خلاصه :
نانوتكنولوژي در زمينه‌هاي گوناگون علم وارد شده است و در صنايع مختلف نيز محصولاتي بر پايه نانوتكنولوژي ايجاد شده است. در اين ميان افزودني هايي كه به روغن موتور اضافه مي شوند نيز تحت تاثير نانوتكنولوژي قرار گرفته و محصولاتي بر پايه نانوتكنولوژي در اين عرصه وارد بازار گشته كه خصوصيات بسياري براي آنها ذكر شده است. به طور خلاصه خصوصياتي كه براي اين افزودني ها ذكر شده است عبارتند از: كاهش ضريب اصطكاك، كاهش مقدار ساييدگي در اجزاء موتور، ترميم سطوح درگير و بهبود خواص سطحي، افزايش بازده موتور در اثر افزايش فشار در سيلندر، كاهش مصرف سوخت در اثر كاهش اصطكاك، افزايش طول عمر موتور، كاهش مصرف روغن موتور، كاهش هزينه تعميرات و نگهداري و چندين مورد ديگر كه در ادامه هر مورد به تفصيل بررسي خواهد شد.

به دليل حجم بالاي نوشته مي توانيد ان را در ادرس زير مشاهده فرماييد:

http://nano.ir/papers/attach/all_you_need_to_know_about_motor_oil_additives.pdf

منبع: سايت نانو

خلاصه :
توانايي بشر براي كنترل دنيا در مقياس اتم‌ها و مولكول‌ها به نقطه‌اي بحراني رسيده است، پيشرفت‌هاي علمي در حوزه‌هاي مختلف در حال رشد سريع و بارور كردن يكديگر هستند و با مقادير بي‌نظيري از سرمايه‌گذاري‌هاي دولتي، سرمايه‌گذاري شركت‌ها و مقادير رو به رشد و جالب توجهي از سرمايه‌گذاري‌هاي مخاطره‌آميز حمايت مي‌شوند. انقلاب فناوري نانو با صراحت تمام شروع شده است و سرانجام تمامي ابعاد زندگي ما را تحت تأثير قرار خواهد داد. فناوري نانو به سرعت در بسياري از جبهه‌ها در حال پيشرفت است و به نظر مي‌رسد سريعاً پويايي برخي از بزرگترين صنايع، از فناوري اطلاعات تا توليد انرژي و هوافضا، را تحت تأثير قرار دهد. اين پيشرفت‌ها مربوط به آيندة خيلي دوري نيستند، بلكه در همين نزديكي ما هستند. بذر برخي از آنها از قبل پاشيده شده و در سال‌هاي نزديک به بار خواهند نشست

به دليل حجم بالاي نوشته مي توانيد ان را در ادرس زير مشاهده فرماييد:

http://nano.ir/reeports/attach/Application%20Report-831106.pdf

منبع: سايت نانو

خلاصه :
در گزارش حاضر، برخي از برآوردهاي بازار فعلي فناوري‌نانو و پيش‌بيني‌هاي بازار آتي اين فناوري، گردآوري و مورد مقايسه و بحث قرار گرفته‌اند. در ابتداي گزارش برخي از مشكلات عمدة پيش‌بيني بازار فناوري‌نانو ارائه شده است. اين مشكلات به طور كلي عبارتند از: تعريف فناوري‌نانو، تفكيك اطلاعات نانو از غيرنانو، عدم اطلاع از اوضاع مالي شركت‌هاي خصوصي، سرعت تغيير اطلاعات، نوع نگاه به بازار و اتفاقات متحول‌كننده در عرصة نانو. تخمين‌هاي بازار فناوري‌نانو نيز به دو دستة بازار كلي و بازار بخش‌هاي خاص ازجمله مواد و الكترونيك تقسيم شده است. در نهايت مشخص شد که بازار کلي فناوري‌نانو در سال 2005 حدود 200 ميليارد دلار و رشد سالانة آن تا سال 2011 حدود 30 درصد خواهد بود. همچنين طبق پيش‌بيني‌هاي مختلف، مشخص شد که پيش‌بيني 1000 ميليارد دلاري بنياد ملي علوم آمريکا براي اين بازار در سال 2011 چندان دور از انتظار نيست. مشخص‌ترين پيش‌بيني بازار نانوالکترونيک نيز حدود 76 ميليارد دلار براي سال 2014 بود که در مقايسه با بازار فعلي الکترونيک، چندان منطقي به نظر نمي‌رسد. بازار نانومواد نيز حدود 30 ميليارد دلار براي سال 2006 پيش‌بيني شده است.

به دليل حجم بالاي نوشته مي توانيد ان را در ادرس زير مشاهده فرماييد:

http://nano.ir/reports/attach/Nanotech_Market_V2_493_831120.pdf

منبع: سايت نانو

مقدمه نانوساختارهای کربنی از رشد قابل ملاحظه‌ای در سال‌های اخير برخوردار بوده‌اند. همگام با ساير کشورها در ايران نيز تحقيقات در زمينه نانوساختارهای کربنی از رشد فزاينده‌ای برخوردار می‌باشد. در آزمايشگاه تحقيقاتی لايه نازک دانشگاه تهران در زمينه ساخت نانولوله‌های کربنی و کاربرد آنها در ساخت ادوات گسيل الکترونی، پژوهش مستمری در چند سال گذشته انجام شده است که قسمتی از آن به صورت مقاله زير ارائه می‌شود. آزمايش‌ برروی نانولوله‌های کربنی با استفاده از رشد آنها بر روی بسترهای سيليکونی و با تکنيک بخار شيميايي انجام می‌گيرد. در اين روش که به صورت شماتيک در شکل (1) به نمايش گذارده شده است گازهای حاوی کربن (خصوصا استيلن) مورد استفاده قرار مي‌گيرند که در رآکتوری از جنس کوارتز و در حضور پلاسمای سرد، به صورت راديکال‌های مناسب در آمده و برروی هسته‌بندی مناسبی از عنصر کاتاليستی مانند نيکل و يا کبالت لايه‌نشانی می‌گرند. در صورتی که شرايط محيطی مانند دما و فشار گاز و نيز ميزان کاتاليست و دانه‌بندی اوليه آن مناسب باشند، رشد نانوساختارها به صورت عمودی و با خلوص و پراکندگی مناسب انجام می‌گيرد. علاوه بر گاز استيلن که عامل لايه‌نشانی کربن می‌باشد گاز هيدروژن نيز از اهميت بالايی برخوردار می‌باشد و در تعيين هسته‌بندی اوليه لايه کاتاليزور و نيز اصلاح رشد نانولوله‌ها نقش تعيين‌کننده‌ای را بازی می‌کند. در شکل‌های (2) و (3) تصاويری با ميکروسکوپ الکترونی مربوط به برخی نمونه‌ها ارائه شده است که نمايش‌دهنده اثر شرايط رشد برروی کيفيت نانوساختارها می‌باشد.

شکل (2) نمايشی از رشد بدون حضور پلاسمای سرد (شکل راست) و رشد متراکم نانولوله‌های کربنی در حضور پلاسمای سرد (سمت چپ). بدون پلاسما يک رشد کاملاً نامنظم حاصل می‌شود.

شکل (2) نشان‌دهنده رشد بدون نظم مشخص می‌باشد که بدون حضور پلاسما و صرفاً در شرايط گرمايشی حاصل شده است. لازم به ذکر است که دمای رشد نانوساختارهای کربنی با استفاده از پلاسمای سرد بين 550 و 650 درجه سانتيگراد می‌باشد که معمولا بدون حضور پلاسما منجر به رشد کاملاً نامنظم می‌گردد.

شکل (3) رشد نانولوله‌های کربنی از هسته‌های نيکلی به صورت عمودی. در شکل سمت راست رشد متراکمی از نانوساختارهای کربنی به صورت عمودی مشاهده می‌گردد. دانه‌بندی اوليه عنصر کاتاليزور (نيکل) اهميت بالايی در اين رشد همگون دارد.

در شکل (3) رشد نانولوله‌های کربنی به صورت تقريباً عمودی و حجيم ديده می‌شود که در حضور پلاسما و با چگال توانی در حدود mW/cm2 10 حاصل شده است. در بسياری از موارد نياز به چنين رشد متراکمی داريم که از موارد مهم آن نمايشگرهای گسيل الکترونی از نوک‌های تيز نانولوله‌های کربنی می‌باشد. اين‌گونه ساختارها با توجه به شکل بسيار تيز خود امکان خروج الکترون با اعمال ولتاژهای پايين را مهيا می‌سازند. گسيل الکترونی از نوک لوله‌ها در اثر اعمال ولتاژ به آنها کاربردهای متعدد ديگری از جمله در ساخت اشعه‌های الکترونی متمرکز[ 1و2 ]و فرآيند ليتوگرافي دارد.

نانوساختارهای گسيل الکترون پس از رشددادن نانولوله‌ها، با استفاده از روش انباشت بخار شيميايي (CVD)، اکسيد تيتانيوم را به صورت بخار شيميايی و در فشار اتمسفری بر روي آنها لايه‌نشاني مي‌کنيم. اين مرحله در همپوشانی نانوساختارها از اهميت بالايی برخوردار می‌باشد. اين مرحله در همپوشاني نانوساختارها از اهميت بالايي برخوردار مي‌باشد. چرا كه به نانوساختارهاي نيمه‌توخالی و به صورت لوله‌ای امكان تحقق مي‌دهد. سپس با استفاده از روش لايه‌نشاني با تبخير به کمک باريکة الکتروني، لايه‌اي به ضخامت 1 ميکرومتر از فلز کروم روي آن مي‌نشانيم. اين لايه نشانی برای ايجاد گيت‌های کنترل‌کننده برای ترانزيستورها و نيز بعنوان لنزهای الکتروستاتيکی در حالت ليتوگرافی مورد استفاده قرار می‌گيرد. براي آشکار شدن نوک نانولوله‌ها، از روش زدايش مکانيکي_شيميايی استفاده مي‌کنيم. در مرحلة بعدي با استفاده از تکنيک plasma-ashing نوک نانولوله‌ها را باز مي‌کنيم. استفاده از گاز حاوی اکسيژن در اين مرحله نقش اساسی دارد، چرا که بدون صدمه‌زدن به ساختارهای محافظت‌کننده، فقط نانوساختارهای کربنی را بسوزاند تا به‌تدريج از ارتفاع نانولوله‌ها کاسته شده، به شکل مناسب دست يابيم. شکل 4 نحوة عملکرد و شمای اين ساختار را نشان مي‌دهد. بدين ترتيب نانولوله‌ها براي گسيل الکتروني آماده مي‌شوند. با اعمال ولتاژ مناسب بين نانوساختارهای کربنی از يک طرف و صفحه مقابل که نقش‌ آند را بازی می‌کند از طرف ديگر، جريان الکترون‌ها آشکار شده و ميزان اين جريان به وسيله ولتاژ بر روی گيت کاهش می‌يابد. قسمت ديگر شکل 4، تصوير ميکروسکوپ الکتروني از ساختار کامل شده نانولوله‌ها را نشان مي‌دهد. با توجه به انجام مرحله پوليش مکانيکی – پلاسمايی، برخی از نانولوله‌ها که از شرايط مناسبی از نظر ارتفاع و قطر برخوردار نيستند عملا در ارسال جريان الکتريکی نقشی ندارند.

شکل (4) نماي شماتيک يک نانوساختار کربنی و استفاده آن در ساخت ساتع کننده الکترونی. توضيح بيشتر در متن آورده شده است. در تصوير مقابل نمايشی از تصوير ميکروسکوپ الکترونی مربوط به مجموعه‌ای از اين ساتع کننده‌های الکترونی مشاهده می گردد.

صفحه آند که معمولاً از جنس ويفر سيليکوني می‌باشد در فاصله مناسب از بستر توليدکننده الکترون قرار می‌گيرد. در شکل‌های زير رفتار الکتريکی مجموعه‌ای از نانوساختارهای کربنی به نمايش گذارده شده است که حاکی از عملکرد مناسب اين مجموعه می‌باشد. ساختارهای نانومتری که در اين مقطع محقق شده‌اند قابليت انجام ليتوگرافی در ابعاد نانومتری را نيز دارند. در شکل‌های زير برخی از نتايج اين تحقيق آورده شده است که حاکی از موفقيت اين تکنيک در شکل‌دهی با ابعاد بسيار کوچک می‌باشد. برای اين منظور بستر حاوی نانولوله‌ها را در فاصله‌ 100 ميکرومتري از لايه حساسي که روي بستر سيليکون نشانده شده است، قرار مي‌دهيم. سپس بعد از اعمال ولتاژي حدود 100-80 ولت بين صفحه بالايي و پشت بستر نانولوله‌ها، آنها را نسبت به هم به حرکت در مي‌آوريم. اتصال ديگري بر روي فلز

شکل (5) نمايش رفتار الکترونيکی نانوساختارهای کربنی با پوشش دولايه از جنس اکسيد تيتانيوم و فلز. شکل چپ نشان‌دهنده جريان آشکار شده در طرف آند با توجه به ولتاژهای آند-کاتد. شکل راست نشان‌دهنده جريان آشکار شده در آند و کنترل آن توسط گيت ترانزيستور می‌باشد.

شکل (6) :تاثير پرتو الکتروني گسيل شده روي ماده‌ي حساس پليمري به همراه حرکت خطي که توسط سيستم مکانيکي ايجاد شده است.

