مطالعه ی تئوریکی جایگزینی آلومینیوم و فسفر در موقعیت های متفاوت نانو مطالعه ی تئوریکی جایگزینی آلو
مطالعه ی تئوریکی جایگزینی آلومینیوم و فسفر در موقعیت های متفاوت نانو
فصل اول 1-1مقدمه تعریف فناوری نانو با توجه به ماهیت و زمینه های گسترده ی فعالیت آن در عین سادگی بسیار دشوار است و شاید بتوان گفت که هنوز تعریف کامل و جامعی که بیان کننده تمام خصوصیات این پدیده باشد و وجود ندارد با وجود این در اینجا به چند تعریف مفید و کاربردی اشاره می کنیم. پیوند علم ،شیمی و علوم مهندسی که نانو تکنولوژی نامیده می شود عرصه ای را به وجود می آورد که ماشین آلات خود تکثیر کننده و محصولات خود اسمبل از اتم های اولیه ارزان ساخته شوند. این فناوری در جهانی بسیار کوچک هدایت و کنترل می شود. نانو تکنولوژی تولید مولکول(یا به زمان ساده تر) ساخت اشیا اتم به اتم به صورت توسط بازوهای رباط برنامه ریزی شده در مقیاس نانو متریک است. نانولغت یونانی به معنی کوتاه قد ویا کوتوله گرفته شده است . در گفتار علمی، یک نانومتر معادل یک میلیاردیوم متر می باشد یعنی ابعادی که در آن اتم ها باهم ترکیب شده و مولکول ها روی هم اثر متقابل دارند که چیزی حدود 18000 برابرقطر مو انسان و یا 10برابر قطر یک اتم است. به عبارتی دیگر نانوتکنولوژی تولید مولکولی یا به زبان ساده تر ساخت اشیا اتم به اتم، مولکول به مولکول توسط بازوهای رباط برنامه ریزی شده در مقیاس نانومتریک است. این اندازه، تقریبا پنهانی معادل با 3 تا 4 اتم را دارد. این فناوری ساخت ابزارهای نوینمولکولی منحصرا به فرد با بکارگیری خواص شیمیایی کاملا ساخته شده ی اتم ها و ملکول ها (نحوه پیوند آنها به یکدیگر ) را ارائه می دهد، این قابلیت تقریبا حاصل شده است. با این ایجاد ساختارهای نانو متریک، کنترل خصوصیات اساسی مواد مانند دمای ذوب، رفتار مغناطیسی، ظرفیت شارژ و حتی رنگ آن ها بدون تغییر ترکیب شیمیایی مواد، ممکن خواهد بود.]1[ 1-2 پیشینه فناوری نانو چهل سال قبل، نظریه پرداز کوانتوم و برنده جایزه نوبل، ریچارد فایمن، اولین کسی بودکه به سپیده دم قبل از طلوع فجر نگریست. وی در نطق مشهورش در سال 1959 تحت عنوان ((آن پایین فضای بسیاری وجود دارد )) اولین جرقه های رویکردبه سمت فناوری نانو را روشن کرد. وی عنوان کرد که به افزایش فراگیری دانشمندان در زمینه ساخت ترانزیستورها و سایر اندازه های مقیاس کوچک، خواهیم توانست مرتبا آنها را کوچک و کوچک تر بسازیم تا نهایتا به محدودی طبیعی خودشان بسیار لغزنده، غیر قابل شناخت و از لحاظ مکانیکی قابل اعتماد شوند. در اوایل دهه ی 90 بود که توجهات ما به سمت آنچه که ما امروز به عنوان فناوری نانو می نامیم. شتاب سرسام آوری به خود گرفت تا کشتی دانش بشری با بادبان فناوری نانو به سمت ساحل آرزوها جولان دهد.