فناوری نانو
فناوری نانو
C60 که از جستارهای مهم پژوهشهای وابسته به فناوری نانو است.
فناوری نانو یا نانوتکنولوژی رشتهای از دانش کاربردی و فناوری است که جستارهای گستردهای را پوشش میدهد. موضوع اصلی آن نیز مهار ماده یا دستگاههای در ابعاد کمتر از یک میکرومتر، معمولاً حدود ۱ تا ۱۰۰ نانومتر است. نانوفناوری یک دانش به شدت میانرشتهای است و به رشتههایی چون فیزیک کاربردی، مهندسی مواد، ابزارهای نیم رسانا، شیمی ابرمولکول و حتی مهندسی مکانیک، مهندسی برق و مهندسی شیمی نیز مربوط میشود.بیشتر کار این رشته دربارهٔ این است که دانش جدید و فناوری از راه پژوهش به کجا میرسند. نانوفناوری میتواند به عنوان ادامهٔ دانش کنونی به ابعاد نانو یا طرحریزی دانش کنونی بر پایههایی جدیدتر و امروزیتر باشد.
اصول بنیادی
یک نانومتر (nm) یک میلیاردیم متر است. برای سنجش طول پیوندهای کربن-کربن، یا فاصلهٔ میان دو اتم بازهٔ ۱۲ تا ۱۵ نانومتر به کار میرود؛ همچنین طول یک جفتِ دیانآ نزدیک به ۲ نانومتر است. و از سوی دیگر کوچکترین باکتری سلولدار ۲۰۰ نانومتر است. اگر بخواهیم برای دریافتن مفهوم اندازهٔ یک نانومتر نسبت به متر سنجشی انجام دهیم میتوانیم اندازهٔ آن را مانند اندازهٔ یک تیله به کرهٔ زمین بدانیم.[۱]. یا به شکلی دیگر یک نانومتر اندازهٔ رشد ریش یک انسان در طول زمانی است که برای بلند کردن تیغ از صورتش باید بگذرد.[۲]
شاخههای اصلی
میتوان موردهای زیر را شاخههای بنیادین دانش نانوفناوری دانست:
o نانو لولهها(نانو تیوبها)
o موتورهای مولکولی(نانو ماشینها)
کاربردها
فناوری نانو کاربردهای گستردهای در دانشهای گوناگون دارد که از موردهای مهم آن میتوان به کاربردهایش در پزشکی برای ساخت داروهای بدون اثرهای جانبی اشاره کرد که تنها بر یک بافت ویژه تأثیر میگذارند.
نانو لوله،فولرين،الماس گونه
پژوهشگران فناورينانو تنها از طبيعت براي توسعه مواد جديد و روشهاي ساخت الهام نميگیرند، بلکه سایر فناوريهاي ثابتشده و گاهي قدیمی را به آزمايشگاههاي فناورينانو انتقال ميدهند.
فرایند ریسندگی یکی از این فناوریهاست. ريسندگي، فرايند ساخت الياف از مواد فيبري مختلف است. اولين چرخ ريسندگي در هند و احتمالاً دو هزار و 500 تا سه هزار سال پيش اختراع شد. زمانی ريسندگي تنها پايه فناوري تمدن ما بود. همينك پژوهشگران شروع به كاربردي كردن روشهاي ريسندگي پنبه براي توليد الياف نانولولههای كربني(CNT) كردهاند.
نانولولههاي كربني بسيار قويتر از مواد موجودند و براي استفاده كامل از اين قدرت فوقالعاده بايد بهصورت الیاف پيوسته درآيند. مؤثرترين روش توليد الیافCNT، استفاده از فناوری قدیمی ريسندگي پنبه است؛ بنابراين از لحاظ فناوري تولید الیاف CNT ـ که مانند پنبه خواص ريسندگي دارند ـ بسیار جالب است.
دکتر Zhu ، استادیار بخش مهندسي و علوم مواد دانشگاه كاليفرنياي شمالي به همراه همكارانش، شكل جديدي از موادCNT با عنوانCNT پنبهاي ساختهاند كه از رشتههایCNT منفرد و فوقالعاده طولاني تشکیل شدهاست. اينCNT پنبهاي در بسياري از جنبهها؛ از جمله رنگ، نرمي و مناسب بودن براي ريسندگي مشابه پنبه معمولی است. علاوه بر این،CNT پنبهاي آبگريز است و از رشتههای منفرد نانولوله کربنی با دانسيته کم و طول زیاد تشکیل شدهاست.
اين اختراع در همه زمينههاي کاربردی؛ نظیر ساختمان، الكترونيك و زیستشناسی ـ که لازم است تا نانولولههای منفرد بهصورت طناب یا الیاف محکم و متراکم درآیند ـ کاربر دارد. با استفاده از رسوبدهی بخار شيمياييCVD)، CNTهاي منفرد با محدوده طولی ميليمتر تا سانتيمتر ساخته شدند. نتایج اين كار در مجلهAdvanced Materials به چاپ رسيد. اين كار نشان داد كه انواع زيادي از ساختارهاي نانولوله كربني میتوانند تحت شرايط مختلف ساخته شوند و اين امر به دانشمندان اجازه ميدهد كه جستجوي بيشتري در مورد ساختارهاي متفاوت از كربن براي كاربردهاي جديد داشته باشند.