نانولوله‌ها برقرار مي‌کنيم و با اعمال ولتاژ منفي بر آن(نسبت به بستر نانولوله‌ها) پرتوي الکتروني را باريک‌تر مي‌کنيم. الکترونها در اثر انرژی‌اي که پيدا می‌کنند به سمت صفحه آغشته شده به لايه‌ حساس شتاب مي‌گيرند و روی اين ماده تاثيرات شيميايی از خود به جا مي‌گذارند تا در مرحلة حکاکی طرح، الگو روی نمونه حکاکی شود. بعد از اينکه اشعه الکترونی متمرکزي به قطر 100 نانومتر ساختيم، نمونه را در زمان‌های مناسبی در معرض برخورد اشعه الکترونی قرار داديم. بعد از اين مرحله لايه نازکی از طلا را جهت ظاهرشدن الگو توسط دستگاه تبخير خلا، لايه‌نشانی کرديم. اثر گسيل الکتروني بر روي ماده حساس پليمري را توسط ميکروسکوپ الکتروني آناليز کرديم. شکل6، تصاوير SEM حاصل از گسيل الکترون از نوک نانولوله‌ها را نشان مي‌دهد. قسمت الف اين شکل، اثر گسيل الکتروني يک نانولوله را در مدت 1 دقيقه نشان مي‌دهد. همچنين در قسمت ديگر، اثر گسيل خوشة (cluster) متشکل از چند نانولوله در همان مدت زمان ديده مي‌شود. نتيجه گيری در اين مقاله گذری به پيشرفت‌های حاصل‌شده در آزمايشگاه لايه نازک دانشگاه تهران، که منجر به توليد نانولوله‌های کربنی و نانوساختارهای کربنی گرديده است شده است. با استفاده از قابليت‌های زيادی که در اين نانوساختارها موجود می‌باشد، امکان استفاده از آنها در ليتوگرافی در مقياس نانومتری و در جهت ساخت ترانزيستورهای MOSFET زير 100 نانومتر مورد بررسی قرار گرفته است. در ادامه اين روند تحقيقاتی امکان بهبود اين نانوساختارها در تحقق کريستال‌های فوتونی و نمايشگرهای با دقت بالا بررسی خواهند شد.

مراجع

[1] Guillorn, M. A., M. D. Hale, V. I. Merkulov, M. L. Simpson, G. Y. Eres, H. Cui, A. A. Puretzky, and D. B. Geohagen "Integrally gated carbon nanotube field emission cathodes produced by standard micro-fabrication techniques," J. Vac. Sci. Tech. B. Vol. 21, May 2003, 957-959. [2] Wang, Q.H., Yan, M, and Chang, R P H, Flat panel display prototype using gated carbon field emitters. Applied-Physics-Letters (USA), 78, 1294, 2001. [3] J. Koohsorkhi ; H. Hosseinzadegan ; S. Mohajerzadeh; M. D. Robertson; “Novel self-defined field emission transistors with PECVD-grown Carbon Nano-tube on silicon substrates” presented at Device Research Conference 2004. [4] J. Koohsorkhi ; H. Hosseinzadegan ; S. Mohajerzadeh; E. Asl Soleimani and E. Arzi; “PECVD-grown carbon nano-tube on silicon substrate suitable for realization of field emission devices” Journal of Fullerenes, Nanotubes and Carbon Nanostructures, accepted for published, 2004. منبع :سايت نانو

خلاصه :
پيشگيري و درمان بيماريها از قابليتهاي اصلي نانوتكنولوژي به شمار مي رود كه اين هدف توسط به كار گيري ابزارها و نانوساختارهاي مهندسي شده براي ساخت ، كنترل و ترميم سيستم زيستي بدن انسان در مقياس مولكولي انجام مي گيرد .هدف فعلي نانوپزشكي بر تشخيص بيماري و تهيه دارو در خارج از بدن انسان متمركز مي شود اما استفاده هاي پيشرفته تر آن در داخل بدن انسان به صورت مجموعه اي از ماشينهاي جراح و ترميم كننده سلول است . در اين مقاله چالشهاي مختلف مطرح شده در برابر توليد و عرضه تجاري محصولات نانوپزشكي از قبيل : چالشهاي تكنيكي ، مالي و رقابتي ، چرخه توليد محصول ، مالكيت تجاري ، منطقي و اجتماعي بررسي مي شود. سپس با انجام دو تحليل موردي بر روي گلوبولهاي مصنوعي خون و استفاده از DNA به عنوان ابزار ساخت در نانوپزشكي ، زمينه هاي توسعه آنها را به عنوان محصولات قابل عرضه در بازار جهاني پزشكي بررسي مي كنيم .

به دليل حجم بالاي نوشته مي توانيد ان را در ادرس زير مشاهده فرماييد:

http://nano.ir/papers/attach/Article_Nanomedicine831013.pdf

منبع: سايت نانو

تشخيص  مولكولـهاي زيسـتي بـا ميكـرومكانيك كارشناسان سيستمهاي ميكروالكترومكانيكي (MEMS) چگونه زيست‌شناسان مولكولي را در مطالعه هيبريديزاسيون DNA پشتيباني مي‌كنند؟ ابزارهاي مبتني بر حامل[1] مثالي هستند از اين‌ كه چگونه يك حسگر ساده را مي‌توان با تكنيك ساخت ميكرومتري[2] ايجاد كرد، تا كارايي حير‌ت‌آوري را بدست دهد. آزمايشهاي جالبي را بررسي مي‌كنيم كه از اصول انتقال[3] مكانيكي متفاوتي براي كشف و آناليز كميتهاي كوچك مواد استفاده مي‌كنند. اصول اين آزمايشها به زيست شناسان اجازه مطالعه و بررسي بيوشيمي سطحي را در مقياس نانومتري مي‌دهد و فرصت‌هاي جالب و منحصر به‌فردي را براي پيشرفت در سيستمهاي آناليز مهندسي پزشكي و ميكروسكوپي به‌وجود مي‌آورد. حسگرهاي حامل[4] بر اصول ساده و مشهور انتقال استوار است و مورد علاقه بسياري از محققان مي‌باشد و به دليل تركيب تكنيكهاي "ساخت ميكرومتري سيليكوني" و بيوشيمي، ايجاد گروههاي عامل روي سطح به همراه پيشرفت روش‌هاي حسگري چندحاملي، فرصت‌هاي جديدي را براي حسگرهاي فيزيكي و بيوشيمي ايجاد مي‌كند. حامل‌هاي ايجاد شده به روشهاي توليد ميكرومتري از زمان پيشرفت  ميكروسكوپي نيروي اتمي (AFM) در سال 1986[1] بيشتر مورد توجه قرار گرفته‌اند.AFM  و تكنيك‌هاي ميكروسكوپي پروب پيمايشگر (SPM) باعث اندازه‌گيري مستقيم عكس‌العمل‌هاي ويژه بين سطوح در مقياس مولكولي مي‌شوند. AFM نيروهاي بسيار كوچك در نوك يك تيرك ميكروسكوپي كه در انتهاي ديگر روي يك پايه (حامل) ثابت شده است را اندازه‌گيري مي‌كند. حامل مانند يك مبدل نيرو بر اثر نيروي واقع در نوك ميله خم مي‌شود(شكل2- الف). شكل 1) حامل‌هاي سيليكون، اكسيد سيليكون يا نيتريد سيليكون به صورت تجاري در اشكال، ابعاد و حساسيت‌ به نيروي متفاوت وجود دارند. تصاويـر ميكروسكوپ الكتروني پيمايشگر (SEM) از ميكروحامل‌هاي سيليكوني به كار رفته به عنوان پروبهاي AFM با هندسه‌ و اندازه‌هاي متفاوت:  الف) حامل مستطيلي تجاري به همراه تيرك (Nanosensors GmbH & Co) ب ) حامل مثلثي تجاري (به منظور به حداقل رساندن خمش‌هاي پيچشي) به همراه تيرك ارائه شده توسط ماناليس گسترش كاربرد SPM هم در آزمايشگاههاي تحقيقاتي و هم در صنعت، به سهولت كار، هزينه‌كم [5] و تكرارپذيري اين پروبها مربوط مي‌شود. با كوچك سازي ساختار حاملها تا اندازة ميكروسكوپي مي‌توان هم به ثابت فنر كوچك (يعني حساسيت بالا براي نيروها يا تنش‌هاي بكار رفته) و هم فركانس تشديد[6] بالا براي زمان‌هاي پاسخ سريع و مصونيت بالا در برابر نويزهاي مكانيكي بيروني دست يافت. كوچك سازي و توليد انبوه، با بهره‌گيري از مزاياي تكنيكهاي ميكرو ماشين‌كاري سيليكوني غيرپيوسته كه براي  فرآيند مدارهاي يكپارچه (IC ) توسعه يافته است حاصل مي‌شود[2,3]. حاملهاي سيليكون، اكسيد سيليكون يا نيتريد سيليكون از لحاظ تجاري با اشكال، ابعاد و حساسيتهاي نيرويي مختلف در دسترس مي‌باشند (شكل1). اندازه‌گيري نيز در مبناي  (در سطح جفتهاي بيومولكولي منفرد) امكان‌پذير است[4-10]. در طول دهة اخير SPM و خصوصيات ميكروحاملها در موارد ديگري همچون آشكارسازي تغييرات درجه حرارت، تنش‌سطحي، جرم و خاصيت‌مغناطيسي مواد در اندازة نانوگرم استفاده شده است. سيگنالهاي چنين كميت‌هاي كوچكي، اغلب به كمك تكنيك‌هاي ماكروسكوپي قابل دسترسي نيست و به ابزارهاي تحليلي پيچيده‌اي نيازمند است. استفاده از تكنيك‌هاي حسگري ميكروحامل در مقايسه با ساير ابزارهاي تحليلي ماكروسكوپي در بسياري از آزمايشگاهها با صرفه و قابل ساخت است. اصول "انتقال" يك حامل تشكيل شده از ساندويچي از مواد با ضريب انبساط حرارتي متفاوت به صورت تابعي از درجة حرارت محيط خم مي‌شود (شكل 2- ب). اين اصل انتقال "دو فلزي"، تغييرات دما را تا 10-5K اندازه‌گيري مي‌كند [11]. چنين حسگر‌هايي براي اندازه‌گيري‌هاي فتوحرارتي با استفاده از نوعي جاذب نوري خاص[12-15] يا به ‌عنوان يك ميكروكالريمتر براي بررسي تحول گرمايي در واكنشهاي شيميايي در لايه‌ واكنشي كه در رأس حسگر جاي داده شده است، به كار گرفته مي‌شوند[11]. تغييرات انتالپي در حد 500 پيكوژول در سطوح بين فازي با فقط چند پيكوگرم ماده متصل به نوك حسگر به‌طور مطمئن قابل  تجزيه و تحليل‌ است[16,17]. ميكروحاملهاي دو فلزي مي‌توانند طيف فتوحرارتي فيلمهاي نازك[18] را با حساسيت 150 فمتوژول و تحليل زماني كمتر از ميلي ثانيه نشان دهند[17]. تخمين‌هاي تئوري نشان مي‌دهد كه اين حسگر‌ها قادرند تغييرات گرمايي را با حساسيت آتوژول مشخص نمايند[11,19]. همچنين حاملها مي‌توانند با اندازه‌گيري خصوصيات ارتعاشي در مد نوساني به عنوان ترازوهاي دقيق (شكل2- ج) بكار روند. جرم‌ اضافي كه به رأس يك حسگر حامل افزوده  مي‌شود، ميزان فركانس تشديد آن را كاهش مي‌دهد(معادله 1). همچنين تغييرات ويسكوزيته يا چگالي محيط بر خصوصيات ارتعاشي حسگرها مؤثر است. در شكل (2-د) مبناي عمل ويسكومتر نشان داده شده كه توسط محققين زيادي[20-22] پيشنهاد شده است. هنگام عمل در مد نوساني نياز است بدانيم كه آيا در طول فرآيندهاي دفع و جذب سطحي، مواد جذب شده مي‌توانند خواص مكانيكي حامل را (به‌عنوان مثال سختي آن را) تغيير دهند يا نه. شكل 2 ـ نماي شماتيك انواع مبدلهاي ممكن:  الف) حسگر نيرو به همراه تيرك براي AFM   ب) حسگر "دو فلزي" دما و حرارت    ج) حسگر بار جرمي    د) حسگر ويسكوالاستيسيته محيط      هـ) حسگر ترموگراويمتريك    و) حسگر تنش جذب سطحي آب روي يك حامل با پوشش ژلاتين -برخلاف اثر افزايش  جرم (معادله 1)- باعث افزايش فركانس تشديد مي‌گردد[23-25]. در صورتي كه لاية حسگر در انتهاي آزاد حامل متمركز ‌شود، مي‌توان اين رابطه معكوس[7] بين تغييرات جرم  و سختي را از رابطة اصلي تفكيك كرد (شكل 2- ج). در اين حالت تغيير در فركانس طنين دار مي‌تواند مستقيماً طبق فرمول زير به تغييرات در جرم مربوط ‌شود: ? (معادله 1) كه K ثابت فنري حامل و f0 وf1 فركانس‌هاي تشديد قبل و بعد از جذب سطحي مي‌باشند.  با اين حال تنها با جذب سطحي در رأس تيرك، از جذب سطحي و به تبع آن حساسيت كاسته مي‌شود. با استفاده از ماده متخلخلي مثل زئوليت به ‌عنوان يك "اسفنج حسگر" مي‌توان حساسيت را بالا برد[26]. برگر و همكارانش[27] ‌با استفاده از حامل پيزورزيستيو[8]  نوسانگر گرم شده در گاز هليم، آناليز ترموگراويمتريك را بررسي كردند (شكل 2- هـ) [28]. تخمينهاي تئوري مبتني بر حاملهايي كه از لحاظ اقتصادي در دسترس هستند، حداقل چگالي جرمي آشكارپذير   ng/cm-2 67/0 را نشان مي‌دهد كه با  حسگرهاي صوتي نظير نوسانگرهاي موج صوتي سطحي (SAW) و ميكروبالانس‌هاي كريستال كوارتز (QCM) قابل مقايسه مي‌باشد. با محاسبه مساحت فعال ساختار، حداقل جرم آشكار پذير مقدار  10-15g بدست مي‌آيد[29]. بيوحسگر چيست ؟ يك بيوحسگر را ـ مثل هر وسيله حسگري ديگر ـ مي‌توان به سه جزء اصلي تقسيم كرد : آشكارسازي كه سيگنال مورد نظر را شناسايي مي‌كند، يك مبدل كه سيگنال را به يك خروجي مفيد (معمولاً يك سيگنال الكترونيكي) تبديل مي‌كند و يك سيستم خواندن [1] كه سيگنال‌هاي منتقل شده را فيلتر، تقويت، نمايش، ثبت يا انتقال مي‌دهد. يك بيوحسگر يك آشكارساز زيستي يا بيوشيميايي را به كار مي‌گيرد، كه مي‌تواند دامنه‌اي از پروتئين‌ها و آنزيم‌هاي منفرد تا ميكروارگانيسم‌ها و سلولهاي كامل داشته باشد. بيوحسگرها را مي‌توان براساس نوع آشكارساز (مثلاً ايمونوحسگرها يا حسگرهاي آنزيمي)، مبناي مبدل (مثلاً آمپرومتريك، پيزوالكتريك يا ميكرومكانيكي) و كاربرد (مثلاً حسگرهاي كلينيكي يا زيست محيطي) تقسيم‌بندي كرد. در مورد بيوحسگرهاي حاملي، پديده مورد شناسايي از سطحي که با گيرنده پوشيده شده است، توسط حامل به يك پاسخ مكانيكي تبديل مي‌شود كه قابل آشكارسازي با روشهاي گوناگون است.   بيوحسگر چيست ؟ يك بيوحسگر را ـ مثل هر وسيله حسگري ديگر ـ ميتوان به سه جزء اصلي تقسيم كرد : آشكارسازي كه سيگنال مورد نظر را شناسايي ميكند، يك مبدل كه سيگنال را به يك خروجي مفيد (معمولاً يك سيگنال الكترونيكي) تبديل ميكند و يك سيستم خواندن كه سيگنالهاي منتقل شده را فيلتر، تقويت، نمايش، ثبت يا انتقال ميدهد. يك بيوحسگر يك آشكارساز زيستي يا بيوشيميايي را به كار ميگيرد، كه ميتواند دامنهاي از پروتئينها و آنزيمهاي منفرد تا ميكروارگانيسمها و سلولهاي كامل داشته باشد. بيوحسگرها را ميتوان براساس نوع آشكارساز (مثلاً ايمونوحسگرها يا حسگرهاي آنزيمي)، مبناي مبدل (مثلاً آمپرومتريك، پيزوالكتريك يا ميكرومكانيكي) و كاربرد (مثلاً حسگرهاي كلينيكي يا زيست محيطي) تقسيمبندي كرد. در مورد بيوحسگرهاي حاملي، پديده مورد شناسايي از سطحي که با گيرنده پوشيده شده است، توسط حامل به يك پاسخ مكانيكي تبديل ميشود كه قابل آشكارسازي با روشهاي گوناگون است. متأسفانه وقتي حسگري در حال نوسان در مايعي كار مي‌كند، هم پيك تشديد و هم فاكتور كيفي آن (Q)، در اثر رطوبت کاهش مي‌يابد[30]. اين امر بر حسب ميزان تغييرحداقل جرم آشكار پذير، دقت حاصله را به‌طور قابل ملاحظه‌اي كاهش مي‌دهد. مهتا[31] و تامايو[32] روش‌هايي را براي بالا بردن فاكتور Q حاملها و به تبع آن قدرت تفكيك آنها در مايعات پيشنهاد كرده‌اند.  در مايعات (محيط طبيعي واكنش‌هاي بيوشيميايي) خمشي كه باعث فقط چند نانومتر "خم[9] استاتيكي " شود، به سادگي قابل تشخيص است. بنابراين حاملها در اين وضعيت اغلب به عنوان حسگرهاي تنش سطحي عمل مي‌كنند (شكل 2- و). تنش سطحي يكنواخت روي مواد ايزوتروپ باعث افزايش (تنش فشاري) يا كاهش (تنش كششي) مساحت سطحي مي‌شود. در صورتي كه اين اثر با يك تنش‌ معادل در وجه مخالف ميله يا ورق نازك جبران نشود، خمش دائمي در كل سازه ايجاد مي‌شود (شكل 3). چندين سال قبل، استوني[33] خمش متاثر از رسوب‌گذاري روي ميله‌ها را در محيط الكتروشيميايي اندازه گرفت و  تغيير تنش سطحي ديفرانسيلي بين وجوه مخالف يك ميله نازك را به شعاع انحنا مربوط كرد. با اندازه‌گيري ميزان خم، اختلاف بين تنش‌هاي سطحي دو وجه، قابل محاسبه است. مي‌دانيم که جذب مولكولها به روي سطح منجر به تغيير تنش سطحي مي‌شود.[10] ايباخ تغيير تنش سطحي روي حاملهاي بلورين به واسطه جذب يك اتم منفرد را به طريق تجربي[37,38] و آناليز اجزاي ‌محدود[11] [39] مطالعه كرد. هنگام مواجهه با مولكولهاي پيچيده مثل پروتئين‌ها، ممكن است چند منبع تنش ديگر نيز وجود داشته باشد. تعامل الكترواستاتيك بين مواد جذب سطحي شده مجاور، تغييرات در آب‌گريزي سطح و "چرخشهاي‌ پياپي"[12] مولكولهاي جذب شده، همگي مي‌توانند تنش‌هايي را القا كنند كه با هم جمع شده و منجر به تغييراتي شوند كه مستقيماً به انرژي پيوندي گيرنده-ليگاند[13] يا نيروي گسيختگي آنها مربوط نيست. به عنوان مثال، وو [40] اخيراً مشاهده كرده است كه چگونه جذب سطحي تك رشتة  مكمل[14] DNA  بر سطح حامل مي‌تواند بسته به قدرت يوني محلولي و بافري كه هيبريديزاسيون در آن رخ مي‌دهد، تنش كششي يا فشاري ايجاد كند. آنها اين رفتار را به تعامل بين دو نيرو محركه مخالف، مرتبط مي‌دانند: كاهش در آنتروپي چرخش پياپيDNA جذب سطحي شده، تنش‌ فشاري را پس از هيبريديزاسيون كم مي‌كند، در حالي كه دافعه الكترواستاتيك بين‌مولكولي در DNA جذب شده، تنش را افزايش مي‌دهد. تشخيص خمش حامل چند روش تشخيص خم براي استفاده در AFM وجود دارند كه خمش ميكروحاملها را با دقت كمتر از آنگستروم اندازه‌گيري مي‌كنند. روش‌هاي نوري و الكتريكي كه در روش‌هاي مبتني بر بيوحسگر به كار مي‌روند نيز كاربرد دارند. متداول‌ترين روش AFM تكنيك «بازتاب پرتو[15]» يا «اهرم نوري» است: نور مرئي از يك ديود ليزري با قدرت كم بر نوك آويزان حامل، كه به عنوان آينه عمل مي‌كند متمركز مي‌شود. حاملهاي AFM تجاري ممكن است براي افزايش قابليت انعكاس با لايه نازكي از طلا پوشش داده شوند. پرتو منعكس شده به يك موقعيت سنج يا به يك آشكار ساز نوري شكل 3 ـ نماي جانبي از يك بازوي نازك با ضخامت t كه در معرض تغييرات تنش سطحي فشاري 1?? و2??  قرار مي‌گيرد. بازو حول يك صفحه خنثي با شعاع انحناي ثابت R خم مي‌شود. چندتكه[16] برخورد مي‌كند (شكل4). هنگامي كه حامل خم مي‌شود نور ليزر منعكس شده، روي صفحه آشكارساز حركت مي‌كند، كه اين  فاصله طي شده متناسب با ميزان خم شدن ميله است. روش آشكارسازي ديگر براساس تداخل بين پرتو ليزر مبنا و پرتو انعكاس‌ يافته از حامل است. روش تداخل سنجي به شدت حساس است و موجب اندازه‌گيري مستقيم و مطلق جابجايي مي‌شود، اما  فقط براي خمهاي كوچك خوب عمل مي‌كند (خم تنها در يك طول موج تعريف مي‌شود) و نيازمندي فني خاصي دارد (نور بايد به نزديكي حامل آورده شود تا انعكاس حاصل شود). روگار [41]براي اين منظور، انتهاي شكاف‌دار يك فيبر نوري را در چند ميكروني انتهاي آزاد حامل قرار داده‌است. شكل 5 ـ الف) تصوير SEM يك آرايه شامل هشت ميكروحامل سيليكوني ساخته شده در گروه ميكرو و نانو مكانيك آزمايشگاههاي تحقيقاتي IBM در زوريخ. حامل‌ها ?m1 ضخامت،  ?m500 درازا، ?m100 پهنا، ?m250  فاصله با هم و N/M 02/0 ثابت فنري دارند. ب) ميكروگراف نوري آرايه IBM از يك شبكه از مجراهاي ميكروسيالاتي با فاصله برابر?m250 در روش ديگر، از حاملهاي ميان رقومي[17]به عنوان يك توري پراش نوري استفاده مي‌شود. نور ليزر منعكس شده يك الگوي پراش را تشكيل مي‌دهد كه شدت آن متناسب با خم حامل است. اين روش در [42,43]AFM، به عنوان حسگر فيزيكي در شتاب‌سنج‌ها[44] و براي تصوير برداري مادون قرمز[45] كاربرد داشته، به عنوان حسگر شيميايي[46] نيز پيشنهاد شده است. حسگرهاي خازني، جابجايي را با تغيير ظرفيت صفحات خازن اندازه‌ مي‌گيرند. بلانك[47] حسگرهاي خازني بسيار كوچكي را براي AFM گزارش كرده است كه حامل آن، يكي از صفحات خازن است. اين روش بسيار حساس است و مي‌تواند جابجايي دقيق را اندازه‌گيري كند اما براي اندازه‌گيريهاي بزرگ مناسب نيست و در محلولهاي الكتروليت به واسطه جريانهاي فارادي بين صفحات خازن، درست كار نمي‌كند؛ بنابراين كاربرد آن در بيوحسگرها محدود است. در يك روش جالب‌تر، از حاملهاي پيزورزيستيو استفاده مي‌شود. هنگامي كه يك ماده پيزورزيستيو مثل سيليكون آلاييده[18] تحت كرنش قرار مي‌گيرد، (ضريب) هدايت الكتريكي آن تغيير مي‌كند. بنابراين حسگرهاي پيزورزيستيو براي اندازه‌گيري تنش بسيار مناسب هستند. چنين حسگرهاي تنشي مي‌توانند با اندازه‌گيري مقاومت (توسط يك پل وتستون ساده) روي ساختمان حامل اضافه گردند[48,49]. پيشرفت‌هاي اخير امكان ساخت مقاومت‌هاي نازك و غيرفعال‌شده[50,51] را برروي حامل مي‌دهد،كه مي‌توانند با پرهيز از جريان‌هاي فارادي در محلولهاي الكتروليت به كار روند. براي جبران انباشتگي دمايي، يك آرايش متقارن در نظر گرفته مي‌شود تا سيگنال خروجي بيانگر اختلاف خم بين حاملهاي مبنا و حسگر باشد[50,51].  حاملهاي پيزورزيستيو در مقايسه  با روش‌هاي استاندارد نوري، چند امتياز دارند: به هيچ نوع قطعه اپتيكي يا دستگاه ليزري نيازي ندارند؛ اجزاي الكترونيكي مخصوص "خواندن" اطلاعات[19] مي‌توانند با فناوري CMOS روي تراشه واحدي جمع شوند؛ تغييرات خواص نوري محيط اطراف حامل (مثلاً تغيير در ضريب شكست هنگام تغيير دو محلول مختلف) تأثيري روي آنها  ندارد؛ و در محلولهاي غيرشفاف نيز كار مي‌كنند. حاملهاي پيزورزيستيو، همچنين مي‌توانند با افزايش شار جريان الكتريكي در لايه مقاومت، دماي سطح را نيز تغيير دهند. اين مسأله مي‌تواند ابزاري براي شكست پيوند حسگر_ليگاند و در نتيجه  فعالسازي مجدد لايه حسگر در كاربردهاي بيوحسگري باشد. ايجاد گروههاي عاملي[20] روي سطح حامل لايه حسگر رسوب‌دهي شده روي سطح حامل، بر انتخاب‌پذيري، تكرارپذيري و دقت حسگر، تأثيرمي‌گذارد. ممكن است لازم باشد يك لاية نازك (براي جلوگيري از تغيير خواص مكانيكي حامل)، يكنواخت (براي ايجاد تنش يكنواخت) و فشرده (براي جلوگيري از تعامل با سطح زيرين) از مولكولهاي گيرنده روي حامل كار گذاشته شود- كه بايد با لنگر شدن گيرنده‌ها به سطح با پيوندهاي كووالانسي‌، پايدار و قوي بوده و در عين حال آزادي كافي براي تعامل با ليگاند خود را داشته باشند. اگر لازم باشد که چندين بار از حسگر استفاده شود، فعاليت آن بايد در طول زمان پايستار باشد و در برابر فعالسازي مجدد،  لايه حسگر خود را حفظ كند. اكثر اين موارد براي ساير بيوحسگرها نيز لازم است. در واقع تكنيك‌هاي پوشش‌دهي پيشنهاد شده با اصول ساير مبدلها مشترك است. فلزات جديد اغلب يا به صورت زير لايه رسوب داده مي‌شوند تا لايه‌‌هاي بعدي را بر روي خود نگاه‌ دارند، و يا به صورت كاتاليست براي جذب گاز سطحي بكار مي‌روند. تبخير و پاشش[21]  اجازه كنترل دقيق ضخامت و توزيع لايه را مي‌دهد.  يك روش ساده متداول براي ايجاد تك لايه‌هاي مرتب، استفاده از تك لايه‌هاي خودآرا[22]  است؛ مانند مولكولهاي زنجيره‌آلكاني با گروههاي تيول بر روي طلا [53,54] يا سيلان‌ها روي زيرلايه سيليكون.[55,56] SAMs بطور آني تك لايه‌هايي يكنواخت، بشدت فشرده و محكم (با پيوند كووالانسي) شكل مي‌دهد، كه مي‌تواند از زنجيره‌هايي با طولهاي مختلف زنجيره‌اي و گروههاي انتهايي با خواص شيميايي ويژه سنتز شوند. بنابراين به عنوان اتصال دهنده‌هاي عرضي[23] براي محكم كردن مولكولهاي چسبنده به زيرلايه، بسيار مناسبند. براي تشكيل يك تك‌لايه تيول روي يك وجه حامل، بايد طلا به صورت بخار روي سطح نشانده‌ شود و تمام حامل در محلول تيول يا در معرض بخار آن قرار گيرد. برگر[57] آشكارسازي تغييرات تنش سطحي را در طي تشكيل تك لايه‌هاي "آلكان‌تيول" بر حاملهاي پوشش داده شده با طلا گزارش كرده است. شستشوي حامل، تيول‌هايي را كه بطور ناخواسته روي وجه مخالف حامل جذب شده‌اند، از بين مي‌برد. رايتري[58] روندي چند مرحله‌اي را ارائه داده است كه امكان مي‌دهد هر وجه با تك لايه‌هاي تيول مختلف، پوشش داده شود.  روش ديگر براي اضافه كردن گروههاي عاملي خاص به يك سطح، اتصال (پيوندزني) پليمرهاي داراي يك ساختار مناسب است. براي بهبود رسوب‌گذاري پليمر روي سطح با تعداد مكانهاي فعال سطحي اندك، مي‌توان از فرآورش پلاسما  استفاده كرد[59]. بتس[60] لايه‌هاي نازك (nm 150) از پليمرهاي مختلف را با پوشش‌دهي اسپيني رسوب داد. وي از آسياب پرتو يوني متمركز براي حذف پوشش‌هاي پليمري ناخواسته از وجه مخالف استفاده كرد.   [1] - Cantilever-Based Device [2]- Microfabrication [3] - Transduction [4] - Cantilever Sensor [5] - قيمت پروبهاي  AFM  بين 2 تا 20 ذلار است. [6] - Resonant Frequency [7] - Crosstalk [8] - Piezoresistive [9]  - Deflection [10]  - تنش و كشش سطحي با سطوح جامد متناسب هستند ولي كميت‌هايي متمايــز دارند. براي بحث مفصل در مورد نحوه وابستگي تنش‌هاي سطحي با انرژي آزاد به مراجع36-34  مراجعه كنيد. [11] - Finite Elements [12] - Conformation [13] - Receptor-Ligand [14] - Complementary Single-Stranded (CSS) [15]  - Beam Bounce [16]  - Split Photodetector [17]  - Interdigitated [18]  - Doped Silicon [19] - Read-Out Electronics [20] - Functionalization [21] - Evaporation And Sputtering [22]  - Self–Assembling Monolayers (SAMs) [23] - Cross-Linker    منبع : سايت نانو

