عناصر پایه در فناوری نانو
توسط : rohi1346
عناصر پایه در فناوری نانو


امروزه استفاده از فناوری نانو در تمامی جنبه‌های زندگی بشر امری غیر قابل انکار است و وجود آن در عصر حاضر در تمامی علوم احساس می‌شود. این فناوری در صنایع غذایی، پزشکی، داروسازی، خودروسازی، الکترونیک، مکانیک و غیره یکه‌تاز میدان است. با این حال در هر فناوری و صنعتی به موادی احتیاج است تا به وسیله آنها بتوان به اهداف مورد نظر دست یافت و در فناوری نانو نیز عناصری وجود دارند که به عناصر پایه شهرت دارند که با به‌کارگیری هر کدام از آنها می‌توان در زمینه‌های مختلف کاربردی به تولید مواد جدیدی یا خدمات سودمند دست یافت.

در میان عناصر پایه در نانو فناوری، نخستین عنصر که اصلی‌ترین نیز به شمار می‌رود، نانو ذرات هستند که به طور گسترده‌ای در این فرآیند کاربرد دارند. نانوذره به ذره‌ای گفته می‌شود که ابعاد آن در حدود 1 تا 100 نانومتر باشد. نانوذرات علاوه‌ بر نوع فلزی، عایق‌ها و نیمه‌هادی‌‌ها، نانوذرات ترکیبی نظیر ساختارهای هسته ‌لایه را نیز در بر می‌گیرند.

همچنین نانوکره‌ها، نانومیله‌ها و نانوفنجان‌ها از اشکال دیگر نانو ذرات به شمار می‌روند. نانوذرات در اندازه‌‌های پایین را نانوخوشه به حساب می‌آورند. نانوبلورها و ذرات ‌کوانتومی نیمه‌هادی نیز زیر مجموعه نانوذرات هستند. چنین نانوذراتی در کاربردهای بیودارویی (داروهای زیستی) به عنوان حامل دارو و عوامل تصویربرداری استفاده می‌‌شوند. باید گفت که گوناگونی مواد نانوذره‌‌ای به اندازه تنوع کاربردهای آنها است.

تعیین مشخصات نانوذرات برای کنترل سنتز و کاربرد آنها ضروری است.

خواص این ترکیبات با استفاده از روش‌های گوناگونی مانند استفاده از میکروسکوپ‌‌های الکترونی، ‏AFM، طیف‌سنجی فوتوالکترون، ‏Xray‏ و ‏FT-IR‏ و نیز روش‌های تعیین اندازه و سطح ویژه ذرات سنجیده می‌‌شود. نانوذرات در حال حاضر از طیف وسیعی از مواد ساخته می‌‌شوند که معمول‌ترین آنها نانو ذرات سرامیکی، فلزی و پلیمری و نانو ذرات نیمه رسانا

هستند.

نانو کپسول‌ها پس از نانو ذرات، دوّمین عنصر پایه در فناوری نانو محسوب می‌شوند. به هر ذره‌ای که دارای یک پوسته و یک فضای خالی برای قرار دادن مواد مورد نظر به درون آن باشد، نانو کپسول گفته می‌شود. نانو کپسول‌ها دارای قطری نانومتری هستند که برای ساخت آنها روش‌های مختلفی وجود دارد. همچنین مولکول‌هایی وجود دارند که به خودی خود نانو کپسول به حساب می‌آیند، زیرا آنها در یک طرف آب گریز و در طرف دیگر آب دوست هستند.

در این حالت بخش‌های آب گریز مولکول درون آن جای می‌گیرند و آن را از تماس با آب حفظ می‌کند. برای ساخت این نوع کپسول‌ها از امولسیون آب و روغن استفاده می‌شود.

از آنجا که این نوع کپسول‌ها دارای خواص آب گریزی و آب دوستی هستند بنابراین در هنگام استفاده از آنها ممکن است یک اختلال ایجاد شود که در بعضی مواقع با هدف کاربردی مورد نظر سازگاری پیدا نمی‌کنند و به همین دلیل باید روکش شوند. برای روکش کردن این کپسول‌ها از پروتئین‌ها، پلیمرها و مواد مصنوعی و طبیعی دیگری استفاده می‌کنند.

