منابع پایان نامه ارشد با موضوع اندازه گیری، دسته بندی، فناوری نانو

ن عناصر نانو مقیاسی هستند که خواص آنها در حالت نانو مقیاس با خواص شان در مقیاس بزرگتر فرق می کند.
1-7- طبقه بندی نانو تکنولوژی
1-7-1-Wet nanotechnology
مطالعه سیستم های بیولوژیکی و سیستم هایی که محیط اطراف شان بر مبنای آب است. ساختارهای نانومتری که می توان مثال زد.
الف)مواد ژنتیکی
ب)غشاءها
ج)آنزیمها و سایر اجزای سلولی
1-7-2- Dry Nanotechnology
در این نوع در سطح علوم دیگر مثل فیزیک و شیمی مطرح است. مثل ساختارهای مولکول کربن.
1-7-3- Nano computational
نانو محاسبات، مدل سازی و شبیه سازی ترکیبات نانو متریک محاسبه و پیش بینی عملکرد ساختارهای به وجود آمده می باشد.
ارتباط نانو با علوم دیگر مثل شیمی، فیزیک، علوم مهندسی و بیولوژیکی و زیر شاخه‌هایشان را می ‌توان به صورت فلوچارت شکل(1-1) زیر نمایش داد.
شکل(1-1) ارتباط نانو با علوم دیگر
1-8- دسته بندی مواد در فناوری نانو
مواد در مقیااندازه بحرانی دانه ها، رفتار سوپر پارا مغناطیسیته ذرات
نوری
خصوصیات فلوئور سنتی، افزایش اثر کوانتومی کریستال های نیمه هادی
بیولوژیکی
افزایش نفوذ پذیری از بین حصارهای بیولوژیکی(غشاء و سد مغز خون و غیره) و بهبود زیست سازگاری
1-8-8- فولرین ها
فولرین ها اشکال منحصر به فردی از کربن ها می باشند که به شکل قفس توپی شکل بوده و اتم های کربنی در ساختارهای شش ضلعی و پنج ضلعی در آن قرار گرفته اند. این اشکال دارای خواص منحصر بفردی می باشند که آنها را نسبت به سایر ساختارهای کربن نظیر الماس کربن و گرافیت و… متمایز می سازد. بنابراین فورین ها دسته مهمی از ترکیبات کربن را تشکیل می دهند. پیش از رویت و ساخت و رویت فلورینها کوچک تصور بر این بود که این مولکولهای کروی ناپایداری هستند. اما به تازگی دانشمدان روسی دریافته اند که کربن شش صفر در فاز گازی پایدار بوده و دارای فاصله نورایی نسبتاً زیادی می باشد. فلورین ها به صورت کاملاً اتفاقی کشف شدند. در سال 1981 میلادی کرتو و اسمالی نتایج عجیبی را در طیف جرمی کربن تبخیر شده مشاهده نمودند و به این ترتیب فلورینها کشف شده و پایداری آنها در فاز گازی به اثبات رسید. پس فلولرین ها، اغب به ساختارهای کروی که از جنس کربن هستند، اطلاق می شود. ولی امرزه از عناصر دیگر نظیر نیتروژن نیز در ساختار آنها استفاده شده است. فولرین و فولرین های معدنی نمونه ای از آنها هستند.
1-8-8-1- کاربردهای فولرین‌ها
روان کننده های جامد
روغن موتورهای بسیار کاراتر
ارسال هدفمند داروها
درمان ایدز و سرطان با فولرین های حساس به نور
لاستیک های سبکتر، مقاومتر و الاستیک تر
جلوگیری از رشد باکتری ها
a) C60 b)c C70)فولرین درون وجهی C82 دارای عنصر لانتانیوم
شکل(1-2) انواعی از فولرن و اشکال مربوط.(a)- مولکول C60 اولین نانو توپ شناخته شده است.(b)-C70 فولرین ها بدلیل تو خالی بودن می تواند مانند کیفی در ابعاد نانو، عمل کنند[16،15،14[.
1-8-1 ابزار های تشخیص در علوم نانو
ابزارهای اندازه گیری در نانو ساختارها انواع متفاوتی را شامل می شوند:
الف)میکروسکوپ نیروی اتمی(AFM).
ب)میکروسکوپ تونلی روبشی(STM).
پ)میکروسکوپ نیروی مغناطیسی(MFM).
ت)میکروسکوپ الکترونی عبوری(TEM)15.
ث)میکروسکوپ الکترونی روبشی(SEM)16.
1-9-1- میکروسکوپ نیروی اتمی (AFM)
میکروسکوپ نیروی اتمی از الکترونهای روی سطوح استفاده می کند. میکروسکوپ نیروی اتمی دستگاه ی است که برای بررسی خواص و ساختار سطحی مواد در ابعاد نانومتر بکار می رود. انعطاف پذیری، سیگنالهای بالقوه ی متعدد، و امکان عملکرد دستگاه در مدهای مختلف، محققین را در بررسی سطوح گوناگون، تحت شرایط محیطی متفاوت توانمند ساخته است. این دستگاه امکان عملکرد در محیط خلاء، هوا، و مایع را دارد.
