فناوري‌نانو واژه‌اي است كلي كه به تمام فناوري‌هاي پيشرفته در عرصه كار با مقياس نانو اطلاق مي‌شود. معمولاً منظور از مقياس نانوابعادي در حدود 1 nm تا 100 nm مي‌باشد. اولين جرقه فناوري نانو (البته در آن زمان هنوز به اين نام شناخته نشده بود) در سال 1959 زده شد. در اين سال ريچارد فاينمن طي يك سخنراني با عنوان «فضاي زيادي در سطوح پايين وجود دارد» ايده فناوري نانو را مطرح ساخت. وي اين نظريه را ارائه داد كه در آينده‌اي نزديك مي‌توانيم مولكول‌ها و اتم‌ها را به صورت مسقيم دستكاري كنيم.

واژه فناوري نانو اولين بار توسط نوريوتاينگوچي استاد دانشگاه علوم توكيو در سال 1974 بر زبانها جاري شد. او اين واژه را براي توصيف ساخت مواد ، وسايل دقيقي كه تلورانس ابعادي آنها در حد نانومتر مي‌باشد، به كار برد. در سال 1986  اين واژه توسط كي اريك دركسلر در كتابي تحت عنوان : «موتور آفرينش: آغاز دوران فناوري‌نانو» بازآفريني و تعريف مجدد شد. وي اين واژه را به شكل عميق‌تري در رساله دكتراي خود مورد بررسي قرار داده و بعدها آنرا در كتابي تحت عنوان «نانوسيستم‌ها ماشين‌هاي مولكولي چگونگي ساخت و محاسبات آنها» توسعه داد.

تفاوت اصلي فناوري نانو با فناوري‌هاي ديگر در مقياس مواد و ساختارهايي است كه در اين فناوري مورد استفاده قرار مي‌گيرند. البته تنها كوچك بودن اندازه مد نظر نيست؛ بلكه زماني كه اندازه مواد دراين مقياس قرار مي‌گيرد، خصوصيات ذاتي آنها از جمله رنگ، استحكام، مقاومت خوردگي و ... تغيير مي‌يابد. در حقيقت اگر بخواهيم تفاوت اين فناوري را با فناوري‌هاي ديگر به صورت قابل ارزيابي بيان نماييم، مي‌توانيم وجود "عناصر پايه" را به عنوان يك معيار ذكر كنيم. عناصر پايه در حقيقت همان عناصر نانومقياسي هستند كه خواص آنها در حالت نانومقياس با خواص‌شان در مقياس بزرگتر فرق مي‌كند.

اولين و مهمترين عنصر پايه، نانوذره است. منظور از نانوذره، همانگونه كه از نام آن مشخص است، ذراتي با ابعاد نانومتري در هر سه بعد مي‌باشد. نانوذرات مي‌توانند از مواد مختلفي تشكيل شوند، مانند نانوذرات فلزي، سراميكي، ... دومين عنصر پايه، نانوكپسول است. همان طوري كه از اسم آن مشخص است، كپسول‌هاي هستند كه قطر نانومتري دارند و مي‌توان مواد مورد نظر را درون آنها قرار داد و كپسوله كرد. سال‌هاست كه نانوكپسول‌ها در طبيعت توليد مي‌شوند؛ مولكول‌هاي موسوم به فسفوليپيدها كه يك سر آنها آبگريز و سر ديگر آنها آبدوست است، وقتي در محيط آبي قرار مي‌گيرند، خود به خود كپسول‌هايي را تشكيل مي‌دهند كه قسمت‌هاي آبگريز مولكول در درون آنها واقع مي‌شود و از تماس با آب محافظت مي‌شود.

عنصر پايه بعدي نانولوله كربني است. اين عنصر پايه در سال 1991 در شركت NEC كشف شدند و در حقيقت لوله‌هايي از گرافيت مي‌باشند. اگر صفحات گرافيت را پيچيده و به شكل لوله در بياوريم، به نانولوله‌هاي كربني مي‌رسيم. اين نانولوله‌ها داراي اشكال و اندازه‌هاي مختلفي هستند و مي‌توانند تك ديواره يا چند ديواره باشند. اين لوله‌ها خواص بسيار جالبي دارند كه منجر به ايجاد كاربردهاي جالب توجهي از آنها مي‌شود. در حقيقت كاربرد فناوري نانو از كاربرد عناصر پايه نشأت مي‌گيرد. هر كدام از اين عناصر پايه، ويژگي‌هاي خاصي دارند كه استفاده از آنها در زمينه‌هاي مختلف، موجب ايجاد خواص جالبي مي‌گردد. مثلاً از جمله كاربردهاي نانوذرات مي‌توان به دارورساني هدفمند و ساده، بانداژهاي بي‌نياز از تجديد، شناسايي زود هنگام و بي‌ضرر سلول‌هاي سرطاني، و تجزيه آلاينده‌هاي محيط زيست اشاره كرد. همچنين نانولوله‌هاي كربني داراي كاربردهاي متنوعي مي‌باشند كه موارد زير را مي‌توان ذكر كرد:

• تصوير برداري زيستي دقيق حسگرهاي شيميايي و زيستي قابل اطمينان و داراي عمر طولاني

 
•شناسايي و جداسازي كاملاً اختصاصي  DNA

• ژن‌درماني

نانولوله ها دارای خواص مکانیکی و الکتریکی و شیمیایی بی همتایی هستند و از این روست که امروزه در سطح دنیا مورد توجه واقع شده است.این خواص یکتا ناشی از خواص ویژه پیوندهای کربنی ، طبیعت شبه تک بعدیو تقارن استوانه ای آنها است که بطور مختصر شرح داده خواهد شد:

1– خواص مکانیکی:

نانولوله های کربنی یکی از سخت ترین ،قابل ارتجاع ترین مواد به شمار می روند و مهمترین الیافی هستند که از ساختار گرافیت درست شده اند . مدول یانگ برای نانولوله ها معرف آن است که آنها در مقابل کنش ها به صورت خمش ، کشش و پیچش مقاومت بسیار زیادی از خود نشان دهند و به راحتی دچار تغییر شکل و یا شکسته شدن پیوند نمی شوند مگر اینکه در ساختار خود دارای برخی ازعیوب توپولوژیک باشد.

 3– خواص الکتریکی:

نانولوله های کربنی تنها موادی هستند که با توجه به هندسه ساختاری خود می توانند به هر یک از  صورت های رسانا ، نیمه رسانا و عایق یافت شوند به این معنی که بسته به اینکه نانولوله به چه صورت از پیچاندن صفحه گرافیت درست شود می تواند در هر یک از سه حالت فوق قرار گیرد. این همان خاصیت بزرگی است که نانولوله را برای صنعت الکترونیک مناسب می سازد.

 3 – خواص شیمیایی:

 نانولوله ها همچنین از خواص شیمیایی ممتازی نیز برخوردارند.

به عنوان مثال توانایی آنها در جذب درصد بالایی از هیدروژن موضویی است که در سال های اخیر در سطح جهانی مورد توجه قرار گرفته است ، چرا که آنها را به عنوان منبع ذخیره سازی هیدروژن مطرح کرده است که برای استفاده در ماشین های هیدروژن سوز ایده آل است. همچنین شد آنها به عنوان حس گرهای گاز به چشم می خورد که آنها را به عنوان حس گرهای پیشرفته گاز مطرح می کند.

 روشهای تولید نانولوله های کربن:

 1)تخلیه قوس الکتریکی

2) سایش با لیزر

3)رسوب بخار شیمیایی(cvd)

4) الکترولیز

آشنایی با انواع پوشش دهی شیمیایی(chemical Vapor Deposition)

این روش متشکل از سه سیستم HFCVD ، TCVD و PECVD می باشد که هر سه بر پایه روش پوشش دهی شیمیایی در حالت بخار عمل می کنند.

chemical Vapor Deposition یا پوشش دهی شیمیایی در حالت بخار فرآيندي است كه درفازبخار، نزديك ياروي زيرلايه صورت ميگيرد بطوريكه محصول واكنش برروي زير لايه مي نشيند. پوشش مي تواند فلز، نيمه هادي و يا مواد ديرگداز آلياژي باشد اغلب واكنشهاي CVD با حرارتي كه به راكتور يا زير لايه اعمال مي شود، فعال مي شوند.  واكنش دهنده هاي گاز داخل راكتور براثرحرارت واكنش شيميايي داده و محصول واكنش بصورت پوشش روي زيرلايه قرارميگيرد.

مزيت روشهاي شيميايي همگن بودن و كنترل ساختمان با پارامترهاي متفاوت رشد آنهاست. درعين حال خطرناك ومشكل بودن اين فرآيندها و واكنش هاي جانبي از محدوديت هاي اين روش است.

اگر واكنشهاي CVD با استفاده ازحرارتي كه به راكتور يا زيرلايه اعمال مي شود، فعال شوند و واكنش دهنده ها كه بصورت گاز وارد راكتور مي شوند بر اثر حرارت واكنش شيميايي داده و محصول واكنش بصورت پوشش روي زير لايه قرار گيرد  CVDبا روش حرارت بخار شيميايي رسوبات را بكار برده ايم.

