تحقیق کاربرد نانوفناوری در صنایع الکترونیک مقدمه: تفاوت میان خواص مواد در مقیاس نانو و تودهای در حوزههای مختلف علوم و مهندسی مورد مطالعه محققان قرار گرفته است. در این فصل پس از معرفی مختصر ضرورتهای فنّاوری نانو، برخی از این ویژگیهای متفاوت که دانستن آنها در درک مطالب بعدی این پایاننامه ضروری است، معرفی میشوند. موضوع دیگر این فصل ارائ? یک دستهبندی کامل از روشهای گوناگون تولید نانوذرّات است. همچنین برای فراهم آوردن امکان مقایسه بین روشهای شیمیائی تولید نانوذرّات CdS، چند روش گزارش شده از آنها معرفی میگردد. در این فصل کلیّاتی از روش شیمیائی مهار کردن که در این پایاننامه از آن برای تولید نانوذرّات CdS و CdS:Ni استفاده میشود نیز معرفی خواهد شد.
در حال حاضر علوم بدون کمک گرفتن از
فنّاوری نانو، قدرت جوابگوئی به نیازهای روز افزون بشر را ندارند. علی رغم رشد قابل ستایشِ شاخههای مختلف علوم، دانشمندان با چالشهای اساسی نیز روبرو هستند. برای مثال رایانهها با وجود نزدیک شدن به سرعتهای بحرانی پردازش، با توقعات بشر همخوانی ندارند. در داروسازی، داروها عوارض جانبی شدید به همراه داشته و برخی نیز به دلیل نامحلول و یا کممحلول بودن در خون از چرخ? مصرف کنار گذاشته میشوند. از این گونه مشکلات، در بخشهای دیگر علوم نیز به وفور مشاهده میشود. فنّاوری نانو برای غلبه بر این چالشها، قابلیتهای فراوانی را به بشر عرضه نموده است. در پزشکی به کمک این فنّاوری، نانوذرّاتی ابداع شده که به توزیع آسان دارو در قسمتهای مختلف بدن کمک میکند. در پوشش زخمهای خاص نظیر زخمهای سوختگی، از برخی نانوذرّات به عنوان عامل ضدمیکروب، ضدالتهاب و التیام‌بخش استفاده میشود. غذاهای غنی‌شده نیز بوسیله این فنّاوری تولید شدهاند[5-1] و .... در حوز? نانو مواد، به دلیل اینکه مواد حجیمی که از ترکیبات نانوساختار تشکیل شدهاند از نظر مقاومت در برابر خوردگی، کشسانی و ایمنی در برابر آتش سوزی، مزیّتهای قابل ملاحظهای نسبت به مواد دیگر دارند، دانشمندان به دنبال چنین نانوساختارهای سبک و مقاوم در برابر حرارت هستند که برای هواپیماها، راکتها، ایستگاه‌های فضایی و .... مورد نیاز میباشند. برای مثال، ساخت موادی که یک ششم چگالی فولاد را دارند ولی مقاومت آنها 50 الی 100 برابر فولاد است، یکی از موفقیّتهای پژوهشگران در این زمینه میباشد[5]. در صنایع الکترونیک، تولید کامپیوترهای سریع موسوم به کامپیوترهای کوانتومی، تراشههای حافظه با اندازه نانو که هزاران برابر تراشههای فعلی قدرت ذخیره‌سازی دارند و... مدنظر هستند. شرکت سامسونگ، توسعه نیمی از محصولات ساخته شده توسط این شرکت را به دلیل نوآوریهای ناشی از نانوذرّات نقره میداند[3]. به جرأت میتوان گفت: فنّاوری نانو[2] (NT) به همراه فنّاوری اطلاعات[3] (IT) و پروژه ژنوم انسانی[4] (BT) همزمان شکل دهنده سوّمین انقلاب صنعتی جهان هستند[6-1].
