سه شنبه 3 اسفند 1395 - 24 جمادي الاول 1438 - 21 فوريه 2017
مواد نانومقیاس، به موادی گفته می شود كه یكی از ابعاد آنها از 100 نانومتر كوچكتر باشد، فناوری نانو به ساخت مواد و قطعات از طریق كنترل آنها در مقیاس نانو و بهره برداری از خواص منحصر به فرد كوانتومی آنها ،گفته می شود. به محض آنکه ذرات به...
عکس نویسنده
عکس نویسنده
بازدید :
زمان تقریبی مطالعه :

سنتز نانو ذرات نیمه رسانای اکسید روی،جلسه دوم

 

سنتز نانو ذرات نیمه رسانای اکسید روی،جلسه دوم

هدف: شامل اهداف آموزشی و پژوهشی آشنایی دانش آموزان با نانو ذرات نیمه رسانا و فیزیک کوانتومی

فعالیت: مطالعه در مورد نانو ذرات نیمه رسانا و تهیه فایل پاورپینت از مطالب جلسه دوم

وسایل مورد نیاز: رایانه و در صورت امکان ویدیو پروژکتور

مواد نانو مقیاس، به موادی گفته می شود كه یكی از ابعاد آنها از 100 نانومتر كوچكتر باشد، فناوری نانو به ساخت مواد و قطعات از طریق كنترل آنها در مقیاس نانو و بهره برداری از خواص منحصر به فرد كوانتومی آنها، گفته می شود. به محض آنکه ذرات به اندازه کافی کوچک شوند، شروع به رفتار مکانیک کوانتومی می کنند. در ساختارهای نانومتری، امكان كنترل خصوصیات اساسی مواد از جمله رفتارهای مغناطیسی، رنگ، دمای ذوب، ظرفیتهای گرمایی، سختی مكانیكی و...  بدون تغییر در تركیب شیمیایی مواد وجود دارد.

با ورود به ابعاد نانو در نیم رساناها، شاهد تغییرات اساسى در خواص فیزیكی، مانند گسستگى ترازهاى انرژى هستیم. برای فناوری نانو، كاربردهای متعددی در حوزه های مختلف وجود دارد كه از جمله آن می توان به كاربرد در صنایع بسته بندی، سرامیك، غذا، دارو، تشخیص پزشكی، الكترونیك، بیوتكنولوژی، انرژی، كاربردهای آنتی باكتریال، بیوحسگرها و محیط زیست اشاره كرد.

ذرات نیمه رسانای کلوئیدی با اندازه های نانومتری می توانند نانو ذره، نانو کلاستر، نانوکریستال، نقطه  کوانتومی و ... باشد. واژه ی نانوکلاستر برای تعریف ذرات بسیار کوچک و شبه مولکولی با ساختار تعریف شده، مورد استفاده قرار می گیرد. واژه ی نانو ذره یکی از مثال های عمومی این مواد است. که ما دراین پروژه به سنتز نانو ذرات نیمه رسانای اکسید روی به روش کلوییدی می پردازیم.  در جلسات آینده پس از انجام آزمایش، نانو ذرات نمونه گیری شده را آنالیز کرده و کیفیت نانو ذرات به دست آمده از لحاظ شکل و اندازه ذرات را بررسی کرده و پس  از به دست آمدن نتایج به تحلیل آن می پردازیم. در ادامه نیمه رساناها و نانو ذرات نیمه رسانا  را شرح می دهیم.

نیمه رساناها:
همه مواد، از ذرات ریزی به نام اتم تشکیل شده اند.عناصر موادی هستند که از تعدادی اتم مشابه ساخته شده اند. مواد مختلف، بسته به این که از چه عناصری تشکیل شده اند و دارای چه آرایشی هستند، خواص مختلفی دارند.

