یكی از پیشوندهای مقیاس اندازه گیری در سیستم SIنانو به معنی یك میلیاردم واحد آن مقیاس است.برای مثال یك نانومتر معادلیك میلیاردم متر است. با توجه به اینكه یك سلول بدن بیش از صدها نانومتراست می توان به كوچكی این مقیاس پی برد.

یكی از پیشوندهایمقیاس اندازه گیری در سیستم SI نانو به معنی یك میلیاردم واحد آن مقیاساست.برای مثال یك نانومتر معادل یك میلیاردم متر است. با توجه به اینكه یكسلول بدن بیش از صدها نانومتر است می توان به كوچكی این مقیاس پی برد. ازآنجایی كه علوم نانو بخش وسیعی برگرفته از مباحث شیمی، فیزیك، بیولوژی،پزشكی، مهندسی و الكترونیك را در بر می گیرد،گروه بندی آن بسیار پیچیدهاست.

یكی از پیشوندهای مقیاس اندازه گیری در سیستم SI نانو به معنییك میلیاردم واحد آن مقیاس است.برای مثال یك نانومتر معادل یك میلیاردممتر است. با توجه به اینكه یك سلول بدن بیش از صدها نانومتر است می توانبه كوچكی این مقیاس پی برد. از آنجایی كه علوم نانو بخش وسیعی برگرفته ازمباحث شیمی، فیزیك، بیولوژی، پزشكی، مهندسی و الكترونیك را در بر میگیرد،گروه بندی آن بسیار پیچیده است. دانشمندان، علوم نانو را به چهارگروه شامل مواد (گروه اول)، مقیاسها (گروه دوم)، تكنولوژی الكترونیك،اپتوالكترونیك، اطلاعات و ارتباطات (گروه سوم) و بیولوژی و پزشكی (گروهچهارم) طبقه بندی كرده اند. این طبقه بندی باعث سهولت در بررسی این علومشده است البته تداخل برخی از بخش ها در یكدیگر طبیعی است. برنامه هایتوسعه این تكنولوژی به سه بخش كوتاه مدت (كمتر از پنج سال)، میان مدت(بین۱۵-۵ سال) و بلند مدت (بیش از۲۰ سال) تقسیم بندی شده است. مواد نانو(nanomaterials) قابلیت كنترل ساختار تشكیل دهنده مواد پیشرفته (ازفولادهای ساخته شده در اوایل قرن۱۹ تا انواع بسیار پیشرفته امروزی) درابعاد كوچك و كوچكتر، در اندازه های میكرو و نانو بوده است. هر قدربتوانیم این مواد را در ابعاد ریزتر و كنترل شده ای تولید كنیم خواهیمتوانست مواد جدیدی را با قابلیت و عملكردهای بسیار عالی به دست آوریم.تاكنون تعاریف متعددی از مواد نانو ارائه شده است اما در یك تعریف جامع میتوان گفت موادی در این گروه قرار می گیرند كه یكی از ابعاد اضلاع آنهااز۱۰۰ نانومتر كوچكتر باشد. یكی از این گروهها »لایه ها« است. لایه ها یكبعدی هستند كه در دو بُعد دیگر توسعه می یابند مانند فیلم های نازك وپوششها. برخی از قطعات كامپیوتر جزو این گروه هستند. گروه بعدی شامل موادیاست كه دارای دو بعد هستند و در یك بعد دیگر گسترش می یابند و شامل لولهها و سیمها می شوند. گروه مواد سه بعدی در نانو شامل ذرات، نقطه هایكوانتمی (ذرات كوچك مواد نیمه هادیها) و نظایر آنها می شوند. دو ویژگیمهم، مواد نانو را از دیگر گروهها متمایز می سازد كه عبارتند از افزایشسطح مواد و تاثیرات كوانتمی. این عوامل می توانند باعث ایجاد تغییرات و یابه وجود آمدن خواص ویژه ای مانند تاثیر در واكنشها، مقاومت مكانیكی ومشخصه های ویژه الكتریكی در مواد نانو شوند. همانگونه كه اندازه این موادكاهش می یابد، تعداد بیشتری از اتمها در سطح قرار خواهند گرفت. برای مثال،اتم های موادی به اندازه۳۰ نانومتر به میزان۵ درصد،۱۰ نانومتر به میزان۲۰درصد و۳ نانومتر به میزان۵۰ درصد در سطح