نانو ساختارها Nano structures تهیه و تنظیم : فرزاد حسینی نسب [email protected] نانوفناوری : علم طراحی ، ساخت و استفاده از مواد نانوساختار است .
Download ReportTranscript نانو ساختارها Nano structures تهیه و تنظیم : فرزاد حسینی نسب [email protected] نانوفناوری : علم طراحی ، ساخت و استفاده از مواد نانوساختار است .
نانو ساختارها Nano structures تهیه و تنظیم : فرزاد حسینی نسب [email protected] نانوفناوری :علم طراحی ،ساخت و استفاده از مواد نانوساختار است. مواد نانوساختار به دلیل خواص فیزیکی و شیمیایی متفاوت و بهبود یافته مورد توجه قرار گرفته اند. نانوساختارها (نانو مواد) :حداقل یکی از ابعاد آنها در محدوده نانومتر ( 1تا 100نانومتر) است. انواع نانوساختارها : صفر بعدی :نانوذرات یک بعدی :نانوسیم ها دو بعدی :الیه های نازک سه بعدی :مواد بالک نانوساختار Nano particles Thin films Nano wires Carbon nano tubes چگالی حاالت روش های تولید Fabrication methods Top-Down Bottom-Up Top-Down process Bottom-Up Process Milling Vapour phase decomposition Lithographic processes Plasma-assisted deposition Severe plastic deformation Molecular beam epitaxy Machining Electrodeposition Rapid solidification/crystallization Sol-gel methods مواد بالک نانوساختار )(Bulk nanostructured materials نانوکامپوزیت ): (Nanocomposite کامپوزیت ،از کلمه to composeبه معنی ترکیب کردن و مخلوط کردن مشتق شده است. کامپوزیت تقویت کننده )(Reinforcement زمینه )(Matrix مهمترین ویژگی کامپوزیت ها دارای خواص و ویژگی هایی هستند که هیچ یک از فازهای تشکیل دهنده به تنهایی نمی توانند آنها را داشته باشند . چند نمونه از کامپوزیت ها با ترکیب کاه و گل ترکیبی حاصل می شود که هم از کاه و هم از گل قوی تر است. چوب مثال خوبي از يك كامپوزيت طبيعي است كه تركيبي از الياف و چسب باشد . مي بتن و فوالد تركيب مي شوند تا بتن مسلح را ايجاد كنند. تاير الستيكي تركيبي از مخلوط الستيك و تقويت كننده اي نظیر فوالد ،آراميد يا نايلون می باشد. در صورتی که تقویت کننده جز مواد نانو ساختار (نانوذرات ،نانو سیم ها ،نانولوله ها و )...باشد ،نانو کامپوزیت ها تشکیل می شوند. خواص نانوکامپوزیت ها: استحکام باال وزن کم قابلیت طراحی بهتر عمر زیاد انعطاف پذیری باالتر خوردگی کم کاربردهای نانوکامپوزیت ها: ایجاد خاصیت رسانایی در پلیمرها تهیه پالستیک های نگه دارنده مواد غذایی استفاده در ژل ها و کرم های ضد آفتاب استفاده در بدنه های اتومبیل و هواپیما سنسور سوخت جامد راکت میزان و اندازه جزء تقویت کننده در خواص نانوکامپوزیت ها موثر است. :مواد نانوساختار حاصل از روش های تغییرشکل شدید پالستیک (c) (a) (b) (a) High Pressure Torsion straining (HPT) (b) Equal-channel Angular Pressing (ECAP) (c) Accumulative Roll Bonding (ARB) با انجام سه مرحله فرآیند آنیل (بازیابی ،جوانه زنی مجدد و رشد دانه) ،ریزدانگی اتفاق می افتد. تقسیم دانه ها هنگام تغییر شکل باندهای برش ی آلیاژ برنج 50 %کارسرد شده مراحل مختلف بازیابی و تشکیل مرزهای فرعی شکلی از مراحل مختلف فرآیند آنیل میزان کرنش اعمالی و شرایط آنیل ،در اندازه دانه های نهایی موثر است. خواص این نوع مواد نانوساختار: استحکام بیشتر انعطاف پذیری مناسب مقاومت به خستگی باالتر الیه های نازک Thin films الیه نازك به ماده یا موادي گفته می شود که