روشهای ساخت مواد نانو

روشهای ساخت مواد نانو بسیار گشترده اند، اصلی‌ترین روش‌های ساخت مواد نانو را می‌توان در دو روش کلی بالا به پایین و پایین به بالا خلاصه کرد.

۱– روش بالا به پایین: در این روش با استفاده از یک سری ابزارها، مواد از جسم حجیم جدا شده و جسم کوچک می‌شود تا به اندازه‌های نانومتری برسد.
۲– روش پایین به بالا: این روش درست در جهت مخالف روش بالا به پایین است. در این روش مواد نانو با استفاده از به هم پیوستن بلوک‌های سازنده مانند اتم‌ها و مولکول‌ها و قرار دادن آنها در کنار یکدیگر و یا استفاده از خودآرایی، تولید می‌شوند.

امروزه روش‌های مختلفی برای تولید انبوه مواد نانو متری به کار می‌روند که هر کدام جزو یکی از دسته های کلی بالا به پایین و یا پایین به بالاست، در ادامه به برخی از این روشها اشاره می کنیم:

تغییر شکل پلاستیکی شدید

هنگامی که یک فلز تغییر شکل می دهد، بسته به مقدار نیروی وارد شده، این تغییر می تواند به دو صورت در فلز اتفاق بیافتد؛ «تغییر شکل الاستیک» و یا «تغییر شکل الاستیک به اضافه تغییر شکل پلاستیک». تغییر شکل الاستیک آن قسمت از تغییر شکل است که قابل بازگشت می باشد و حالت فنری داشته و در صورتی که بار اعمالی برداشته شود، فلز تغییر شکل یافته به حالت اول باز می گردد. هنگامی که تنش اعمالی به فلز، از حد محدوده الاستیک فراتر رود، فرآیند تغییر شکل وارد محدوده پلاستیک می شود. تغییر شکل پلاستیک که در ادامه تغییر شکل الاستیک می آید، یک فرآیند غیر قابل بازگشت است و تغییر شکل دائمی محسوب می شود. این روش جزء دسته روشهای بالا به پایین است.

سل ژل

فرآیند سُل- ژل (‏Sol-gel‏) یک روش شیمیایی تر برای سنتز انواع نانوساختار ها به ویژه نانوذرات ‏اکسید فلزی می باشد. در این روش پیش ماده مولکولی در آب یا آلکل حل ‏شده و با حرارت و همزدن در اثر هیدرولیز/الکلیز به ژل تبدیل می شود. حال باید ژل ‏را خشک کرد که برای محلول الکلی می تواند با سوختن الکل انجام پذیرد. پس از خشک کردن ژل ‏آنرا پودر می کنند و پودر حاصله را جهت کلسینه شدن (Calcination) حرارت می دهند. روش سل- ژل روش ارزانی است و به دلیل دمای پایین واکنش می توان کنترل مناسبی بر ترکیب ‏شیمیایی محصولات داشت. این روش جزء دسته روشهای پایین به بالا است.

رسوب دهی فیزیکی بخار

رسوب فیزیکی بخار طیف وسیعی از روش های پوشش دهی در خلاء را شامل می شود که در آن مواد بصورت فیزیکی از یک منبع در محفظه خلاء تبخیر و یا کنده شده و روی سطح یک زیرلایه به صورت لایه نازک تراکم پیدا می کند. مواد پوشش دهنده می توانند ترکیبات دی الکتریک، فلز، آلیاژ یا مخلوطی از آنها باشند و بسته به نوع فرآیند رسوب دهی، خواص متفاوتی مانند نوری، الکتریکی و مکانیکی مختلف داشته باشند.

رسوب دهی شیمیایی بخار

رسوب دهی شیمیایی بخار (Chemical Vapor Deposition) از ابتدا به عنوان یک راه موثر برای ساخت طیف وسیعی از قطعات و محصولات به عنوان یک فرآیند تولید جدید در چندین بخش صنعتی شامل صنعت نیمه هادی، صنعت سرامیک و … توسعه داده شده است. از دلایل توسعه پذیر بودن روش های CVD می توان به توانایی تولید لایه هایی با تنوع زیاد ،پوشش فلزات، نیمه رسانا ها و ساخت لایه هایی با ترکیبات آلی و غیر آلی اشاره کرد. لایه های ایجاد شده معمولا در شکل بلوری یا شیشه ای (آمورف) و با کنترل خواص مطلوب بدست می آیند. به طور کلی در روش CVD، یک ماده ی جامد از واکنش شیمیایی در فاز بخار (و یا بر سطح بستر) بوجود می آید.

ریسندگی

فناوری تولید نانوالیاف از ابتدا مورد استقبال فراوان بوده است و این به روش‌های منعطف ساخت نانومواد یک بعدی آلی، غیر آلی و ترکیبی با ابعاد قابل کنترل ارتباط دارد. آنچه که امروز به نام نانوالیاف شناخته می‌شود حاصل تحقیقات گسترده‌ای است که روی روشهای ساخت این الیاف صورت گرفته است. هر چند روش‌های تولید نانوالیاف در یک دسته بندی کلی قابل تفکیک به چند روش کلی است اما تنوع در خود این تکنیک‌ها هم بالا است و الکتروریسی مهمترین روش است که بیشترین تنوع تکنیک را نیز دارد. الکتروریسی به جهت مزایایی که بر سایر روش‌ها دارد به عنوان یکی از بهترین روش‌های تولید نانوالیاف به شمار می‌رود که کاربردهای فراوانی پیدا کرده است.

تکنیک الکتروریسی با ۹ حالت مجزا (۱- روش اولیه، ۲- مذابی، ۳- روکش گازی، ۴- حبابی، ۵- مغناطیسی، ۶- به هم پیوسته، ۷- دوجزیی، جزیره در دریا و جداسازی فازی، ۸- بدون سوزن، ۹- سانتریفیوژی) ب- ریسندگی سانتریفیوژی (روش فورس اسپینینگ که نیروی هیدرولیک را هم در بردارد)، ج- ریسندگی تر، د- روش کشش، ه- استفاده از تمپلیت یا قالب، و- خودسامانی، ز-روش بین سطحی، در بین این روش‌ها وجود دارد.

لیتوگرافی

روش لیتوگرافی یکی از روش های متداول برای ساخت مدارهای الکترونیک می باشد که با گسترش و ظهور ابزارهایی نظیر میکروسکوپ های الکترونی و میکروسکوپ‌های پروب روبشی توسعه یافته و امروزه ساختارهایی به اندازه ۱۰ نانومتر با دقت و کیفیت بالا، با استفاده از این روش ساخته می شوند. محققان در تلاش هستند تا بتوانند تکنیک های نوظهور لیتوگرافی را به روش‌های صنعتی تبدیل کرده و هزینه تولید قطعات با استفاده از این روش را کاهش دهند.

ادامه مطلب