برترین کاربران هفتگی این مقاله

از ۱۳۹۷/۰۶/۲۴ تا ۱۳۹۷/۰۶/۳۰

هیچ کاربری در این بازه زمانی وجود ندارد

آمار مقاله
  • بازدید کل ۷,۱۱۵
  • بازدید این ماه ۳۰۱
  • بازدید امروز ۵
آمار آزمون مقاله
  • کل شرکت کنندگان ۱۲۱
  • قبول شدگان ۹۶
  • شرکت کنندگان یکتا ۶۱
  • میانگین درصد شرکت کنندگان ۷۴
واژه نامه فناوری نانو

نانو

nano

پيشوندي به معناي يک بيليونم يا (000،000،000،1/1). در متون فناوري‌نانو، معمولا براي مشخص کردن يک واحد اندازه‌گيري برابر با 10 به توان منفي 9 متر استفاده مي‌شود.

سطح مقاله

مقدماتی

طرح درس

منابع پیشنهادی هشتمین مسابقه ملی-عناوین کلی

نویسندگان
کلمات کلیدی
امتیاز کاربران

نانوسیم‌ها: معرفی، کاربرد و خواص

سیم به جسمی اطلاق می‌شود که در جهت طولی گسترش یافته باشد. از این‌رو چنانچه بتوان سیمی با قطری در مقیاس نانو تهیه کرد، نانوسیم (nanowire) نامیده می‌شود. نانوسیم‌ها دارای خواص مکانیکی، مغناطیسی، نوری و الکترونیکی منحصربفردی می‌باشند و به همین دلیل بکارگیری وسایل و تجهیزاتی که از انواع نانوسیم‌ها در اجزایشان استفاده می‌نمایند؛ نویدبخش ظهور تراشه‌های کامپیوتری با سرعت محاسباتی بالا، تشخیص انواع بیماری‌ها، بهبود و اصلاح کارت‌های هوشمند و نمایشگرهای کریستال مایع (LCD) می‌باشد. از مهمترین سیم‌های نانومقیاس از لحاظ جنس و تا حدی کاربرد، می‌توان به انواع فلزی، آلی، نیمه‌هادی، پلیمری، مولکولی، اکسیدی، کاربیدی، نیتریدی و کامپوزیتی اشاره نمود. در مقاله حاضر در نظر است تا ابتدا نانوسیم‌ها معرفی و کاربرد آن‌ها مورد بررسی قرار گیرد. سپس انواع آنها بر حسب جنس معرفی و روش‌های کلی ساخت و کاربرد آن‌ها مرور شوند.
1- مقدمه
فناوری نانو را می‌توان به صورت طراحی، ایجاد و بهره‌برداری از موادی تعریف نمود که حداقل در یک بعد دارای اندازه‌ای در حد نانومتر می‌باشند و برای استفاده از خواص و پدیده‌های بدیع در این مقیاس، خلق شده باشند. نانو مواد خواص، پدیده‌ها و فرآیندهای جدید و بهبود یافته فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی را در اثر تغییرات خواصِ موج مانند الکترون‌های درون ماده، هنگامیکه اندازه کوچک می‌شود و حرکت الکترون‌ها محدود می‌شوند، از خود بروز می‌دهند [1]. به علت وجود مسیرهای مختلف برای اثر متقابل الکترون‌ها در ساختارهای سه بعدی (3D)، دو بعدی (2D) و یک بعدی (1D)، می‌توان اظهار نمود که ابعاد نقش مهمی در تعیین خواص ماده ایفا می‌نمایند [2].
در ادامه کشف نانولوله‌های کربنی توسط ایجیما (Iijima) در سال 1991، توجه زیادی به فرآوری و مشخصه¬یابی سایر ساختارهای تک بعدی شامل نانوسیم‌ها، نانومیله‌ها و نانوتسمه‌ها معطوف گردید [3]. نانوسیم‌ها، نانوتسمه‌ها و نانونوارها، گروه جدیدی از مواد شبه تک بعدی می‌باشند که در سال‌های اخیر توجه زیادی را از لحاظ انجام تحقیقات علمی به خود معطوف ساخته‌اند. اثبات شده است که این مواد با پایه غیر کربنی خواص فوق‌العاده نوری، مکانیکی و حرارتی از خود نشان داده و می‌توانند به عنوان بلوک‌های ساختاری اصلی در علم و فناوری نانو مقیاس در تجهیزاتی مانند حسگرهای شیمیایی و بیولوژیکی، ترانزیستورهای اثر میدانی (Field Effect Transistors) و مدارهای منطقی (Logic Circuits) مورد استفاده قرار گیرند. توجه به این جنبه از نانومقیاس‌ها یعنی نانوسیم‌ها، از سال 2000 به بعد دوچندان گردید به گونه‌ای که در مجلات معتبر دنیا از آنها یاد شده است. در مجله Science سال 2001 از نانومدارهای متشکل از نانوسیم‌های نیمه هادی به عنوان "شکافتن علم" (Breakthrough in Science)یاد شده است. مجله Nature در سال 2002 گزارشی را منتشر نمود که در آن ادعا شد که "نانوسیم‌ها، نانومیله‌ها، نانوویسکرها، نوعی از مواد نیستند که فراخوانده شوند، بلکه برانگیخته‌ترین (حادترین) خواص در نانوفناوری می‌باشند". شکی نیست که نانوسیم‌های مبتنی بر مواد شبه تک بعدی، یکی از جنبه‌های با اهمیت تحقیقات در عرصه نانوفناوری در دهه گذشته و همچنین آینده محسوب می‌شوند [4].
طبق تعریف؛ نانو سیم‌ها می‌توانند به صورت ساختارهایی با ضخامت یا قطر چند ده نانومتر یا کمتر و طول بدون محدودیت تعریف شوند. سطح مقطع نانوسیم‌ها ممکن است با توجه به بلورشناسی (Crystallography) ماده به صورت مدور، شش گوش یا چند وجهی باشد. طول نانوسیم‌ها می‌تواند از چند صد نانومتر تا میکرومتر و حتی میلی‌متر متغیر باشد [1].

