نانو سیستم (افزاره _ دیوایس) Nano System

سیستم های نانو  Nano System از مواد آلی یا معدنی مختلفی تشکیل شده اند که قابلیت و ویژگی های آنها مانند اندازه آنها از 1 تا 100 نانومتر هستند. ذرات نانو اجزای اصلی تشکیل دهنده سیستم های نانو  Nano System میباشند .اولین توصیف گسترده نانو تکنولوژی به هدف خاص فناوری دستکاری دقیق اتم ها و مولکول ها برای ساخت محصولات در مقیاس کلان اشاره دارد که  به عنوان نانو سیستم  Nano System نیز شناخته می شود.

نانو سیستم  Nano System عملکردی در مقیاس مولکولی است. این کار هم کارهای فعلی و هم مفاهیم پیشرفته تر را در بر می گیرد. به معنای اصلی آن ، فناوری نانو به توانایی پیش بینی شده برای ساخت اقلام از پایین به بالا ، با استفاده از تکنیک ها و ابزارهایی گفته می شود که برای ساخت محصولات کامل و با کارایی بالا تولید می شوند.نانو سیستم  Nano System ایده "مونتاژ" در مقیاس نانو را ارائه داد که می تواند کپی خود و خود را بسازد. از دیگر موارد پیچیدگی دلخواه با کنترل اتمی در نانو سیستم  Nano System ها بسیار گسترده و کاربردی میباشد. نانو کامپیوتر و نانو اسمبلر ها نیز زیر گروه نانو سیستم ها Nano System میباشند. نانو ذرات اجزای اصلی تشکیل دهنده تمام نانو سیستم ها  Nano system میباشند.برای تولید ذرات نانو با کمک فناوری نانو می توان در اتمها از طریق کنترل خصوصیات تغییراتی ایجاد کرد. زمانی که مواد در مقیاس نانو مطالعه و بررسی می شوند واکنش های و رفتار اتمها در مقایسه با حالتی که مطالعه در سطح مولکولی انجام می شوند کاملا متفاوت است چرا که در این قلمرو خصوصیات فیزیکی مواد تغییر می کند این درست مانند این است که در توپی را در محفظه ای بیندازید و توپی دیگری را از آن محفظه بیرون آورید. تفاوت در قلمرو نانو به اندازه ای است که حتی رنگ، نقطه ذوب، خصوصیات شیمیایی و غیره مواد در خارج از این محدوده کاملا متفاوت است.

این تقسیم بندی نانو مواد (نانو ساختار ها) یک تقسیم بندی ظاهری و بی ارزش نیست. این سه نوع نانو ساختار، هم از جهت سنتز و تولید، و هم از جهت خواص و کاربرد ها تفاوت های اساسی با هم دارند. به طور کلی خواص الکتریکی، نوری، مغناطیسی، سطحی و غیره این سه ساختار با یکدیگر تفاوت های اساسی دارند و بالطبع کاربرد هایشان نیز متفاوت است.

پایه اصلی نانو تکنولوژی بر استفاده از مواد است. هر ماده ای در فضا دارای سه بعد طول، عرض و ارتفاع است. اگر در ماده ای حداقل یکی از این سه بعد در محدوده نانو متری باشد به آن یک ماده، یک نانو ساختار گویند.در مورد محدوده نانو متری تعریف پذیرفته شده ای وجود ندارد اما یک تعریف مقبول تر محدوده ای بین یک تا صد نانو متر است.نانو پودر کربن Nano Carbon شکلی از نانو ذرات کربن است. با استفاده از لایه برداری فیزیکی دمای پایین از کربن طبیعی (ماده ای که در مداد استفاده می شود) در آب غیر یونیزه ، نانو پودر کربن nano carbon تولید می شود. این بدان معنی است که نانو کربن Nano carbon در معرض دمای کمتر از 650 درجه سانتی گراد قرار دارد. ماده نهایی در دمای اتاق پایدار است و هیچ نشانه ای از قابلیت اشتعال نشان نمی دهد.در علم نانو و نانو الکترونیک  نانو کربن کاربرد های بسیاری دارد. کربن یکی از عناصر شگفت انگیز طبیعت است که به چهار صورت مختلف گرافیت، الماس، ذغال سنگ و دگر شکل های کربنی در طبیعت یافت میشود. همه این چهار شکل، جامد هستند و در ساختار آنها اتمهای کربن به صورت کامل  و منظم در کنار یکدیگر قرار گرفته اند. کربن از مهمترین عناصر موجود در طبیعت است و کاربرد های متعدد آن در زندگی بشر، به خوبی این نکته را تایید میکند. به عنوان مثال فولاد که یکی از اصلی ترین آلیاژ های مهندسی است از انحلال حدود دو درصد کربن در آهن به حاصل میشود ؛ با تغییر درصد کربن به میزان تنها چند صدم درصد میتوان انواع فولاد را به دست آورد. »شیمی آلی« نیز علمی است که به بررسی ترکیبات حاوی »کربن« و »هیدروژن« میپردازد و مهندسی پلیمر هم تنها براساس عنصر کربن پایه گذاری شده است. کربن، به چهار صورت مختلف در طبیعت یافت میشود که همه این چهار فرم جامد هستند و در ساختار آنها اتمهای کربن به صورت کامل منظم در کنار یکدیگر قرار گرفته اند.

