موضوع مقاله: تولید نانو | مخاطب: عمومی | لحن: دانشنامه‌ای | ساختار: عنوان، مقدمه، 3 بخش، جمع‌بندی | مقاله: | # تولید نانو | مقدمه: تولید نانو هم تولید مواد در مقیاس نانو است، که می‌تواند پودر یا سیال باشد و هم تولید قطعه‌های «از پایین به بالا» از مواد نانومقیاس یا «از بالا به پایین» به کوچک‌ترین مراحل برای دقت بالا، که در فناوری زیادی مانند فرسایش لیزری ، اچینگ و شیوه‌های مشابه به کار می‌رود. | ## بخش 1: تولید نانو | تولید نانو با ساخت‌مولکولی که ساخت ساختارهای پیچیده و در مقیاس نانو به وسیله‌ی مکانوسنتز غیرزیستی (و سرهم‌بندی بعدی) است، تفاوت دارد. اصطلاح "تولید نانو" به طور گسترده‌ مورد استفاده قرار می‌گیرد، به عنوان مثال توسط پلتفرم فناوری اروپا MINAM و ابتکار ملی نانوتکنولوژی ایالات‌متحده (NNI). همچنین یک برنامه تولید نانو در بنیاد ملی علوم ایالات متحده وجود دارد که از طریق آن شبکه ملی تولید نانو (NNN) ایجاد شده است. NNN سازمانی است که برای تسریع انتقال فناوری نانو از تحقیقات آزمایشگاهی به تولید تولید کار می‌کند و این کار را از طریق تبادل اطلاعات، InterNano کارگاه‌های استراتژیک و توسعه نقشه‌راه انجام می‌دهد. با این حال، تولید نانو در گزارش اخیر NNI، ابزار دقیق و اندازه‌شناسی برای فناوری نانو تعریف نشده است. در مقابل، یکی دیگر از "منطقه در اولویت"، ساخت نانو ، به عنوان "توانایی ساخت، با شیوه‌های هدایت ‌شده یا خود مونتاژ، ساختارها یا دستگاه‌های عملکردی در سطح اتمی یا مولکولی" تعریف می‌شود (ص.67). به نظر می‌رسد تولید نانو، ساخت کوتاه‌مدت و در مقیاس صنعتی اشیاء مبتنی بر فناوری نانو، با تاکید بر هزینه کم و قابلیت اطمینان باشد. انجمن مهندسان تولید ، به عنوان مثال، یک فنی تولید نانو را تشکیل داده است تا هم به اعضای فناوری‌های در حال توسعه اطلاع دهد و هم به مسائل حقوقی سازمانی و IP (مالکیت معنوی) که باید برای تجاری‌سازی گسترده‌تر رسیدگی شود. در سال 2014 ، دفتر پاسخگویی دولت هشدار داد که رهبری آمریکا در فناوری نانو به دلیل شکست دولت در سرمایه‌گذاری در آماده‌سازی تحقیقات پایه برای کاربرد تجاری در معرض خطر قرار گرفته است. پس زمینه شناسایی کاربردها و مزایای متعدد سیستم‌های مقیاس نانو در مواد متداول، الکترونیک، پزشکی، حفظ انرژی، پایداری و حمل‌ونقل منجر به انجام تحقیق برای توسعه روش‌هایی برای روش‌های تولید این سامانه‌های نانو در مقیاس بزرگ‌تر و با سرعت بالاتر شده است. برنامه‌ها و سازمان‌هایی مانند NNI و NNN در حال حاضر بودجه تحقیقاتی را برای طراحی روش‌های تولید نانویی در مقیاس صنعتی که اقتصادی، پایدار و قابل اعتماد اختصاص می‌دهند. نمونه‌ای از این فناوری، سیستم چاپ افست در مقیاس نانو (نانواپ‌ها) است که توسط محققان مرکز تولید نانویی با نرخ بالا (CHN) در دانشگاه نورث ایسترن توسعه یافته است. | ## بخش 2: تولید نانو | نانواپ‌ها شکلی از مونتاژ هدایت شده است که سریع‌تر و اقتصادی‌تر از چاپ سه بعدی سنتی نانوسیستم‌ها است. احمد بوسناینا، که سرپرست پروژه بود و در فیلم از آزمایشگاه تا فاب: پیشگامان در تولید نانو نقش داشت، این سیستم را به عنوان یک ماشین چاپ توصیف می‌کند. یک قالب حکاکی شده با سیم‌های نانو در محلولی با ذرات نانو غوطه‌ور می‌شود که به عنوان جوهر برای پرس عمل می‌کند. می توان الگوی با ذرات نانو متصل شده