تاثیر سطح و ایجاد ویژگی متفاوت در ساختار نانو اَفزاره ها بر پایه دکترای نانو _ میکرو الکترونیک
پژوهشگر و نویسنده: دکتر ( افشین رشید )
نکته: چنانچه ماده ای با مقیاس چند ده متری را کوچکتر کرده و به ابعاد میلیمتری برسانیم، هیچ تغییری در نقطه ی ذوب، رنگ و خواص مغناطیسی آن ایجاد نمیشود، اما این تغییر در هنگام کوچکتر کردن ماده تا ابعاد نانومتری دیده میشود و تعداد اتمهای سطحی در مواد با مقیاسهای بزرگتر از نانومتر، بسیار ناچیز است، اما با ورود به دنیای نانومتری، مقدار این اتمها نسبت به کل اتم های ماده، بسیار زیاد میشود.
در حالتی که خوشه ی اتمی از یک پوسته تشکیل شده باشد، 20درصد اتمهای آن در سطح قرار دارند. اگر قطر هر اتم 5 آنگستروم در نظر گرفته شود، قطر این خوشه برابر با 0/5 نانومتر است. در حالت سه پوستهای و با قطر خوشه برابر با 3/5 نانومتر، معادل 03 درصد از اتمها در سطح قرار گرفتهاند. یعنی با افزایش اندازهی ذرات از 0/5 نانومتر به 3/5 نانومتر، از درصد اتمهای سطحی به مقدار 02درصد کاسته شده است. برای مقایسه، این تغییر را در هنگام گذار از حالت پنج پوستهای قطر خوشه برابر با 5/5 نانومتر( به حالت هفت پوسته ای ) قطر خوشه برابر با ,/5 نانومتر در نظر بگیرید. مقدار اتمهای سطحی با کاهش 01درصد از مقدار 05درصد به 35درصد میرسد.
بنابراین هرچه اندازه ذرات کوچکتر باشد، تاثیر کاهش اندازه ذرات بر مقدار اتمهای سطحی بیشتر میشود. با یک محاسبه ی ساده متوجه میشوید که در موادی با ابعاد میکرومتر و متر، مقدار اتمهای سطحی نسبت به اتمهای کل ماده، بسیار ناچیز و تقریبا برابر با صفر است. بنابراین، تاثیر این اتمها بر خواص ماده بسیار ناچیز است. اما در مقیاسهای نانومتری، درصد این اتمها بسیار زیاد است و میتوانند نقشی تعیین کننده در خواص مواد داشته باشند. به نظر میرسد عاملی که بسیاری از خواص نانومواد را کنترل میکند، رفتار اتمهای سطحی و مقدار آنها است.
در مواد بزرگتر از نانومتر، تعداد اتمهای سطحی ماده ناچیز بوده و نقش آنها در تعیین خواص مواد نادیده گرفته میشود. اما با کاهش اندازهی ذرات و افزایش نسبت اتمهای سطحی، نقش آنها پر رنگتر شده و خواص مواد دچار دگرگونی میشود.در یک ماده ی جامد، هر اتم در محل مشخصی نسبت به دیگر مواد قرار گرفته است. در مواد بلوری، با توجه به جنس ماده، فواصل بین اتمها کاملاً قابل محاسبه و مشخص هستند. در اطراف هر یک از این اتمها، تعداد مشخصی اتم دیگر با فواصل معین قرار گرفته است. این اتم با برخی از اتمهای اطراف که کمترین فاصله را با آن دارند، در ارتباط مستقیم است. طبق تعریف، تعداد این اتمها را عدد همسایگی، عدد هم آرایی یا عددکوئوردیناسیون میگویند.
در مواد نانومتری وخوشه های اتمی که تعداد بسیار زیادی از اتمها بر روی سطح ماده قرار دارند یا به عبارتی نسبت سطح به حجم بسیار بیشتر از مواد بزرگتر است، این تاثیر باید چشمگیر تر باشد.
پژوهشگر و نویسنده: دکتر ( افشین رشید )