سه شنبه 3 اسفند 1395 - 24 جمادي الاول 1438 - 21 فوريه 2017
خودآرایی یا خودمونتاژ فرایندی است که در آن یک سیستم بی نظم از اجزای موجود از قبل به شکل یک ساختار با الگوی سازمان یافته تبدیل می‌شود.
عکس نویسنده
عکس نویسنده
بازدید :
زمان تقریبی مطالعه :

روش ساخت سیستم های نانومتری

(قسمت دوم)


خودآرایی (Self-assembly) یا خودمونتاژ (Self-montage) فرایندی است که در آن یک سیستم بی نظم از اجزای موجود از قبل به شکل یک ساختار با الگوی سازمان یافته تبدیل می‌شود.


قسمت اول

 ساختار جدید نتیجه خاص تعاملات محلی در میان اجزای اولیه بدون هیچ نیروی خارجی می باشد. هنگامی که اجزای تشکیل دهنده مولکول ها باشند، این فرایند خودآرایی مولکولی (Molecular Self-assembly) نامیده می شود.

روش ساخت سیستم های نانومتری

خودآرایی را در معنای معمول می توان به عنوان سازمان‌یافتن خود به خودی و برگشت پذیر از واحدهای مولکولی دانست که توسط فعل و انفعالات غیرکوالانسی (Noncovalent) انجام می‌شود. تعریف علمی‌تر عبارت است از اینکه خودآرایی یک روش ساخت پایین به بالا (Bottom-up Method) است که در آن اتم‌ها یا مولکول‌ها با ارتباطات فیزیکی یا شیمیایی، خود را به شکل یک نانو ساختار منظم درمی‌آورند. ایجاد بلور نمک یا دانه‌های برف، با آن ساختارهای پیچیده، مثال خوبی برای خودآرایی است.

 

 

خودآرایی به وسیله نیروهای مویینگی

 گروهی از محققان دانشگاه هاروارد، چند سیستم خودآرا را طراحی و بررسی کرده‌اند. بسیاری از این سیستم‌ها بر پایه اتصالات مویین عمل می‌کنند. این اتصالات از دو ویژگی مربوط به آب بهره می‌برند:

 

1. اشیای کوچک روی آب یکدیگر را جذب می‌کنند. در این حالت، ذرات نیروی جاذبه‌ای را در بین خود احساس می‌کنند.

منشأ این نیرو کجاست؟ بله، منشأ این جاذبه نیرویی است به نام «کشش سطحی» مولکول‌های آب. اگر یادتان باشد، یکی از اثرات کشش سطحی آب این بود که حشرات سبک می‌توانستند روی آب راه بروند. این جاذبه‌ای هم که ذکر شد یکی دیگر از اثرات کشش سطحی آب است که به خاطر جاذبه بین مولکول‌های آب و جسم و همچنین جاذبه بین خود مولکول‌های آب ایجاد می‌شود.

یک سیستم خودآرا از گروه های مولکولی و یا بخش هایی از درشت-مولکولها تشکیل شده است که با یکدیگر در تعاملند

2. وقتی دو سطحِ آب‌گریز با یکدیگر برخورد می‌کنند، تماس خود را حفظ می‌نمایند. علت این پدیده با نیروی بین دو سطح آب‌گریز و همچنین اثر کشش سطحی آب مرتبط است.

 

خودآرایی شیمیایی و فیزیکی

خودآرایی شیمیایی، جفت شدن شیمیایی با عوامل  سطحی موجود بر یک بسترعامل دار (Functionalized Substrate) می باشد که برای کنترل موقعیت نهایی نانوذرات به‌ کار می‌رود. کنترل موقعیت نانوذرات بر سطوح عامل دار، طراحی نانوساختارهای کمپلکس شده بر سطح را برای کاربردهای خاص مانند مولکول های الکترونیکی و زیست‌حسگر ممکن می سازد. خودآرایی فیزیکی در‌ کل فرآیندی ساده‌تر است و ساختارهایی غیرپیچیده ایجاد می‌کند. علاوه براین، خودآرایی فیزیکی نانوذرات فاقد ثبات بلندمدت (Long Term Stability) می باشد.

