ghasem motamedi
28th January 2010, 09:15 AM
نانوتکنولوژی چیست؟
نانو تکنولوژی مولکولی، نامی است که به یک نوع فناوری تولید اطلاق میشود.همانطور که از نامش پیداست، نانوتکنولوژی مولکولی هنگامی محقق میشود که ما توانایی ساختن چیزها را از اتمها داشته باشیم و در این صورت ما توانایی آرایش دوباره مواد را با دقت اتمی خواهیم داشت.
هدف نانو تکنولوژی ساختن مولکول به مولکول آینده است.همانطور که وسایل مکانیکی به ما اجازه میدهند که چیزی فراتر ازنیروی فیزیکی خود به دست آوریم، علم نانویی و تولید در مقیاس نانوهم، سبب میشود تا ما بتوانیم پا را از محدودیتهای اندازهای که به طور طبیعی موجود است،فراتر بگذاریم و درست روی واحدهای ساختاری مواد کار کنیم، جایی که خاصیت مواد مشخص میشود و با تغییر در آن واحدها میتوتن تغییرات خواص را ایجاد کرد.
فرض اصلی در نانوتکنولوژی این است که تقریباا همه ساختارهای با ثبات شیمیایی که از نظر قوانین فیزیک رد نمیشوند را میتوان ساخت.
ماهیت نانو تکنولوژی
ماهیت نانو تکنولوزی عبارت است از توانایی کار کردن در تراز اتمی، مولکولی، در ابعاد 1 تا 100نانومتر، با هدف ساخت و دخل و تصرف در چگونگی آرایش اتمها یا مولکولها و با استفاده از مواد، وسایل و سیستمهایی با تواناییهای جدید و اعمال تازه که ناشی از ابعاد کوچک ساختارشان می باشد.
همه مواد و سیستم ها زیر بنای ساختاری خود را درمقیاس نانو ترتیب میدهند.
مثلا:
یک مولکول آب دارای قطری حدود 1 نانومتر است
قطر یک نانو تیوب تک لایه 1.2 نانومتر است.
کوچکترین ترانزیستورها به اندازه 20 نانومتر میباشند.
مولکول DNA ، 2.5 نانومتر پهنا دارد.
پروتئینها بین 1 تا 20 نانومتر هستند.
قطر ATP، 10 نانومتر بوده
و یک وسیله مولکولی ممکن است در حد چند نانومتر باشد
فولرين ها
اولين فولريني كه كشف شد، باكي بال بود، اين ساختار در سال 1985 در دانشگاه رايس در ه وستون توسط ريچارد اسمالي، رابرت كرل و هاري كروتو كشفشد، كه در سال 1996 توانستند به خاطر آن در جايزهنوبل با هم شريك شوند . فولرين ها قفس هايي شبكهكروي از 60 اتم كربن آرايش يافته به صورت ششضلعي ها و پنج ضلعي هاي به هم زنجيره شده (مثل توپفوتبال) هستند.
فولرين هاي ديگر كه به فاصله اندكي پس ازآن كشف شدند، تعداد اتمهاي كربن بيشتر يا كمتري دارند . ايننام در برگيرنده مجموعه اين مولكولهاي كربني توخالي است، كه شامل قفسي از پنج ضلعي ها و ششضلعي هاي به هم زنجير شده مي شوند .
روشهاي قوس الكتريكي برای تولید فولرین ها بیشترین کاربرد را دارد .
دو خاصیت عمده ی باکی بال ها :
باكي بال ها از نظر فيزيكي مولكولهايي بيش از حد قوي هستند و قادرند فشارهاي بسيار زياد را تحمل كنند - پس
ازتحمل 3000 اتمسفر فشار به شكل اوليه خود منبسط مي شوند . به نظر مي رسد استحكام فيزيكي آنها در بخشمواد داراي توان بالقوه اي باشد .
آنها مثل نانولو له ها به جاي پيوند شيميايي، با نيروهاي بسيار ضعيفتري(نيروهاي واندروالس ) به هم مي چسبند، كه مشابه نيروهاي نگهدارنده لايه هاي گرافيت است . اين مسأله موجب مي شود باكي بال ها مثل گرافيت داراي قابليت روان كنندگي شوند .
بیشترین کاربرد فولرین ها در پزشکی و درمان بیماری ها است .
البته اخیرا برای ذخیره سازی هیدروژن و هیدروکربن ها هم کاربردهایی در پیل های سوختی پیدا کرده است .
دسته بندی فناوری نانو
فناوری نانو به سه شاخه جدا و در عین حال مرتبط با هم تقسیم می شه :
1. نانو تکنولوژی مرطوب --> Wet Nano Technology
این شاخه به مطالعه سیستم های زیست محیطی که اساسا در محیط های آبی پیرامون وجود دارن، می پردازه و چگونگی مقیاس نانومتری ساختمان مواد ژنتیکی، غشاء ها و سایر ترکیبات سلولی رو مورد مطالعه قرار می ده
این شاخه در بررگیرنده علوم پزشکی، دارویی، زیست محیطی و کلا علوم مرتبط با Bio هست
2.نانو تکنولوژی خشک ---> ِDry Nano Technology
این شاخه به مطالعه مدلسازی و ساختن ظاهر ساختمانهای پیچیده در مقیاس نانویی توجه داره. شناختی که به وسیله محاسبه بدست می آد به ما این اجازه رو می ده که زمان پیشرفت نانوتکنولوژی خشک رو به چندین دهه کاهش بدیم که این بر نانوتکنولوژی مرطوب هم تاثیر می زاره.
در واقع نانوتکنولوژی تخمینی، پلی برای ارتباط بین علوم مهندسی، محاسباتی، کامپیوتر و فنآوری جدید محسوب میشه.
نانوتکنولوژی مرطوب --> نانوبیولوژی
علارغم وعده ها نانو ساختار ها Nano Structures و نانو ذرات Nano Particles و Nano Devices به اندازه ی نانوبیولوژی پیشرفت نکرده اند.
قبل از ادامه بحث تعریف کوتاهی از مواد پلیمری خالی از لطف نیست :
از کنار هم قرار دادن تعداد زیادی از مولکول های زنجیره ای یا شبکه ای بزرگ از مواد آلی شامل کربن، هیذروژن، کلر، فلور، اکسیژن و ازت تشکیل شده اند که اغلب به صورت مصنوعی ساخته میشوند و دارای ساختار کریستالی و آمورف هستند.