دستگاه پوشش‌دهي شيميايي در حالت بخار با فيلمان داغ (HFCVD)

از جمله روش‌هاي متداول پوشش‌دهي شيميايي در حالت بخار CVD مي‌باشد. با اين روش مي‌ توان خواص الكتريكي، نوري و تريبولوژيكي سطح را تغيير داد. پوشش‌دهي شيميايي در حالت بخار با استفاده از فيلمان داغ يا HFCVD روشي است كه مي‌توان از آن جهت ساخت فيلم‌هاي الماس و نانوتيوپ‌هاي كربني استفاده نمود و در تكنولوژي نانو از كاربردهاي بسياري برخوردار است. دستگاه HFCVD شامل دو محفظه خلاء شامل اطاقك سنتز و اطاقك ورود مي‌باشد. اطاقك سنتز كه همان راكتور CVD است و پوشش‌دهي در آن صورت مي‌پذيرد به حجم تقريبي 17 ليتر و اطاقك ورود كه خروج و ورود نمونه در آن صورت مي‌پذيرد به حجم تقريبي 5/7 ليتر مي‌باشد. در سيستم خلاء براي رسيدن به خلاء مناسب این دو اطاقک به صورت موازي با هم كار مي‌كنند. سيستم نمونه‌گذاري كه شامل دو انتقال دهنده (manipulator) نمونه عمودي و افقي مي‌باشد، سيستم گرم‌كننده و فيلامان جهت رسيدن به شرايط دماي مناسب براي زير لايه و فعال سازي گازهاي ورودي، سيستم خنك كننده پمپ‌هاي پخش و بدنه محفظه و منبع تغذيه براي گرم كننده و فيلامان اجزاي اصلي دستگاه پوشش‌دهي شيميايي در حالت بخار با فيلامان گرم را تشكيل مي‌دهند.

دو اطاقك به كمك سيستم خلاء ديفرانسيل به صورت مجزا تا torr ^5-10 خلاء شوند و بين اين دو اطاق يك شير خلاء و دروازه‌اي پنوماتيك وجود دارد.

در اين دستگاه دو پمپ گردشي و دو پمپ پخشي براي ايجاد خلاء در نظر گرفته شده است. پمپ‌هاي پخشي و اطاقك‌هاي سنتز و ورودي توسط دو شير پروانه‌اي پنوماتيك از هم جدا مي‌شوند.

براي تأمين توان لازم براي گرم كردن گرم‌كننده و فيلمان دو منبع تغذيه جداگانه طراحي شده است و منبع تغذيه گرم كننده از نوع D.C با جريان حداكثري 50 آمپر و 30 ولت مي‌باشد و منبع تغذيه فيلمان از نوع D.C با جريان 20 آمپري و ولتاژ 20 ولت مي‌باشد.

دستگاه HFCVD  مي‌تواند جهت رشد نانوتيوپ‌ها و نانوذرات استفاده شود. اين سيستم طبق بررسي‌هاي انجام شده و مقايسه نتايج با ساير تكنيك‌ها جهت رشد نانوتيوپهاي كربني داراي كارايي بالايي مي‌باشد. از طرفي با توجه به وجود تعدد پارامترهاي مؤثر در عمليات رشد، كنترل و محاسبه اين پارامترها و انتخاب بهينه آنها از اهميت بسزايي جهت رسيدن به نتايج مطلوب برخوردار است، كه با استفاده از سيستم HFCVD قادر به كنترل بهتر اين پارامترها مي‌باشيم.

Plasma Enhanced- chemical Vapor Deposition (PE- CVD)

رسوب‌گذاري بخارات به روش شيميايي. تقويت شده با پلاسما

 1-1.     فرآيند PECVD

 CVD روشي است براي توليد فيلم‌هاي نازك و نانوساختارها به طوريكه ذرات فعال شده فاز گازي بعد از نشت بر روي سطح زيرلايه (substrate) با ايجاد واكنش شيميايي با سطح ساختار جامدي را تشكيل مي‌دهد.

 تفاوت فرآيند PECVD با ديگر CVDها وجود محيط پلاسماست، زيرا كه بدليل ويژگي‌هاي پلاسما اغلب واكنش‌هاي سطح و فاز گازي قابل كنترل مي‌شوند. در ديگر انواع CVD گازها به كمك گرما فعال مي‌شوند اما در PECVD اين برخوردهاي الكتروني هستند كه گازها را قعال مي‌كنند.

 از آنجا كه در پلاسماهاي فشار پايين دماي الكترونها تقريباً (ev) 5-2 الكترون ولت است اين انرژي براي تجزيه گازها كفايت مي كند و چون دماي الكترونها از دماي سطح زيرلايه بسيار بالاتر است. لايه نشاني مي‌تواند در دماهاي بسيار پايين‌تري نسبت به ساير CVDها انجام گيرد.

نظرات شما عزیزان:

نام :

آدرس ایمیل:

وب سایت/بلاگ :

متن پیام:

نظر خصوصی

 کد را وارد نمایید:

 

 

 

عکس شما

آپلود عکس دلخواه: