<< قسمت قبلی

  نانوتیوب‌ها

  اخیرا، تیوب‌های کربنی توخالی در مقیاس نانومتری تهیه شده و مورد مطالعه قرار گرفته‌اند. این نانوتیوب‌ها فرم جدیدی از کربن را تشکیل داده‌اند که از نظر هندسی مشابه با یک صفحه‌ی گرافیت است که در یک تیوب توخالی پیچیده شده (شکل 2 دیده شود، یک مدل مولکولی از نانوتیوب کربنی). نانوتیوب‌های کربنی می‌توانند در اندازه‌های مختلف از چند میکرون یا چند نانومتر و ضخامتی بین چندین لایه‌ کربنی تا یک ساختار یک لایه‌ای سنتز شوند. ساختار منحصر بفرد این نانوتیوب‌ها مزیت‌های رفتاری در رابطه با خواصی نظیر رسانایی الکتریکی و گرمایی، استحکام، سختی و چقرمگی را در آن‌ها بوجود آورده است. نانوتیوب‌های کربنی می‌توانند توسط عوامل شناسایی مولکولی مورد استفاده قرار گیرند بنابراین می‌توانند به اهداف مولکولی گسسته‌ی ویژه متصل شوند و این امکان را به آن‌ها دهند تا در ردیاب‌های با دقت بالای AFM به عنوان کانال‌هایی برای جداسازی مواد و به عنوان دریچه‌های انتخابی در دریافت مولکولی استفاده شوند.

  نانوسیم‌ها

مانند نانوتیوب‌ها، نانوسیم‌ها نیز میله‌های خیلی کوچکی از اتم‌ها هستند ولی نانوسیم‌ها توپر و دارای ساختارهایی چگال هستند که بیشتر مانند سیم‌های متداول هستند. کنترل اتم (ماده) سازنده‌ی نانوسیم‌ها، همانند دوپه کردن ناخالصی، امکان تنظیم خواص رسانایی الکتریکی را به نانوسیم‌ها می‌دهد. شیمیدان‌ها آرزو دارند که نانوسیم‌هایی را بسازند و کنترل کنند که قطر آن‌ها یک اتم یا مولکول تک باشد، که سبب ایجاد یک آزمایشگاه بی‌مانند برای مطالعه‌ی چگونگی تاثیر ساختارهای کوچک بر جابجایی الکترون درون سیم و میان سیم و عوامل خارجی می‌شود. واضح است که نانوسیم‌ها این پتانسیل را برای ایجاد اجزا سازنده‌ی IC‌های خیلی کوچک دارند.

  ریزترکیب‌ها (نانوکامپوزیت‌ها)

  ریزترکیب‌ها بسیاری از انواع مختلف سیستم‌های تشکیل شده از ترکیبات نامتعارف که در مقیاس نانومتر مخلوط شده‌اند را در برمی‌گیرند. این سیستم‌ها می‌توانند یک یا دو یا سه بعدی، آلی یا معدنی، بلوری یا بی‌شکل باشند. یک مساله‌ی مهم در تحقیقات ریزترکیب‌ها بر روی توانایی کنترل ساختار این ترکیبات در مقیاس نانو در هنگام سنتز آن‌ها متمرکز است. رفتار ریزترکیبات نه فقط به خواص اجزا سازنده‌ی آن‌ها بلکه به ریخت‌شناسی و برهم‌کنش‌های میان اجزا سازنده نیز وابسته است که می‌تواند سبب پیدایش خواص جدیدی که در ترکیبات سازنده موجود نیست شود. یک نکته‌ی خیلی مهم، کاهش اندازه‌ از میکروکامپوزیت‌ها به نانوکامپوزیت‌ها، افزایش سطح آزاد است که در موارد کاربردی مانند اجزا تقویت شده مکانیکی، نورشناسی غیر خطی، باتری‌ها، سنسور‌ها و کاتالیزور‌ها اهمیت دارد.

