كارگاه نانو
که به ایراد
سخنرانی پرداختند.
ایشان در ابتدا به اعصار مختلف تاریخی
اشاره داشتند که انسان پس ازپشت سر گذاشتن اعصار سنگ و آهن و هواو......اکنون به
عصر نانوتکنولوژی رسیده است.و از نظر تاریخی استفاده از علم نانو را در برخی از
آثار باستانی یافت شده از گذشتگان متذکر شدند.بشر در گذشته به صورت تجربی دریافته
بود که استفاده از برخی مواد درساخت ظروف و یا شیشه ها باعث ایجاد رنگ خاصی در آن
ها می شود.
کلمه نانو تکنولوژی اولین بار توسط یک
محقق ژاپنی به نام نوریو تانیگوچی به کار برده شد.
مبحث نانو تکنولوژی از سال 1990 به بعد
به صورت گسترده مورد توجه پژوهش گران قرار گرفت.
یکی از اولین پژوهش گران در زمینه
تکنولوژی نانو را می توان ریچارد فینمن دانست.
ریچارد فینمن در
سال ۱۹۵۹ در انجمن فیزیک آمریکا در سخنرانی مشهور خود به بررسی بعد رشد نیافتهٔ علم مواد پرداخت و توجه دانشمندان را به
توانایی بشر برای دست کاری مواد در مقیاس اتمی جلب نمود. سخنرانی که میتوان آنرا اولین
بحث در زمینه فناوری نانو دانست.و جمله معروف اوکه می گوید:plenty of room at the
bottom
نانو یکی از پیشوندهایی است که درعلوم
بسیار کاربرد دارد.و یک میلیلردیم یک متر است.
نانو ماده موادی را در بر می گیرد که
ابعاد آن بین یک تا 100 نانومتر باشد.البته اگر ذره ای با ابعاد کمی بزرگ تر از
این مقدار هم خواص مورد نظر ما را بدهد نیز جزو نانو ماده محسوب خواهد شد.
در صورتی که ماده ای با ابعاد
ماکروسکوپیک را در ابعاد نانو خرد کنیم خواص جدیدی در آن ظاهر می شود.مثلا در
دمایی پایین تر از دمای عادی ذوب می شود یا به رنگ دیگری در می آید(طلا در ابعاد
یک آنگستروم بی رنگ،و در ابعاد 30 الی 500 نانومتر قرمز تیره یا آبی رنگ است) و
یا.....
در نانو پودر کردن مکعبی با ابعاد یک
سانتی متر مکعب می توان سطح مکب(6 ساتی متر مربع) را یک میلیون سانتی متر مکعب
زیادتر کرد.با این کار در صد اتم های سطحی را افزایش داده ایم. اتم های سطحی به
علت ناقص بودن پیوندهای کووالانسی آن پایدار نیستند. از این رو حلالیت،نقطه ذوب و
واکنش پذیری ماده تحت تاثیر قرار می گیرند.در واقع با گذر
از میکروذرات به نانوذرات، با تغییر برخی از خواص فیزیکی روبرو میشویم، که دو
مورد مهم آنها عبارتند از: 1-افزایش نسبت مساحت سطحی به حجم و 2- ورود اندازه ذره
به قلمرو اثرات کوانتومی.
افزایش نسبت مساحت سطحی به حجم که بهتدریج با کاهش اندازه ذره رخ میدهد، باعث
غلبهیافتن رفتار اتمهای واقع در سطح ذره به رفتار اتمهای درونی میشود. این
پدیده بر خصوصیات ذره در حالت انزوا و بر تعاملات آن با دیگر مواد اثر میگذارد.
مساحت سطحی زیاد، عاملی کلیدی در کارکرد کاتالیزورها و ساختارهایی همچون
الکترودها- یا افزایش کارآیی فناوریهایی همچون پیل سوختی و باتریها- میباشد.
تغییر خواص
مواد در ابعاد نانو:
تغییر رنگ مواد، تغییر شفافیت ، تغییر
خواص الکترو مغناطیسی ، تغییر دمای ذوب و استحکام.
درماده توده نوارهای انرژی هم پوشانی
دارند. در نانو ابعاد کردن مواد فواصل ترازهای انرژی آن ها فاصله دار می شود.
نانو مواد را از لحاظ ابعاد می توان به
چهار دسته تقسیم بندی کرد:
1-
نانو مواد صفر بعدی :
در هر سه بعد اندازه اش کمتر از 100 نانومتر است.زیر 10 نانومتر(نانوکوانتوم)که
اثرات کوانتومی در آن ظاهر می شود.
