دانلود مقاله فناوري نانو با فرمت ورد ودر 59 صفحه قابل ویرایش

قسمتی از متن مقاله

تاریخچه نانو

در طول تاريخ بشر از زمان يونان باستان، مردم و به‌خصوص دانشمندان آن دوره بر اين باور بودند كه مواد را مي‌توان آنقدر به اجزاء كوچك تقسيم كرد تا به ذراتي رسيد كه خردناشدني هستند و اين ذرات بنيان مواد را تشكيل مي‌دهند، شايد بتوان دموكريتوس فيلسوف يوناني را پدر فناوري و علوم نانو دانست چرا که در حدود 400 سال قبل از ميلاد مسيح او اولين كسي بود كه واژة اتم را كه به معني تقسيم‌نشدني در زبان يوناني است براي توصيف ذرات سازنده مواد به كار برد.

نقطه شروع و توسعه اوليه فناوري نانو به طور دقيق مشخص نيست. شايد بتوان گفت كه اولين نانوتكنولوژيست‌ها شيشه‌گران قرون وسطايي بوده‌اند كه از قالب‌هاي قديمی براي شكل‌دادن شيشه‌هايشان استفاده مي‌كرده‌اند. البته اين شيشه‌گران نمي‌دانستند كه چرا با اضافه‌كردن طلا به شيشه رنگ آن تغيير مي‌كند. در آن زمان براي ساخت شيشه‌هاي كليساهاي قرون وسطايي از ذرات نانومتري طلا استفاده مي‌‌شده است و با اين كار شيشه‌هاي رنگي بسيار جذابي بدست مي‌آمده است. اين قبيل شيشه‌ها هم‌اكنون در بين شيشه‌هاي بسيار قديمي يافت مي‌شوند.

در سال1959 ريچارد فاينمن مقاله‌اي را دربارة قابليت‌هاي فناوري نانو در آينده منتشر ساخت. باوجود موقعيت‌هايي كه توسط بسياري تا آن زمان كسب‌شده بود، ريچارد. پي. فاينمن را به عنوان پايه گذار اين علم مي‌شناسند. فاينمن كه بعدها جايزه نوبل را در فيزيك دريافت كرد درآن سال در يک مهماني شام كه توسط انجمن فيزيک آمريكا برگزار شده بود، سخنراني كرد و ايده فناوري نانو را براي عموم مردم آشكار ساخت.
عنوان سخنراني وي «فضاي زيادي در سطوح پايين وجود دارد» بود.
سخنراني او شامل اين مطلب بود كه مي‌توان تمام دايره‌المعارف بريتانيكا را بر روي يك سنجاق نگارش كرد.يعني ابعاد آن به اندازه25000/1ابعاد واقعيش كوچك مي شود. او همچنين از دوتايي‌كردن اتم‌ها براي كاهش ابعاد كامپيوترها سخن گفت (در آن زمان ابعاد كامپيوترها بسيار بزرگتر از ابعاد كنوني بودند اما او احتمال مي‌داد كه ابعاد آنها را بتوان حتي از ابعاد كامپيوترهاي كنوني نيز كوچكتر كرد. او همچنين در آن سخنراني توسعه بيشتر فناوري نانو را پيش‌بيني نمود.

فناوري‌نانو واژه‌اي است كلي كه به تمام فناوري‌هاي پيشرفته در عرصه كار با مقياس نانو اطلاق مي‌شود. (1 نانومتر يک ميليارديم متر است).

برخي از رويدادهاي مهم تاريخي در شکل گيري فناوري و علوم نانو

واژه فناوري نانو اولين بار توسط نوريوتاينگوچي استاد دانشگاه علوم توكيو در سال 1974 بر زبانها جاري شد. او اين واژه را براي توصيف ساخت مواد (وسايل) دقيقي كه تلورانس ابعادي آنها در حد نانومتر مي‌باشد، به كار برد. در سال 1986 اين واژه توسط كي اريك دركسلر در کتابي تحت عنوان : «موتور آفرينش: آغاز دوران فناوري‌نانو»بازآفريني و تعريف مجدد شد. وي اين واژه را به شكل عميق‌تري در رساله دكتراي خود مورد بررسي قرار داده و بعدها آنرا در کتابي تحت عنوان «نانوسيستم‌ها ماشين‌هاي مولكولي چگونگي ساخت و محاسبات آنها» توسعه داد.

نانوسيم، يک نانوساختار دو بعدي است و چون دراين ابعاد اثرات کوانتمي مهم هستند اين سيم‌ها، سيم‌هاي كوانتومي نيز ناميده مي‌شوند نانوسيم‌ها براي ساختن‌مدارات الكتريكي در اندازه‌هاي كوچك استفاده مي‌شوند.

1. روش‌هاي ساخت
2. كاربرد
3. انواع نانوسيم‌ها

روش‌هاي ساخت:
روش‌هاي عمده که براي ساخت نانوسيم‌ها وجود دارد عبارت است از:

1. با ليتوگرافي يا چاپ روي يک سطح (ليتوگرافي نرم).
2. با فرآيند رشد شيميايي در يک محيط گازي يا مايع: استفاده از نانوذرات به عنوان کاتاليست اين فرآيند رشد شيميايي را فوق‌العاده بهبود مي‌دهد. در نوعي از اين فرآيند از ذرات کاتاليست متصل به سطح براي رشد نانوسيم‌هاي داراي يک سر متصل به سطح استفاده مي‌شود (اين نانوسيم‌ها لااقل در ابتدا بر سطح عمود هستند).