ساختن از پايين به بالا

 جيمز هيث در سرمقاله مهمان چاپ‌شده در سال 1999 در شماره ويژه گزارش تحقيقات شيمي كه به علوم نانو اختصاص داشت مي‌گويد : "در سالهاي اخير كمتر لغتي در علوم فيزيك و شيمي به اندازه " علوم نانو" و " نانوتكنولوژي" استعمال – درست يا نادرست- داشته است."هيث -استاد شيمي دانشگاه كاليفرنيا -مي‌نويسد : " چرا اين همه علاقه‌مندي و اغراق‌گويي؟!" توضيح علاقه‌مندي نسبتا" ساده است: در 15 سال گذشته ما شاهد انفجار ابزارهاي سنجش نسبتا" ارزان قيمت ، مثل ميكروسكوپي پروب‌اسكن‌كننده براي بازبيني و دستكاري مواد در مقياس طولي نانومتر بوده‌ايم. در همين مدت، رشته‌هاي فراواني كه نامربوط به اين رشته بودند (مثل مهندسي برق و زيست‌شناسي) ، نيز متوجه فهم و كنترل پديده‌هاي شيميايي و فيزيكي در اين مقياس طولي و نوعا" 1 تا 100 نانومتر شده بودند. دانشمندان آموخته‌اند كه چگونه اندازه و شكل مواد مختلفي را در سطح اتمي و مولكولي كنترل كنند و در جريان كار آنها خواص جالب توجه و ذاتا" مفيدي را كه بسياري از آنها غيرمنتظره بود، كشف كردند.
چادميركين ، يك استاد شيمي كه بنياد نانوتكنولوژي دانشگاه نورث‌وسترن را اداره مي‌كند، مي‌گويد: " اين رشته در حال شكوفه‌زدن و تبديل شدن به نيرويي برتر در علم در چندسال آينده است . تقريبا" يك قطار سريع‌السير است، كه هيجان زيادي در موردش وجود دارد."
 با اين حال ميركين خاطرنشان مي‌كند : " در اين زمينه اغراق‌گويي‌هاي فراواني وجود دارد." بسياري از گزافه‌گويي‌ها حاصل پيش‌بيني‌هاي خوش‌بينانه نانوتكنولوژيست‌هاي آينده‌نگر از علوم نانوي ابتدايي كنوني است.
 مثلا" نظريه‌پرداز نانوتكنولوژي ، اريك دركسلر، مدير موسسه Foresight - در پالوآلتوي كاليفرنيا- و بعضي از همكارانش طرح ساخت اتم به اتم بازورهاي رباتيك مولكولي را كه قادر به ساخت اشياي متفاوتي ازجمله بازوهاي رباتيك ديگر هستند ارائه داده‌اند. در يك نظريه جسورانه ديگر، ابزارهاي رباتيك برنامه‌ريزي شده كوچكتر از 100  نانومترآزادانه در جريان خون انسان حركت كرده ، سلولهاي سرطاني را شناخته و آنها را پيش از تبديل شدن به تومور به صورت انتخابي نابود مي‌كنند.
بسياري از دانشمندان مشتاق به علوم نانو، اين ايده‌ها را افسانه‌هاي علمي تخيلي مي‌دانند. مثلا" فراسر استودارت استاد شيمي دانشگاه UCLA مي‌گويد :" اين رشته شروع بدي داشته است . چون تصاويري از اين دست در ذهن مردم نقش بسته است؛ مثلا" رباتهاي شناكننده در جريان خون كه اين يا آن موجود پليد را مي‌كشند." 

در نتيجه اين همه علاقه و گزافه‌گويي، تعريف نانوتكنولوژي تا حدّي نامشخّص مي‌باشد- تا مقداري به خاطر اين كه محقّقين زيادي ،حتّي آنها كه روي سيستمهاي ميكرومتري كار مي‌كنند، سعي مي‌كنند خودشان را زير چتر نانوتكنولوژي نگه دارند. بعضي نانوتكنولوژي را با مفهوم دركسلري آن براي ساخت ماشينهاي مولكولي قادر به دست‌كاري ماده با دقّت اتمي بكار مي‌برند. از سويي ديگر گاهي نانوتكنولوژي به صورتي دربرگيرنده همه ، زيست‌شناسي مولكولي و شيمي – تصويري كه ميركين آن را " احمقانه" مي‌نامد- در نظر گرفته مي‌شود.

 براي اينكه مطمئن شويد لازم است بدانيد شيميدانان عادت به كار در مقياس نانو متري داشته‌اند ولي به قول ميركين:" ساخت يك تركيب آن از طريق شيمي سنتري مرسوم، يك نمونه نانوتكنولوژي نيست." ولي به اعتقاد او، استفاده از تكنيكهاي خود چيدماني براي ايجاد اندك اجزاي مولكولي كه به صورت يك مولكول حلقوي بزرگ با ابعاد چندين نانومتري تلفيق شوند مورد برحقي از نانوتكنولوژي است.

 مورد دوم داراي اين تفاوت عمده است كه ساختارها با دستگاههايي كه  از 15 سال گذشته به قبل موجود نبوده‌اند ، توليد، توصيف، دستكاري و حتّي ديده مي‌شوند.ميركين تأكيد مي‌كند : " نانوتكنولوژي يك رشته وابسته به ابزار است و اين ابزارها به مرور در حال بهتر شدن هستند." 

استودارت(چپ) و هيث: زنجيره ها، تسبيح‌ها، و شبه تسبيح‌ها

جنبه كليدي ديگر نانوتكنولوژي اين است كه مواد نانومتري خواص شيميايي و فيزيكي متفاوتي نسبت به مواد انبوه ارائه ميدهند، كه مي‌تواند مبنايي براي فناوريهاي جديد باشد. مثلا" دانشمندان دريافتند كه مي‌توانند خواص الكتروني –و در نتيجه نوري – ذرات نانومتر ي را با تنظيم اندازه ذره تعيين كنند. بنابراين وقتي فلز طلا به صورت ميله‌هاي نانومتري درمي‌آيد، شدت فلوئورسانس آن بيش از 10 ميليون برابر ميشود. اين تحقيق كه اخيرا" توسط گروه مصطفي السّيّد، استاد شيمي بنياد فنّاوري جورجيا صورت گرفته، مشخّص شده است كه طول موج  منتشره به طور خطي با افزايش طول ميله افزايش مي‌يابد، در حالي كه شدّت نور با مجذور طول آن زياد مي‌شود. السّيّد توضيح مي‌دهد :" اين نانوذرات  نوع جديدي از مواد محسوب مي‌شوند، كه خواصشان نه تنها به تركيب شيميايي،كه به اندازه و شكل نيز وابسته است." اين خواص براي كاربردهاي ذخيره نوري اطلاعات، سيستمهاي فوق‌العاده سريع ارتباطات داده‌اي و تبديل انرژي خورشيدي مورد توجه قرار گرفته اند.

نانومواد از قبل نقشي كليدي در برخي فنّاوري هاي تجاري بازي مي‌كرده است. ولي  اين مقاله روي بعضي تحقيقات علوم نانو كه چندسال با ثمردهي تجاري فاصله دارد،تمركز يافته است.  هرچند به دليل نويددهي ايجاد تغييرات شگرف در توليد دستگاهها ، سنسورها، موتورها و بسياري موارد ديگر، بسيار تكان‌دهنده است.

 اين وسايل امروزه با يك مدل " بالا به پايين" ساخته مي‌شوند. مثلا" در صنعت ميكروالكترونيك از تكنيكهاي ليتوگرافيك براي حك كردن بلورسيليكون براي ايجاد مدارات و ابزارهاي ميكرومتري استفاده مي‌شود. اين تكنيك‌ها اخيرا" به نقطه‌اي پيشرفت كرده است،كه اشكالي با ابعاد نانومتري را نيز مي‌توان ساخت. هر 18 تا 24 ماه كه ابزارها ريزتر مي‌شود تعدادي كه از آن ميتوان در يك چيپ جا داد به دو برابر افزايش مي‌يابد.

 ولي چيپ‌سازان براي ادامه روند كوچك‌سازي در دهه آينده به شدت تحت فشار خواهند بود. براي كوچك شدن به حوزه چند نانومتري، چيب‌ها ديگر پاسخگو نخواهند بود . به علاوه هزينه ساخت خطوط توليد جديدي براي هر نسل جديد جيپ‌گران خواهد بود.

 نانوتكنولوژي نويد يك راه‌حل ارزان قيمت " پايين به بالا" را در الكترونيك و ديگر وسايل ساخته‌شده از اجزاي ساده‌تر مثل مولكولها و نانوساختارهاي ديگر را مي‌دهد. اين روش مشابه عمل طبيعت در ايجاد ساختمانهاي زيستي پيچيده است .

سوئيچ كردن با مولكول‌ها :

آزمايشگاه هيث در خط مقدم تلاشهاي انجام‌شده براي ساخت كامپيوتري از پايين به بالا- چيزي كه او آن را " نانوكامپيوتر الكتروني با چيدمان شيميايي" مي‌نامد- است. گروه او با همراهي يك شيميدان به نام استانلي ويليامز و يك معمار كامپيوتر به نام فيليپ كوئك از  آزمايشگاههاي Hewlett-packard  واقع در پالوآلتوي كاليفرينا، سبكهاي معماري بسياري براي چنين ماشيني مطرح كرده‌اند. و چندي بيشتر با همكاري گروه استودارت در UCLA شروع به ساخت آنها نمودند .

 هيث خاطرنشان مي‌كند : " وقتي شما به مردم مي‌گوييد كه مي‌خواهيد كامپيوتري بسازيد، آنها فكر مي‌كنند شما در حال استخدام شدن در Intel هستيد . مقصود ما چنين چيزي نيست." هدف او نشان دادن اين مطلب است كه يك نانوكامپيوتر ساده را واقعا" مي‌توان ساخت. او با ذهني مملو از چالشها مي‌گويد :" ما فكر مي‌كنيم اين تمريني سخت خواهد بود، كه سعي كنيم بفهيم چگونه يك چنين ماشيني را مي‌توان ساخت و سپس آن را عملا" بسازيم."