2-
نانو مواد یک بعدی :
نانو سیم، نانولوله، نانورشته دارای دو بعد نانومتری هستند و در جهت سوم کشیده شده
اند.
3-
نانو مواد دو بعدی :
(لایه های نازک) تنها در یک بعد دارای ضخامت نانومتری هستند.(گرافن مشهورترین لایه
های از جنس گرافیت است.)
4-
نانو سه بعدی : هیچ
کدام از ابعاد آن در مقیاس نانو نیست(خاک رس) ولی درون آن موادنانو ساختار وجود
دارد و یا دارای دانه بندی کریستالی نانومتری است.
روش های تولید نانو ماده:
روش تولید از بالا به پایین :
روش تولید از پایین به بالا : از اهداف مهم فناوری نانو، و شاید مهمترین آنها، به وجود
آوردن ساختارهایی از مواد است که در آنها آرایش مولکولها از پیش طراحی شده باشد.
روشهای مرسوم تولید، مثل روش ذوب فلزات و سرد کردن آنها در قالب، چنین امکانی را
فراهم نمیکنند. این که از کدام روش استفاده کنیم منوط به این است که مادهی
اولیهی ما به چه شکل است؟ اگر ماده اولیه ما تعدادی قطعهی کوچک و ریز باشد، از
روش پایین به بالا استفاده میکنیم؛ اگر ماده اولیه یک قطعهی بزرگ باشد، از روش
بالا به پایین استفاده میکنیم. در عین حال، ممکن است هر دو روش هم به کار رود.
روش لیتوگرافی
: ابتدا با اشعه uv مشخصات شیمیایی فیزیکی ماده را عوض می کنیم.سپس
با حلال انتخابی ماده را حل می کنیم.
روش آسیاب
مکانیکی : مناسب برای تولید نانو کامپوزیت ها (مواد
مرکب) می باشد. این امر واضح است که وقتی ذرات فلزی تحت تغییر فرم زیاد قرار می
گیرند می شکنند. اگر از یک ماده شیمیایی مناسب به منظور جلوگیری از جوش سرد
استفاده گردد می توان ذرات ریزتری تولید نمود. انواع آسياب ها:1- آسیاب لرزشی SPEX 2-
آسیاب گلوله ای سیاره ای3- آسیاب سایشی
استفاده از روش
تولید نانو مواد از پایین به بالا در روش های فوق گسترده تر و کم هزینه تر است.که
خود به روش های متنوع (قابی،cvd،و ...)انجام می گیرد.
روش VLS
: یا روش بخار-مایع-جامد برای رشد si پیش ماده کلرید سدیم می
خواهیم.اگر احیا شده و در فاز مایع قرار گیرد .به علت تفاوت دما در دو قسمت مولکول
ها تمایل دارند به سمت سردتر بروند.
روش سل- ژل : در این روش ابتدا
محلول آماده را به صورت نانو ذرات کلوئیدی تبدیل می کنیم.کلوئید در ادامه به هم
پیوستن ژل را فراهم می کند.و در یک فرایند تبخیری مایع تبخیر و ماده باقی می ماند.
2 Tioبا همین روش تولید می شود.
روش
تبخیر شیمیایی : برای رشد لایه های نازک به کار می رود. فرآیند رسوب فیزیکی بخار (PVD) در
ابتدا فقط برای رسوب دادن بخار فلزات توسط انتفال در خلاء و بدون انجام واکنش
شیمیایی مورد استفاده قرار می گرفته است. سیستم و فرآیند PVD از کارایی بسیار بالایی
برخوردار بوده و دامنه وسیعی از متغییرها را دربر می گیرد که برخی از آنها شامل
واکنش های شیمیایی نیز می باشد. از این فرآیند برای تولید رسوب هایی از فلزات
خالص، آلیاژها، ترکیبات و سرامیکها بر روی تقریبا انواع مختلف زیر لایه ها با
شکلهای مختلف استفاده می شود. سرعت تشکیل پوشش در این روش تا 50 میکرون در دقیقه
می رسد. دامنه کاربرد این روش در تمام زمینه های صنعتی و تکنولوژی برای ایجاد خواص
سطحی مانند خواص الکتریکی، نوری، مکانیکی، شیمیایی و ... است.
روش
مذاب ریسی(الکتروریسی) : در این روش ماده مذاب در سرعت
زیاد سرد می شود.
روش های حالت جامد : که بر اساس تغییر شکل پلاستیک شدید کار می کند .
