جلسه 3 : سانتی، میلی، میکرو، نانو

جلسه 3 :

سانتی، میلی، میکرو، نانو

در گذشته های دور،انسانها با اندازه گیری آشنا نبودند؛اما پس از مدتی نیاز به اندازه گیری را درک کردند.یکی از اولین کمیتهایی که توسط انسانها اندازه گیری شد،طول و درازا بود.مقیاس و وسایل اندازه گیری در آن زمان،محدود به طول دست، ساعد و ... بود.انسانها رفته رفته نیاز به وسایل و یکاهای استاندارد اندازه گیری را احساس کردند.از این رو با پیشرفت دانش انسانها ،واحدهای استاندارد و وسایل اندازه گیری نظیر متر ساخته شدند. 
بیشتر اندازه های اطراف ما در مقیاس ماکرو هستند؛یعنی اندازه هایی دارند که برای ما قابل درک اند.اما تعداد اجزای پیرامون ما که اندازه هایشان به قدری بزرگ و یا به اندازه ای کوچک است که حتی از حیطه درک ما خارج هستند نیز کم نیست. دانشمندان برای قابل فهم کردن این این اندازه ها ازروش نمادگذازی علمی استفاده کرده اند.با این وجود برای درک اندازه های خیلی بزرگ یا خیلی کوچک نیازمند ضرب و تقسیم این مقیاسها برای تبدیل آنها به مقیاسهای قابل درک می باشیم. 

مقدمه 
هیچ کس نمیداند که پیشینیان ما چه زمانی فهمیدند که نیازمند اندازهگیری بعضی چیزها هستند؛ اما گویا یکی از اولین کمیتهایی که توانستند آنرا اندازه بگیرند، فاصله یا طول بود. انسانها در ابتدا با استفاده از اعضای بدن خود این کمیت را اندازهگیری میکردند. طول ساعد، طول پا و طول دستهای بازشده ازهم، اولین مبنا(واحد)های اندازهگیریبودند. اندک اندک با پیشرفت زندگی انسان و افزایش شناخت او از طبیعت و محیط اطرافش، واحدهای اندازهگیری نیز دقیقتر شدند. امروز دستگاههای اندازهگیری معینی تعریف شدهاند و همگی ما از واحدهای مشخصی(استاندارد) استفاده میکنیم.

یک نانومتر چقدر کوچک است؟
متر، یکی از شناخته شدهترین واحدهای اندازهگیری طول است. این اندازه به حدی شناخته شده است که به راحتی میتوانیم با طول یک گامبلند آنرا نشان دهیم. بیشتر آنچه که ما به طور روزمره با آن مواجه هستیم، اندازهای بین صد متر تا یک صدم متر (سانتیمتر) دارند. در حقیقت زندگی معمول ما در اندازه های بزرگ (ماکرومتری) میگذرد. اما این محدوده، بخش بسیار بسیار کوچکی از اندازههای موجود در طبیعت پیرامون زندگی انسان است. او بر روی کره زمین زندگی میکند که قطری معادل 12760000 متر (12/76 میلیون متر) دارد و موجودات کوچکی (باکتری) به اندازه 0/000001  متر (یک میلیونیم متر) که میتوانند به آسانی سلامت و حتی حیات و بقای او را تحت تاثیر قرار دهند. به نظر میرسد که ما در خواندن و نوشتن این اندازهها هم مشکل داریم، چه برسد به اینکه بتوانیم آنها را به خوبی تصور کنیم!
ریاضیدانان سعی نمودهاند که این مشکل را حل کنند. آنها با استفاده از نمادگذاری و ارائه یک روش مقایسهای، تصور اندازههای بسیار کوچک و بسیار بزرگ را آسانتر نمودهاند. ما میتوانیم روش پیشنهادی آنها را با یک آزمایش ساده ارزیابی کنیم. نمیدانم کی و کجا این مقاله را میخوانید، اما اگر پشت یک میز و روبروی نمایشگر یک رایانه نشستهاید، احتمالا میزی که رایانه شما بر روی آن قرار دارد طولی حدود یک متر دارد. اگر طول این میز را 10 بار کوچک کنید، برابر قطر یک سی-دی (لوح فشرده) میشود. اگر قطر لوح فشرده را 10 بار کوچک کنید، برابر قطر یک تیله میشود و اگر تیله را 10 بار کوچک کنید، به اندازه یک دانه نمک درمیآید (شکل 1). حالا اگر دانه نمک را سه مرتبه و هر مرتبه 10 بار بزرگ کنید، میتوانید از آن به عنوان میز استفاده نمایید. 
ریاضیدانان برای نمایش این نسبت میان میز و دانه نمک از نماد 3-10 (سه مرتبه و هر مرتبه 10 بار کوچک سازی) استفاده کردهاند. البته آنها از این روش برای توصیف اندازههای بزرگ نیز بهره بردهاند. به طور مثال میتوان منظومه شمسی با اندازه 1013 متر (13 مرتبه و هر مرتبه 10 بار بزرگنمایی) و کهکشان راه شیری با اندازه 1021 متر (21 مرتبه و هر مرتبه 10 بار بزرگنمایی) را نیز با این روش توصیف کرد. 

شکل (1)

حالا که میتوانیم اندازههای کوچک و بزرگ بسیاری را تصور کنیم، بد نیست که بدانیم دانشمندان برای بعضی اندازهها نام مشخصی تعیین کردهاند. به طور مثال،اندازههایی را که 1000 برابر بزرگتر از متر میباشند، کیلومتر نامیدهاند و اندازههایی را که هزار برابر کوچکتر از متر هستند، میلیمتر میخوانند. جدول زیر برخی از این نامها را مشخص کرده است. 

جدول1.مقیاسهای اندازه گیری به همراه نماد علمی

در میان اندازههای کوچک، نانومتر از اهمیت ویژهای برخوردار است که بعدها بیشتر در مورد علت آن صحبت خواهیم کرد. اما پیش از آن لازم است که درک صحیحی از این اندازه داشته باشیم. برای این منظور میتوانیم آزمایش بالا را ادامه دهیم؛ تا آنجا پیش آمدیم که دانههای نمک را به اندازهیک میز بزرگ کردیم. با این بزرگنمایی (1000 برابر)، قطرتارموی شما معادل یک طناب بسیار کلفت خواهد شد،میتوانید از گلبولهای قرمز برای تیله بازی استفاده کنید و باکتریها نیز همچون دانههای نمک قابل رویت میشوند (شکل 2).

 

شکل(2)

اما هنوز هم نتوانسته ایم یک نانومتر را ببینیم.این بار باکتریهای کوچک نمکین را دوباره 1000برابر بزرگتر میکنیم. باکتریها دیگر آنقدر بزرگ شده اند که میتوانید به عنوان یک مبل راحت به آنها تکیه دهید. در این دنیای جدید میتوانید با ویروسها تنیس بازی کنید، پروتئینها را به دور انگشتتان بپیچید و اتمها و مولکولهای کوچک را لمس کنید.اکنون می توانید اجسام نانومتری را به اندازه دانه های نمک ببینید(شکل 3). به مقیاس نانو،خوش آمدید.

شکل (3)

جلسه 2-قصه حسن کچل و اتم های کربن

جلسه 2 :

