کتاب مقاله بیماری آرایش

فناوری نانو چیست؟

فرض کنید تعدادی آجر خانه‌سازی دارید و می‌خواهید با آن چیزی ــ بهتر است بگوییم «ساختاری» ــ مانند شکل ۱ بسازید.

شکل ۱

چگونه این کار را انجام می‌دهید؟ احتمالاً روش شما هم با ما یکی است: چهار آجر دو در دو را کنار هم می‌گذارید و بعد چهار آجر دو در دوی دیگر را به صورت عمودی به آنها متصل می‌کنیدتا ساختار مورد نظر شکل بگیرد.

بسیار خوب، حالا فرض کنید که وقتی آجرهای خانه‌سازی را از فروشگاه می‌خرید، آنها به شکل یک مکعب بزرگِ پیش‌ساخته مثل شکل دو باشند.

شکل ۲

حالا اگر بخواهیم به شکل یک برسیم چه کنیم؟ اجازه دهید جواب را ما به روش خودمان بدهیم: آجرهای اضافیِ مکعب بزرگ را حذف کنید تا شکل یک کم‌کم خودش را نشان بدهد. (مثل شکل ۳)

شکل ۳

در روش اول با استفاده از قطعات کوچک یک قطعة بزرگتر ساختیم. به این روش، «ساختن از پایین به بالا» می‌گوییم. در روش دوم قطعات زائدِ یک قطعة بزرگ را حذف کردیم تا به ساختار مورد نظر برسیم. به این روش، «ساختن از بالا به پایین» می‌گوییم.

حالا فرض کنید یک ساختار جدید برای ساختن پیشنهاد شود، مثل شکل ۴٫

شکل ۴

سؤال: از کدام روش برای ساختن این ساختار استفاده کنیم؟ نظر شما چیست؟

اوضاع کمی پیچیده شد، اما غم به خود راه ندهید! این مقاله برای ساده کردن همین پیچدگی نوشته شده است. یکی از عوامل تعیین‌کنندة جواب، این است که ماده‌ی اولیه‌ی ما به چه شکل است؟ اگر مادة دمِ دست ما تعدادی قطعه‌ی کوچک و ریز باشد، از روش پایین به بالا استفاده می‌کنیم؛ اگر مادة اولیه یک قطعه‌ی بزرگ باشد، از روش بالا به پایین استفاده می‌کنیم. در عین حال، ممکن است هر دو روش هم به کار رود. مثلاً اگر ماده‌ی اولیه برای ساختن شکل پنج به صورت مکعب بزرگی با آجرهای دو در چهار، یعنی همان شکل دو باشد، نمی‌توان با حذف بعضی آجرها مستقیماً به ساختار نهایی رسید. در این حالت، می‌توانیم آجرهای بالا و پایین ساختار شکل چهار را برداریم (ساختن از بالا به پایین) و بعد دو آجر دودردوی مورد نیاز را به جای آنها متصل کنیم. ( ساختن از پایین به بالا)

شکل ۵

در صنعت هم از هر دو روش با هم استفاده می‌شود. به مثال‌های زیر توجه کنید:

o یک نجار می‌خواهد مجسمه‌ای چوبی بسازد. او یک قطعه‌ی بزرگ چوب را برمی‌دارد و با رنده و سوهان آن را می‌تراشد و پرداخت می‌کند تا مجسمه ساخته شود. این کدام روش است؟

o نجار می‌خواهد یک صندلی بسازد. او پایه‌های میز و قطعات مربوط به تکیه‌گاه صندلی را جداگانه می‌سازد و بعد آنها را به هم متصل می‌کند. این کدام روش است؟

حالا به نانوفناوری فکر کنید: به نظر شما کدام روش ساختن در نانوفناوری کاربرد دارد؟

تا چند سال پیش، راه دست‌کاری و جابه‌جا کردن تک‌مولکول‌ها و ساختارهای نانویی یک‌طرفه بود. یعنی برای ساختن چیزها در مقیاس کوچک، می‌بایست یک قطعه‌ی بزرگ‌تر را با تراشیدن و خرد کردن یا حل کردن بخش‌های اضافی با اسید و… آن‌قدر کوچک می‌کردیم تا به قطعه‌ی نهایی برسیم. به عیارت دیگر، روش‌ تولید ساختارهای کوچک، از نوع بالا به پایین بود.

در چند سال اخیر فنونی ابداع شده‌اند که اجازه می‌دهند مولکول‌ها یا ذرات نانویی را جابه‌جا و آنها را به هم متصل کنیم. مثل جابه‌جا کردن ذرات نانویی با میکروسکوپ نیروی اتمی (AFM) یا فنون ساختن نانولوله‌های کربنی. این فوت و فن‌ها در مجموع روش ساختن از پایین به بالا هستند.

