. نانو تکنولوژی، کاربرد این ساختارها در دستگاه‌های با اندازه‌ی نانومتری است.[۳]
تعریف دیگری که می‌توان از نانو تکنولوژی ارائه نمود این است که نانوتکنولوژی شکل جدیدی از ساخت مواد به وسیله‌ِی کنترل و دستکاری واحدهای ساختمانی آنها در مقیاس نانو می‌باشد. می‌توان گفت که نانوتکنولوژی تولید کارآمد مواد و دستگاه‌ها و سیستم‌ها با کنترل ماده در مقیاس طولی نانومتر و بهره‌برداری از خواص و پدیده‌های نوظهوری است که در مقیاس نانو توسعه یافته‌اند.[۲]
شاید این سؤال در ذهن به وجود آید که چه چیزی در مقیاس نانومتر وجود دارد که یک تکنولوژی بر پایه‌ی آن بنا نهاده شده است، آنچه باعث ظهور نانوتکنولوژی شده نسبت سطح به حجم بالای نانو مواد است، این موضوع یکی از مهمترین خصوصیات مواد تولید شده در مقیاس نانو است. در مقیاس نانو اشیاء شروع به تغییر رفتار می‌کنند و رفتار سطوح بر رفتار توده‌ای ماده غلبه می‌کند. در این مقیاس برخی روابط فیزیکی که برای مواد معمولی کاربرد دارد نقض می‌شوند. در حقیقت در این مقیاس قوانین فیزیک کوانتوم وارد صفحه می‌شوند و امکان کنترل خواص ذاتی ماده وجود نخواهد داشت.[۱]
۱-۳- نیروهای مؤثر در ابعاد نانومتری
نیروهایی که اتم‌ها را با یکدیگر پیوند می‌دهند به انواع زیر طبقه‌بندی می‌شوند:
۱-۳-۱- نیروهای واندروالس۳
این نیروها در جایی که خوشه‌ها (مجموعه‌ی چند ده یا چند صد اتم که در کنار یکدیگر جمع شده باشند) از تجمع اتم‌های گاز نجیب در کنار یکدیگر تشکیل شده باشند عمل کرده و پیوند ضعیفی بین اتم‌ها برقرار می‌کنند برای مثال می‌توان به اشاره نمود.
۱-۳-۲- نیروهای کوالانسی۴
این نیروها برای نگهداشتن اتم‌ها در خوشه‌های نیمه هادی۵ وارد عمل می‌شوند. نمونه‌ای از این نیروها را می‌توان در مجموعه اتم‌های ملاحظه نمود.
۱-۳-۳- نیروهای غیرموضعی بدون جهت
این نیروها در جایی که خوشه‌ها از تجمع اتم‌های فلزی تشکیل شده باشند، عمل می‌کنند. از جمله موادی که این نیروها بر آنها حاکم است می‌توان به اشاره نمود. با استفاده از قوانین فیزیک کوانتوم امکان کنترل خواص ذاتی ماده از جمله دمای ذوب، خواص مغناطیسی، ظرفیت، بار و رنگ مواد، بدون تغییر در ترکیب شیمیایی ماده وجود دارد.
وقتی به مقیاس نانو برسیم تقریباً همه‌چیز تغییر می‌کند، حتی رنگ، نقطه‌ی ذوب و خواص شیمیایی آن کاملاً متحول می‌شود. مثلاً نانو ذرات طلا بسته به اندازه‌ی خود می‌توانند نارنجی، ارغوانی، قرمز یا آبی متمایل به سبز به نظر برسند. با میکروسکوپ می‌توان دید که یک نانو نقطه‌ی طلا، قرمز به نظر می‌رسد. نانو نقطه‌های طلا در واقع ساختارهای بسیار ریزی از طلا هستند که شکلی شبیه نقطه و قطری در ابعاد نانو دارند (Quantum Dot).
در قدیم از روش مرحله به مرحله کوچک کردن مکعب‌های طلا برای رسیدن به نانو ذرات استفاده می‌کردند که به روش ساخت از بالا به پایین۶ معروف است. در این روش از ساختارهای بزرگ به ساختارهای کوچک می‌رسیم. این روش هم برای تولید مواد نانو و هم برای تولید مواد معمولی کاربرد دارد.
در حال حاضر بیشتر از اتم‌های مجزا برای ساختن و رسیدن به یک نانو ساختار استفاده می‌کنند که به این روش ساخت از پایین به بالا۷ می‌گویند. این روش فقط مختص تولید مواد با ساختارهای نانومتری است.[۶]
۱-۴- انواع نانوساختارها۸
نانوساختارها به پنج دسته تقسیم می‌شوند که عبارتند از:
۱. نانوساختارهای سه بعدی که همان نانو ذرات۹ هستند و در هر سه بعد خود نانومتری‌اند.
۲. نانوساختارهای دو بعدی که دو بعد نانومتری دارند و عبارتند از نانولوله‌ها۱۰، نانو رشته‌ها۱۱ و نانوکانال‌ها۱۲.
۳. نانو لایه‌ها۱۳ که نانوساختارهای یک بعدی هستند.
۴. نانو پورها۱۴ که تخلخل نانومتری دارند.
۵. نانو توده‌ها۱۵ که خود نانومتری نیستند اما ذرات سازنده نانومتری دارند.[۳]
۱-۵- نانو لوله‌ها
هر ترکیب لایه‌ای، قابلیت تشکیل نانو لوله از طریق لوله کردن لایه‌ها یا بخش‌هایی از لایه‌های خود را دارد. نانو لوله‌ها به دو دسته کلی نانو لوله‌های تک دیواره۱۶ (SWNT) و نانو لوله‌های چند دیواره۱۷ (MWNT) تقسیم می‌شوند. یک نانو لوله‌ی تک دیواره عموماً از یک بدنه و درپوشی با خواص متفاوت فیزیکی و شیمیایی تشکیل شده است و در یک نانولوله چند دیواره، چندین لایه‌ی سیلندری حول لوله‌ی مرکزی قرار گرفته‌اند.[۲] شکل (۱-۱) چند نانولوله تک دیواره و چند دیواره را نشان می‌دهد.

