتم‌‌هاي كربن است - يك نوع پيوند شيميايي وجود دارد. بلكه علت در "چگونگي اتصالات و پيوندهاي شيميايي" اين دو شكل كربن است. در گرافيت اتم‌‌هاي كربن شش ضلعي‌‌هاي پيوسته‌‌اي شبيه به يك لانه زنبور تشكيل مي‌‌دهند كه در يك سطح گسترده شده است. لايه‌‌هاي شش ضلعي ساخته شده با قرار گرفتن روي هم، حجمي را تشكيل مي‌‌دهند كه به آن گرافيت مي‌‌گوييم. واضح است كه در ساختار گرافيت دو نوع اتصال وجود خواهد داشت: يك نوع اتصال، اتصالي است كه بين اتم‌‌هاي كربن هر لايه لانه زنبوري وجود دارد و جنس آن از نوع پيوند كوالانسي است. نوع دوم اتصالي است كه لايه‌‌هاي لانه زنبوري را به يكديگر وصل مي‌كند. بديهي است كه اين نوع از جنس اتصالات اوليه يعني پيوندهاي اتمي نيست. بنابراين پيوند به هم پيوستگي دوم - كه قدرت به هم پيوستگي لايه‌‌ها را مشخص مي‌‌كند - ضعيف‌‌تر از اتصال اوليه كه يك پيوند كوالانسي است، خواهد بود. پس مي‌توان انتظار داشت كه گرافيت، در جهت صفهات لانه‌زنبوري به دليل داشتن پيوند قوي كووالانسي استحكام بالايي داشته باشد؛ بالعكس، اين ساختار در جهت عمود بر صفحات لانه زنبوري به علت وجود پيوند ضعيف ثانويه بين لايه‌ها، به مراتب كمتر از استحكام درون آنها، داراي مقاومت است. از طرفي به دليل پيوندهاي ضعيف بين لايه‌‌اي انتظار مي‌‌رود كه با اعمال نيرويي بيشتر، لايه‌‌هاي لانه زنبوري بتوانند بر روي يكديگر بلغزند. شكل 1- ساختار گرافيت <در مقابل ساختار لايه‌اي گرافيت، الماس داراي يك ساختار شبكه‌اي است. در گرافيت پيوندهاي اوليه يعني پيوندهاي اتمي تنها در يك سطح (در يك وجه) برقرار مي‌‌شود در حالي كه در ساختار الماس اين پيوندها به صورت شبكه‌‌اي سه بعدي فضا را پر مي‌‌كنند. در ساختار گرافيت هر اتم كربن با سه اتم كربن ديگر اتصال اتمي از جنس كوالانسي ايجاد مي‌‌كند، در حالي كه در ساختار الماس هر اتم كربن با چهار اتم كربن ديگر پيوند اتمي و از جنس كوالانسي برقرار مي‌نمايد. شكل 2- ساختار الماس با توضيحاتي كه راجع به تفاوت‌‌هاي ساختاري گرافيت و الماس داده شد مشخص مي‌‌گردد كه دليل نرمي گرافيت و سختي الماس در چيست. همانطور كه ديديد ساختار با مشخص كردن نوع، تعداد و چگونگي پيوندهاي تشكيل دهنده مواد، تاثير به سزايي در خواص مواد دارد. بنابراين از طريق مطالعه در ساختار مواد، بسياري از رفتارها و خواص آنها را مي‌‌توان پيش‌‌بيني كرد. همچنين براي دستيابي به برخي از خواص مي‌‌توان ساختار متناسب با آنها را طراحي نمود. ريزساختار چيست؟ با شناختي كه نسبت به ساختار مواد پيدا كرده‌ايد، ممكن است گمان كنيد موادي كه ما به صورت توده‌اي در اطراف خود مي‌بينيم از گسترده‌تر شدن نظم ساختاري اوليه به وجود آمده‌اند. به عبارت ديگر ممكن است تصور شود كه مواد توده‌اي، شكل گسترش يافته ساختار اوليه است و بنابراين تمامي خواص و رفتار ساختار اوليه را دارا خواهد بود. اين تصور با مشاهدات رفتاري مواد متفاوت است. به عنوان مثال در ساختار گرافيت ما انتظار داريم كه استحكام در راستاهاي مختلف متفاوت باشد زيرا ساختار اوليه در جهت صفحات لانه زنبوري داراي استحكام بالا و در جهت عمود بر صفحات داراي استحكام كمي است. بنابراين گرافيت فقط در برخي جهات خاص مي‌بايست "قابليت حركت لايه‌ها بر روي يكديگر" را داشته باشد. مي‌دانيم كه از گرافيت به عنوان ماده اصلي مغز مداد استفاده مي‌شود و اثري كه از مداد بر روي كاغذ باقي مي‌ماند در حقيقت لايه‌‌هاي نازك گرافيت است