الامارات 7 - مواد النانو هي مواد كيميائية متناهية الصغر تُستخدم في العديد من التطبيقات الصناعية مثل الاتصالات، الإلكترونيات، والمجالات الطبية، بفضل خصائصها الفيزيائية والكيميائية الفريدة. يتم تحضير هذه المواد بعدة طرق تعتمد جميعها على المقاييس الذرية، حيث تؤثر اختلافات الحجم بشكل كبير على الفعالية الكيميائية؛ فكلما صغر المقياس، زادت الفعالية الكيميائية.
طرق تحضير مواد النانو:
الطرق الفيزيائية:
التبخير والرش: تبدأ بتحويل المادة إلى بخار عن طريق تسخينها أو قذفها بحزمة من الإلكترونات، ثم يُبرد البخار على سطح بارد لتجنب تكوين بلورات كبيرة.
استخدام الموجات أو الليزر: يتم التحضير باستخدام الموجات فوق الصوتية أو الليزر أو تقنيات مثل PVD (Physical Vapor Deposition) أو Epitaxie.
الطرق الكيميائية:
التفاعلات في الحالة البخارية: يُدخل بخار المادة إلى مفاعل CVD (Chemical Vapor Deposition)، حيث يتفاعل مع غازات أخرى على سطح أساس لتكوين شريط صلب، ويستخدم لتحضير أشباه النوافل.
التفاعلات في وسط سائل: يتم تحضير مواد النانو في الماء أو السوائل العضوية، عبر تغيير شروط التوازن الكيميائي أو باستخدام تقنيات sol-gel للحصول على جزيئات كروية يمكن التحكم بأبعادها.
الطرق الميكانيكية:
التركيب الميكانيكي: تتضمن سحق مادة مكوّنة من جزيئات ميكرومترية إلى حجم أصغر لانتاج مواد نانو متجانسة وبكميات كبيرة.
الرصد والتزجيج الأولى: يتم تحويل المادة الذرية إلى قطعة ضخمة عبر مرحلتين: مرحلة الرص الميكانيكي ومرحلة إذابة مسحوق المعادن.
تقنيات التشوهات القوية: تستخدم لتشويه المواد البلورية لتحسين خصائص التصلب واللدانة.
طرق الطحن والحك:
طريقة الطحن: تعرض المادة لطاقة عالية ثم تُطحن باستخدام كرات فولاذية لتصنيع مواد نانو بحجم يتراوح بين 3 إلى 25 نانومتراً.
طريقة الحك: تشمل وضع شرائح السيلكون في مواد كيميائية مثل HF، ثم حكها للحصول على جزيئات سيلكون نانوية.
الطرق الأخرى:
الطريقة الإلكتروكيميائية: تشمل وضع شريحة السيلكون في القطب الموجب وشريحة البوليكاربونات في القطب السالب في محلول كيميائي، ثم تعريضها لتيار كهربائي.
طريقة الاستئصال الليزري: تتضمن تعريض المادة لليزر نبضي عالي الطاقة، مما يؤدي إلى تطاير جزيئات المادة وتكوين البلازما التي تُترسب على قاعدة لتشكيل أفلام رقيقة.
طريقة التنفيل: تعريض المادة لضغط منخفض جدًا وملعب مغناطيسي، مما يسبب انتزاع جزيئات المادة وترسبها على القاعدة لتشكيل فيلم رقيق.
طرق تحضير مواد النانو:
الطرق الفيزيائية:
التبخير والرش: تبدأ بتحويل المادة إلى بخار عن طريق تسخينها أو قذفها بحزمة من الإلكترونات، ثم يُبرد البخار على سطح بارد لتجنب تكوين بلورات كبيرة.
استخدام الموجات أو الليزر: يتم التحضير باستخدام الموجات فوق الصوتية أو الليزر أو تقنيات مثل PVD (Physical Vapor Deposition) أو Epitaxie.
الطرق الكيميائية:
التفاعلات في الحالة البخارية: يُدخل بخار المادة إلى مفاعل CVD (Chemical Vapor Deposition)، حيث يتفاعل مع غازات أخرى على سطح أساس لتكوين شريط صلب، ويستخدم لتحضير أشباه النوافل.
التفاعلات في وسط سائل: يتم تحضير مواد النانو في الماء أو السوائل العضوية، عبر تغيير شروط التوازن الكيميائي أو باستخدام تقنيات sol-gel للحصول على جزيئات كروية يمكن التحكم بأبعادها.
الطرق الميكانيكية:
التركيب الميكانيكي: تتضمن سحق مادة مكوّنة من جزيئات ميكرومترية إلى حجم أصغر لانتاج مواد نانو متجانسة وبكميات كبيرة.
الرصد والتزجيج الأولى: يتم تحويل المادة الذرية إلى قطعة ضخمة عبر مرحلتين: مرحلة الرص الميكانيكي ومرحلة إذابة مسحوق المعادن.
تقنيات التشوهات القوية: تستخدم لتشويه المواد البلورية لتحسين خصائص التصلب واللدانة.
طرق الطحن والحك:
طريقة الطحن: تعرض المادة لطاقة عالية ثم تُطحن باستخدام كرات فولاذية لتصنيع مواد نانو بحجم يتراوح بين 3 إلى 25 نانومتراً.
طريقة الحك: تشمل وضع شرائح السيلكون في مواد كيميائية مثل HF، ثم حكها للحصول على جزيئات سيلكون نانوية.
الطرق الأخرى:
الطريقة الإلكتروكيميائية: تشمل وضع شريحة السيلكون في القطب الموجب وشريحة البوليكاربونات في القطب السالب في محلول كيميائي، ثم تعريضها لتيار كهربائي.
طريقة الاستئصال الليزري: تتضمن تعريض المادة لليزر نبضي عالي الطاقة، مما يؤدي إلى تطاير جزيئات المادة وتكوين البلازما التي تُترسب على قاعدة لتشكيل أفلام رقيقة.
طريقة التنفيل: تعريض المادة لضغط منخفض جدًا وملعب مغناطيسي، مما يسبب انتزاع جزيئات المادة وترسبها على القاعدة لتشكيل فيلم رقيق.