موضوع مقاله: نانوساختار | مخاطب: عمومی | لحن: دانشنامه‌ای | ساختار: عنوان، مقدمه، 3 بخش، جمع‌بندی | مقاله: | # نانوساختار | مقدمه: مهم‌ترین نمونه‌های این مواد فولرین، نقاط کوانتومی، درخت‌سان‌ها، نانوذرات و نانوپودرها هستند. | ## بخش 1: نانوساختار | نانوذرات تجمعی از ذرات سازنده (اتم یا مولکول) با اندازه بین ۱ تا ۱۰۰ نانومتر را نانوذرات می‌گویند. نانوذرات بسته به کاربردشان می‌توانند در اشکال مختلف مانند کروی، بیضوی، مکعبی و غیره ساخته شوند، همچین این مواد می‌توانند از یک یا چند جزء تشکیل شده باشند. نانواشیا یک بعدی موادی هستند که دو بعد آنها در مقیاس نانو هست و یک بعد آنها آزاد است. از مهترین نمونه‌های این دسته می‌توان به نانولوله کربنی، نانوسیمها و نانوالیاف اشاره کرد. انواع مختلفی از این ساختارها وجود دارد که می‌توان از میان آنها به نانوسیم‌های ابررسانا (از جنس YBCO)، فلزی (معمولا از جنس پلاتین، نیکل و طلا) و نیمه رسانا (نانو لوله‌های سیلیکونی) اشاره کرد. مهم‌ترین ویژگی نانوساختارهای تک بعدی فلزی قابلیت هدایت الکتریکی آنها در راستای محور آنهاست. می‌توان نانولوله‌های کربنی تک جداره را به عنوان برش‌هایی از یک شبکه شش‌ضلعی اتم‌های کربنی که در امتداد یکی از بردارهای شبکه براوه قرار گرفته‌اند تصور کرد تا یک استوانهٔ توخالی شکل بگیرد دسته دیگر نانولوله‌های کربنی چند جداره است که متشکل از نانولوله‌های کربنی تک‌جداره تو در تو هستند. به دلیل ساختار ویژه این مواد، آنها استحکام بالا و انعطاف‌پذیری مناسب و دارای وزن کم هستند. نانواشیاء دو بعدی موادی هستند که تنها در یک بعد نانو هستند و دو بعد دیگر آنها بزرگ‌تر از مقیاس نانو است. نانو روکش، گرافین، تک‌لایه‌های خودآرا و فیلم‌های لانگمیر-بلاجت مثال‌هایی از این دسته هستند. | ## بخش 2: نانوساختار | اول آنکه لایه‌ای که ضخامت آن در ابعاد نانومتر است بر روی بر روی ماده قرار گیرد و حالت دوم آن است که یک لایه متشکل از مواد نانومتری مانند نانوذرات بر روی جسمم قرار گیرد درحالی که این لایه می‌تواند ضخامتی خارج از ابعاد نانومتر داشت باشد. در مورد روکش‌ها این توضیح لازم است که اگر روکش مورد نظر دارای ضخامت نانومقیاس باشد ولی ساختار میکروسکوپی آن نانویی نباشد در دسته نانواشیاء تک‌بعدی قرار می‌گیرد؛ ولی چنانچه روکشی داشته باشید که ضخامت آن در مقیاس میکرونی یا بالاتر باشد ولی از لحاظ ساختار میکروسکوپی و مورفولوژی نانوساختار باشد به عنوان یک ماده نانوساختار شناخته می‌شود. این سه پیوند در یک صفح قرار داشته و زاویه‌های بین آنها برابر با ۱۲۰ درجه است که منجر به قرارگیری اتم‌های کربن در شبکه‌ای شش ضلعی منتظم می‌شود. در یک صفحه گرافین هر اتم کربن یک پیوند آزاد در خارج از صفحه دارد که می‌تواند مکان مناسبی برای قرارگیری گروه‌های عاملی و همچنین اتم‌های هیدروژن باشد. گرافین ذاتاً یک‌نیمه رسانا با گپ انرژی بسیار کوچک است که به دلیل همین گپ انرژی کوچک شفافیت بالایی دارد. همچنین به دلیل گپ انرژی کوچک‌تر می‌توان از آن به عنوان فوتوکالیسیت استفاده نمود. نانواشیاء سه بعدی (مواد نانو ساختار) حال نانو موادی هستند که در هیچ‌یک از این سه دسته قرار نمی‌گیرند. به همین دلیل در همین استاندارد دسته دیگر از نانومواد به عنوان مواد نانوساختار تعریف شدند که گرچه هیچ بعد آنها در حالت معمول در مقیاس نانو نیست ولی یکی از مواد تشکیل‌دهنده ساختار آنها نانوشئ است یا از لحاظ میکروسکوپی و مورفولوژی ساختار نانومقیاس دارند. از پایین به بالا در این روش از مقیاس‌های زیرنانو شروع کرده و به مقیاس نانو می‌رسیم. در این روند، اتم‌ها و اجزا مولکولی به عنوان مواد آغازگر هستند که طی واکنش‌های شیمیایی به هم متصل شده و به تشکیل ذراتی در ابعاد نانو می‌انجامد. | ## بخش 3: نانوساختار | روش‌های پایین به بالا شرایط به گونه‌ایی است که با تجمع اتم‌ها، ساختار اتمی را از ابتدا و اتم به اتم تشکیل می‌دهند. بسیاری از روش‌ها از مکانیزم هسته زدایی رشد پیروی می‌کنند که از تشکیل اولیه یک هسته کوچک ناشی می‌شود و بقیه ساختار از ان منشأ گرفته و رشد می‌کنند. این دسته نیز خود می‌تواند به دو زیر گروه اصلی دسته‌بندی شود: روش‌های کنترل شده و روش‌های بی‌نظم. در روش منظم، اتم‌ها یا مولکولها به صورت منظم و دقیق در مکان‌های تعبیه شده در ساختار نانوذرات قرار می‌گیرد که باعث رشد کنترل شده نانوذره می‌شود. در روش بی‌نظم، اتم یا مولکول را در یک حالت بی نظم قرار داده و با تغییر ناگهانی شرایط باعث ناپایداری حالت موجود می‌شویم؛ بنابراین با دستکاری تعدادی از پارمترهای حالت ماده می‌توانیم مواد نانوساختار تهیه کنیم. کنترل شرایط در حین انتقال از حالت بی نظم به حالت ثانویه تقریباً غیرممکن است بنابراین شرایط اولیه کلی تعیین‌کننده اندازه و نحوه توزیع ساختارهای ثانویه خواهد بود. از بالا به پایین در این روش نانوساختارها مستقیماً از مواد معمولی و درشت مقیاس تهیه می‌شوند. اکثر روش‌های از بالا به پایین شامل روش‌های فیزیکی مانند آسی، سایش، لیتوگرافی و غیره می‌باشند که با استفاده از تغییر شکل‌های مکانیکی، مواد را به ابعاد نانو می‌رسانند. در حین این فرایندها، مقدار قابل توجهی از انرژی مکانیکی، حرارتی یا شیمیایی برای تبدیل مواد به ذرات در محدوده نانو مورد نیاز است. | ## جمع‌بندی | در بسیاری موارد، این روش‌ها می‌توانند برای تولید حجم بسیار بیشتری از نانوذرات مورد استفاده قرار گیرند و اغلب برای تولید انبوه استفاده می‌شوند، اما غالباً در مقایسه با روش‌های پایین به بالا بسیار غیرقابل کنترل هستند.