نام بسته : مبانی نانوتکنولوژی

—————————————————————————

فهرست 

نانوتکنولوژی

نانوساختار ها

محدودیت کوانتومی

بلورها

عدد کئوردینانسی(CN)

روشهای ساخت مواد نانوکریستالی

اجسام رسانا و غیر رسانا

رسانایی الکترونیکی در مواد جامد

نظریه نواری جامدات و جرم موثر

مساحت سطحی نانوذرات

سنتز مواد نانو

نانوذرات صفربعدی

نانوساختار های تک بعدی

نانوساختارهای دوبعدی

نانوساختارهای سه بعدی

سل – ژل

نانوکامپوزیت ها

اصلاح سطح فاز نانو

ترمودینامیک و مکانیک آماری سیستم های کوچک

شناسایی مواد نانو

آماده سازی نمونه

میکروسکوپ الکترونی عبوری(TEM)

میکروسکوپ های الکترونی روبشی(SEM)

روشx-Ray

کاربردهای نانوذرات

شیمی معدنی

شیمی تجزیه

شیمی آلی

شیمی فیزیک

ریاضی

آزمون خودسنجی با پاسخ

منابع این بسته درسی

بخش هایی از بسته درسی مبانی نانو تکنولوژی

نانوتکنولوژی

تعریف : نانوتکنولوژی فناوری موادی است که در ابعاد نانو می باشد. برای افزایش عملکرد نانو سایز ذرات، توزیع اندازه ذرات، نسبت سطح به حجم زیاد، مورفولوژی سطح و تغییر خصوصیات فلزی مورد بررسی هستند.

نانوساختار ها

بر اساس ابعاد تقسیم بندی می شود: 1) نانوساختار صفر بعدی. 2) نانوساختار یک بعدی. 3) نانوساختار دوبعدی. 4) نانوساختار خاص

در وهله دوم نانوساختارها باید خواص مرتبط با اندازه و متفاوت از حالت معمول یا اصطلاحاً حالت بالک ‏داشته باشند. یعنی با تغییر اندازه به ابعاد نانو تغییر خواص مواد را شاهد باشیم. عموماً خواص جدید ‏حاصل از یک یا چند پدیده زیر می باشد.‏

الف)ازدیادسطح
در هر فرایند شیمیایی که یکی از واکنش دهندها در آن جامد باشد سطح اهمیت پیدا می کند. زیرا از دیدگاه ‏سینیتیک واکنش، ابتدا باید اتمهای سطح واکنش داده تا بقیه اتمها در معرض واکنش دهنده قرار گرفته ‏و واکنش ادامه پیدا کند. برای روشن شدن مطلب به مقایسه واکنش زنگ زدن یا خوردگی آهن و آلومینیم ‏می پردازیم. در فلز آهن پس از اینکه سطح آن زنگ می زند اکسید آهن متخلخل ایجاد می شود. آب و ‏اکسیژن می توانند به داخل این لایه متخلخل نفوذ کرده و با آهن واکنش داده مجدداً اکسید آهن تشکیل ‏می شود و تکرار این فرایند باعث می شود تمامی آهن به اکسید آهن مبدل شود. اما اکسید آلومینیم ‏روی سطح را طوری می پوشاند که به اکسیژن اجازه ورود نداده و باعث توقف خوردگی می شود.‏

ب)کوانتیزه شدن ترازهای انرژی

به تبدیل مقادیر پیوسته به یکسری حالات گسسته کوانتیزه شدن گفته می شود. به تعبیر ساده در یک ‏جامد بالک، ترازهای انرژی در هم فشرده و به صورت یک نوار در می آیند (شکل زیر). از دیدگاه عملی ‏یک الکترون می تواند انرژیهای متفاوتی دریافت و به تراز انرژی بالاتر برود. اما در یک نانوساختار الکترون ‏باید دقیقاً مقدار مشخصی انرژی دریافت کند تا به تراز بالاتر صعود کند. ‏

شکل1. تغییر ترازهای انرژی به نوار های انرژی از اتم منفرد تا حالت بالک

پ) اهمیت یافتن نیروهای واندروالس

نیروهای واندروالس در اثر دوقطبی های لحظه ای درشت مولکولها پدید آمده و به دلیلی ضعیف بودن این ‏نیرو غالباً از آن چشم پوشی می شود. اما چندی پیش دانشمندان دریافتند تقریباً روی همه چیز در کره ‏زمین با آب پوشانده شده این امر را مرتبط با نیروی واندر والس دانستند. از دیدگاه نانو لایه آب به قدری ‏نازک است که می تواند حتی روی سطوح قائم قرار بگیرد بدون اینکه نیروی وزن آن را سرازیر کند. مورد ‏جالب دیگر تحقیقاتی بروی مارمولک بود که با عنوان نانو مکانیک عرضه شد. دانشمندان دریافتند زیر ‏پاهای مامولک با نانو الیافی پوشانده شده که در نوک این نانو الیاف یک پرچم قرار دارد. این ‏پرچم ها در حقیقت یک لایه با ضخامت نانومتری بوده و زمانی که این پرچمها کاملاً روی سطح پخش می ‏شوند (درست مثل مولکول های آب) می توانند وزن مارمولک را تحمل کنند و این حیوان قادر است حتی ‏روی شیشه های صیقلی در حالت قائم راه برود. نتایج این تحقیقات به ساخت نوعی چسب منتهی شد که ‏‏200 بار از نوع غیر نانویی آن قویتر است.‏

آزمون خودسنجی:

1. کدام نقص زیر از نقوص غیر استوکیومتری نقطه ای محسوب نمی شود.

1) اسکاتکی

2) ترمودینامیکی

3) لبه ای

4) فرنکل

2. نیروهای موجود در یک سیستم نانویی با استفاده از چه روش شناسایی مواد قابل تشخیص است.

1) STM

2) TEM

3) SEM

4) AFM

پاسخ تشریحی

1. گزینه 3. با توجه به اینکه نقص غیر استوکیومتری شامل دو دسته نقطه ای و جابجایی است و نقص اسکاتکی و فرنکل یا همان نقص ترمودینامیکی (به علت مشاهده در دماهای بالا) جزء نقص های نقطه ای دسته بندی می شوند. در صورتی که نقص جابجایی به دو دسته لبه ای و پیچشی تقسیم می شود.
2. گزینه4: با استفاده از روش AFM نیروهای واندروالس را شناسایی می کنند همچنین با این روش شناسایی نیروهای موجود در سیستم نانو بیان و تعیین می گردند.

برای مشاوره اینجا بزنید