تغییر خواص نانو مواد (بر پایه علم نانو الکترونیک) ساخت اِلمان؛ نانو پردازشگر و نانو چیپ با مواد جدید (مهندسی نانو _ میکرو الکترونیک)
پژوهشگر و نویسنده: دکتر ( افشین رشید )
نکته : علم نانو و به ویژه نانو الکترونیک برای ساخت (قطعات الکترونیکی و ریز پردازنده ها و چیپ های نانو) به پدیده هایی اشاره میکند که در مقیاسهای مشخص و احتمال بسیار کوچک رخ میدهد. مواد توده ای تکه ای بزرگ از مواد؛ همانند آنچه که اطراف ماست خواص فیزیکی مشخص و پیوستهای دارند. به عبارت دیگر خواص فیزیکی آنها جدای از ابعادشان برای ما شناخته شده بوده و تغییر نمیکند.
حال اگر یک ماده را کوچک کنیم، خواص آن ماده در ابعاد کوچکتر و میکرومتری به عنوان مثال به اندازه یک ذره شن نیز تقریبا مشابه همان تکه توده های اولیه است ولی هنگامی که آن ماده به ابعاد بسیار کوچکتر و به اندازه ابعاد نانومتری برسد، خواص ماده به گونهای تغییر میکند که دیگر قوانین فیزیک معمول و کالسیک توانایی توضیح دادن آن را ندارد. آن ماده به عنوان مثال طلا در ابعاد نانومتری ممکن است خواص به عنوان مثال خواص الکتریکی، نوری یا مکانیکی بسیار متفاوتی نسبت به اندازه توده ای خود داشته باشد.
تغییر رنگ در انواع نانو مواد
شفافیت، یک خاصیت فیزیکی است و نشان دهنده میزان توانایی یک ماده در عبود دادن نور مرئی از خود است. یک پرتو نور در برخورد با سطح ماده میتواند از آن عبور کند، جذب آن گردد یا بازتاب شود. اگر مادهای پرتوهای نور را جذب کند و یا آنها را باز تاباند، نور را مسدود کرده است. مواد مختلف بسته به عملکردشان در برابر تابش نور، میتواند کاربردهای فراوانی داشته باشد. به عنوان مثال اکسید روی و اکسید تیتانیوم نور ماورای بنفش را کامال جذب میکنند و نور مرئی را بازتاب میکنند. این مواد که به رنگ سفید دیده میشوند،خوشبختانه این مشکل را میتوان با کوچک کردن اندازه ذرات این مواد حل کرد .نانوذرات اکسید روی و اکسید تیتانیوم، با وجود اینکه نور ماورای بنفش را کامال جذب میکنند، اما برخالف ذرات بزرگتر کامال شفاف هستند.
این امر ناشی از آن است که اندازه نانوذرات اکسید روی و اکسید تیتانیوم کوچکتر از طول موج نور مرئی 11-,011 نانومتر است و از این رو تشکیل شده از نانوذرات توانایی عبور نور مرئی را دارند.
تغییر خواص مغناطیسی در نانو مواد
سیال مغناطیسی مایعی است متشکل از نانوذرات فرومغناطیس )مانند آهن و کبالت( که در آب یا یک حلال آلی معلق شده اند. این مایع در حضور یک آهنربا )یک میدان مغناطیسی( خاصیت مغنایسی بسیار قوی از خود نشان میدهد، به نحوی که با حرکت آهنربا در اطراف این مایع میتوان آن را به شکلهای سه بعدی زیبایی درآورد. البته این سیال تا زمانی از خود چنین خاصیتی نشان می دهد که ذرات نانومتری آن )تحت نیروهای بین مولکولی( به یکدیگر نچسبند.
تغییر واکنش پذیری و خواص شیمیایی نانو مواد
خواص شیمیایی یک ماده، خواصی هستند که به طور مستقل نمیتوان آنها را اندازهگیری کرد. به این معنا که مقدار یک کمیت شیمیایی در طی واکنش و برهمکنش یک ماده با مواد دیگر مشخص می شود. واکنش پذیری یا تمایل یک ماده برای واکنش با سایر مواد، از جمله مهمترین خواص شیمیایی است. حتما صحنه شعله ور شدن سدیم، لیتیم یا پتاسیم را در تماس با آب دیده اید. همه اینها عناصری هستند که به شدت واکنش پذیرند. تا آنجا که نمیتوان آنها را مانند سایر عناصر در تماس با هوا نگه داشت. اما در مقابل با انداختن یک انگشتر طلا در یک لیوان آب اتفاقی نمیافتد و یا پنجرههای آلومینیومی بدون هرگونه مشکلی در مجاورت هوا استفاده می شوند )البته این به مدد الیه مقاوم اکسیدی است که بر روی سطح آلومینیوم تشکیل میشود(. اما همین مواد در مقیاس نانومتر رفتار متفاوتی از خود نشان می دهند.
واکنش پذیری مواد در مقیاس نانومتر افزایش چشمگیری پیدا میکند. در این مقیاس ذرات طلا و گرافن نه تنها واکنشپذیری بالایی دارند، بلکه برای افزایش سرعت واکنش مواد دیگر )به عنوان کاتالیزگر( نیز استفاده میشوند. نانوذرات آلومینیوم در هوا آتش میگیرند و میتوان از آنها به عنوان سوخت موشک استفاده کرد. افزایش واکنشپذیری مواد در این مقیاس، امکان ساخت کاتالیزگرهای بسیار قویتری را فراهم کرده است. تا آنجا که پیشبینی میشود بتوان با استفاده از نانوکاتالیزگرها واکنشهای بازگشتناپذیر بسیاری را )مانند تشکیل گازهای سمی NO و CO )در دما و فشار محیط برگشت پذیر کرد. آنچه گفته شد تنها مثالهای محدودی از تغییر ویژگیهای یک ماده در مقیاس نانو است. نقطه ذوب، خواص حرارتی، خواص الکتریکی ، خواص مکانیکی و دهها خاصیت فیزیکی وشیمیایی شناخته شده دیگر نیز در این مقیاس تغییر میکنند. گویا دیگر نمیتوان بدون در نظر گرفتن اندازه ذرات یک ماده، آن را از روی خواصش شناسایی کرد. برخی برای حل این مشکل پیشنهاد داده اند که یک بُعد دیگر به جدول تناولی مندلیف اضافه شود. بدین معنی که برای مشخص کردن خواص یک عنصر، علاوه بر اینکه باید نام آن عنصر و جایگاه آن را در جدول مندلیف مشخص کرد، الزم است که معلوم شود خواص عنصر در چه ابعادی مورد نظر است.
پژوهشگر و نویسنده: دکتر ( افشین رشید )