در مجموعه عمر این فناوری کمتر از 15 سال است ولی محققان پیش بینی می کنند که ظرف سه سال آینده تحولات عظیمی در این زمینه صورت خواهد گرفت و طبق گفته تیمپ در کتاب نانوتکنولوژی نقشی که این فناوری در توسعه و پیشرفت بشر ایفا خواهد کرد، بسیار بیشتر و تاثیر گذارتر از نقشی است که مارکوپولو و سفرهایش به شرق در توسعه و پیشرفت غرب ایفا نموده است.]2[ 1-3 مزایا و معایب ساخت ابزار در مقیاس مولکولی دارای مزایا و معایب بسیاری است. ازمزیت های عمده ی آن می شود به افزایش دقت کامپیوتر ها، میلیون هابرابر بیشتر از کامپیوترهای کنونی، کنترل بیماری ها توسط نانوسنسورها، کامپیوتر ها و نانو ابزارها و انجام جراحی های کنترل شده توسط آنها و هزاران مزیت دیگر را به طور مفصل ذکرخواهد شد، نام برد. به طور کلی این فناوری برای ما آینده سریع، ارزان، با تولیدات بهتر و محیط زیستی پاکیزه تر به همراه خواهد داشت. اما مهم ترین عیبی که این فناوری به دنبال خود دارد، سوق دادن این فناوری و استفاده از آن در تولید سلاح های مرگبار است که ارزان بودن این سلاح ها خود نوید خطرناک شدن آینده را برای ما به دنبال دارد. درهر صورت حرکت سریع این تکنولوژی، با این چالش ها و مزیت ها به صورتی غیر قابل اجتناب به نظر می رسد.]3و1[ 1-4 هدف فناوری نانو فناوری نانو دارای پتانسیلی قوی برای ایجاد یک انقلاب گسترده و به عبارتی انقلاب جدید نعمتی می باشد در مقیاس نانو همه ابعاد زندگی تحت تاثیر قرار خواهند گرفت. هدف اصلی نانو تکنولوژی نیز کنترل این ذرات برای رسیدن به یک ساختار جدید باخصوصیات منحصربه فرد می باشد که تحول عظیمی را در صنعت، پزشکی، کامپیوتر و کشاورزی به دنبال خواهد داشت. هدف این فناوری ساخت اشیا، اتم به اتم ، مولکول به مولکول و با یک رویکرد از پایین به بالاست، راهی که طبیعت میلیون ها سال است انجام می دهد. هدف این است که اگربشر بتواند به اتم ها بگوید که چطور خودشان را مرتب کنند و چگونه رفتار کنند، بسیاری از خواص یک ماده قابل کنترل می گردد. همان طور که در طبیعت اتم های کربن موجود در زغال سنگ را با تغییر دادن ترتیب قرار گرفتن آنان به الماس تبدیل می کنند. بنابراین خواصی مانند رنگ، استحکام و شکنندگی نیز در سطح اتمی قابل تعیین خواهند بود. دانشمندان بر این عقیده اند که اگر بتوانند یک آجر را اتم به اتم بسازند، مولکول هایش را نیز می توان طوری تعلیم داد تا هنگامی که یک طرح ظاهر می شود آن را تعمیر کنند با این که با کم یا زیاد کردن تخلخل، خود را با شرایط هوا وفق دهند. ]1و4[ 1-5 انقلاب در نانو تکنولوژی در این جهان که روز به روز در حال پیشرفت و توسعه می باشد، هیچ نوع صنعتی بدون تکیه برهمکاری ها و تحقیقات چندرشته ای نمی توانند پیشرفتی حاصل کند. مفهوم انقلاب نانو تکنولوژی نه تنها جوامع علمی را تحت تاثیر قرار داد، بلکه با انتشار مقالات فراوانی در مورد آنچه نانو تکنولوژی می تواند در آینده به بار آورد. عامه مردم رانیز باخود آشنا کرد با این حال نانوتکنوژی چیز جدیدی نیست و اگر چه این نام در سالهای 1990 ابداع شد اما می توان گفت دانشمندان از زمان پدید آمدن دانشمندان از زمان پدید آمدن رشته علمی خود روی آن کار کرده اند. درواقع پیش از دو هزار سال پیش ،از نانو ذرات در شیشه رومی استفاده شده است که در این شیشه ها خوشه های از نان ذرت طلا برای ایجاد رنگ های درخشان به