دیگر خصوصیات عمومی این مواد:
- قابلیت هدایت الکتریکی بسیار ضعیف دارند
-در درجه حرارتهای پایین ( نزدیک به صفر ) ترد هستند و در درجه حرارتهای نسبتا بالا قابلیت شکلپذیری خوبی دارند ولی اگر دما خیلی بالا برود متلاشی میشون و در درجه حرارت های محیط از پایداری حرارتی خوبی برخوردارند
و در نهایت وزن مخصوص پایینی دارند.
با اینکه به نظر میرسد در طبیعت تعذداد محدودی بلوکهای سازنده اصلی --> آمینو اسیدها، چربیها و نوکلئیک اسیدها ) وجود دارند، اختلاف شیمیایی این مولکولها و راه های مختلف پلیمر شدن آنهاف گستره ی وسیعی از ساختمانهای ممکنم را ایجاد میکند.
علاوه بر این پیشرفت های صورت گرفته ما را قادر میسازد که این بلوک ها را در کنار هم در کنار هم قرار داده ترکیب کنیم و از این طریق مواد و ترکیب هایی که تا کنون در طبیعت ساخته نشده، بسازیم.
بیوپلیمر های تهیه شده از این روش، تک پراکند Mono Disperse هستند که طول زنجیر را کنترل میکنند و تعریف شده هستند. که اخیرا نشان داده شده که دارای خاصیت کریستال مایعغیر عادی می باشند.
توزیع در طول زنجیری که معمولا برای پلیمرهای سنتزی وجود دارد، امکان مشاهده آنها را در مرحله ی هم شکل شدن اتمها ، کم می کند.چرا که در این مرحله فضادهی لایه هایشان می تواند در مقیاس دهها نانومتر کنترل شود.
در بیوتکنولوژی می توان از کنار هم قرار دادن اسیدآمینه های مصنوعیمانند بتا alanine یا DehydroPoline و یا Fluortyrosine و پروتئین های دیگری که در ساختارشان آلکن یا آلکین وجود داردنیزاستفاده کرد.
که تحقیقات در این زمینه راه های جدیدی در مورد پلیمرهای با طول و مشخصات کنترل شده مثل بیو پلیمر هایی که حاوی خواص الکتریکی مثل هدایت هستند را بدست می دهد.
پیشرفتهای اخیر در زمینه نانو
1. ساخت OLED ها :
OLED – Organic Light Emmiting Device
که این وسایل نور زیادی تولید می کنند و کارایی و ظرفیت بیشتری نسبت به نمونه های قبلی LED
دارند و و تمام رنگها را شامل شده و طول عمر خوبی دارند.
در این دستگاه ها از رشته های کریستالی نانویی برای کاهش جریان آستانه و بهبود در شرایط خروجی استفاده شده است.
و همچنین:
OTFT – Oraganic Thin Film Transistor
که از مواد آلی ساخته شده اند در حالی که در نمونه های قبلی از سیلیکون غیربلوری استفاده
می شد.
لایه های سطحی باکتریایی به عنوان اجزا هادی
لایه های سطحی باکتریایی به صورت کریستالی هستن، و از واحد های پروتئین تشکیل یافته اند.
این لایه ها به صورت خود چیده “ Self-Assemble”هستند و قابلیت چسبندگی بالای دارند. که به عنوان اجزاء هادی برای نانو تکنولوژی در نظر گرفته شده اند.
به عنوان مثال برای شکل دادن سوپر لاتکس سولفید کادمیم استفاده شده اند.
بیو سرامیکها
اثرات مولکولهای زیستی و آلی، بر روی همیدگر می تواند در ساختن سرامیک، با افزایش سختی مورد استفاده قرار بگیرد.
مطالعات پایه ای زیستی – معدنی که در آنها یک ماده معدنی – معمولا پروتئین : پیتید یا لیپید - به وسیله یک فاز آلی – مثل کربنات کلسیم یا هیدروکسی – تحت تاثیر قرار گرفته و منجر به سنتز زیستی مواد مرکب شده اند.
سنتز های “میسل تمپلیتد” می تواند سرامیکهایی با ابعاد 20 تا 100 نانومتر تولید کند.
“پور ها” که موادی متخلخل هستند می توانند به عنوان کاتالیزور یا جذب کننده استفاده شوند. و برای جداسازی گاز و مایع و همینطور به عایق های گرمایی و صدایی به کار می روند.
یک مثال جالب در مورد ترکیبات معدنی و آلی ، مواد بسته بندی جدیدی هستن که برای گرفتن جای پلی استیرن به عنوان پوشش غذایی غذاهای حاضری بکار برده می شود.
آهنرباهای میله ای زیستی:
دقیقا نشان داده شده که بسیاری از ترکیبات آلی قادر به ته نشین کردن مواد مغناطیسی مانند :
Fe3O4 و Fe3S4
هستند. به علاوه در ترکیبات آلی میکروبی در بدن ماهیها زنجیر های خطی از کریستال های غشاء دار مغناطیسی که به :
Magnetosome
معروفند یافت شده است.
گرد آورنده ها یا شکل دهی --> Assemblers or Templating
خودسازی متوالی زیست ملکولها معمولا به عنوان یکی از کلیدهای حیاتی کاربردهای نانو تکنولوژی شناخته می شود. اما آنچه باید بیشتر مورد تحقیق قرار گیرد:
چگونه ساختن آرایه های متناوب
گردهم آوری های زیست مولکولی
چگونگی استفاده از شکل دهیهای زیست مولکولی به طریق موثر
چگونگی تقلید خاصیت خود سازی
و بالاخره چگونگی بهره گیری از اختلافات بین خودسازی زیستی و غیر زیستی است
سيستمهاي نانوالكترومكانيكي
در اواخر 1950، فيزيكداني به نام ريچارد فاينمن، با پيشنهاد جايزه 1000 دلاري براي اولين فردي كه موفق به ساخت موتور الكتريكي "كوچكتر از1/64 اينچ" شود، توجه مردم را به اين موضوع جلب كرد.