 مواد مرکبی یافت می شوند که از عناصر و تعداد اتم های یکسان تشکیل شده اند ولی دارای خواص متفاوتند که می دانیم این اختلاف در خواص ،ناشی از فاکتور مهم و موثر به نام "آرایش اتمی"است. در نانو فناوری ، هدف ساختن مولکولی جدید با رفتاری خاص است، که یک دانشمند سعی می کند  با استفاده از تخصص خود، آرایشی از اتم ها را پیشنهاد می کند که خاصیت مورد نظر ما را داشته باشد.

 بسیاری از مواد با وجود عناصر تشکیل دهنده و ترکیب شیمیایی یکسان دارای خواص متفاوتند و یا برعکس در واقع آنچه که با عث این تفاوت میشود مربوط به ساختار مواد است. ساختار مواد،ارتباط بین اتم ها، یون ها و مولکول های تشکیل دهنده آن مواد را مشخص می کند. برای شناخت ساختار مواد ،ابتدا باید به نوع اتصالات بین اتم ها و یون ها پی برد. به طور حتم با پیوندهای شیمیایی آشنایی دارید. پیوندهای شیمیایی، نحوه اتصال میان اتم ها و یون ها را مشخص می کنند. به عنوان مثال در نمک طعام به دلیل وجود پیوند یونی که منجر به محصور شدن الکترون ها می شود، خاصیت "رسانایی" مشاهده نمی شود؛ زیرا الکترون ها که حامل و انتقال دهنده ی بار الکتریکی هستند، به دلیل محصور شدن امکان حرکت ندارند و چیزی برای انتقال بار الکتریکی درطول ماده وجود نخواهد داشت.

در مقابل در فلزات، مانند مس، به دلیل وجود پیوند فلزی که موجب آزادی الکترون ها می شود و امکان تحرک الکترون ها را فراهم می نماید، می توانیم خاصیت رسانایی را انتظار داشته باشیم. زیرا الکترون های آزاد، امکان انتقال بار الکتریکی را در طول ماده فراهم می آورند حال میخواهیم فراتر رفته و به بررسی رفتار اتم ها بپردازیم و بیابیم که آیا فیزیک کلاسیک می تواند همه پدیده ها و رفتار مواد را توجیه کند؟ ویا در این مقیاس ما با فیزیک کوانتومی می توانیم پدیده ها را توصیف کنیم وخواص مواد را بررسی کنیم.

همانطور که می دانیم اتم از دو بخش اصلی به نام هسته و ابرِ الکترونی پیرامون هسته تشکیل شده است. الکترون ها اطراف هسته در حال حرکت اند و توسط نیروی جاذبه ی الکتروستاتیکی که بین هسته و الکترون ها موجود است، در قید جاذبه ی هسته ی اتم قرار دارند. حال اگر الکترون یا الکترون هایی در اتم موجود باشند که بتوانند خود را از قید جاذبه ی الکتروستاتیکی هسته رها کنند و آزادانه حرکت کنند، الکترون های آزاد نامیده می شوند.

از آنجاییکه الکترون ها دارای بار الکتریکی منفی هستند، با حرکت خود موجب انتقال بار الکتریکی می شوند. ازاین رو مواد جامدی را که دارای الکترون آزاد هستند، رسانا یا هادی الکتریکی می گوییم چرا که الکترون ها می توانند درون آنها جابه جا شوند. در واقع موادی هستند که به علت داشتن الکترون آزاد (به مقدار بسیار زیاد) بار الکتریکی را از خود عبور می دهند. از سویی دیگر اگر هیچ الکترونی در اتم نتواند خود را از قید جاذبه ی الکتروستاتیکی هسته ی اتم رها کند، دیگر عاملی برای انتقال بار الکتریکی وجود ندارد و آن ماده، نارسانا یا عایق الکتریکی نامیده می شود. که می توان گفت موادی هستند که بار الکتریکی را از خود عبور نمی دهند، و بالاترین مقاومت ویژه را در تمام اجسام دارند.