فنون گفته‌شده در بالا، برای ساختن محصولاتی که بسیار کوچک‌اند مناسب به نظر می‌رسند، اما اگر بخواهیم یک دیوار چندسانتی‌متریِ یکدست را به این روش بسازیم، چند ده سال طول می‌کشد تا مولکول‌ها را تک‌تک کنار هم بچینیم و دیوار مورد نظر را بسازیم. در عین حال، اگر بخواهیم دیوار را با استفاده از مواد موجود، مانند فلزات و سنگ‌های ساختمانی، بسازییم، دیوار یکدست و منظم نخواهد بود. (مقاله‌ی نانوفناوری چیست؟، ساختار مواد و عیوب کریستالی را ببینید.) پس چه کار کنیم؟

پیدا کردن فنون تولید مناسب در نانوفناوری موضوعی است که در چند سال اخیر به‌شدت مورد توجه محققان و دانشمندان بوده است. در واقع، در نانوفناوری هم از روش‌ ساختن از بالا به پایین استفاده می‌شود (به کمک فنونی مانند لیتوگرافی و آسیاب کردن ذرات) و هم از روش ساختن از پایین به بالا (به کمک فنونی مانند خودآرایی یا رسوب‌دهی بخار).

 

iconبرای دانلود کلیک کنید

icon برچسب ها: , ,
  • نوشته: admin
  • تاریخ: ۱۳ اردیبهشت ۱۳۹۰
  • دیدگاه‌ها خاموش
  • نانوتکنولوژی

       

    نانوتکنولوژی

    نانوتکنولوژی چیست؟ نانوتکنولوژی تولید کارآمد مواد و دستگاهها و سیستمها با کنترل ماده در مقیاس طولی نانومتر، و بهره برداری از خواص و پدیده های نوظهوری است که در مقیاس نانو توسعه یافته اند.

    یک نانومتر چقدر است؟ یک نانومتر یک میلیاردم متر (۹-m 10) است. این مقدار حدوداً چهار برابر قطر یک اتم است. مکعبی با ابعاد ۵/۲ نانومتر ممکن است حدود ۱۰۰۰ اتم را شامل شود. کوچکترین IC های امروزی با ابعادی در حدود ۲۵۰ نانومتر در هر لایه به ارتفاع یک اتم، حدود یک میلیون اتم را در بردارند. در مقایسه یک جسم نانومتری با اندازه ای حدود ۱۰ نانومتر، هزار برابر کوچکتر از قطر یک موی انسان است.

    امکان مهندسی در مقیاس مولکولی برای اولین بار توسط ریچارد فاینمن (R.Feynnman)، برنده جایزه نوبل فیزیک، مطرح شد. فین من طی یک سخنرانی در انستیتو تکنولوژی کالیفرنیا در سال ۱۹۵۹ اشاره کرد که اصول و مبانی فیزیک امکان ساخت اتم به اتم چیز ها را رد نمی کند. وی اظهار داشت که می توان با استفاده از ماشین های کوچک ماشین هایی به مراتب کوچک تر ساخت و سپس این کاهش ابعاد را تا سطح خود اتم ادامه داد. همین عبارت های افسانه وار فاینمن من راهگشای یکی از جذاب ترین زمینه های نانو تکنولوژی یعنی ساخت روبوت هایی در مقیاس نانو شد. در واقع تصور در اختیار داشتن لشکری از نانوماشین هایی در ابعاد میکروب که هر کدام تحت فرمان یک پردازنده مرکزی هستند ، هر دانشمندی را به وجد می آورد. در رویای دانشمندانی مثل جی استورس هال (J.Storrs Hall) و اریک درکسلر (E.Drexler) این روبوت ها یا ماشین های مونتاژکن کوچک تحت فرمان پردازنده مرکزی به هر شکل دلخواهی درمی آیند. شاید در آینده ای نه چندان دور بتوانید به کمک اجرای برنامه ای در کامپیوتر، تختخوابتان را تبدیل به اتومبیل کنید و با آن به محل کارتان بروید.

    چرا این مقیاس طول اینقدر مهم است؟ خواص موجی شکل (مکانیک کوآنتمی) الکترونهای داخل ماده و اثر متقابل اتمها با یکدیگر از جابجایی مواد در مقیاس نانومتر اثر می پذیرند. با تولید ساختارهایی در مقیاس نانومتر، امکان کنترل خواص ذاتی مواد ازجمله دمای ذوب، خواص مغناطیسی، ظرفیت بار و حتی رنگ مواد بدون تغییر در ترکیب شیمیایی بوجود می آید. استفاده از این پتانسیل به محصولات و تکنولوژیهای جدیدی با کارایی بالا منتهی می شود که پیش از این میسر نبود. نظام سیستماتیک ماده در مقیاس نانومتری، کلیدی برای سیستمهای بیولوژیکی است. نانوتکنولوژی به ما اجازه می دهد تا اجزاء و ترکیبات را داخل سلولها قرارداده و مواد جدیدی را با استفاده از روشهای جدید خود_اسمبلی بسازیم. در روش خود_اسمبلی به هیچ روبات یا ابزار دیگری برای سرهم کردن اجزاء نیازی نیست. این ترکیب پرقدرت علم مواد و بیوتکنولوژی به فرایندها و صنایع جدیدی منتهی خواهد شد.