را از محلول خارج کرد و روی هر ماده دلخواه گذاشت. به گفته بوسانیا، کل فرآیند فقط 1 درصد از تولید معمولی هزینه دارد و می‌تواند زمان تولید را از روز به دقیقه کاهش دهد. یکی دیگر از نمونه‌های واضح، روش ساخت الگوی نرم است که توسط نازنین بصیری غرب در موسسه فناوری جورجیا انجام شده است. این یک روش تولید نانویی از پایین به بالا برای ساخت لوله‌های نانویی فعال فروالکتریک و پیزوالکتریک است. این روش از لیتوگرافی پرتوی الکترونی برای ایجاد خلاء بر روی محلول سل-ژل پیش‌ساز استفاده می‌کند و در نتیجه یک قالب پلیمری ایجاد می‌کند. به وسیله‌ی این فرآیند تولید بسیار مقیاس‌پذیر و عملی، کاربر می‌تواند الگوها و شکل‌های سفارشی را برای کاربردهای متعدد تولید کند. این فرآیندها منجر به فناوری نانو ، دستگاه‌های بسیار کوچک، ساختارها، ویژگی‌ها و سیستم‌هایی می‌شود که در شیمی آلی، زیست‌شناسی مولکولی ، مهندسی هوافضا ، فیزیک و علم‌های دیگر کاربرد دارند. تولید نانو امکان ایجاد مواد و محصولات جدیدی را فراهم می‌کند که کاربردهایی مانند فرآیندهای حذف مواد، سرهم‌بندی دستگاه، تجهیزات پزشکی، پوشش الکترواستاتیکی، فیبرها و لیتوگرافی دارند. تولید نانو شاخه‌ای نسبتاً جدید از تولید است که حوزه جدیدی از علم و یک بازار جدید را نشان می‌دهد. | ## بخش 3: تولید نانو | تحقیق در تولید نانو، بر خلاف تولید سنتی، نیازمند تلاش جمعی در میان شکاف‌های مهندسی معمولی است، مانند همکاری بین مهندسان مکانیک ، فیزیکدانان، زیست‌شناسان، شیمی‌دانان و دانشمندان مواد. تولید نانو در کل می تواند به دو دسته تقسیم بشود: رویکردهای بالا به پایین و پایین به بالا. صنعت تولید نانو در سال 2009، 91 میلیارد دلار در محصولات نانویی ایالات متحده بود. بیش از 60 کشور بین سال‌های 2001 تا 2004 برنامه‌های مرتبط با صنعت تولید نانو را در سطح ملی ایجاد کردند بودجه انباشته از سال 2000 برای ابتکار ملی فناوری‌ نانو (NNI) بیش از 12 میلیارد دلار است. از دیدگاه پایداری، رسوب لایه اتمی (ALD) یک فناوری تولید در مقیاس نانو با استفاده از روش ساخت از پایین به بالا و رسوب بخار شیمیایی (CVD) است. ALD فیلم دی‌الکتریک سیلیسیم اکسید را با فیلم دی‌الکتریک آلومینیوم اکسید جایگزین می‌کند. صنعت ALD در حال حاضر در صنعت نیمه هادی استفاده می‌شود و دارای پتانسیل در سلول‌های خورشیدی، سلول‌های سوختی، تجهیزات پزشکی، حسگرها، صنایع پلیمری است. به عنوان مثال، بهبود در مانع مواد پلاستیکی به مشتریان اجازه می‌دهد تا اطلاعات مربوطه را شناسایی کنند. خاصیت استحکام کششی بالا و مدول یانگ افزودن نانوکربن مانند نانولوله‌های کربنی (CNT) و نانوالیاف کربنی (CNF)، مواد چگال‌تر و کمتر متخلخل را ایجاد می‌کند. چالش های تولید نانو انتقال فناوری نانو از آزمایش‌های آزمایشگاهی به تولید در مقیاس صنعتی چالش‌های زیادی دارد که برخی از آنها عبارتند از: توسعه تکنیک های تولیدی که اقتصادی بوده و بازدهی قابل قبولی را تولید کنند. کنترل دقت مونتاژ نانوساختارها تست قابلیت اطمینان و ایجاد روش هایی برای کنترل عیب. در حال حاضر، کنترل عیوب در صنعت نیمه هادی غیرانتخابی است و ۲۰-۲۵٪ از کل زمان ساخت را می‌گیرد. | ## جمع‌بندی | پیش‌بینی می‌شود که رفع عیوب برای سیستم‌های مقیاس نانو زمان بیشتری را به خود اختصاص دهد زیرا نیاز به حذف انتخابی و دقیق ناخالصی‌ها دارد.