نانوفناوري در صنايع الكترونيك

تحقيق كاربرد نانوفناوري در صنايع الكترونيك مقدمه: تفاوت ميان خواص مواد در مقياس نانو و توده­اي در حوزه­هاي مختلف علوم و مهندسي مورد مطالعه محققان قرار گرفته است. در اين فصل پس از معرفي مختصر ضرورتهاي فنّاوري نانو، برخي از اين ويژگيهاي متفاوت که دانستن آنها در درک مطالب بعدي اين پايان­نامه ضروري است، معرفي مي­شوند. موضوع ديگر اين فصل ارائ? يک دسته­بندي کامل از روشهاي گوناگون توليد نانوذرّات است. همچنين براي فراهم آوردن امکان مقايسه بين روشهاي شيميائي توليد نانوذرّات CdS، چند روش گزارش شده از آنها معرفي مي­گردد. در اين فصل کليّاتي از روش شيميائي مهار کردن که در اين پايان­نامه از آن براي توليد نانوذرّات CdS و CdS:Ni استفاده مي­شود نيز معرفي خواهد شد.

• نانو فنّاوري[1]

در حال حاضر علوم بدون کمک گرفتن از فنّاوري نانو، قدرت جوابگوئي به نيازهاي روز افزون بشر را ندارند. علي رغم رشد قابل ستايشِ شاخه­هاي مختلف علوم، دانشمندان با چالشهاي اساسي نيز روبرو هستند. براي مثال رايانه­ها با وجود نزديك شدن به سرعتهاي بحراني پردازش، با توقعات بشر همخواني ندارند. در داروسازي، داروها عوارض جانبي شديد به همراه داشته و برخي نيز به دليل نامحلول و يا كم­محلول بودن در خون از چرخ? مصرف كنار گذاشته مي­شوند. از اين گونه مشکلات، در بخشهاي ديگر علوم نيز به وفور مشاهده مي­شود. فنّاوري نانو براي غلبه بر اين چالشها، قابليتهاي فراواني را به بشر عرضه نموده است. در پزشکي به کمک اين فنّاوري، نانوذرّاتي ابداع شده که به توزيع آسان دارو در قسمتهاي مختلف بدن کمک مي‌کند. در پوشش‌ زخمهاي خاص نظير زخمهاي سوختگي، از برخي نانوذرّات به‌ عنوان عامل ضدميكروب، ضدالتهاب و التيام‌بخش استفاده مي‌شود. غذاهاي غني‌شده نيز بوسيله اين فنّاوري توليد شده­اند[5-1] و در حوز? نانو مواد، به دليل اينکه مواد حجيمي که از ترکيبات نانوساختار تشکيل شده­اند از نظر مقاومت در برابر خوردگي، کشساني و ايمني در برابر آتش سوزي، مزيّتهاي قابل ملاحظه­اي نسبت به مواد ديگر دارند، دانشمندان به دنبال چنين نانوساختارهاي سبك و مقاوم در برابر حرارت هستند که براي هواپيماها، راكتها، ايستگاه‌هاي فضايي و مورد نياز مي­باشند. براي مثال، ساخت موادي که يک ششم چگالي فولاد را دارند ولي مقاومت آنها 50 الي 100 برابر فولاد است، يکي از موفقيّتهاي پژوهشگران در اين زمينه مي­باشد[5]. در صنايع الکترونيک، توليد کامپيوتر‌هاي سريع‌ موسوم به کامپيوترهاي کوانتومي، تراشه‌هاي حافظه با اندازه نانو که هزاران برابر تراشه­هاي فعلي قدرت ذخيره‌سازي دارند و. مدنظر هستند. شركت سامسونگ، توسعه نيمي از محصولات ساخته ‌شده توسط اين شركت را به دليل نوآوريهاي ناشي از نانوذرّات نقره مي­داند[3]. به جرأت مي­توان گفت: فنّاوري نانو[2] (NT) به همراه فنّاوري اطلاعات[3] (IT) و پروژه ژنوم انساني[4] (BT) همزمان شكل دهنده سوّمين انقلاب صنعتي جهان هستند[6-1].  