کار رفته بودند[ ]. البته وجود میکروسکوپ های الکترونی نیز ما را به چهش بزرگی در پیشرفت علوم نائل ساخت. اما امروزه این میکروسکوپ برای مشاهده اتم ها مناسب نمی باشد زیرا حداکثر قدرت آن ها چیزی در حدود 10 آنگستروم می باشد. در اوایل دهه90 ما فقط می دانستیم که اتم ها و جود دارند و به شکل توده ای عمل می کنند. انواع جدید میکروسکوپ ها و برنامه های قدرتمند کامپیوتری شبیه ساز که در 10 سال اخیر توسعه پیدا کرده اند، نانو تکنولوژی را دچار یک نوع انقلاب نموده اند. به واسطه 1- توسعه رایانه های بسیار سریع و مدل سازی حاصله 2- روشهای تعیین مشخصات پیشرفته (همچون میکروسکوپ نیروی اتمی و میکروسکوپی تونل زنی پیمایشگر یا و3- روش های سنتز (همچنین فراوری سل ژل) بود که طرحی نانو مواد، میسر شد میکروسکوپ ها نه تنها به دانشمندان اجازه می دهند که اتم ها را ببینند بلکه به آنها اجازه می دهند که آنها را جابه جا کنند، همان طور که در آزمایش مشهور سال 1990 دانشمندان مرکز تحقیقاتی Almaden وابسته به لغت IBM را توسط زنون نوشتند. با اختراع میکروسکوپ تونل زنی مرورگر STM، دانشمندان موفق به مشاهده تک تک اتم ها از نزدیک شدند از این نانوسکوپ جهت عکسبرداری از هر چیزی، از سلول های ریز تا ذرات کوانتومی، استفاده شده است همچنین آنها قادر به مشاهده تولد یک مولکول دی اکسید کربن شدند. نحوه کار این نانوسکوپ به این شکل است که جریان الکتریکی که در STM توسط تونل زنی الکترون ها بین تیرک های میکروسکوپ وسطح به وجود می آید. موجب آشکار سازی فاصله بین اتم ها می شود. در این میکروسکوپ حتما بایدسطح نمونه،های جریا ن الکتریسیته باشد که این عامل خود باعث محدودیت های شده بود. از این رو در سال 1986میکروسکوپ های نیروی اتمی را به وجود آوردند تا به کمک آن سطوح غیر هادی را مورد بررسی قرار دهند، البته این میکروسکوپ علاوه بررسی ساختار سطوح، قادر به بررسی خواص مکانیکی، مغناطیسی، الکتریکی، نوری، حرارتی و شیمیایی نیز می باشد. امروز یک تیمی از فیزیکدانان یک پیشرفت علمی دیگری را اعلام کرده اند که مدارات در مقیاس اتمی را به واقعیت نزدیکتر می کند. این پیشرفت که سراب کوانتوم نام گرفت نشان می دهد که اطلاعات می توانند در میان اجسام جامد، بدون نیاز به سیم حرکت کنند. اسباب جدید عبارتند از (( چشمان، انگشتان و پنس ها)) که در جهان نانو بتوانند کار کنند. نانو تکنولوژی نوید جذب تعداد فزاینده ای از علاقمندان به علم ، بسیاری از دولت ها و صنایع گوناگون را به شرط در دست داشتن ابزار های جدید برای دیدن اشیا کوچک، می دهند. درآزمایشگاه به این مطلب پی میبرند که چگونه اتم ها و مولکول ها در یک ماده مرتب می شوند. تعدادی از آزمایشگاه ها یاد می گیرند که چگونه مولکول را در الگو های خاص مانند هرم یا چند ضلعی، خود اسمبل کنند. این مطلب به عنوان یک گام مهم در جهت ساخت مواد نانو توسط اتم به اتم به شمار می رود. ]5[ 1-6 بررسی اجمالی کاربردهای نانو فناوری توسط این فناوری می توان به موارد زیر دست یافت: 1) محصولات خود اسمبل 2) کامپیوتر هایی با سرعت میلیارد