وبلاگ

فلزی، سرامیکی و یا پلیمری باشند.
۲-۲-۲- نانو مواد یک بعدی
مواد نانومتری یک بعدی نسبت به صفر بعدی به دلیل اینکه یکی از ابعاد آنها بزرگتر از محدوده نانومتر است متفاوت هستند. این تفاوت در ابعاد مواد آنها را به سمت شکل سوزنی سوق می­دهد. مواد نانومتری یک بعدی شامل نانو لوله­های کربنی، نانو میله­ها و نانو سیم­ها هستند.
مواد نانومتری یک بعدی می­توانند:
بصورت آمورف یا بلوری،
بصورت تک بلوری یا چند بلوری،
با ترکیب شیمیایی خالص یا با ناخالصی،
بصورت فلزی، سرامیکی و یا پلیمری باشند.
۲-۲-۳- نانو مواد دو بعدی
مواد نانومتری دوبعدی مقداری برای دسته بندی مشکل هستند. با فرض تعریف فوق برای مواد صفر بعدی و یک بعدی، مواد نانومتری دو بعدی موادی هستند که دو بعد آنها از محدوده نانومتر(۱۰۰نانومتر) بیشتراست. در نتیجه آنها دارای اشکال صفحه­ای می­باشند. مواد نانومتری دو بعدی شامل نانو فیلم ها، نانو لایه ها، و نانوپوشش­ها هستند.

این مواد می توانند :
بصورت آمورف یا بلوری باشند.
از ترکیب شیمیایی مختلفی ساخته شده ­اند.
بصورت تک لایه یا ساختار چند لایه هستند.
بر روی زیرلایه رسوب می­ کنند.
بصورت فلزی، سرامیکی و یا پلیمری می­باشند.
۲-۲-۴- نانو مواد سه بعدی
مواد نانومتری حجیم موادی هستند که هیچ یک از ابعاد آنها در محدوده نانو نیست. اگرچه مواد نانومتری حجیم ویژگی­هایی در محدوده نانومتر را از خود نشان می­ دهند. مواد نانومتری حجیم با ابعاد بیشتر از محدوده ابعاد نانو می­توانند ترکیبی از بلورها و دانه­ها درمحدوده نانومتر باشند که این مواد به نام مواد نانوبلوری نامیده می­شوند. همچنین نانو کامپوزیت ها نیز در این دسته قرار می‌گیرند.
۲-۳- روش­های سنتر عناصر پایه
روش­های ساخت عناصر پایه بسیار گسترده می­باشد اما به طور کلی روش‌های تولید عناصر پایه را می‌توان به دو قسمت عمده تقسیم کرد: روش‌های بالا به پایین و روش‌های پایین به بالا. در روش بالا به پایین برای تولید محصول، مواد حجیم را با بهره گرفتن از یک سری از ابزارها، به مواد ریز­تر و در نهایت به مواد نانومتری تبدیل می­‌کنند. روش پایین به بالا، درست عکس روش بالا به پایین می‌باشد، در این رویکرد محصول از طریق کنار هم قرار دادن مواد ساده‌تر‌ بوجود می‌آید. در حقیقیت با کنار هم قرار دادن اتم‌ها و مولکول‌ها می‌توان برای ساخت مواد نانومتری استفاده کرد [۱۰- ۷[ (شکل ۲-۱).
شکل (۲-۱) مقایسه روش بالا به پایین و روش پایین به بالا تولید نانو ذرات [۱۰- ۷[.
۲-۳-۱- روش بالا به پایین
در این روش یک ماده بزرگ را برداشته و با کاهش ابعاد و شکل­دهی آن، به یک محصول به ابعاد نانو تبدیل می­ شود. بعبارت دیگر اگر اندازه­ یک ماده­ توده­ای بطور متناوب کاهش داده شود، به ماده‌ایی با ابعاد نانومتری می­رسیم. این روش ابتدا توسط فایمن مطرح شد. روش­های­ فرآوری مکانیکی (تغییر شکل‌دهی پلاستیکی شدید، اختلاط شدید، فشرده‌سازی پودر، آسیابهای پرانرژی)، لیتوگرافی (مستقیم (بدون ماسک) و غیر مستقیم (مبتنی بر استفاده از ماسک))، فرآوری حرارتی ( روش بازپخت)، ریسندگی (ریسندگی الکتریکی و مذاب )، سونش و دیگر روش‌ها از جمله روش‌های ساخت در این رویکرد مطرح می‌شوند. در ادامه به بررسی خواص و کاربرد چند مورد پرداخته می­ شود.