• نانوذرّات[5]

باورها بر اين است که سهم زيادي از توفيق نانوتکنولوژي در بهبود آينده بشر، به حوزه نانوذرّات تعلق خواهد داشت. نانوذرّات(حبس حاملهاي بار در سه بعد) که به صورتهاي گوناگون دسته بندي مي­شوند( فّي، نيم­رسانا، پوسته- هسته[6] و .)، به همراه سيمهاي کوانتومي[7](حبس حاملهاي بار در دو بعد) و لايه­هاي نازک يا چاه­هاي کوانتومي[8](حبس حاملهاي بار در يک بعد) تشکيل ­دهند? نانومواد هستند[7].   شکل1-1) روند حبس حاملهاي بار در نانو مواد[8].   نانوذرّات که از آنها به عنوان نانوبلورها[9] ، نانوخوشه­ها[10] و نقاط کوانتومي[11] هم ياد مي­شود، در مقايسه با مادّ? حجيم خودشان، خواص متفاوتي بروز مي­دهند. اين خواص منحصر به فرد، قابليتهاي فراواني را براي بهره­برداري از آنها در اختيار دانشمندان قرار داده است. در ادامه، برخي از اين ويژگيها و منشأهاي آنها معرفي مي­گردد.   1-3   خواص تابع اندازه نانوذرّات مطالعه و تحقيق در مورد نانوذرّات به اين دليل که فرصتي براي درک خواص فيزيکي مواد با ابعاد کاهش يافته و همچنين مطالعه خواص سطوح به شمار مي­آيد از موضوعات جالب و مورد علاق? محققان از دو ده? پيش تاکنون بوده است[12-9]. مهمترين ويژگي نانوذرّات، تابع اندازه بودن خواص[12] آنها است. هنگامي که اندازه ذرّات به يک مقدار بحراني برسد، خواصي نظير خواص ترموديناميکي، مغناطيسي، مکانيکي، ساختاري، نوري و الکتريکي آنها دچار تغيير و تابع اندازه مي­شوند. براي مثال، نقطه ذوب ذرّاتCdS  و طلا با کوچک شدن اندازه­شان کاهش مي­يابد(شکل1-2 "الف" و "ب"). مي­توان وضعيّت ظرفيت گرمائي هليوم مايع و هليوم هنگامي که در خوشه­هاي 64 اتمي است را در شکل1-2 "ج" مشاهده نمود. برخي ديگر از کميتهاي ترموديناميکي نظير انرژي چسبندگي، ظرفيت گرمايي، طول و قدرت پيوند و. نيز تابع اندازه هستند[13].   شکل1-2) وابستگي خواص ترموديناميکي به اندازه­ نانوذرّات. شکل (الف) و (ب) نمودار دماي ذوب نانو ذرّات طلا[14] و CdS[15] برحسب اندازه ذرّات­ و شکل (ج) ظرفيت گرمائي هليوم مايع و هليوم در خوشه­هاي 64  اتمي[16] را  نشان مي­دهد. خواص الاستيکي و پلاستيکي نانوذرّات نيز به دليل نسبت سطح به حجم بسيار زياد، در مقايسه با حالت حجيم بهبود مي­يابد و همچنين سختي­شان افزايش پيدا مي­کند.  به عنوان مثال، نانوذرّات مس با قطر تقريبيnm  6 تا پنج برابر از ذرّات با قطر nm50 سخت­ترند و يا در مورد Pb، ذرّات با اندازه 7 نانو­متر از ذرّات صد نانومتري تا صد بار استحکام بيشتري دارند[17]. خواص مغناطيسي نانوذرّات نيز تابع اندازه مي­باشد. بر اساس گزارش نيل[13] اگر يک ماده تک حوزه، به اندازه کافي کوچک باشد، نوسانات گرمايي مي­توانند باعث شوند که جهت مغناطش آن نوعي چرخش براوني را متحمل شود. بنابراين (مقدار ميدان مورد نياز براي برگرداندن سيستم از حالت مغناطيده با مغناطش M به حالت عادي) براي ذرّات کوچک صفر مي­شود زيرا نوسانات گرمايي مانع وجود يک مغناطش ثابت مي­شوند. اين حالت را سوپر پارامغناطيس مي­نامند زيرا چنين  موادي همانند يک ماده پارامغناطيس با M بزرگتر رفتار مي­کنند. مثلاً نانوذرّات اکسيد آهن با اندازهnm  1.7 در يک پوشش پليمري از خود خواص سوپر پارامغناطيس نشان مي­دهند[18].