ابتدا هيث توضيح مي‌دهد كه پروژه شامل به نخ كشيدن دهها سوئيچ مولكولي و نانوسيم به صورت مدارات منطقي و مدارات حافظه و " فراهم‌آوري امكان گفتگوي آنها" است. سوئيچ‌هاي مولكولي‌اي كه محققيني UCLA روي آنها كار مي‌كنند ،" زنجيره"‌ها(Catennan) ، "تسبيح"‌ها (Rotaxane) و "شبه تسبيح‌"هايي است كه در دهه گذشته در آزمايشگاه استودارت ايجاد شده‌اند. ساده‌ترين مثال اين قبيل سوئيچ‌ها ، يك حلقه مولكولي است كه به صورت مكانيكي به يك حلقه متفاوت ديگر زنجير شده ( تا يك زنجيره را تشكيل دهد) يا روي يك مولكولي به بند كشيده شده است. ( تا يك تسبيح‌ يا شبه تسبيح‌ را شكل دهد) . در هركدام از اين ساختارها حلقه مزبور مي‌تواند دو موقعيت متفاوت كه بيانگر " 0" و " 1" ديجيتالي است داشته باشد، و به كمك اعمال ولتاژهاي متفاوت بين اين دو حالت سوئيچ كند.

براي اتّصال دادن سوئيچ‌هاي مولكولي، تيم UCLA در حال كاوش در زمينه استفاده از نانوسيمهاي سيليكوني و نانولوله‌هاي كربني كه در شبكه‌أي- به قول هيث "مثل يك صفحه ساعت"- قرار دارد،مي‌باشد. اين معماري مشتق‌شده از معماري كامپيوتر منحصر به فرد سيليكوني Teramac است كه توسط Hewlett –packard چندسال قبل ساخته شد . در هر بند اين شبكه، نانوسيمها با تك لايه‌اي از سوئيچ‌هاي مولكولي متصل شده‌اند. سال قبل، هيث استودارت و همكارانشان نشان دادند، كه سوئيچ‌هاي مولكولي از نوع تسبيح‌ را مي‌توان به صف كرد تا يك گيت منطقي ايجاد كرد، هرچند وضعيت اين سوئيچ‌ها تنها يكبار قابل تغيير بود.]C&EN,July 19,1999,Page 11 [Science,285,391(1999);

   در آگوست گروه گام بعدي را برداشت و گزارش داد كه سوئيچ‌هاي مولكولي زنجيره‌اي را ميتوان بارها پيكربندي مجدد – يعني بين حالت روشن و خاموش سوئيچ"- نمود.[Science,286,1172(2000)] اگرچه تفاوت حالات "روشن" و "خاموش" ( از نظر مقاومت الكتريكي ) بسيار كمتر از حدي است كه براي مدارات منطقي مفيد باشد، ولي  اين سوئيچ‌ها، به گفته هيث، براي حافظه مناسب هستند . هيث خاطرنشان مي‌كند كه اهميت اين كار در اين بود كه براي اولين بار او فهميد كه سوئيچ‌هاي مولكولي مي‌توانند تحت شرايط عادي، بارها و بارها عمل كنند.

تك لايه اي از "زنجيره‌ها" كه بين دو صفحه الكترود محدود شده، به عنوان سوئيچ مولكولي عمل مي‌كند

         

 

        محققين UCLA  هم‌اكنون سوئيچ‌هاي مولكولي قابل تغيير ديگري دارند كه نسبت به مورد ماه آگوست پيشرفتهاي زيادي كرده است . آنها انتظار دارند به زودي، اين سوئيچ‌ها را در مدارات منطقي و حافظه بكار ببرند. هيث مي‌گويد :" پس از آن ما بايد آن سوئيچ‌ها را وارد گفتگو با هم كنيم، تا شما صاحب يك كامپيوتر شويد. نمونه اوليه چنين كامپيوتري تنها سه يا چهار سال ديگر وقت مي‌خواهد.

به سمت يك استراتژي نانوسلولي :

يك مدل كاملا" متفاوت براي ساخت كامپيوترهاي مولكولي از پايين به بالا در مركز علوم و فناوري نانوي دانشگاه رايس درهوستون پيگيري مي‌شود. استاد شيمي جيمز تور و همكارانش در آنجا سيمهاي مولكولي را ساخته و مطالعه كرده‌اند. نانوسيمهاي آنها رشته‌هاي مزدوجي است كه در آنها به عنوان مثال حلقه‌هاي عاملي‌ بنزن بطور يك در ميان با گروههاي استيلني قرار گرفته است. اين سيمها گروههاي عاملي خاصي در دو سر خود دارند كه مثل " گيره‌هاي تمساحي" موجب اتصال سيمها به طلا يا  الكترودهاي ديگر مي‌شوند. با استفاده از چنين تكنيكهايي تور و همكار تمام وقتش مارك ريد، استاد مهندسي برق و فيزيك كاربردي دانشگاه ييل، توانسته‌اند جريانهاي الكتريكي كوچكي را كه از ميان اين سيمها مي‌گذشت، اندازه‌گيري كنند.
 آزمايشگاه تورمولكولهاي مشابه ديگري نيز ساخته است، مثل حلقه‌هاي آروماتيك با گروههاي استيلني يك در ميان كه به صورت ديوديا سوئيچ مولكولي عمل مي‌كنند. سال گذشته مثلا" تور و ريد تك لايه‌اي از چنين مولكولي گزارش كردند، كه وقتي تا 60 درجه كلوين سرد مي‌شد، رفتار سوئيچ‌كنندگي غيرعادي نشان مي‌داد كه در ابزارهاي سيليكوني مرسوم ديده نشده است.] C&EN,Nov 22,1999,Page11 [Science,286,1550(1990); وقتي به اين تك لايه ولتاژي با افزايش منظم اعمال مي‌شد مولكولها تا قبل از يك آستانه ولتاژي، جريان محسوسي را عبور نمي‌دادند و پس از آن با افزايش ولتاژ جريان به سرعت افزايش يافته و سپس قطع مي‌شد. ريد و تور اين رفتار سوئيچ‌كنندگي را كه به مقاومت تبعيضي منفي ( NDR ) معروف است، در مولكول مشابهي در دماي اتاق نيز مشاهده كردند ، هرچند كه تأثير آن چندان گيرا نبود. از آنجاكه اين مولكولها مي‌توانند بين دو حالت اكسيداسيون پايدار سوئيچ كنند، مي‌توانند اطلاعات را به شكل "0" (حالت عايق)، يا "1" (حالت رسانا) ذخيره كنند و درنتيجه به عنوان حافظه مولكولي بكار روند. [Appl.Phys.Lett.,77,7224(2000)]

   تور: آموزش دهي نانوسلولها براي محاسبه                              

 

 

 

مولكولهاي داراي خواص دستگاهي غيرعادي مثل NDR از منظر علمي ، به گفته هيث ،"بسيار جالب توجه اند. اين هيجان‌انگيز است كه شما بتوانيد خاصيتي را در يك مولكول با استفاده از تكنيكهاي مرسوم بيافرينيد و مشاهده كنيد كه آن خاصيت در يك دستگاه قابل اطمينان با قراردادن آن مولكول بين دو الكترود ، ظهور پيدا كند. اين نتيجه‌اي است كه هيچ‌كس انتظار ديدنش را نداشت. اين به معناي آن است كه شما مي‌توانيد به قصر كاملي از وسايل با خواص منحصر به فرد فكر كنيد."

توروريد در تحقيقاتشان دريافتند كه اين مولكول در 60 درجه كلوين ، مقاومت منفي جزئي (يك نوع رفتار سوئيچي) از خود بروز مي‌دهد و مثل يك حافظه قادر به ذخيره اطلاعات است.

تور اميدوار است كه چنين مولكولهاي عمل‌كننده‌اي را براي ساخت يك كامپيوتر مولكولي بكار بگيرد. همانطور كه درماه آگوست در يك سخنراني در همايش ملّي جامعه شيمي آمريكا در واشنگتن ايراد كرد، اين كامپيوتر از واحدهاي ساده‌اي كه " نانوسلول"  ناميده مي‌شوند تشكيل شده است. اين واحدها بطور شيميايي خودچيدمان هستند و براي انجام كار لازم برنامه‌ريزي مي‌شوند.

 فرايندهاي خودچيدماني كه در قلب اقدامات دانشگاههاي رايسييل و UCLA براي ساخت كامپيوتر مولكولي قرار گرفته است، ناكاملند. يعني قادر به تضمين موقعيت و جهت صحيح يك مولكول خاص نيستند. البته اين خيلي مهم نيست، چون هر دو طرح كامپيوتري نسبت به نقايص اغماص زيادي دارند.از اين جهت تمايز خشني با كامپيوترهاي امروزي دارند كه با يك عنصر معيوب زمين‌گير مي‌شوند.

 نانوسلولي كه تور و همكارانش بدست آورده‌اند، حدود يك ميكرومترمربع است و شامل يك آرايه دو بعدي از چندصد نانوذره فلزي است كه توسط حدود 1500 مولكول عمل‌كننده (مثل آنهايي كه NDR را بروز مي‌دهند) به هم متّصل شده‌اند. اين مولكولها ، نانوذرات را به درگاههاي ورودي و خروجي پيرامون نانوسلول نيز متّصل مي‌كند. بنابراين با تركيبات متفاوتي از اين دريچه‌هاي ورودي و خروجي ، مي‌توان مسيرهاي حامل جريان مختلفي را مشخّص كرد.

يك  چيپ آزمايشي (چپ) كه توسط ريد طراحي شده و براي مطالعه مشخّصات جريان /ولتاژ مولكولهايي كه تور آماده كرده است بكار گرفته شده است . دو تصوير سمت راست نماهاي بزرگتر شده مركز دو الگوي مربعي مختلف روي چيپ است. در تصاوير بزرگ‌شده ، سيمهاي در طول لبه‌ها تا دنياي ماكروسكوپي امتداد يافته‌اند. دراينجا دريچه هاي تست قادر به قلاب شدن و گير كردن هستند. بعضي از خطوط ليتوگرافي كه در مناظر بزرگ‌شده، ديده مي‌شوند، در تماس با صفحات طلايي كه 3/0 تا  1]ميكرو[ متر فاصله دارند، قرار مي‌گيرند. وقتي چيپ بطور آني در محلولي از تركيب آزمايشي قرار مي‌گيرد، مولكولها خودشان را در عرض اين صفحات سوار مي‌كنند . خواص الكتريكي اين مولكولها را مي‌توان مطالعه كرد.

به گفته تور، ترتيب نانوذرات و مولكولهاي اتّصال‌دهنده در اين مسيرها، تصادفي است و مسيرها احتمالا" در ابتدا قادر به انجام هيچ عمل منطقي نخواهند بود ولي با اعمال پالس‌هاي ولتاژي به تركيبات مختلف دريچه‌هاي ورودي و خروجي، امكان آن وجود دارد كه مولكولها را گروهي " روشن" يا " خاموش" كرد. اين كه كدام سوئيچ روشن (رسانا) و كدام يك خاموش (عايق) است، مشخّص نيست، ولي اهميتي هم ندارد. در يك روال حدس و خطايي ، الگوريتم‌هاي كامپيوتري خاصي بطور پشت سرهم كار تست و تعمير را (با استفاده از پالس‌هاي ولتاژي با مقادير متفاوت) انجام مي‌دهند تا اين كه آن مسير عمليات مطلوب را مثلا" به عنوان يك گيت يا افزاينده منطقي انجام دهد. يك كامپيوتر مولكولي واقعي حداقل شامل صدهزار تا يك ميليون نانوسلول خواهد بود ، كه با ليتوگرافي معمولي به هم مرتبط شده‌اند. پس از اين كه اولين نانو سلولها تعليم داده شدند، آنها به صورت تست‌كننده و تعليم‌دهنده نانوسلولهاي اطرافشان عمل خواهند كرد . بنا به گفته تور، اين نحوه " خود راه‌اندازي" امكان برنامه‌ريزي و تعليم‌دهي سريع و اتوماتيك نانوسلولها را فراهم مي‌آورد.

او همكارانش قبلا" با مدلسازي (شبيه‌سازي) نشان داده بودند كه به يك نانوسلول مي‌توان انجام يك عمل خاص را تعليم داد. ولي تور مي‌گويد:"ما هنوز يك نانو سلول كامل را نساخته‌ وبه آن برنامه نداده ايم. هرچند چنين برنامه‌ريزي‌اي در عرض شش‌ماه صورت خواهد گرفت." گذشته از اين مسئله، او و اعضاي تيم‌اش هنوز بايد بر معضلات دشوار بسيار ديگري فائق آيند تا يك نمونه موفق از كامپيوتر مولكولي‌شان را عرضه كنند.

 مشابه  دانشمندان UCLA ، تور نيز فكر نمي‌كند كه كامپيوتر مولكولي در كوتاه‌مدت جايگزين كامپيوترهاي سيليكوني فعلي شود. با اين حال، الكترونيك مولكولي اولين مورد مصرف خود را در سيستمهاي مخطوط كه مولكولها در هماهنگي با سيليسيم عمل مي‌كنند" خواهد يافت.

سوئيچ كردن با نانولوله‌ها :

همه مدلهاي محاسبه مولكولي الزاما" برمبناي مولكولها نيست، كه با سنتز آلي مرحله به مرحله قابل دسترسي باشند. مثلا" در دانشگاه هاروارد ، استاد شيمي چارلز ليبر و همكارانش - توماس روئكس، كيونگ‌ها كيم، و  ارنستو جوزلويچ - در حال بكار انداختن نانولوله‌هاي تك ديواره (SWNTها) براي استفاده در اجزاي دستگاهي (مثل سوئيچ‌ها) و سيمها براي خواندن و نوشتن اطلاعات هستند.