در كمال حيرت، ويليام مكليلان، با كوشش فراوان و صرف ساعات بسيار خستهكننده، توانست اين كار را با انبرك دستي و يك ميكروسكوپ انجام دهد
موتور مكليلان در حال حاضر در مؤسسه فنآوري كاليفرنيا در معرض نمايش بوده و مدتها است كه از چرخيدن بازمانده است. هدف فاينمن از اين كار، به حركت درآوردن چرخهاي دانشگاه ها و آزمايشگاه ها و حتي خطوط توليد صنعتي بود. سيستمهاي ميكروالكترومكانيكي (MEMS) كه به طور جدي از اواسط دهه 1980 ايجاد گرديدند، به حدي از رشد و بلوغ رسيدهاند كه اكنون فقط در مورد توليد انبوه موتورهاي كوچك ـ صدها بار كوچكتر از موتورمكليلان ـ نسبتاً به مشكل برخوردهايم. در همين راستا انجمن MEMS برخي توليدات واقعاً شگفتآور را ارائه داده است. از پروژكتورهاي ديجيتالي شامل ميليونها ميكروآيينه الكتريكي گرفته تا ميكروحسگرهاي حساس به حركت كه در كيسه هواي ماشينها به كار ميروند.
) ميكروموتور الكترواستاتيكي MEMS ساخته شده از سيليكون
b) ميكروآينيههاي مكانيكي در قلب پردازنده ديجيتال (عكس از Texas Instruments)
دانشمندان و مهندساني كه در زمينه اتصالات ميكروحسگرها و ابزارهاي ديگر تحقيق ميكنند، با استفاده از آزمايشگاه ها و ايدههاي نو، گستره جديدي در اين زمينه ايجاد كردهاند. ابزارهاي اين دانشمندان به مرزهاي بسيار دور نيز اعمال ميگردد، از اعماق دريا و پوسته زمين گرفته تا مناطق دوردست فضا و سيارات دوردست. چنين ميكروحسگرهاي راهدور با خواصي مانند مقاومت در برابر تغييرات شرايط و نيز هزينه اندكشان، اطلاعات فراواني در مورد محيط پيرامون ما در اختيارمان ميگذارد.
MEMS منجر به پيوند ميان فرآيندهاي نيمههادي و مهندسي مكانيك ميگردد؛ در مقياس بسيار كوچك اين زمينه طي دهه اخير رشد چشمگيري داشته است. شركت هاي زيادي ـ از غولهاي نيمههادي تا شركت هاي نوپا ـ به سرعت به سوي فعاليتهاي مقياس ميكرو پيش ميروند. اما تا به حال در ابعاد زير ميكرومتر توسط MEMS كارهاي اندکي انجام گرفته است.
در حالي كه كارهاي اخير در ميكروالكترونيك داراي توليد انبوه با اندازه هايي در حدود 0.18 ميکرون مي باشند.
در واقع SEMATECH( يک مجمع فکري براي مشاوره شرکت هاي نيمه هادي در آمريکا) پيش بيني ميکند که تا سال 2010 ، کمترين اندازه در چنين ابزاري به 70 نانومتر خواهد رسيد.
براي دستيابي به اين اهداف و پيشرفتهايي كه براي جريان اصلي الكترونيك پيشبيني ميگردد، وقت آن است كه انقلابي در زمينه سيستمهاي نانوالكترومكانيكي (NEMS) از جمله، ماشينها، حسگرها، كامپيوترها و الكترونيك در مقياس نانو، رخ دهد.
چنين تلاشهايي زمينه كار گروه فاينمن در Caltech و گروههاي ديگر در نقاط مختلف جهان در حال انجام است. پتانسيلهاي اين زمينه فراوان ميباشد و ميتواند در زمينههاي متنوعي از پزشكي و بيوتكنولوژي تا مباني مكانيك كوانتوم مثمرثمر باشد.
در اين مقاله به جنبههاي مهيج NEMS و تلاشهايي كه بايد براي رسيدن به آن اعمال شود، پرداخته شده است
يك سيستم الكترومكانيكي چيست ؟
يكي از اولين ابزارهاي الكترومكانيكي در سال 1785، توسط چارلز آگوستين دكولمب براي اندازهگيري بار الكتريكي ساخته شد. تعادل پيچشي الكتريكي او شامل دو توپ كروي فلزي است. يكي ثابت و ديگري متصل به يك ميله متحرك ـ كه مثل دو صفحه يك خازن عمل ميكنند. اختلاف بار بين آنها به يك نيروي جاذبه تبديل ميگردد. عناصر مهمي كه در اكثر سيستم هاي الكترومكانيكي استفاده ميگردند (عنصر مكانيكي و مبدل) در اين ابزار آشكار ميباشد.
عنصر مكانيكي در اثر نيروي اعمال شده به نحوي يا منحرف ميگردد و يا به ارتعاش درميآيد. براي اندازهگيري نيروهاي شبهاستاتيك نوعاً ميتوان از فنـر ضعيفي كه با نيروي كمي به ميزان زيادي منحرف ميگردد، استفاده كرد. براي اندازهگيري نيروهاي متغيير با زمان بهتر است كه از نوسانگرهاي مكانيكي با تلفات كم كه به خوبي به سيگنالهاي نوساني با دامنه كم جواب ميدهند استفاده گردد.
انواع متنوعي از عنصرهاي مكانيكي را براي حس كردن نيروهاي استاتيك يا متغير با زمان ميتوان به كاربرد. تعادل پيچشي (ساخت كلمب) و بازوهايي كه اكنون در ميكروسكوپي پروب پيمايشگر استفاده ميگردند، از اين نوعاند. براي دستيابي به حساسيت فوقالعاده زياد، ابزارهاي ظريفي استفاده ميگردند، از جمله: ساختارهاي نوساني مركب، شامل اجزاء پيچيده و نوسانات طولي و پيچشي. اين پيچيدگي را ميتوان براي كم كردن ارتعاش استفاده كرده و با تنظيمات خاص ميزان خطا را كم كرد.
مبدلهاي NEMS و MEMS انرژي مكانيكي را به سيگنالهاي الكتريكي يا نوري و بالعكس تبديل ميكنند. برخي مواقع مبدل ورودي به سادگي نوسانهاي ماندگار در عنصر مكانيكي ايجاد ميكند در حالي كه ويژگي هاي آن حاكي از وجود اغتشاش در سيستم است.
در اين صورت چنين اغتشاشاتي، علاوه بر سيگنال ورودي، دقيقاً همان سيگنالهايي هستند كه ما ميخواهيم اندازهبگيريم. اين امر ممكن است شامل موارد زير باشد: تغييرات فشار كه بر عمر مكانيكي ابزارها مؤثر است يا حضور مواد شيميايي جذب شده كه كه جرم نوسانگرهاي نانومتري را تغيير ميدهد يا تغييرات دما كه ميتواند الاستيسته يا كشش دروني را تغيير دهد. دو مورد آخر منجر به تغيير فركانس ارتعاش ميگردند.