باورها بر این است که سهم زیادی از توفیق نانوتکنولوژی در بهبود آینده بشر، به حوزه نانوذرّات تعلق خواهد داشت. نانوذرّات(حبس حاملهای بار در سه بعد) که به صورتهای گوناگون دسته بندی میشوند( فلزّی، نیمرسانا، پوسته- هسته[6] و ...)، به همراه سیمهای کوانتومی[7](حبس حاملهای بار در دو بعد) و لایههای نازک یا چاههای کوانتومی[8](حبس حاملهای بار در یک بعد) تشکیل دهند? نانومواد هستند[7].
شکل1-1) روند حبس حاملهای بار در نانو مواد[8]. نانوذرّات که از آنها به عنوان نانوبلورها[9] ، نانوخوشهها[10] و نقاط کوانتومی[11] هم یاد میشود، در مقایسه با مادّ? حجیم خودشان، خواص متفاوتی بروز میدهند. این خواص منحصر به فرد، قابلیتهای فراوانی را برای بهرهبرداری از آنها در اختیار دانشمندان قرار داده است. در ادامه، برخی از این ویژگیها و منشأهای آنها معرفی میگردد.
1-3 خواص تابع اندازه نانوذرّات مطالعه و تحقیق در مورد نانوذرّات به این دلیل که فرصتی برای درک خواص فیزیکی مواد با ابعاد کاهش یافته و همچنین مطالعه خواص سطوح به شمار میآید از موضوعات جالب و مورد علاق? محققان از دو ده? پیش تاکنون بوده است[12-9]. مهمترین ویژگی نانوذرّات، تابع اندازه بودن خواص[12] آنها است. هنگامی که اندازه ذرّات به یک مقدار بحرانی برسد، خواصی نظیر خواص ترمودینامیکی، مغناطیسی، مکانیکی، ساختاری، نوری و الکتریکی آنها دچار تغییر و تابع اندازه میشوند. برای مثال، نقطه ذوب ذرّاتCdS و طلا با کوچک شدن اندازهشان کاهش مییابد(شکل1-2 "الف" و "ب"). میتوان وضعیّت ظرفیت گرمائی هلیوم مایع و هلیوم هنگامی که در خوشههای 64 اتمی است را در شکل1-2 "ج" مشاهده نمود. برخی دیگر از کمیتهای ترمودینامیکی نظیر انرژی چسبندگی، ظرفیت گرمایی، طول و قدرت پیوند و... نیز تابع اندازه هستند[13].
شکل1-2) وابستگی خواص ترمودینامیکی به اندازه نانوذرّات. شکل (الف) و (ب) نمودار دمای ذوب نانو ذرّات طلا[14] و CdS[15] برحسب اندازه ذرّات و شکل (ج) ظرفیت گرمائی هلیوم مایع و هلیوم در خوشههای 64 اتمی[16] را نشان میدهد. خواص الاستیکی و پلاستیکی نانوذرّات نیز به دلیل نسبت سطح به حجم بسیار زیاد، در مقایسه با حالت حجیم بهبود مییابد و همچنین سختیشان افزایش پیدا میکند. به عنوان مثال، نانوذرّات مس با قطر تقریبیnm
6 تا پنج برابر از ذرّات با قطر nm50 سختترند و یا در مورد Pb، ذرّات با اندازه 7 نانومتر از ذرّات صد نانومتری تا صد بار استحکام بیشتری دارند[17]. خواص مغناطیسی نانوذرّات نیز تابع اندازه میباشد. بر اساس گزارش نیل[13] اگر یک ماده تک حوزه، به اندازه کافی کوچک باشد، نوسانات گرمایی میتوانند باعث شوند که جهت مغناطش آن نوعی چرخش براونی را متحمل شود. بنابراین (مقدار میدان مورد نیاز برای برگرداندن سیستم از حالت مغناطیده با مغناطش M به حالت عادی) برای ذرّات کوچک صفر میشود زیرا نوسانات گرمایی مانع وجود یک مغناطش ثابت میشوند. این حالت را سوپر پارامغناطیس مینامند زیرا چنین موادی همانند یک ماده پارامغناطیس با M بزرگتر رفتار میکنند. مثلاً نانوذرّات اکسید آهن با اندازهnm 1.7 در یک پوشش پلیمری از خود خواص سوپر پارامغناطیس نشان میدهند[18]
.