برخلاف اکثر روش های بررسی خواص سطوح، در این روش غالبا”محدودیت اساسی بر روی نوع سطح و محیط آن وجود ندارد. با این دستگاه امکان بررسی سطوح رسانا یا عایق، نرم یا سخت منسجم یا پودری، بیولوژیک و آلی یا غیر آلی وجود دارد. خواص قابل اندازه گیری با این دستگاه شامل مورفولوژی هندسی، توزیع چسبندگی، اصطکاک، ناخالصی سطحی، جنس نقاط مختلف سطحی، کشسانی، مغناطیسی، بزرگی پیوندهای شمیایی، توزیع بارهای الکتریکی سطح، و قطبش الکتریکی نقاط مختلف می باشد. در عمل از این قابلیتها برای بررسی خوردگی، تمیزی، زبری، چسبندگی، اصطکاک، اندازه و غیر استفاده می شود.
1-9-2- میکروسکوپ تونلی روبشی(STM)
دستگاهی است که برای بررسی ساختار و برخی از خواص سطوح(مرفولوژی) موادرسانا، مواد بیولوژیک(که تا حدی رسانا) باشند و همچنین لایه های نازک نا رسانا که روی زیر لایه رسانا لایه نشانی شده اند، در حد ابعاد نانومتر بکار می رود. کاوشگر مقدار جریان شارش روی سطوح را اندازه گیری می کند که می توان هندسه آن سطح را برآورد کرد]17.[
1-9-3- میکروسکوپ نیروی مغناطیسی(MFM)
نوک روبش دهنده آن مغناطیسی است مانند ضبط صوت و یا دیسک خوان عمل می کند. و جنس نوک سوزن آن راز تنگستن می باشد.
1-9-4- میکروسکوپ الکترونی عبوری(TEM)
برای تعیین اندازه و شکل نانو ساختارها از میکروسکوپ الکترونی عبوری استفاده می شود. این روش اندازه و شکل ذرات را با دقت حدود چند دهم نانومتر به دست می دهد که به نوع ماده و دستگاه مورد استفاده بستگی دارد. امروزه در بررسی خواص مواد نانو ساختاری از میکروسکوپ الکترونی عبوری با وضوح بالا(High-Resolution) استفاده می شود. علاوه بر تعیین شکل و اندازه ذرات به وسیله میکروسکوپ الکترونی عبوری با استفاده از پراش الکترون و سایر سازوکارهای موجود در برخورد الکترون با ماده، برخی ویژگیهای دیگر مواد نانو ساختاری مانند ساختار بلوری و ترکیب شیمیایی را می توان به دست آورد.
1-9-5- در میکروسکوپ الکترونی روبشی(SEM)
همانند میکروسکوپ الکترونی عبوری(TEM)، یک پرتوی الکترونی به نمونه می تابد. در نتیجه بعضی قسمت ها نظیر تفنگ الکترونی، عدسی های متمرکز کننده و سیستم خلآ، درهر دو دستگاه مشابه است. اما روش تشکیل تصویر و نحو بزرگنمایی کاملاً متفاوت است. علاوه بر این، TEM اصولاً برای مطالعه ساختار نمونه های حجیم در سطح یا نزدیکی سطح، استفاده می شود(توپولوژی). درک این نوع تصویر بسیار آسانتر از تصویر الکترون عبوری است. در این پایان نامه از این روش برای کارهای آزمایشگاهی استفاده شده است.
1-10- گرافن(Graphene)
صفحات گرافن از کنار هم قرار گرفتن اتم های کربن تشکیل می شوند. صفحات گرافن به عنوان یکی از آلوتروپهای کربن در یک شبکه شش وجهی(لانه زنبوری) با فاصله پیوند کربن-کربن در گرافن حدود 142/0 نانومتر است. صفحات گرافن از کنار هم قرار گرفتن اتم های کربن در شبکه های شش وجهی تشکیل می شوند. در یک صفحه گرافن، هر اتم کربن با 3 اتم کربن پیوند داده است. این سه پیوند در یک صفحه قرار دارند و زوایای بین آنها با یکدیگر مساوی و برابر با 120 درجه می باشد. در این حالت اتم های کربن در وضعیتی قرار می گیرند که شبکه ای از شش ضلعی های منظم را ایجاد می کنند. البته این ایده آل ترین حالت یک صفحه ی گرافن است. در برخی مواقع، شکل این صفحه به گونه ای تغییر می کند که در آن پنج ضلعی ها و هفت ضلعی هایی نیز ایجاد می شود. در یک صفحه گرافن، هر اتم کربن یک پیوند آزاد در خارج از صفحه دارد(اوربیتال p عمود بر صفحه). این پیوند مکان مناسبی برای قرار گیری برخی گروه های عاملی و هم چنین اتم های هیدروژن است. پیوند بین اتم های کربن کووالانسی بوده و بسیار محکم است.
بنابراین گرافن استحکام بسیار زیادی دارد آنچه لایه های گرافن را روی یکدیگر نگه می دارد، پیوندهای واندروالس بین آنهاست(برهم کنشهای π-π بین سطوح). این پیوند بسیار ضعیت است. بنابراین لایه های گرافن به راحتی می توانند روی هم بلغزند.