به طور كلي، خروجي يك ابزار الكترومكانيكي، حركت يك عنصر مكانيكي ميباشد. دو نوع عكسالعمل عمده وجود دارد:
عنصر مكانيكي به سادگي تحت تاثير نيروي اعمالي ميتواند منحرف گردد و يا دامنه نوسانش تغيير كند
فايده نانوماشينها
خطوط تميز در نيمههاديها
ابزارهاي نانومكانيكي نويد انقلابي جديد در اندازهگيري جابجاييهاي فوقالعاده كوچك و نيرويهاي فوقالعاده ضعيف، عليالخصوص در مقياس مولكولي را ميدهند. در واقع با فنون نانو ماشين کاري موجود ، جرم MEMS در حدود چند آتوگرم (10-18) و عرض مقطع آن در حدود 10 نانومتر مي باشند.
جرم و اندازه كوچك MEMS منجر به ايجاد پتانسيل بسيار زيادي براي كاربردهاي جديد و اندازهگيري هاي بنيادي ميگردد.
سيستمهاي مكانيكي 0 ، نوسان ميكنند.wدر فركانس زاويهاي طبيعي خود،
اين فركانس ميتواند با 0=(Keff/Meff)1/2 تقريب زده شود كه در آن Keff، ثابت مؤثر فنر و Meff جرمwرابطه مؤثر ميباشد. (منظور از واژه مؤثر، مجموعه مركب معادلات الاستيسیته است كه بر پاسخ مكانيكي اين اشياء حاكم ميباشد).
اگر انداره ابزار مكانيكي را بهگونهاي كاهش دهيم كه شكل كلي آنها حفظ گردد، در اين صورت همانطور كه ديمانسيون خطي، I، كاهش مييابد، فركانس بنيادي، ، نيز كاهش مييابد. اين رفتار اساسي اين واقعيت را مي رساند متناسب مي باشد ، در صورتيکه ثابت موثر فنر با I متناسب ميbکه جرم موثر با باشد.اين موضوع از اين لحاظ حائز اهميت است كه عكسالعمل با فركانس بالا منجر به زمان سريع عكسالعمل به نيروي اعمالي ميگردد. نتيجه ديگري كه به دست ميآيد آن است كه ميتوان بدون نياز به ساختاري زمخت، به پاسخي سريع دسترسي داشت.
امروزه امكان ساخت نوسانگرهاي با فركانس بنيادي در حدود10GHz با استفاده از فرآيندهاي نانوماشين کاري سطح که مربوط به نانوليتوگرافي در مقياس 10 نانومتر ميباشد، وجود دارد.
اين ابزارهاي مكانيكي فركانس بالا، ما را با امكانات و تواناييهاي جديد و مهيجي، آشنا ميكند. در اين ميان فرآيندهاي مكانيكي با توان فوقالعاده كم در حدود فركانسهاي ميكرويو و گونههاي جديدي از ميكروسكوپهاي پروب پيمايشگر نيز وجود دارند كه ميتوانند در تحقيقات بنيادي و يا حتي در مباني اشكال جديد كامپيوترهاي مكانيكي به كار روند.
ويژگي هاي مواد MEMS
دومين ويژگي مهم MEMS ، تلفات بسيار اندک انرژي در آنها مي باشد. اين خاصيت مبين كيفيت يا فاكتورQ در پاسخ ميباشد. در نتيجه، MEMS به مكانيزم نيروي بيروني بسيار حساس ميباشد و اين امر براي ساخت گونههاي مختلفي از حسگرها بسيار مهم ميباشد.
علاوه بر اين، نويز ترمومكانيكي كه معادل نويز جانسون در مقاومت هاي الكتريكي ميباشد، به طور معكوس با عامل Q متناسب است. بنابراين، مقادير بزرگ Q به عنوان يك ويژگي مهم، هم براي نوسانها و هم براي حسگرهاي انحراف به شمار ميآيد، كه نوسانات ناخواسته مكانيكي را حذف كرده و اين نوع ابزارها را به نيروهاي اعمالي به شدت حساس مينمايد.
نوسانگرهاي الكتريكي با فركانس بالا نوعاً داراي فاكتور Q كمتر از چند صد مي باشند، اما حتي نخستين ابزار فركانس بالاي مكانيكي( كه در سال 1994 توسط آندرو كليلند در Caltech ساخته شد)، داراي مقدار Q صد برابر بهتر بود. چنين عامل بالاي كيفيت براي پردازش سيگنال بسيار مهم ميباشد.
جرم مؤثر كوچك در بخش مرتعش ابزارها، يا ممان اينرسي اندك ابزارهاي پيچشي، از لحاظ ديگري نيز مهم ميباشند. اين امر باعث حساسيت فوق العاده زياد ابزارهاي NEMS نسبت به جرمهاي اضافي ميشود. با توجه به تحقيقات اخير، اميد ميرود كه ابزارهاي حساسي كه اخيراً ميسازيم نسبت به تعداد اندكي از اتمهايي كه روي سطح اين ابزار جذب ميشود، حساسيت نشان دهند.
NEMS ذاتاً ابزارهاي فوقالعاده كم مصرفي ميباشند، مقياس توان اصلي اين ابزارها به صورت انرژي گرمايي تقسيم بر زمان پاسخ تعريف ميشود 0 نشان داده ميشود.
در دماي سيصد کلوين، NEMS تنها با نوسانات گرماييwqو با نماد در حدود آتووات (10-18 w) كار ميكنند. بنابراين اگر يك ابزار NEMS، با سيگنال در حدود پيكووات (10-12w) راه اندازي شود، نسبت سيگنال به نويز، بيشتر از 106 خواهد بود. در چنين شرايطي حتي اگر يك ميليون از چنين ابزارهايي بطور همزمان در يك پردازنده سيگنال NEMS به كار روند، كل توان اتلافي توسط همه سيستم تنها در حدود چند ميكرووات خواهد بود و اين مقدار 3 يا 4 مرتبه كمتر از توان مصرفي توسط پردازندههاي الكترونيكي رايج خواهد بود كه بر مبناي جابجايي سريع بستههاي بار الكترونيكي كار ميكنند نه بر مبناي عناصر مكانيكي.