قصه حسن کچل و اتم های کربن

یک نانومتر چه مقدار کوچک است؟ یکی از راه های پی بردن به مقیاس نانو این است که از مقیاس بزرگتر به سمت مقیاس کوچک تر یعنی نانو حرکت کنیم. اگر از اندازه ی 5/1 متر،شروع کنیم به کوچک شدن و هزار بارکوچک شویم، به حدود 1 میلی متر(اندازه تار مو) میرسیم و اگر 100 بار دیگر کوچک شویم،این بار به حدود 10 میکرومتر (اندازه گلبول قرمز) میرسیم؛ اگر 10 بار دیگر کوچک شویم، به حدود 1 میکرومتر(اندازه ی هسته سلول) میرسیم؛ اگر10 مرتبه دیگر کوچک شویم به اندازه ی 100 نانو متر میرسیم (اندازه رشته های کروموزوم) و اگر این بار 10 برابر کوچک شویم به 10 نانو متر (اندازه ی رشته های دی ان ای) میرسیم؛ بار دیگر 10 مرتبه کوچک میشویم ؛ اکنون ما به اندازه ی اتمهای 1 نانومتری کربن رسیده ایم!

حسن کچل قصه ما ،دانش آموزی باهوش و بسیار پر مطالعه بود. یک روز در حین مطالعاتش به واژه نانو فناوری برخورد کرد؛ حسن کچل تلاش زیادی کرد تا بفهمد نانو فناوری یعنی چه؟ ولی چیز زیادی دستگیرش نشد تا این که توی اینترنت، سایت باشگاه نانو را پیدا کرد. نانو فناوری یعنی کار با مواد، در ابعاد مولکولی یعنی حدود نانو متر؛ اینجا بود که یک سوال دیگه براش پیش اومد؛ یک نانو متر یعنی چه؟ در همین حین بود که حسن کچل شروع کرد به کوچک شدن! آهان یادم رفت که بگم قد حسن کچل 5/1 متر بود؛ او حدود 1000 بار کوچک شد و به حدود 1 میلی متر و به اندازه تار موی دوستش رسید! یه بار دیگه کوچک شد؛ این بار حسن کچل ،100 بار دیگه کوچک شد و شد حدود 10 میکرومتر و افتاد روی گلبول قرمز! حسن کچل 10 برابرکوچک شد؛یعنی حدود 1میکرومتر و شروع کرد با هسته سلول فوتبال بازی کردن! بعد از کلی ورزش، تصمیم گرفت که باز هم کوچک بشه؛ پس 10 بار دیگه کوچک شد و به حدود 100 نانو متررسید. حسن کچل میان رشته های کروموزوم گیر افتاد شروع کرد به کمک خواستن ولی کسی نتونست کمکش کنه ،برای همین مجبور شد که 10 بار دیگه کوچک بشه به اندازه حدود 10 نانو متربرسه. حسن کچل متوجه شد روی یک نردبان قرار داره، ولی در حقیقت اون نردبان نبود... رشته های دی ان ای بود!حسن کچل بازم کوچک شد،10 بار دیگه؛ اونجا بود که به اتم های کربن رسید. بالاخره حسن کچل فهمید 1 نانو متر چقدر کوچکه!

جلسه 1 : فناوری نانو، از آغاز تا کنون

جلسه 1 :

فناوری نانو، از آغاز تا کنون

نانو علمی است که در آن به مطالعه خواص نانومواد ، تولید و استفاده از آنها در بهبود بخشیدن خواص و ویژگی های مواد استفاده می شود.چرا که بسیاری از خواص ماده در ابعاد نانومتری ، متفاوت از خواص در ابعاد ماکروسکوپی می باشد. با کمک فناوری نانو میتوان از طریق کنترل خصوصیات،تغییراتی را در اتمها ایجاد کرد.
علم نانو و علوم مرتبط با آن جدید نیستند.شیمیدانها صدها سال است که از تکنیکهایی در کار خود استفاده می کنند که بی شباهت به تکنیکهای امروزی نانو نیست.
امروزه از فناوری نانو در بسیاری از زمینه ها مانند طراحی تراشه های کامپیوتری ، ساخت مواد آرایشی ، انواع پوشش ها و روکش های محافظتی و لباسهای مقاوم استفاده می شود.