CNTهاي قطوری ـ که قبلاً گزارش شدهاند ـ بهصورت خود كاتاليتیکی رشد كردهاند؛ یعنی CNTها خود قطعات كربن آزاد را در لبههاي باز و ديوارههاي كناري جذب، بهصورت عمودي و شعاعي و در غياب ذرات فلزي رشد كردند؛ ولی CNT پنبهاي همان سازوكار رشد كاتاليزوري مرسوم را دارد. محيط پایدارCVD و وجودCNTهاي با طول بسيار زياد درCNT پنبهاي در زمان رشد طولانی تاييدي بر اين سازوكار است.
بعد از ساختCNT پنبهاي، پژوهشگران با ريسندگي آنها را بهصورت الیاف درآوردند. برای این کار از يك مته با قابليت تنظيم سرعت و نوك فلزي 25 ميكرونی استفاده شد. در ابتدا نوك فلزي با لايهای از چسب براي اتصال اوليه به تکهCNT ـكه ازCNT پنبهاي كشيده شده ـ پوشيده شد، سپس مته را ازCNT پنبهاي با سرعت ده ميليمتر در دقيقه و در حالی كه با سرعت هزار يا دو هزار دور در دقیقه در حال چرخش است، دور میکنند.
a) تصويرSEM نشان ميدهد كهCNT پنبهاي ميتواند بهآساني با ريسندگي به الیاف تبديل شود، b) الیاف CNT مشتقشده ازCNT پنبهاي.
در طول ريسندگي CNTهاي منفرد بهآساني جمعآوري ميشوند. در نتیجه ميتوان الیافی با طول ده سانتيمتر ازCNT پنبهاي ريسيد. بهدليل محدوديتهايي كه شكلهاي ديگر موادCNT ساختهشده تاکنون، براي ريسندگي دارند، CNTهای پنبهاي را كه اين گروه ساختهاند، سادهترين شكل از موادCNT براي ريسندگي به شمار ميروند و پتانسيل لازم براي تطبيق با فناوريهاي رایج ريسندگي را دارند.
محققان مؤسسه MESA+ هلند موفق به وارد كردن لايه نازكي از گادولينيوم به درون ترانزيستورهاي سيليكوني شدند. يك لايه گادولينيوم با ضخامت كمتر از يك نانومتر قادر است دنياي مغناطيس را به الكترونيك پيوند دهند، به طوري كه وارد كردن مستقيم يك عنصر حافظه مغناطيسي درون يك ترانزيستور سيليكوني امكانپذير خواهد شد.
ترانزيستورها بلوكهاي اوليه ساختماني فناوري اطلاعات و حافظه كه با توان پردازش رابطه تنگاتنگي دارد، موضوعي جذاب و مرتبط با صرفهجويي انرژي ميباشند. فناوري حافظههاي مغناطيسي، مانند حافظههاي سخت (هارديسك) از فناوري مدارات الكترونيكي مجزا است. تركيب و ادغام اين دو فناوري بسيار جالب توجه است، زيرا يك حافظه مغناطيسي جهت حفظ محتويات خود نياز به انرژي مازادي ندارد؛ براي يك بار اطلاعات وارد بخشي از حافظه شده و درون آن حفظ ميشوند. يك لايه مغناطيسي قرار گرفته درون يك ترانزيستور منجر به ايجاد محصولي جديد و توانمند ميگردد، كه تركيبي از حافظه و قدرت پردازش را با هم ارائه ميكند. اين مسئله براي كاهش مصرف انرژي در دستگاههايي مانند تلفن همراه اهميت حياتي دارد.
هر چند تركيب مواد مغناطيسي و سيليكون تاكنون امكانپذير نبوده است ولي كار براي انواعي از نيمههاديها مانند آرسيند گاليوم انجام شده است. Ron Jan Sen ميگويد: اكنون ما ثابت كرديم چرا اين كار انجامپذير نبوده است. اگر يك لايه ازمواد مغناطيسي را مستقيماً روي سيليكون قرار دهيد، يك سد روي آن تشكيل خواهد شد كه مقاومت آن 100 ميليون بار بيشتر خواهد بود و اطلاعات مغناطيسي تحت هيچ شرايطي قادر به عبور از اين سد و قرار گرفتن درون سيليكون نخواهد بود. با در نظر گرفتن اين مسئله، دانشمندان سعي در كاهش مقاومت اين سد داشتند در نتيجه از محلول گادولينيوم كه تابع كار پايين دارد، و يك الكترون به راحتي ميتواند از ميان آن عبور كرده و به درون سيليكون وارد شود استفاده كردند.
لايه نازك گادولينيوم با فرآيند تبخير تهيه شده و ايجاد ضخامتهاي مختلف آن با دقت بالا امكانپذير است. مقاومت ميتواند در محدوده بسيار وسيعي تا 100 ميليون تغيير كند. مرحله بعد، اعمال ماده مغناطيسي است.
محققان Jansen C.S اين پروژه را كه توسط مؤسسه فناوري نانو MESA+ سرمايهگذاري شده است انجام دادهاند. اين محققان همكاري نزديكي با دانشمندان شركت SONY دارند.
نتايج كار اين محققان در مقالهاي تحت عنوان:
“Tunable Spin-Tunnel Contacts to silicon using low- work function ferromagnetic”
در شماره اكتبر 2006 نشريه Nature materials به چاپ رسيده است.
منبع http://www.utwente.nl/nieuws/pers/en/cont_06-036_en.doc/