نانو تکنولوژی مولکولی، نامی است که به یک نوع فناوری تولید اطلاق میشود.همانطور که از نامش پیداست، نانوتکنولوژی مولکولی هنگامی محقق میشود که ما توانایی ساختن چیزها را از اتمها داشته باشیم و در این صورت ما توانایی آرایش دوباره مواد را با دقت اتمی خواهیم داشت.
هدف نانو تکنولوژی ساختن مولکول به مولکول آینده است.همانطور که وسایل مکانیکی به ما اجازه میدهند که چیزی فراتر ازنیروی فیزیکی خود به دست آوریم، علم نانویی و تولید در مقیاس نانوهم، سبب میشود تا ما بتوانیم پا را از محدودیتهای اندازهای که به طور طبیعی موجود است،فراتر بگذاریم و درست روی واحدهای ساختاری مواد کار کنیم، جایی که خاصیت مواد مشخص میشود و با تغییر در آن واحدها میتوتن تغییرات خواص را ایجاد کرد.
فرض اصلی در نانوتکنولوژی این است که تقریباا همه ساختارهای با ثبات شیمیایی که از نظر قوانین فیزیک رد نمیشوند را میتوان ساخت.
ماهیت نانو تکنولوژی
ماهیت نانو تکنولوزی عبارت است از توانایی کار کردن در تراز اتمی، مولکولی، در ابعاد 1 تا 100نانومتر، با هدف ساخت و دخل و تصرف در چگونگی آرایش اتمها یا مولکولها و با استفاده از مواد، وسایل و سیستمهایی با تواناییهای جدید و اعمال تازه که ناشی از ابعاد کوچک ساختارشان می باشد.
همه مواد و سیستم ها زیر بنای ساختاری خود را درمقیاس نانو ترتیب میدهند.
مثلا:
یک مولکول آب دارای قطری حدود 1 نانومتر است
قطر یک نانو تیوب تک لایه 1.2 نانومتر است.
کوچکترین ترانزیستورها به اندازه 20 نانومتر میباشند.
مولکول DNA ، 2.5 نانومتر پهنا دارد.
پروتئینها بین 1 تا 20 نانومتر هستند.
قطر ATP، 10 نانومتر بوده
و یک وسیله مولکولی ممکن است در حد چند نانومتر باشد
فولرين ها
اولين فولريني كه كشف شد، باكي بال بود، اين ساختار در سال 1985 در دانشگاه رايس در ه وستون توسط ريچارد اسمالي، رابرت كرل و هاري كروتو كشفشد، كه در سال 1996 توانستند به خاطر آن در جايزهنوبل با هم شريك شوند . فولرين ها قفس هايي شبكهكروي از 60 اتم كربن آرايش يافته به صورت ششضلعي ها و پنج ضلعي هاي به هم زنجيره شده (مثل توپفوتبال) هستند.
فولرين هاي ديگر كه به فاصله اندكي پس ازآن كشف شدند، تعداد اتمهاي كربن بيشتر يا كمتري دارند . ايننام در برگيرنده مجموعه اين مولكولهاي كربني توخالي است، كه شامل قفسي از پنج ضلعي ها و ششضلعي هاي به هم زنجير شده مي شوند .
روشهاي قوس الكتريكي برای تولید فولرین ها بیشترین کاربرد را دارد .
دو خاصیت عمده ی باکی بال ها :
باكي بال ها از نظر فيزيكي مولكولهايي بيش از حد قوي هستند و قادرند فشارهاي بسيار زياد را تحمل كنند - پس
ازتحمل 3000 اتمسفر فشار به شكل اوليه خود منبسط مي شوند . به نظر مي رسد استحكام فيزيكي آنها در بخشمواد داراي توان بالقوه اي باشد .
آنها مثل نانولو له ها به جاي پيوند شيميايي، با نيروهاي بسيار ضعيفتري(نيروهاي واندروالس ) به هم مي چسبند، كه مشابه نيروهاي نگهدارنده لايه هاي گرافيت است . اين مسأله موجب مي شود باكي بال ها مثل گرافيت داراي قابليت روان كنندگي شوند .
بیشترین کاربرد فولرین ها در پزشکی و درمان بیماری ها است .
البته اخیرا برای ذخیره سازی هیدروژن و هیدروکربن ها هم کاربردهایی در پیل های سوختی پیدا کرده است .
دسته بندی فناوری نانو
فناوری نانو به سه شاخه جدا و در عین حال مرتبط با هم تقسیم می شه :
1. نانو تکنولوژی مرطوب --> Wet Nano Technology
این شاخه به مطالعه سیستم های زیست محیطی که اساسا در محیط های آبی پیرامون وجود دارن، می پردازه و چگونگی مقیاس نانومتری ساختمان مواد ژنتیکی، غشاء ها و سایر ترکیبات سلولی رو مورد مطالعه قرار می ده
این شاخه در بررگیرنده علوم پزشکی، دارویی، زیست محیطی و کلا علوم مرتبط با Bio هست
2.نانو تکنولوژی خشک ---> ِDry Nano Technology
این شاخه به مطالعه مدلسازی و ساختن ظاهر ساختمانهای پیچیده در مقیاس نانویی توجه داره. شناختی که به وسیله محاسبه بدست می آد به ما این اجازه رو می ده که زمان پیشرفت نانوتکنولوژی خشک رو به چندین دهه کاهش بدیم که این بر نانوتکنولوژی مرطوب هم تاثیر می زاره.
در واقع نانوتکنولوژی تخمینی، پلی برای ارتباط بین علوم مهندسی، محاسباتی، کامپیوتر و فنآوری جدید محسوب میشه.
نانوتکنولوژی مرطوب --> نانوبیولوژی
علارغم وعده ها نانو ساختار ها Nano Structures و نانو ذرات Nano Particles و Nano Devices به اندازه ی نانوبیولوژی پیشرفت نکرده اند.
قبل از ادامه بحث تعریف کوتاهی از مواد پلیمری خالی از لطف نیست :
از کنار هم قرار دادن تعداد زیادی از مولکول های زنجیره ای یا شبکه ای بزرگ از مواد آلی شامل کربن، هیذروژن، کلر، فلور، اکسیژن و ازت تشکیل شده اند که اغلب به صورت مصنوعی ساخته میشوند و دارای ساختار کریستالی و آمورف هستند.
