علوم و مهندسی نانو
پولیکلام. آجایان، لیندا شادلر، پاولوی براون
ترجمهی علی حبیبالهزاده، علیاصغر نجفزادهخویی
دانشگاه سمنان
الهه گوهرشادی، حلیمه السادات سجادی زاده، مهدی کریمی نظرآباد، سارا سمیعی
دانشگاه فردوسی مشهد
پولیکلام. آجایان، لیندا شادلر، پاولوی براون
ترجمهی علی حبیبالهزاده، علیاصغر نجفزادهخویی
دانشگاه سمنان
الهه گوهرشادی، حلیمه السادات سجادی زاده، مهدی کریمی نظرآباد، سارا سمیعی
دانشگاه فردوسی مشهد
وقتی از علوم و مهندسی نانو حرف میزنیم، دربارهی دنیایی حرف میزنیم که با چشم دیده نمیشود اما در اطراف ما کار میکند: در پوششهای نازک، در مواد تازه، در داروهای هدفمند و در حسگرهای کوچک. اگر میخواهید بدانید این رشته از کجا شروع میشود، چه کتابهایی برای هر سطح دارد و چطور میشود بدون سردرگمی وارد آن شد، این صفحه برای شماست. کتابهای این دسته از مقدمات نانوفناوری تا علم سطح، لایههای نازک، نانوکامپوزیت، نانوشیمی و کاربردهای زیستی را در بر میگیرند.
مخاطب این صفحه دانشجوی رشتههای فنی و علوم پایه، پژوهشگر، معلم علوم و هر کسی است که میخواهد نانوفناوری را جدیتر از خبرهای رسانهای بشناسد. نسخه چاپی کتابها را میتوانید آنلاین سفارش بدهید و مشخصات هر کتاب در صفحهی خودش است.
پیشوند «نانو» به مقیاس بسیار کوچک اشاره دارد، یعنی در حد یک میلیاردیم متر. در این اندازه رفتار مواد ممکن است با رفتارشان در اندازهی معمولی فرق کند. رنگ، استحکام، رسانایی و واکنشپذیری یک ماده گاهی با کوچک شدن ذرهها تغییر میکند. علوم نانو این تفاوتها را میشناسد و مهندسی نانو از آنها برای ساختن چیزهای تازه استفاده میکند.
به بیان ساده، علم میپرسد «چرا این ماده در مقیاس نانو اینطور رفتار میکند؟» و مهندسی میپرسد «چطور از این رفتار استفاده کنیم؟». کتابهای خوب این حوزه هر دو پرسش را جواب میدهند، هرچند بعضی بیشتر به علم و بعضی بیشتر به کاربرد میپردازند.
نکتهی مهم این است که نانو یک رشتهی تنها نیست. فیزیک، شیمی، زیستشناسی، مواد و مهندسی همه در آن دخالت دارند. برای همین اگر پیشزمینهی شما در یکی از آنها است، کتابهای مناسبتری برای شروع پیدا میکنید.
چند گروه بیشتر از بقیه سراغ این دسته میآیند.
پیش از خرید ببینید در کدام گروه هستید. کتابی که برای دانشجوی دکتری نوشته شده ممکن است برای کسی که تازه با نانو آشنا شده سنگین باشد.
اگر هیچ آشنایی ندارید، سراغ کتابهایی بروید که نام «مقدمه» یا «مبانی» دارند. در فهرست این دسته سه عنوان از این نوع میبینید: «مقدمهای بر نانو فناوری»، «مبانی نانو تکنولوژی» و «مفاهیم نانو شیمی». این کتابها از نامشان پیداست که مفهومهای پایه را توضیح میدهند.
برای انتخاب بین آنها این نکتهها را در نظر بگیرید. اگر علاقهی شما به تصویر کلی است، «مقدمهای بر نانو فناوری» احتمالا نقطهی شروع طبیعیتری است. اگر با پایههای علمی راحتترید، «مبانی نانو تکنولوژی» را ببینید. و اگر پیشزمینهی شیمی دارید، «مفاهیم نانو شیمی» مسیر خوبی است. فهرست مطالب و توضیح صفحه را بخوانید و انتخاب نهایی را بر اساس آنها بگیرید.
همچنین یادتان باشد که نانو ریاضی و فیزیک لازم دارد. اگر مفهومهایی مثل انرژی، اتم و پیوند شیمیایی برایتان تازه است، بهتر است کمی روی آنها کار کنید. بخشهای شیمی محض و فیزیک در همین سایت به این کار کمک میکند.
