مبتني بر يک ساختار موجبر اُپتيکي نوسانگر مزدوج است که امکان اتصالات اُپتيکي روي تراشه را فراهم

 مي‌آورد. اين کار يک گام اصلي ديگر به سمت ايجاد ابزارهاي فوتونيکي اَبَرفشرده و محاسبات تمام‌نوري

 است.

در این مقاله درباره مواد هوشمند نوع اول شرح مختصری می آوریم.

● نانو دانش و فنون مقیاس نانو                                             

در این نوشتار با دو دسته از مواد هوشمند نوع اول آشنا خواهیم شد که آشنایی با آنها دید مناسبی از نحوه عملکرد سایر مواد این گروه به ما خواهد داد.                                               

کربن ممکن است اهميت خود را در دنياي نانو از دست بدهد. طبق تازه‌ترين محاسبات محققان چيني، نانولوله‌هاي ساخته‌شده ‌از عنصر بور مي‌توانند تعداد زيادي از همان خواص نانولوله‌هاي کربني که در دنياي نانو اهميت زيادي دارند، را داشته باشند و براي بعضي از کاربردهاي الکترونيکي، آنها حتي مي‌توانند بهتر از کربن باشند. نانولوله‌هاي بور نسبت به شش‌ضلعي‌هاي متصل به‌هم سادة نانولوله‌هاي کربني، شكل پيچيده‌تري را خواهند داشت؛ چون شيمي بور اجازه چنين الگوهايي را نداده و چنين ساختارهايي از بور ناپايدار خواهند بود.

محققان با کمک فناوري‌نانو مي‌توانند چگونگي توليد کردن، به دام انداختن، انتقال دادن، و ذخيره کردن الکترون‌هاي آزاد با يک ماده، را آزمايش و کنترل کنند. اين خواص در تبديل انرژي خورشيد به الکتريسيته خيلي مهم هستند. هم‌اکنون محققان چيني و آمريکايي با ترکيب دو روشِ مبتني بر فناوري‌نانو براي مهندسي مواد پيل خورشيدي، افزايش بازده پيل‌هاي خورشيدي را نويد مي‌دهند. در يکي از اين روش‌ها، فيلم‌هاي نازک نانوذرات اکسيد فلزي از قبيل دي اکسيد تيتانيوم آلاييده با عناصر ديگر از قبيل نيتروژن، استفاده مي‌شود. راهبرد روش دوم، به‌کارگيري نقاط کوانتومي است که نور مرئي را به‌شدت جذب مي‌کنند و براي افزايش تبديل انرژي خورشيدي، الکترون‌ها را داخل يک فيلم اکسيد فلزي تزريق مي‌کنند. نانوذرات اکسيد فلز آلاييده و نقاط کوانتومي، هر دو جذب نور مرئي به‌وسيله اکسيدهاي فلزي را افزايش مي‌دهند.

شيميدان‌هاي دانشگاه بوفالو روش جديدي براي رشد فيلم‌هاي نازک اکسيد روي خالص شيميايي يافته‌اند که حاوي نانوساختارهاي چگال شبيه موي زبر مي‌باشند. همچنين آنها روش جديدي براي نشاندن اين فيلم‌هاي نازک روي بسترهايي همانند پليمرها، پلاستيک، و نوارها که به دما حساس مي‌باشند، توسعه داده‌اند.