رساناها دارای مقاومت ویژه ی الکتریکی بسیار کم و نارساناها دارای مقاومت ویژه ی الکتریکی بسیار زیاد هستند همه ی آنچه تاکنون گفته شد مطابق آن چیزی است که در فیزیک کلاسیک بیان میشود. همانطور که میبینیم فیزیک کلاسیک می تواند تفاوت بین رسانا و نارسانا را با بیانی ساده و به خوبی مشخص کند؛ اما آیا می داند که چرا رسانایی الکتریکی در رساناهای گوناگون متفاوت است؟ چرا الماس و گرافیت که هر دو از عنصر کربن تشکیل شده اند، یکی نارسانا و دیگری رسانا است؟ چرا مقاومت ویژه ی الکتریکی رساناها با افزایش دما بیشتر میشود، اما مقاومت ویژه ی الکتریکی نیمه رساناها با افزایش دما، کمتر می شود.

مشاهده ی پدیده های جدید در اوایل قرن بیستم میلادی و عدم توجیه این پدیده ها با قوانین فیزیک آن روز، موجب شد تا دانشمندان برخی نظریه های مرسوم فیزیک را دوباره بررسی کنند. نتیجه  این اتفاقات، ظهور دو نظریه ی مهم و بنیادی در فیزیک به نام نظریه ی نسبیت و نظریه ی کوانتوم است.
فیزیک کلاسیک می تواند به سوالات محدودی در مورد رسانایی مواد مختلف پاسخ دهد ولی همه ی پدیده های رسانایی را نمی توان به کمک آن توجیه کرد.برای توجیه سایر پدیده ها باید از نظریه ی نواری کمک بگیریم.

نیمه رسانا ها موادی هستند که رسانای الکتریکی آنها بین فلزات و عایق قرار میگیرد. ویژگی مهم این مواد این است که رسانایی آنها با تغییر دما، برانگیزش نوری و میزان نا خالصی به نحو قابل ملاحظه ای تغییر میکند. مواد نیمه رسانا در ستون چهارم و ستونهای مجاور آن در جدول تناوبی قرار دارند،سلیسیم و ژرمانیم نیمه رساناهای ستون چهارم، نیمه رساناهای تک عنصری نامیده میشوند زیرا از اتم های هم جنس تشکیل شده اند. علاوه یر مواد تک عنصری، ترکیب اتمهای ستون سوم و پنجم و نیز ترکیبهای خاصی از عناصر ستونهای دوم و ششم نیمه رساناهای مرکب را به وجود میاورند مانند نیمه رسانای اکسید روی.

نانو ذرات نیمه رسانا:

 به دلیل کاربرد فراوان  نانو ذرات نیمه رسانا ،  توجه زیادی را به خود اختصاص داده اند. از اوایل دهه ی 1980، این مواد به طور فراوان مورد بررسی قرار گرفته است. در واقع ویژگی های جالب توجه این مواد به اثری نسبت داده می شود که آن را اثر کوانتمی شدن اندازه می نامند. یعنی در اثر کوچک شدن ذرات خواص متفاوتی را از خود نشان می دهند که یکی از اثبات های جالب در مورد خواص وابسته به اندازه در این مواد، تغییر رنگ محلول های کلوئیدی نانوذرات نیمه رسانا با کاهش اندازه ی ذرات می باشد.
 
تکلیف: در مورد خواص و کاربرد نیمه رسانا ها و نانو ذرات نیمه رسانا مطالعه کنید و از مطالب این جلسه فایل پاورپوینت آماده کنید.

 در جلسه آینده در مورد روشهای سنتز مواد نانو ساختار توضیح خواهم داد.
 

بخش پژوهش های دانش آموزی تبیان، تهیه: رویا رحیم زاده

تنظیم: مرجان سلیمانیان

سنتز نانوذرات نیمه رسانای اکسید روی-  جلسه اول
سنتز نانوذرات نیمه رسانای اکسید روی-جلسه دوم
سنتز نانوذرات نیمه رسانای اکسید روی-جلسه سوم
سنتز نانوذرات نیمه رسانای اکسید روی- جلسه چهارم
سنتز نانوذرات نیمه رسانای اکسید روی-جلسه پنجم
سنتز نانوذرات نیمه رسانای اکسید روی-جلسه ششم

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