سه شنبه 3 اسفند 1395 - 24 جمادي الاول 1438 - 21 فوريه 2017
توجه بسیاری از محققان به روش های پایین به بالا در ساخت سیستم های نانومتری جلب شده است. این روش ها از اتم ها و مولکول ها آغاز شده و به یک نانوساختار منتهی می شود.
عکس نویسنده
عکس نویسنده
بازدید :
زمان تقریبی مطالعه :

روش ساخت سیستم های نانومتری

(قسمت اول)


توجه بسیاری از محققان به روش های پایین به بالا در ساخت سیستم های نانومتری جلب شده است. این روش ها از اتم ها و مولکول ها آغاز شده و به یک نانوساختار منتهی می شود.

روش ساخت سیستم های نانومتری

 این روش ها قادر به ساخت کوچک ترین نانوساختارها، با ابعاد بین 2 تا 10 نانومتر هستند و این کار را بدون نیاز به هزینه های بالا انجام می دهند. این ساختارها معمولاً بیش از آنکه الگوهای متصل به هم طراحی شده را بسازند، به شکل ذرات ساده در محلول یا سطح ایجاد می شوند.

درواقع رویکرد پایین به بالا درست عکس رویکرد بالا به پایین می‌باشد. در این رویکرد، محصول از طریق کنار هم قراردادن مواد ساده‌تر به وجود می‌آید، مانند ساخت یک موتور از قطعات آن. در حقیقت کاری که در اینجا انجام می‌شود، کنار هم قرار دادن اتم‌ها و مولکول‌ها (که ابعاد کوچکتر از مقیاس نانو دارند) برای ساخت یک محصول نانومتری است. تصور کنید که قادریم اتم‌ها و مولکول‌ها را به طور واقعی ببینیم و آنها را به طور دلخواه کنار هم قرار دهیم تا شکل مورد نظر حاصل شود. معمولاً روش‌های پایین به بالا ضایعاتی ندارند؛ هر چند الزاماً این مسأله صادق نیست.

 

خودآرایی (نمونه ای از روش پایین به بالا)

خودآرایی یک روش ساخت پایین به بالا است که در آن اتم‌ها یا مولکول‌ها با ارتباطات فیزیکی یا شیمیایی خود را به شکل یک ساختار منظم نانویی در می‌آورند. ایجاد بلور نمک یا دانه‌های برف، با آن ساختارهای پیچیده، مثال خوبی برای خودآرایی است.

تصور کنید یک پازل دستتان باشد و آن را به‌شدت تکان دهید و پس از به‌هم‌ریختن پازل ببینید که پازل خودبه‌خود در حال درست شدن است. می‌بینید چه تصور عجیبی است؟! اما چنین مسئله‌ای در طبیعت خیلی عجیب نیست

خودآرایی چیست؟

 خیلی ساده‌اش می‌شود همدیگر را گرفتن. ما می‌خواهیم در مورد مجموعه‌ای از اشیا صحبت کنیم که همدیگر را می‌گیرند و با هم یک مجموعه بزرگ‌تر را تشکیل می‌دهند. تعریف علمی‌تر عبارت است از اینكه خودآرایی یک روش ساخت پایین به بالا است که در آن اتم‌ها یا مولکول‌ها با ارتباطات فیزیکی یا شیمیایی خود را به شکل یک ساختار منظم نانویی در می‌آورند. ایجاد بلور نمک یا دانه‌های برف، با آن ساختارهای پیچیده، مثال خوبی برای خودآرایی است.

در واقع به طریق دقیق تر می توان گفت خودآرایی (Self-assembly) فرایندی خودبخودی است (Spontaneous) که در آن گونه ها بر روی یکدیگر جمع شده و سیستم های منظمی ایجاد می‌کند. به عبارت دیگر خودآرایی مولکولی فرایندی است که در آن مولکول ها بدون اعمال شرایط خاص و مدیریت بیرونی (به غیر از یک محیط مناسب) از طریق برهمکنش های غیر کوالانسی بر همدیگر سوار می شوند. این فرایند اکثراً برگشت پذیر است که این برگشت پذیر بودن به شرایط اعمالی مانند pH، قطبیت حلال و .. بستگی دارد. فرایند خودآرایی باعث ایجاد مولکول های بزرگتر مانند میسل (Micelle)، غشا (Membrane) و بلور های مایع (Liquid Crystals) می شود.

روش ساخت سیستم های نانومتری

خودآرایی در طبیعت بسیار دیده می‌شود و دانشمندان بسیاری در حال حاضر بر آن مطالعه می‌کنند. درک عمیق فرآیند خودآرایی ممکن است به درک بهتر طبیعت نیز منجر شود.

تصور کنید یک پازل دستتان باشد و آن را به‌شدت تکان دهید و پس از به‌هم‌ریختن پازل ببینید که پازل خودبه‌خود در حال درست شدن است. می‌بینید چه تصور عجیبی است؟! اما چنین مسئله‌ای در طبیعت خیلی عجیب نیست!

 

خیلی از سیستم‌های بیولوژیک و سیستم‌های فیزیکی غیرآلی، رفتارهای خودآرایی را به‌خوبی به نمایش می‌گذارند. دانشمندان مختلف در زمینه‌های شیمی، فیزیک، بیولوژی، مهندسی و ریاضی جذب چنین سیستم‌هایی شدند و با امید دستیابی به روش‌های طراحی و کنترل رفتار سیستم‌های خودآرا شروع به تحقیق کردند.

با پیشرفت‌های اخیر در زمینه دانش میکرو و نانو، انگیزه‌ها هم افزایش یافت. از طرف دیگر، روش‌های ساخت در مقیاس میکرو و نانو به ما اجازه «پردازش دسته‌ای» را می‌دهد. یعنی ما توانایی ساخت نمونه‌های مختلف از یک جسم در آن واحد را خواهیم داشت.

روش ساخت سیستم های نانومتری

سۆالی که مطرح می‌شود این است که ما چطور چنین ابزارهایی را طراحی ‌کنیم تا بتوانند طوری خود را بیارایند که یک سازه مفید و کارا ایجاد شود؟ به عبارت دیگر، روش‌های سنتی ساخت دقت محدودی داشتند و ساخت سازه‌های کوچک‌تر (در ابعاد نانو) نیازمند توسعه روش‌های جدید بودند. خودآرایی یکی از آن روش‌های جدید است که در طبیعت بسیار مورد استفاده قرار گرفته‌اند و دانشمندان بسیاری در حال حاضر بر روی آن مطالعه می‌کنند و درک عمیق آن ممکن است به درک بهتر طبیعت زندگی نیز منجر شود.

خودآرایی نانوساختارها، به خاطر خواص منحصربه فرد نوری، الکترونیکی، مغناطیسی، کاتالیستی و دیگر خواص فیزیکی مورد توجه قرار گرفته اند. توانایی اتصال نانوذرات به سطوح شرط لازم برای ساخت ظرف های میکرو یا نانو ساختارهای مناسب جهت استفاده در زمینه نانوبیوتکنولوژی است.

 

   ادامه دارد...

 

مریم نایب زاده

بخش دانش و زندگی تبیان


منبع: irysc،  nanoscience، azonano، irannano، edu.nano

کتاب آشنایی با فناوری نانو (کاربردها)2؛ سلیمی، طاهری، احمدوند

تلفن : 81200000
پست الکترونیک : public@tebyan.com
آدرس : بلوارکشاورز ، خیابان نادری ، نبش حجت دوست ، پلاک 12

ارتباط با ما

روابط عمومی

درباره ما

نقشه سایت

تعدادبازدیدکنندگان
افراد آنلاین