مثالی از نانو ساختار های کربنی

نانو ترانزیستور های  مبتنی بر کربن ،نامزد های بسیار جدی برای جایگزینی ترانزیستورهای متداول سیلیکونی هستند. ترانزیستور ها اصلی ترین قطعات الکترونیکی هستند که به عنوان تقویت کننده در مدارات آنالوگ و یا سوئیچ الکترونیکی در مدارات دیجیتال به کاربرده میشوند. و پیشرفت آنها کلید اصلی نانو الکترونیک در زمینه تولید و انحصار (نانو چیپ ها) چه در زمینه پیشرفت صنایع  نظامی  و بیولوژیکی میباشد .ترانزیستور ها و فناوری ساخت مدارات مجتمع  به متداولترین بر پایه آنها یعنی CMOSفناوری در صنعت میکرو و نانو الکترونیک تبدیل گشته اند. این صنعت و فناوری ساخت مدارات مجتمع، این مزیت نانو الکترونیک در کاهش اندازه ترانزیستور ها و تعداد ترانزیستور هایی که در هر تراشه به کار میرود، دو برابر میشود. کوچک شدن ابعاد ترانزیستور ها، افزایش سرعت و کاهش تلفات توان را در پی دارد.چنانچه ماده ای با مقیاس چند ده متری را کوچکتر کرده و به ابعاد میلیمتری برسانیم، هیچ تغییری در نقطه ی ذوب، رنگ و خواص مغناطیسی آن ایجاد نمیشود، اما این تغییر در هنگام کوچکتر کردن ماده تا ابعاد نانومتری دیده میشود و  تعداد اتمهای سطحی در مواد با مقیاسهای بزرگتر از نانومتر، بسیار ناچیز است، اما با ورود به دنیای نانومتری، مقدار این اتمها نسبت به کل اتم های ماده، بسیار زیاد میشود.در حالتی که خوشه ی اتمی از یک پوسته تشکیل شده باشد، 20درصد اتمهای آن در سطح قرار دارند. اگر قطر هر اتم 5 آنگستروم در نظر گرفته شود، قطر این خوشه برابر با 0/5 نانومتر است. در حالت سه پوستهای و با قطر خوشه برابر با 3/5 نانومتر، معادل 03 درصد از اتمها در سطح قرار گرفتهاند. یعنی با افزایش اندازهی ذرات از 0/5 نانومتر به 3/5 نانومتر، از درصد اتمهای سطحی به مقدار 02درصد کاسته شده است. برای مقایسه، این تغییر را در هنگام گذار از حالت پنج پوستهای قطر خوشه برابر با 5/5 نانومتر( به حالت هفت پوسته ای ) قطر خوشه برابر با ,/5 نانومتر در نظر بگیرید. مقدار اتمهای سطحی با کاهش 01درصد از مقدار 05درصد به 35درصد میرسد.

بنابراین هرچه اندازه ذرات کوچکتر باشد، تاثیر کاهش اندازه ذرات بر مقدار اتمهای سطحی بیشتر میشود. با یک محاسبه ی ساده متوجه میشوید که در موادی با ابعاد میکرومتر و متر، مقدار اتمهای سطحی نسبت به اتمهای کل ماده، بسیار ناچیز و تقریبا برابر با صفر است. بنابراین، تاثیر این اتمها بر خواص ماده بسیار ناچیز است. اما در مقیاسهای نانومتری، درصد این اتمها بسیار زیاد است و میتوانند نقشی تعیین کننده در خواص مواد داشته باشند. به نظر میرسد عاملی که بسیاری از خواص نانومواد را کنترل میکند، رفتار اتمهای سطحی و مقدار آنها است.در مواد بزرگتر از نانومتر، تعداد اتمهای سطحی ماده ناچیز بوده و نقش آنها در تعیین خواص مواد نادیده گرفته میشود. اما با کاهش اندازهی ذرات و افزایش نسبت اتمهای سطحی، نقش آنها پر رنگتر شده و خواص مواد دچار دگرگونی میشود.در یک ماده ی جامد، هر اتم در محل مشخصی نسبت به دیگر مواد قرار گرفته است. در مواد بلوری، با توجه به جنس ماده، فواصل بین اتمها کاملا قابل محاسبه و مشخص هستند. در اطراف هر یک از این اتمها، تعداد مشخصی اتم دیگر با فواصل معین قرار گرفته است. این اتم با برخی از اتمهای اطراف که کمترین فاصله را با آن دارند، در ارتباط مستقیم است. طبق تعریف، تعداد این اتمها را عدد همسایگی، عدد هم آرایی یا عددکوئوردیناسیون میگویند.