2- انواع نانوسیم‌ها
 تاکنون با نانوساختارهای مختلفی از جمله نانولوله‌های ‌‌‌‌‌‌‌‌کربنی، نانوذرات و نانوکامپوزیت‌ها آشنا شده‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌ایم؛ یکی دیگر از نانوساختارهایی که امروزه مطالعات و تحقیقات بسیاری را به خود اختصاص داده است، نانوسیم‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌ها می‌باشند. عموماً سیم به ساختاری گفته می‌شود‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌ که در یک جهت (جهت طولی) گسترش داده شده باشد و در دو جهت دیگر بسیار محدود شده باشد. یک خصوصیت اساسی از این ساختارها که دارای دو خروجی می‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌باشد، رسانایی الکتریکی است. با اعمال اختلاف پتانسیل الکتریکی در دو انتهای این ساختارها و در امتداد طولی‌شان، انتقال بار الکتریکی اتفاق می‌افتد. ساخت سیم‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌هایی در ابعاد نانومتری هم از جهت تکنولوژیکی و هم از جهت علمی بسیار مورد علاقه می‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌باشد، زیرا در ابعاد نانومتری خواص غیر معمولی از خود بروز می‌دهند. نسبت طول به قطر نانوسیم‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌ها بسیار بالا (L>>D) است. مثال‌هایی ‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌از کاربرد نانوسیم‌ها ‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌عبارتند از: وسایل مغناطیسی، سنسورهای شیمیایی و بیولوژیکی، نشانگرهای بیولوژیکی و اتصالات داخلی در نانوالکترونیک مانند اتصال دو قطعه ابر رسانای آلومینیومی که توسط نانوسیم نقره صورت می‌گیرد [5]. ‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌
نانوسیم‌ها دارای خواص بسیار جالب توجه هستند که در مواد توده‌ای یا سه بعدی (Bulk or 3-D) مشاهده نمی¬شوند. انواع مختلفی از نانوسیم‌ها از لحاظ جنس وجود دارند شامل: نانوسیم‌های فلزی (مانند نیکل، پلاتین، طلا یا آلیاژهای مختلف پایه فلزی)، نیمه‌هادی (مانند GaN, InP, Si و غیره)، نارساناها (مانند TiO2, SiO2)، پلیمری و نانوسیم‌های مولکولی (مانند DNA آلی یا غیرآلی) [1].