به صورت پوشش بر یک سطح یا ماده دیگر ،سبب ایجاد خواص الکترونیکی ،فیزیکی و مکانیکی جدیدي شود. تکنولوژی ساخت -1مراحل و روش های مختلف تهيه و ساخت اليه هاي نازك -2تعيین خواص كيفي و كمي اليه هاي ساخته شده -3كاربردهاي عملي اليه هاي نازك انواع الیه های نازک الیه های بسیار نازک با ضخامت کمتر از 5نانومتر الیه های نازک با ضخامت بین 5تا 500نانومتر الیه های ضخیمتر با ضخامت بیش از 500نانومتر همچنین اليه ها را مي توان از دیدگاهی دیگر به اليه هاي فلزي ،نيمه رسانا، عايق و الیه های ساخته شده از مواد آلي تقسيم كرد. روش ساخت به منظور ساخت الیه نازك می بایست به گونه اي اتم ها و یا مولکول هاي ماده مورد نظر را از چشمه بر روي جسم دیگري که زیر الیه یا بستر نامیده می شود ،فرستاد. g gsur vac (1 ) ( gsur lay glayvac ) انواع روش ها : CVD -1 PVD -2 MBE -3 کاربردهای الیه های نازک حفاظت در برابر پديده هاي سطحي چون سايش ،خوردگي و خستگي ساخت سلول های خورشیدی تغییر خواص الکتریکی و مغناطیس ی تغییر خواص اپتیکی نانو سیم ها Nano wires نانو ساختارهای تک بعدی تحت عناوین ویسکرزها ،نانوالیاف ،نانوسیم ها و نانومیله ها شناخته می شوند. یکی از خصوصیات بارز نانوسیم ها ،انتقال جریان الکتریکی موازی با محور سیم است. به دلیل سطح مقطع بسیار کوچک ،کمترین مانع در مسیر حرکت الکترون ها وجود دارد. انواع نانوسیم ها نانوسیم های فلزی :کارایی زیاد در قطعات الکتریکی مانند نانوسیم نقره. نانوسیم های آلی :ویژگی این سیم ها ( نظیر رسانایی و هدایت گرمایی) به ساختار مونومر و طرز آرایش آن بستگی دارد. نانوسیم های نیمه هادی :مانند نانوسیم های سیلیکونی ،این نانوسیم ها بیشترین کاربرد را در عرصه پزشکی مانند تشخیص نشانه های سرطان ،رشد سلول های بنیادی و ... نشان داده است. شکل های نانوسیم نانوسیم ها ممکن است کریستالی ،غیر کریستالی و یا در بعض ی حالت شکل مارپیچی به خود بگیرند. کریستالی نبودن آنها به دلیل یک بعدی بودنشان است. روش‌هاي عمده براي ساخت نانوسيمها ليتوگرافي يا چاپ روي يک سطح فرآيند رشد شيميايي در يک محيط گازي يا مايع: استفاده از نانوذرات کاتاليست براي رشد نانوسيمها خودآرايي براي رشد مستقيم يک نانوسيم روي يک سطح (موازي با سطح): نانوسيمهای با قطر چند نانومتر و فاصله ده نانومتر يا کمتر از یکدیگر اتم ها و مولکول ها به طور خود به خود مرتب می شوند. مولکول ها به طور طبیعی بر اساس نیروهایی که ساختار ماده به آن ها تحمیل می کند ،در مکان هایی قرار می گیرند که کمترین انرژی را داشته باشند. مشکل این روش عدم تسلط بر آرایش است. حكاكي شيميايي سيمهاي بزرگتر و يا با بمباران يك سيم بزرگتر توسط ذرات پرانرژي ديگر (اتم يا مولكول) برجستهكردن سطح يك فلز نزديك به نقطه ذوب با استفاده از نوك پروب STMو منقبض كردن آنها روش سنتز بخار-مايع-جامد ( ) VLS در اين روش از ذرات تجزيه شده توسط لیزر و يا از محصوالت گازي استفاده ميكنيم. کاربرد نانوسیم ها نانو الکترونیک : در رایانه ها و سایر دستگاه های محاسبه گر پزشکی : در تشخیص بیماری ها )(Si, GaN استفاده در رگهای خونی برای تحریک اعصاب )(Pt برای هدفمند ساختن رشد سلول های بنیادین )(Si اپتیک : ساخت دیودهای نور افشان ) (LEDاز تقاطع دو نانو سیم ساخت لیزر )(ZnO زیستی : مولکول DNA نانو سیم های مغناطیس ی : برای ذخیره اطالعات ) ،(Co, Co-Cu, Ni, Feنانو سیم ها را نمی توان از یک حدی به یکدیگر نزدیکتر کرد و محدودیت در ذخیره