دانشمندانی از مؤسسة تحقیقات فیزیکی و شیمیایی ژاپن(RIKEN) موفق به ساخت نانوسیم‌های الکتریکی با ضخامت یک نانومتر شده‌اند که روی آنها لایه‌ای از عایق قرار دارد. با این کار دانشمندان یک قدم در مسير توسعه افزاره‌های حافظه‌ای ابرچگال و ماشین‌های مولکولی، و تبدیل به واقعیت‌ کردن آنها نزدیک‌ترگشته‌اند. این محققان در فرایندی که شامل ترکیبی از مولکول‌های آلی رسانا و نارساناست، به گونه‌ای که خودشان را در یک پیکربندی مطلوب منظم می‌کنند، توانستند بلورهای نانوسیمی عایق‌بندی‌شده را رشد دهند. درست است که دانشمندان در گذشته موفق به ساخت نانوسیم‌هایی از نانولوله‌های کربنی، فلزات و سایر مواد شده‌اند، ولی چالش بزرگ باقی‌مانده، نحوه عایق‌کاری این سیم‌های ریز برای قابل استفاده بودنشان در مدارهای مجتمع است، تا از ایجاد اتصال کوتاه جلوگیری شود. چالش دیگری هم وجود دارد و آن گسترش فناوری است که بتواند این نانوسیم‌ها را در یک آرایه منظم قرار دهد. محققان RIKEN با توسعه یک فرایند رشد نانوسیم که از مشتقات تتراثیافول والن(TTF) – یک مولکول آلی که رسانای الکتریکی است – و مولکول‌های خنثی ـ که شامل ید نارسانا(HFTIEB) هستند و می‌توانند به‌صورت خودآرا به بلورهای نانوسیمی عایق‌بندی‌شده تبدیل شوند ـ توانستند بر این چالش‌ها فایق آیند. این محققان که با موفقیت این نانوسیم‌ها را داخل الگوهای منظم، نظم‌دهی کرده‌اند؛ توانستند با کنترل ساختار بلوری، ساخت نانوسیم‌های دو- رسانا و نیز عایق‌کاری آنها با ضخامت‌های مختلف را نشان دهند. نتایج به دست‌آمده نشان می‌دهد که به‌زودی امکان مهندسی این نانوسیم‌های عایق‌بندی‌شده، در کاربردهای عملی ممکن خواهد شد. این محققان می‌گویند که نانوسیم‌های عایق‌بندی‌شدة RIKEN، قابلیت استفاده به‌عنوان یک مؤلفة اساسی در محیط‌های ذخیره‌سازی سه‌بعدی ابرچگال ـ که برمبنای آرایه‌های حافظه‌ای مولکولی هستند ـ را دارند. آنها نشان داده‌اند که افزاره‌های حافظه‌ای ساخته‌شده با این فناوری، قادر به ذخیرة صد پتابایت(صد میلیون گیگابایت) داده در هر سانتی‌متر مکعب است که این مقدار حدود400 هزار برابر بیشتر از حافظة هارد رایانه‌های رومیزی امروزی(GB250) است که به ‌اندازه یک حبه قند است. این محققان اضافه کردند كه با استفاده از این فناوری در مدارهای منطقی، انقلابی در صنعت الکترونیک ايجاد خواهد شد. این محققان نتایج کار خود را با عنوان «جلدگیری نانوسیم‌های رسانا با شبکه‌های عایق‌کاری ابرمولکولی بر اساس کاتیون‌های آزاد آلی» در مجلة ACSNano منتشر کرده‌اند.

گروه تحقيقاتي فيزيک و نجوم دانشگاه واترلو نشان دادند که چگونه بعضي از جامدات در مقياس‌نانو، رفتاري مانند مايعات از خود نشان مي‌دهند.

پژوهشگران دانشگاه واترلو، پروفسور جيمز فورست و دانشجوي وي زهرا فخرائي، قدم مهمي در کشف چگونگي اندازه‌گيري مواد پليمري با استفاده از فناوري‌نانو برداشته‌اند.

آنها خواص گروه بزرگي از مواد طبيعي و مصنوعي را در مقياس‌نانو بررسي نمودند. فورست، متخصص فيزيک مواد و لايه‌هاي نازک پليمري مي‌گويد: ما به اين پرسش پاسخ مي‌دهيم که مواد در مقياس‌نانو چه خواصي دارند. هرچه فناوري، بيشتر به سمت مقياس نانو حرکت مي‌کند، پاسخ به اين سوال اهميت بيشتري پيدا مي‌کند.

به عبارت ديگر، دانشمندان خواص توده‌اي موادي مانند طلا يا پلي‌استايرن (مادة پلاستيکي محکمي که در ساخت استايروفوم به‌کار مي‌رود) را مي‌دانند، اما اين بدان معنا نيست که چنانچه نمونه‌اي با اندازة نانومتري بررسي شود يا با ابزاري با دقت نانومتري مورد مطالعه قرار گيرد، خواصي مشابه حالت توده‌اي را مشاهده خواهيم کرد. در تحقيق انجام شده توسط اين گروه، تنها چند نانومتر اول از سطح پلي‌استايرن مورد بررسي قرار گرفته است. اين پژوهشگران روشي را ابداع کرده‌اند که در آن خواص ديناميکي منطقة نزديک سطح با وضوح نانومتري اندازه‌گيري مي‌شود.

