گزارش کارآموزی نانوتكنولوژي و كاربرد آن دركشاورزي

دسته بندي : فنی و مهندسی » کشاورزی و زراعت
گزارش کارآموزي نانوتكنولوژي و كاربرد آن دركشاورزي در 25 صفحه ورد قابل ويرايش


فناوري نانوچيست ؟

نانوتکنولوژي فناوري است که از کنش ها و واکنش هايي که در سطح اتم اتفاق مي افتد منشا گرفته و فناوري جديديست که تمام علوم را در خواهد نورديد ، به تعبير دقيق تر نانوتکنولوژي انقلابي جديد براي همه علوم در آينده است . اين تکنولوژي قادر به بهبود روش هاي ارزيابي ، مديريت و کاهش خطرات براي محيط زيست بوده و فرصت هاي را براي توليد محصولات جديد فراهم خواهد ساخت . نانوتکنولوژي در واقع مهندسي در سطح اتم و يا گرو.هي از اتم ها مي باشد . از همين تعريف ساده بر مي آيد که نانوتکنولوژي يک رشته جديد نيست ، بلکه رويکرد جديدي در تمام رشته هاست .

بنابراين علم نانوتکنولوژي توانمندي توليد مواد ، ابزارها و سيستم هاي جديد براي در دست گرفتن کنترل در سطح مولکولي و اتمي ، با استفاده از خواصي که در آن سطوح ظاهر مي شوند را دارد .

البته بايد در نظر داشت که ممکن است اصول و قواعد معمولي علم شيمي و فيزيک در سطوح فوق به دو دليل قابل اعتماد نباشد .

1- خواص ذرات کوچک يک ماده با خواص توده هاي بزرگ تر آن مي تواند متفاوت باشد .

2- نسبت سطح به حجم در ذرات بسيار بالا مي رود ، و از آنجا که خصوصيات در سطوح اتمي بسيار متفاوت مي باشد اين امر باعث تغيير خصوصيات مواد به شکل غير قابل پيش بيني مي شود .

بعنوان مثال وقتي نقره به ذرات بسيار کوچکتر تبديل مي شود ، به صورت ماده ضد ميکروب عمل مي کند در حاليکه در اين شرايط ذرات طلا رنگ هاي متنوعي را از خود منعکس مي کنند .

در آينده نه چندان دور علم نانوتکنولوژي بشر را قادر خواهد کرد تا ماشين هايي را بسازد که توانايي محاسبه ،حرکت ، احساس محيط اطراف و حتي بازسازي خود را داشته باشند . از اين رو براي نانوتکنولوژي کاربردهايي را در حوزه هاي مختلف از غذا ، دارو ، تشخيص پزشکي و بيوتکنولوژي تا الکترونيک ، کامپيوتر ، ارتباطات ، حمل و نقل ، انرژي محيط زيست ، مواد ، هوا فضا و امنيت ملي بر شمرده اند . سازه هاي نانو مي توانند باعث انقلابي در علوم و در تمام سطوح، بخصوص در علم کامپيوتر ، پزشکي و بهداشت ، بيوتکنولوژي و کشاورزي گردند . بنابراين کاربردهاي وسيع اين عرصه به همراه پيامدهاي اجتماعي ، سياسي و حقوقي آن ، اين فن آوري را به عنوان يک زمينه فرا رشته اي و فرابخشي مطرح نموده است . با اين وجود چالش هاي در پيش روي اين علم عبارت است از توانايي توليد ، بکار گيري و اندازه گيري موادي که در حد يک الي 100 نانومتر مي باشند . بايد در نظر داشت که هر نانو برابر است با يک هشت هزارم قطر موي انسان که تقريبا معادل قطر يک اتم اکسيژن مي باشد .

هدف ازتهيه و ارائه اين مجموعه آشنايي دانش آموختگان رشته هاي علوم کشاورزي با مباني علم نانوتکنولوژي مي باشد . در اين راستا ابتدا نانوذرات ، برخي از کاربردهاي آنها و خطرات احتمالي کاربرد آنها در طبيعت مورد بحث قرار ميگيرد . سپس نانو ماشين ها به همراه انقباض هايي که مي توان از طبيعت براي ساختن و بکارگيري آنها صورت گيرد ارائه مي شود . در پايان ضمن آوردن مثال هاي از کابرد نانوتکنولوژي در کشاورزي، ايده هاي براي استفاده از اين علم در جهت بهبود بکارگيري نهاده هاي کشاورزي براي توليد محصولات سالم تر مورد اشاره قرار گرفته است .