همچنین می‌توان انواع نانوسیم‌ها را به گروه‌های ذیل تقسیم‌بندی نمود:
الف) انواع فلزی و نیمه هادی: که مجموعه وسیعی از مواد را از فلزات نجیب (مانند طلا، نقره، مس)، نیمه‌هادی‌های تک عنصری (مانند سیلیسیوم و ژرمانیوم)، نیمه‌هادی‌های مرکب (مانند InP، CdS و GaAs و نیز ساختارهای ناهمگن)، نیتریدها (مانند GaN و Si3N4) تا کاربیدها (مانند SiC) را در برمی‌گیرند.
ب) انواع عملکردی (Functional): محدوده وسیعی از مواد را از اکسیدهای تابعی (Functional Material) (مانند ZnO، SnO2 و In2O3)، سرامیک‌های ساختاری (مانند MgO، SiO2 و Al2O3)، مواد کامپوزیتی (مانند Si-Ge، SiC-SiO2) تا پلیمرها را شامل می‌شوند.
اغلب نانوسیم‌ها به طور ساختاری نسبت به جهات رشد و سطوح کناری کنترل می‌شوند که این امر منتج به خواص الکتریکی و نوری قابل کنترل و تنظیم‌پذیر می‌شود که دارای مزایای زیادی در نانوفناوری است [4].

2-1- نانوسیم‌های عنصری (فلزی)
این نانوساختارها به دلیل خواص ویژ‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌ه‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌ای که دارند نویدبخش کارایی زیادی در قطعات الکترونیکی‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌اند. توسعه الکترونیک و قدرت یافتن در این زمینه بستگی به پیشرفت مداوم در کوچک کردن اجزاء الکترونیکی است. با این حال قوانین مکانیک کوانتومی، محدودیت‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌ تکنیک‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌های ساخت و افزایش هزینه‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌ های تولید، محققین را در کوچک‌تر کردن تکنولوژی‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌های مرسوم و متداول محدود خواهد کرد. تحقیق فراوان در سال‌های اخیر، در مورد تکنولوژی‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌های جایگزین علاقه فراوانی را متمرکز مواد در مقیاس نانو نموده است. نانوسیم‌های ‌‌‌‌‌‌‌‌‌فلزی بخاطر خصوصیات منحصر به فردشان که منجر به کاربرد گوناگون آن‌ها می‌شود، یکی از جذاب ‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌ترین مواد می‌باشند. نانوسیم‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌ها می‌توانند در رایانه و سایر دستگاه‌های محاسبه‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌گر کاربرد داشته باشند. برای دستیابی به قطعات الکترونیکی نانومقیاس پیچیده، به سیم ‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌های نانومقیاس نیاز می‌باشد. علاوه بر این، خود نانوسیم ‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌ها هم می‌توانند ‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌مبنای اجزای الکترونیکی، مانند حافظه، باشند [5].
از مهمترین این نوع نانوسیم‌ها می‌توان به نانوسیم‌هایی از جنس: سیلیسیوم، ژرمانیوم، بور، قلع، سرب، ایندیوم، بیسموت، سلنیوم، تلوریم، طلا، نقره، آهن، کبالت، نیکل، مس، روی، کادمیم و کبالت اشاره نمود.
این نانو سیم‌ها عمدتاً از روش‌های مختلف تهیه می‌شوند، که از آن جمله می‌توان به تبخیر فیزیکی فلز و رسوب شیمیایی بخار (Chemical Vapor deposition)اشاره نمود. به عنوان نمونه برای تهیه نانوسیم‌های با ترکیبات سیلیس مثلاً از SiOx و سایر پیش‌ماده‌ها به عنوان منابع سیلیسیوم استفاده می‌نمایند. اولین گزارش از سنتز نانوسیم‌های سیلیسیومی از طریق تبخیر حرارتی، توسط یو و همکارانش(Yu et al) ارائه شده است (شکل 1). شکل 2، تصویر میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM)، از نانوسیم‌های طلا را پس از خالص‌سازی نشان می‌دهد.
از جمله سایر روش‌های تولید نانوسیم‌های عنصری می‌توان به سنتز به کمک کربن، روش بخار - مایع- جامد، لایه‌برداری به کمک لیزر و تبخیر حرارتی اشاره نمود [3]

filereader.php?p1=main_0a6ca01c1a585a5fb
شکل 1- (a) تصویر TEM از نانوسیم‌های سیلیسیومی با قطر میانگین حدود 15 نانومتر. (b) تصویر TEM از نانوسیم‌های سیلیسیومی پس از حکاکی لایه اکسیدی خارجی در HF رقیق [3].

