نانو ساختارها Nano structures تهیه و تنظیم : فرزاد حسینی نسب fhn64@yahoo.com

2. نانو ساختارها Nano structures تهیه و تنظیم : فرزاد حسینی نسب fhn64@yahoo.com

3. نانوفناوری : علم طراحی، ساخت و استفاده از مواد نانوساختار است. • مواد نانوساختار به دلیل خواص فیزیکی و شیمیایی متفاوت و بهبود یافته مورد توجه قرار گرفته اند.

4. نانوساختارها (نانو مواد) : حداقل یکی از ابعاد آنها در محدوده نانومتر (1 تا 100 نانومتر) است. انواع نانوساختارها : • صفر بعدی : نانوذرات • یک بعدی : نانوسیم ها • دو بعدی : لایه های نازک • سه بعدی : مواد بالک نانوساختار

5. Nano particles Nano wires Carbonnano tubes Thin films

7. چگالی حالات

8. روش های تولید Fabrication methods Top-Down Bottom-Up

9. Bottom-Up Process Top-Down process Milling Vapour phase decomposition Lithographic processes Plasma-assisted deposition Severe plastic deformation Molecular beam epitaxy Machining Electrodeposition Rapid solidification/crystallization Sol-gel methods

10. مواد بالک نانوساختار(Bulk nanostructured materials) • نانوکامپوزیت (Nanocomposite): • کامپوزیت، از کلمه to composeبه معنی ترکیب کردن و مخلوط کردن مشتق شده است. • مهمترین ویژگی کامپوزیت ها دارای خواص و ویژگی هایی هستند که هیچ یک از فازهای تشکیل دهنده به تنهایی نمی توانند آنها را داشته باشند . زمینه(Matrix) تقویت کننده(Reinforcement) کامپوزیت

11. چند نمونه از کامپوزیت ها • با ترکیب کاه و گل ترکیبی حاصل می شود که هم از کاه و هم از گل قوی تر است. • چوب مثال خوبي از يك كامپوزيت طبيعي است كه تركيبي از الياف و چسب مي باشد . • بتن و فولاد تركيب مي شوند تا بتن مسلح را ايجاد كنند. • تاير لاستيكي تركيبي از مخلوط لاستيك و تقويت كننده اي نظير فولاد ، آراميد يا نايلون می باشد.

12. در صورتی که تقویت کننده جز مواد نانو ساختار (نانوذرات، نانو سیم ها، نانولوله ها و ...) باشد، نانو کامپوزیت ها تشکیل می شوند. خواص نانوکامپوزیت ها: • استحکام بالا • وزن کم • قابلیت طراحی بهتر • عمر زیاد • انعطاف پذیری بالاتر • خوردگی کم

13. کاربردهای نانوکامپوزیت ها: • ایجاد خاصیت رسانایی در پلیمرها • تهیه پلاستیک های نگه دارنده مواد غذایی • استفاده در ژل ها و کرم های ضد آفتاب • استفاده در بدنه های اتومبیل و هواپیما • سنسور • سوخت جامد راکت

15. میزان و اندازه جزء تقویت کننده در خواص نانوکامپوزیت ها موثر است.

16. مواد نانوساختار حاصل از روش های تغییرشکل شدید پلاستیک: (c) (a) High Pressure Torsion straining (HPT) (b) Equal-channel Angular Pressing (ECAP) (c) Accumulative Roll Bonding (ARB) (a) (b)

17. با انجام سه مرحله فرآیند آنیل (بازیابی، جوانه زنی مجدد و رشد دانه)، ریزدانگی اتفاق می افتد. تقسیم دانه ها هنگام تغییر شکل باندهای برشی آلیاژ برنج % 50 کارسرد شده مراحل مختلف بازیابی و تشکیل مرزهای فرعی

18. شکلی از مراحل مختلف فرآیند آنیل

20. میزان کرنش اعمالی و شرایط آنیل، در اندازه دانه های نهایی موثر است. • خواص این نوع مواد نانوساختار: • استحکام بیشتر • انعطاف پذیری مناسب • مقاومت به خستگی بالاتر

21. لایه های نازکThin films • لایه نازك به ماده یا موادي گفته می شود که به صورت پوشش بر یک سطح یا ماده دیگر، سبب ایجاد خواص الکترونیکی، فیزیکی و مکانیکی جدیدي شود.

22. تکنولوژی ساخت 1- مراحل و روش های مختلف تهيه و ساخت لايه هاي نازك 2- تعيين خواص كيفي و كمي لايه هاي ساخته شده 3-كاربردهاي عملي لايه هاي نازك

23. انواع لایه های نازک • لایه های بسیار نازک با ضخامت کمتر از 5 نانومتر • لایه های نازک با ضخامت بین 5 تا 500 نانومتر • لایه های ضخیمتر با ضخامت بیش از 500 نانومتر • همچنین لايه ها را مي توان از دیدگاهی دیگر به لايه هاي فلزي، نيمه رسانا، عايق و لایه های ساخته شده از مواد آلي تقسيم كرد.