    ساختارهایی در مقیاس نانو مانند نانوذرات و نانولایه ها دارای نسبت سطح به حجم بالایی هستند که آنها را برای استفاده در مواد کامپوزیت، واکنشهای شیمیایی، تهیه دارو و ذخیرة انرژی ایده ال می سازد. سرامیک های نانوساختاری غالباً سخت تر و غیرشکننده تر از مشابه مقیاس میکرونی خود هستند. کاتالیزورهای مقیاس نانو راندمان واکنشهای شیمیایی و احتراق را افزایش داده و به میزان چشمگیری از مواد زائد و آلودگی آن کم می کنند. وسایل الکترونیکی جدید، مدارهای کوچکتر و سریعتر و … با مصرف خیلی کمتر می توانند با کنترل واکنش ها در نانوساختار بطور همزمان بدست آیند. اینها تنها اندکی از فواید و مزایای تهیه مواد در مقیاس نانومتر است.

    منافع نانوتکنولوژی چیست؟ مفهوم جدید نانوتکنولوژی آنقدر گسترده و ناشناخته است که ممکن است روی علم و تکنولوژی در مسیرهای غیرقابل پیش بینی تأثیر بگذارد. محصولات موجود نانوتکنولوژی عبارتند از: لاستیکهای مقاوم در برابر سایش که از ترکیب ذرات خاک رس با پلیمرها بدست آمده اند، شیشه هایی که خودبخود تمیز میشوند, مواد دارویی که در مقیاس نانو ذرات درست شده اند،ذرات مغناطیسی باهوش برای پمپهای مکنده و روان سازها, هد دیسکهای لیزری و مغناطیسی که با کنترل دقیق ضخامت لایه ها از کیفیت بالاتری برخوردارند، چاپگرهای عالی با استفاده از نانو ذرات با بهترین خواص جوهر و رنگ دانه و …

    قابلیتهای محتمل تکنیکی نانوتکنولوژی عبارتند از :

    ۱- محصولات خوداسمبل

    ۲- کامپیوترهایی با سرعت میلیاردها برابر کامپیوترهای امروزی

    ۳- اختراعات بسیار جدید ( که امروزه ناممکن است)

    ۴- سفرهای فضایی امن و مقرون به صرفه

    ۵- نانوتکنولوژی پزشکی که درواقع باعث ختم تقریبی بیماریها، سالخوردگی و مرگ و میر خواهد شد.

    ۶- دستیابی به تحصیلات عالی برای همه بچه‌های دنیا

    ۷- احیاء و سازماندهی اراضی 

     

    iconبرای دانلود کلیک کنید

    icon برچسب ها: ,
  • نوشته: admin
  • تاریخ: ۲۸ اسفند ۱۳۸۹
  • دیدگاه‌ها خاموش
  • درباره نانوفوتونیک چه میدانیم؟

      

    نانوفوتونیک چیست ، چه می‌کند و چه خواهد بود؟
    با نگاهی گذرا به زیرساخت
    برای روشن‌شدن مفهوم و گستره نانوفوتونیک بالاجبار باید تبیینی مختصر از دو حوزه تشکیل‌دهنده آن یعنی فوتونیک و فناوری‌نانو ارائه دهیم. ابتدا توضیح مختصری راجع به فوتونیک خواهیم داد.
    اصولاً به علوم و فناوری‌های مربوط و به کار گیرنده نور و فوتون (ذره بنیادی نور) که به برهم‌کنش‌های بین نور و ماه می‌پردازند فوتونیک گفته می‌شود که لیزر، اپتیک،‌تصویری‌سازی نوری و الکترونیک نوری از حوزه‌های اصلی آن هستند.
    اما فناوری‌نانو چیست و تأثیرات آن بر فوتونیک چیست؟
    دربارة تعاریف فناوری‌نانو، منابع و ادبیات آن چنان مفصلی وجود دارد که به سختی بتوان تعریف واحد و پذیرفته شده‌ای از آن ارائه کرد.