وقتی ذرهای بسیار کوچک میشود، نسبت سطح آن به حجمش بزرگ میشود. یعنی بخش بزرگی از اتمها در سطح قرار میگیرند، نه در درون. همین موضوع باعث میشود سطح نقش بزرگی در رفتار ماده داشته باشد. جذب، واکنش، چسبندگی و کاتالیز همه به سطح مربوطاند.
در فهرست این دسته دو جلد با عنوان «مبانی علم سطح در نانوفناوری» میبینید: جلد اول و جلد دوم. از نامها پیداست که مجموعهای دوجلدی دربارهی همین موضوعاند. اگر میخواهید به سطح و رفتار ذرهها بهطور جدی بپردازید، این نوع کتابها به کار میآیند. پیشنهاد میکنیم قبل از خرید ببینید هر جلد چه بخشهایی را در بر میگیرد و آیا برای هدف شما لازم هست هر دو را بخرید.
علم سطح خواننده را با مفهومهایی مثل انرژی سطحی، جذب، کشش سطحی و ساختار سطح آشنا میکند. اینها ممکن است در نگاه اول خشک به نظر برسند، اما وقتی بفهمید چرا یک پوشش به سطح میچسبد یا یک کاتالیزگر کار میکند، همهچیز معنا پیدا میکند.
یکی از بخشهای پرکاربرد علوم و مهندسی نانو، لایههای نازک است. لایهی نازک لایهای است که ضخامتش گاهی در حد چند ده یا چند صد نانومتر است. این لایهها روی عدسی، شیشه، ابزار برش، سلولهای خورشیدی و قطعههای الکترونیکی به کار میروند و میتوانند خواصی مثل مقاومت، شفافیت یا رسانایی بدهند.
در فهرست این دسته کتابی با عنوان «نانوفناوری ساختارهای مجسمه ای در نسل جدید لایه های نازک» دیده میشود. از نامش پیداست که به ساختارهای خاصی در لایههای نازک میپردازد و بیشتر برای کسانی است که پیشزمینه دارند و میخواهند وارد جزئیات شوند. اگر تازهکارید، ابتدا کتابهای مقدماتی را بخوانید و بعد سراغ آن بروید.
در مطالعهی این موضوع با روشهای ساخت لایه (مثلا نشاندن از فاز بخار یا روشهای محلول)، روشهای اندازهگیری ضخامت و بررسی ساختار روبهرو میشوید. هر کتاب بر بخشی تأکید میکند، پس هدف خودتان را از قبل روشن کنید.
کامپوزیت مادهای است که از ترکیب دو یا چند ماده ساخته میشود تا ویژگیهای بهتری داشته باشد. وقتی یکی از اجزای آن در مقیاس نانو باشد، به آن نانوکامپوزیت میگویند. مثلا وقتی ذرههای بسیار ریز را در یک پلیمر پخش میکنند، ممکن است استحکام، مقاومت در برابر حرارت یا سایر ویژگیهای آن تغییر کند.
در این دسته دو عنوان به این موضوع نزدیکاند: «علوم و فناوری نانو کامپوزیت» و «علم پلیمر و فناوری نانو: مبانی و کاربردها». عنوان اول از نامش به خود نانوکامپوزیتها میپردازد و عنوان دوم پلیمر و نانو را کنار هم میگذارد. اگر رشتهی شما مواد، پلیمر یا شیمی است، این دو عنوان را در اولویت ببینید.
پیشنهاد عملی: اگر روی پایاننامهای کار میکنید که مادهی مرکب دارد، کتاب را همراه مقالههای روز بخوانید. کتاب پایه و اصول را میدهد و مقاله آخرین یافتهها را.
شیمی در نانوفناوری نقش اصلی دارد. ساخت نانوذرهها، پایدار کردن آنها، تغییر سطحشان و کنترل اندازهشان همه به شیمی وابسته است. کتاب «مفاهیم نانو شیمی» از نامش پیداست که همین جنبه را توضیح میدهد و برای شروع مسیر شیمیمحور مناسب است.
اگر بخواهید در نانوشیمی جلو بروید، چند موضوع را بشناسید: روشهای ساخت از پایین به بالا و از بالا به پایین، نقش پایدارکننده، اثر اندازه بر رفتار ذره و روشهای شناسایی. «پایین به بالا» یعنی از اتم و مولکول شروع کردن و ساختار ساختن. «بالا به پایین» یعنی از مادهی بزرگ شروع کردن و آن را به قطعههای کوچکتر رساندن. این دو رویکرد در بیشتر کتابهای مقدماتی توضیح داده میشوند.