24. روش ساخت به منظور ساخت لایه نازك می بایست به گونه اي اتم ها و یا مولکول هاي ماده مورد نظر را از چشمه بر روي جسم دیگري که زیر لایه یا بستر نامیده می شود، فرستاد. انواع روش ها : 1-CVD 2-PVD 3-MBE

25. کاربردهای لایه های نازک • حفاظت در برابر پديده هاي سطحي چون سايش، خوردگي و خستگي • ساخت سلول های خورشیدی

26. تغییر خواص الکتریکی و مغناطیسی • تغییر خواص اپتیکی

27. نانو سیم هاNano wires • نانو ساختارهای تک بعدی تحت عناوین ویسکرزها، نانوالیاف، نانوسیم ها و نانومیله ها شناخته می شوند. • یکی از خصوصیات بارز نانوسیم ها، انتقال جریان الکتریکی موازی با محور سیم است. • به دلیل سطح مقطع بسیار کوچک، کمترین مانع در مسیر حرکت الکترون ها وجود دارد.

28. انواع نانوسیم ها • نانوسیم های فلزی : کارایی زیاد در قطعات الکتریکی مانند نانوسیم نقره. • نانوسیم های آلی : ویژگی این سیم ها ( نظیر رسانایی و هدایت گرمایی) به ساختار مونومر و طرز آرایش آن بستگی دارد. • نانوسیم های نیمه هادی : مانند نانوسیم های سیلیکونی، این نانوسیم ها بیشترین کاربرد را در عرصه پزشکی مانند تشخیص نشانه های سرطان، رشد سلول های بنیادی و ... نشان داده است.

29. شکل های نانوسیم • نانوسیم ها ممکن است کریستالی، غیر کریستالی و یا در بعضی حالت شکل مارپیچی به خود بگیرند. • کریستالی نبودن آنها به دلیل یک بعدی بودنشان است.

30. روش‌هاي عمده براي ساخت نانوسيم‌ها • ليتوگرافي يا چاپ روي يک سطح

33. فرآيند رشد شيميايي در يک محيط گازي يا مايع: استفاده از نانوذرات کاتاليست براي رشد نانوسيم‌ها • خودآرايي براي رشد مستقيم يک نانوسيم‌روي يک سطح (موازي با سطح): نانوسيم‌های با قطر چند نانومتر و فاصله ده نانومتر يا کمتر از یکدیگر

34. اتم ها و مولکول ها به طور خود به خود مرتب می شوند. • مولکول ها به طور طبیعی بر اساس نیروهایی که ساختار ماده به آن ها تحمیل می کند، در مکان هایی قرار می گیرند که کمترین انرژی را داشته باشند. • مشکل این روش عدم تسلط بر آرایش است.

35. حكاكي شيميايي سيم‌هاي بزرگتر و يا با بمباران يك سيم بزرگتر توسط ذرات پرانرژي ديگر (اتم يا مولكول) • برجسته‌كردن سطح يك فلز نزديك به نقطه ذوب با استفاده از نوك پروب STM و منقبض كردن آنها • روش سنتز بخار-مايع-جامد ( VLS ) در اين روش از ذرات تجزيه شده توسط ليزر و يا از محصولات گازي استفاده مي‌كنيم.

37. کاربرد نانوسیم ها • نانو الکترونیک : • در رایانه ها و سایر دستگاه های محاسبه گر • پزشکی : • در تشخیص بیماری ها (Si, GaN) • استفاده در رگهای خونی برای تحریک اعصاب (Pt) • برای هدفمند ساختن رشد سلول های بنیادین(Si)

38. اپتیک : • ساخت دیودهای نور افشان (LED)از تقاطع دو نانو سیم • ساخت لیزر (ZnO) • زیستی : • مولکولDNA

39. نانو سیم های مغناطیسی : • برای ذخیره اطلاعات (Co, Co-Cu, Ni, Fe)، نانو سیم ها را نمی توان از یک حدی به یکدیگر نزدیکتر کرد و محدودیت در ذخیره اطلاعات وجود دارد. • هر چه چیدمان نانو سیم ها منظم تر باشد، ذخیره سازی اطلاعات بهتر صورت می گیرد.

40. سنسور : مزاياي سنسورهاي نانوسيم • کوچکتر • حساس تر • نياز کمتر به انرژي • واکنش سریعتر در محيط هوا، مولکول هاي اکسيژن به طور عمومي روي سطح ZnO به عنوان O2-, O-, O2-جذب مي شوند.

41. نانولوله های کربنی ساختارهای مختلف اتم های کربن

42. شكل گيري نانولوله ها از صفحات گرافين

44. ساختار نانولوله هاي كربني • نانولوله های کربنی بر اساس نحوه ی پیچیده شدن به سه دسته تقسیم می شوند. • نانولوله ها در دسته نانوسیم های فلزی و نیمه رسانا قرار می گیرند. • نانولوله های Armchair فلزی هستند. • دو سوم نانولوله های تولید شده نیمه رسانا و یک سوم فلزی هستند.

47. تعیین نوع نانولوله ها

48. تعیین نوع نانولوله ها با استفاده از STM فلزی نیمه رسانا

49. انواع روش های سنتزنانولوله های کربنی تبخير ليزري يک پرتو ليزري براي بخار کردن گرافيت در کوره. پرشدن کوره از شار گاز آرگون يا هليم با فشار Torr500. شکل گیری بخار بسيار داغ سرد شدن بخار مفروض متراکم شدن بخار اتم ها و مولکول هاي کربني کوچک براي تشکيل خوشه هاي بزرگتر. متراکم شدن کاتالیست و ممانعت از نزديک شدن بیشتر خوشه های کربنی به یکدیگر. تبدیل شدن مولکول هاي لوله اي اولیه به نانولوله هاي کربني تک ديواره. روش رسوب شيميايي بخار

50. مراحل انجام آزمایش لايه نشاني کاتاليست توسط PVD نقره کبالت Al/Co/Al