    شکل ۱- ماهیت میان رشته‌ای

    مثالی که برای نشان دادن این تعدد تعاریف استفاده می‌شود این است که اگر از پنج صاحب‌نظر در حوزه نانو نظرخواهی شود، احتمالاً آنان پنج تعریف متفاوت از فناوری‌نانو ارائه خواهند کرد.
    یکی از آنها به مواد و کاربردها، یکی به تجهیزاتی که دستکاری و تجسم اشیا و فرآیندها در سطح مولکولی را ممکن می‌سازند و دیگری به تمایز بین نانومواد و نانوفرآیندهای ساخت بشر و آنهایی که به طور طبیعی به وجود می‌آیند، اشاره خواهد کرد.
    یک مورد هم احتمالاً بیشتر به این نکته که فناوری‌نانو چه چیزی نیست اشاره خواهد کرد تا این که چه چیزی هست. به طور مثال یک فناور به این نکته اشاره می‌کند که فناوری‌نانو را نباید به هر آن چه در سطح مولکولی اتفاق می‌افتد اطلاق کرد در غیر این صورت باید به فعالیت یک متصدی بار در آمریکا که برای تولید نوعی نوشیدنی، مولکول‌های مخمر جو سیاه را با مولکول‌های نوشیدنی شیرین افسنطین ترکیب می‌کند، فناوری‌نانو اطلاق کنیم.
    حال به سراغ تعریفی می‌رویم که کاربرد بیشتری دارد (احتمالاً نفر پنجم!) و به ما برای رسیدن اهداف‌مان در این مقاله بیشتر کمک خواهد کرد:
    به گفته بروس ویزمن، استاد دانشگاه رایس که اولین مرکز تحقیقاتی دانشگاه فناوری‌نانو در آمریکا را در سال ۱۹۹۳ تأسیس کرده است یک هم‌گرائی در جامعة علمی برای رسیدن به یک تعریف استاندارد شده وجود دارد که می‌توان آن را این گونه بیان کرد: دستکاری ماده در سطح مولکولی و اتمی برای به وجود آوردن ساختارهای مهندسی شده برای کاربردهای معین.
    تأثیرات فناروی نانو بر فناوری فوتونیک چقدر خواهد بود؟
    به طور بالقوه بسیار زیاد. بنابر گزارش منتشر شده در ژانویه ۲۰۰۵ به وسیله Business Communications (Norwalk)، بازار جهانی تجهیزات نانوفوتونیک از ۴۲۱ میلیون دلار در سال ۲۰۰۴ به ۳/۹ میلیارد دلار در سال ۲۰۰۹ خواهد رسید که کاربردهایی کلیدی، بین دیودهای نورافشان و نور میدان- نزدیک متغیر خواهد بود.
    حوزه‌های کاربردی نانوفوتونیک
    یکی از گزارش‌هایی که امسال توسط شرکت Strategies با مسئولیت نامحدود در mountainview کانادا منتشر شده است، اشاره می‌کند که کاربردهای کوتاه مدت نانوفوتونیک به چهار دسته اصلی نمایشگرها، دیودها، نورافشان، سلول‌های خورشیدی (دریافت کننده‌های انرژی خورشیدی) و حسگرهای زیست شیمیایی تقسیم خواهد شد و بازار نهایی آن از مسائل مربوط به امنیت و پزشکی تا هوش کنترل شده و فناوری اطلاعات و ارتباطات گسترده خواهد بود.
    در حوزه فناوری‌های تواناساز سه فناوری که رشد بیشتری نسبت به دیگر فناوری‌های نانوفوتونیک داشته‌اند نقاط کوانتومی، نانولوله‌های کربنی و بلور‌های فوتونیکی بوده‌اند.
    نقاط کوانتومی در حجم وسیعی برای کاربردهایی چون زیست پزشکی تولید می‌شوند. همین طور نانولوله‌های کربنی کاربردهای جدیدی در خودرو، پزشکی، نمایشگرها و محاسبات می‌یابند. بلور‌های فوتونیکی نیز به جهان نانو هجوم آورده‌اند. به طور مثال در IBM محققان از بلور‌های فوتونیک برای ساخت مدارهای نانوفوتونیک استفاده می‌کنند ‌(که هم‌اکنون ۲۰۰ تا ۳۰۰ نانومتر هستند) که هدف نهایی آنها به وجود آوردن ‌نانوفوتونیک با قابلیت تطبیق‌پذیری با نیمه‌رساناهای اکسید فلزی یا همان CMOSها برای دستیابی به تولید انبوه مدار مجتمع‌های فوتونیکی و به طور تدریجی مدارهای نانوئی ۱۰۰ نانومتری و کوچکتر است.
    شناسایی زیرساخت‌های حیاتی برای توسعه نانوفوتونیک :
    سؤالی که پیش آمد این است که در صورتی که کشور ما بخواهد به توسعه نانوفوتونیک پرداخته و از کاربردهای آن بهره‌مند گردد، کدام فناوری‌ها نقش حیاتی‌تری را در این راه ایفا خواهند کرد و در صورت عدم وجود آنها تلاش برای دسترسی به آنها در اولویت قرار خواهد گرفت که البته پاسخ به چنین سؤالی نیاز به تحقیقات عمیق و طولانی مدت دارد که از حوصلة این مقاله خارج است ولی برای به دست آوردن یک پاسخ ابتدایی و نسبتاً منطقی می‌توان از یک مدل ساده استفاده کرد.
    ابتدا باید کاربردهای اصلی نانوفوتونیک و فناوری‌های مربوط به هر کدام را شناسایی نمود و بررسی کرد کدام فناوری‌ها به اکثر کاربردهای مادر مربوط می‌شوند که البته در این راه باید به دلیل یافتن پاسخی قطعی‌تر برای کاربردهای مختلف است ضریبی قائل شد. فناوری‌هایی که از اهمیت کمتری برخوردارند و نمره بالائی کسب نکرده، مشخص شوند تا تلاش برای دسترسی به آنها باعث صرف منابع در زمینه‌های بدون اولویت نشود.
    همان طور که ذکر کردیم کاربردهای کوتاه مدت و سودآوری نانوفوتونیک به چهار دسته اصلی نمایشگرهای دیود نورافشان، پیل‌های خورشیدی و حسگرهای زیست شیمیایی تقسیم خواهند شد، پس ما برای فناوری‌های مربوط به این ۴ دسته ضریب ۲ قائل خواهیم شد.