filereader.php?p1=main_69b2aecca71c7fdf4
شکل 2- تصویر TEM از نانو میله‌های طلا پس از یک مرحله خالص‌سازی [3].

2-2- نانوسیم‌های اکسیدی، نیتریدی و کاربیدی
نانوساختارهای شبه یک بعدی (Quasi-one-dimensional nanostructure) بر پایه اکسیدها، مانند نانوسیم‌ها و نانو تسمه‌ها (Nanobelts) در سالیان اخیر توجه زیادی را به خود معطوف داشته‌اند، زیرا به دلیل نواقص قابل توجه، مربوط به سطح، که از نسبت بالای سطح به حجم نشات می‌گیرند، در مقایسه با مواد توده‌ای دارای ویژگی‌های غیر عادی نوری، الکتریکی یا مکانیکی می‌باشند. به علاوه، برخی از مزایای مهم مانند پایداری حرارتی بالای مناسب، مقاومت در برابر اکسیداسیون و خواص الکتریکی پایدار، پتانسیل آنها را برای کاربرد در بلوک‌های ساختاری (Building Blocks) گروه جدیدی از تجهیزات الکتریکی فراهم می‌سازد. تلاش‌های زیادی در جهت توسعه ابزارهای الکتریکی و نوری نانومقیاس برای تولید انرژی‌های تجدیدشدنی با استفاده نانوسیم‌ها و نانوتسمه‌ها پایه اکسیدی انجام پذیرفته است [1].
از جمله نانوسیم‌های اکسید فلزی می‌توان به ترکیباتی همچون MgO، Al2O3، Ga2O3، In2O3، SnO2، SiO2، GeO2، TiO2، MnO2، Mn3O4، CuxO، ZnO، اکسیدهای وانادیم و تنگستن و سایر اکسیدهای دوتایی و سه تایی مانند WO3، MoO3، Sb2O5، BaTiO3، BaWO4 اشاره نمود [3].
به عنوان یک روش ساده و قابل توسعه، رفتار اکسیداسیون فلزات عموماً برای رشد نانوساختارهای اکسید فلزی مورد استفاده قرار می‌گیرد. همچنین رشد نانوسیم SiOx با استفاده از گالیم گزارش شده است. بعلاوه، ساختارهای اکسیدی مختلفی توسط اکسیداسیون حرارتی آلیاژهای سیلیساید با گالیم تهیه شده‌اند. گزارش‌های مختلفی از تهیه ترکیبات متنوع از نانوسیم‌ها مانند ZnO, ⍺-Fe2O3, β-Ga2O3 ، توسط اکسیداسیون حرارتی با گالیم در هوا منتشر شده است [1].
حرارت‌دهی شبکه‌هایی از جنس مواد فلزی در مجاورت هوا، همانگونه که اشاره شد یکی از روش‌های ساخت نانوسیم‌های اکسیدی است. شکل 3، نانوسیم‌های اکسید مس تهیه شده با روش حرارت‌دهی را نشان می‌دهد [3].
نانوسیم‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌های سیلیکونی نیز در انواع نانوسیم‌های اکسیدی طبقه‌بندی می‌شوند. این نوع از نانوسیم‌ها ‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌سمی نبوده و به سلول‌های موجودات زنده آسیبی نمی‌رسانند. از این رو، این نوع از نانوسیم‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌ها بیشترین کاربرد خود را در عرصه پزشکی در زمینه‌هایی مانند تشخیص نشانه‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌های سرطان، رشد سلول‌های ‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌های بنیادی و غیره یروز داده‌اند. شکل 4، نمونه‌ای از نانوسیم‌های سیلیکونی (SiO2) را نشان می‌دهد [5].
از جمله مهمترین نانوسیم‌های نیترید فلزی می‌توان نانوسیم‌هایی از جنس BN، AlN، GaN، InN، Si3N4، Si2N2O را نام برد. همچنین BC، SiC از مهمترین نانوسیم‌های کاربید فلزی می‌باشند [3].