دیگر خصوصیات عمومی این مواد:
- قابلیت هدایت الکتریکی بسیار ضعیف دارند
-در درجه حرارتهای پایین ( نزدیک به صفر ) ترد هستند و در درجه حرارتهای نسبتا بالا قابلیت شکلپذیری خوبی دارند ولی اگر دما خیلی بالا برود متلاشی میشون و در درجه حرارت های محیط از پایداری حرارتی خوبی برخوردارند
و در نهایت وزن مخصوص پایینی دارند.
با اینکه به نظر میرسد در طبیعت تعذداد محدودی بلوکهای سازنده اصلی --> آمینو اسیدها، چربیها و نوکلئیک اسیدها ) وجود دارند، اختلاف شیمیایی این مولکولها و راه های مختلف پلیمر شدن آنهاف گستره ی وسیعی از ساختمانهای ممکنم را ایجاد میکند.
علاوه بر این پیشرفت های صورت گرفته ما را قادر میسازد که این بلوک ها را در کنار هم در کنار هم قرار داده ترکیب کنیم و از این طریق مواد و ترکیب هایی که تا کنون در طبیعت ساخته نشده، بسازیم.
بیوپلیمر های تهیه شده از این روش، تک پراکند Mono Disperse هستند که طول زنجیر را کنترل میکنند و تعریف شده هستند. که اخیرا نشان داده شده که دارای خاصیت کریستال مایعغیر عادی می باشند.
توزیع در طول زنجیری که معمولا برای پلیمرهای سنتزی وجود دارد، امکان مشاهده آنها را در مرحله ی هم شکل شدن اتمها ، کم می کند.چرا که در این مرحله فضادهی لایه هایشان می تواند در مقیاس دهها نانومتر کنترل شود.
در بیوتکنولوژی می توان از کنار هم قرار دادن اسیدآمینه های مصنوعیمانند بتا alanine یا DehydroPoline و یا Fluortyrosine و پروتئین های دیگری که در ساختارشان آلکن یا آلکین وجود داردنیزاستفاده کرد.
که تحقیقات در این زمینه راه های جدیدی در مورد پلیمرهای با طول و مشخصات کنترل شده مثل بیو پلیمر هایی که حاوی خواص الکتریکی مثل هدایت هستند را بدست می دهد.
پیشرفتهای اخیر در زمینه نانو
1. ساخت OLED ها :
OLED – Organic Light Emmiting Device
که این وسایل نور زیادی تولید می کنند و کارایی و ظرفیت بیشتری نسبت به نمونه های قبلی LED
دارند و و تمام رنگها را شامل شده و طول عمر خوبی دارند.
در این دستگاه ها از رشته های کریستالی نانویی برای کاهش جریان آستانه و بهبود در شرایط خروجی استفاده شده است.
و همچنین:
OTFT – Oraganic Thin Film Transistor
که از مواد آلی ساخته شده اند در حالی که در نمونه های قبلی از سیلیکون غیربلوری استفاده
می شد.
لایه های سطحی باکتریایی به عنوان اجزا هادی
لایه های سطحی باکتریایی به صورت کریستالی هستن، و از واحد های پروتئین تشکیل یافته اند.
این لایه ها به صورت خود چیده “ Self-Assemble”هستند و قابلیت چسبندگی بالای دارند. که به عنوان اجزاء هادی برای نانو تکنولوژی در نظر گرفته شده اند.
به عنوان مثال برای شکل دادن سوپر لاتکس سولفید کادمیم استفاده شده اند.
بیو سرامیکها
اثرات مولکولهای زیستی و آلی، بر روی همیدگر می تواند در ساختن سرامیک، با افزایش سختی مورد استفاده قرار بگیرد.
مطالعات پایه ای زیستی – معدنی که در آنها یک ماده معدنی – معمولا پروتئین : پیتید یا لیپید - به وسیله یک فاز آلی – مثل کربنات کلسیم یا هیدروکسی – تحت تاثیر قرار گرفته و منجر به سنتز زیستی مواد مرکب شده اند.
سنتز های “میسل تمپلیتد” می تواند سرامیکهایی با ابعاد 20 تا 100 نانومتر تولید کند.
“پور ها” که موادی متخلخل هستند می توانند به عنوان کاتالیزور یا جذب کننده استفاده شوند. و برای جداسازی گاز و مایع و همینطور به عایق های گرمایی و صدایی به کار می روند.
یک مثال جالب در مورد ترکیبات معدنی و آلی ، مواد بسته بندی جدیدی هستن که برای گرفتن جای پلی استیرن به عنوان پوشش غذایی غذاهای حاضری بکار برده می شود.
آهنرباهای میله ای زیستی:
دقیقا نشان داده شده که بسیاری از ترکیبات آلی قادر به ته نشین کردن مواد مغناطیسی مانند :
Fe3O4 و Fe3S4
هستند. به علاوه در ترکیبات آلی میکروبی در بدن ماهیها زنجیر های خطی از کریستال های غشاء دار مغناطیسی که به :
Magnetosome
معروفند یافت شده است.
گرد آورنده ها یا شکل دهی --> Assemblers or Templating
خودسازی متوالی زیست ملکولها معمولا به عنوان یکی از کلیدهای حیاتی کاربردهای نانو تکنولوژی شناخته می شود. اما آنچه باید بیشتر مورد تحقیق قرار گیرد:
چگونه ساختن آرایه های متناوب
گردهم آوری های زیست مولکولی
چگونگی استفاده از شکل دهیهای زیست مولکولی به طریق موثر
چگونگی تقلید خاصیت خود سازی
و بالاخره چگونگی بهره گیری از اختلافات بین خودسازی زیستی و غیر زیستی است
سيستمهاي نانوالكترومكانيكي
در اواخر 1950، فيزيكداني به نام ريچارد فاينمن، با پيشنهاد جايزه 1000 دلاري براي اولين فردي كه موفق به ساخت موتور الكتريكي "كوچكتر از1/64 اينچ" شود، توجه مردم را به اين موضوع جلب كرد.