نانوذرات

همانگونه که گفته شد نانوذرات مي توانند از مواد مختلف و به اشکال متفاوتي باشند که در اينجا ما انها را به چهار دسته تقسيم مي کنيم.

1- نانوذرات توليد شده از اتم کربن ، اتم هاي کربن بدليل ساختمان اتمي خاص مي توانند ساختمان هاي متفاوت ملکولي را ايجاد کنند . مثلا ملکولهاي bcckyball، مانند ملکولهاي الماس و کرافيت ، فقط از اتم هاي کربن تشکيل شده اند . اين ملکولها داراي ساختماني توخالي و بيضي شکل بوده و از به هم پيوستن تعداد معيني اتم کربن ( مثلا 60،70،120،180) ايجاد مي گردند . البته نوع شصت کربنه آنها که داراي ساختمان ملکولي مستحکم تر و بيشتر به شکل بيضي بوده در حاليکه انواع ديگر کشيده تر هستند .

2- نانو لوله ها (nano tubes) دسته ديگري از ملکولها کربني مي باشند که بسيار شبيه به گروه قبلي بوده ولي با اين تفاوت که طول آنها بيشتر و انتهاي آنها باز مي باشند . نانولوله ها مي توانند در کنار هم شبکه هاي مشبکي را ايجاد کنند . از اين لوله ها مي توان براي انتقال ملکولها به درون سلول و همينطور بعنوان يک خط کش براي اندازه گيري در حد نانو بهر چيست . اين مواد در عرصه تجاري نيز قابليت هاي بسياري دارند که از جمله بهبود کيفيت پوشش ها و طلق ها را مي توان بيان کرد .

3- نانوذراتي که اساس آنها اتم هاي فلزات مي باشد: نانوذرات طلا، نانوذرات نقره ، و ذرات کوانتوم، نانوکوانتوم هاي فوق خاصيت نيمه هادي داشته و از کاديوم سلنيوم ، سولفيد کاديوم يا تلوريد کاديوم با يک پوشش عايق از جنس پليمر ساخته شده است . اندازه نانو کوانتوم ها را مي توان طوري تغيير داد که خصوصيات فيزيکي و بخصوص خصوصيات ظاهري متفاوتي را ارائه نمايد . ( اندازه کوچک به اين معنا مي باشد که حدود 70% از اتم ها در سطح ذره قرار مي گيرند ) پوشش پليمري و عايق نه تنها از تاثير سميت کاديوم در محيط جلوگيري مي کند بلکه نوع آن مي تواند بنحوي طراحي شود که خصوصيت ترکيبي با ملکولهاي معيني را داشته باشد در اين شرايط از اين نانو ذرات مي توان بعنوان نشانگر استفاده نمود . يکي از کاربردهاي نانوکوانتوم ها استفاده از انها در مدل هاي جديد دستگاه هاي DVD ها مي باشد . در واقع اين نوع دستگاهها از يک نوع نور ليزر، که در سال هاي اخير کشف شده غير ممکن بود . ولي با ساخت ليزر کوانتمي آبي اين امکان بوجود آمد.

براي رديابي آزمايشات بيولوژي استفاده از رنگ هاي طبيعي کاربرد فراوان دارد.با اين حال به پيشرفت بشر نياز به رنگ هاي متنوع تري براي درک و تشخيص دقيق تر و سريع تر نتايح احساس مي گردد که از عهده رنگ هاي معمولي خارج است . اما بکار گيري نانو کوانتوم ها توانسته اين خلع را پر کند . بعنوان مثال آزمايش حاملگي با استفاده از نانوکوانتوم ها سريع تر و با دقت بيشتر قابل تشخيص است . استفاده ديگر از نانوکوانتوم ها در سلول هاي خورشيدي مي باشد چرا که در روش قديمي هر فوتون از نور خورشيد مي تواند يک الکترون را در جريان قرار دهيد حال آنکه با استفاده از نانوکوانتوم ها سه الکترون وارد مدار مي گردد که باعث افزايش بازده سلول هاي خورشيدي مي شود .

