برترین کاربران هفتگی این مقاله

از ۱۳۹۷/۰۵/۲۷ تا ۱۳۹۷/۰۶/۰۲

هیچ کاربری در این بازه زمانی وجود ندارد

آمار مقاله
  • بازدید کل ۲,۶۹۱
  • بازدید این ماه ۱۱۰
  • بازدید امروز ۲
آمار آزمون مقاله
  • کل شرکت کنندگان ۰
  • قبول شدگان ۰
  • شرکت کنندگان یکتا ۰
  • میانگین درصد شرکت کنندگان ۰
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

ویژه المپیاد دانش‌آموزی

طرح درس

منابع پیشنهادی نهمین المپیاد دانش آموزی نانو

نویسندگان
امتیاز کاربران

به چه موادی نانوساختار می‌گویند؟

در بخش قبل با تعریف علم و فناوری نانو آشنا شدید. همچنین متوجه شدید که اهمیت کوچک‌سازی مواد تا ابعاد نانومتری تغییر برخی خواص شناخته شده مواد است. سوالی که ممکن است از مبحث بخش قبل به ذهنتان خطور کرده باشد این است که به چه موادی نانومواد می‌گوییم؟ آیا تنها برای موادی که به اندازه یک نانومتر کوچک شده باشند، پیشوند نانو اطلاق می‌شود؟ تغییر خواص از چه ابعادی شروع می‌شود؟
1- تعریف نانومواد و نانوساختارها

از کتاب‌های شیمی و فیزیک دبیرستان با خواص برخی از عناصر و آلیاژها آشنا شده‌اید. به عنوان مثال، فلزات نقره و مس هدایت الکتریکی بالایی دارند. آهن، نیکل و کبالت را به عنوان موادی با قابلیت جذب آهن‌ربا می‌شناسیم. با شنیدن نام فولاد، استحکام آن به یادمان می‌آید. رنگ عنصر طلا کاملا برای ما شناخته شده است. از طرفی اهمیت مقیاس نانو در تغییر خواص و ویژگی‌های مواد در این ابعاد است. خواصی مانند استحکام، انعطاف‌پذیری، رسانایی الکتریکی، خواص مغناطیسی، رنگ، واکنش‌پذیری و غیره. شروع تغییر خواص مواد با کوچک‌سازی آن بیش از هر چیز به نوع ماده و خاصیت مورد نظر بستگی دارد. به عنوان مثال با کوچک شدن ابعاد یک ماده، عموما برخی از خواص مکانیکی مواد مانند استحکام بهبود می‌یابد. این افزایش استحکام تنها در محدوده چند نانومتر اتفاق نمی‌افتد و ممکن است استحکام ماده‌ای چند ده و حتی صد نانومتری نیز بسیار بیشتر از ماده توده‌ای بزرگ مقیاس باشد. از طرفی تغییر برخی خواص همانند رنگ و خواص مغناطیسی ممکن است در ابعاد تنها چند نانومتر رخ دهد. در نتیجه دانشمندان برای تعریف علم و فناوری نانو، به صورت قراردادی محدوده 1 تا 100 نانومتر را به عنوان محدوده نانومتری تعریف کرده‌اند. حال اگر به تعاریف علم و فناوری نانو در جلسه قبل برگردید، بهتر متوجه معنای "مقیاس‌هایی در ابعاد اتمی، مولکولی و ماکرومولکولی" در تعریف علم نانو و "مقیاس نانومتری" در تعریف فناوری نانو می‌شوید.
به سوال اصلی این بخش برمی‌گردیم. به چه موادی نانومواد یا نانوساختار می‌گویند؟ همان طور که می‌دانید هر ماده‌ای از سه بعد تشکیل شده است. اگر حداقل یکی از این ابعاد در مقیاس نانو باشد (بین 1 تا 100 نانومتر) به این ماده، یک مـاده نانو‌ساختـار گفتـه مـی‌شود. همچنین به بعدی کـه در مقیـاس نانو نباشد اصطلاحا بعـد آزاد گفته می‌شود، زیرا هر مقداری می‌تواند داشته باشد.