    کاربردها

    فناوری‌های مرتبط

    نمایشگرها نانولوله‌های کربنی، نانوذرات
    دیودهای نورافشان نانوذرات، بلور‌های فوتونیکی
    سلول‌های خورشیدی نانوسیم، فولرین‌های کربنی، فناوری مواد آلی، نانوذرات
    حسگرها وعلامت‌گذارهای سیال زیست شیمیایی نانوذرات، نانوسیم، بلور‌های فوتونیکی، نانوسیالات، SPR (تشدید پلاسمون سطح ما فیبرهای میکروساختار، فوتونیک‌های سیلیکونی
    لیزرهای دیودی نقاط کوانتومی، بلور‌های فوتونیکی
    ارتباط درونی تراشه نانوذرات، بلور‌های فوتونیکی، فوتونیک‌های سیلیکونی
    حسگرها و جفتگرهای نوری نانوذرات، فوتونیک‌های سیلیکونی
    لیتوگرافی با ابزار لیزر اپتیک‌های زیر طول موج
    فیبرهای ویژه فیبرهای میکروساختار

    شکل ۲- کاربردهای اصلی نانوفوتونیک و فناوری‌‌های مرتبط

      نما
    یشگر
    ها ۲×
    دیود
    ها نور
    افشان۲×
     

    سلول
    ‌های خورشید
    ی
    ۲×
     

    حسگر
    ها و علامت
    ‌گذارهای
    زیست شیمیا
    یی
    ۲×
     
    لیزر
    های دیودی
    ارتباط درون تراشه حسگر
    ها و جفتگر
    های نوری
    لیتو
    رافی با ابزار لیزر
    فیبر
    های ویژه
    نانولوله‌
    های
    کربنی
    ü                
    نانوذرات ü ü   ü ü ü ü    
    بلورهای فوتونیکی   ü   ü   ü      
    نانوسیم     ü ü          
    فولرین‌های کربنی     ü            
    فناوری مواد آلی     ü            
    نانوسیالات       ü          
    SPR (تشدید پلاسمون سطح)       ü          
    فیبرهای میکرو
    ساختار
          ü         ü
    فوتونیک
    ‌های سیلیکو
    نی
          ü ü ü      
    اپتیک
    ‌های زیر طول
    موج
                ü    
    نقاط کوانتومی       ü          

    شکل ۳- بررسی بر کاربردترین فناوری‌ها در نانوفوتونیک

    نمره محاسبه شده برای هر یک از فناوری‌ها بدون اعمال ضریب:

    نانوذرات= ۵ بلور‌های فوتونیکی=۴ فوتونیک‌های سیلیکونی=۳  نانوسیم= ۲ فیبرهای میکروساختار= ۲
    فولرین‌های کربن= ۱ فناوری مواد آلی= ۱ نانوسیالات= ۱ SPR= 1 نانولوله‌های کربنی= ۱
    اپتیک‌های لیزر زیر طول موج=    نقاط کوانتومی= ۱    

    اولویت‌های به دست آمده بدون اعمال ضریب:

    ۱- نانوذرات
    ۲- بلور‌های فوتونیکی
     3-فوتونیک‌های سیلیکونی
    ۴- نانوسیم
    ۵- فیبرهای میکروساختار

    نمره محاسبه شده برای هر یک از فناوری‌ها با اعمال ضریب:

    نانولوله‌های کربنی=۲   نانوذرات= ۸
    بلور‌های فوتونیکی=۶

    فناوری‌ مواد آلی=۲

    فولرین‌های کربنی = ۲ فوتونیک‌های سیلیکونی=۵
    SPR= 2 نقاط کوانتومی=۱
    فیبرهای میکروساختار=۳ نانوسیم=۴
    اپتیک‌های زیر طول موج=۱ نانوسیالات=۲
    اولویت‌های به دست آمده با اعمال ضریب:
    ۱- نانوذرات
    ۲- بلور‌های فوتونیکی
    ۳-فوتونیک‌های سیلیکونی
    ۴ - نانوسیم  
    5- فیبرهای میکروساختار