filereader.php?p1=main_eb30529d8791adbe8
شکل 3- (a) و (b) تصاویر SEM از نانوسیم‌های CuO تهیه شده توسط حرارت دادن مستقیم شبکه مسی دستگاه TEM در هوا در دمای 500 درجه سانتی‌گراد برای 4 ساعت. (c) و (d) تصاویر SEM از نانوسیم‌های CuO تشکیل شده در سطح یک سیم مسی (با قطر 1/0 میلی-متر) با حرارت دادن آن در 500 درجه سانتی‌گراد برای 4 ساعت [3].

filereader.php?p1=main_57014fb618c3a0566
شکل 4- نمونه‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌ای از نانوسیم‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌های سیلیکونی [5].

2-3- نانوسیم‌های پلیمری
توسعه نانوفناوری در فتونیک پتانسیل‌های فناورانه و علمی قابل توجهی را پیشنهاد می‌دهد. این موضوع تلاش‌های قابل توجهی را در راستای کشف مواد جدید، توسعه فناوری‌های آسان ساخت، کاهش ابعاد اجزای فتونیکی، بهبود چگالی مجتمع‌سازی تجهیزات (Device Integration Density)، ساخت کم هزینه ابزارهای نانومتری بوجود آورده است. در این راستا می‌توان به کاربرد نانوسیم‌های پلیمری برای نیل به این مقاصد اشاره نمود.
به عنوان مثال از آنجاییکه سیم‌های فتونیکی در مقیاس نانومتری برای کاربرد در مدارهای مجتمع فتونیکی چگالی بالا و کوچک شده بسیار مطلوب می‌باشد، سیم‌های با قطر کمتر از طول موج از روش کشیدن و حرارت دادن شعله‌ای الیاف سیلیکا و شیشه‌های بالک (Bulk Glasses) ، تولید می‌شوند. نانوسیم‌هایی از جنس پلی تری متیلن ترفتالات (PTT) برای اولین بار برای کاربرد نانوفتونیک مورد استفاده قرار گرفته است [1]. شکل 5 تصاویر میکروسکوپ الکترونی از نانوسیم‌های PTT را نمایش می‌دهد.

filereader.php?p1=main_3398cac6d68c7b425
شکل 5- (a) و (b) و (c) تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی و (d) تصویر میکروسکوپ الکترونی عبوری از نانوسیم به قطر 190 نانومتر [1].

2-4- نانوسیم‌های با دو جنس مختلف (هسته / پوسته)
به عنوان نمونه، نانو سیم‌های هسته- پوسته مانند Si/SiOx در این گروه قرار می‌گیرند که توسط محققین فرآوری شده‌اند. درک صحیح از خواص، کاربرد و روش‌های ساخت نانوسیم‌ها بسیار با اهمیت است، زیرا محققین را قادر خواهد ساخت تا نانوسیم‌هایی با خواص و ابعاد کنترل شده بسازند و بتوانند آنها را با سهولت به عنوان اجزای ساختاری تطبیق‌پذیر در کوچک‌سازی تجهیزات الکتریکی و الکترونیک نوری به کار برند.
نانوسیم‌های اکسید سیلیسیوم دارای نسبت اتمی سیلیسیوم به اکسیژن متفاوتی می‌باشند به گونه‌ای که مقدار x در SiOx می‌تواند در محدوده بین 1 الی 2 تغییر نماید.
نانوسیم‌های SiOx گاهی یک ساختار پوسته- هسته تشکیل می‌دهند که دارای هسته کریستالی و پوسته آمورف است. براساس مطالعات صورت پدیرفته هسته می‌تواند ترکیبی از Ga، Ni، Si و O و یا به صورت ترکیبات Ge، SiC و Si می‌باشند. همچنین نانوسیم‌های هسته پوسته Si/SiOx می‌توانند در هسته متشکل از سیلیسیوم کریستالی و در پوسته محتوی SiOx آمورف باشند. پوسته آمورف در این نوع از نانوسیم‌ها، از آسیب مکانیکی یا تشعشعی جلوگیری نموده و واکنش‌پذیری شیمیایی را که می‌تواند باعث اکسیداسیون و آلودگی نانوسیم سیلیکونی شود، محدود می‌نماید.
کاربرد نانوسیم‌های پوسته هسته Si/SiOx مانند نانوسیم‌های SiOx می‌باشد. خواص فتولومینسانس نانوسیم‌های SiOx موجب نشر نور آبی- قرمز شده که آنها را برای ساخت مواد فتولومینسانس مانند نشردهنده‌های قوی نور آبی، نانو ابزارهای نوری مجتمع و نوک نوری وضوح بالای میکروسکوپ نوری روبشی میدان نزدیک مناسب می‌سازد. همچنین زیست سازگاری عالی این نانوساختارها آنها را برای استفاده در کاربردهای زیست دارویی مهیا نموده است.
از مهمترین روش‌های سنتر این نانوساختارها می‌توان به سایش (Ablation) توسط لیزر، رسوب شیمیایی بخار (CVD)، سل- ژل، آنیل حرارتی سریع (Rapid Thermal Annealing (RTA)) کاشت یونی (Ion Implantation) و رشد به کمک کربن اشاره نمود [1].
نمونه‌ای از نانوسیم‌های پوسته- هسته Si/SiOx درشکل‌های شماره 6 و 7 قابل مشاهده است.

filereader.php?p1=main_2608908bf753d7858
شکل 6- تصویر TEM از نانوسیم‌های پوسته- هسته Si/SiO2 و تصویر داخلی شکل HRTEM از نانوسیم سیلیکونی مشابه را نشان می‌دهد [1].

filereader.php?p1=main_e43002992d774950f
شکل 7- (a) تصویر SEM از نانوسیم‌های پوسته - هسته جهت‌دار Si/SiOx سنتز شده در 800 درجه سانتی‌گراد و (b) تصویر TEM از یک نانوسیم با یک ذره فلزی در راس آن [1].

