نانوسیم چیست؟

واضح آرشیو وب فارسی:فان پاتوق: نانوسیم چیست؟

شاید هنوز ساخت تراشه� ��های کامپیوتری که برای ایجاد سرعت محاسباتی بالا به جای جریان الکتریسیته از نور استفاده میکن ند، تشخیص انواع سرطان و سایر بیماریهای پیچیده فقط با گرفتن یک قطره خون، بهبود و اصلاح کارت های هوشمند و نمایشگرهای LCD ؛ تنها یک رویا برایمان باشد و این مسائل را غیر واقعی جلوه دهد اما محققین آینده قادر خواهند بود تمام این رویاها را به حقیقت تبدیل کنند و دنیایی جدید از ارتباطات و تکنولوژی را بواسطه معجزه نانوسیم ها به ارمغان آورند.
تا کنون با نانوساختارهای مختلفی از جمله نانولوله� ��های کربنی، نانوذرات و نانوکامپوزیت آشنا شدها ید؛ یکی دیگر از نانوساختارهایی که امروزه مطالعات و تحقیقات بسیاری را به خود اختصاص داده است نانوسیم ها است.
عموماً سیم به ساختاری گفته میشو د که در یک جهت (جهت طولی) گسترش داده شده باشد و در دو جهت دیگر بسیار محدود شده باشد. یک خصوصیت اساسی از این ساختارها که دارای دو خروجی میبا شند رسانایی الکتریکی میبا شد. با اعمال اختلاف پتانسیل الکتریکی در دو انتهای این ساختارها و در امتداد طولی شان انتقال بار الکتریکی اتفاق میاف تد.

ساخت سیمه ایی در ابعاد نانومتری هم از جهت تکنولوژیکی و هم از جهت علمی بسیار مورد علاقه میبا شد، زیرا در ابعاد نانومتری خواص غیر معمولی از خود بروز میده ند. نسبت طول به قطر نانوسیم ها بسیار بالا میبا شد. ( L>>D )
مثال هایی از کاربرد نانوسیم ها عبارتند از: وسایل مغناطیسی، سنسورهای شیمیایی و بیولوژیکی، نشانگرهای بیولوژیکی و اتصالات داخلی در نانوالکترونیک مانند اتصال دو قطعه ابر رسانای آلومینیومی که توسط نانوسیم نقره صورت میگی رد.
انواع نانوسیم ها:
1. نانوسیم های فلزی: این نانوساختارها به دلیل خواص ویژه ای که دارند نویدبخش کارایی زیادی در قطعات الکترونیکی اند.
توسعه الکترونیک و قدرت یافتن در این زمینه بستگی به پیشرفت مداوم در کوچک کردن اجزاء الکترونیکی است. با این حال قوانین مکانیک کوانتومی، محدودیت تکنیک� ��های ساخت و افزایش هزینه� ��های تولید ما را در کوچکتر کردن تکنولوژی� ��های مرسوم و متداول محدود خواهد کرد. تحقیق فراوان در مورد تکنولوژی� ��های جایگزین علاقه فراوانی را متمرکز مواد در مقیاس نانو در ساله ای اخیر کرده است. نانوسیم های فلزی بخاطر خصوصیات منحصر به فردشان که منجر به کاربرد گوناگون آنها میشو د، یکی از جذاب ترین مواد میبا شند.
نانوسیم ها میتوانند در رایانه و سایر دستگاههای محاسبه� �گر کاربرد داشته باشند. برای دستیابی به قطعات الکترونیکی نانومقیاس پیچیده، به سیمه ای نانومقیاس نیاز داریم. علاوه بر این، خود نانوسیم ها هم میتو انند مبنای اجزای الکترونیکی همچون حافظه باشند.

2. نانوسیم های آلی: این نوع از نانوسیم ها، همانطور که از نامشان پیداست، از ترکیبات آلی بهدس ت می� ��آیند.
علاوه بر مواد فلزی و نیمه رسانا، ساخت نانوسیم ها از مواد آلی هم امکان� ��پذیر است. به تازگی، ماده ای بنام «الیگوفنیلین وینیلین» برای این منظور در نظر گرفته شده است.
ویژگی این سیمه ا (نظیر رسانایی و مقاومت و هدایت گرمایی) به ساختار مونومر و طرز آرایش آن بستگی دارد.
3. نانوسیم های هادی و نیمه هادی: ساختار شیمیایی این ترکیبات باعث بوجود آمدن خواص جالب توجهی میشود.
آینده نانوتکنولوژی به توانایی محققین در دستیابی به فنون ساماندهی اجزای مولکولی و دستیابی به ساختارهای نانومتری بستگی دارد. محققین اکنون توانسته اند با تقلید از طبیعت به ساماندهی پروتئین های حاصل از خمیر مایه برای تولید نانوسیم های هادی دست یابند. ساماندهی اجزای زنده در طبیعت، بهترین و قدیمی� ��ترین نمونه ساخت «پائین به بالا» است و لذا میتو ان از آن برای فهم و نیز یافتن روشه ائی برای ساخت ادوات الکترونیکی و میکرومتری استفاده کرد. تا کنون از فنون ساخت «بالا به پائین» استفاده میشد که این فنون در مقیاس نانومتری اغلب پر زحمت و هزینه� ��بر است و تجاری� ��سازی نانوتکنولوژی به روشهای آسان و مقرون به صرفه نیاز دارد که بهترین الگوی آن هم طبیعت پیرامون ماست؛ فقط کافی است کمی چشمانمان را باز کنیم و با دقت بیشتری اطرافمان را بنگریم.

