هناك طريقتان العامة المتاحة لإنتاج المواد متناهية الصغر ، كما هو موضح في الشكل التالي. الطريقة الأولى هي أن تبدأ مع المواد السائبة وكسر ثم إلى أجزاء أصغر باستخدام الميكانيكية والكيميائية أو أي شكل آخر من الطاقة (من الأعلى إلى الأسفل). العكس هو نهج لتخليق المواد من الأنواع الذري أو الجزيئي عبر التفاعلات الكيميائية ، والسماح للجسيمات تمهيدا لتنمو في الحجم (من أسفل إلى أعلى). ويمكن أن يتم في أي من النهجين الغاز السائل ، السوائل فوق الحرجة ، والدول الصلبة ، أو في فراغ. تهتم معظم الشركات المصنعة في القدرة على التحكم : حجم الجسيمات) ب) شكل جسيمات ج) تكوين توزيع حجم الجسيمات د) ه) درجة التكتل الجسيمات.
| الشكل 1 نهجين الأساسية لتصنيع المواد متناهية الصغر : من اليسار إلى اليمين) وأسفل إلى أعلى (من اليمين إلى اليسار). |
وتستخدم لعمليات ما من أسفل إلى أعلى التصنيع؟ طرق لانتاج جزيئات من الذرات العمليات الكيميائية على أساس التحولات في حل مثل سول جل تجهيز والكيميائية ترسب بخار (الأمراض القلبية الوعائية) ، أو لهب البلازما الرش التوليف ، الانحلال الحراري ليزر ، التكثيف ذرية أو الجزيئي. هذه العمليات الكيميائية تعتمد على توافر المناسبة جزيئات "المعدن العضوي" ، كما السلائف. سول جل معالجة تختلف عن غيرها من العمليات الكيميائية بسبب درجة حرارته تجهيز منخفضة نسبيا. هذا يجعل عملية سول جل فعالة من حيث التكلفة وتنوعا. عمليات الرش في تدفق المواد المتفاعلة (الغاز والسائل في شكل هباء أو خليط من كليهما) هي التي أدخلت على الشعلة عالية الطاقة المنتجة على سبيل المثال ، معدات الرش أو البلازما ليزر ثاني أكسيد الكربون. تتحلل المواد المتفاعلة وتتكون الجزيئات في اللهب متجانسة التنوي والنمو. تبريد نتائج سريعة في تشكيل جزيئات النانو. هذه هي العمليات الكيميائية للمواد بناء على التحولات في حل مثل سول جل التجهيز ، والطاقة المائية أو التوليفات solvo الحرارية ، وتحليل المعادن العضوية (MOD) ، أو في مرحلة البخار ترسب الأبخرة الكيميائية (الأمراض القلبية الوعائية). أكثر الطرق الكيميائية تعتمد على توافر المناسبة جزيئات "المعادن العضوية" كما السلائف. بين مختلف السلائف من أكاسيد المعادن ، والمعادن وهما B - diketonates carboxylates والمعادن ، والمعادن alkoxides هي الأكثر تنوعا. وقد تم تطوير هذه العناصر غير متوفرة للجميع تقريبا ، والتوليف فعالة من حيث التكلفة من المواد الخام الرخيصة بالنسبة للبعض. كيفية التحكم في البناء والنمو من النانوية طريقتان عامة متاحة للسيطرة على تكوين ونمو النانوية. واحد يسمى القبض على هطول الأمطار ، ويعتمد إما على استنفاد واحدة من المواد الداخلة في التفاعل أو على إدخال المواد الكيميائية التي من شأنها أن تمنع رد الفعل. طريقة أخرى تعتمد على التقييد الجسدي من حجم المتاحة للنمو جزيئات فردية باستخدام القوالب. سول جل عملية أسلوب جل سول هو عملية طويلة المنشأة الصناعية لتوليد النانوية الغروية من المرحلة السائلة ، التي تم تطويرها في السنوات الأخيرة لإنتاج المواد النانوية المتقدمة والطلاء. تتكيف جيدا سول ، هلام عمليات أكسيد النانوية والمواد المركبة nanopowders التوليف. المزايا الرئيسية لسول جل التقنيات اللازمة لإعداد المواد ودرجة حرارة منخفضة للمعالجة ، وبراعة ، والريولوجيا مرنة تسمح السهل تشكيل والتضمين. أنها توفر فرصا فريدة للحصول على عضوية غير العضوية المواد. السلائف الأكثر شيوعا هي من أكاسيد alkoxides ، بسبب توافرها التجاري ومسؤولية عالية من طراز M - السندات أو السماح الخياطة السهل في الموقع أثناء عملية التجهيز.