اطالعات وجود دارد. هر چه چیدمان نانو سیم ها منظم تر باشد، ذخیره سازی اطالعات بهتر صورت می گیرد. سنسور : مزاياي سنسورهاي نانوسيم کوچکتر حساس تر نياز کمتر به انرژي واکنش سریعتر در محيط هوا ،مولکول هاي اکسیژن به طور عمومي روي سطح ZnOبه عنوان O2-, O-, O2-جذب مي شوند. نانولوله های کربنی ساختارهای مختلف اتم های کربن شكل گیري نانولوله ها از صفحات گرافین ساختار نانولوله هاي كربني نانولوله های کربنی بر اساس نحوه ی پیچیده شدن به سه دسته تقسیم می شوند. نانولوله ها در دسته نانوسیم های فلزی و نیمه رسانا قرار می گیرند. نانولوله های Armchairفلزی هستند. دو سوم نانولوله های تولید شده نیمه رسانا و یک سوم فلزی هستند. 45 تعیین نوع نانولوله ها Ch ma1 na2 d a(m 2 m n n 2 )1/ 2 3n arctan( ) 2m n 2m n int eger metal 3 0, (m, n) ( p,0), p int eger zigzag if 30 , (m, n) (2 p, p)or( p, p) armchair تعیین نوع نانولوله ها با استفاده از STM نیمه رسانا فلزی انواع روش های سنتزنانولوله های کربنی تبخیر لیزري يک پرتو لیزري براي بخار کردن گرافيت در کوره. پرشدن کوره از شار گاز آرگون يا هليم با فشار .500Torr شکل گیری بخار بسيار داغ سرد شدن بخار مفروض متراکم شدن بخار اتم ها و مولکول هاي کربني کوچک براي تشکيل خوشه هاي بزرگتر. متراکم شدن کاتالیست و ممانعت از نزديک شدن بیشتر خوشه های کربنی به یکدیگر. تبدیل شدن مولکول هاي لوله اي اولیه به نانولوله هاي کربني تک ديواره. روش رسوب شيميايي بخار 49 مراحل انجام آزمایش 50 اليه نشاني کاتاليست توسط PVD نقره کبالت Al/Co/Al مراحل انجام آزمایش 51 سنتز نانولوله های کربنی توسط کوره پمپ روتاری حمام هیدروکربن فلومتر گاز آرگون لوله کوارتز CVD شرح دقیق مراحل انجام آزمایش شست وشوی نمونه های شیشه و Si اليه نشاني کاتاليست )Al(10nm)/Co(2nm)/Al (0.5nm قرار دادن نمونه ها را در لوله کوارتز ورود پمپ چرخش ي يا روتاري را به مدار کرديم تا رسیدن به خالء 10-3 mbar ورود گاز آرگون با آهنگ 200cc/min روشن کردن کوره و تنظیم برنامه دمايي مورد نظر انجام فرآيند بازپخت به مدت 15min ورود هیدروکربن (اتانول) به مدار پس از انجام فرآیند بازپخت خنک نمودن کوره تا رسیدن به دمای اتاق 52 خواص نانولوله های کربنی رسانندگی باال در حالت فلزی انتقال دهنده ضعیف میدان مغناطیس ی هدایت گرمایی باال گسیل میدانی استحکام بسیار زیاد (تقریبا 20برابر فوالد) انعطاف پذیری بسیار مناسب مقاومت مغناطیس ی در درمای پایین ) ri 4 (r I 4 0 4 FL3 D 3EI کاربرد نانولوله های کربنی توسعه نمایشگرهای صفحه تخت استفاده در المپ های خالء محافظ تابش الکترومغناطیس در صنایع نظامی پیل های سوختی رایانه حسگرهای شیمیایی کاتالیز تقویت مکانیکی نانوذرات Nano particles تجمعی از واحدهای سازنده (اتم ها یا مولکول ها) با اندازه ای بین 1تا 100 نانومتر. خواص منحصر به فرد نانوذرات: افزایش سطح نسبت به حجم :درصد اتم های روی سطح نانوذرات و تعداد پیوندهای شکسته شده ،نسبت به مواد حجیم بیشتر است. حضور قوانین فیزیک کوانتوم استفاده تاریخی: رابطه اندازه و رنگ نانوذرات گذارهای القا شده توسط نور بین ترازهای انرژی ،رنگ نانوذرات را تعیین می کند. شباهت با اتم ها و ساخت اتم های مصنوعی شکل نانو ذرات کروی مکعبی هرمی استوانه ای مخروطی منشوری کاربردهای نانوذرات پزشکی الکترونیک کامپیوتر خودرو کاتالیست تصفیه آب و فاضالب اپتیک بهداشتی با تشکر از توجه شما Any Question?