 ايده ليبر عبارتست از الگودهي يك آرايه از نانولوله‌هاي موازي- روي يك لايه نازك دي‌الكتريك (عايق) كه نمونه رسانا را پوشش مي دهد- كه سپس در بالاي اين آرايه ، آرايه موازي ديگري از نانولوله‌ها، به زوايه قائمه به صورت آويزان قرار مي‌گيرد. نانولوله‌هاي بالايي بطور غيرهم‌سطح پاييني‌ها را قطع مي‌كنند، چون به كمك بلوك‌هاي تكيه‌گاهي با فواصل منظم 5 نانومتر بر فراز نانولوله‌هاي پاييني نگه داشته‌شده‌اند. هر نانولوله در انتهايش به يك الكترود فلزي متّصل است. ليبر و همكارانــش در مقالــه جديدشان [Science,289,94(2000)]  اين چنين بيان كردند : " هر نقطه تقاطع در اين ساختار يك عنصر دستگاهي محسوب مي‌شود". و هر عنصر دستگاهي در دو حالت مي‌تواند باشد : در حالت " خاموش"  لوله‌هاي متقاطع كاملا" از هم جدا بوده و لذا مقاومت تماسي در اين نقطه بسيار بالاست. در مقابل، در حالت " روشن"  نانولوله‌هاي بالايي به سمت لوله‌هاي پايين آنقدر كشيده مي‌شوند تا با آنها تماس يابند ، كه در نتيجه مقاومت تماسي فوق‌العاده كم خواهد شد.

                                                             

 ليبر: آرايه‌هاي نانولوله ‌ نانوسيم 

اين محققين مي‌نويسند: " با باردار كردن گذراي نانولوله‌ها- به منظور توليد نيروهاي الكترواستاتيك جاذبه يا دافعه‌اي- يك عنصر دستگاهي مي‌تواند بين اين دو حالت تعريف شده- روشن و خاموش- سوئيچ كند." اين كار با اعمال پالس ولتاژي به زوج‌الكترودهايي كه يك نقطه تقاطع خاص را نشانه گرفته‌اند، صورت مي‌گيرد. به گفته ليبر، وضعيت – روشن يا خاموش – هر نقطه تقاطع را با سنجيدن مقاومت تماسي به راحتي مي‌توان خواند. چنين آرايه متقاطعي را نه تنها براي شكل‌دهي عناصر منطقي كامپيوترها ، كه به عنوان يك حافظه دسترسي اتفاقي (RAM) غير فرار نيز مي‌توان بكار برد، چراكه مزاياي‌قابل ملاحظه‌اي نسبت به RAMهاي نيمه‌هادي مرسوم از نظر اندازه، سرعت و هزينه دارا مي‌باشند. ليبر مثلا" مي‌گويد، كه  10¹²  عنصر دستگاهي را مي‌توان در     ² Cm 1 از يك چيپ جا داد. اين در حالي است كه يك  چيپ پنتيوم با اين اندازه  10⁷ تا  10⁸ قطعه را در خود جا مي‌دهد. به علاوه، هر عنصر اين حافظه نانولوله‌اي قادر به ذخيره يك بيت است، در حالي كه ابزارهاي سيليكوني فعلي، به يك ترانزيستور و يك خازن براي ذخيره يك بيت در RAM متغير (كه بايستي پي در پي از نو پر شود ) يا چهار تا شش ترانزيستور براي ذخيره يك بيت در RAM  ايستا نيازمندند. اضافه بر اين، بنا به ازمايشات و محاسبات انجام شده،RAM نانولوله‌اي عمل سوئيچينگ را با سرعت GHz100 ، يعني 100 برابر سريعتر از نسل جديدچيپ هاي  شركت اينتل انجام مي دهند.

آزمايشات گروه هاروارد تاكنون روي اتّصالات منفرد كلاف‌هاي با قطر 20 تا 50 نانومتر نانولوله كه به "طناب" موسوم هستند، صورت گرفته است. در چندين دستگاه مشابه ، ليبر و همكارانش سوئيچينگ بازگشت‌پذير را بين دو حالت تعريف‌شده روشن و خاموش مشاهده كرده‌اند : " ما فكر مي‌كنيم اين آزمايشات كاملا" ايده معماري ارائه‌شده از طرف ما را اثبات مي‌كند."

بااين حال اتّكا صرف به نانولوله‌ها براي اين آرايه متقاطع مشكل‌زاست. محققين هاروارد بطور آرماني دوست دارند ، آرايه‌ها را با SWNT هاي منفرد با ضخامت نانومتري بسازند – نانولوله‌هاي نيمه‌هادي در پايين و نانولوله‌هاي فلزي در بالا. ليبر در اين باره مي‌گويد : " ما هميشه نيازمند اتّصالات فلز /نيمه‌هادي خواهيم بود" – براي عمل يكسوسازي؛ يعني به جريان فقط در يك جهت اجازه عبور مي‌دهند. اتّصالات يكسوساز موجب اطمينان از اين مي‌شود، كه وضعيت هر اتّصال را مستقل از بقيه بتوان خواند.

 متأسفانه كسي نمي‌داند چگونه نانولوله‌ها را بنا به نياز به شكل فلزي يا نيمه‌هادي بسازد.اين محققين نوعا" كار خود را با بكارگيري مخلوطي از انواع متفاوت نانولوله‌ها يا انجام مشاهدات شانسي صورت مي‌دهند. يك راه براي فائق آمدن براين مشكل استفاده از نانوسيمهاي نيمه‌هادي آغشته در كنار نانولوله‌هاست. گروه ليبر چند سال گذشته را صرف توسعه يك روش كاتاليتيكي ليزري براي ايجاد نانوسيمهاي با اندازه‌هاي گوناگون، منجمله نيمه‌هادي‌هاي سيليسيم، ارسنيدگاليم، فسفيد اينديم و غيره كرده‌اند . اين روش به قول ليبر، امكان ، " كنترل سنتزي بالايي" را روي قطر ، طول و خواص الكتريكي اين نانوسيمها فراهم مي‌آورد.

 اخيرا" به عنوان مثال  گروه او نشان داده اند، كه نانوسيمهاي سيليكوني را مي‌توان با ديگر عناصر آغشته كرد تا مواد نيمه‌هادي نوع N (آغشته به الكترون) يا نوع P (آغشته به حفره) را بدست دهد.,104,5213,(2000)] J.Phys.Chem.B [ليبر خاطرنشان مي‌كند : " يك نانوسيم سيليكوني نوع N، هميشه با يك نانولوله‌ اتّصالي يكسوساز را شكل مي‌دهد؛ چه نانولوله فلزي و چه نيمه‌هادي باشد." بعلاوه با تقاطع نانوسيمهاي آغشته با نانولوله‌ها، اتّصالات دستگاهي با انواع مختلفي از خواص الكترونيكي را مي‌توان داشت. و لذا اگر شما به ساخت ابزارهاي مخلوط علاقه‌مند باشيد، وارد كردن اجزاي سيليكوني] آغشته[ به دستگاهتان  معني‌دار خواهد بود.

نماي سه بعدي ايده ليبر براي يك آرايه متقاطع معلّق با چهار اتّصال نانولوله (عناصر دستگاهي) ، كه دو تا آنها در وضعيت " روشن" (در حال تماس) و دوتاي ديگر در وضعيت " خاموش" (جدا ازهم) قرار دارند. نانولوله‌هاي پاييني روي يك لايه نازك دي‌الكتريك ( مثلا" Sio₂)  هستند، كه در بالاي يك لايه رسانا ( مثلا" سيليسيم با آغشتگي بالا) قرار گرفته‌است. نانولوله‌هاي بالايي به كمك چند تكيه‌گاه (بلوكهاي خاكستري) آويزان شده‌اند. هر نانولوله به يك الكترود فلزي (بلوكهاي زرد) متّصل است.

 چگونه اين آرايه‌هاي متقاطع ساخته مي‌شوند؟ يك استراتژي نويدبخش ، به گفته ليبر ، الگودهي شيميايي سطح به صورت خطوط موازي با فاصله چندنانومتر و سپس استفاده از يك جريان مايع روي سطوح الگودهي شده براي رديف كردن نانوسيمها در آن الگوهاست. وي مي‌گويد : " ايجاد آرايه معلّق نيازمند حقّه بيشتري است،" ولي ممكن است با رشد كنترل شده نانولوله‌ها ازنانو ذرّات كاتاليستي، ]فرايند ساخت نانولوله[ اين كار را بتوان انجام داد.

ليبر مي‌گويد گروهش ديوانه‌وار كار مي‌كند تا آرايه‌هاي متقاطعي را بسازد كه شامل 16000 اتّصال و " دانسيته‌اي فراتر از آنچه در چند سال آينده فناوري سيليسيم مي‌تواند انجام دهد" باشد. به گفته او، چنين چيپي        به معناي طي كردن بخش مهمي از راه است – البتّه يك قسمت خيلي كوچك از راه دراز تجاري شدن فناوري نانوالكترونيك.

چيدمان و محاسبه متكي بر DNA :

ايده آرايه‌ها، سيمهاي متقاطع، و محاسبات در كارهاي استاد شيمي نادريان سيمن در دانشگاه نيويورك نيز نمود يافته است. ولي در اين مورد، سيمها ، رشته هاي زيگزاك ، به هم بافته و متقاطع DNA هستند كه مشابهشان در طبيعت ديده نشده است. برخي از اين مولكولها براي ساخت اشيا و ابزارهاي نانومتري برپايه DNA يا حتي محاسبه DNA اي مناسب هستند.

در طول دو دهه گذشته ، سيمن از پتانسيل DNA براي ساختن يا به عنوان مواد ساختماني ساختارهايي مثل بلورها يا نانوابزارها، بهره جسته است. او و همكارانش با استفاده از مولكولهاي DNA شاخه‌دار دو رشته‌اي با سرهاي چسبنده ( لبه‌هاي رشته‌هاي‌ DNA كه مي‌توانند به لبه‌هاي مكّمل رشته‌هاي DNA ديگر متّصل شوند)، اشياي نانومتري پيچيده‌اي مثل مكعب، هشت‌وجهي ناقص و ديگر اشكال ساخته شده ازDNA را بدست آورده‌اند.

سيمن اميدوار است در نهايت قادر به ساخت ساختمانهايي تو در تو به شكل دو و سه بعدي باشد، به نحوي كه نيازي به تعيين مكان ويژه اي روي- براي يك جزء خاص كه بايستي وارد آرايه شود- نباشد. وي مي‌گويد : " من معتقدم اين مسئله ما را واقعا" به جامدات طرّاح و مواد هوشمند مي‌رساند."

 بااين حال خاطرنشان مي‌كند،كه   به عنوان يك ماده ساختماني ، DNA شاخه‌دار معمولا" فاقد سفتي است. بنابراين در سالهاي اخير گروه او، نحوه‌هاي چيدني از رشته‌هاي DNA ارائه داده‌اند كه استحكام ساختماني بيشتري داشته، و براي ساخت آرايه‌هاي دو بعدي DNA و يك ابزار نانومكانيكي كه بازوهاي صلب آن فقط بين دو حالت ثابت قادر به چرخش‌اند، بكار گرفته شده‌اند.

 آخرين شاهكار سيمن در اين راستا، مولكولهاي موسوم به چليپاي سه گانه است كه چهار رشته DNA با هم تركيب شده‌اند تا سه مارپيچ دو رشته‌اي مسطح موسوم به كاشي را به وجود بياورند.] J.Am.Chem.Soc.,122,1848(2000) [ اين مارپيچ‌ها ازطريق چهار نقطه، كه رشته‌هاي يك مارپيچ به مارپيچ ديگر وصل مي‌شوند ، به همديگر زنجير شده‌اند. و البتّه  مي‌توانند رشته‌هاي چسبيده همتاي خود را مبادله ‌كنند. مارپيچ مركزي با حلقه‌هاي سنجاقي در دو سر بسته شده است،ولي مارپيچ هاي ديگر سرهاي چسبنده‌اي دارند كه به كاشي‌ها امكان مي‌دهد يكديگر را بشناسند.

 بنا به گفته سيمن و همكارش جان‌ريف ، يك استاد علوم كامپيوتر دانشگاه دوك، سرهاي چسبنده شامل اطلاعاتي هستند كه به كاشي امكان مي‌دهد خودچيدماني را به صورتي كه يك محاسبه منطقي صورت گيرد، انجام دهند. [Nature,407,493(2000)]  آنها و همكارانشان چنگ‌دي مائو و توماس لابين به كمك عمل منطقي موسوم به "XOR فزاينده" از اين كاشي‌ها براي انجام چهار مرحله محاسباتي روي رشته‌اي از صفر و يك‌ها استفاده كرده‌اند. نتيجه عمل XOR، "0" است كه اگر دو عدد پياپي مشابه باشند (0 و 0 يا  1 و 1) و  1 است،  اگر دو عدد متوالي متفاوت باشند. ارزش هر كاشي (0 يا 1) به كمك يك “محل محدوديت” (توالي خاصي از DNAكه شناخته‌شده و با آنزيمهاي "محدوديت" بريده مي‌شوند) مشخّص مي‌شود.

