نانوسیم‌ها؛معرفی و کاربرد
نانوسيم‌ها؛معرفي و کاربرد
مقدمه
عموماً سيم به ساختاري گفته مي شود که در يک جهت (جهت طولي) گسترش داده شده باشد و در دو جهت ديگر بسيار محدود شده باشد. نانوسيم نيز مانند نانوالياف داراي ساختار تک‌بعدي مي‌باشد. يک خصوصيت اساسي نانوسيم‌ها رسانايي الکتريکي مي باشد. با اعمال اختلاف پتانسيل الکتريکي در دو انتهاي اين ساختارها و در امتداد طولي‌شان انتقال بار الکتريکي اتفاق مي افتد. از ديگر ويژگي‌هاي نانوسيم‌ها مي‌توان به نسبت بالاي طول به قطر آنها اشاره کرد (L>>D).
انواع نانوسيم
2-1- نانوسيم‌هاي فلزي: اين نانوساختارها به دليل خواص ويژه اي که دارند نويدبخش کارايي زيادي در قطعات الکترونيکي اند. توسعه الکترونيک و قدرت يافتن در اين زمينه وابسته به پيشرفت مداوم در کوچک کردن اجزاء الکترونيکي است. با اين حال قوانين مکانيک کوانتومي، محدوديت تکنيک هاي ساخت و افزايش هزينه هاي توليد ما را در کوچک‌تر کردن تکنولوژي هاي مرسوم و متداول محدود خواهد کرد. نانوسيم هاي فلزي بخاطر خصوصيات منحصر به فردشان که منجر به کاربرد گوناگون آنها مي شود، يکي از جذاب ترين مواد مي باشند.
نانوسيم ها ميتوانند در رايانه و ساير دستگاه‌هاي محاسبه گر کاربرد داشته باشند. براي دستيابي به قطعات الکترونيکي نانومقياس پيچيده، به سيم هاي نانومقياس نياز داريم. علاوه بر اين، خود نانوسيم ها هم مي توانند مبناي اجزاي الکترونيکي همچون حافظه باشند.
2-2- نانوسيم‌هاي آلي: اين نوع از نانوسيم ها، همان‌طور که از نام‌شان پيداست، از ترکيبات آلي به دست مي آيند. علاوه بر مواد فلزي و نيمه رسانا، ساخت نانوسيم ها از مواد آلي هم امکان پذير است. به تازگي، ماده اي بنام «اليگوفنيلين وينيلين» براي اين منظور در نظر گرفته شده است. ويژگي اين سيم ها (نظير رسانايي، مقاومت و هدايت گرمايي) به ساختار منومر و طرز آرايش آن بستگي دارد.
2-3- نانوسيم‌هاي سيليکوني (شکل 2): اين نوع از نانوسيم ها سمي نبوده و به سلول‌ها آسيبي نمي‌رسانند. بنابراين، بيشترين کاربرد خود را در عرصه پزشکي مانند تشخيص نشانه هاي سرطان، رشد سلول هاي بنيادي و ... نشان داده است.
کاربرد نانوسيم‌ها
با کوچک‌تر شدن سيستم‌هاي الکترونيکي و نوري به سمت مقياس نانو، توليد نانوسيم‌ها جهت اتصال اجزاء آنها به يکديگر، امري اجتناب ناپذير به نظر مي‌رسد. در مطالعات اخير اثبات شده است که نانوسيم‌هاي نيمه‌هادي اجزاي بسيار مناسبي براي اتصال نانوسيستم‌هاي الکترونيکي و نوري هستند. اجزاء برخي از اين نانودستگاه‌ها نظير ترانزيستورهاي متأثر از ميدان ((Field Effect Transistors (FETs)، ترانزيستورهاي دوقطبي، معکوس کننده‌ها ( Inverters)، ديودهاي ساطع کننده‌ي نور (( Light Emitted Diod (LED)و حتي گيت‌هاي منطقي(Logic gates) ، به وسيله‌ي نانوسيم‌هاي نيمه‌هادي مونتاژ مي‌شوند (شکل 3).