روش ساخت سیستم های نانومتری

برهمکنش های شیمیایی مختلف مانند پیوند کوالانسی، نیروهای الکتروستاتیکی و برهمکنش های میزبان میهمان برای خودآرایی نانوذرات برروی سطح به کاربرده می شود. ارتباط تقاطعی (Cross-linking) میان ذرات مجاور که بر اثر نیرو‌‌های شیمیایی ایجاد می‌گردد، خودآرایی نانوذرات را بیشتر پایدار می کند. در این مقاله خودآرایی مستقیم از نانوذرات برروی سطح بر‌اثر برهمکنش های شیمیایی توضیح داده شده است.

 

دو مسیر برای فرایند خودآرایی موجود می باشد:

ساختن جداگانه ذرات و سپس گردآوری آنها و یا انجام سنتز و خودسامانی آنها در یک مرحله که در هردوروش ترکیبات نانو توسط پیش ماده که در فاز مایع، جامد و یا گازی موجود است، ساخته می شود.

 

خودآرایی به وسیله نیروی الکترواستاتیک (الکتریسیته ساکن)

آرایش توسط نیروهایی مویین، مرتبط با اثر متقابل بین ذرات و همچنین نیروی بین ذرات و محیط آنهاست. ذرات دارای خصوصیات سطحی ــ آب‌گریزی و آب‌دوستی ــ هستند و محیط آنها آب است و اگر محیط آنها را به روغن یا الکل تغییر دهیم آرایش متوقف می‌شود.

سۆالی که با بررسی نیروهای مویین مطرح می‌شود این است که آیا انواع دیگری از اثر متقابل ذرات ـ ذرات و ذرات ـ محیط وجود دارند که منجر به خودآرایی شوند یا خیر؟

یک جایگزین طبیعی، استفاده از نیروهای الکترواستاتیک برای تحریک به خودآرایی است. تقریباً همة ما با آزمایش شانه و خُرده‌کاغذ آشناییم و تشکیل زنجیره‌هایی کاغذی را در زیر شانه دیده‌ایم. یک مثال دیگر، استفاده از دانه‌های برنج و روغن نباتی در میدان الکتریکی است.

 

اصول خودآرایی مولکولی

موفقیت آمیز بودن خودآرایی در یک سیستم مولکولی به پنج مشخصه مربوط می‌شود:

1- اجزای سیستم: یک سیستم خودآرا از گروههای مولکولی و یا بخشهایی از درشت-مولکولها (Macromolecules) تشکیل شده است که با یکدیگر در تعاملند. این مولکولها می‌توانند یکسان و یا متفاوت باشند و تعامل بین آنها منجر به تغییر از یک حالت با سازماندهی کمتر (مانند محلول) به یک حالت منظمتر (مانند بلور) می‌‌شود.

روش ساخت سیستم های نانومتری

2- تعامل بین اجزا: خودآرایی هنگامی رخ می‌دهد که مولکولها به تعادلی در بین نیروهای جاذبه و دافعه مولکولی می‌رسند که این نیروها ضعیف و از نوع غیر کووالانسی (مانند نیروهای آبگریزی) هستند.

3- بازگشت‌پذیری (یا انطباق پذیری): در خودآرایی برای اینکه ساختارهای منظم به وجود آید می‌بایست تجمع مولکولی بازگشت‌پذیر بوده و اجزا بتوانند جای خود را در ساختار ایجاد شده اولیه تغییر داده و تنظیم کنند. به همین خاطر توان مقاومتی پیوندهای بین اجزا باید در حدود نیروهایی باشد که می‌خواهد آنها را از هم جدا کند. به عنوان مثال فرآیندی که در آن مولکولها به طور بازگشت‌ناپذیر به یکدیگر می‌چسبند به جای بلور خودآرا به ما شیشه می‌دهد.

4- محیط: خودآرایی مولکولی معمولا در یک محلول و یا رابطی که امکان حرکت را به اجزا می‌دهد اتفاق می‌افتد و تعامل اجزا با محیط بر روی سرعت فرایند تا‌ثیر زیادی دارد.

5- جابجایی جرم: برای اینکه خودآرایی رخ دهد مولکول‌ها باید در حرکت باشند.

 

        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