تصويرAFMنانوسيم LiMo₃Se₃ با مد تماسي X,Y

3. با خودآرايي براي رشد مستقيم يک نانوسيم‌روي يک سطح (موازي با سطح): اين راهکار آرايه‌هايي از نانوسيم‌ها را مستقيماً بر روي سطح شکل مي‌دهد، که فقط چند نانومتر قطر داشته و ده نانومتر يا کمتر با هم فاصله دارند. با اين حال براي ساخت تماس‌هاي الکتريکي براي اين سيم‌ها به راهکارهاي ديگري نيازمنديم.
4. نانوسيم‌ها با حكاكي شيميايي سيم‌هاي بزرگتر و يا با بمباران يك سيم بزرگتر توسط ذرات پرانرژي ديگر (اتم يا مولكول) نيز توليد مي شوند
5. روش ديگر توليد نانوسيم‌ها برجسته‌كردن سطح يك فلز نزديك به نقطه ذوب با استفاده از نوك پروب STM و منقبض كردن آنها است.
6. براي سنتز نانوسيم روش سنتز بخار مايع جامد (VLS) نيز کاربرد دارد، در اين روش از ذرات تجزيه شده توسط ليزر و يا از محصولات گازي استفاده مي‌كنيم.

كاربرد:

نانوسيم‌ها از فلزات، نيمه‌هادي‌هاي مرسوم همچون سيليکون و گاليم وانواع پليمرها ساخته شده‌اند.
کار روي نانوسيم‌ها هنوز تا حد زيادي در مرحله تحقيق قرار دارد. مشکل اتصالات هنوز بر سر راه کساني است که قصد ساخت قطعات پيچيده تجاري از نانوسيم‌ها را دارند.

به نظر مي‌رسد نانوسيم‌ها مي‌توانند كه كامپيوترها و ساير دستگاهاي محاسبه‌‌گر كاربر داشته باشند .

علاوه بر مواد فلزي و نيمه رسانا، ساخت نانوسيم از مواد آلي نيز تحت بررسي مي‌باشد. اخيراً ماده‌اي موسوم به اليگوفنيلين وينيلين موجب اميدواري شده است.
هنگام استفاده از نانوسيم‌ها، بايد توجه داشت که مقايسه آن با سيم‌کشي بزرگ‌مقياس گمراه کننده ‌باشد. برخي نانوسيم‌ها يک رفتار رسانايي کاملاً غيرکلاسيک را نشان مي‌دهند. اين نانوسيم‌ها شامل نانولو‌له‌هاي کربني فلزي (رسانا) و برخي از نانوسيم‌هاي نيمه‌رسانا مي‌شوند که توسط گروه چارلز ليبر در هاروارد توسعه يافته‌اند. آنها رساناهاي پرتابه‌اي ناميده مي‌شوند (چون الکترونهاي گذرنده از سيم بسيار شبيه گلو‌له پرتاب شده در لو‌له تفنگ‌اند). اولين مشخصه يک رساناي پرتابه‌اي ثابت بودن مقاومت آن نسبت به طول است، که با رسانايي عادي در الکترونيک روزمره‌ما- که مقاومت متناسب با طول افزايش مي‌يابد- متفاوت است.

ساختار مولکولي نانوسيم LiMo₃Se₃ ( آبي: ليتيم، خاکستري: موليبدن، نارنجي: سلينيوم) قطر يک نانوسيم 0.6نانومتر است

رسانايي نانوسيم‌ها در حالتي که بين دو الكترود قرار مي‌گيرد بررسي مي‌شود، رسانايي اين تركيبات به ابعاد آنها وابسته است.
نانوسيم‌ها شكل‌هاي ويژه‌اي دارند. بعضي اوقات اشكال غير كريستالي ودر برخي مواردحالت مارپيچي به خود مي‌گيرند. عدم كريستالي بودن آنها به دليل يك بعدي بودنشان است.
همچنين نانوسيم‌ها به دليل طبيعت خواص الکتريکي خود که در حضور مواد خاص دچار تغيير مي‌شوند، قابليت استفاده به صورتسنسور را دارند.

نانوسيم‌ها را مي‌توان در ساخت غشاهاي جداسازي گازها و سيستم‌هاي ميکروآناليز، توليد سيستم‌هاي ميکروالکترومکانيکي سراميکي و تجهيزات آشکارسازي امواج راديويي به کار برد.

يک ليزر ابتدايي از نانوسيم‌هاي اکسيد روي ساخته شده است (که البته آنها را نانوالياف نيز مي‌توان ناميد). همچنين قابليت نانوسيم‌هاي فلزي در قطعات قابل تنظيم مايکروويو نشان داده شده است.

انواع نانوسيم‌ها عبارتند از:

نانوسيم‌هاي فلزي
اين نانو ساختارها به خاطر خواصي كه دارند نويدبخش كارايي زياد در قطعات الكترونيكي مي‌باشند.

نانو سيم‌هاي آلي
نانو سيم‌هاي آلي همانطور که از نامشان پيداست از ترکيبات آلي بدست مي‌آيند ويژگي اين سيم‌ها نظير رسانايي، مقاومت و هدايت گرمايي به ساختار مونومر و طرز آرايش آن بستگي دارد.

نانوسيم‌هاي نيمه‌هادي
نانوسيم‌هاي نيمه‌هادي از روش‌هاي ذکر شده در بخش نانوسيم‌ها تهيه مي‌شوند.