آنها دريافتند که حتي زمانيکه توده‌اي از اين مواد به حالت جامد است، سطح آن به طور ذاتي شبيه مايع رفتار مي‌کند. اين کشف در برگيرندة نکات بسيار زيادي در فرآوري پليمر‌ها يا حتي در ساير کاربردهايي (مانند نانوليتوگرافي) که در آنها لاية بسيار نازکي از پليمر مورد استفاده قرار مي‌گيرد، مي‌باشد.

فورست مي‌گويد: نکتة جالب اين روش اين است که ايدة واقعي آن متعلق به 500 سال پيش است و تاکنون مشکلي بزرگ بوده که طي يک دهه بر روي جزئيات آن مطالعه شده، اما تاکنون کسي به اين آزمايش بسيار ساده پي نبرده بوده است.

نتايج اين بررسي تحت عنوان اندازه‌گيري ديناميک سطح پليمرهاي شيشه‌اي در مجلة Science Magazine منتشر شده است.

منبع

شايد روزي بتوان از الياف کربني که قطر آنها تنها يک دهم قطر موي انسان بوده اما مقاومت آنها سه برابر فولاد است، براي جلوگيري از نشر حرارت و تابش از نسل بعدي رآکتورهاي هسته‌اي استفاده کرده و ايمني آنها را افزايش داد. محققان در حال طراحي رآکتورهاي GEN IV مي‌باشند تا بتوانند انرژي ارزان‌قيمتي توليد کرده و در عين حال مکانيسم ايمني دروني داشته باشند که رآکتورهاي فعلي فاقد آن هستند.

عناصر پایه در فناوری نانو تفاوت اصلی فناوری نانو با فناوری‌های دیگر در مقیاس مواد و ساختارهایی است که در این فناوری مورد استفاده قرار می‌گیرند. البته تنها کوچک بودن اندازه مد نظر نیست؛ بلکه زمانی که اندازه مواد دراین مقیاس قرار می‌گیرد، خصوصیات ذاتی آنها از جمله رنگ، استحکام، مقاومت خوردگی و ... تغییر می‌یابد. در حقیقت اگر بخواهیم تفاوت این فناوری را با فناوری‌های دیگر به صورت قابل ارزیابی بیان نماییم، می‌توانیم وجود "عناصر پایه" را به عنوان یک معیار ذکر کنیم. عناصر پایه در حقیقت همان عناصر نانومقیاسی هستند که خواص آنها در حالت نانومقیاس با خواص‌شان در مقیاس بزرگتر فرق می‌کند.

روانكاری یا Lubrication علم تسهیل حركت نسبی سطوح در تماس با یكد یگر تعریف شده است. عدم روانكاری صحیح ماشین آلات، علاوه بر آنكه باعث تقلیل راندمان مكانیكی و پایین آمدن بازده زمانی ماشین می شود، منتج به فرسایش بیش از حد، فرسودگی و از كار افتادگی زودرس آنها نیز می شود.
در گذشته برای روانكاری از روغن های پایه استفاده می شد، ولی امروزه با به وجود آمدن موتورهای سبك و تندرو، استفاده از روغن های پایه جوابگوی نیاز دستگاهها نیست.
به همین منظور و برای ساخت یك روغن كه بتواند مشخصات لازم را بر حسب عملكرد مورد نظر، داشته باشد، روغن پایه و مواد افزودنی با یكدیگر مخلوط می شود تا بتوان شرایط لازم برای كار موتور و همچنین محافظت از موتور را به وجود آورد.

دانشمندان كانادا و آلمان روش هاى جديدى را براى ذخيره سازى هيدروژن ارائه كرده اند. در اين روش كه برمبناى ذخيره گاز هيدروژن بين لايه هاى گرافيت است، لايه هاى گرافيت حدود چند نانومتر از يكديگر فاصله دارند. اين شيوه، روش جديد و عملى مناسبى براى دستيابى به ابزارهاى ذخيره هيدروژن در سلول هاى سوختى محسوب مى شود. استفاده از گرافيت براى ذخيره كردن هيدروژن بهتر از مواد ديگر حتى نانو لوله هاى كربنى است، زيرا ارزان تر، غيرسمى و توليد آن آسانتر است.