یکی از جذابترین بخشهای این حوزه، ارتباط با زیستشناسی و پزشکی است. کتاب «کاربردهای زیستی نانو مواد، مبانی، شیمی و ساختار نانو مواد (جلد اول)» از نامش پیداست که نانومواد را از دید کاربرد زیستی بررسی میکند و مبانی و ساختار را هم توضیح میدهد.
کاربردهای زیستی معمولا شامل رساندن دارو، تصویربرداری، حسگرها و مهندسی بافت است. البته اینجا باید صادق بود: کتاب علمی جای مشاورهی پزشکی نیست و هر کاربرد درمانی باید از مسیر پژوهش و تأیید بالینی بگذرد. کتاب به شما کمک میکند بفهمید چه چیزهایی ممکن است و چه چیزهایی هنوز در حال بررسی است.
اگر به زیستشناسی علاقه دارید، بخش زیستشناسی سلولی و مولکولی پایهی خوبی برای فهمیدن این بخش فراهم میکند.
نانو را نمیشود فقط با خواندن یاد گرفت. بخش بزرگی از آن تجربهی آزمایشگاهی است. در فهرست این دسته «دوره آزمایشگاهی فناوری نانو» را میبینید. از نامش پیداست که برای بخش آزمایشگاهی درس نوشته شده و میتواند برای دانشجویی که وارد آزمایشگاه میشود مفید باشد.
کتاب آزمایشگاهی معمولا شامل شرح آزمایش، وسایل، مراحل کار، ایمنی و تحلیل نتایج است. برای استفادهی بهتر، پیش از رفتن به آزمایشگاه آزمایش را بخوانید، پرسشهایتان را یادداشت کنید و بعد از آزمایش نتایج را با انتظار خود مقایسه کنید. اگر نتیجه فرق داشت، همانجا بهترین فرصت یادگیری است.
ایمنی در کار با نانومواد هم اهمیت دارد. ذرههای بسیار ریز ممکن است رفتار متفاوتی در هوا و بدن داشته باشند و برای همین رعایت دستورهای ایمنی آزمایشگاه ضروری است. همیشه از مسئول آزمایشگاه راهنمایی بگیرید.
در سالهای اخیر نانوفناوری به بسیاری از صنعتها راه پیدا کرده است: مواد، انرژی، الکترونیک، پزشکی، پوششها و محیط زیست. برای دانشجویی که آیندهی شغلی خود را میسنجد، آشنایی با علوم و مهندسی نانو میتواند دری به سوی حوزههای گوناگون باشد. البته نباید از این رشته انتظار معجزه داشت؛ مثل هر رشتهی دیگر، کار جدی، آزمایش زیاد و صبر میخواهد.
بازار کار و پژوهش در این حوزه به تخصص بستگی دارد. کسی که در ساخت مواد مهارت دارد، مسیر متفاوتی از کسی دارد که روی شبیهسازی یا کاربردهای زیستی کار میکند. کتابها به شما کمک میکنند بفهمید به کدام شاخه بیشتر علاقه دارید، پیش از آن که سالها وقت صرف کنید. خواندن دو یا سه کتاب مقدماتی از شاخههای مختلف، بهترین آزمون علاقه است.
وقتی سراغ کتابهای این حوزه میروید، با واژههایی روبهرو میشوید که بهتر است از همان ابتدا بشناسید.
در کتابهای خوب این واژهها تعریف میشوند، اما اگر ندیدید، فهرست واژهنامهی پایان کتاب یا جستوجوی جداگانه کمک میکند. یک برگهی کوچک بردارید و واژههای تازه را با معنی سادهی خودتان بنویسید؛ همین کار مرور را بسیار آسان میکند.
در بازار کتاب هم کتاب ترجمهشده از منبعهای خارجی هست، هم کتاب تألیفی. هیچکدام ذاتا بهتر نیست. کتاب ترجمهشده معمولا از منبعهای معتبر جهانی میآید و پایهی علمی محکمتری دارد، اما ممکن است مثالهایش با شرایط ما فرق کند. کتاب تألیفی معمولا با نیاز درسهای دانشگاههای ما هماهنگتر است و زبان سادهتری دارد.