Lab on a chip

تجهیزات Lab on a chip یا به اختصار LOC برای انجام دادن فرایند پیچیده‌ی شیمیایی در مقیاس‌های فوق کوچک مانند سنتز مواد شیمیایی با کیفیت، انجام آنالیزهای زیستی، شیمیایی و پزشکی، انجام شیمی ترکیبی و جداسازی‌های هدایت شده و آنالیز بر روی تجهیزات تک کوچک شده طراحی شده‌اند. هنگامی که مقدار ماده در یک نمونه بسیار کم باشد یا وقتی که به شدت سمی و خطرناک باشد، تجهیزات LOC راهی ایده‌آل برای تکمیل فرایند پیچیده‌ی شیمیایی توسط نمونه‌های با اندازه‌ی بسیار کوچک ایجاد کرده. علاوه بر این، چون مقادیری که در این تجهیزات برای ساخت محلول‌ها استفاده می‌شوند  بسیار کوچک هستند، حتی مقادیر خیلی کم نمونه می‌تواند در یک غلظت معقول ظاهر شود. تکنولوژی LOC بسیار در زیست تکنولوژی، زمینه‌ای که راه‌های بهتر برای جداسازی و آنالیز DNA و پروتیین‌ها همواره بسیار جالب است دنبال می‌شود. این تکنولوژی همچنین موارد جالبی در آنالیز مواد خطرناک نشان داده است که می‌تواند برای مثال توسط نیروهای دولتی و ارتش برای آنالیز مواد منفجره و عوامل زیستی و شیمیایی زمانی که میزان خطر کم است مورد استفاده قرار بگیرد.

  سیستم‌های نانوالکتریکی مکانیکی

  سیستم‌های نانوالکتریکی مکانیکی نیز موارد مهمی در تولید تجهیزات کوچکی هستند که می‌توانند از انرژی الکتروشیمیایی برای انجام کارهای مکانیکی استفاده کنند، برای مثال نانوموتورها. اگر بتوان تصور متصل کردن انرژی شیمیایی به مولد الکتریکی را به حقیقت تبدیل کرد توانایی ساخت تجهیزاتی که بتوانند در پزشکی برای درمان بیماری‌ها، اکتشاف نواحی خطرناک یا فقط رسیدن به جاهایی که تجهیزات با مقیاس بزرگتر نمی‌توانند برسند ایجاد می‌شود. تحقیق در این زمینه بر روی فهم آماده سازی اجزا سازنده در مقیاس نانو برای ساختن چنین تجهیزاتی تکیه دارد و به همان اندازه به برهم‌کنش میان اجزا سازنده و مخصوصا اتصال میان اجزا الکتروشیمیایی و مکانیکی. علاوه بر این، فهم جدیدی از تاثیراتی مانند اصطکاک و خوردگی لازم است زیرا که اجزا در مقیاس نانو از یک سری قوانین متفاوت نسبت به همتایان ماکروسکوپی خود پیروی می‌کنند.

  میکروسکوپ تونل زنی پویشی و میکروسکوپ نیروی اتمی

  میکروسکوپ تونل زنی پویشی (STM) و میکروسکوپ نیروی اتمی (AFM) میکروسکوپ‌هایی با دقت بسیار بالا هستند که این امکان را به دانشمندان می‌دهند تا تصاویری با کیفیت بالا از سطوح با دقت اتمی یا مولکولی بدست آورند. هر دو این میکروسکوپ‌ها توسط پویش یک راس بسیار تیز بر روی سطح و اندازه‌گیری کشش (STM) یا نیروهای بین مولکولی (AFM) میان راس و سطح کار می‌کنند.

  قانون مور (Moore’s Law)

  در سال 1965 گوردون مور (Gordon Moore) یکی از سازندگان Intell، پیش‌بینی کرد که تعداد ترانزیستورها در مدارات مجتمع (IC) در یک روند متوالی رو به ازدیاد می‌رود. تعداد ترانزیستورها در IC  بصورت تصاعدی افزایش یافت، البته با توجه به اینکه اندازه‌ی این ترانزیستورها درمنوالی به همین شکل کاهش یافت. قانون مور هنوز ادامه دارد، ولی پیش‌بینی شده که این قانون قابل اجرا در سال 2012 نخواهد بود زیرا که فرایند کوچکتر کردن ترانزیستورها بعد از آن زمان امکان پذیز نخواهد بود.