قرار دارند. در نتیجه مواد نانوبا ذرات كوچكتر در مقایسه با مواد نانو با ذرات بزرگتر دارای سطح بیشتریدر واحد جرم هستند. با توجه به ازدیاد سطح در این مواد، تماس ماده با سایرعناصر بیشتر شده و موجب افزایش واكنش با آنها می شود. این عمل منجر بهتغییرات عمده در شرایط مكانیكی و الكترونیكی این مواد خواهد شد. برای مثالسطوح بین ذرات كریستالها در بیشتر فلزات باعث تحمل فشارهای مكانیكی بر آنمی شود. اگر این فلزات در مقیاس نانو ساخته شوند، با توجه به ازدیاد سطحبین كریستالها، مقاومت مكانیكی آن به شدت افزایش می یابد. برای مثال فلزنیكل در مقیاس نانو مقاومتی بیشتر از فولاد سخت شده دارد. به موازاتتاثیرات ازدیاد سطح، اثرات كوانتمی با كاهش اندازه مواد (به مقیاس نانو)موجب تغییر در خواص این مواد می شود (تغییر در خواص بصری، الكتریكی وجاذبه). موادی كه تحت تاثیر این تغییرات قرار می گیرند ذرات كوانتمی،لیزرهای كوانتمی برای الكترونیك بصری هستند. همانگونه كه بیش از این گفتهشد مواد نانو، به سه گروه یك، دو و سه بُعدی طبقه بندی شده اند. موادنانوی یك بعدی: این مواد شامل فیلم های بسیار نازك و سطوح مهندسی است و درساخت ابزار الكتریكی و شیمیایی و مدارهای الكترونیكی ساده و مركب كاربردوسیعی دارند. امروزه كنترل ضخامت لایه ها تا اندازه یك اتم صورت می پذیردو ساختار این لایه ها حتی در مواد پیچیده ای مانند روانكارها شناخته شدهاست. لایه های مونو كه قطر آنها به اندازه یك ملكول و یا یك اتم است، درعلوم شیمی كاربرد وسیعی دارند. یكی از كاربردهای این لایه ها ساخت سطوحیاست كه خود را بازسازی كنند. مواد نانوی دوبعدی: به تازگی كاربرد موادنانوی دو بعدی در تولید سیم و لوله ها افزایش یافته و توجه دانشمندان رابه دلیل وجود خواص ویژه مكانیكی و الكترونیكی به خود جلب كرده است. در زیربه چند نمونه ساخته شده در این گروه اشاره می شود. نانو لوله های كربنی،CNTs : از رول كردن ورقهای گرافیتی یك یا چند لایه ساخته شده و قطر آنهاچند نانو و طولشان چند میكرومتر است.ساختار مكانیكی این مواد مانند الماسبسیار سخت است اما در محورهای خود نرم و تاشو هستند.همچنین این مواد هادیالكتریكی بسیار عالی هستند. نوع غیر عالی نانو لوله های كربنی مانندمولیبید یوم دی سولفاید پس از CNTs ساخته شده است. این مواد دارای ویژگیهای منحصر به فردی همچون روانكاری، مقاومت در برابر ضربات امواج شوكها،واكنشهای كاتالیزی و ظرفیت بالا در ذخیره هیدروژن و لیتیم هستند. لوله هایمواد پایه اكسیدی مانند اكسید تیتانیم، برای كاربردهای كاتالیزی،كاتالیزرهای نوری و ذخیره انرژی به صورت تجاری به بازار عرضه شده اند.نانو سیمها: این سیمها از قرار گرفتن ذرات بسیار ریز از مواد مختلف بهصورت خطی ساخته می شوند. نانوسیمهای نیمه هادی از سیلیكون، نیترات گالیم وفسفات ایندیوم ساخته شده و دارای قابلیتهای بسیار خوب نوری، الكتریكی ومغناطیسی است و نوع سیلیكونی این سیمها می تواند بخوبی در یك شعاع بسیاركوچك بدون آسیب رسانی به ساختار سیم خم شود. این سیمها برای ثبت مغناطیسیاطلاعات در حافظه كامپیوترها، وسایل نانوالكترونیكی و نوری و اتصالمكانیكی ذرات كوانتمی به كار می روند. بیوپلیمرها: انواع گوناگونبیوپلیمرها، مانند ملكولهای DNA ، در خودسازی نانوسیمها در تولید موادبسیار پیچیده به كار می روند. همچنین این مواد دارای قابلیت اتصال نانو وبیوتكنولوژی برای ساخت سنسور و موتورهای كوچك هستند. مواد نانوی سه بعدی:این مواد به آن گروه تعلق دارد كه قطری كمتر از۱۰۰ نانومتر داشته باشند.