برترین کاربران هفتگی این مقاله

از ۱۳۹۶/۰۹/۱۸ تا ۱۳۹۶/۰۹/۲۴

هیچ کاربری در این بازه زمانی وجود ندارد

آمار مقاله
  • بازدید کل ۱,۶۱۲
  • بازدید این ماه ۸۶
  • بازدید امروز ۱
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 هشتمین المپیاد دانش آموزی نانو

امتیاز کاربران

سامانه‌های الکتریکی-مکانیکی در مقیاس نانو

سامانه‌های الکتریکی- مکانیکی در مقیاس نانو یا همان سیستم‌های نانوالکترومکانیکی ترجمه‌ واژه‌ Nano Electro Mechanical Systems است که در اختصار NEMSs گفته می‌شود. در بخش قبل به مزایا و محدودیت‌های این سامانه‌ها در مقیاس میکرو اشاره شد. بدیهی است تمامی آن مزایا و محدودیت‌ها البته با شدت بیشتری در سامانه‌های الکتریکی- مکانیکی در مقیاس نانو نیز وجود دارد. رویای کاربرد این سامانه‌ها در آینده‌ نزدیک در صنایع گوناگون به منظور کسب اطلاعات در مقیاس نانو و نیز انجام ماموریت‌های خاص در این مقیاس، انگیزه‌ پژوهشگران را به توسعه‌ آن بیشتر می‌کند.
مقدمه
سامانه‌های الکتریکی- مکانیکی در مقیاس نانو یا همان سیستم‌های نانوالکترومکانیکی ترجمه‌ واژه‌ Nano Electro Mechanical Systems است که در اختصار NEMSs گفته می‌شود. در بخش قبل به مزایا و محدودیت‌های این سامانه‌ها در مقیاس میکرو اشاره شد. بدیهی است تمامی آن مزایا و محدودیت‌ها البته با شدت بیشتری در سامانه‌های الکتریکی- مکانیکی در مقیاس نانو نیز وجود دارد. رویای کاربرد این سامانه‌ها در آینده‌ نزدیک در صنایع گوناگون به منظور کسب اطلاعات در مقیاس نانو و نیز انجام ماموریت‌های خاص در این مقیاس، انگیزه‌ پژوهشگران را به توسعه‌ آن بیشتر می‌کند.
اگر چه عده‌ای از دانشمندان در آزمایشگاه‌ها موفق شده‌اند نمونه‌هایی از سامانه‌های الکتریکی-مکانیکی در مقیاس نانو را طراحی کرده و بسازند، لیکن استفاده از آنها در کاربردهای صنعتی هنوز اتفاق نیفتاده است.
در این بخش به بررسی مختصر دو مثال معروف از سامانه‌های الکتریکی- مکانیکی در مقیاس نانو می‌پردازیم. هدف از بررسی این دو مثال آشنایی بیش‌تر شما با ساز و کار عملکرد این سامانه‌ها و ایده‌هایی است که در این سامانه‌ها مطرح و دنبال می‌شود.
در مثال اول مشاهده می‌کنیم که چگونه یک میدان الکتریکیِ خارجی موجب چرخشِ یک چرخِ مقیاسِ نانومتری می‌شود و در مثال دوم مشاهده خواهیم کرد که چگونه با تابیدن پرتوهای نور فرابنفش، حرکت‌های رفت و برگشتیِ منظمی در یک مولکول پلیمری در ابعاد نانو ایجاد می‌شود.

1- مثال اول، چرخش چرخ نانومتری
چرخ نانومتری که می‌خواهیم آن را به چرخش واداریم همان مولکول C60 یا باکی‌بال است. همان طور که می‌دانیم C60 یک اَبَرمولکول است که از 60 اتم کربن تشکیل شده و به دلیل این که قطر آن در مقیاس چند نانومتر است از ساختارهای نانومتری شمرده می‌شود. در واقع می‌خواهیم یک مولکول C60 را بر روی سطح یک بلور مانند پتاسیم کلرید (KCl) به چرخش واداریم. همان طور که می‌دانیم نوع برهم‌کنش‌ها در ساختار پتاسیم کلرید از نوع یونی است. یعنی یون‌های مثبتِ پتاسیم و یون‌های منفیِ کلر با قرار گرفتن کنار یکدیگر، ساختار بلور پتاسیم کلرید را تشکیل می‌دهد. اکنون اگر بتوانیم مولکول C60را با استفاده از یک میدان الکتریکی خارجی باردار کنیم، مولکول C60 قطبی می‌شود (یعنی دارای قطب مثبت و منفی می‌شود) و بدین ترتیب بر روی سطح باردار پتاسیم کلرید شروع به حرکت می‌کند. این همان چیزی است که به دنبال آن بودیم، چرخش یک چرخ در مقیاس نانومتری!

