-
- نانولایه ها و نانوروکش ها
نانوروکش ها، سطوحی تک لایه یا چند لایه با ضخامت ۱ تا ۱۰۰ نانومتر هستند. روکش های مبتنی بر نانوذرات خواص مختلفی را از خود بروز می دهند. استحکام و مقاومت سایشی جزء خواصی هستند که بیشترین مزیت را در نانوروکش ها داشته و شفافیت نیز در مورد آنها حائز اهمیت است. خصوصاً در حالتی که افزایش سختی بدون کدر شدن سطح نیاز باشد. استفاده از روکش ها روی سطوح سرامیکی، باعث ضدخش شدن و تمیز شدن راحت تر سطوح مذکور می گردد. همچنین می توان از نانوروکش های سخت و ضدخش برای روکش دهی شیشه های عینک استفاده کرد.
روکش ها به طور اجتناب ناپذیری کاربردهایی همچون حفاظت وسایل الکترونیکی سفینه های فضایی در برابر تشعشع و حفاطت حرارتی برای ورود مجدد به جو را خواهند داشت.
روکش های سرامیکی نانوذره ای، موجب پایداری حرارتی و مقاومت فرسایشی در قطعات موتور می شوند.
روکش های حاوی نانوذرات فلزی که کاربردهای مشخصی در کامپیوترها و تجهیزات الکترونیکی دارند، در مقابل تداخل الکترومغناطیسی ممانعت خوبی نشان می دهند.
-
- نانوپوشش ها
نانوپوشش ها عمدتاً به منظور افزایش مقاومت در برابر خوردگی و حفاظت در مقابل عوامل مخرب محیطی.
-
- نانوسیم ها
نانوسیم، یک ساختار دو بعدی است. و به دلیل اینکه در این ابعاد اثرات کوانتومی مهم هستند، این سیم ها، سیم های کوانتومی نیز نامیده می شوند نانوسیم ها برای ساخت مدارات الکتریکی در اندازه های کوچک استفاده می شوند.
۱-۴-۴- عناصر پایه در فناوری نانو
عناصر پایه در فناوری نانو بر اساس نوع ساختار یا ابعاد آن ها تقسیم بندی می شوند.
۱- نانوذرات
۲- نانوکپسول ها
۳- نانوامولسیون ها
۴- نانولوله ها
-
- نانوذرات
اولین و مهمترین عنصر پایه٬ نانو ذره است. منظور از نانوذره، همانگونه که از نام آن مشخص است ذره ای است که ابعاد آن در حدود ۱ تا ۱۰۰ نانومتر می باشد. نانو ذرات در اندازه های پایین نانوخوشه[۱]به حساب می آیند.
تعیین مشخصات نانوذرات برای کنترل سنتز، خواص و کاربرد آنها ضروری می باشد. نانوذرات می توانند از مواد مختلفی تشکیل شوند٬ مانند نانوذرات فلزی٬ نانوذرات سرامیکی، نانوذرات نیمه رسانا و غیره.
-
- نانوکپسول ها
دومین عنصر پایه، نانوکپسول ها است. همان طوری که از نام آن مشخص است، کپسول هایی هستند که قطر نانومتری دارند و دارای یک پوسته و یک فضای خالی جهت قرار دادن مواد موردنظر در داخل آن می باشد.
-
- نانوامولسیون ها
نانوامولسیون ها از مولکول های سورفکتانت، نظیر فسفولیپیدها که از یک طرف آب گریز (هیدروفوبیک) و از یک سمت آب دوست (هیدروفیلیک) هستند تشکیل می شوند. هنگامی که این مولکول ها در یک محیط آبی قرار گیرند، خود به خود کپسولهایی را شکل می دهند که قسمت آبگریز مولکول در درون آنها واقع می شود و لذا از تماس با آب محافظت می شوند. لیپوزوم ها ساختارهایی از جنس چربی هستند که در این دسته قرار می گیرند. این ترکیبات در صنایع آرایشی کاربرد زیادی دارند.
-
- نانولوله ها
نانولوله ها به نانوساختارهایی اطلاق می شود که قطر آن ها تا حدود ۱۰۰ نانومتر می باشد صرف نظر از استحکام کششی بالا، نانولوله ها خواص الکتریکی مختلفی از خود نشان می دهند که به ساختار آن ها وابسته است.
لفظ نانولوله در حالت عادی در مورد نانولوله کربنی به کار می رود که در چند سال اخیر از سوی محققین مورد توجه فراوانی قرار گرفته اند و در کنار خویشاوندان نزدیکش همچون “نانوشاخ ها”[۲]نویدبخش کاربردهای جالبی شده اند البته اشکال دیگری از نانولوله های نیتریدبور و نانولوله های خودآرایی آلی نیز ساخته شده اند.