مقدمه 
علم نانو و علوم مرتبط با آن چندان جدید نیستند، چرا که صدها سال است که شیمیدانان از تکنیکهایی در کار خود استفاده میکنند که بیشباهت به تکنیکهای امروزی نانو نیست . پنجره های رنگارنگ کلیساهای قرون وسطی، شمشیرهای یافت شده در حفاری های سرزمین های مسلمانان ، همگی گویای این مطلب هستند که بشر مدت هاست که از برخی شگردهای این فناوری در بهینه کردن فرایندها و ساخت اشیاء با کیفیت بهتر ، بهره می برده است ؛ اما تنها به دلیل پیشرفت کم فناوری و نبود امکانات امروزی مانند میکروسکوپ نیروی اتمی، میکروسکوپ تونلی پیمایشی و غیره ، نتوانسته حوزه مشخصی برای این فناوری تعیین کند. 

تاریخچه 
اولین بار ریچارد فاینمن در سال 1959 طی سخنرانی خود با بیان امکان به راه اندازی فرایندی برای دستکاری اتمها و مولکولها با استفاده از ابزارهای دقیق ، سبب شد تا افکار به سمت توسعه چنین امکانی متمایل شوند. در سال 1974، پروفسور نوریو تانیگوشی، مدرس دانشگاه علوم توکیو، نخستین بار واژه "فناوری نانو" را بکار گرفت. او در مقاله ای با نام "مفهوم اساسی فناوری نانو" اشاره می کند که فناوری نانو اساسا مجموعه ای از فرایندهای تفکیک، ادغام و تشکیل مواد در حد یک اتم یا یک مولکول است. در دهه 1980 ، ایده ی این تعریف به طور وسیع تر توسط دکتر درکسلر (نویسنده کتاب های موتور خلقت) مورد بررسی قرار گرفت.
فناوری نانو و نانوعلوم ، در اوایل دهه 1980 با تولد علم کلاستر و اختراع میکروسکوپ تونل زنی پیمایشی آغاز به کار کرد. این توسعه، سبب کشف فلورین در سال 1986 و نانولوله های کربنی طی چند سال بعد شد. 
تحول دیگر این فناوری مربوط به ساخت نانوبلورهای نیمه هادی بود که منجر به افزایش شدید تعداد نانوذرات اکسید فلزی نقاط کوانتوم گردید. میکروسکوپ نیروی اتمی، 5 سال بعد از میکروسکوپ تونل زنی پیمایشی اختراع شد تا با کمک آن بتوان اتمها را بررسی کرد. 

کاربرد 
فناوری نانو یک زمینه بین رشته ای است که در محدوده علوم کاربردی مختلفی نظیر فیزیک، مواد، الکترونیک و غیره وارد شده است. فناوری نانو ،خود به تنهایی یک علم نیست ؛بلکه با استفاده از آن می توان به کاربردی کردن علوم مختلف کمک کرد. فناوری نانو به سه صورت تعریف می شود: 
-1 فناوری نانو تحقیقات و مطالعه ی مواد و خصوصیات آنها در محدوده 1- 100 نانومتر را در بر می گیرد.
-2 با کمک فناوری نانو ساختارهای نانویی را می توان خلق کرد که خصوصیات آنها با ساختارهای ماکروسکوپی همان مواد متفاوت است.
-3 با کمک فناوری نانو می توان از طریق کنترل خصوصیات ، در اتمها تغییراتی ایجاد کرد.
زمانی که مواد در مقیاس نانو مطالعه و بررسی می شوند ، واکنش های و رفتار اتمها در مقایسه با حالتی که مطالعه در سطح مولکولی انجام می شوند کاملا متفاوت است؛ چرا که در این قلمرو خصوصیات فیزیکی مواد تغییر می کند. این درست مانند این است که توپی را در محفظه ای بیندازید و توپ دیگری را از آن محفظه بیرون آورید! تفاوت در قلمرو نانو به اندازه ای است که حتی رنگ، نقطه ذوب، خصوصیات شیمیایی و غیره مواد در خارج از این محدوده کاملا متفاوت است. 
در فناوری نانو، برای ساخت، دو روش در نظر گرفته می شود: روش ساخت پایین به بالا و روش ساخت بالا به پایین. در روش ساخت پایین به بالا، وسایل و مواد از سطح مولکولی بر اساس اصول شیمی مولکولی ساخته می شوند. درست مانند یک دیوار که از روی هم گذاشتن آجر به آجر ساخته می شود. 
در روش ساخت بالا به پایین، اشیاء نانویی بدون کنترل اتمی در مقادیر بزرگتر ساخته می شوند. به این طریق که در ساخت آنها از تجهیزات پیشرفته این فناوری مانند میکروسکوپ اتمی و میکروسکوپ تونلی پیمایشی استفاده می شود تا فرایند دستکاری و ایجاد پدیده ها و خصوصیات جدید در اشیاء نانویی، امکان یابد.
امروزه فناوری نانو، در ساخت پلیمرهایی با ساختار مولکولی و طراحی تراشه های کامپیوتری کاربرد دارد. همچنین از این فناوری در ساخت مواد آرایشی، انواع پوشش ها و روکش های محافظتی و لباسهای مقاوم نیز استفاده می شود.