4. نانوسیم های سیلیکونی: این نوع از نانوسیم ها سمی نیست و به سلولها آسیبی نمیر سانند.
این نوع از نانوسیم ها بیشترین کاربرد خود را در عرصه پزشکی مانند تشخیص نشانه� ��های سرطان، رشد سلول های بنیادی و ... نشان داده است که در ادامه به آن میپر دازیم.

نمونه� ��ای از نانوسیم های سیلیکونی روشهای ساخت نانوسیم ها:
1. تکنیک� ��های لیتوگرافی
• لیتوگرافی نوری: در این روش از تغییرات شیمیایی در یک ماده سخت شونده در اثر نور استفاده میشود. از یک سری ماسک های نوری برای تعریف مناطق فعال شونده در اثر نور استفاده میشود. یکی از محدودیت های این تکنیک محدوده پراش موج نوری است. طول موج نوری که در حاضر در صنایع استفاده میشود در حدود nm 248میباشد ولی با طراحی� ��های دقیق مالک و به کارگیری بسیار دقیق پلیمرهای سختش ونده میتوان به ابعاد کمتر nm 100 هم رسید.
• لیتوگرافی با اشعه الکترونی: در این روش عمدتا از یک پلیمر سختش ونده و قرار دادن آن بر یک پایه استفاده میشود. آنگاه یک اشعه الکترونی با انرژی بالا بر روی سطح تابیده میشود با تابش اشعه الکترونی طرح مورد نظر شکل داده میشود. پس از یونیزه شدن ماده و حل شدن پلیمر توسط حلال های شیمیایی طرح مورد نظر برای ساخت نانو سیم حاصل میشود.
• لیتوگرافی با پراب روش: لیتوگرافی با استفاده از پراب روشیپ برای ساخت نانوسیم های زیر nm100 بکار میروند. پراب های الکترونی مانند میکروسکوپ نیروی اتمی(AFM) و یا میکروسکوپ روش تونلی (STM) از انتخاب� �های این روش برای ساخت نانوسیم ها میباشد.
از مزایای روشهای لیتوگرافی انعطاف این روشه ا در الگوسازی برای نانوسیم ها میباشد. بعبارت دیگر با این روشها میتوان به نانوسیم ها هر شکل قابل ترسیم را داد.

2. رسوب الکتروشیمیایی در حفرات: روشهای الکتروشیمیایی بطور گسترده� �ای برای ساخت نانوسیم ها استفاده میشود. یک الگوی مناسب باید حفراتی یکنواخت و بلند داشته باشد، قطر حفرات در این نوع الگو از چند نانومتر تا nm 20 میتواند داشته باشد.

فناوری نانو ، نوید کنترل خواص جدیدی از مواد را می دهد که زائیده ابعاد نانو مقیاس ذرات است ، همین خواص باعث شد شرکتهای خصوصی ، دولتها و سرمایه� �گذاریهای خطرپذیر جهان در سال 2005 حدود 15میلیارد دلار در این فناوری سرمایه� �گذاری کنند، همچنین براساس پیشب ینیه ای صورت گرفته بازار کالاهای تولیدی مبتنی بر این فناوری در سال 2015 به رقم 6.2 میلیارد دلار میرسد. تولید این محصولات نیازمند نانومواد ،اندازه گیری و فناوریهای ساخت است. صنعت الکترونیک در تجاری سازی فناوری نانو پیشگام است. نانوالکترونیک شامل نیمه هادی های کمتر از nm 90 ،اشکال جدیدی از حافظه� ��های دارای نیمه هادی ، حافظه� ��های اطلاعاتی نانوالکترومکانیکی، نمایشگرهای آلی ، نمایشگرهای نشر میدانی،نانو لوله های کربنی، حسگرهای مختلف و پاره ای از ادواتی که اکنون در حال ساخت برای به کارگیری در ابزارآلات الکترونیکی میشود. طبق برآورد بازار تجهیزات نانوالکترونیک در سال 2005 نزدیک 60 میلیارد دلار بوده و به نظر می رسد تا سال 2010 به 250میلیارد دلار برسد. بازار نانومواد ونانوابزار مورد استفاده در تولید این تجهیزات 108میلیارد دلار بوده که از این رقم 10درصد آن مربوط به نانومواد ،ابزارها، تجهیزاتی مانند لیتوگرافی ماورابنفش دور، لیتوگرافی چاپ نانو ،کاتالیستها و نانوسیم ها است.