روش لیزر پالسی : برای تولید نانو ساختارهای کربنی و بر اساس شلیک لیزر روی لایه فلزو تبدیل آن
به فاز گازی کار می کند.
روش پوششی : «پوشش» لايهاي است با ضخامت کمتر از مادة پايه، که پوشش روي آن نشانده ميشود.
به چندروش این کار صورت می گیرد. 1-افزایش سطح تماس بین دوجسم. وقتي ما جسمي را
خرد ميکنيم، ذرههاي تشکيلدهنده آن با جمع شدن در کنار هم، همان جسم اوليه را
تشکيل ميدهند، با اين تفاوت که سطح تماس بيروني مجموع ذرات در مقايسه با قطعه
اوليه افزايش پيدا کرده است. 2-يک راه ديگر براي براي پوششدهي اين است که به جاي
ذرهذره کردن پوشش، آن را اتمبهاتم درست کنيم. براي اين کار کافي است که اتمهاي
ماده اول را بکَنيم و به اتمهاي ماده دوم بچسبانيم.که با اعمال يک ولتاژ قوي این
کار امکان پذیر است.3-اگر يک محلول فراسيرشده داشته باشيم و آرامآرام آن را سرد
کنيم، با يک ضربه ذرات اضافي رسوب ميکنند. اگر کاري کنيم که اين ذارت روي سطح
رسوب کنند و بعد از رسوب دادن اين ذرات بتوانيم آنها را به سطح بچسبانبم، در حقيقت
با استفاده از محلول، سطح مورد نظر را پوشش دادهايم.
روش
هیدروترمال : در یک محفظه فولادی مواد حرارت می بینند.و
در اثر تغییرات دما و فشار مواد از حالت محلول به رسوب نانو فلاور تولید می شود،و
ساختارهای جذابی را ارائه می دهد.
نانو
ساختارهای کربنی :از ساختارهای کربنی فلورین ساختار
جذابی دارد.فلورین از قرار گرفتن 60 اتم کربن کنار هم ایجاد می شود.فلورین از قرار
گرفتن ساختارهای 6 ضلعی و 5 ضلعی کنار هم شکلی کروی داشته که برای دارورسانی می
توان از آن استفاده کرد.
علاوه بر این از کربن
ساختارهای دیگری همچون نانو لوله های کربنی (چند جداره و تک جداره) با خاصیت
الاستیکی ( تا 5 برابر کشیده می شوند)نیز ساخته می شود.
نانو فیبرهای کربنی نیز از محصولات دیگر نانو فن آوری می باشد. نانوفیبر
کربنی، نانوساختارهای استوانه ای با لایه های گرافن می باشند که به صورت های مخروط
انباشته ،فنجان و یا صفحات و بدون هسته ی توخالی، مرتب می شوند.
ابزار شناسایی نانو مواد:
میکروسکوپ STM ,
AFM : که پستی و بلندی
های سطحی را به ما نشان می دهند.میکروسکوپ تونلی روبشی معمولا برای رساناها به کار
می رود.که در دو حالت جریان ثابت و ارتفاع ثابت به کار می رود.در ارتفاع ثابت سوزن
ثابت و با حرکت روی سطح تونل زنی در ارتفاعات مختلف متفاوت خواهد بود.
میکروسکوپ
نیروی اتمی (پویشی):
از اندازه گیری نیروی بین اتمهای سطح نمونه و پراب تیز، میتوان
فاصلهٔ بین نوک و سطح نمونه، یا همان ارتفاع آن قسمت از نمونه را بدست آورد.حرکت
پراب بر روی نمونه توسط دستگاه موقعیتیاب بسیار دقیقی انجام میشود که از سرامیکهای پیزوالکتریک ساخته میشود. این پویشگر توانایی
حرکت در مقیاس زیر آنگستروم را دارد.
میکروسکوپ الکترونی روبشی SEM:در
ميکروسکوپ الکتروني روبشي يک پرتو الکتروني به نمونه مي تابد. SEM
اصولا براي مطالعه ساختار نمونههاي حجيم در سطح يا نزديک به سطح استفاده مي شوند.
میکروسکوپ
الکترونی عمومی TEM: حد تشخیص آن در محدوده اتم هاست.شبیه میکروسکوپ نوری است.در میکروسکوپ
نوری،نور عبور کرده و آشکارسازی می شود.در میکروسکوپ TEM هم عینا همان پروسه است ولی به جای نور از الکترون
ها استفاده می شود.محیط مورد استفاده باید ایزوله و خلا باشد.
+ نوشته شده در ساعت توسط
|