در كمال حيرت، ويليام مكليلان، با كوشش فراوان و صرف ساعات بسيار خستهكننده، توانست اين كار را با انبرك دستي و يك ميكروسكوپ انجام دهد
موتور مكليلان در حال حاضر در مؤسسه فنآوري كاليفرنيا در معرض نمايش بوده و مدتها است كه از چرخيدن بازمانده است. هدف فاينمن از اين كار، به حركت درآوردن چرخهاي دانشگاه ها و آزمايشگاه ها و حتي خطوط توليد صنعتي بود. سيستمهاي ميكروالكترومكانيكي (MEMS) كه به طور جدي از اواسط دهه 1980 ايجاد گرديدند، به حدي از رشد و بلوغ رسيدهاند كه اكنون فقط در مورد توليد انبوه موتورهاي كوچك ـ صدها بار كوچكتر از موتورمكليلان ـ نسبتاً به مشكل برخوردهايم. در همين راستا انجمن MEMS برخي توليدات واقعاً شگفتآور را ارائه داده است. از پروژكتورهاي ديجيتالي شامل ميليونها ميكروآيينه الكتريكي گرفته تا ميكروحسگرهاي حساس به حركت كه در كيسه هواي ماشينها به كار ميروند.
) ميكروموتور الكترواستاتيكي MEMS ساخته شده از سيليكون
b) ميكروآينيههاي مكانيكي در قلب پردازنده ديجيتال (عكس از Texas Instruments)
دانشمندان و مهندساني كه در زمينه اتصالات ميكروحسگرها و ابزارهاي ديگر تحقيق ميكنند، با استفاده از آزمايشگاه ها و ايدههاي نو، گستره جديدي در اين زمينه ايجاد كردهاند. ابزارهاي اين دانشمندان به مرزهاي بسيار دور نيز اعمال ميگردد، از اعماق دريا و پوسته زمين گرفته تا مناطق دوردست فضا و سيارات دوردست. چنين ميكروحسگرهاي راهدور با خواصي مانند مقاومت در برابر تغييرات شرايط و نيز هزينه اندكشان، اطلاعات فراواني در مورد محيط پيرامون ما در اختيارمان ميگذارد.
MEMS منجر به پيوند ميان فرآيندهاي نيمههادي و مهندسي مكانيك ميگردد؛ در مقياس بسيار كوچك اين زمينه طي دهه اخير رشد چشمگيري داشته است. شركت هاي زيادي ـ از غولهاي نيمههادي تا شركت هاي نوپا ـ به سرعت به سوي فعاليتهاي مقياس ميكرو پيش ميروند. اما تا به حال در ابعاد زير ميكرومتر توسط MEMS كارهاي اندکي انجام گرفته است.
در حالي كه كارهاي اخير در ميكروالكترونيك داراي توليد انبوه با اندازه هايي در حدود 0.18 ميکرون مي باشند.
در واقع SEMATECH( يک مجمع فکري براي مشاوره شرکت هاي نيمه هادي در آمريکا) پيش بيني ميکند که تا سال 2010 ، کمترين اندازه در چنين ابزاري به 70 نانومتر خواهد رسيد.
براي دستيابي به اين اهداف و پيشرفتهايي كه براي جريان اصلي الكترونيك پيشبيني ميگردد، وقت آن است كه انقلابي در زمينه سيستمهاي نانوالكترومكانيكي (NEMS) از جمله، ماشينها، حسگرها، كامپيوترها و الكترونيك در مقياس نانو، رخ دهد.
چنين تلاشهايي زمينه كار گروه فاينمن در Caltech و گروههاي ديگر در نقاط مختلف جهان در حال انجام است. پتانسيلهاي اين زمينه فراوان ميباشد و ميتواند در زمينههاي متنوعي از پزشكي و بيوتكنولوژي تا مباني مكانيك كوانتوم مثمرثمر باشد.
در اين مقاله به جنبههاي مهيج NEMS و تلاشهايي كه بايد براي رسيدن به آن اعمال شود، پرداخته شده است
يك سيستم الكترومكانيكي چيست ؟
يكي از اولين ابزارهاي الكترومكانيكي در سال 1785، توسط چارلز آگوستين دكولمب براي اندازهگيري بار الكتريكي ساخته شد. تعادل پيچشي الكتريكي او شامل دو توپ كروي فلزي است. يكي ثابت و ديگري متصل به يك ميله متحرك ـ كه مثل دو صفحه يك خازن عمل ميكنند. اختلاف بار بين آنها به يك نيروي جاذبه تبديل ميگردد. عناصر مهمي كه در اكثر سيستم هاي الكترومكانيكي استفاده ميگردند (عنصر مكانيكي و مبدل) در اين ابزار آشكار ميباشد.
عنصر مكانيكي در اثر نيروي اعمال شده به نحوي يا منحرف ميگردد و يا به ارتعاش درميآيد. براي اندازهگيري نيروهاي شبهاستاتيك نوعاً ميتوان از فنـر ضعيفي كه با نيروي كمي به ميزان زيادي منحرف ميگردد، استفاده كرد. براي اندازهگيري نيروهاي متغيير با زمان بهتر است كه از نوسانگرهاي مكانيكي با تلفات كم كه به خوبي به سيگنالهاي نوساني با دامنه كم جواب ميدهند استفاده گردد.
انواع متنوعي از عنصرهاي مكانيكي را براي حس كردن نيروهاي استاتيك يا متغير با زمان ميتوان به كاربرد. تعادل پيچشي (ساخت كلمب) و بازوهايي كه اكنون در ميكروسكوپي پروب پيمايشگر استفاده ميگردند، از اين نوعاند. براي دستيابي به حساسيت فوقالعاده زياد، ابزارهاي ظريفي استفاده ميگردند، از جمله: ساختارهاي نوساني مركب، شامل اجزاء پيچيده و نوسانات طولي و پيچشي. اين پيچيدگي را ميتوان براي كم كردن ارتعاش استفاده كرده و با تنظيمات خاص ميزان خطا را كم كرد.
مبدلهاي NEMS و MEMS انرژي مكانيكي را به سيگنالهاي الكتريكي يا نوري و بالعكس تبديل ميكنند. برخي مواقع مبدل ورودي به سادگي نوسانهاي ماندگار در عنصر مكانيكي ايجاد ميكند در حالي كه ويژگي هاي آن حاكي از وجود اغتشاش در سيستم است.
در اين صورت چنين اغتشاشاتي، علاوه بر سيگنال ورودي، دقيقاً همان سيگنالهايي هستند كه ما ميخواهيم اندازهبگيريم. اين امر ممكن است شامل موارد زير باشد: تغييرات فشار كه بر عمر مكانيكي ابزارها مؤثر است يا حضور مواد شيميايي جذب شده كه كه جرم نوسانگرهاي نانومتري را تغيير ميدهد يا تغييرات دما كه ميتواند الاستيسته يا كشش دروني را تغيير دهد. دو مورد آخر منجر به تغيير فركانس ارتعاش ميگردند.