كاشي‌هاي ورودي و خروجي ، سرهاي چسبنده متفاوتي دارند.و در محلول با كاشي‌هاي" نبشي" مخلوط هستند. كاشي‌هاي نبشي ارزشهاي محاسبه را در ابتداي كار وارد كرده و به تاسيس يك قالب كاري براي ارتباط كاشي‌هاي ورودي و خروجي كمك مي‌كنند. كاشي‌ها مطابق الگوريتمي كه توسط كاشي‌هاي خروجي تعيين شده است، عمل خود چيدماني را انجام مي‌دهند (به طور اتوماتيك كنار هم قرار مي‌گيرند.) كـاشي‌هاي ورودي در ابتدا در يك وضعـيت مسطح پلكاني چيده مي‌شوند.و بسته به نحوه مرتّب شدنشان، كاشي‌هاي خروجي خود را- ازطريق جفت شدن سرهاي چسبنده مكمل يكديگر- در شكافهاي كوچك موجود روي پلكان جا مي‌دهند.

سيمن: محاسبه نانوهرتز با          DNA

 پس از كامل شدن مجموعه، پاسخ بايد استخراج شود . يك رشته گزارشگر كه درون هركدام از كاشي‌ها بافته مي‌شود، شامل محل محدوديتي است كه ارزش كاشي را مشخّص مي‌كند. رشته‌هاي گزارشگر مربوط به كاشي‌هاي مجاور به يكديگر جوش خورده ، رشته‌اي درازتر ايجاد مي‌كنند، كه از مجموعه خارج مي‌شود رشته به هم جوش خورده،پس از تقويت شدن، باكمك آنزيمهاي محدوديت بريده‌شده و اجزاي حاصل به كمك الكتروفوريزيس ژل سنجيدهمي‌شوند. سيمن مي‌گويد : " اين كار از همه جهت شبيه توالي‌سنجي DNA است ،مگر اينكه دقّت عمل خيلي كمتر است!" ؛   پاسخ- ارزش كاشي‌هاي خروجي كه خودچيدماني كرده‌اند- را مستقيما" از الگوي خطوط در ژل مي‌توان خواند.

 اين مدل فقط از چهار ورودي سود مي‌برد. محاسبات طولاني‌تر نيز به گفته سيمن با يك مرحله ساده خودچيدماني انجام مي‌شود. ولي با افزايش تعداد مراحل محاسباتي، احتمال خطا بيشتر مي‌شود. در تجربه‌اي كه در مجلّه Nature بيان شده، ميزان خطا 2 تا 5% برآورد شده است.

 سيمن خاطرنشان مي‌كند كه اين خودچيدماني الگوريتمي ، نسبت به چيدمانيهاي DNAاي كه او روي آنها كار كرده است، به صحّت بيشتري نياز دارد .دركار قبلي‌ او روي آرايه‌هاي تناوبي، يك كاشي " صحيح" با كاشي‌هاي " غلط" رقابت مي‌كرد و " لذا فراهم‌آوري شرايط كاركرد صحيح زياد سخت نبود."  او مي‌گويد : " در اين مسئله ، كاشي صحيح با كاشي‌هاي نسبتا" صحيح رقابت مي‌كند. شما در اين مسئله بايد سخت‌گيرانه‌تر از مسئله ترتيب تناوبي كار كنيد. شما بايد به تمام صحت و درستي دست يابيد و نه نصف آن! "

اريك وين ‌فري ، يك دانشيار علوم كامپيوتر و سيستمهاي محاسباتي و عصبي در موسسه فناوري كاليفرنيا، چندسال قبل براي اولين بار پيشنهاد استفاده از DNA براي تقليد كاشي‌هاي وانگ را ارائه كرده بود- مربع‌هايي با گوشه‌هاي رنگي كه وقتي طوري كنار هم چيده شوند كه گوشه‌هاي همرنگ كنار هم قرار گيرند براي انجام محاسبات قابل استفاده‌اند. سرهاي چسبنده روي كاشي‌هاي DNA معادلهاي منطقي گوشه‌هاي رنگي كاشي‌هاي وانگ اند. وين فري با ذوق زدگي از مقاله سيمن-ريف مي‌گويد: " اين اولين ظهور تجربي ايده‌هايي است كه من در تز دكترايم مطرح كردم."

 هر چند، قسمت مشكل كار حركت از نظم يك بعدي به دو و سه بعدي است، وين فري مي‌گويد : " اين كار، موجب پردازش اطلاعات بسيار پيچيده‌تري  خواهد شد"- البته در صورت عملي شدن.

ديويد هارلان‌وود، يك استاد علوم كامپيوتر در دانشگاه دلاوير معتقد است، روشن سيمن براي ساخت بيش از محاسبه مفيد است. وود مي‌گويد : " وقتي من اين مقاله را خواندم و به ساختن فكر كردم؛  نظرات شگفت‌انگيزي در مورد سيخ‌ها يا تخته‌هاي پروازكننده در فضا داشتم." ولي او فكر كرد كه: " اعمال اين تكنيك محاسباتي در 10¹² مولكول مجزا از يكديگر،واقعاْ مشكل است. ولي در عوض، يك كامپيوتر الكترونيكي قوي  مي‌تواند در كمتراز يك ميكرو ثانيه مشكلات اين مقياس را در هم بكوبد."

 سيمن تأييد مي‌كند :" ما در اينجا در مورد گيگاهرتز صحبت نمي‌كنيم منظور ما 100 نانوهرتز است."  در هر صورت، سيمن مي‌گويد ، كه هدف اوليه‌اش چند محاسبه در هر ثانيه نيست، بلكه چيدماني الگوريتمي DNA براي ساخت نانوساختارهاي جديد و ذاتا" مفيد است. نانوساختارها ، درهر حال چه براي انجام محاسباتي با سرعت نور، شناسايي مولكولها در طبيعت، حذف عوامل بيماريزا از بدن، يا بهبود خواص مواد طراحي شوند، كليد  راهگشايي براي نانوتكنولوژي خواهند بود.

كاربرد فناوري نانو براي بهتركردن روغن‌كاري سطوح لغزنده

روان­سازهاي جامد بر پايه فناوري نانو، به طور مستقيم و يا به صورت افزودني به روانسازهاي مايع، استفاده مي شوند. در مطلب زير سعي شده است با بررسي مبحث روانکاري به اثرات استفاده از نانوتکنولوژي در روانکاري اشاره گردد:

مقدمه

روان‌سازها اصطكاك و فرسودگي بين سطوح تماس را كاهش مي‌دهند. اكثر روان‌سازهاي مايع، روغن وگريس هستند. در كاربردهايي مثل كاربردهاي فضايي و اتاقهاي بسيار تميز (clean room) و نيز در اجزاي كوچك و دستگاه‌هايي كه نياز به تعمير آسان داشته باشند، بجاي روان‌سازهاي مايع از روان‌سازهاي جامد استفاده مي‌شود. آنها همچنين در خلاهاي بالا، براي نگهداري بلندمدت و دوره‌اي و در شرايطي كه نياز به تحمل بار زيادي مي‌باشد، به كار مي‌روند. روان‌سازهاي جامد در شرايط دما و فشار بالا، راديواكتيويته و محيط فعال شيميايي بخوبي عمل مي‌كنند و به صورت پودر خشك، پوشش و يا افزودني به روان‌سازهاي مايع مورد استفاده قرار مي‌گيرند. مورد اصلي در استفاده از آنها پاسخ به افزايش تقاضاهاي تجاري براي بهبود عملكرد روان‌سازها مي‌باشد.

روان‌سازهاي جامد، عموماً موادي لايه‌اي مانند گرافيت، دي‌سولفيد موليبدن و دي‌سولفيد تنگستن هستند كه لايه‌هاي مولكولي تحت نيرو، اصطكاك را با لغزش روي همديگركاهش مي‌دهند. اما اين لايه‌هاي مولكولي ممكن است به سطوح آسيب برسانند زيرا واكنش شيميايي لايه‌ها با سطوح، باعث تجزيه، شكست و خمش سطوح فلزي مي‌شوند.آنها با جمع‌شدن روي سطوح باعث ايجاد اختلال در ماشين‌كاري و ساييده شدن بيشتر قطعه فلزي مي‌شوند بنابراين نياز به روان‌سازهاي جامد پايدارتر و كوچكتر داريم.

كارخانه‌ها و نيروگاه‌ها و بقيه صنايع نياز روزافزون به روان‌سازهاي پايدار دارند كه مشخصاً اصطكاك و فرسوده‌‌شدن را كاهش مي‌دهد. بخصوص در صنايع خودروسازي احتياج به گريس و روغن داريم كه براحتي قابل نگهداري باشند. در هوافضا، ابزارسازي، حفاري وصنايع نيمه‌هادي‌ها به روان‌سازي جامد با كيفيت بيشتر احتياج داريم.

ورود فناوري نانو

روان‌سازهاي خشك كه به روش فناوري نانو توليد مي‌شوند، ساختارهاي معدني كروي شكل دارند و قطر آنها در حدود nm 20 تا nm 50 است. ساختار هندسي آنها به صورت مواد معدني فولرين شكل مي‌باشد كه به نانوذرات IF مشهور هستند. در مقايسه با صفحه‌هاي پهن روان‌سازهاي جامد مرسوم، اين ساختارهاي فولرين شكل به طرز قابل توجهي كوچكتر هستند (در حدود 20 مرتبه يا بيشتر). آنها مانند توپ‌هاي مينياتوري عمل مي‌كنند كه در حول سطوح مي‌چرخند و باعث راحتي حركت قطعات تماسي مي‌شوند.

اصول علمي

استفاده از روان‌سازهاي جامد بر پايه فناوري نانو توسط گروه نانومواد انستيتو علوم وايزمن در اسرائيل كشف شد. آنها فهميدند روان‌سازهاي جامد تركيبات معدني لايه‌اي هستند مانند دي‌سولفيد تنگستن كه مي‌توانند به شكل فولرين درآيند. اين گروه شرايط خاصي را اعمال كرد كه لايه‌هاي اين مواد بتوانند روي خودشان خم شوند و به صورت نانوذرات درآيند.

روان‌سازهاي جامد IF نتايج زيادي در توليد صنعتي وتسهيل فرآيند واحدهاي صنعتي دارند. اول اينكه آنها اصطكاك و فرسودگي قطعات را هفت برابر بهتر از روان‌سازهاي تجاري كاهش مي‌دهند. به ويژه اينكه در بارگذاريهاي زياد، آنها با افزايش بازدهي استاندارد روغن، نياز به روغن‌كاري را كاهش مي‌دهند كه باعث ذخيره انرژي ،كاهش هزينه‌هاي جاري، نگهداري داخلي ارزان‌تر، دقت بيشتر ماشين‌هاي بخش‌هاي مختلف و حفظ محيط زيست مي‌شود. همچنين به دليل كم‌كردن اصطكاك، با كاهش صدا، ارتعاش و گرما مواجه هستيم.

با استفاده از نانو ذرات IF به عنوان افزودني به روغن و گريس‌ها، تقاضاي صنايع براي افزايش عملكرد و حفظ محيط زيست برآورده مي‌شود. خسارت فعلي ناشي از تعطيلي صنايع روزانه ميليون­ها دلار مي­باشد. شركتها‌ تمايل دارند به منظور كمتر كردن هزينه‌ها، از روان‌سازهاي دايمي استفاده كنند.

روان‌سازهاي IF نشان داده‌اند كه نسبت به روان‌سازهاي مرسوم اصطكاك را به مقدار زيادي پايين مي‌آورند و از دوام طولاني‌تري برخوردارند. بنابراين براي كاربردهاي دايمي مناسب‌تر هستند. كاربرد روان‌سازهاي IF همچنين باعث كم‌كردن مقدار روغن‌كاري مي‌شود. اضافه‌كردن روان‌سازهاي جامد به روغن‌هاي ماشين، بدون كاهش كيفيت عملكرد، مقدار ماده روان‌ساز مورد احتياج را كاهش مي‌‌دهد.

دليل ديگر اينكه مواد معدني فولرين شكل در تحمل نيروهاي با مقدار بزرگ بهتر عمل مي‌كنند. خواص ويژه اين مواد مقاومت بالايي به آنها مي­دهد. گزارش شده است كه نانوذرات دي‌سولفيد تنگستن به طور قابل توجهي بيشتر از روان‌سازهاي استاندارد در مقابل شوك فشار شديد 210 مقاومت كرده‌اند.

اثر دي‌سولفيد تنگستن فولرين نانوكره، بر مقاومت خستگي شفت‌هاي تحت فشار در هنگام انجام كار در حال بررسي است ولي گزارشات ديگر نشان داده است اضافه‌كردن مقدار كمي از اين مواد، علاوه بر كاهش چشمگير اصطكاك و فرسودگي، باعث افزايش عمر قطعات حركت‌كننده در ماشين‌كاري سنگين در مقايسه با روان‌سازهاي معمول مي‌شود.

تاكنون، براي كاهش اصطكاك مجبور به صاف كردن زياد سطوح و از بين بردن ناهمواري‌ها تا حد امكان بوديم ولي با تكنولوژي نوين، ديگر لازم نيست سطوح را كاملاً صاف و صيقلي كنيم زيرا ذرات كوچك در درزها و شكاف‌هاي كوچك سطوح ناهموار گير مي‌افتند و باعث ليز شدن، حين انجام كار مي‌شوند.

پيشرفت‌هاي بيشتر در متالوژي پودر، انواع قسمت‌هاي خود روغن‌كار را بهبود مي‌دهد. آغشته‌كردن حفره‌ها و درزهاي فلزهاي پودرشده با ذرات IF ، خواص سايشي آنها را در مقايسه با وقتي كه به روغن يا سولفيد تنگستن يا دي سولفيد موليبدن آغشته شوند، بهبود مي‌بخشد.