شکل (۱-۱)
الف: ساختار کلی نانو لوله‌های تک لایه و چند لایه
ب: نانو لوله تک لایه و چند لایه کربنی

از دیدگاهی دیگر نانو لوله‌ها می‌توانند بسته و یا باز در یک یا هردو انتهای خود باشند. گذشته از مفهوم نانو لوله‌ای خاص، شکل لوله‌ها بسیار جالب می‌باشند زیرا سطح درونی دارای خواص متفاوت با سطح بیرونی است.[۲] در شکل (۱-۲) چند نوع نانو لوله بسته۱۸ و باز۱۹ نشان داده شده است.

شکل (۱-۲) الف: ساختار نانو لوله کربنی بسته با پیکربندی (a) صندلی شکل (b) زیگزاگی و (c) کایرال
ب: ساختار نانو لوله بورون نیترید باز با پیکربندی (a) صندلی شکل (b) زیگزاگی و (c) کایرال

۱-۶- نانو لوله‌های بورون نیترید۲۰
با توجه به عدم کارایی مناسب نانولوله‌های کربنی در برخی موارد مانند: ظرفیت جذبی هیدروژن۲۱، زیست سازگاری و عایق‌کاری، نانو لوله‌های بورون نیترید مورد توجه قرار گرفته‌اند. نانو ساختارهای بورون نیتریدی خصوصیات بسیار جالبی از جمله پایداری شیمیایی و حرارتی بالا دارند که باعث می‌شود این ساختارها بسیار به روز بوده۲۲ و کاربرد بسیار زیادی در صنایع پیدا کنند.[۷ و ۸]

این مطلب رو هم توصیه می کنم بخونین:   منابع تحقیق درباره the، of، and، listening

شکل (۱-۳) ساختار نانو لوله بورون نیترید با فرمول عمومی برای ۱۰-۱=n

۱-۶-۱- تاریخچه‌ی مختصری از تهیه‌ی نانو لوله‌های بورون نیترید
در سال ۱۹۸۱، ای‌شی۲۳ و گروه تحقیقاتی او، یک نانو ساختار تک بعدی بورون نیترید تهیه نمودند که ساختار جارویی بورون نیترید۲۴ نام گرفت. اما یک ساختار لوله‌ای با ابعاد نانومتری برای اولین بار در سال ۱۹۹۴ به صورت تئوری پیش‌بینی شد و در سال ۱۹۹۵ با روش تخلیه‌ی قوس الکتریکی عملاً تهیه گردید. باید عنوان کرد که کار بر روی نانولوله‌های بورون نیترید به تازگی در برنامه‌ی کار محققین قرار گرفته است.[۹]
۱-۶-۲- پیکربندی نانو لوله‌های بورون نیترید
نانو لوله بورون نیترید سطحی مواج دارد که در آن اتم‌های بور در یک جهت به سمت داخل می‌چرخند و اتم‌های نیتروژن به سوی یک موقعیت هرمی به سمت بیرون حرکت می‌کنند. به عبارتی این نانو لوله‌ها یک لبه بوری و یک لبه نیتروژنی دارند.
یک نانو لوله بورون نیترید را می‌توان به شکل لایه‌های پیچیده از هگزانول بورون نیترید و یا نانولوله کربنی که اتم‌های کربن آن را با اتم‌های بور و نیتروژن جاگذاری کرده‌ایم، تصور نمود.[۱۰]
۱-۶-۳- انواع ساختارهای نانو لوله بورون نیترید
نانو لوله‌های بورون نیترید می‌تواند به شکل صندلی۲۵، زیگزاگ۲۶ و کایرال۲۷ باشد. در نانو لوله‌های بورون نیترید هم مانند نانو لوله‌های کربنی، کایرالیته ویژگی مهم و اثرگذاری محسوب می‌شود. یک نانو لوله بورون نیترید زیگزاگی انتهای مسطحی دارد در حالی که ساختار صندلی یک ساختار لوله‌ای مخروطی است. در مورد فراوانی این دو ساختار باید عنوان کرد که در مشاهدات مختلف فراوانی مربوط به انتهای مسطح بیشتر است پس می‌توان گفت عمومیت ساختار زیگزاگی بیشتر است.[۱۱] در شکل زیر انواع ساختارهای نانو لوله بورون نیترید را می‌توان مشاهده کرد.