۲-۳-۱-۱- تغییر شکل­دهی پلاستیکی شدید (SPD)
روش­ تغییر شکل­دهی پلاستیکی شدید^[۷] از روش­های پیشگام برای تولید مواد نانو بلوری توده‌ای است. محدودیت این روش وجود مشکلات مربوط به کنترل آلودگی و اکسیداسیون بالای سطح مؤثر ذرات اولیه می­باشد، اما این مزیت را دارد که با ترکیب ذرات مختلف می ­تواند نانو­کامپوزیت­ها را بوجود آورد.
روش تغییر شکل­دهی پلاستیکی شدید تنها برای فلزات قابل کاربرد می­باشد. در این روش بلورهای داخل فلزات تحت فشار زیاد و در معرض تنش برشی بالایی قرار می­گیرند و این کار موجب کاهش اندازه بلور فلزات تا ۲۰ نانومتر می­ شود. کاهش اندازه بلور تقریباً در هر نوع فلز باعث افزایش چشمگیر استحکام، و در بسیاری مواد، چکش­خواری می­ شود. بخاطر اینکه چنین روش­هایی می­توانند در مقیاس بزرگ اجرا شوند، بسیار بیشتر از سایر روش­ها برای تجاری‌سازی مورد متوجه هستند.
۲-۳-۱-۲- آسیابهای پرانرژی
آلیاژسازی مکانیکی روشی متداول جهت ساخت گستره وسیعی از نانوذرات است. از جمله مزایای این روش می‌توان به سهولت فرایند تولید، همراه با تعداد مراحل عملیاتی کم، عدم استفاده از مواد پایدار کننده و حلال‌های گرانقیمت، امکان تولید مقدار زیاد محصول و رعایت مسائل زیست محیطی اشاره نمود. این ویژگی‌ها باعث شده تا آلیاژسازی به عنوان روشی ممتاز مورد توجه قرار گیرد.
عملیات آسیاب کاری به عنوان فرایند مقدماتی آلیاژسازی مکانیکی به شکستن و خرد کردن مواد درشت به ابعاد ریز اطلاق می‌شود. به طور کلی آلیاژسازی مکانیکی نوعی فرایند آسیاکاری است که در آن مخلوط پودری تحت تأثیر برخوردهای پرانرژی بین اجزای آسیا (گلوله‌ها و محفظه) قرار می‌گیرد. این فرایند به طور معمول در اتمسفر خنثی انجام شده و برای تهیه پودرهای فلزی و سرامیکی در حالت جامد استفاده می‌شود. جوش سرد و شکست دو پدیده عمده در آلیاژسازی مکانیکی هستند. فرایند آلیاژسازی تنها تا زمانی ادامه می‌یابد که نرخ جوش خوردن با شکست در تعادل باشد. از آنجا که این فرایند در حالت جامد انجام می‌شود، امکان تولید آلیاژهای جدید از مخلوط مواد اولیه با نقطه ذوب پایین و بالا را فراهم نموده است.
انواع روش­های آسیاب‌های پرانرژی شامل آسیاب‌های مکانیکی، آسیاب گلوله‌ای- ارتعاشی^[۸]، آسیاب‌های ساینده^[۹]، آسیاب افقی غلتان ^[۱۰]، آسیابی میله‌ای غلتان^[۱۱] و دیگر روش‌های مشابه می‌باشد.
۲-۳-۱-۳- لیتوگرافی
لیتوگرافی یک واژه یونانی است که از دو قسمت لیتوس به معنای سنگ و گرافی به معنای نوشتن و حکاکی کردن تشکیل شده است. با ترجمه کلمه به کلمه این واژه به صورت حکاکی بر روی سنگ معنی می­ شود. این روش شامل تشکیل یک طرح لیتوگرافی از یک الگو روی یک ماده الکترونیک و انتقال آن طرح به ماده­ای دیگر جهت تولید یک ابزار الکترونیکی یا نوری می­باشد، در واقع لیتوگرافی یک نوع چاپ صفحه ای است.