با توجه به نياز صنايع به فرآيند روان‌سازي در كاربردهاي ويژه آنها و درنظر گرفتن ملاحظات زيست محيطي، سودآوري اقتصادي و كم كردن هزينه‌ها، روان‌سازهاي جامد بر پايه فناوري نانو يك گزينه ايده‌آل خواهد بود.

منبع : www.montegen.com

مقدمه

روانكاري يا Lubrication علم تسهيل حركت نسبي سطوح در تماس با يكديگر تعريف شده است. عدم روانكاري صحيح ماشين‌آلات علاوه بر آنكه باعث تقليل راندمان مكانيكي و پايين آمدن بازده زماني ماشين مي‌شود، منتج به فرسايش بيش از حد، فرسودگي و از كارافتادگي زودرس آنها نيز مي‌گردد. در ابتدا براي روان‌كاري از روغن‌هاي پايه استفاده مي‌شد. ولي امروزه با به وجودآمدن موتورهاي سبك و تندرو، استفاده از روغن موتورهاي پايه جوابگوي نياز نمي‌باشد. بدين منظور براي ساخت يك روغن كه بتواند مشخصات لازم را بر حسب عملكرد مورد نظر، داشته باشد دو جز اصلي به نام روغن پايه و مواد افزودني با يكديگر مخلوط مي‌شود تا بتوان شرايط لازم براي كار موتور و همچنين محافظت از موتور را به وجود آورد. افزودني‌ها بر حسب كاركردشان انواع مختلفي دارند كه برخي از آنها عبارتند از: افزودني ضد اصطكاك، ضد سايش، ضد اكسيدكنندگي، پاك‌كننده، پراكنده‌كننده و غيره. در زير به بررسي روان‌كننده WS2 ‌ كه هم به صورت مستقيم به عنوان روان‌كننده استفاده مي‌شود و هم به صورت افزودني به ساير روان‌كننده‌ها به منظور جلوگيري از سايش قطعات درگير موتور و همچنين كاهش اصطكاك به كار مي‌رود، پرداخته مي‌شود.

مشكلات ناشي از استفاده از روان‌كننده‌هاي رايج WS2

روان‌کننده‌هاي رايج WS2 داراي ساختاري شبيه به گرافيت بوده و با لغزيدن لايه‌ها روي همديگر سبب کاهش اصطکاک مي‌گردند. لبه‌هاي اين لايه‌ها فعال بوده و سبب مي‌شود كه اين مواد به آرامي تجزيه شده يا در اثر حرارت و فشار بالا از هم بپاشند و با سطح فلز ترکيب و واكنش دهند. همچنين به خاطر بزرگ‌بودن اين لايه‌ها، آنها نمي‌توانند در ترک‌ها و منافذ موجود در روي سطح وارد شوند و بنابراين بر روي هم انباشته شده و به سطح مي‌چسبند و لذا بعد از مدتي از روان‌کنندگي مناسب جلوگيري مي‌کنند.

اين عوامل سبب مي‌شوند که روان‌کننده‌ها توانايي خود را از دست داده و اصطکاک ما بين دو سطح فلز افزايش يابد، بنابراين نياز به ذرات کوچکتر و مقاومتر وجود دارد.

استفاده از نانوذرات WS2 ‌ جهت روان‌كاري قطعات درگير براي كاهش اصطكاك و ساييدگي

نانوذرات WS2 به صورت جامدات کروي شكل مي ‌ باش ن د. از اين نانوذرات در توليد محصول ي به اسم Nanolub استفاده مي‌شود و بسيار ب هتر از روان‌کننده‌هاي معمولي سبب کاهش اصطکاک و سايش، به خصوص در مواقع بارگيري زياد شده و علاوه بر آن سبب افزايش طول عمر دستگاه و کاهش هزينه‌هاي نگه‌داري و تعميرات مي‌شوند. اين روان‌کننده قابل استفاده در ماشين‌ها و دستگاه‌ها ي صنعتي و هواپيما مي‌باشد.

در شكل زير نانوذرات موليبدنيوم سولفايد نشان داده شده است.

 

نانوذرات كروي شكل موجود در Nanolub بسيار ريز هستند و مي‌توان گفت كه هنگام قرارگرفتن بين دو سطح به صورت بلبرينگ‌هاي بسيار کوچک عمل مي‌کنند. آزمايش‌هاي بسياري نشان مي‌دهند که اين روان‌کننده تا حد بسيار زيادي سبب کاهش اصطکاک، ساييدگي و دما شده و بسيار بهتر از ساير روان‌کننده‌ها ي جامد عمل مي‌کنند به خصوص در مواقعي که بار زيادي روي سيستم وجود دارد. اين روان‌کننده همچنين از سوختن و به‌هم‌چسبيدن و پوسته پوسته‌شدن سطح فلز جلوگيري مي ‌ کند.

روان‌کننده Nanolub به صورت افزودني به روان‌کننده‌هاي مايع ، گ ريس‌ها، به صورت پودر جامد، پوشش نازک کامپوزيتي روي فلز و به صورت لايه پليمري کامپوزيتي مي‌تواند مورد استفاده قرار گيرد. روان‌کننده داراي نانوذرات WS2 در روي سطوح زبر به خوبي عمل مي‌نمايد. ا ي ن امر بدين معني است که سطوحي را که روي هم مي‌لغزند ديگر لازم نيست به صورت کاملاً يکنواخت صاف و جلا داد. چنانچه در روش‌هاي رايج براي کاهش اصطکاک نياز به جلادادن و صاف‌نمودن سطح تا حد بسيار زياد لازم است که اين امر نياز به صرف هزينه و وقت و دقت بالايي دا رد . با استفاده از روان‌کننده Nanolub در روي سطوح زبر اين سطوح بعد از مدتي خودشان به صورت خودكار سبب روان‌شدن سطح مي ‌ گردند چرا که روان‌کننده در منافذ بين سطح به دام مي‌افتد و به تدريج با ساييده‌شدن زبري‌هاي بزرگ سطح آزاد شده و عمل روان‌کنندگي را انجام مي‌دهد و از ايجاد اصطکاک در بين سطوح تا حد زيادي جلوگيري مي‌کند.

در نمودار زير اثر بار گذاري بر روي خاصيت روان‌کنندگي بررسي شده است.

نمودار تاثير بارگذاري بر روي ضريب اصطكاك را نشان مي دهد.

چنانچه در نمودار ديده مي‌شود در روان‌كننده‌هاي معمولي با افزايش بارگذاري ضريب اصطكاك بعد از مدتي به طور ناگهاني افزايش مي‌يابد در حالي كه اين افزايش در هنگام استفاده از نانوذرات WS2 ‌ در بارگذاري‌هاي بسيار بالا ديده مي‌شود و ميزان افزايش ضريب اصطكاك نيز بسيار كم مي‌باشد.

روشهاي استفاده از نانوذرات WS2 ‌

•  به صورت افزودني به روغن

•  افزودني به گريس

•  جزء لايه‌هاي کامپوزيتي پليمر

•  در پوشش‌هاي کامپوزيت‌هاي فلزي

برخي از خصوصيات و مزيت هاي Nanolub

•  کاهش اصطکاک و ساييدگي به صورت بسيار بهتر از ساير روان‌کننده‌هاي رايج به خصوص در بارگذاري بالا

•  طولاني‌بودن طول عمر روان‌كننده

•  توانايي تحمل بارگذاري بسيار زياد

•  پايداري شيميايي و فيزيکي بالا ي نانوذرات

•  صرفه‌جويي در مصرف انرژي و کاهش آلودگي

•  سازگار با محيط زيست

•  حفظ دقت بالاي اجزاء مختلف دستگاه بعد از کارکرد طولاني

•  کاهش هزينه تهيه و ساخت اجزاء ماشين‌ها و دستگاه‌ها به خاطر کارکرد مناسب در روي سطوح زبر

 

خصوصيات برجسته Nanolub ناشي از اندازه نانو

•  قابليت نفوذ در منافذ ريز

•  جلوگيري از Build up سطوح

•  امكان ايجاد سطوح خودروان‌کننده

مزاياي ناشي از کروي شكل‌بودن نانوذرات WS2

•  کاهش اصطکاک تا حد بسيار بيشتري از لايه‌هاي رايج روان‌کننده به خاطر قابليت چرخيدن کره‌ها

•  پايداري شيميايي به خاطر عدم وجود لبه‌ها

•  عمر کاري طولاني‌تر

•  پايداري فيزيکي بالا

•  عدم چسبيدگي به سطح

بازار هاي مورد هدف Nanolub

•  عدم نياز به نگهداري هميشگي دستگاه‌ها - هواپيمايي، شاتل‌ها و توربين‌ها

•  کارخانه‌هاي نيازمند به محيط تميز - نيمه‌رساناها

•  تحمل بارگذاري زياد - ماشين‌ها و دستگاه‌هاي سنگين

•  محيط‌هاي غيرعادي- خلاهاي بالا، تشعشع و فضاي بيرون جو

•  کاربردهاي نظامي- موتورهاي بدون صدا

•  لايه‌هاي کامپوزيتي- پوشش‌هاي ضد خوردگي

منبع :سايت نانو

نانوافزودني‌هاي سوخت ديزل

 

اخيراً بيشتر تلاش ­ ها براي كاهش آلودگي در جهان بر روي موتورهاي ديزلي متمركز شده‌‌‌‌است. اين موتورها منبع اصلي نيرو در جهان براي موتورهاي تا 5000 اسب بخار مانند اتوبوس ­ هاي شهري مي‌باشند . اين موتورها ذرات بيشتري را نسبت به موتورهاي بنزيني مجهز به مبدل­هاي كاتاليستي منتشر مي‌كنند. در مطلب زير انواع نانوافزودني‌هاي سوخت ديزل بررسي مي‌شود:

افزودني‌هاي سوخت، موادي هستند كه به سوخت اضافه مي‌شوند تا انتشار ذرات آلاينده خروجي اگزوز ( (PM را كاهش دهند و تغييراتي در توليد CO ، NO x و HC ايجاد كنند. بكاربردن بعضي از اين افزودني‌ها باعث 15 تا 20 درصد كاهش در ميزان ذرات آلاينده( PM ) شده است. اين كاهش مي‌تواند نزديك به 99 درصد شود زماني كه با کاتاليست DPF استفاده مي‌شود. بعضي افزودني‌ها ميزان هيدروكربن‌هاي آروماتيک چندهسته‌اي را به ميزان 80 درصد كاهش مي‌دهند.

افزودني‌ها مي‌توانند از مقدار 10ppm (ده ذره در ميليون) تا 100ppm در سوخت تغييرات مقدار داشته باشند. افزودني‌ها كاهش قابل ملاحظه‌اي در دماي احتراق دود ايجاد مي‌كنند. جمع‌بندي اطلاعات منتشرشده در اين زمينه بيانگر كاهش مصرف سوخت از 5 تا 7 درصد بواسطه حضور افزودني‌‌هاي سوخت مي‌باشد.

افزودني‌هايي كه به سوخت ديزل اضافه مي‌شوند تا در دوده حذف شده در فيلترها، دماي اشتغال خروجي را كاهش دهند، كاتاليست‌ حاوي سوخت FDC خوانده مي‌شوند. اين افزودني‌ها همراه كاتاليست‌هاي فعال و غيرفعال استفاده مي‌شود. در ادامه ويژگي‌هاي انواع نانوافزودني‌هاي سوخت ديزل ذكر مي‌شود.

 

نانوافزودني‌ها با پايه سريم

اين افزودني‌ها به همراه فيلترهاي مناسب استفاده مي‌شوند. غلظت اين افزودني مي‌تواند بين 20 تا 100ppm باشد. غلظت‌‌هاي بالاي اين افزودني مشكلاتي همچون افزايش فشار برگشت ايجاد كرده است. با توجه به پيشرفت مواد نانوپودرها، اين افزودني به فرم نانوپودر توليد شده است كه باعث افزايش كارايي اين افزودني‌ها شده است به طوري كه اين نانوافزودني باعث كاهش ذرات آلاينده ( PM ) از 70 تا 98 درصد شده است. با استفاده از اين افزودني، ميزان NOx تغيير نكرده است و باعث افزايش مصرف سوخت به ميزان7/4 مي‌شود. افزودني‌هاي پايه سريم در اروپا به صورت گسترده استفاده مي‌شود فيلترهاي جديد شركت پژو متناسب با اين افزودني طراحي شده‌اند. علاوه بر آن، اين افزودني‌ها در تجهيزات جاده‌اي و غيرجاده‌اي استفاده شده است.

نانوافزودنيها با پايه پلاتينيم

افزودني‌هاي با پايه پلاتينيم همواره با فلز ديگري استفاده مي‌شوند. اين افزودني نيز، در مقياس نانو توليد شده است. اين نانوپودرها توانسته‌اند ميزان ذرات آلاينده 25 درصد هيدروكربن‌ها 35 درصد، مونوكسيد كربن 25 درصد و ميزان NO x 25 درصد را كاهش مي‌دهند. همچنين اين افزودني‌ها در حدود 5 تا 7 درصد كاهش مصرف سوخت ايجاد كرده‌اند. در ماشين‌هاي ديزلي سنگين، اين افزودني در حال حاضر در اروپا در مصارف جاده‌اي، غيرجاده‌اي و ثابت در حال استفاده مي‌باشد.

افزودني با پايه آهن

نانو افزودني پايه آهن باعث افزايش عدد اكتان و كاهش دماي اشتغال مي‌شود. در صورتي كه ميزان مصرف سوخت را 85/0 درصد افزايش مي‌دهد. اين افزودني در حال حاضر در كشور آلمان استفاده مي‌شود. استراليا و سوئد را نيز بيش از 5 سال است كه از آن استفاده مي‌كنند.

منبع: www.arb.ca.gov/regoat