يك شركت صنايع الكتريكى ژاپن فروش نوع جديدى از سشوارها را كه در آنها از فناورى نانو استفاده شده آغاز كرد. اين سشوارها با دميدن يون هاى نانومترى مو را مرطوب نگه مى دارند. قيمت اين سشوارها هم در حدود ۱۸ هزار ين ژاپن (۱۶۵ دلار آمريكا) تعيين شده و اين شركت در نظر دارد ۹ هزار دستگاه از آنها را در ماه توليد كند. در اين دستگاه از مولدهاى نانويونى استفاده شده است كه قبلاً در تصفيه كننده هاى هواى توليدى اين شركت به كار مى رفت. مخزن اين دستگاه ها با آب ويژه و يا آب خالص شده موجود در بازار، پر مى شود. با اعمال ولتاژ بالا، قطرات كوچك به شعاع ۱۸ نانومتر تشكيل مى شود و سپس اين قطره ها روى موى سر دميده شده و آن را مرطوب مى كنند. به ادعاى اين شركت، اين يون ها به دليل همراه داشتن آب زياد، مى توانند به ترميم موهاى آسيب ديده كمك كرده و آنها را تقويت كند. محققان شركت «ماتسوشيتا» بر اين باورند كه اين سشوارهاى جديد در مقايسه با سشوارهايى كه يون منفى توليد مى كنند و آب كمترى دارند، نتيجه به مراتب بهترى دارند. به اين ترتيب اين شركت مى تواند تقريباً نيمى از بازار سشوار ژاپن را در اختيار بگيرد. به علاوه آنكه با توليد اين محصول اين شركت مى تواند بيش از پيش از رقباى خود جلو افتاده و قيمت متوسط هر دستگاه از اين سشوارها را هم بالا ببرد.

پژوهشگران آمريكايي نانوچسب نيرومندي درست كرده‌اند كه از زنجيره‌هاي مولكولي براي پيوند دادن سطح چيزها به هم بهره مي‌برد و حتي در دماهاي بسيار بالا كار مي‌كند.

   اين چسب را گاناپاتيرامان رامانا و همكارانش در بنياد پلي‌تكنيك رنسلير پديد آورده‌اند. آن‌ها مي‌گويند كه اين چسب براي چسباندن تراشه‌هاي رايانه و قطعه‌هاي دستگاه‌هايي كه در محيطي با دماي بالا كار مي‌كنند، بسيار خوب است.

فيزيك‌دانان آلماني ماده‌اي توليد كرده‌اند كه از الماس سخت‌تر است. آنان ماده‌ي جديد را با  قرار  دادن مولكول‌هاي 60كربني در فشار شديد، به دست آوردند.  انتظار مي‌رود اين شكل جديد از كربن، كه نانوميله‌هاي الماسي مجتمع‌شده نام گرفته است، كاربردهاي صنعتي فراواني پيدا كند.
   الماس، با سختي 442 گيگاپاسكال، به اين خاطر سخت است كه در ساختمان اتمي آن، هر اتم كربن با چهار پيوند كووالانسي به چهار اتم كربن ديگر متصل است. ماده‌ي جديد كه سختي آن 491 گيگاپاسكال اندازه‌گيري شده است، از ميله‌هاي ريزي درست شده است كه ارتباط‌هاي دروني زيادي دارند.
   هر ميله بلوري است كه قطري بين 5 تا 20 نانومتر و يك ميكرون طول دارد. اين ماده حدود 3 درصد از الماس متراكم تر است و قابليت فشرده‌شدن آن از هر ماده‌اي كه تا كنون شناخته‌ايم، كم‌تر است. پژوهشگران تلاش مي‌كنند علاوه بر پي بردن به اين كه چرا اين ماده اين قدر سخت است، راهي براي توليد انبوه و عرضه‌ي آن به بازار پيدا كنند.

Michelle Jeandron,Physics World,26 August 2005

 پژوهشگران آمريكايي ساختارهاي مومانندي در اندازه‌ي نانو ساخته‌اند كه مي‌توانند به روشن شدن چگونگي كار همتاهاي زيستي‌شان(مژك‌هاي درون بدن) كمك كنند.

