نانو ساختارها
·
1400/11/9 21:42
· خواندن 4 دقیقه
- نانو ساختار های صفر، یک ، دو و سه بعدی
در پست های قبلی نانوفناوری را تعریف کردیم [ نانوفناوری چیست؟ ] و به پیشینه و تاریخچه آن پرداختیم [ نانوفناوری {مبدا و پیشینه} - ۱ - نانوفناوری {مبدا و پیشینه} - ۲ ]؛ در این پست به معرفی نانو ساختارها می پردازیم.
اگر یادتان باشد در پست [ نانوفناوری چیست؟ ] گفتیم : به اندازه ۱ تا ۱۰۰ نانومتر محدوده نانو می گویند.
همان طور که می دانید هر ماده از سه بعد (طول، عرض و ارتفاع) تشکیل شده اگر حداقل یکی از این ابعاد در مقیاس نانو باشد به این ماده، یک ماده نانو ساختار گفته می شود.
به ابعادی که خارج از ابعاد نانو باشند، بعد آزاد می گوییم. معمولا نانو ساختار ها را با توجه به تعداد ابعاد آزاد دسته بندی می کنند.
مثلا در تصویر کاور پست نانوساختار ها با رنگ نارنجی مشخص شده اند؛ حالا به معرفی و بررسی تک تک این نانوساختار ها می پردازیم.
۱- نانو ساختار های صفر بعدی (0D) : موادی که در هر سه بعد دارای اندازه نانومتری می‌باشند و هیچ بعد آزادی ندارند.
بر اساس برخی دسته‌بندی‌ها به این دسته از نانوساختارها، نانوذرات نیز گفته می‌شود.
عوامل تاثیرگذار بر خواص نانوذرات، اندازه و جنس ذرات هستند.
نانوذرات می‌توانند بسته به کاربردشان در اشکال مختلف مانند کروی، بیضوی، مکعبی، منشوری، ستونی و... ساخته شوند.
نانوذرات ممکن است از یک جزء تشکیل شده باشند یا اینکه ترکیبی از چند جزء (ماده) باشند. همچنین نانوذرات می‌توانند به صورت خالص و یا ترکیبی از چند ماده مختلف باشند.
نانوذرات کاربردهای مختلفی در صنایع مختلف مانند اتومبیل (ضد خش کردن بدنه، ضد بخار کردن شیشه‌ها، لاستیک‌های مقاوم و...)، پزشکی (ساخت دارو‌های جدید، تشخیص علایم بیماری‌ها و ...)، تصفیه آب و فاضلاب، الکترونیک، صنایع نظامی و... دارند.
برخی نانوساختار های صفر بعدی: فولرین، لیپوزوم، نانوخوشه، نانو کپسول، نانوپوسته، درخت‌سان، نقاط کوانتومی و...
وقتی ابعاد نانوذرات نیمه هادی کمتر از ده نانومتر باشد اثرات کوانتومی غالب می شود به همین خاطر به آنها نقاط کوانتومی می گویند.
نانو ساختار های صفر بعدی با شکل های مختلف
۲- نانو ساختار های یک بعدی (1D) : موادی که دارای دو بعد در مقیاس نانو و یک بعد آزاد می باشند.
عوامل تاثیرگذار بر خواص نانوساختار های یک بعدی، نسبت طول به قطر و جنس هستند.
مهم ترین ویژگی نانوساختار های تک بعدی فلزی هدایت الکتریکی آنها در راستای محور سیم است.
نانوسیم ها می‌توانند به صورت خالص و یا ترکیبی از چند ماده مختلف باشند.
نانوسیم ها کاربردهای مختلفی در بخش های مختلف مانند ساخت رایانه های بسیار کوچک با سرعت بسیار بالا، تشخیص بیماری ها، ساخت لیزر های بسیار کوچک، حافظه های مغناطیسی و... دارند.
برخی نانوساختار های یک بعدی: نانولوله کربنی، نانوسیم، نانومیله، نانو الیاف (نانولیف)، نانولوله، سیم کوانتومی و...
وقتی قطر نانوسیم نیمه هادی کمتر از ده نانومتر باشد اثرات کوانتومی غالب می شود به همین خاطر به آنها سیم کوانتومی می گویند.
برخی نانو ساختار های یک بعدی ( الف: نانومیله های اکسید روی ، ب: نانولوله های اکسید تیتانیم )
۳- نانو ساختار های دو بعدی (2D) : موادی که دارای یک بعد در مقیاس نانو و دو بعد آزاد می باشند.
عوامل تاثیرگذار بر خواص نانوساختار های دو بعدی، ضخامت و جنس هستند.
نانوپوشش‌ها لایه‌هایی با ضخامت ۱ تا ۱۰۰ نانومتر هستند که به صورت پوشش روی مواد دیگر قرار می‌گیرند.
لایه های نازک می‌توانند به صورت خالص و یا ترکیبی از چند ماده مختلف باشند.
نانوپوشش ها کاربرد های مختلفی در بخش های مختلف مانند بسته بندی، صنعت و... دارند.
برخی نانوساختار های دو بعدی: گرافن، نانوپوشش، نانوصفحه، نانوورق، نانولایه (لایه نازک)، چاه کوانتومی و...
وقتی ضخامت لایه نازک نیمه هادی کمتر از ده نانومتر باشد اثرات کوانتومی غالب می شود به همین خاطر به آنها چاه کوانتومی می گویند.
نانو پوشش با ضخامت ۶۰ نانومتر
۴- نانو ساختار های سه بعدی (3D) : موادی سه بعد آزاد دارند.
این تعریف در ظاهر با تعریف نانوساختار در تناقض است (چون هیچ بعد این ماده درمقیاس نانو نیست.) در واقع ابعاد این ماده خارج از مقیاس نانو است اما دارای اجزای نانومتری (مثل حفرات نانومتری) است.
مواد حجیم نانوساختار موادی هستند که اندازه واحدهای سازنده مجزای آنها حداقل در یک بعد کمتر از ۱۰۰ نانومتر باشد.
گاهی برای اینکه برخی خواص را دربرخی مواد ایجاد کنیم اجزایی به آنها اضافه می کنیم، این ماده ترکیبی به دست آمده کامپوزیت نام دارد. مثلا پلاستیک خاصیت رسانایی الکتریکی ندارد و ما با افزودن ذرات فلزی به آن یک کامپوزیت پلاستیکی با خاصیت رسانایی می سازیم. اگر حداقل یکی از اجزای کامپوزیت در ابعاد نانو باشد به آن نانوکامپوزیت می گویند.
برخی نانوساختار های سه بعدی: گرافیت، نانوکامپوزیت، مواد نانوحفره‌ای، مواد مزو متخلخل و...
نانو ساختار سه بعدی با اجزای سازنده نانومتری
منبع: مقالات باشگاه نانو