    همان گونه که ملاحظه نمودید نتایج به دست آمده در هر دو روش یکسان می‌باشد که این مسأله می‌تواند به معنای تأکید بر اولویت‌های به دست آمده باشد.
    مراکز مهم تجاری نانوفوتونیک در جهان
    مسأله بعدی یافتن راهکارهایی برای توسعه این فناوری‌ها و در مرحله بعد تجاری‌سازی کالاهای نانوفوتونیک است که به احتمال قوی و طبق نتایج به دست آمده تحقیقات مدیریت راهبردی، یکی از مؤثرترین این راهکارها همکاری با مؤسسات مهم تجاری و تحقیقاتی نانوفوتونیک دنیا است.
    در این مقاله ما به اختصار به معرفی مراکز پیشرو تجارت نانو فوتونیک در جهان می‌پردازیم،‌ ضمن این که مراکز تحقیقاتی و دانشگاهی نانوفوتونیک در مقاله‌ای دیگر به طور جداگانه بررسی خواهند شد.
    • در زمینه نانوذرات و نانوبلور‌ها شرکت‌ها Evident technology در نیویورک آمریکا و Nanosolutions در هامبورگ آلمان جزو مهمترین شرکت‌ها هستند.
    • در زمینه استفاده از نانولوله‌ در نمایشگرها شرکت DuPont در دلاویر آمریکا و Samsung در سئول کره جنوبی مهمترین مراکزند.
    • شرکت‌های Konarka در ماساچوست آمریکا و STMicroelectronics در جنوا سوئیس فعالترین مراکز تجاری درباره سلول‌های خورشیدی هستند و بزرگترین شرکت‌هایی که درباره سیم‌ها و بلور‌های فوتونیکی فعال هستند. NanoOpto در نیوجرسی آمریکا و LittleOptics در مری لند آمریکا هستند.
    آینده و چالش‌های نانوفوتونیک
    در طول سال‌ها، نانوفوتونیک از توسعه مواد در نیمه‌رساناها و مفاهیم توسعه در فیزیک اتمی و خود سامانی در علوم شیمی سود برده است و این مسئله منجر به این شده است که بازۀ وسیعی از مفاهیم و کاربردها زیر چتر نانوفوتونیک قرار گرفته و راهی را به سوی فوتونیک مولکولی باز کرده‌اند که چشم‌انداز فوق‌العاده‌ای را به ما می‌نمایاند.
    اگر چه هنوز اپتیک و لیزر ابزارهای مقدماتی در تجارت نانو هستند، ولی جالب است ذکر کنیم که در حالی که فوتونیک بیشتر شامل تجهیزات سامانه‌ها و زیرسامانه‌ها‌ است، نانوفوتونیک بیشتر به کاربردهای فناوری‌های اپتیکی موجودبرای ساخت، دستکاری و تصویربرداری از اشیاء در قطع‌های نانوئی و مولکولی می‌پردازد.
    در حقیقت یکی از کاربردهای اصلی نانومقیاس در فناوری‌های نوری تعیین مشخصات است، که در کاربرد فلوئورسانس و طیف‌نمائی نوری و تکنیک‌های مرتبط در تحقیقات برای تعیین مشخصات بهتر با ابزاری مانند مواد نانولوله‌ای و فرآیندهای مولکولی شاخص‌ترین موارد هستند.
    یشرفت‌های به دست آمده در تکنیک‌های نوری و غیر نوری منجر به تصاویر با دقت بسیار بالا از اشیاء بسیار ریز می‌باشد.
    محققان بیان می‌کنند که در تمام تحقیقات نانوئی از روش‌های مشابهی از تعیین مشخصات به وسیله نور استفاده شده است ولی مشکل اصلی نانوساختارها مانند نانولوله‌ها، تفاوت‌های ساختاری فراوان آنها است که چالش‌هایی ‌را فراروی "گزینش انتخابی" قرار داده است. محققان این رشته باید به طور مداوم با چنین مشکلی دست و پنجه نرم کنند.
    حل این مسأله برای تولید انبوه و در مقیاس بالای فناوری‌ها و تجهیزات نانوفوتونیکی حیاتی است. حتی نانولوله‌های کربنی نیز که هم اکنون در حجم‌های تقریباً انبوه توسط بعضی تولید کنندگان ساخته می‌شوند هنوز از عدم وجود استانداردهای قابل اطمینان رنج می‌برند که این مسأله تأثیر مهمی بر کارآئی بسیاری از کاربردهایش دارد.
    محققان در آزمایشگاه‌های مختلف از روش‌های مختلف استفاده می‌کنند و این گونه است که نتایج کار آنها می‌تواند متفاوت باشد و تولید کنندگان نانولوله‌ها در کنترل ترکیبات محصول دچار مشکلاتی اساسی می‌شوند که این مسأله در حقیقت، تحقیقات و بعضی از جنبه‌های تجاری‌سازی را کند می‌کند. با این موضوع همچنین از بعضی از کاربردهای بسیار ظریف که می‌توانند از خواص نوری بسیاری دقیق سود برند، جلوگیری می‌کند. بنابر این تلاش‌های بسیاری برای تولید نانولوله‌های کربنی با کنترل و گزینش بیشتر صورت می‌گیرد.
    از سوی دیگری تلاش‌ها به سمت کنترل تغییرات خواص مواد متمرکز شده است که در حین ساختار یافتن اشیاء به کمک نور رخ می‌دهد.
    دیگر محققان نیز در حل کار بر روی نانومواد و نانوتجهیزاتی هستند که از لحاظ زیست محیطی و زیستی سازگارتر باشند. از سوی دیگر، هزینه بالا،‌ زمان بر بودن و قابلیت بالقوه تخریب طبیعی دیگر چالش‌هایی بوده‌اند که گروهی از محققان را واداشته است که برای استفاده از فرآیندهای طبیعی نانوئی مانند خزه‌های دریایی و نوعی از غبار که فرآیندهای نانوئی در آن رخ می‌دهد در محصولات و سطوح دیگر تلاش‌هایی را صورت دهند.