2- طبقه‌بندی انواع نانوساختارها بر اساس تعداد ابعاد آزاد

در شکل1، انواع نانوساختارها (با رنگ نارنجی) نشان داده شده است. نانوساختارها بر اساس تعداد ابعاد آزاد به دسته‌های زیر تقسیم می‌شوند:

filereader.php?p1=main_6512bd43d9caa6e02
شکل 1: انواع نانوساختارها بر حسب تعداد ابعاد آزاد

2-1- نانومواد 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 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. 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.

2-2- نانومواد تک بعدی (1D):

نانومواد تک بعدی دارای دو بعد در مقیاس نانو و یک بعـد آزاد می‌باشند. نانو‌سیم‌ها، نانومیله‌ها، نانولوله‌ها، نانو‌الیاف همگی جز مواد نانو‌ساختار تک بعدی می‌باشند. عوامل تاثیرگذار روی خواص نانوساختارهای تک بعدی، جنس و نسبت طول به قطر(L/d) آن می‌باشند. مهم‌ترین ویژگی نانوساختارهای تک بعدی فلزی هدایت الکتریکی آنها در راستای محور سیم است. نانوسیم‌ها کاربردهای زیادی در بخش‌های مختلف مانند ساخت رایانه‌های بسیار کوچک با سرعت بسیار بالا، ساخت لیزرهای بسیار کوچک، تشخیص بیماری‌ها، حافظه‌های منغاطیسی و ... دارند. نانوسیم‌ها نیز می‌توانند به صورت خالص و یا ترکیبی از چند نوع ماده مختلف باشند.
2-3- نانومواد دو بعدی (2D):

این مواد دارای دو بعد آزاد و یک بعد در مقیاس نانو می‌باشند. مواد با یک بعد در مقیاس نانو عمدتا شامل لایه‌های نازک یا پوشش‌های سطحی می‌باشد. عوامل تاثیرگذار در خواص نانوپوشش‌ها، جنس و ضخامت آنها می‌باشد. برای مثال سلفون‌های نگه دارنده مواد غذایی یک نوع پوشش هستند. حال اگر ضخامت آنها در ابعاد نانو باشد، به آنها نانوپوشش گفته می‌شود. نانوپوشش‌ها لایه‌هایی با ضخامت 1 تا 100 نانو‌متر هستند که به صورت پوشش روی مواد دیگر قرار می‌گیرند و باعث تغییر خواص و ویژگی‌های آنها می‌شوند. لایه‌های نازک نیز می‌توانند به صورت خالص و یا ترکیبی از چند ماده مختلف باشند.

2-4- نانومواد سه بعدی (3D):

یعنی هر سه بعد آنها در مقیاس آزاد است. همانطور که مشاهده می‌کنید این تعریف با تعریف مواد نانو‌ساختار در تناقض است، زیرا هیچ یک از سه بعد آن در مقیاس نانو نیست. این دسته شامل نانوکامپوزیت‌ها (مواد مرکبی که شامل چند ماده است) و مواد حجیم نانوساختار (یا مواد توده‌ای نانوساختار) می‌باشد. مواد حجیم نانوساختار موادی هستند که اندازه واحدهای سازنده مجزای آنها حداقل در یک بعد کمتر از 100 نانومتر باشد. بعضی مواد یک سری خواص را ندارند. برای مثال پلاستیک خاصیت رسانایی الکتریکی ندارد. اما اگر ماده‌ای همانند ذرات فازی که خاصیت رسانایی دارند را به آن اضافه کنیم، ماده مخلوط تولید شده می‌تواند خاصیت رسانایی داشته باشد. به این مواد کامپوزیت یا ماده مرکب گفته می‌شود. ماده مرکب ممکن است از بیش از دو ماده تشکیل شده باشد که هر یک از مواد اضافه شده می‌تواند قابلیت تقویت یکی از خواص را داشته باشد. در صورتی که حداقل یکی از اجزای کامپوزیت نانوساختار باشد، به آن نانوکامپوزیت می‌گوییم. به عنوان مثال می‌توان رسانایی پلیمرها را با استفاده از نانولوله‌های کربنی افزایش داد.
برای درک بهتر اهمیت این ساختارهای بسیار کوچک، در جلسه آینده به ارائه مثال‌هایی از تغییر خواص مواد در مقیاس نانو می‌پردازیم.

منابـــع و مراجــــع

کتاب علوم و فناوری نانو، جلد اول مباحث عمومی، نوشته فرزاد حسینی نسب، محسن افسری ولایتی و معصومه قاسمی نژاد، انتشارات کوچک‌آموز.