فناوری نانو چیست؟

از اهداف مهم فناوری نانو ــ و شاید مهم‌ترین آنها ــ به وجود آوردن ساختارهایی از مواد است كه در آنها آرایش مولكول‌ها از پیش طراحی شده باشد. روش‌های مرسوم تولید، مثل روش ذوب فلزات و سرد كردن آنها در قالب، چنین امكانی را فراهم نمی‌كنند. پس چگونه می‌توان چنین ساختارهایی را به وجود آورد؟ این مقاله می‌خواهد به همین سؤال پاسخ بگوید.

فرض كنید تعدادی آجر خانه‌سازی دارید و می‌خواهید با آن چیزی ــ بهتر است بگوییم «ساختاری» ــ مانند شكل 1 بسازید.



شكل 1


چگونه این كار را انجام می‌دهید؟ احتمالاً روش شما هم با ما یكی است: چهار آجر دو در دو را كنار هم می‌گذارید و بعد چهار آجر دو در دوی دیگر را به صورت عمودی به آنها متصل می‌كنیدتا ساختار مورد نظر شكل بگیرد.

بسیار خوب، حالا فرض كنید كه وقتی آجرهای خانه‌سازی را از فروشگاه می‌خرید، آنها به شكل یك مكعب بزرگِ پیش‌ساخته مثل شكل دو باشند.



شكل 2


حالا اگر بخواهیم به شكل یك برسیم چه كنیم؟ اجازه دهید جواب را ما به روش خودمان بدهیم: آجرهای اضافیِ مكعب بزرگ را حذف كنید تا شكل یك كم‌كم خودش را نشان بدهد. (مثل شكل 3)



شكل 3


در روش اول با استفاده از قطعات كوچك یك قطعة بزرگتر ساختیم. به این روش، «ساختن از پایین به بالا» می‌گوییم. در روش دوم قطعات زائدِ یك قطعة بزرگ را حذف كردیم تا به ساختار مورد نظر برسیم. به این روش، «ساختن از بالا به پایین» می‌گوییم.

حالا فرض كنید یك ساختار جدید برای ساختن پیشنهاد شود، مثل شكل 4.



شكل 4


سؤال: از كدام روش برای ساختن این ساختار استفاده كنیم؟ نظر شما چیست؟

اوضاع كمی پیچیده شد، اما غم به خود راه ندهید! این مقاله برای ساده كردن همین پیچدگی نوشته شده است. یكی از عوامل تعیین‌كنندة جواب، این است كه ماده‌ی اولیه‌ی ما به چه شكل است؟ اگر مادة دمِ دست ما تعدادی قطعه‌ی كوچك و ریز باشد، از روش پایین به بالا استفاده می‌كنیم؛ اگر مادة اولیه یك قطعه‌ی بزرگ باشد، از روش بالا به پایین استفاده می‌كنیم. در عین حال، ممكن است هر دو روش هم به كار رود. مثلاً اگر ماده‌ی اولیه برای ساختن شكل پنج به صورت مكعب بزرگی با آجرهای دو در چهار، یعنی همان شكل دو باشد، نمی‌توان با حذف بعضی آجرها مستقیماً به ساختار نهایی رسید. در این حالت، می‌توانیم آجرهای بالا و پایین ساختار شكل چهار را برداریم (ساختن از بالا به پایین) و بعد دو آجر دودردوی مورد نیاز را به جای آنها متصل كنیم. ( ساختن از پایین به بالا)



شكل 5


در صنعت هم از هر دو روش با هم استفاده می‌شود. به مثال‌های زیر توجه كنید:

o یك نجار می‌خواهد مجسمه‌ای چوبی بسازد. او یك قطعه‌ی بزرگ چوب را برمی‌دارد و با رنده و سوهان آن را می‌تراشد و پرداخت می‌كند تا مجسمه ساخته شود. این كدام روش است؟

o نجار می‌خواهد یك صندلی بسازد. او پایه‌های میز و قطعات مربوط به تكیه‌گاه صندلی را جداگانه می‌سازد و بعد آنها را به هم متصل می‌كند. این كدام روش است؟

حالا به نانوفناوری فكر كنید: به نظر شما كدام روش ساختن در نانوفناوری كاربرد دارد؟

تا چند سال پیش، راه دست‌كاری و جابه‌جا كردن تك‌مولكول‌ها و ساختارهای نانویی یك‌طرفه بود. یعنی برای ساختن چیزها در مقیاس كوچك، می‌بایست یك قطعه‌ی بزرگ‌تر را با تراشیدن و خرد كردن یا حل كردن بخش‌های اضافی با اسید و… آن‌قدر كوچك می‌كردیم تا به قطعه‌ی نهایی برسیم. به عیارت دیگر، روش‌ تولید ساختارهای كوچك، از نوع بالا به پایین بود.

در چند سال اخیر فنونی ابداع شده‌اند كه اجازه می‌دهند مولكول‌ها یا ذرات نانویی را جابه‌جا و آنها را به هم متصل كنیم. مثل جابه‌جا كردن ذرات نانویی با میكروسكوپ نیروی اتمی (AFM) یا فنون ساختن نانولوله‌های كربنی. این فوت و فن‌ها در مجموع روش ساختن از پایین به بالا هستند.

فنون گفته‌شده در بالا، برای ساختن محصولاتی كه بسیار كوچك‌اند مناسب به نظر می‌رسند، اما اگر بخواهیم یك دیوار چندسانتی‌متریِ یكدست را به این روش بسازیم، چند ده سال طول می‌كشد تا مولكول‌ها را تك‌تك كنار هم بچینیم و دیوار مورد نظر را بسازیم. در عین حال، اگر بخواهیم دیوار را با استفاده از مواد موجود، مانند فلزات و سنگ‌های ساختمانی، بسازییم، دیوار یكدست و منظم نخواهد بود. (مقاله‌ی نانوفناوری چیست؟، ساختار مواد و عیوب كریستالی را ببینید.) پس چه كار كنیم؟

پیدا كردن فنون تولید مناسب در نانوفناوری موضوعی است كه در چند سال اخیر به‌شدت مورد توجه محققان و دانشمندان بوده است. در واقع، در نانوفناوری هم از روش‌ ساختن از بالا به پایین استفاده می‌شود (به كمك فنونی مانند لیتوگرافی و آسیاب كردن ذرات) و هم از روش ساختن از پایین به بالا (به كمك فنونی مانند خودآرایی یا رسوب‌دهی بخار). منتظر مقاله‌های بعدی باشگاه نانو در این موضوع باشید.

منبع : www.nanoclub.ir