نانو کپسول‌ها انواع متنوعی دارند، از جمله نانو کپسول‌های پلیمری که در ساختار آنها از پلیمرها استفاده می‌شود. به دنبال فرآیندی که «پلیمریزاسیون امولسیونی» نام دارد، نانو کپسول‌های پلیمری شده در اندازه‌ها و شکل‌های گوناگون تولید می‌شود. از مهمترین کاربرد نانو کپسول‌ها می‌توان به استفاده از آنها در صنعت داروسازی اشاره کرد. نانو امولسیون‌ها نوع دیگری از نانو کپسول‌ها هستند که از بعضی مولکول‌های «سورفکتانت» مانند فسفولیپیدها تشکیل شده اند. یکی از ویژگی‌های مهم این نوع مولکول‌ها این است که از یک طرف آب گریز و از سوی دیگر آب دوست هستند و به همین دلیل هنگامی که در یک محیط آبی قرار می‌گیرند، خود به خود نانو کپسول را تشکیل می‌دهند. در این حالت، مولکول در طرفی که آب گریز است قرار می‌گیرد و از تماس با آب حفظ می‌شود. لیپوزوم‌ها هم که از جنس چربی هستند، در این گروه از نانو کپسول‌ها جای می‌گیرند. از این نوع نانو کپسول‌ها در تهیة مواد شوینده از جمله خوش بو کننده‌های لباس، پودرهای رختشویی و نیز همانند کپسول‌های پلیمری در صنعت داروسازی استفاده می‌شود که به شکل وریدی و خوراکی مورد استفاده قرار می‌گیرند.

نانو سیم‌ها نیز یکی دیگر از عناصر پایه‌ای نانو ساختارهای مورد استفاده در فناوری نانو به شمار می‌روند که دارای ساختاری دو بعدی هستند و به این علت که ساختارهای دو بعدی از نظر کوانتومی دارای اهمیت فراوان هستند، به آنها نانوسیم‌های کوانتومی هم می‌گویند. از نانو سیم‌ها برای ساخت مدارهای الکتریکی و الکترونیکی در اندازه‌های بسیار کوچک یا در حد نانومتر استفاده می‌کنند. نانو سیم‌ها را به اشکال مختلفی تهیه می‌کنند که یک مورد آن، استفاده از روش لیتوگرافی یا چاپ روی یک سطح است.

نانوسیم‌ها را به روش‌های گوناگونی می‌سازند که روش خودآرایی یکی از روش‌های ساخت نانو سیم به‌شمار می‌رود که برای رشد مستقیم یک نانو سیم روی یک سطح موازی یا مسطح به کار می‌رود. این فرآیند باعث شکل دهی مستقیم آرایه‌هایی از نانو سیم‌ها روی سطحی می‌شوند که فقط چند نانو متر قطر داشته و به اندازة 10 نانومتر یا کمتر از هم فاصله دارند.

در روش دیگر برای ساخت نانوسیم‌ها از نانوذرات استفاده می‌شود. در این روش از نانو ذرات در فرآیند رشد شیمیایی نانوسیم‌ها در یک محیط گازی یا مایع به منظور کاتالیست استفاده می‌کنند که به فرآیند رشد شیمیایی نانوسیم‌ها سرعت فوق‌العاده‌ای می‌بخشد.

از نانوسیم‌ها به دلیل خواص الکتریکی که دارند به عنوان حسگرها استفاده می‌کنند. همچنین در ساخت غشاهای جداسازی گازها، سیستم‌های میکروآنالیز، تجهیزات آشکارسازی امواج رادیویی و تولید سیستم‌های میکرو الکترو مکانیکی سرامیکی بکار می‌روند. نانوسیم‌ها به اشکال گوناگونی از جمله نانو سیم‌های فلزی، آلی و نیمه‌هادی تهیه می‌شوند.

از دیگر عناصر پایه‌ای در نانو فناوری می‌توان به «فولرین»‌ها اشاره کرد که در گذشته اغلب از ساختارهای کروی از جنس کربن تشکیل شده‌اند، امّا امروزه علاوه بر کربن از عناصر دیگری از جمله نیتروژن نیز در ساختار آنها استفاده می‌کنند. از فلورین‌ها در ساخت روان کننده‌ها، روغن‌های موتور، ارسال هدفمند داروها، درمان سرطان و ایدز، ساخت لاستیک‌های بسیار سبک و تولید دیودهای نورافشان با عمری بالا استفاده می‌کنند.فولرین‌ها را به اشکال کربنی، غیر کربنی، درون وجهی و چند لایه‌ای و نیز مشتقات شیمیایی فولرین تهیه می‌کنند.

عناصر دیگری نیز غیر از عناصر یاد شده در فناوری نانو مورد استفاده قرار می‌گیرند که کاربردهای گوناگونی در زمینه‌های مختلف این فناوری دارند