| نموذج نظام الرقم 2. nanocomposites التي تنتجها لسول جل. |
الهباء العمليات المستندة الهباء الجوي القائم على العمليات هي وسيلة مشتركة للانتاج الصناعي للجزيئات. ويمكن تعريف هباء جزيئات صلبة أو سائلة في مرحلة الغاز ، حيث يمكن أن تتراوح بين جزيئات الجزيئات تصل إلى 100 ميكرومتر في الحجم. واستخدمت في تصنيع الهباء الصناعية طويلة قبل أن يفهم على العلوم الأساسية والهندسية للهباء. على سبيل المثال ، تنتج جسيمات الكربون السوداء المستخدمة في أصباغ وإطارات السيارات عززتها احتراق المواد الهيدروكربونية ؛ يرصد تيتانيا الصباغ للاستخدام في الدهانات والبلاستيك عن طريق الأكسدة من رابع كلوريد التيتانيوم ؛ السيليكا غاضبا والتيتانيا تشكلت من tetrachlorides منها بواسطة اللهب الانحلال الحراري ؛ الألياف الضوئية هي المصنعة من قبل عملية مماثلة. تقليديا ، يتم استخدام الرش إما جافة أو رطبة مواد الطلاء لإيداع. رش المواد الكيماوية على سطح ساخن أو في الجو الحار في نتائج الانحلال الحراري السلائف وتشكيل الجزيئات. على سبيل المثال ، تم وضع درجة حرارة الغرفة الكهربائية عملية الرش في جامعة أكسفورد لانتاج جزيئات أشباه الموصلات المجمع وبعض المعادن. على وجه الخصوص ، أنتجت CDS النانوية عن طريق توليد الهباء قطرات صغيرة من الملح تحتوي على الكادميوم في الغلاف الجوي تحتوي على غاز كبريتيد الهيدروجين. ترسب الأبخرة الكيميائية (الأمراض القلبية الوعائية) CVD يتكون في تنشيط تفاعل كيميائي بين سطح الركيزة والسلائف الغازية. ويمكن تحقيق التنشيط إما مع درجة الحرارة (CVD حراري) أو مع البلازما (PECVD : البلازما المحسن ترسب الأبخرة الكيميائية). والميزة الرئيسية هو الجانب nondirective لهذه التكنولوجيا. البلازما يسمح لانخفاض كبير في درجات الحرارة مقارنة عملية لعملية CVD الحرارية. ويستخدم على نطاق واسع لانتاج CVD الألياف الكربونية. الذري أو الجزيئي التكثيف ويستخدم هذا الأسلوب أساسا للمعادن التي تحتوي على جزيئات. يتم تسخين المواد السائبة في الفراغ لإنتاج تيار من تبخر ومذررة المسألة ، والتي توجه إلى غرفة تحتوي إما على الغلاف الجوي للغاز خامل أو رد الفعل. تبريد سريع للذرات المعدن بسبب اصطدامها جزيئات الغاز النتائج في التكثيف وتشكيل النانوية. إذا تم استخدام غاز الاوكسجين مثل رد الفعل ثم يتم انتاج جزيئات أكسيد المعادن. استخدام الغاز لإنتاج المرحلة التكثيف Nanopowders معدنية ومن المعروف جيدا أن نظرية الغاز التكثيف التدريجي لإنتاج المعادن nanopowders ، بعد أن تم الإبلاغ عن أول مرة في عام 1930. الغاز مرحلة التكثيف يستخدم فراغ الغرفة التي تتكون من عنصر التدفئة ، على أن يقدم إلى المعدن نانو مسحوق ومسحوق جمع المعدات والأجهزة الكهربائية.