پیشنهاد ما این است که برای مبانی از هر دو نوع نگاه کنید. اگر درس دانشگاه دارید، سرفصل را با کتاب مقایسه کنید. اگر برای پژوهش میخواهید، به منبعهای اصلی و روزتر توجه کنید. در هر حال سال چاپ را ببینید؛ نانو حوزهای است که با سرعت جلو میرود و کتابهای قدیمیتر ممکن است بخشی از پیشرفتهای تازه را نداشته باشند، هرچند مبانی همچنان معتبر است.
اگر دانشجوی این رشته هستید، چند توصیهی عملی داریم. اول این که از همان ترم اول با آزمایشگاه دوست شوید. کسی که زود دست به کار میشود، مفهومها را عمیقتر میفهمد. دوم این که در کنار درس، یک کتاب عمومی و روان هم بخوانید تا دید کلیتان قوی شود. سوم این که با استادان و دانشجویان بالاتر صحبت کنید و بپرسید کدام منبع به کارشان آمد.
چهارم این که مقالهخوانی را زود شروع کنید. در ابتدا سخت است، اما بعد از چند مقاله آسانتر میشود. پنجم این که یادداشتبرداری منظم داشته باشید. برای هر کتاب یک صفحه خلاصه، یک صفحه واژههای تازه و یک صفحه پرسشهای بیجواب بنویسید. ششم این که خودتان را با رشتههای دیگر ببینید؛ علوم و مهندسی نانو از همنشینی با شیمی، فیزیک و زیست قدرت میگیرد.
در کتابهای نانو با ابزارهای اندازهگیری روبهرو میشوید که اسمهایشان اول عجیب است. میکروسکوپ الکترونی، میکروسکوپ نیروی اتمی، روشهای پراش پرتو ایکس و طیفسنجی از جملهی آنهاست. لازم نیست همه را در ابتدا کاملا بفهمید، اما بدانید هر کدام چه چیزی را نشان میدهد: شکل ذرهها، اندازهشان، ساختار بلوری یا ترکیب شیمیایی.
اگر آزمایشگاه دانشگاه شما این دستگاهها را دارد، دیدن کارکرد آنها کنار خواندن کتاب بسیار کمک میکند. اگر ندارید، مطالعهی تصویرها و نمودارهای کتاب هم مفید است. نکتهی مهم این است که یاد بگیرید نتیجهی این دستگاهها را بخوانید، یعنی از یک تصویر یا نمودار به یک نتیجهی علمی برسید.
یک نکتهی مهم: اگر کتابی ترجمه است، ببینید مترجم متخصص همین حوزه است یا نه. ترجمهی خوب اصطلاحهای نانو را روشن و ثابت به کار میبرد و خواندن را آسان میکند.
برای آن که از کتابهای این دسته بیشترین بهره را ببرید، چند مبحث پایه را مرور کنید.
مشتق و انتگرال، جبر خطی و کمی آمار. بسیاری از کتابهای علم سطح و لایهی نازک از معادلهها استفاده میکنند.
مکانیک، الکتریسیته، مغناطیس و مقدمهای بر مکانیک کوانتومی. برای فهمیدن رفتار الکترونها در مقیاس کوچک به آن نیاز دارید. بخش فیزیک مهندسی نیز برای کسانی که مسیر مهندسی را دنبال میکنند مفید است.
ساختار اتم، پیوند، واکنش، محلول و شیمی سطح. بخشی از نانوفناوری سادهترین شیمی عمومی را لازم دارد.
اگر به کاربردهای زیستی علاقه دارید، مفهومهای سلول، پروتئین و غشا را مرور کنید.
لازم نیست پیش از شروع همهی اینها را کامل بدانید. با یک کتاب مقدماتی شروع کنید و هر جا مفهومی را نفهمیدید، همان بخش را جداگانه مرور کنید.
برای کسی که میخواهد قدمبهقدم جلو برود، این مسیر را پیشنهاد میکنیم.
این مسیر ثابت نیست. اگر رشتهی شما شیمی است، شاید بخواهید از نانوشیمی شروع کنید. اگر زیستفناوری میخوانید، کاربردهای زیستی را زودتر ببینید. مهم این است که هر قدم را با فهم بردارید، نه فقط با حفظ.
اشتباه اول این است که فقط با شنیدن اسم جذاب «نانو» کتاب سنگین و تخصصی انتخاب کنید. نتیجه معمولا ناامیدی است. اشتباه دوم این است که یک کتاب را از اول تا آخر بخوانید و نکات کلیدی را یادداشت نکنید. اشتباه سوم این است که ریاضی و فیزیک پایه را نادیده بگیرید. اشتباه چهارم این است که خبرهای رسانهای را با علم جدی اشتباه بگیرید؛ نانو گاهی در تبلیغات وعدههای بزرگ میگیرد که همیشه علمی نیست. کتاب درست شما را نسبت به این حرفها آگاهتر میکند.