كه با مالش نوك مداد بر روي كاغذ، از سطح آن كنده شده و بر روي كاغذ مي‌چسبد و همانطور كه پيش‌تر اشاره شد لايه‌هاي گرافيت به دليل پيوند ضعيف ثانويه امكان لغزش و حتي جدا شدن از يكديگر را دارند. حالا سئوال اينجاست كه اگر توده گرافيت گسترش همان ساختار اوليه گرافيت باشد، بايد مداد تنها در يك جهت خاص قابليت نوشتن داشته باشد زيرا ساختار گرافيت تنها لغزيدن لايه‌ها بر روي هم و كنده شدن آنها از توده و چسبيدن‌شان به سطح كاغذ را در جهت خاصي ميسر مي‌سازد و در غير از آن جهات خاص به دليل وجود پيوندهاي قوي درون لايه‌ها، امكان كنده شدن وجود نخواهد داشت. اين تعبير به آن معناست كه مداد تنها در برخي جهات خاص مي‌نويسد و در ديگر جهات مداد نخواهد نوشت و اين تصور با تجربه هر روزه ما از بكارگيري مداد متفاوت و متناقض است زيرا به تجربه دريافته‌ايم كه مداد در تمامي جهات مي‌نويسد. ما مداد را در هر زاويه و هر جهتي نسبت به كاغذ حركت دهيم مداد خواهد نوشت. پس دليل اين تناقض چيست؟ آيا ساختار گرافيت آنگونه كه گمان مي‌كنيم نيست؟ و يا اينكه توده گرافيت چيزي غير از گسترش يكنواخت و هماهنگ ساختار گرافيت است؟ شكل 3- طرحي ساده از ريزساختار ايده‌آل گرافيت براي درك درست از رفتار توده‌اي مواد لازم است كه با ريزساختار آنها آشنا بشويم. با بررسي ميكروسكوپي گرافيت درمي‌يابيم‌ كه توده گرافيت يكپارچه نيست بلكه اين توده متشكل از دانه‌هاي بسياري است كه هر يك به صورت مستقل و جدا از يكديگر در درون خود داراي ساختار گرافيت هستند. به عبارت ديگر توده گرافيت را مي‌توان اجتماع بي‌نظمي از بخش‌هايي كه هر يك داراي ساختار گرافيت هستند، دانست. شكل 4- طرحي ساده از ريزساختار واقعي گرافيت تفاوت اين نوع ريزساختار از نوعي كه پيش‌تر تصور مي‌كرديم، يعني يك توده گسترده از ساختار گرافيت، در دامنه نظم آنهاست. در تصور اول ما توده گرافيت را يك ساختار يكپارچه و منظم از ساختار گرافيت كه در تمام توده گسترش يافته مي‌دانستيم در اين حالت نظم حاكم بر ساختار، يك نظم با دامنه بلند كه تمام توده را مي‌پوشاند در نظر گرفته مي‌شود اما در عمل نظم ساختار گرافيت به صورت محلي و با دامنه‌هاي كوتاه مشاهده مي‌شود. اين بي‌نظمي در قرار گرفتن توده‌هاي داراي ساختار گرافيت باعث مي‌شود. تنوع و گوناگوني فراواني در بخش‌هاي گرافيت كه هر يك زاويه و جهت خاصي دارند، وجود داشته باشد. بنابراين هميشه بخش‌هايي كه زاويه و جهت مناسب براي حركت و كنده شدن لايه‌ها را دارند، وجود خواهد داشت و ما بدون نگراني از جهت و زاويه قرار گرفتن مداد مي‌توانيم از نوشتن آن مطمئن شويم. نتيجه‌گيري عوامل تاثيرگذار در خواص توده‌اي مواد را به صورت اجمالي و ساده شناختيم. اين عوامل عبارت بودند از عناصر تشكيل دهنده مواد، ساختار مواد و ريزساختار مواد. به صورتي ساده مي‌توانيم خواص توده‌اي مواد را مشابه با خصوصيات يك شهر بدانيم. عناصر تشكيل دهنده مواد به صورت مصالح بكار گرفته شده در ساختمان‌هاي شهر، ساختار مواد كه چگونگي قرارگرفتن عناصر در كنار يكديگر و اتصالات ميان آنها را مشخص مي‌كند به صورت ساختمان‌هاي شهر و ريزساختار كه چگونگي كنار هم قرار گرفتن ساختار ميكروسكوپي را معين مي‌كند، به صورت الگوهاي شهرسازي در نظر گرفته مي‌شود. با اين تشبيه خصوصيات يك شهر نه تنها به مصالح(تركيب شيميايي بكار رفته در آن) بلكه به معماري ساختمان‌ها(ساختار) و نحوه شهرسازي(ريزساختار) نيز بشدت وابسته خواهد بود.