هم‌چنين از نانوسيم‌هاي مورد استفاده در تراشه رايانه‌هاي امروزي مثل سيليکون و نيتريد گاليون نيز مي‌توان براي تشخيص بيماري‌ها استفاده کرد. دانشمندان موفق شدند نانوسيم‌هاي انعطاف پذير و طويلي را توليد کنند که طول‌هاي متغيري بين 1 تا 100 نانومتر دارند، که از لحاظ مقايسه حدود هزار مرتبه باريک‌تر از موي انسان است. بلندي، انعطاف پذيري و استحکام اين نانوسيم‌ها خصوصيات ويژه‌اي را به آن مي‌بخشد. به عنوان مثال: نازک بودن و طويل بودن باعث افزايش سطح آن مي‌شود . لذا از اين ساختارها مي‌توان در طراحي حسگرهاي بسيار سريع و حساس استفاده کرد. اين نانوسيم‌ها توانايي توليد اشعه ماوراي بنفش را دارند. نور از يک انتها وارد نانوسيم شده و از انتهاي ديگر شروع به تابيدن مي‌کند. نانوسيم‌ها بدون هيچ اتلافي اين نور را به طور مؤثري عبور مي‌دهند و در مسير خود اگر به يک عامل بيماري زا يا ماده سمي برخورد کنند شروع به تابيدن مي‌کنند و سيستم هشدار دهنده‌ي بسيار سريعي را ايجاد مي‌کنند که مي‌تواند بيماري را زودتر وسريع‌تر از هر آزمايشي تشخيص دهد.
در گذشته براي يافتن علل مختلف پيدايش بيماري‌هاي قلبي و عصبي، بدن را در هر نقطه مي شکافتند تا علت بيماري را بيابند، اما امروزه با گسترش فناوري نانو هر وسيله اي را مي توان به صورت ظريف، نازک و حساس، اختراع و ابداع کرد و حتي آن را به درون ظريف ترين رگ نيز فرستاد. محققين توانسته اند نانوسيم هايي از جنس پلاتين با ضخامت کمتر از 100 نانومتر را توليد و آن را به داخل رگ‌هاي خوبي بفرستند. اين نانوسيم‌ها توسط دوربين کوچکي به طرف اعصاب مغزي هدايت مي‌شود. اين روش براي کمک به يافتن علل پيدايش بيماري هاي عصبي از جمله پارکينسون بسيار مفيد است.
توليد نانوسيم‌هاي مغناطيسي مي‌تواند به ساخت نوع جديد از حافظه‌هاي مغناطيسي منجر شود که ظرفيت ذخيره‌سازي آن، حدود صد برابر بيشتر از حافظه‌هاي RAM موجود است. فيزيکدان‌هاي ايالت متحده آمريکا روش جديدي را يافته‌اند که ما را يک قدم به استفاده از نانوسيم‌هاي مغناطيسي به عنوان ابزار ذخيره‌سازي اطلاعات با ظرفيت بالا، نزديک مي‌کند. در اين روش، با استفاده از چگالي جريان اسپين پلاريزه، ديواره‌هاي حوزه‌هاي مغناطيسي در طول نانوسيم جابه‌جا مي‌شود.
نانوسيم‌هايي که از مواد نيمه‌رسانا ساخته شده‌اند، در ساخت نمونه اوليه ليزرها و ديودهاي گسيل نور به کار مي‌روند. اين گونه منابع نور ميتوانند کاربردهاي زيادي داشته باشند. به طور مثال مي‌توان از آنها در دستگاه‌هايي مانند نوک ميکروسکوپ‌هاي روبشي براي تصوير کردن اجزاي کوچک‌تر، ابزار فوق دقيق در جراحي ليزري و هم‌چنين براي تشخيص عوامل واسطه‌ي زيست‌شناختي يا شيميايي استفاده کرد. اين نانوسيم‌ها وقتي با يک ليزر يا جريان الکتريکي برانگيخته مي‌شوند، نور فرابنفش يا نور مرئي ساطع مي‌کنند که به ترکيب آلياژ بستگي دارد. چنين تفاوت‌هايي در گسيل، امکان شناسايي خواص مواد نانوسيم‌ها و بهره‌برداري از آنها جهت ساخت ديگر دستگاه‌ها به ويژه حسگرها را فراهم مي‌سازد.
گردآوري:مريم ملک دار