این متن شامل 32 صفحه می باشد 

در حال حاضرعلوم بدون کمک گرفتن از فنّاوری نانو، قدرت جوابگوئی به نیازهای روز افزون بشر را ندارند. علی رغم رشد قابل ستایشِ شاخه­های مختلف علوم، دانشمندان با چالشهای اساسی نیز روبرو هستند. برای مثال رايانه­ها با وجود نزديك شدن به سرعتهاي بحراني پردازش، با توقعات بشر همخوانی ندارند. در داروسازی، داروها عوارض جانبی شدید به همراه داشتهوبرخی نیز به دليل نامحلول و يا كم­محلول بودن در خون از چرخۀ مصرف كنار گذاشته می­شوند. از این گونه مشکلات، در بخشهای دیگر علوم نیز به وفور مشاهده می­شود. فنّاوری نانو برای غلبه بر این چالشها، قابليتهای فراوانی را به بشر عرضه نموده است.

در پزشکی به کمک این فنّاوری، نانوذرّاتي ابداع شده که به توزيع آسان دارو در قسمتهاي مختلف بدن کمک مي‌کند.در پوشش‌ زخمهاي خاص نظير زخمهاي سوختگي، از برخی نانوذرّات به‌ عنوان عامل ضدميكروب، ضدالتهاب و التيام‌بخش استفاده مي‌شود.غذاهاي غني‌شده نیز بوسیله این فنّاوری تولید شده­اند[5-1] و ....

در حوزۀ نانو مواد، به دلیل اینکه مواد حجیمی که از ترکیبات نانوساختار تشکیل شده­اند از نظر مقاومت در برابر خوردگی، کشسانی و ایمنی در برابر آتش سوزی، مزیّتهای قابل ملاحظه­ای نسبت به مواد دیگر دارند، دانشمندان به دنبال چنین نانوساختارهای سبك و مقاوم در برابر حرارت هستند که براي هواپيماها،راكتها، ايستگاه‌هاي فضايي و .... مورد نياز می­باشند. برای مثال، ساخت موادي که يک ششم چگالی فولاد را دارند ولی مقاومت آنها 50 الي 100 برابر فولاد است، یکی از موفقیّتهای پژوهشگران در این زمینه می­باشد[5].

در صنايع الکترونيک، توليد کامپيوتر‌هاي سريع‌ موسوم به کامپيوترهاي کوانتومي، تراشه‌هاي حافظه با اندازه نانو که هزاران برابر تراشه­های 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 می­داند[3]. به جرأت می­توان گفت: فنّاوری نانو[1] (NT) به همراه فنّاوری اطلاعات[2] (IT) و پروژه ژنوم انساني[3] (BT) همزمان شكل دهنده سوّمين انقلاب صنعتي جهان هستند[6-1].

1-2 نانوذرّات[4]

باورها بر این است که سهم زیادی از توفیق نانوتکنولوژی در بهبود آینده بشر، به حوزه نانوذرّات تعلق خواهد داشت. نانوذرّات(حبس حاملهای بار در سه بعد) که به صورتهای گوناگون دسته بندی می­شوند( فلزّی، نیم­رسانا، پوسته- هسته[5] و ...)، به همراه سیمهای کوانتومی[6](حبس حاملهای بار در دو بعد) و لایه­های نازک یا چاه­های کوانتومی[7](حبس حاملهای بار در یک بعد) تشکیل ­دهندۀ نانومواد هستند[7].

شکل1-1) روند حبس حاملهای بار در نانو مواد[8].

نانوذرّات که از آنها به عنوان نانوبلورها[8] ، نانوخوشه­ها[9] و نقاط کوانتومی[10] هم یاد می­شود، در مقایسه با مادّۀ حجیم خودشان، خواص متفاوتی بروز می­دهند. این خواص منحصر به فرد، قابلیتهای فراوانی را برای بهره­برداری از آنها در اختیار دانشمندان قرار داده است. در ادامه، برخی از این ویژگیها و منشأهای آنها معرفی می­گردد.

1-3 خواص تابع اندازه نانوذرّات

مطالعه و تحقیق در مورد نانوذرّات به این دلیل که فرصتی برای درک خواص فیزیکی مواد با ابعاد کاهش یافته و همچنین مطالعه خواص سطوح به شمار می­آید از موضوعات جالب و مورد علاقۀ محققان از دو دهۀ پیش تاکنون بوده است[12-9]. مهمترین ویژگی نانوذرّات، تابع اندازه بودن خواص[11] آنها است.هنگامی که اندازه ذرّات به یک مقدار بحرانی برسد، خواصی نظیر خواص ترمودینامیکی، مغناطیسی، مکانیکی، ساختاری، نوری و الکتریکی آنها دچار تغییر و تابع اندازه می­شوند.برای مثال، نقطه ذوب ذرّاتCdS و طلا با کوچک شدن اندازه­شان کاهش می­یابد(شکل1-2 "الف"و"ب"). می­توان وضعیّت ظرفیت گرمائی هلیوم مایع و هلیوم هنگامی که در خوشه­های 64 اتمی است را در شکل1-2 "ج" مشاهده نمود. برخی دیگر از کمیتهای ترمودینامیکی نظیر انرژی چسبندگی، ظرفیت گرمایی، طول و قدرت پیوند و... نيز تابع اندازه هستند[13].

شکل1-2) وابستگی خواص ترمودینامیکی به اندازه­ نانوذرّات. شکل (الف) و (ب) نمودار دمای ذوب نانو ذرّات طلا[14] و CdS[15] برحسب اندازه ذرّات­ و شکل (ج) ظرفیت گرمائی هلیوم مایع و هلیوم در خوشه­های 64 اتمی[16] را نشان می­دهد.

خواص الاستیکی و پلاستیکی نانوذرّات نیز به دلیل نسبت سطح به حجم بسیار زیاد، در مقایسه با حالت حجیم بهبود می­یابد و همچنین سختی­شان افزایش پیدا می­کند. به عنوان مثال، نانوذرّات مس با قطر تقریبیnm 6 تا پنج برابر از ذرّات با قطر nm50سخت­ترند و یا در مورد Pb، ذرّات با اندازه 7نانو­متر از ذرّات صد نانومتری تا صد بار استحکام بیشتری دارند[17].

خواص مغناطیسی نانوذرّات نیز تابع اندازه می­باشد. بر اساس گزارش نیل[12] اگر یک ماده تک حوزه، به اندازه کافی کوچک باشد، نوسانات گرمایی می­توانند باعث شوند که جهت مغناطش آن نوعی چرخش براونی را متحمل شود. بنابراین (مقدار میدان مورد نیاز برای برگرداندن سیستم از حالت مغناطیده با مغناطش M به حالت عادی) برای ذرّات کوچک صفر می­شود زیرا نوسانات گرمایی مانع وجود یک مغناطش ثابت می­شوند. این حالت را سوپر پارامغناطیس می­نامند زیرا چنین موادی همانند یک ماده پارامغناطیس با M بزرگتر رفتار می­کنند. مثلاً نانوذرّات اکسید آهن با اندازهnm 1.7 در یک پوشش پلیمری از خود خواص سوپر پارامغناطیس نشان می­دهند[18].

[1] Nanotechnology

[2] Information technology

[3] Biotechnology

[4] Nanoparticle

[5] Core-Shell Nanoparticle

[6] Quantum Wire

[7] Quantum Well

[8] Nanocrystal

[9] Nanocluster

[10]Quantum dot

[11] Size dependent properties

[12] Neel