    منابع :
    Small Times Magazineصحفه ۳۰ Larry Bock, Nanosys, July/ August 2003.
    Nanophotonics: A marketing challenge Tom Hausken Laserfocusworld December 2004
    Global community charts a course for Nanophotonics KATHYKINCADE laserfocusworld August 2005

     

     

    iconبرای دانلود کلیک کنید

    icon برچسب ها: , ,
  • نوشته: admin
  • تاریخ: ۹ اسفند ۱۳۸۹
  • دیدگاه‌ها خاموش
  • هندسه فرکتالها

      

    دراین مقاله می کوشیم تا نقش ریاضیات را از رهگذر مفاهیم فیزیک جدید، در دنیای زیبا و چندنظمی نانو نشان دهیم.
    اغلب اشیاء در جهان -از کوچکترین تا بزرگترین- از مجموعه از المانها تشکیل شده است که هر یک دارای درجه‌ای از آزادی هستند. قوانین پایه‌ای فیزیک این ویژگیها را توضیح می‌دهند. اکنون فرض کنید که می‌خواهید معادلة نیوتن یا شرودینگر را برای ۱۰۲۳ اتم حل کنید؟ و فرض کنید که قویترین رایانه ها را نیز در اختیار دارید، آیا این امر مقدور است؟ از دیدگاه اتمی پاسخ این سؤال به نظر منفی می‌رسد.
    حل مسأله با در نظر گرفته ۱۰۲۳ اتم زمان زیادی می‌گیرد و نتایج برای تفسیر کاملاً پیچیده می‌شود (هیچ فضای دیسک سختی قادر به ذخیره‌سازی موقعیت ۱۰۲۳ اتم نمی‌باشد)
    علاوه بر این، برای هر ماده، هر ترکیب شیمیایی و ساختار شبکه‌ای مجبور به بارها و بارها محاسبه هستیم. علاوه بر این با زمینه‌های منحصر به فردی از رفتار مواد در فازهای انتقالی جامد، مایع، گاز، پلاسما، فرومغناطیس و ضدفرومغناطیس، ابررسانائی، ابر سیالی و …. مواجهیم. خواص مکانیکی ماده در هر فاز، از فازی به فازی دیگر، متفاوت است. زیرا اتمها دارای درجه آزادی هستند و بعلاوه، پارامترهایی نظیر دما، فشار، نیروی خارجی از فازی به فاز دیگر به شدت تغییر می‌کند. اما سؤال اساسی اینجاست که چگونه رفتار آنها در گذر فاز می‌توان ارتباط داد؟ اگر رفتار مواد را تحت شرایط آزمایشگاهی، در گسترة وسیعی از حالات بررسی کنیم، پارامترهای متعددی را در خواهیم یافت که قادرند شکل مسأله را عوض کنند. اما از سوی دیگر توانائی محاسباتی ما محدود است، بنابراین تقریب مقدور است اما پیشگوئی در چنین مواردی محدود است.
    اما از سوی دیگر فیزیکدانان همواره به سوی تئوریهای جهان شمول توجه دارند. رغبت در جهت پیشگوئی رفتار جهان شمول ماده، فیزیکدانان را به سوی« تئوری پدیده‌های بحرانی» سوق داد. «مؤلفه‌های بحرانی» در یک کلاس جهانی مدلسازی قرار دارند. این مؤلفه‌ها نمایشگر مدلی جهان شمول از رفتار ماده هستند و رفتار ماده را به تقارن ماده ( در دیدگاه ساختاری) و ابعاد فضای ماده مرتبط می‌کند. این مقادیر بحرانی، با دقت مناسب بوسیله تئوری قابل محاسبه‌اند.
    سیستم‌های بحرانی در« جهان فرکتال »قرار دارند.