شکل (۱-۴) ساختارهای (a) صندلی، (b) زیگزاگ و (c) کایرال نانو لوله بورون نیترید
۱-۶-۴- روش‌های ساخت نانولوله بورون نیترید
نانو لوله‌های بورون نیترید، با توجه به خواص منحصر به فرد مکانیکی و الکتریکی که دارند مورد علاقه‌ی پژوهشگران قرار گرفته و ساخت آنها در برنامه‌ی کار تحقیقاتی محققان آمده است. روش‌های مختلفی از جمله سایش با لیزر، رسوب‌گیری بخار شیمیایی، تخلیه‌ی قوس الکتریکی، اتوکلاو و … برای تولید این نانولوله‌ها به کار می‌روند تا نانو لوله بورون نیترید با خواص مورد نظر خود را تولید کنیم.[۱۲]
۱-۶-۴-۱- سایش با لیزر۲۸
در این روش از لیزر برای بمباران کردن قطعه‌ی هدف استفاده می‌شود. پس از بمباران با لیزر، قطعه‌ی هدف موجود داغ شده، بخار می‌شود و نانو ذرات حاصل می‌شوند که با مکانیسم رشد و تولید خوشه به نانو لوله‌ها می‌رسیم. به وسیله‌ی کنترل توان لیزر، مدت زمان تابش، تغییر دمای واکنش و مقدار کاتالیزور می‌توان قطر نانولوله را کنترل کرد.
گلبرگ۲۹ اولین بار این روش را برای تولید نانو لوله‌های بورون نیترید به کار گرفت.[۱۳] او یک معکب کریستالی مکعبی شکل از جنس بورون نیترید به عنوان قطعه‌ی هدف به کاربرد و یک لیزر از جنس CO2 به لبه‌های آن تاباند و قطعه را تا دمای k 5000 داغ نمود و به نانو لوله‌ای چند لایه از جنس بورون نیترید رسید. اگر از هگزانول بورون نیترید به جای مکعب بورونی استفاده شود، نانو لوله تک دیواره و چند دیواره به دست خواهد آمد.[۱۳ و ۱۴ و ۱۵] در این روش حضور کاتالیزور ضرورتی ندارد اما در صورت استفاده از کاتالیزورهایی مانند کبالت یا نیکل، به نانو لوله‌های بلندتری با لایه‌های اتمی کمتری می‌رسیم. بازده این روش عموماً بالاست. نانو لوله‌های حاصل از این روش کاملاً کریستالی هستند اما شاید خلوص آنها راضی کننده نباشد، در ضمن هزینه‌ی بالایی نیز دارد.[۱۲]
۱-۶-۴-۲- رسوب‌گیری بخار شیمیایی (CVD)30
در این روش محفظه‌ای با یک گرم کننده داریم تا کنترل دمایی برای ما میسر باشد. برای تولید نانو لوله پیش ماده آلی فلزی را وارد سیستم می‌کنیم. این پیش ماده‌ها در دمای اتاق مایع هستند و عموماً از طریق عبور از میان یک مایع به فاز بخار می‌روند. به محض این‌که بخار پیش ماده وارد محفظه‌ی گرم شود در دمای بالا تخریب شده و اتم مورد نظر را آزاد می‌کند که به تولید نانو ذرات می‌انجامد و با رشد به نانو لوله تبدیل می‌شوند. در این روش کنترل بسیار مناسبی در اندازه‌ی ذرات و سنتز داریم به همین دلیل پرکاربردترین روش می‌باشد.
لوری۳۱ برای اولین‌بار از این روش برای تولید نانو لوله بورون نیترید استفاده نمود.[۱۷] او از بورازین۳۲ به عنوان پیش ماده و از Co، Ni، NiB و Ni2N به عنوان کاتالیزور فعال کننده استفاده نمود. دمایی که نانو لوله در آن رشد کرد تقریباً۱۱۰۰-۱۰۰۰ بود. برای بالا بردن خلوص نانو لوله تولید شده از روش CVD با ترکیبی از بور و اکسید فلزی به عنوان واکنش دهنده استفاده می‌شود.[۱۲] به این ترتیب، پودر بور و اکسید فلزی از نانو لوله بورون نیترید در حال رشد جدا می‌شود. این مخلوط فلزی، هر اکسید فلزی می‌تواند باشد اما مخلوط MgO و FeO یا MgO و

دسته‌ها: No category

دیدگاهتان را بنویسید