نانولوله ها در زمینه های مختلفی کاربرد دارند که عبارتند از:
_ مواد ساختمانی
_صنایع الکترونیک
_قطعات نشر میدانی
_پیل های سوختی و باتری ها
۱-۴-۵- نانوساختارها
اگر تنها یکی از ابعاد نانوساختارسه بعدی در محدوده ی نانو باشد، آن را“Quantum well“ می نامند. “ Quantum wire “ ساختاری است که دو بعد آن در محدوده ی نانو است، در حالی که “Quantum dot“ دارای سه بعد نانو متری است.
-
- مثال هایی از نانوساختارها
۱)ساختارهای صفر بعدی، باکی بال ها هستند که معروف ترین آنها C60 است. مولکول C60 شامل ۶۰ اتم کربن است و این اتم ها مانند یک توپ فوتبال که از ۱۲ پنج ضلعی و ۲۰ شش ضلعی تشکیل شده در کنار هم قرار گرفته اند. این ساختار توپی شکل در شکل ۱-۱ نمایش داده شده است. این ساختارها در هر سه بعد، نانویی بوده و مولکول C60 دارای قطری در مرتبه ۷/۰ نانومتر است.
شکل(۱-۱) انواع فولرین ها
۲)ساختاریک بعدی، نانولوله های کربنی که در دو راستا، دارای قطر نانومتری بوده و در راستای محور لوله، میکرونی هستند و نسبت طول به قطر نانولوله ها در حدود ۱۰۰۰ بوده و نانولوله ها تماماً از پیوند sp2 تشکیل شده اند (شکل ۱-۲).
شکل(۱-۲) نانولوله های کربنی
۳)ساختارهای دو بعدی گرافن که در یک راستا نانومقیاس بوده و دارای ضخامت از مرتبه آنگستروم هستند. گرافن (به انگلیسی: Graphene) نام یکی از آلوتروپهای کربن است. و برای نخستین بار در سال ۱۹۴۷ فیلیپ والاس درباره گرافن نوشت و سپس از آن زمان تلاشهای زیادی برای ساخت آن صورت گرفته بود اما قضیهای به نام قضیه مرمین-واگنر در مکانیک آماری و نظریه میدانهای کوانتومی وجود داشت که ساخت یک ماده دوبعدی را غیرممکن و چنین مادهای را غیرپایدار میدانست. اما به هر حال در سال ۲۰۰۴، آندره گایم و کنستانتین نووسلف، از دانشگاه منچستر موفق به ساخت این ماده شده و نشان دادند که قضیه مرمین-واگنر نمیتواند کاملاً درست باشد. جایزه نوبل فیزیک ۲۰۱۰ نیز به خاطر ساخت مادهای دوبعدی به این دو دانشمند تعلق گرفت (شکل ۱-۳).
شکل(۱-۳) گرافن
۴) ساختارهایی سه بعدی گرافیتی که سالیان بسیار زیادی است بشر آن را می شناسد. گرافیت یکی از آلوتروپ های کربن است که ساختار لایه-لایه داشته و به رنگ سیاه است واز قرار گرفتن ۶ اتم کربن به صورت ۶ ضلعی منظم پدید آمده است. هیبریداسیون اتمهای آن از نوع sp2 است و این اتمها با پیوند کووالانسی به هم متصلند و نمی توانند با کربنی خارج از این لایه پیوند کوالانسی دهند بنابراین یک لایه گرافیت از طریق پیوند واندر والس -که پیوند ضعیفی است- به لایههای زیرین متصل است این خاصیت سبب میشود لایههای گرافیت به راحتی به روی هم بلغزند. به همین دلیل از این ترکیب برای «روان کاری» و «روغن کاری» استفاده می شود. از گرافیت به عنوان الکترودهای کوره، روان کننده، ماده نسوز، قطعات الکتریکی، رنگها، فولادهای پرکربن، چدنها، مداد گرافیتی و … استفاده میشود. نوک مدادهای زغالی از جنس گرافیت هستند که ساختار سه بعدی ساخته شده از ورقه هایی از شبکه های شش ضلعی دارد (شکل۱-۴).
شکل(۱-۴) گرافیت
۵)آلوتروپ دیگر کربن الماس است که برعکس گرافیت هیبریداسیون sp3 داشته و رسانای جریان الکتریکی نیست و سختی بالایی دارد (شکل ۱-۵).