کاربردهای نانوسیم:
کاربرد نانوسیم در تشخیص بیماریها: از نانوسیم هایی که از مواد مورداستفاده در تراشه رایانه� �های امروزی مثل سیلیکون و نیترید گالیون ساخته شده است میتوان برای تشخیص بیماریها استفاده کرد . شاید بپرسید ابزار رایانه� �ها چه ارتباطی به تشخیص بیماری و بدن انسان دارد ، بدن انسان نیز همانند یک رایانه باید حسگرهایی داشته باشد که بتواند در صورت بروز مشکل و خطا و یا وجود مواد سمی به ابزارهای هشداردهنده خارجی اخطار دهد و درصدد رفع آن برآید همانند یک رایانه که اگر مسیری اشتباه را در آن اجرا کنید و یا ویروسی در آن پیدا شود پیغام (ERROR) میدهد اما این کار چگونه امکان پذیر است؟!
دانشمندان موفق شدند نانوسیمهای انعطاف� �پذیر و طویلی را تولید کنند که طولهای متغیر این نانوسیمها بین 1 تا nm100 و یا حتی در میلیمتر میباشد و از لحاظ مقایسه حدود هزار مرتبه باریکتر از موی انسان است. بلندی ، انعطاف� �پذیری و استحکام این نانوسیمها خصوصیات ویژه ای را به آن می بخشد . به عنوان مثال نازک بودن وطویل بودن باعث افزایش سطح آن میشود . لذا از این ساختارها می توان در طراحی حسگرهای بسیار سریع و حساس استفاده کرد. این نانوسیم ها توانایی تولید اشعه ماورای بنفش نامرئی را دارد ، نور از یک انتها وارد نانوسیم شده و از انتهای دیگر شروع به تابیدن میکند. نانوسیمها بدون هیچ اتلافی این نور را به طور موثری عبور میدهد. و در مسیر خود اگر به یک عامل بیماری� �زا یا ماده سمی برخورد کند نانوسیم شروع به تابیدن میکند و سیستم هشدار دهنده بسیار سریعی را ایجاد میکند و این میتواند بیماری را زودتر وسریعتر از هر آزمایشی تشخیص دهد.
استفاده از نانوسیم ها در رگها ی خونی برای تحریک اعصاب مغزی: همیشه انتقال فرستنده های کوچک به درون رگها و هدایت آنها بطرف محله ای موردنظر را در فیلم های تخیلی دیده بودیم اما هیچ باور نمیک ردیم که روزی این را در واقعیت ببینیم.!

محققین توانسته اند نانوسیم هایی از جنس پلاتین که ضخامت آن 100 برابر نازکتر و ظریفتر از موی انسان است را ابداع کنند. آنها این نانوسیم ها را به داخل رگها ی خونی میفر ستند و توسط دوربین کوچکی آنها را بطرف اعصاب مغزی هدایت میکن ند. این روش برای کمک به یافتن علل مختلف و پیدایش بیماری� �های عصبی از جمله پارکینسون بسیار مفید است. در گذشته برای یافتن علل مختلف پیدایش بیماریهای قلبی و عصبی، بدن را در هر نقطه میشک افتند تا علت بیماری را بیابند، اما امروزه با گسترش فنآو ری نانوتکنولوژی هر وسیله� ��ای را میتو ان بصورت ظریف، نازک و حساس، اختراع و ابداع کرد و حتی آن را به درون ظریف ترین رگ نیز فرستاد.
تنها مشکلی که محققان را کمی دچار سردرگمی کرده است تعدد رگهای خونی و سیستم گردش خون و عصب های فراوان در محدوده مغز است که فرستادن این نانوسیم ها را کمی دشوار کرده است اما محققین درصدد یافتن راهی برای حل آن وساختن نانوسیمهای دقیق تر هستند.
استفاده از نانوسیمهای سیلیکونی برای هدفمند کردن رشد سلولهای بنیادین : تولید و رشد بافتها و سلولهای مورد نیاز برای بیماران نیازمند اهدافی است که دانشمندان در عرصه پزشکی همواره به دنبال آن هستند، از جمله ابزاری که میتواند این هدف را تحقق بخشد نانوسیم های سیلیکونی است. نانوسیم ها همچون تختی از میخها هستند که به صف شدها ند و قابلیت تغییر شکل و رشد را دارند ، برای این منظور از طیفی وسیعی از تحریکات مکانیکی و شیمیایی بعنوان فاکتور رشد استفاده می کنند اما به تازگی توانسته اند از محرکهای الکتریسیته نیز استفاده کنند و امیدوارند که استفاده از پالسهای الکتریکی در سلولها با استفاده از آرایه رسانای نانوسیمها در آینده� ��ای نزدیک بعنوان شیوه ای ارزشمند برای تحت تاثیر قرار دادن سلولهای بنیادین بکار روند.

این صفحه را در گوگل محبوب کنید

[ارسال شده از: فان پاتوق]

[مشاهده در: www.funpatogh.com]

[تعداد بازديد از اين مطلب: 439]