    ارزش مؤلفه‌های بحرانی در چیست؟

    تئوریهای مبتنی بر آنالیز ابعادی، مقادیر نسبی برای این مؤلفه‌ها پیشگوئی می‌کنند. برای آنکه پیچیدگی مسأله را درک کنیم، یک تصویر لحظه‌ای از «اسپین» را در یک ماده «فرومغناطیس» مجسم کنید. اکنون به شکل «2» دقت کنید. شکل «2» نمایشگر نتایج یک شبیه سازی برای یک Ising فرو مغناطیس است. بطوریکه، اسپین‌ها می‌توانند دو حالت «بالا» (نمایش داده شده با رنگ مشکی) یا «پایین» باشد.
    در حالت «فرومغناطیس»، (دما کمتر از دمای بحرانی)، اغلب «اسپین‌ها» در حالت «بالا» قرار می‌گیرند (شکل سمت چپ)، در حالیکه در حالت« پارامغناطیس» (دما بالاتر از دمای بحرانی)، اسپین‌ها جهت‌گیری تصادفی می‌کنند (شکل سمت راست، رنگ خاکستری).
    در اینجا تنها خوشه‌های کوچکی از اسپین‌های هم تراز، از اندازة سیستم، کوچکترند در حالیکه، در موقعیت بحرانی (شکل وسط)، که دما به حد بحرانی رسیده است، خوشه‌های نامحدودی از اسپین‌های حالت «بالا» پدیدار شده‌اند (سیستم در مرز «نظم» قر ار گرفته است).
    توجه کنید که خوشة نظم یافته شکل «فرکتال»، با نوسان شکلی در همة مقیاسها،به خودگرفته است. این هندسة‌ فرکتالی از خوشه‌های تشکیل یافته، به طرز عجیبی انعکاس می‌یابند: مقادیری غیرمنطقی از مؤلفه‌های بحرانی! و البته تئوریهای ساده ساز، مشخصات این فرکتالها را نمی‌توانند تعیین کننند. از دیدگاه فیزیکی، نوسانات شکلی در همة مقیاسها، متضمن ناپایداری سیستم در موقعیت بحرانی است.

    • اما آیا می‌توانیم امیدوار به درک این رفتار پیچیده باشیم؟
    • مکانیک کلاسیک یا کوانتوم؟
    • زمانی که به دنیای کوانتوم وارد می‌شویم می‌گوییم:

    «قوانین کوانتوم، رفتار پایه‌ای همة ذرات بنیادی را توجیه و تفسیر می‌کند». تاکنون هیچ کس دلیلی بر نادرستی این قانون ارایه نکرده است.
    امروزه، فازهای انتقالی بوسیله » نوسانات دمائی» تفسیر می‌شود. در چنین مواردی، رفتار بحرانی بوسیلة مدلهای کاملاً خالص مکانیک کلاسیک توجیه می‌شود. این ایده بزرگی است، زیرا تئوریهای کلاسیک از تئوریهای کوانتوم ساده‌تر است. در سایر موارد، رفتار ماده در فاز انتقالی در دمای صفر مطلق، بوسیلة میزان سازی آزمایشگاهی «نوسانات کوانتومی» توجیه و اثبات می‌شود
    برای این انتقال فازهای کوانتومی،«مدلهای کلاسیک» کمتر مورد استفاده قرار می‌گیرد.

    سؤالات اساسی در مدلسازی سیستم‌های نانویی:
    • مؤلفه‌های بحرانی بصورت آزمایشگاهی چگونه تعیین می‌شوند؟
    • چه مؤلفه‌هایی جهانی هستند و کدامیک نیستند؟ مرجع جهان شمول بودن مؤلفه‌های بحرانی کدام است؟
    • انتقال فاز اصلاح شده در سیستم‌های محدود (سازه‌های نانوئی) چگونه است؟
    • رفتار بحرانی چگونه محاسبه می‌شود؟ آیا می‌توانیم «هندسة فرکتال» مؤلفه‌های بحرانی را درک کنیم؟
    • ارتباط میان مؤلفه‌های بحرانی، تقارن داخلی سیستم و ابعاد مسأله، چیست؟
    • ارتباط میان سؤالات فوق، برای هر مسأله، چهارچوبی در جهت مطالعة رفتار سازه‌های نانوئی بوجود می‌آورد.

     

    منابع :
    Resource
    [11] http://dynamo.ecn.purdue.edu/~photspec/spectroscopy.htm
    [10] Jensen R V 1991 Chaos 1 101
    [9] Bird J P, Olatona D M, Newbury R, Taylor R P, Ishibashi K, Stopa M, Aoyagi Y, Sugano T and Ochiai Y 1995 Phys. Rev. B 52 R14 336
    [8] Baranger H U, Jalabert R A and Stone A D 1990 Phys. Rev. Lett. 70 3876
    [7] Mandelbrot B 1982 The Fractal Geometry of Nature (San Francisco, CA: Freeman)
    [6] Hegger H, Hecker K, Reckziegel G, Freimuth A, Huckestein B, Janssen M and Tuzinski R 1996 Phys. Rev.Lett. 77 3885
    [5] Ketzmerick R 1996 Phys. Rev. B 54 10 841
    [4] Jalabert R A, Baranger H U and Stone A D 1990 Phys. Rev. Lett. 65 2442
    [3] Chang A M, Baranger H U, Pfeiffer L N and West K N 1994 Phys. Rev. Lett. 73 2111
    [2] Marcus C M, Rimberg A J, Westervelt R M, Hopkins P F and Gossard A C 1992 Phys. Rev. Lett. 69 506
    [1] BeenakkerCWJandVanHouten H 1991 Quantum transport in semiconductor nanostructures Solid State Physics vol 44 (New York: Academic) p 1

     

     

    iconبرای دانلود کلیک کنید

    icon برچسب ها: ,
  • نوشته: admin
  • تاریخ: ۲۲ بهمن ۱۳۸۹
  • دیدگاه‌ها خاموش