4- نانوذرات چند شاخه اي Dendrimers

نوعي نانوپليمر به شکل چند شاخه اي که با اضافه کردن تک اتم ها به ملکول اصلي و در انتهاي هر شاخه ساخته مي شوند ، به طوريکه شاخه هاي متعددي در مجموع توليد مي شود . بنابراين هر ملکول شامل تعداد زيادي شاخه ، که هر کدام ممکن است به يک بخش انتهايي با خاصيت شيميايي خاص منتهي گردد مي شود . اين خصوصيات مي تواند در انجام عمل کاتاليزوري و يا انجام هر مرحله اي واکنش ها شيميايي کاربرد داشته باشند . علاوه بر اين بخاطر داشتن فضاي خالي در بين اين رشته ها ، ملکول هاي ديگري نيز مي توانند در اين فضاها جاي گيرند که به عنوان مثال مي تواند براي انتقال دارو در بدن مناسب باشند . در اين راستا از نانوذرات فوق براي انتقال دارو و کنترل سرطان استفاده زيادي مي شود .

5-نانوذرات ترکيبي(composites): در اين حالت يک نانو ذرات با ساير نانو ذرات و يا ترکيبات درشت تر ترکيب مي شوند . به عنوان مثال نانوذراتي مانند نانورس ها با همديگر ممزوج شده تا قابليت مکانيکي ، گرمايي ، مقاومت و خاصيت کششي خاصي را ايجاد کنند . اين خصوصيات باعث توليد موادي با قابليت جديد الکتريکي ، شيميايي ، مکانيکي ، کاتاليزوري و مغناطيسي شده به نحوي که از لحاظ پزشکي ، اقتصادي ، نظامي ، محيط زيست بسيار حائز اهميت مي باشد . يکي از موارد استفاده از اين نانو ذرات بکارگيري انها در حس گرهاي بويايي مي باشد . اين نانوحسگرها در واقع بيني هاي الکتريکي (E-nose) هستند که نقش بيني هاي انسان را ايفا مي کند .

بخش اصلي بين الکتريکي قسمت حس گرهاي گازي مي باشد که بوها را درک مي کند اين سيستم از تجزيه و تحليل عکس العمل ها در يک سري از نانوذرات براي تشخيص و متمايز ساختن بوي هاي موجود در هوا استفاده مي کند . اين حس گرها در واقع از نانوذرات ( بعنوان مثال اکسيد روي ) که در مقابل عبور برخي از گازها مقاومتشان تغيير مي کند ، تشکيل شده اند .مزيت هاي استفاده از نانوذرات در واقع اين است که سطح تماس را براي اين نوع ارزيابي بيشتر مي نمايد . تغيير مقاومت الکتريکي در واقع باعث ايجاد تغيير جريان الکتريکي به طور اختصاصي براي هر بو شده که براي شناختن نوع کميت ، و کيفت بوها استفاده مي شود . هدف اصلي از استفاده از بيني هاي الکتريکي تشخيص عطرها ، براورد غلظت و يافتن خصوصيات و ويژگيهايي از بوها است که براي بيني انسان قابل درک نمي باشد .

از انجا که هر روزه خصوصيات و ترکيبات جديدي از نانوذرات يافت مي شود به همان نسبت کاربرد آنها نيز نيز بيشتر مي شود . بطوريکه پيش بيني مي گرد که در آند فروش نانو ذرات در سال 215 به حدود يک تريلون دلار برسد .

اثرات نامطلوب نانوذرات

هنوز اطلاعات کمي در خصوص اثرات نامطلوب نانوذرات بر روي محيط زيست وجود دارد . اينکه نانوذرات چگونه در هوا ، آب و خاک پراکنده مي شوند و چه اثرات نامطلوبي بر روي چرخه غذايي مي تواند داشته باشند هنوز کاملا روشن نيست . بنابراين يکي از نيازهاي تحقيقاتي اين جنبه از اثرات نانوذرات و نانوتيوپ ها مي باشد . با اين حال مي توان گفت که بدليل اندازه کوچک نانوذرات احتمال پراکندگي و نيز نفوذ در درون بافت ها بيشتر است لذا نانوذرات مي توانند به مراتب خطرات آلودگي بيشتر و گسترده تري را براي محيط زيست به همراه داشته باشند . در سال 2003 محققين دريافتند که بدليل اندازه کوچک نانوسموم ، قدرت نفوذ آنها به درون بافت هاي محافظت کننده پوست ، خون و مغز زياد بوده و در نتيجه سميت آنها بالاتر مي باشد . تحقيقات نشان داد که اثر نانوکربن بر روي ماهي هاي سبب تخريب مغز و مرگ زود هنگام مي گردد . علاوه بر اين تحقيقات نشان داده که حرکت نانو ذرات در درون خاک مي تواند به طور غيرمنتظره بوده و مواد ديگري را نيز با خود حمل کند .

