تقسیم‌بندی مواد مختلف می‌تواند بر اساس ساختار، خواص، کاربردها و حتی ابعاد آن‌ها انجام گیرد. دسته‌بندی نانومواد برمبنای ابعاد آن‌ها یکی از جالب‌ترین تقسیم‌بندی‌ها به‌شمار می‌رود.هر ماده‌ای در فضا دارای سه بعد طول، عرض و ارتفاع است. اگر حداقل یکی از این سه بعد یک ماده در مقیاس نانومتری باشد، به آن ماده نانوساختار گفته می‌شود. تاکنون یک تعریف جامع برای نانوماده که مورد قبول همگان قرار گرفته باشد، ارائه نشده است. با این وجود، مقبول‌ترین تعریف برای نانوماده توسط موسسه ملی ابتکارات نانوتکنولوژی ایالات متحده آمریکا (US National Nanotechnology Initiative) ارائه شده است که عبارتست‌از: نانومواد دسته‌ای از مواد هستند که مقیاس طولی مشخصه آن‌ها کمتر ‌از 100 نانومتر باشد. البته گاهی در برخی از گزارش‌های علمی، موادی با ابعاد بیشتر از 100 نانومتر هم نانوماده نامیده می‌شوند. مقیاس نانو، مقیاس اندازه‌ای است که در آن خواص ماده متفاوت با خواص بالک (مقیاس ماکرو) می‌شود. یکی از دسته‌بندی‌های متداول نانومواد (نانوساختارها)، تقسیم‌بندی آن‌ها براساس تعداد ابعادی است که خارج از محدوده نانومتری قرار دارند. طبق این دسته‌بندی، نانومواد به سه دسته صفر بعدی، یک بعدی

تقسیم بندی نانومواد براساس ابعاد آن‌ها یکی از مهم‌ترین دسته‌بندی‌ها به‌شمار می‌رود؛ به‌طوری‌که این سه نوع نانوساختار، هم از دیدگاه روش‌های سنتز و تولید، و هم از جهت خواص و کاربردها دارای تفاوت‌های چشم‌گیری با یک‌دیگر هستند. خواص الکتریکی، نوری، مغناطیسی، سطحی و … این سه نانوماده بسیار متفاوت بوده و در نتیجه هر کدام کاربردهای منحصربه‌فردی خواهند داشت. به‌عنوان مثال، نانومواد صفر، یک و دو بعدی توانایی جذب و انتشار نور متفاوتی دارند؛ به‌طوری‌که تنها امکان استفاده از نانوساختارهای یک‌بعدی در اتصالات الکترونیکی وجود دارد و از نانومواد صفر و دو بعدی نمی‌توان در این کاربردها استفاده کرد . یک نکته بسیار مهم در تقسیم‌بندی نانومواد براساس ابعاد این‌ است که به‌عنوان مثال در نانومواد یک بعدی ضروری نیست که حتماً فقط دو بعد در مقیاس نانو باشد، بلکه امکان سنتز نانومواد یک بعدی که هر سه بعد آن در محدوده نانو قرار داشته باشند وجود دارد. البته در این نانومواد باید یک بعد چندین برابر بزرگ‌تر از دو بعد دیگر باشد. به‌طور مشابه، در مورد نانومواد دو بعدی، دو بعد دیگر این نانومواد هم می‌توانند در مقیاس نانو باشند اما باید این دو بعد بسیار بزرگ‌تر از بعد دیگر باشند.

نانوساختارهای صفر بعدی
نانومواد صفر بعدی که با نام نانوذرات هم شناخته می‌شوند، معروف‌ترین نانوساختار محسوب می‌شوند. نانوذرات می‌توانند به‌طور طبیعی یا مهندسی شده شکل‌های مختلفی مانند کروی، استوانه‌ای، لوله‌ای، مکعبی، توخالی، هسته-پوسته و … داشته باشند. با این وجود، بیشتر نانوذرات به شکل کروی یا بی‌نظم هستند.

دلیل اصلی کاربرد و شهرت بیشتر نانوساختارهای صفر بعدی (نانوذرات) نسبت به نانوساختارهای یک و دو بعدی، روش سنتز ساده‌تر و هزینه پایین‌تر تولید آن‌ها است. به‌طور کلی خواص مختلف مواد/نانومواد بستگی شدیدی به اندازه دانه‌ها دارد، از این‌رو برای دست‌یابی به خواص یکنواخت در سرتاسر ماده باید اندازه دانه‌ها در ریزساختار خیلی متفاوت نبوده و توزیع باریکی از اندازه دانه‌ها وجود داشته باشد.

معمولاً با تبدیل ماده بالک به نانوماده، ساختار اتمی (کریستالی) آن تغییر نمی‌کند و فقط ابعاد و اندازه دانه‌ها کاهش می‌یابد. البته امکان تغییر ساختار کریستالی با کوچک‌تر شدن اندازه دانه‌ها وجود دارد. به‌عنوان مثال در کربن نانوساختار، علاوه بر ساختارهای معمول که شامل الماس و گرافیت هستند، ساختارهای جدید کربن صفر، یک و دو بعدی هم تشکیل می‌شوند.