نکتهی دیگر: بعضی عنوانهایی که ظاهرا به نانو شبیهاند، ممکن است در واقع ربطی به این حوزه نداشته باشند. همیشه توضیح کتاب را بخوانید و مطمئن شوید موضوع همان چیزی است که میخواهید.
نانو با بسیاری از رشتههای دیگر ارتباط دارد. برای شناخت پایههای علمی میتوانید دستهی علوم پایه را ببینید. شیمی محض ریشهی بخش بزرگی از نانوشیمی است و فیزیک مبنای رفتار الکترون و اتم. زیستشناسی سلولی و مولکولی هم در بخش کاربردهای زیستی کمک میکند.
در کنار آنها رشتههای مهندسی هم بخشهایی دارند که با نانو تلاقی میکنند: مواد، برق، شیمی و پزشکی. بنابراین اگر رشتهی شما مهندسی است، همچنان میتوانید از کتابهای این دسته استفاده کنید. فقط کافی است ببینید کدام بخش به کار شما نزدیکتر است.
شاید فکر کنید نانو فقط در آزمایشگاه است، اما اثرش را در زندگی روزمره هم میشود دید. پوششهای ضدخش روی عینک و صفحهی نمایش، رنگهای مقاوم، پارچههایی که آب را دفع میکنند و حسگرهای کوچک در وسیلههای الکترونیکی، از نمونههایی هستند که با فناوری در مقیاس بسیار کوچک ارتباط دارند. البته هر ادعای تبلیغاتی را با احتیاط بخوانید، چون همهی محصولاتی که برچسب نانو دارند لزوما نانوفناوری واقعی نیستند.
وقتی چند کتاب مقدماتی بخوانید، میتوانید خودتان دربارهی چنین ادعاهایی قضاوت کنید. برای مثال میفهمید که چرا اندازهی ذره مهم است، چرا پایداری اهمیت دارد و چرا فقط کوچک بودن برای کاربردی بودن کافی نیست. این آگاهی برای هر خواننده ارزشمند است، چه بخواهد رشته را ادامه بدهد چه فقط بخواهد مصرفکنندهی آگاهتری باشد.
با یک کتاب مقدماتی شروع کنید، مثل «مقدمهای بر نانو فناوری» یا «مبانی نانو تکنولوژی». بعد بر اساس رشته و علاقهتان سراغ شیمی، سطح یا کاربرد بروید.
برای کتابهای مقدماتی خیلی زیاد نه، اما برای علم سطح و لایهی نازک مقداری ریاضی و فیزیک لازم است. اگر پایهتان ضعیف است، پیش از شروع مرور کنید.
علوم نانو بیشتر به فهمیدن رفتار مواد در مقیاس نانو میپردازد و فناوری و مهندسی نانو بیشتر به ساختن و به کار بردن. در عمل این دو در کتابها اغلب در هم میآیند.
در این دسته کتابی دربارهی کاربردهای زیستی نانومواد وجود دارد که مبانی، شیمی و ساختار را هم توضیح میدهد. توضیحات صفحهی آن را ببینید تا مطمئن شوید با هدف شما میخواند.
بیشتر برای کسانی است که به آزمایشگاه دسترسی دارند. اگر ندارید، خواندنش میتواند درک شما از روشهای کار را بهتر کند اما جای تجربهی عملی را نمیگیرد.
بستگی به هدف شما دارد. مشخصات هر جلد را در صفحهی خودش بخوانید و ببینید کدام بخشها را در بر دارد.
قیمت و موجودی هر کتاب هر روز بهروز میشود. مشخصات هر کتاب در صفحهی خودش است و نسخه چاپی را میتوانید آنلاین سفارش بدهید.
علوم و مهندسی نانو رشتهای بینرشتهای و پویاست و برای فهمیدنش باید صبور بود. خوشبختانه با انتخاب درست کتاب میشود از مقدمات شروع کرد و بهتدریج به علم سطح، لایهی نازک، نانوکامپوزیت، نانوشیمی و کاربردهای زیستی رسید.
پیشنهاد ما این است که هدف و سطح خودتان را روشن کنید، یک کتاب مقدماتی بردارید و بعد قدمبهقدم جلو بروید. نگاهی به کتابهای همین دسته بیندازید، مشخصات هر کدام را بخوانید و نسخه چاپی مناسب را آنلاین سفارش بدهید.