در ابعاد نانومتر، چند پارامتر مهم وجود دارد که تأثیر بسیاری بر خواص مواد می گذارد. ازجمله پارامترهای مهم اندازه و شکل فیزیکی نانو مواد و نحوه پیوندهای بین اتمی میان آنها می باشد.
در مورد نانو لوله های کربنی، پارامترهایی مانند طول، قطر، نحوه ی چینش اتم ها در ساختار نانو لوله، تعداد دیواره ها، نقص های ساختاری و گروه های عاملی موجود بر روی نانو لوله، از جمله خواص فیزیکی و شیمیایی هستند که در تعیین خواص آنها نقش دارند. یک نانو لوله، همانطور که از نامش بر می آید، یک استوانه ی تو خالی با قطری در حد نانو متر است. طول هر نانو لوله می تواند از چند نانومتر تا چند میکرو متر باشد. اگر یک نانو لوله‌ی تک دیواره را در نظر بگیریم، با برش دادن دیواره ی آن در راستای طول نانو لوله، یک صفحه از اتم های کربن به نام گرافن به دست می آید. شکل(1-3)[18].
شکل(1-3) برش دادن دیواره‏ی نانولوله های کربنی در راستای طول نانولوله[19].
گرافن ورقه ای دو بعدی(2D) از اتم های کربن می باشد که اتم ها با هیبرید sp2 به هم متصل شده اند[23،20].گرافن جدیدترین عضو خانواده مواد کربنی گرافیتی چند بعدی می باشد، که شامل فولرن به عنوان نانو ماده ی صفر بعدی(0D)، نانو لوله های کربنی به عنوان نانو مادهی یک بعدی(1D) و گرافیت به عنوان یک ماده سه بعدی(3D) می باشد.شکل(1-4)]24،23].
شکل(1-4) ساختار اتمی صفحه گرافن در این شکل اتم‏ های کربن با نقاط سیاه و پیوندها با نقطه چین نمایش داده شده‏ اند[18].
گرافن تک لایه، ساختار زیر بنایی برای ساخت ساختارهای کربنی می باشد که اگر بر روی هم قرار بگیرند توده های سه بعدی گرافیت را تشکیل می دهند. بر همکنش بین این صفحات از نوع واندروالسی با فاصله بین صفحه ای 335/0 نانو متر می باشد. شکل(1-5) اگر تک لایه گرافنی حول محوری لوله شود، نانو لوله کربنی شبه یک بعدی و اگر به صورت کروی پیچانده شود فلورن شبه صفر بعدی را شکل می دهد(شکل1-5)]25[.
شکل(1-5) فرمهای مختلف کربن گرافیتی[26].
در یک صفحه گرافن، هر اتم کربن یک اوربیتال از نوع p در خارج از صفحه دارد. این اوربیتال مکان مناسبی برای پیوند با برخی گروه های عاملی و همچنین اتم های هیدروژن است. پیوند بین اتم های کربن در صفحه کووالانسی بوده و بسیار محکم است. بنابراین گرافن استحکام بسیار زیادی دارد و انتظار می رود که نانو لوله های کربنی نیز استحکام زیادی داشته باشند. گرافیت نیز که یک ماده پر مصرف و شناخته شده است، از روی هم قرار گرفتن لایه های گرافن و تشکیل یک ساختار منظم تشکیل می شود. همانطور که می دانیم، گرافیت بسیار نرم است. آنچه لایه های گرافن را روی یکدیگر نگه می دارد، پیوندهای واندروالس بین آنهاست. از آنجا که این پیوندها نسبت به پیوندهای کوالانسی بسیار ضعیف می باشند بنابراین لایه های گرافن به راحتی می توانند روی هم بلغزند و به همین دلیل گرافیت(نوک مواد سیاه) نرم است]18[. لایه های گرافن از 3 تا 10 لایه را به نام گرافن کم لایه) (Few Layer Graphene و بین 10 تا 30 لایه را به نام گرافن چند لایه، گرافن ضخیمThick) (Graphene و یا نانو بلورهای نازک گرافینی می نامند]28،27[. خصوصیت بارز این لایه ها این است که از فضای بین آنها بعنوان trap استفاده می شود(شکل1-6).
شکل(1-6) ترکیبات بین لایه ای گرافیت(graphite intercalation compounds)[29].
همانطور که قبلاً گفته شد گرافن تک لایه به عنوان یک ورقه دو بعدی از اتم های کربن که به صورت شبکه ای شش ضلعی کنار هم قرار گرفته اند تعریف شده است[30] گرافن دارای هیبرید sp2 می باشد و اتم های کربن سه پیوند قوی کووالانسی() در صفحه تشکیل می دهد که ساختار شش ضلعی را تشکیل می دهند و همچنین دارای یک اوربیتال عمود بر صفحه می باشند که تشکیل

مطلب مشابه :  منابع پایان نامه با موضوعتکنولوژی، اندازه گیری، ساختار فضایی

دیدگاهتان را بنویسید