3- روش‌های کلی ساخت و کاربرد
دو رهیافت اصلی به منظور تهیه نانوسیم‌ها وجود دارد: روش بالا به پایین و روش پایین به بالا. در روش بالا به پایین تکه بزرگی از ماده توسط روش‌های مختلف مانند لیتوگرافی و الکتروفورز (Electrophoresis) (حرکت ذرات معلق مایع به کمک جریان الکتریکی) به قطعات کوچکتر تبدیل می‌شود. در روش پایین به بالا یک نانوسیم از طریق ترکیب و یا کنار هم قرار گرفتن اتم‌های سازنده، سنتز می‌شود. امروزه بسیاری از روش¬های ساخت نانوسیم‌ها مبتنی بر رهیافت پایین به بالا می‌باشند.
از میان همه این نانوسیم‌ها سنتز نانوسیم‌های نقره (Ag)، با توجه به هدایت حرارتی و الکتریکی بالای نقره و اینکه ماده مهمی در بسیاری از کاربردهاست، دارای اهمیت است. بعلاوه، نانوسیم‌های نقره می‌توانند به عنوان الگوهای فدا شونده به منظور تولید سایر نانوساختارها مانند نانولوله‌های طلا که تولید آنها مشکل است، مورد استفاده قرار گیرند. رهیاف‌های سنتز نانوسیم‌های نقره بر دو روش کلی ستوار می‌باشند روش فاز بخار و روش مبتنی بر رشد فاز مایع. روش‌های فاز بخار عمدتاً از روش‌های فیزیکی مانند اشعه الکترونی استفاده می‌کنند. سنتز فاز مایع به دلیل مزیت‌هایی همانند طبیعت همگن واکنش‌ها، محدوده وسیعی از حلال‌ها، امکان نظارت آسان و هزینه کم دارای اهمیت است.
نانو سیم‌ها در بسیاری از کاربردهای الکترونیکی، اپتوالکترونیکی، ابزارهای نانوالکترومکانیکال، به صورت افزودنی در کامپوزیت‌های پیشرفته، برای اتصالات فلزی در تجهیزات کوانتومی نانو مقیاس، به عنوان نشردهنده‌های میدانی (Field Emitter)، به صورت حسگر یا به عنوان هادی در نانوحسگرهای بیومولکولی، می‌توانند مهم تلقی شوند.
نانوسیم‌ها همچنان به دنیای آزمایشی در آزمایشگاه‌ها تعلق دارند. به هرحال، آنها قادرند در برخی کاربردها مکمل یا جایگزین نانولوله‌های کربن شوند. برخی از آزمایشات اولیه نشان دادند که چگونه آنها می‌توانند برای ساخت نسل آینده ابزارهای محاسبه (Computing Device) مورد استفاده قرار گیرند.
انتظار می‌رود که رسانایی الکتریکی یک نانوسیم بسیار کمتر از ماده توده‌ای مشابه آن باشد. همچنین نانوسیم‌ها به دلیل اندازه‌شان خواص الکتریکی ویژه‌ای از خود نشان می‌دهند. بر خلاف نانولوله‌های کربنی، که حرکت الکترونهایشان می‌تواند تحت رژیم انتقال بالستیکی (Regime of Ballistic Transport) رخ دهد (بدین معنی که الکترون‌ها می‌توانند آزادانه از یک الکترود به الکترود دیگر منتقل شوند)، هدایت الکتریکی نانوسیم به شدت توسط اثرات لبه (Edge Effects) تحت تاثیر قرار می‌گیرد. به دلیل اندازه کوچک نانوسیم، اتم‌های سطحی در مقایسه با اتم‌های داخلی از نظر تعداد بسیار بیشتر بوده و به همین دلیل اثرات لبه دارای اهمیت بیشتری است.
نانو سیم‌ها برای استفاده در موج‌برهای (Waveguides) فوتون تحت مطالعه قرار گرفته‌اند. فوتون‌ها درون لوله حرکت کرده و الکترون‌ها در پوسته بیرونی حرکت می‌کنند. هنگامی که دو نانوسیم به عنوان موج‌بر فوتون یکدیگر را قطع می‌کنند، محل اتصال آنها به صورت یک کوانتوم دات عمل می‌کند.
به دلیل مدول الاستیک بالایشان، استفاده از آنها در کامپوزیت‌های با خواص مکانیکی بالا تحت مطالعه قرار گرفته است. از آنجاییکه نانوسیم‌ها به صورت گروهی و انبوه پدیدار می‌شوند، می‌توانند به عنوان افزودنی‌های تریبولوژیکی برای بهبود خواص اصطکاکی و قابلیت اطمینان مبدل‌ها (Transducers) و عملگرهای الکتریکی استفاده شوند.
به دلیل پتانسیل بالا و ساخت موفقیت‌آمیز نانو مواد تک بعدی مانند نانو لوله‌های کربنی و نانوسیم‌ها، تحقیقات زیادی برای کاربردهای عملی آنها انجام پذیرفته است. نانو لوله‌های کربنی به دلیل ساختار توخالی ویژه و مساحت سطحی زیاد انتخاب ایده‌آلی برای آشکارسازی گازها با حساسیت بالا می‌باشند. ثابت شده است که یک نانو سیم رسانای الکتریکی سیلیساید نیکل (Nickel Silicide) دارای پتانسیل بالایی در کاربرد به عنوان تیپ (Tip) میکروسکوپ است که قادر به بازخوانی ساختار نانومتری و اطلاعات الکتریکی است. ساختارهای نانومتری سوزنی شکل می‌توانند در انتشاردهنده‌های میدانی به کار روند، زیرا می‌توانند در یک ولتاژ کاهش یافته در آغاز کار، توسط میدان الکتریکی افزایش یافته در تیپ‌ها عمل کنند [1].
امروزه کاربرد نانوسیم در تشخیص بیماری ها کاملاً محرز شده است. از نانوسیم‌ها می‌توان به عنوان حسگرهای دقیق و بسیار حساسی بهره‌گیری نمود که درون بدن قرار گرفته و در صورت بروز مشکل و یا وجود ماده خاصی مانند انواع سموم آن را به ابزارهای هشدار دهنده خارجی اعلام نموده و درصدد رفع و یا حذف آن‌ها برآید. دانشمندان موفق شدند نانوسیم های انعطاف ‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌پذیر و طویلی را تولید کنند که لحاظ مقایسه حدود هزار مرتبه باریک تر از موی انسان هستند. بلندی، انعطاف‌پذیری و استحکام این نانوسیم‌ها خصوصیات ویژه‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌ای را به آن‌ها می‌بخشد. به عنوان مثال نازک بودن و طویل بودن باعث افزایش سطح آن‌ها می‌گردد. لذا از این ساختارها می توان در طراحی حس گرهای بسیار سریع و حساس استفاده کرد. این نانوسیم ها توانایی تولید اشعه ماورای بنفش نامرئی را دارد، نور از یک انتها وارد نانوسیم شده و از انتهای دیگر شروع به تابیدن می کند. نانوسیم ها بدون هیچ اتلافی این نور را به طور موثری عبور می دهد. و در مسیر خود اگر به یک عامل بیماری‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌ زا یا ماده سمی برخورد کند نانوسیم شروع به تابیدن می کند و سیستم هشدار دهنده بسیار سریعی را ایجاد می کند و این می تواند بیماری را زودتر و سریع تر از هر آزمایشی تشخیص دهد.
ازدیگر موارد کاربرد نانوسیم‌ها در زمینه پزشکی، استفاده از آنها در رگ‌های خونی برای تحریک اعصاب مغزی است. محققین توانسته‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌اند نانوسیم‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌ هایی از جنس پلاتین که ضخامت آن 100 برابر نازک تر و ظریف تر از موی انسان است را ابداع کنند. آن ها این نانوسیم ‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌ها را به داخل رگ ‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌های خونی می ‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌فرستند و توسط دوربین کوچکی آن ها را بطرف اعصاب مغزی هدایت می‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌ کنند. این روش برای کمک به یافتن علل مختلف و پیدایش بیماری ‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌های عصبی از جمله پارکینسون بسیار مفید است [5].

4- خلاصه
فرآوری و مشخصه‌یابی نانوسیم‌ها با مشخصات مطلوب می‌تواند تغییرات چشمگیری در پیشرفت نانوفناوری در حوزه‌های نوری، الکتریکی، مغناطیسی و پزشکی ایجاد نماید. وجود نسبت سطح به حجم بالا در نانوسیم‌ها سبب ایجاد خواص منحصربفرد و کاربردهای بدیع برای این مواد شده است. روش‌های سنتز و فرآوری نانوسیم‌ها نیز همانند اغلب مواد نانوساختار، در دو گروه روش‌های بالا به پایین و پایین به بالا طبقه‌بندی می‌شوند. از مهمترین نانوسیم‌ها می‌توان به انواع فلزی، اکسیدی، کاربیدی، نیتریدی، پلیمری، کامپوزیتی اشاره نمود. عمده‌ترین کاربرد نانوسیم‌ها شامل زمینه‌های الکترونیکی، مکانیکی، اپتوالکترونیکی، ابزارهای نانوالکترومکانیکال، حسگرهای شیمیایی و زیستی می‌باشند.

منابـــع و مراجــــع

1- Lupu, N. (Editor), “Nanowires Science and Technology”, First Publishing, India, Intech, (2010).

2- HU, J., ODOM, T.W., Lieber, C.M., “Chemistry and Physics in One Dimension: Synthesis and Properties of Nanowires and Nanotubes”, Acc. Chem. Res., Vol.32, pp.435-445, (1999).

3- Rao, C.N.R., Govindaraj, A., “Nanotubes and Nanowires”, First Publishing, United Kingdom (UK), The Royal Society of Chemistry, RSC Publication, (2005).

4- Wang, Z.L. (Editor), “Nanowires and Nanobelts: Materials Properties and Devices, Nanowires and Nanobelts of Functional Materials”, First printing, USA, Springer, Vol.2, (2006).

5- سایت تبیان به آدرس: http://www.tebyan-ardebil.ir/description.aspx?id=17987.

نظرات و سوالات

نظرات

0 0

مریم یعقوبی - ‏۱۳۹۶/۰۱/۳۰

سلام وخسته نباشید مقاله خوب ومفیدی بود.متشکرم