ها برابر کامپیوتر های امروز 3) سفرهای فضایی امن و مقرن به صرفه 4) نانو تکنولوژی پزشکی که باعث ختم تقریبی بیماری ها، سالخوردگی و مرگومیر خواهد شد. 5) دستیابی به تحصیلات عالی برای همه بچه های دنیا 6) احیای مجدد بسیاری از حیوانات و گیاهان منقرض شده 7) احیا و سازماندهی اراضی 8) در پزشکی، نانوذراتی که به توزیع آسان دارو در قسمت های بدن کمک می کنند، این وسایل به اصطلاح کوچک که از دارو ساخته شده اند با لایه ایی از نانو ذرات پوشیده شده اند و می توانند به قسمت های مختلفی از بدن برسند و بیماری های از قبیل سرطان را درمان کند. غدد پروستات و قطعات مصنوعی نیز ممکن است با نانو ذرات پوشیده شوند تا از عکس العمل های ناخواسته جلوگیری کنند. پیشرفت در تشخیص بیماری ها نیز قابل پیش بینی است، همانطور که دستگاهای جدیدی که بر اساس تشخیص یا پروتئین پایه گذاری شده اند و می توانند از مقدار ناچیزی خون به طور همزمان ،وجود چندین بیماری را تشخیص بدهند. 9) در صنایع الکترونیکی ، توسط کامپیوترهای سریعتر و بهتر در اندازه های بسیار کوچک مدنظر هم اکنون یک حد مغناطیسی با اندازه حدود نانو تولید شده که اطلاعات را از دیسک سخت می خواند . همچنین تراشه های حافظه با اندازه نانو مد نظر هستند که قدرت ذخیره ایی برابر با هزاران تراشسه فعلی را دارا خواهند بود . ]6[ 10) در علوم زیست محیطی ، غشای نانویی ، فیلترهایی برای جلوگیری از نفوذ آلودگی ها هستند که قادر خواهدن بود تا آلودگی ها را با روش شیمیایی با بیولوژیکی پیدا کرده و برطرف کنند . ]6[ 1-7 اصول پایه نانو تکنولوژی : نانو تکنولوژی ، سریع و نوینی است که امکان کار ، دستکاری و تولید ابزار ، مواد و ساختارهایی در سطح مولکولی و حتی اتمی توسط در ساختارهای عملکردی در بعد نانومتر را می دهد. واژه نانو از یک کلمه یونانی به معنای (کوچک یا ریز) مشتق شده است نانو به اندازه بین یک تا صد نانومتر می گویند. طول موج نور مرئی بین 400-700 نانومتر و سلول زنده اندازه ایی معادل یک میکرون (1000 نانومتر) دارد . در دسته بندی مسائل نانویی همچنان مسائل حل نشده بسیاری وجود دارد. اما شاخه های زیر اساس نانو تکنولوژی را نشان می دهند: 1- نانوذره، نانو مواد، بیومواد 2- نانولوله ها 3- نانو کامپوزین، نانو کپسول 4- نانو سنسورها و بیوسنسورها 5- نانوفیلتر، نانو ماشین 1-8 عناصر پایه در فناوری نانو تفاوت اصلی فناوری نانو با سایر فناوری ها در مقیاس مواد و ساختارهایی که در این فناوری مورد استفاده قرار می گیرند، می باشد البته تنها کوچک بودن اندازه مد نظر نیست بلکه زمانی که اندازه مواد در این مقیاس قرار می گیرند، خصوصیت ذاتی آنها از قبیل رنگ، استحکام، مقاومت و خوردگی و ... تغییر می کند در حقیقت تفاوت این فناوری با سایر فناوری ها به عنصر پایه آن برمی گردد این عناصر همان عناصر نانو مقیاسی هستند که دارای خواص متفاوت با مقیاس ماکروشان می باشند. اولین و مهمترین عنصر پایه نانو ذرات هستند. جهت کپی مطلب از ctrl+A استفاده نمایید نماید |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