روش­های لیتوگرافی بر اساس ابزار مورد نیاز، روش انتقال تصویر و استراتژی الگوگذاری به دو روش تقسیم می‌شوند، که شامل نوشتن (حکاکی) مستقیم بدون ماسک و یا انتقال طرح با بهره گرفتن از ماسک نوری با روش‌های متداول تابش و برخی روش‌های توسعه یافته می‌باشد. روش اول تحت عنوان حکاکی ردیفی ^[۱۲] و روش دوم به عنوان روش‌های تکرار موازی^[۱۳] شناخته می‌شوند. روش‌های تکرار موازی شامل روش‌هایی همچون لیتوگرافی نوری، چاپ تماسی و لیتوگرافی مهر نانو می‌باشد که برای تولید با بازده بالا و در سطح وسیع کاربرد دارند، با این حال در این روش نمی‌توان طرح‌ها را به صورت دلخواه اعمال کرد. روش حکاکی ردیفی، مانند لیتوگرافی پروب روبشی، امکان تولید الگوهای دلخواه را با تفکیک‌نمایی بالا و ثبت دقیق فراهم می‌کند، ولی بازده و خروجی محدودی دارد [۱۳- ۱۱[.
۲-۳-۱-۴- سونش
به فرایند پرداخت و لایه‌برداری از روی سطوح مواد آلی یا معدنی و ایجاد فرورفتگی در آن‌ها به کمک یک ماده خورنده سونش^[۱۴]  می­گویند. این فرایند معمولأ به دو صورت خشک یا خیس انجام می‌شود. در روش خشک اقدام به برداشتن لایه‌هایی از روی سطح ماده مورد نظر به صورت فیزیکی و مکانیکی می‌شود. ابزار به کار گرفته شده بسته به ابعاد قطعه و ظرافت ساختار نهایی از سوهان تا شلیک یون متفاوت است. در روش خیس معمولأ از مواد خورنده شیمیایی برای این کار استفاده می‌شود به همین دلیل این روش به اسم سونش شیمیایی شناخته می‌شود.
۲-۳-۲- روش پایین به بالا
در این روش مواد نانو با بهره گرفتن از به هم پیوستن بلوک­های سازنده مانند اتم­ها و مولکول­ها و قرار دادن آنها در کنار یکدیگر و یا استفاده از خود آرایی تولید می­گردند. خود آرایی عبارت است از طراحی مولکول­ها و ابر­مولکول­ها که اساس تشکیل آنها مکمل بودن شکل ساختاری است. اتم ها و مولکول­ها همواره در جایی قرار خواهند گرفت که کمترین انرژی آزاد را داشته باشند یعنی به سمت انرژی آزاد منفی تمایل دارند. انرژی آزاد یک سیستم بوسیله استحکام پیوند و آنتروپی تعیین می­ شود. روش­ها­ی مختلف لایه نشانی در این تقسیم بندی جای می­گیرند.
ابتدا لایه نازک را تعریف می کنیم. لایه به ماده یا موادی گفته می شود که به صورت پوششی بر یک سطح یا ماده­­ی دیگر سبب ایجاد خواص الکترونیکی فیزیکی و مکانیکی جدیدی شود که نه خصوصیات ماده تشکیل دهنده لایه را داشته و نه خصوصیات سطحی که لایه بر روی آن انباشت شده است [۱۴ [.