filereader.php?p1=main_c4ca4238a0b923820
شکل 1: چرخش یک مولکول C60 بر روی سطح یک بلور پتاسیم کلرید (چرخش یک چرخ در مقیاس نانو)

2- مثالِ دوم، حرکتِ رفت و برگشتی در پلیمر نانومتری
مولکول آزوبنزن از ترکیب دو مولکول بنزن و دو اتم نیتروژن تشکیل می‌شود. این مولکول دارای دوایزومِر مختلف است. ایزومرها، مولکول‌های دارای اتم‌های یکسان هستند که از تعداد برابری پیوند برخوردارند ولی تعادل هندسی متفاوتی دارند.
ایزومر سیس کوتاه‌تر از ایزومر ترانس است. یکی از ویژگی‌های جالب مولکول آزوبنزن تغییر شکل آن هنگام قرار گرفتن در جلوی تابش پرتوی نور است. هنگامی که مولکول آزوبنزن در جلوی تابش نور با طول موج 313 نانومتر قرار می‌گیرد، از ایزومر ترانس به ایزومر سیس تغییر شکل می‌دهد و هنگامی که ایزومر سیس در جلوی تابش نور با طول موج بزرگ‌تر از 380 نانومتر قرار می‌گیرد، موجب می‌شود که ایزومر سیس به ایزومر ترانس تغییر شکل یابد.
 
filereader.php?p1=main_c81e728d9d4c2f636
شکل 2: تغییر شکل ایزومرهای آزوبنزن در برابر تابش نور با طول موج‌های متفاوت

آزوبنزن همچنین می‌تواند پلیمری متشکل از زنجیره‌ای از مولکول‌های آزوبنزن تشکیل دهد. در شکل پلیمری نیز آزوبنزن می‌تواند با قرار گرفتن در جلوی تابش نور 365 نانومتری از حالت ترانس به حالت سیس تغییر شکل دهد. همچنین با قرار گرفتن در جلوی تابش نور 420 نانومتری از حالت سیس به حالت ترانس تغییر شکل می‌دهد. همان طور که گفتیم ایزومر سیس کوتاه‌تر از ایزومر ترانس است، بنابراین با تغییر حالت آزوبنزن از سیس به ترانس و برعکس، اندازه‌ی طول این زنجیره‌ی پلیمری نیز تغییر می‌کند.
گروهی از پژوهشگران با اتصال زنجیره‌ی پلیمری آزوبنزن در حالت ترانس به بازوی یک میکروسکوپ نیروی اتمی، موفق به ساخت یک ماشین مولکولی در مقیاس نانومتری شده‌اند. با قرار دادن نوک این میکروسکوپ در جلوی تابش نور 365 نانومتری، زنجیره‌ی پلیمری از حالت ترانس به حالت سیس تغییر شکل می‌دهد و کوتاه‌تر می‌شود. همچنین هنگامی که نوک میکروسکوپ در جلوی تابش نور 420 نانومتری قرار گیرد، زنجیره‌ی پلیمری از حالت سیس به حالت ترانس تغییر شکل می‌دهد و بلندتر می‌شود. با قرار دادن متناوب این زنجیره‌ی پلیمری در جلوی تابش پالس‌هایی از نورهای 420 و 365 نانومتری، میله می‌تواند به حالت نوسان درآید. بدین ترتیب انرژی نورانی به کار فیزیکی تبدیل می‌شود. نکته‌ی قابل توجه در این فرآیند، این است که در مقیاس نانومتری اتفاق می‌افتد.

filereader.php?p1=main_eccbc87e4b5ce2fe2
شکل 3: با قرار دادن نوک این میکروسکوپ در جلوی تابش نور 365 نانومتری، زنجیره‌ پلیمری از حالت ترانس به حالت سیس تغییر شکل می‌دهد و کوتاه‌تر می‌شود. همچنین هنگامی که نوک میکروسکوپ در جلوی تابش نور 420 نانومتری قرار گیرد، زنجیره‌ پلیمری از حالت سیس به حالت ترانس تغییر شکل می‌دهد و بلندتر می‌شود.


منابـــع و مراجــــع

کتاب مجموعه مقالات سایت باشگاه نانو