تحقیق در مورد فناوری نانو
از اهداف مهم فناوري نانو ــ و شايد مهم‌ترين آنها ــ به وجود آوردن ساختارهايي از مواد است كه در آنها آرايش مولكول‌ها از پيش طراحي شده باشد. روش‌هاي مرسوم توليد، مثل روش ذوب فلزات و سرد كردن آنها در قالب، چنين امكاني را فراهم نمي‌كنند. پس چگونه مي‌توان چنين ساختارهايي را به وجود آورد؟ اين مقاله مي‌خواهد به همين سؤال پاسخ بگويد.
فرض كنيد تعدادي آجر خانه‌سازي داريد و مي‌خواهيد با آن چيزي ــ بهتر است بگوييم «ساختاري» ــ مانند شكل 1 بسازيد.
شكل 1
چگونه اين كار را انجام مي‌دهيد؟ احتمالاً روش شما هم با ما يكي است: چهار آجر دو در دو را كنار هم مي‌گذاريد و بعد چهار آجر دو در دوي ديگر را به صورت عمودي به آنها متصل مي‌كنيدتا ساختار مورد نظر شكل بگيرد.
بسيار خوب، حالا فرض كنيد كه وقتي آجرهاي خانه‌سازي را از فروشگاه مي‌خريد، آنها به شكل يك مكعب بزرگِ پيش‌ساخته مثل شكل دو باشند.
شكل 2
حالا اگر بخواهيم به شكل يك برسيم چه كنيم؟ اجازه دهيد جواب را ما به روش خودمان بدهيم: آجرهاي اضافيِ مكعب بزرگ را حذف كنيد تا شكل يك كم‌كم خودش را نشان بدهد. (مثل شكل 3)
شكل 3
در روش اول با استفاده از قطعات كوچك يك قطعة بزرگتر ساختيم. به اين روش، «ساختن از پايين به بالا» مي‌گوييم. در روش دوم قطعات زائدِ يك قطعة بزرگ را حذف كرديم تا به ساختار مورد نظر برسيم. به اين روش، «ساختن از بالا به پايين» مي‌گوييم.
حالا فرض كنيد يك ساختار جديد براي ساختن پيشنهاد شود، مثل شكل 4.
شكل 4
سؤال: از كدام روش براي ساختن اين ساختار استفاده كنيم؟ نظر شما چيست؟
اوضاع كمي پيچيده شد، اما غم به خود راه ندهيد! اين مقاله براي ساده كردن همين پيچدگي نوشته شده است. يكي از عوامل تعيين‌كنندة جواب، اين است كه ماده‌ي اوليه‌ي ما به چه شكل است؟ اگر مادة دمِ دست ما تعدادي قطعه‌ي كوچك و ريز باشد، از روش پايين به بالا استفاده مي‌كنيم؛ اگر مادة اوليه يك قطعه‌ي بزرگ باشد، از روش بالا به پايين استفاده مي‌كنيم. در عين حال، ممكن است هر دو روش هم به كار رود. مثلاً اگر ماده‌ي اوليه براي ساختن شكل پنج به صورت مكعب بزرگي با آجرهاي دو در چهار، يعني همان شكل دو باشد، نمي‌توان با حذف بعضي آجرها مستقيماً به ساختار نهايي رسيد. در اين حالت، مي‌توانيم آجرهاي بالا و پايين ساختار شكل چهار را برداريم (ساختن از بالا به پايين) و بعد دو آجر دودردوي مورد نياز را به جاي آنها متصل كنيم. ( ساختن از پايين به بالا)
در صنعت هم از هر دو روش با هم استفاده مي‌شود. به مثال‌هاي زير توجه كنيد:
o يك نجار مي‌خواهد مجسمه‌اي چوبي بسازد. او يك قطعه‌ي بزرگ چوب را برمي‌دارد و با رنده و سوهان آن را مي‌تراشد و پرداخت مي‌كند تا مجسمه ساخته شود. اين كدام روش است؟
o نجار مي‌خواهد يك صندلي بسازد. او پايه‌هاي ميز و قطعات مربوط به تكيه‌گاه صندلي را جداگانه مي‌سازد و بعد آنها را به هم متصل مي‌كند. اين كدام روش است؟
حالا به نانوفناوري فكر كنيد: به نظر شما كدام روش ساختن در نانوفناوري كاربرد دارد؟
تا چند سال پيش، راه دست‌كاري و جابه‌جا كردن تك‌مولكول‌ها و ساختارهاي نانويي يك‌طرفه بود. يعني براي ساختن چيزها در مقياس كوچك، مي‌بايست يك قطعه‌ي بزرگتر را با تراشيدن و خرد كردن يا حل كردن بخش‌هاي اضافي با اسيد و… آن‌قدر كوچك مي‌كرديم تا به قطعه‌ي نهايي برسيم. به عيارت ديگر، روش توليد ساختارهاي كوچك، از نوع بالا به پايين بود.
در چند سال اخير فنوني ابداع شده‌اند كه اجازه مي‌دهند مولكول‌ها يا ذرات نانويي را جابه‌جا و آنها را به هم متصل كنيم. مثل جابه‌جا كردن ذرات نانويي با ميكروسكوپ نيروي اتمي (AFM) يا فنون ساختن نانولوله‌هاي كربني. اين فوت و فن‌ها در مجموع روش ساختن از پايين به بالا هستند.
فنون گفته‌شده در بالا، براي ساختن محصولاتي كه بسيار كوچك‌اند مناسب به نظر مي‌رسند، اما اگر بخواهيم يك ديوار چندسانتي‌متريِ يكدست را به اين روش بسازيم، چند ده سال طول مي‌كشد تا مولكول‌ها را تك‌تك كنار هم بچينيم و ديوار مورد نظر را بسازيم. در عين حال، اگر بخواهيم ديوار را با استفاده از مواد موجود، مانند فلزات و سنگ‌هاي ساختماني، بسازييم، ديوار يكدست و منظم نخواهد بود. (مقاله‌ي نانوفناوري چيست؟، ساختار مواد و عيوب كريستالي را ببينيد.) پس چه كار كنيم؟
پيدا كردن فنون توليد مناسب در نانوفناوري موضوعي است كه در چند سال اخير به‌شدت مورد توجه محققان و دانشمندان بوده است. در واقع، در نانوفناوري هم از روش ساختن از بالا به پايين استفاده مي‌شود (به كمك فنوني مانند ليتوگرافي و آسياب كردن ذرات) و هم از روش ساختن از پايين به بالا (به كمك فنوني مانند خودآرايي يا رسوب‌دهي بخار). منتظر مقاله‌هاي بعدي باشگاه نانو در اين موضوع باشيد.
تحقیق در مورد فناوری نانو