 

اهمیت توجه داشتن به خلاقیت کودکان

خلاقیت

خلاقیت صفتی است که در همه ما وجود دارد اما نیاز به آموزش و پرورش دارد تا به سر حد شکوفایی برسد.

«خلاقیت توانایی دیدن چیزها به شیوه های جدید و یافتن راه حل های نو با نگاه متفاوت به مسئله است.»
مقوله خلاقیت یکی از موارد بسیار مهم در داشتن زندگی سازنده و موفق است.
خانواده یکی از عوامل بسیار مهم در رشد و پرورش خلاقیت کودکان محسوب می گردد. شیوه های صحیح فرزند پروری نقش مهمی در شکوفایی این توانایی ایفا می کند.
زمینه رشد خلاقیت زمانی فراهم می شود که به کودک آزادی داده شود و به او به عنوان یک فرد احترام بگذارند.
کارهایی که به پرورش خلاقیت و استعدادهای کودک کمک می کند:
1- توانایی ها و علائق کودک را تشویق کنید
2- پیشرفت های معمولی کودک را بپذیرید و برای آنها ارزش قائل شوید
3- کودک را تشویق کنید تا خودش تصمیم بگیرد
4-محیط مناسبی برای انجام کارهای خلاقانه کودکان فراهم نمایید
5- به کودک خود مسئولیت بدهید
6- کودک را تشویق کنید از خودگویی مثبت استفاده کند
7- به فرزند خود مهارت حل مشکل را بیاموزید
 تاثیر بازی در پرورش خلاقیت
    بعضی از والدین فکر می کنند بازی کودک یک جور اتلاف وقت است، ولی باید بدانیم بازی نقش بسیار مهمی در رشد خلاقیت کودک ایفا می کند. کودکان خلاق برای هریک از بازی موارد مختلفی می یابند و قبل از اینکه از وسیله ای به سراغ وسیله دیگر بروند، از آن به طرق مختلف استفاده می کنند. کودک خلاق با توجه به موقعیت و مکان خاص، بازی را انجام می دهد، بازی جدید ابداع می کند، رهبری بازی را به دست می گیرد و نقش های متفاوتی را که بعدا در جامعه با آنها روبه رو می شود را در بازی تجربه می کند. اجازه دهید کودکان بازی ها را تجربه کنند تا خلاقیت آنها پرورش یابد. 
    و سخن آخر ...

    توجه داشته باشیم که استعداد سهم کوچکی از خلاقیت است. تمرین و نظم بخشیدن به آن اهمیت بیشتری دارد. پس یادمان باشد که همه کودکان ما استعداد دارند، یاد بگیریم نقاط قوت آنها را شناسایی و تقویت کنیم و کمک کنیم تا نقاط ضعف آنها برطرف شود.