لایه ­ها­ی نازک را بر حسب ماده تشکیل دهنده لایه به سه بخش لایه ­ها­ی عایق الکتریکی، لایه ­ها­ی نیمه هادی و لایه ­ها­ی رسانا تقسیم می­ کنند. در لایه ­ها­ی عایق، الکترون­ها­ی رسانش حضور بسیار کمی دارند و نوار انرژی هدایت این مواد تقریباً خالی می­باشد. چون این لایه­­ها جریان الکتریکی را از خود عبور نمی­دهند بنابراین می­توان از آن‌ها در مدار­های مجتمع الکترونیکی به عنوان عایق بین دو لایه­ی نازک استفاده کرد تا از تأثیر جریان الکتریکی در هر لایه رسانا بر هم جلوگیری شود. یکی از لایه ­ها­یی که در صنعت الکترونیک و به خصوص در ساخت مدارها­ی ­مجتمع بسیار مورد استفاده قرار می­گیرد، لایه ­ها­ی ­نیمه­هادی می­باشد. معمولاً به مواد نیمه‌هادی، ماده­ای دیگر به عنوان ناخالصی اضافه می­ شود. اگر ماده­ای که به عنوان لایه استفاده می­ شود از جنس مواد رسانا باشد، به این لایه­ی نازک، لایه­ی رسانا می­گویند. لایه‌های نازک، از دو ویژگی مهم برخوردار هستند: اولین ویژگی، ضخامت زیرمیکرونی آن است که هر چه به اندازه نانو نزدیک­تر شود، ویژگی‌های متفاوت‌تری را برای لایه به وجود می ­آورد. دومین ویژگی آن است که لایه‌ها می­توانند سطوح فوق العاده بزرگی نسبت به ضخامت داشته باشند. این دو ویژگی باعث پدید آمدن خواص متفاوت‌تر، و کاربردی می­شوند که در قسمت خواص لایه های نازک به آن پرداخته خواهد شد [۱۷- ۱۵[.
برخی خصوصیاتی که در اثر نازک بودن سطح به وجود می ­آید شامل افزایش مقاومت ویژه، ایجاد پدیده تداخل نور، پدیده تونل زنی، مغناطیس شدگی سطحی، تغییر دمای بحرانی ابررساناها می­باشد. همچنین برخی خصوصیاتی که از بزرگی سطح لایه­ های نازک ناشی می­ شود شامل پدیده جذب سطحی فیزیکی و پدیده جذب سطحی شیمیایی، پدیده پخش و فعالسازی می­باشد. با توجه به عملکرد و خواص لایه‌های نازک، می‌توان از آنها جهت بهبود تکنولوژی‌هایی نظیر سلول‌های خورشیدی، حسگرها، کاربردهای نوری، مهندسی الکترونیک و فروالکترونیک نیز استفاده نمود. امروزه کاربرد لایه نشانی در صنایع، موضوع توسعه یافته­ای است. به گونه ­ای که بخش بزرگی از زندگی مدرن را مدیون توسعه صنعت لایه نشانی می­دانند [۱۷و۱۸٫[
خواص فیزیکی لایه های نازک عموماً متفاوت از توده ماده است و با توجه به شرایط لایه نشانی و ساختار لایه تشکیل شده، می‌تواند تغییر کند. سرعت لایه‌نشانی، دمای زیرلایه، نوع خلاء، ساختار زیرلایه و تطابق آن با لایه از جمله عوامل تأثیر گذار بر کیفیت لایه نازک می‌باشند. اتم­ها در فاز بخار، در صورت نفوذ در مکان‌های خاصی روی سطح ماده، سرد شده و موجب رشد لایه می‌گردد که براساس همین مکان‌های خاص سطحی و میزان نیروی پیوند بین اتم‌های لایه و زیرلایه، فرایند رشد لایه نازک تعیین می‌شود.
روش­ها­ی لایه­­­نشانی به دو دسته­ی روش‌های فیزیکی و روش‌های شیمیایی تقسیم می­شوند. در هر روش، کیفیت و شرایط لایه نازک متفاوت است که بسته به نوع کاربرد لایه نازک و شرایط مورد نظر، روش­های مختلف مورد استفاده قرار می­گیرد. شکل­ها­ی ۲-۲ و ۲-۳ این روش­ها را که شامل روش‌های فیزیکی و شیمیایی است، نشان می دهد. روش­های لایه­نشانی بسته به روند لایه‌نشانی، منبع انرژی و محیط انجام لایه‌شانی نام‌گذاری می­شوند [۲۰ - ۱۹و۱۷٫[
شکل (۲-۲) نمودار درختی روش‌ها­ی فیزیکی لایه­نشانی
شکل (۲- ۳) نمودار درختی روش‌ها­ی شیمیایی لایه­نشانی
۲-۳-۲-۱- روش‌های فیزیکی تبخیری