به طور كلي، خروجي يك ابزار الكترومكانيكي، حركت يك عنصر مكانيكي ميباشد. دو نوع عكسالعمل عمده وجود دارد:
عنصر مكانيكي به سادگي تحت تاثير نيروي اعمالي ميتواند منحرف گردد و يا دامنه نوسانش تغيير كند
فايده نانوماشينها
خطوط تميز در نيمههاديها
ابزارهاي نانومكانيكي نويد انقلابي جديد در اندازهگيري جابجاييهاي فوقالعاده كوچك و نيرويهاي فوقالعاده ضعيف، عليالخصوص در مقياس مولكولي را ميدهند. در واقع با فنون نانو ماشين کاري موجود ، جرم MEMS در حدود چند آتوگرم (10-18) و عرض مقطع آن در حدود 10 نانومتر مي باشند.
جرم و اندازه كوچك MEMS منجر به ايجاد پتانسيل بسيار زيادي براي كاربردهاي جديد و اندازهگيري هاي بنيادي ميگردد.
سيستمهاي مكانيكي 0 ، نوسان ميكنند.wدر فركانس زاويهاي طبيعي خود،
اين فركانس ميتواند با 0=(Keff/Meff)1/2 تقريب زده شود كه در آن Keff، ثابت مؤثر فنر و Meff جرمwرابطه مؤثر ميباشد. (منظور از واژه مؤثر، مجموعه مركب معادلات الاستيسیته است كه بر پاسخ مكانيكي اين اشياء حاكم ميباشد).
اگر انداره ابزار مكانيكي را بهگونهاي كاهش دهيم كه شكل كلي آنها حفظ گردد، در اين صورت همانطور كه ديمانسيون خطي، I، كاهش مييابد، فركانس بنيادي، ، نيز كاهش مييابد. اين رفتار اساسي اين واقعيت را مي رساند متناسب مي باشد ، در صورتيکه ثابت موثر فنر با I متناسب ميbکه جرم موثر با باشد.اين موضوع از اين لحاظ حائز اهميت است كه عكسالعمل با فركانس بالا منجر به زمان سريع عكسالعمل به نيروي اعمالي ميگردد. نتيجه ديگري كه به دست ميآيد آن است كه ميتوان بدون نياز به ساختاري زمخت، به پاسخي سريع دسترسي داشت.
امروزه امكان ساخت نوسانگرهاي با فركانس بنيادي در حدود10GHz با استفاده از فرآيندهاي نانوماشين کاري سطح که مربوط به نانوليتوگرافي در مقياس 10 نانومتر ميباشد، وجود دارد.
اين ابزارهاي مكانيكي فركانس بالا، ما را با امكانات و تواناييهاي جديد و مهيجي، آشنا ميكند. در اين ميان فرآيندهاي مكانيكي با توان فوقالعاده كم در حدود فركانسهاي ميكرويو و گونههاي جديدي از ميكروسكوپهاي پروب پيمايشگر نيز وجود دارند كه ميتوانند در تحقيقات بنيادي و يا حتي در مباني اشكال جديد كامپيوترهاي مكانيكي به كار روند.
ويژگي هاي مواد MEMS
دومين ويژگي مهم MEMS ، تلفات بسيار اندک انرژي در آنها مي باشد. اين خاصيت مبين كيفيت يا فاكتورQ در پاسخ ميباشد. در نتيجه، MEMS به مكانيزم نيروي بيروني بسيار حساس ميباشد و اين امر براي ساخت گونههاي مختلفي از حسگرها بسيار مهم ميباشد.
علاوه بر اين، نويز ترمومكانيكي كه معادل نويز جانسون در مقاومت هاي الكتريكي ميباشد، به طور معكوس با عامل Q متناسب است. بنابراين، مقادير بزرگ Q به عنوان يك ويژگي مهم، هم براي نوسانها و هم براي حسگرهاي انحراف به شمار ميآيد، كه نوسانات ناخواسته مكانيكي را حذف كرده و اين نوع ابزارها را به نيروهاي اعمالي به شدت حساس مينمايد.
نوسانگرهاي الكتريكي با فركانس بالا نوعاً داراي فاكتور Q كمتر از چند صد مي باشند، اما حتي نخستين ابزار فركانس بالاي مكانيكي( كه در سال 1994 توسط آندرو كليلند در Caltech ساخته شد)، داراي مقدار Q صد برابر بهتر بود. چنين عامل بالاي كيفيت براي پردازش سيگنال بسيار مهم ميباشد.
جرم مؤثر كوچك در بخش مرتعش ابزارها، يا ممان اينرسي اندك ابزارهاي پيچشي، از لحاظ ديگري نيز مهم ميباشند. اين امر باعث حساسيت فوق العاده زياد ابزارهاي NEMS نسبت به جرمهاي اضافي ميشود. با توجه به تحقيقات اخير، اميد ميرود كه ابزارهاي حساسي كه اخيراً ميسازيم نسبت به تعداد اندكي از اتمهايي كه روي سطح اين ابزار جذب ميشود، حساسيت نشان دهند.
NEMS ذاتاً ابزارهاي فوقالعاده كم مصرفي ميباشند، مقياس توان اصلي اين ابزارها به صورت انرژي گرمايي تقسيم بر زمان پاسخ تعريف ميشود 0 نشان داده ميشود.
در دماي سيصد کلوين، NEMS تنها با نوسانات گرماييwqو با نماد در حدود آتووات (10-18 w) كار ميكنند. بنابراين اگر يك ابزار NEMS، با سيگنال در حدود پيكووات (10-12w) راه اندازي شود، نسبت سيگنال به نويز، بيشتر از 106 خواهد بود. در چنين شرايطي حتي اگر يك ميليون از چنين ابزارهايي بطور همزمان در يك پردازنده سيگنال NEMS به كار روند، كل توان اتلافي توسط همه سيستم تنها در حدود چند ميكرووات خواهد بود و اين مقدار 3 يا 4 مرتبه كمتر از توان مصرفي توسط پردازندههاي الكترونيكي رايج خواهد بود كه بر مبناي جابجايي سريع بستههاي بار الكترونيكي كار ميكنند نه بر مبناي عناصر مكانيكي.