  مژك‌ها پيوست‌هاي سلولي هستند كه در بدن انسان كارهاي بسيار متفاوتي انجام مي‌دهند. آن‌هايي كه درون گوش هستند، صدا را به دام مي‌اندازند و آن‌هايي كه درون كليه‌ها هستند به صورت حسگر كار مي‌كنند.

كاغذ اشباع شده با نانولوله‌هاي كربني كه انرژي در خود اندوخته مي‌كند، در آمريكا به نمايش گذاشته شد. پژوهشگران مي‌گويند اين كاغذ را، كه به آساني خم مي‌شود و تا مي‌خورد، مي‌توان در ابزارهاي الكترونيك انعطاف‌پذير به كار برد.

محققان با استفاده از فناوري ليزر نانو ذرات توليد كرده‌اند.

به گزارش پايگاه اينترنتي فناوري نانو، ليزر موجب جدا شدن نانو ذرات از سطح مواد شده (اين فرايند ساييدگي مواد ناميده مي‌شود) و نانو ذرات توليد شده مستقيما وارد يك مايع مناسب همانند روغن، آب، يا حلال مي‌شود.

دراين مايع نانو ذرات توليد شده پايدار مي‌شوند و نانومواد با خلوص بسيار بالا به دست مي‌آيد.

يكي از ويژگي‌هاي اين فرايند اين است كه هر ماده جامدي را مي‌توان با اين روش تكه‌تكه كرده و در نتيجه مي‌توان مخلوطي از مواد مختلف را با اين روش توليد نمود.

اين فرايند كه توليد سريع نانو مواد ناميده مي‌شود، امكان توليد نانو ذرات پايدار و وارد كردن آنها را در مواد پلاستيكي دلخواه بدون ايجاد هرگونه اتلافي فراهم مي‌كند.

نانو ذرات بسيار خالص و پايدار براي كاربردهاي پيچيده مانند پلاستيك‌ها يا كاربردهاي پزشكي مورد نياز هستند.

به علاوه، مصرف‌كنندگان معمولا به نانوذرات مواد يا آلياژهاي جديد و همچنين مخلوطي از نانوذرات نياز دارند تا بتوانند تركيبي از ويژگي‌هاي نانو مقياس را مورد استفاده قرار دهند.

دانشمندان برای نخستین بار در جهان تصاویر حیرت آور نوری از نانولوله های کربنی در داخل بدن یک ارگانیسم زنده به دست آوردند.
به گزارش خبرگزاری مهر، این تصاویر بی سابقه به وسیله دانشمندان دانشگاه رایس آمریکا به دست آمده و به گفته این دانشمندان از آن می توان در شناسایی نانولوله هایی به اندازه DNA در درون ارگانیسمی همچون کرم میوه استفاده کرد.

بر اساس گزارش ساینس دیلی، محقق اصلی این پروژه گفت : نانولوله های کربنی کوچکتر از سلول های زنده هستند و با انتشار نور فلوئورسنت به محققان کمک می کنند تا به شناسایی بیماری ها خیلی از زودتر از تکنیک های فعلی بپردازند.

وی افزود : برای دستیابی به این ایده، نیاز است تا یاد بگیریم چگونه نانولوله ها را درون بافت های زنده شناسایی و کنترل کنیم. همچنین باید مطمئن شویم که آنها خطری برای ارگانیسم ها ندارند.

این پروژه بی سابقه از سوی بنیاد ملی علوم آمریکا مورد حمایت قرار گرفته و گفته می شود تکنیک های تشخیص بیماری را متحول خواهد کرد.

خبرگزاری مهر

دانشگران مركز پيشرفته فن‌آوري‌هاي كامپوزيتي فلوريدا (FAC2T) در دانشگاه ايالتي فلوريدا، در حال توسعه ماده‌اي ده برابر سبك‌تر و در عين حال 250 برابر مستحكم‌تر از فولاد هستند.

