در سال‌های اخیر علوم و تکنولوژی نانو به سرعت رشد کرده است. نانوشیمی به طور ویژه روشی منحصر به فرد برای ساخت ابزارهایی با دقت مقیاس مولکولی ارائه می‌دهد. جایی می‌توان مزایای ابزار نانو را در داروسازی، کامپیوتر، اکتشافات علمی و الکترونیک تصور کرد که نانوشیمی بتواند اشیا با دقت اتم‌ به اتم بسازد. چالش‌های اصلی که نانوشیمی در آن‌ها کاربرد دارد بر روی فهم قوانین رفتار ذرات در مقیاس نانو تمرکز دارند، زیرا که سیستم‌های در مقیاس نانو در مرز میان رفتار کلاسیک و کوانتومی و رفتارهای دیگر که در سیستم‌های بزرگتر یافت نمی‌شوند قرار دارند.

  اگرچه دستگاه کنترل نانوشیمیایی دهه‌های گذشته پیشنهاد شده بود، بسیاری از تجهیزات مورد نیاز برای مطاله‌ی دنیای نانو اخیرا افزایش یافته‌اند. از جمله این تجهیزات میکروسکوپ تونل زنی پویشی (STM)، میکروسکوپ نیروی اتمی (AFM)، میکروسکوپ‌های با دقت پویشی بالا و میکروسکوپ‌های با پراکنش الکترون، اشعه‌ی X، ردیاب اشعه‌ی الکترونی و یونی و روش‌های جدید برای فراورده‌های نانویی و لیتوگرافی می‌باشند.

  مطالعات سیستم‌های نانوشیمیایی در زمینه‌های بسیاری گسترده شده، از مطالعه‌ی فعالیت‌های داخلی میان اتم‌های تک، چگونگی مدیریت آن‌ها، چگونگی کنترل واکنش‌های شیمیایی در درجه‌ی اتمی گرفته تا مطالعه‌ی مجموعه‌های مولکولی بزرگتر مانند دندرایمرها (Dendrimers، درختپارها: پلیمرهای سنتزی که ساختاری شاخه‌ای مانند درخت دارند)، کلاسترها (Clusters)، و پلیمرها. از مطالعه‌ی مجموعه‌ها، ساختارهای مهم و جدید _مانند نانوتیوب‌ها، نانوسیم‌ها، مجموعه‌های مولکولی 3بعدی و تجهیزات LOC (Lab-on-a-chip) برای جداسازی و تحقیقات زیستی_ گسترش می‌یابند.

  اتم‌های تک

سرحد نهایی نانوشیمی دستکاری شیمیایی اتم‌های تک می‌باشد. با استفاده از STM، اتم‌های تک در ساختار‌های گسترده‌تری روی هم سوار شده و محققان واکنش‌های شیمیایی میان دو اتم روی یک سطح را مشاهده کرده‌اند. مطالعه‌ی اتم‌ها به شکل بلوک‌های ساختمانی راه‌های جدید به سوی مواد جدید باز کرده و توانایی ایجاد کوچک‌ترین ویژگی‌های ممکن در مدارهای مجتمع (IC) و اکتشاف زمینه‌هایی مانند محاسبات کوانتومی را به ما عرضه کرده. تاکنون کاهش اندازه‌ی همیشگی مدارات IC به خوبی توسط قانون مور توضیح داده شده است ولی کاهش بیشتر سایز این مدارات تصور می‌شد که در سال 2012 به دلیل تاثیرات مکانیک کوانتومی متوقف می‌شود. محاسبات کوانتومی راهی برای از میان برداشتن این مانع آشکار و استفاده از این تاثیرات کوانتومی به عنوان مزیت یافته است. تجهیزات با مقیاس اتمی، زمینه‌های گسترده‌ای در چگونگی دست‌یابی به کنترل سه بعدی (فضایی) و پایداری عرضه کرده‌اند.

  دندرایمرها

دندرایمر‌ها ترکیبات مولکولی و 3بعدی در مقیاس نانو هستند که دارای شاخه‌های (زنجیره‌های فرعی) فراوان هستند و به همان اندازه و وزن پلیمرهای سنتی هستند. البته، دندرایمرها در یک روش مرحله به مرحله سنتز می‌شوند که اجازه‌ی کنترل اندازه و ساختار هندسی آن‌ها را می‌دهد (شکل 1 مشاهده شود، یک مدل مولکولی از یک دندرایمر). بعلاوه، در این روش واکنش پذیری و ویژگی‌های شیمیایی اطراف و هسته‌ی این ترکیبات می‌تواند به آسانی و آزادانه کنترل شود. دندرایمرها در حال حاضر در شناسایی مولکولی، مشاهدات نانو، برداشت نور و تجهیزات الکتروشیمیایی نوری مورد استفاده قرار می‌گیرد. به این دلیل که این ترکیبات لایه به لایه ساخته می‌شوند و خواص هر لایه به تنهایی می‌تواند توسط انتخاب مونومر کنترل شود، مونومرها بلوک‌های ساختمانی ایده‌‌آلی در نانوشیمی برای ایجاد ساختارهای پیچیده‌تر 3بعدی به حساب می‌آیند.

  نانوکریستال‌ها و کلاسترها

  نانوکریستال‌ها، کریستال‌هایی با اندازه‌ی نانومتری باشند که معمولا شامل انبوهی از صدها تا ده‌ها هزار اتم هستند که در یک کلاستر جمع شده‌اند. نانو کریستال‌ها اندازه‌های ویژه‌ای از 1 تا 50 نانومتر دارند و بنابراین نانوکریستال‌ها از نظر اندازه واسطه‌ای میان مولکول‌ها و مواد توده‌ای (bulk materials) و همچنین خواصی واسطه‌ای را نمایش می‌دهند. نانوکریستال‌ها موارد بسیار جالبی هستند به دلیل توانایی ذخیره‌ی داده‌ها با تراکم زیاد و کاربردهای نوری الکتریکی، همانطور که می‌توانند منتشر کننده‌ی خوب نور باشند. نانوکریستال‌ها همچنین در مباحث زیست شیمیایی، لیزر و قطعات نوری، تولید تجهیزات تصویری و در کاتالیزورهای شیمیایی کاربرد دارند.

قسمت بعدی >>