نانوساختارهای یک بعدی
همان‌طور که در بخش‌های قبلی گفته شد، نانوساختارهای یک بعدی به موادی گفته می‌شود که در آن‌ها یا دو بعد در مقیاس نانومتری بوده و بعد دیگر در مقیاس نانومتری نباشد؛ و یا هر سه بعد در مقیاس نانومتری باشند، به‌طوری‌که یک بعد چندین برابر بزرگ‌تر از بعد دو بعد دیگر باشد. نانوساختارهای یک بعدی بسته به پارامترهایی مانند هندسه سطح مقطع و نسبت ابعادی (نسبت بعد بزرگ به بعد کوچک‌تر) به سه دسته نانومیله (nanorod)، نانوسیم (nanowire) و نانولوله (nanotube) تقسیم می‌شوند. اگر نسبت ابعادی کوچک باشد به آن نانوساختار یک بعدی نانومیله؛ و اگر بزرگ باشد نانوسیم گفته می‌شود. اگر هندسه سطح مقطع به‌شکل کروی و توخالی باشد، نانولوله نامیده می‌شود. شکل زیر تصاویر گرفته شده با میکروسکوپ‌ الکترونی از نانوساختارهای یک بعدی را نشان می‌دهد

تصاویر گرفته شده با میکروسکوپ‌ الکترونی از نانوساختارهای یک بعدی: (الف) نانومیله، (ب) نانوسیم و (ج) نانولوله.

سنتز نانومواد یک بعدی بسیار دشوارتر از سنتز نانوساختارهای صفر بعدی است؛ به همین دلیل تولید انبوه آن‌ها با مشکل مواجه بوده و در کاربردهای تجاری به‌خصوص کاربردهایی که در آن‌ها نیاز به حجم بالایی از نانومواد با قیمت پایین وجود دارد، کمتر از نانوساختارهای یک بعدی استفاده می‌شود. با این وجود، به‌دلیل خواص ویژه این نانوساختارها از آن‌ها در تحقیقات و کاربردهای اپتیکی، الکترونیکی و … استفاده می‌شود.

یکی از پارامترهای مهم در تعیین نوع و خواص این نانوساختارها، نسبت ابعادی (Aspect-ratio) آن‌ها است. نسبت ابعادی یک شکل هندسی، نسبت اندازه‌های آن در بعدهای مختلف است. به‌عنوان مثال، نسبت ابعادی یک مستطیل، نسبت ضلع طولانی‌تر به ضلع کوتاه‌تر، یا به عبارت دیگر، نسبت طول به عرض آن است. در هنگام سنتز نانوساختارهای یک بعدی تمایل به سنتز نانوساختارهایی با بالاترین نسبت ابعادی وجود دارد. البته تعیین نسبت ابعادی به کاربرد مورد انتظار از نانوساختار یک بعدی هم بستگی دارد. پس از سنتز نانومواد یک بعدی، یا آن‌ها را درون یک ماده (معمولاً حلال) پراکنده کرده، یا روی سطح یک جامد (زیرلایه) به‌طور عمودی قرار می‌دهند.
نانوساختارهای یک بعدی سنتز شده از حلال دارای نسبت ابعادی کمتری نسبت به نانوساختارهای سنتز شده از روی سطح یک جامد هستند؛ بنابراین می‌توان انتظار داشت که نانوساختارهای یک بعدی پراکنده شده در حلال به شکل نانومیله و نانوساختارهای رشد یافته روی سطح جامد به صورت نانوسیم باشند. نانومیله‌ها قابلیت سنتز انبوه دارند.

نانوساختارهای دو بعدی
نانوساختارهای دو بعدی به سه دسته لایه نازک (Thin film)، ورق نازک (nano sheet) و نانوصفحه (nano plate) تقسیم‌بندی می‌شوند. لایه نازک‌ها نسبت به دو گروه دیگر مشهورتر بوده و کاربردهای وسیع‌تری دارند. معمولاً لایه نازک‌ها روی زیرلایه‌های مختلف سنتز می‌شوند.

لایه‌های نازک به‌دلیل دارا بودن خواص عالی مانند خواص اپتیکی و مقاومت به خوردگی و سایش، در صنایع مختلف مانند ساخت ادوات الکترونیکی و اپتیکی به‌کار می‌روند. از عوامل مؤثر در خواص و کاربردهای لایه نازک‌ها می‌توان یکنواختی ضخامت و چسبندگی بالا بین لایه و زیرلایه اشاره کرد. البته، در کاربردهای مرتبط با الکترونیک و اپتیک اهمیت این عوامل دوچندان می‌شود.

نانوصفحه‌ها و نانوورق‌ها مستقل از زیرلایه هستند و نانوصفحات ضخامت بیشتری نسبت به نانوورق‌ها دارند.

تصویر الف نانوصفحه و تصویر ب نانوورق را نمایش می دهد .

 *مطلب فوق با بهره گیری از مطالب سایت ستاد توسعه فناوری نانو نوشته شده است .

بلاگ

فروشگاه

فرم استعلام

تماس با ما