مواد نانوی سه بعدی در اندازه های بزرگتر ساختار متفاوتی داشته و طیفوسیعی از مواد را در جهان تشكیل می دهند و صدها سال است كه به صورت طبیعیدر زمین یافت می شوند. مواد تولید شده از عوامل فتوشیمیایی، فعالیت هایآتش فشانها، مواد محترق از پختن غذا، مواد متصاعد از احتراق سوخت ماشین هاو مواد آلاینده تولید شده در صنایع جزو این گروه از مواد هستند. این موادبه علت رفتار متفاوت در واكنش های شیمیایی و بصری بسیار مورد توجه قراردارند. برای مثال اكسید تیتانیوم و روی كه بصورت شفاف و فرانما، جاذب ومنعكس كننده نور ماورای بنفش در صفحات خورشیدی به كار می روند در ابعادنانو هستند. این مواد كاربردهای بسیار ویژه ای در ساخت رنگها و داروها (بهویژه داروهایی كه تجویز آنها فقط برای یك عضو مشخص بدن و بدون تاثیر برسایر اعضاست) دارند. مواد نانوی سه بُعدی شامل مواد بسیاری می شود كه بهچند نمونه از آنها اشاره می كنیم. كربن۶۰ (فوله رنس Fullerenes) : دراوایل سال۱۹۸۰ گروه جدیدی از تركیبات كربنی بنام كربن۶۰، ساخته شد. كربن۶۰، كروی شكل، به قطر۱ نانومتر و شامل۶۰ اتم كربن است كه به علت شباهتساختار مولكولی آن با گنبدهای كروی ساخته شده توسط مهندس معماری بنام بوخمینستر فولر بنام »فوله رنس« نامگذاری شد. در سال۱۹۹۰ ، روش های ساختكوانتم های كربن۶۰ با مقاومت حرارتی میله های گرافیتی در محیط هلیم بدستآمد. این ماده در ساخت بلبرینگ های مینیاتوری و مدارهای الكترونیكی كاربردوسیعی دارند. دِن دریمرز (Dendrimers) : دن دریمرز از یك ملكول پلیمر كرویتشكیل شده و با یك روش سلسله مراتبی خود سازی تولید می شوند. انواعگوناگونی از این مواد به اندازه های چند نانومتر وجود دارند. دن دریمرز درساخت پوششها، جوهر و حمل دارو به بدن كاربرد فراوانی دارند. همچنین درتصفیه خانه ها به منظور بدام انداختن یونهای فلزات كه می توان به وسیلهفیلترهای مخصوص از آب جدا شوند از این مواد استفاده می شود. ذرات كوانتمی:مطالعات در مورد ذرات كوانتمی در سال۱۹۷۰ شروع شد و در سال۱۹۸۰ این گروهاز مواد نانوی نیمه هادی ساخته شدند. اگر ذرات این نیمه هادی ها به اندازهكافی كوچك شوند، تاثیرات كوانتمی ظاهر شده و می توانند میزان انرژیالكترونها و حفره ها را كاهش دهند. از آنجایی كه انرژی با طول موج ارتباطمستقیم دارد در نتیجه خواص نوری مواد بصورت بسیار حساس قابل تنظیم خواهدشد و می توان با كنترل ذرات، جذب یا دفع طول موج خاص در یك ماده را امكانپذیر ساخت. به تازگی با ردگیری مولكولهای بیولوژی با كنترل سطح انرژی اینماده، كاربردهای جدیدی از آن كشف شده است. در حال حاضر استفاده از موادنانو رو به افزایش است و به علت خواص بسیار ویژه آنها، تحقیقات در یافتنمواد جدید همچون گذشته ادامه دارد.

منبع:
forum.p30world.com

- قاسم عرفانی [email:1mi8glt2]gh_erfani@yahoo.com[/email:1mi8glt2]

[برای مشاهده لینک ها شما باید عضو سایت باشید برای عضویت در سایت بر روی اینجا کلیک بکنید]