به گزارش آژانس خبرنگاران تكنولوژي ايران _ ايتكا هواي داخل خانه‌ها و ساختمان‌ها مي ‌تواند بسيار بيشتر از هواي بيرون ساختمان‌ها آلوده ‌باشد و از آن‌جا که مردم تقريباً 90% زمان خود را درون خانه به سر مي‌برند، احتمال به‌خطرافتادن سلامت افراد در هواي آلوده داخل ساختمان‌ها بيشتر از بيرون است. طبق اين گزارش آلودگي هواي داخل ساختمان‌ها خطري است كه بايد چاره‌اي براي آن انديشيد.

دانشمندان آمريكايى و سوئدى نشان دادند مقاومت الكتريكى نانولوله هاىكربنى در اثر برخورد اتم ها يا مولكول ها به آنها تغيير مى كند. از اين نتايج در دستگاه هايى كه در ساخت آنها از نانولوله ها به عنوان حسگرهاى شيميايى استفاده مى شود مى توان استفاده كرد. اين محققان نشان دادند كه تغيير شكل يا فرورفتگى هاى كوچكى كه در نتيجه برخورد گازها ايجاد مى شوند باعث تغيير ويژگى هاى الكترونيكى نانولوله ها مى شوند. اين تيم نيز نحوه تغيير ميزان نيروى ترموالكتريكى و مقاومت الكتريكى لايه هاى نازكى را كه داراى نانولوله هاىكربنى تك ديواره بودند، در حين برخورد انواع گازها در فشار محيط (۱ اتمسفر) اندازه گيرى كردند. نانولوله هاى مورد آزمايش شعاع ۶/۱-۱ نانومتر و طول چند ميكرون داشتند. اين پژوهشگران اثرات برخورد اتم هاى گازى خنثى مانند هليوم، نئون، آرگون، كريپتون و زنون و مولكول هاى كوچك مانند متان و نيتروژن را مطالعه كردند و دريافتند كه نيروى گرمايى و مقاومت نانولوله ها با توان سوم جرم اتم ها و مولكول ها افزايش مى يابد. آنها معتقدند كه نانولوله هاى كربنى مى توانند براى تشخيص گازهايى كه به سختى با روش هاى اندازه گيرى كنونى مشاهده مى شوند، به كار روند. هنگامى كه ديواره ها در اثر برخورد گازها تغيير شكل مى دهند، جريان الكتريسيته تغيير مى كند و به ما اجازه مى دهد كه حضور و ميزان فشار گازها را اندازه گيرى كنيم.

با توجه به این که امروزه حجم وسیعی از کالاهای مصرفی هر جامعه‌ای را پلیمرهایی تشکیل می‌دهند که به‌راحتی می‌سوزند یا گاهی در مقابل شعله فاجعه می‌آفرینند، لزوم تحقیق در خصوص مواد دیرسوز احساس می‌شود. بر همین اساس، در کشورهای صنعتی، تلاش گسترده‌ای برای ساخت موادی با ایمنی بیشتر در برابر شعله آغاز شده است و در این زمینه نتایج مطلوبی هم به دست آمده است.

محققان انگليسي با استفاده از نانولوله‌هاي كربني چند ديواره و اكسيد اينديوم- قلع نوع جديدي از الكترود هيبريد ساخته‌اند كه در پيل‌هاي خورشيدي قابل استفاده هستند.

به گزارش پايگاه اينترنتي فناوري نانو، اين نانولوله‌ها مستقيما روي شيشه‌اي كه با اكسيد اينديوم- قلع پوشش داده شده بود، رشد كردند.

آشنایی با ابزارهای مورد استفاده در فناوری نانو: میکروسکوپ انتقال الکترونی
با استفاده از TEM می توان جسمی به اندازه چند انگستروم (10 -10 متر) را مشاهده کرد. برای مثال می‌توانید اجزای موجود در یک سلول یا مواد مختلف در ابعادی نزدیک به اتم را مشاهده کنید. برای بزرگنمایی TEM ابزار مناسبی است که هم در تحقیقات پزشکی، بیولوژیکی و هم در تحقیقات مرتبط با مواد قابل استفاده است.

آشنایی با ابزارهای مورد استفاده در فناوری نانو: میکروسکوپ پیمایشگر تونلی
در این مقاله به معرفی میکروسکوپ پیمایشگر تونلی می‌پردازیم که توسط آقای دکتر صابر در مرکز تحقیقات علوم و تکنولوژی در پزشکی ساخته و ارائه شده است.