هنگامي كه درباره نانوفناوري شروع به جستجو و مطالعه كنيد، به موضوعات و مواد مختلفي بر مي خوريد مانند:"نانولوله ها، شبيه سازي مولكولي، نانوداروها، سلول هاي سوختي، كاتاليزورها، نانوذرات و..." بنابراين ممكن است نانوفناوري رشته اي كاملا گسترده به نظر آيد كه موضوعات آن ربط چنداني به هم ندارند. به طور كلي مطالعات نانوفناوري را مي توان به سه دسته تقسيم كرد. اگرچه روشهاي تحقيقاتي در آن ها بايكديگر متفاوت است، اما اين سه شاخه كاملا به يكديگر مرتبط هستند و پيشرفت در يكي از شاخه ها مي تواند در شاخه هاي ديگر نيز كاملا موثر باشد. اين سه شاخه عبارتند از: 1 - نانوتكنولوژي مرطوب: اين شاخه به مطالعه سيستم هاي زنده اي مي پردازد كه اساسا در محيطهاي آبي وجود دارند. در اين شاخه ساختمان مواد ژنتيكي، غشاءها و ساير تركيبات سلولي در مقياس نانومتر مورد مطالعه قرار مي گيرد. پژوهشگران موفق شده اند ساختارهاي زيستي فراواني توليد كنند كه نحوه عملكرد آنها در مقياس نانويي كنترل مي شود. اين شاخه دربرگيرنده علوم پزشكي،دارويي و به طور كلي علوم و روشهاي مرتبط با زيست فناوري است. 2- نانوتكنولوژي خشك: اين شاخه از علوم پايه شيمي و فيزيك مشتق مي شود و به مطالعه تشكيل ساختارهاي كربني، سيليكون و مواد غير آلي و فلزي مي پردازد. نكته قابل توجه اينست كه الكترونهاي آزاد كه در فناوري مرطوب موجب انتقال مواد و انجام واكنشها مي گردند، در فناوري خشك خصوصيات فيزيكي ماده را پديد مي آورند. در نانوتكنولوژي خشك كاربرد مواد نانويي در الكترونيك، مغناطيس و ابزارهاي نوري مورد مطالعه قرار مي گيرد. براي مثال طراحي و ساختن ميكروسكوپ هايي كه بتوان با استفاده از آنها مواد را در ابعاد نانومتر ديد. 3 - نانوتكنولوژي محاسبه اي: در بسياري از مواقع ابزار آزمايشگاهي موجود براي انجام برخي از آزمايشها در مقياس نانومتر مناسب نيستند و يا آنكه انجام اين آزمايشها بسيار گران تمام مي شود. در اين حالت از رايانه ها براي شبيه سازي فرآيندها و واكنش هاي اتم ها و مولكول ها استفاده مي شود. شناختي كه به وسيله محاسبه به دست مي آيد، باعث مي شود كه زمان پيشرفت نانوتكنولوژي خشك به چند دهه كاهش يابد و البته تأثير مهمي در نانوتكنولوژي مرطوب نيز خواهد داشت.

منبع : www.nanoclub.ir