نانوذرات اکسيد آلومينيوم که اغلب در همه جا از کاتاليستهاي زيست محيطي تا کرم هاي ضد آفتاب يافت مي شوند ميتواند اثر محدود کننده را بر روي رشد ريشه گياهان داشته باشد . اگر چه نتايج اوليه لزوم وجود غلظت هاي بسيار بالا را براي بروز اثرات اين چنيني نشان مي دهد . اين تحقيق از جمله تحقيقات اوليه در زمينه اثرات نامطلوب نانوذرات بر روي محيط زيست و گياهان مي باشد . نانوذرات ممکن است به درون آب وارد شده و يا در فضا بصورت ذرات ناخواسته منتشر گردند . همچنين محققين در خصوص اثرات غلظت هاي مختلف نانوذرات فوق بر روي پنج گياه کلم ، هويج ، ذرت ، خيار و سويا آزمايشاتي را انجام داده اند . ذرات فوق که هر کدام در حدود 13 نانومتر قطر داشتند تقريبا به اندازه نانو ذراتي بودند که به طور تجاري در بازار وجود دارد . غلظت دو ميليگرم بر ليتر سبب کاهش معني دار رشد ريشه شده است . در حاليکه در غلظت هاي پايين تر اثر نامطلوبي مشاهده نگرديد . آنها همچنين اثرات اکسيد تديوم ، اکسيد سيلکون با ابعاد مشابه را نيز مورد بررسي قرار داده و مشاهده کردند که اکسيد سيليکون اثر نامطلوب ندارد در حاليکه اکسيد تيتانيوم هيچ گونه اثر سوئي را نشان

محلول تثبيت كننده شن با كمك فناوري نانو

در گذشته براي تثبيت شن هاي روان و انجام فرايند بيابان زدايي از مالچ نفتي استفاده مي شد . اين ماده بسيار سمي بوده و مانع رشد گياه مي گردد . محلول پليمري جديدي مبتني بر فناوري نانو توسط يك شركت داخلي ساخته شده كه ميتواند جايگزين روش قبلي تثبيت شن هاي روان گردد . اين محلول پليمري حاوي 90% آب و 10% پليمر طبيعي پلي لاتيس است و بر خلاف ماده قبلي مانع رشد گياه در شن نمي شود. اين محلول حاوي نانوذرات محصور شده درداخل نانوكوپل هاي بيوپليمري است . اين ذرات كه بر روي شن اسپري مي شوند در آن نفوذ كرده و يك شبكه بيوپليمري ايجاد مي كنند . اين شبكه ذرات ميكرومتري ،ماكرومتري و نانومتري شن را درگير واكنش كرده و جاذب رطوبت خوبي براي رشد گياهان محسوب مي شود . همچنين نسبت به دماي بالا و باد نيز مقاومت بسيار مناسبي دارد . در غرفه آموزش عمومي براي نشان دادن اين محصول تپه شني ساخته شده بود كه نيمي از آن بوسيله محلول اسپري شده و نيم ديگر تثبيت نشده بود .

خاكهاي مصنوعي ( هيدروژل هاي نانوساختار سوپر جاذب آب )

اين محصول در واقع يك هيدروژل پليمري پودري شكل است كه با جذب متورم مي شود . اين ماده به علت دارا بودن حفرات نانومتري سطح بالايي داشته و مي تواند بيشتر از 110 برابر حجم خود آب جذب كند .ژل درحالت خاك تزئيني ، با مواد مورد نياز براي رشد گياه غني شده و در رنگ هاي مختلف به عنوان خاك عرضه مي گردد. در حالت غيرتزئيني ژل كمك به رشد گياه در مناطق بياباني و خشك است . براي اين منظور مقداري از اين ژل را در كنار بذر قرار مي دهند تا ابتدا از طريق جذب آب از خاك هاي اطراف آب موردنياز را فراهم نموده و سپس تا مدتي طولاني اين آب را حفظ كند .