| الشكل 3. المبدأ من المواد الخاملة الغاز التكثيف. |
كيف يمكن لعملية التكثيف الغاز المرحلة الأشغال عملية يستخدم الغاز ، وهو خامل في العادة ، عند ضغوط مرتفعة بما يكفي لتشجيع تشكيل الجسيمات ، ولكن منخفضة بما فيه الكفاية للسماح لانتاج جسيمات كروية. هو عرض على عنصر المعدن الساخن وذاب سريعا. يؤخذ هذا المعدن بسرعة لدرجات حرارة أعلى بكثير من نقطة الذوبان ، ولكن أقل من نقطة الغليان ، بحيث يتم تحقيق ضغط بخار كافية. يتم إدخال الغاز بشكل مستمر إلى الغرفة وإزالتها بواسطة المضخات ، وبالتالي فإن تدفق الغاز يتحرك المعدن تبخرت بعيدا عن العنصر الساخنة. كما يبرد بخار الغاز المعدنية ، والجسيمات نانومتر الحجم النموذج. هذه الجسيمات تكون سائلة لأنها لا تزال ساخنة للغاية لتكون صلبة. وتصطدم جزيئات السائل والاندماج في بيئة تسيطر عليها بحيث تنمو الجزيئات طبقا للمواصفات ، وتبقى الكروية مع الأسطح الملساء. ويتم تبريد المزيد من الجزيئات السائل تحت السيطرة ، فإنها تصبح صلبة وتنمو لم يعد. عند هذه النقطة النانوية هي رد الفعل جدا ، لذلك هي أنها مطلية بمادة تمنع مزيد من التفاعل مع الجزيئات الأخرى (التكتل) أو مع غيرها من المواد. الموائع فوق الحرجة التجميعي طرق استخدام السوائل فوق الحرجة هي أيضا قوية لتوليف النانوية. عن هذه الأساليب ، يتم استخدام خصائص السوائل فوق الحرجة (السائل القسري الى دولة فوق الحرجة من خلال تنظيم درجة حرارته وضغطه) إلى شكل جزيئات من التوسع السريع في حل الحرجة. تم تطوير طريقة السوائل فوق الحرجة حاليا على نطاق تجريبي في عملية مستمرة. غزل رقيقة لجعل ألياف البوليمر ويستند على التكنولوجيا الناشئة لصناعة ألياف البوليمر رقيقة على مبدأ الغزل تمييع حلول البوليمر في حقل كهربائي عالي الجهد. الكهربائية الغزل هو العملية التي يتم شحن انخفاض علقت من البوليمر مع الآلاف من فولت. في الجهد مميزة الحبرية يشكل تايلور نفذت المخروط ، وطائرة غرامة النشرات البوليمر من سطح ردا على القوات الشد الناتجة عن التفاعل بين المجال الكهربائي المطبق ، مع شحنة كهربائية بواسطة الطائرة. هذا وتنتج مجموعة من ألياف البوليمر. ويمكن توجيه الطائرة على سطح الارض والتي جمعت في شبكة متواصلة من ألياف يتراوح حجمها من بضعة ميكرومتر فيها إلى أقل من 100 نانومتر. باستخدام قوالب إلى نموذج النانوية ويمكن استخدام أي مواد تحتوي العادية نانو الحجم المسام أو فراغات كقالب لالنانوية النموذج. أمثلة تشمل هذه القوالب الألومينا التي يسهل اختراقها ، زيولايت ، دي كتلة المشترك البوليمرات ، dendrimers والبروتينات والجزيئات الأخرى. القالب ليس من الضروري أن يكون الكائن 3D. يمكن إنشاء قوالب مصطنعة على سطح الطائرة أو واجهة الغاز السائل من خلال تشكيل الذات تجميعها monolayers. الذاتي جمعية النانوية يمكن معالجته باستخدام مادة كيميائية التجميع الذاتي التقنيات -- النانوية طائفة واسعة من المواد -- بما في ذلك مجموعة متنوعة من المركبات العضوية والبيولوجية ، ولكن أيضا أكاسيد غير العضوية والمعادن وأشباه الموصلات. هذه التقنيات استغلال مرفق انتقائي من جزيئات معينة على السطوح ، والاعتراف الذاتي الجزيئية البيولوجية ، ويأمر المبادئ (على سبيل المثال عملية الالتحام التفضيلية للحمض النووي مع أزواج قاعدة تكميلية) ، فضلا عن الكيمياء متطورة لربط جزيئات على ركائز ومجموعات (مثل ثيول (-- مجموعات SH نهاية)) وغيرها من التقنيات مثل micelle ، sonochemical العكسي ، والتوليف الضوئي لتحقيق 1 - D ، 2 و 3 D - D - الذاتي تجميعها النانو. اللبنات الجزيئية بمثابة أجزاء من اللغز التي تنضم معا في ترتيب الكمال إلا بحضور القوة الدافعة واضحة. تقنية النانو الجزيئية عروض رؤى للمستقبل مفاهيم تقنية النانو على المدى الطويل والبصيرة ، ومع ذلك ، يذهب أبعد من هذه النهج الأول. وهذا ينطبق بصفة خاصة على تطوير المواد بيوميمتيك مع قدرة التنظيم الذاتي ، والشفاء الذاتي وتكرارها ، من خلال تكنولوجيا النانو الجزيئي. هدف واحد هنا هو مزيج من البنى التركيبية والبيولوجية والمواد والأنظمة ، على التوالي ، والتقليد من العمليات البيولوجية للتطبيقات التكنولوجية. هذا المجال من النانوية في الوقت الحاضر لا تزال في حالة من البحوث الأساسية ، ولكن يعتبر واحدا من المجالات البحثية الواعدة للمستقبل. ويمكن الاطلاع على قائمة كاملة من المراجع التي تشير إلى النص الأصلي : مذكرة. |