گزارش جديد مبني بر نانوتكنولوژي در كشاورزي و مواد غذايي :

كاربرد ، مزايا و عوامل خطرناك ( ضرر و زيان ) :

واشينگتن : از نانوتكنولوژي تشكر به عمل آمده است . سازمان مواد غذايي و در كل تغذيه امروز توسط شكل گيري مولكول و اتم طراحي شده است . غذاها به صورتي سالم بسته بندي مي شود و مواد آلوده كننده زيان آور نيز تشخيص داده مي شوند . توليدات بعدي نيز در آينده گسترش يافته است و رنگ ، بو ، محتوي مواد معدني مطابق با ذائقه بشر و استاندارد هاي سازمان يافته مي باشند. در كشاورزي نانوتكنولوژي مصرف آفت كش ها را كاهش داده است. از اين رو نژاد و جانوري اصلاح شده است و فراورده هاي نانو – زيستي صنعتي جديد تهيه شده است .

مشاهده Helmut براور نموده است كه بازاريابي مواد غذايي نانو به سرعت در حال رشد و پيشرفت است و به 20 ميليون دلار تا سال 2010 مي رسد كه تقريبا 3 برابر اندازه فعلي آن است . تحقيق كنوني كه توسط cientiaca انجام شده است . گوياي آن مي باشد كه نانوتكنولوژي در حال حاضر در صنايع كاربرد فراواني دارد و تعداد زيادي از شركتهاي تجاري بزرگ مثل Heinz,kraft,nestle,alutiaو unilever در توسعه و تحقيق نانوتكنولوژي دخالت دارند . دولت آمريكا در اين زمينه به عنوان بخشي از بودجه تحقيق در مورد نانوتكنولوژي سالانه تا 120 ميليون دلار سرمايه گذاري مي كند و گزارش جديد از نانوتكنولوژي در صنايع غذايي و كشاورزي گوياي اين امر است . براي اولين بار داده هاي موجود مورد تجزيه و تحليل واقع شدند كه مبني بر تعيين بودجه تحقيق در زمينه نانوتكنولوژي است و با داده هاي گرفته شده از دولت آمريكا و سازمان trademan تكميل مي شود . اين گزارش نوشته شده توسط پيتر و جنيفر در چارچوب زماني را براي تحقيق در مورد نانوتكنولوژي و كاربرد آن در كشاورزي و صنايع غذايي مشخص مي كند و بايد نگرش اجمالي به مزيت و معايب آن داشت و در مورد بخشهاي احتمالي نياز به تحقيق در مورد امنيت ، سالم سازي و عوامل محيطي بايد توجه بيشتري نمود . كار آنها سبب شد تا پايگاه داده هايي بوجود آيد كه هميشه در دسترس و قابل تحقيق مي باشد .

مواد غذايي كه امروزه به روش نانوتكنولوژي تهيه مي شوند شامل انواع روغنهاي جديدي هستند كه مانع جذب كلسترول در رگ هاي خوني مي شوند و ريشه بستني شكلاتي داراي طعم بهتري است و مقوي تر از ريشه هاي معمولي است و خواص بذر معمولي اجزاي سازنده جديد 100.000 بار كوچكتر از يك دانه شن مي باشد . و مواد جديدي به آفت كش ها افزوده مي شود در نتيجه فرمول هايي در نظر گرفته شده است وبراي مخالفت از جدا شدن اجزاي سازنده كه با هم براي بيش از يك سال نگهداري مي شوند هر 2 ساعت يكبار تكان داده مي شوند . تعداد محصولات غذايي نانوتكنولوژي كه اخيرا كمتر است و اين گفته ديويد ريجسكي مسئول پروژه است : ولي ميليون هادي از لحاظ جهاني توسط دولت و صنعت بكار رفته در نانوتكنولوژي در بخشهايي چون فرايند تهيه مواد غذايي ، سالم سازي و بسته بندي و توليد كشاورزي صرف مي شود و الان وقت آن رسيده است كه سوالاتي مرتبط با اين موضوع مطرح شود . آيا محصولات غذايي كه از طريق نانومهندسي شده است در بازاريابي سال بعد يا 2 سال بعد كاربرد دارد.مزيت و عوامل زيانبار آن چه چيزهايي هستند ؟ و چه كسي تاثيرگذار است ؟ چطور مي توان در مشتريان انگيزه ايجاد نمود ؟