سوال در مورد نانو

["VICTOR"]

بله عزیزم..
اصل عدم قطعیتو اینجوری بگم بهتره....
یه الکترون یا هرچی رو تصور کن که توی یه اتاق خیلی تاریکه، واسه اینکه ببینیش با نور چراغ قوه میندازی روش تا ببینیش ولی این ذره با نوری که بهش تابوندی انرزی میگیره و میپره جای دیگه و تو آخرش اینو ندیدی... این میشه خیلی خیلی سادهش..اگه خواستی جزئی تر بگم......
اصل میگه که تعیین مکان و سرعت ذره هم زمان بصورت دقیق امکان پذیر نیس

اګه میشه جزئی تر بګید ، ممنون .

[AaZaAdeh]

بین عزیزم...
برای پیش بینی وضعیت بعدی یک جسم ، باید وضعیت و سرعت کنونی آن را اندازه گیری کنیم. پس برای محاسبه ، باید ذره را در پرتو نور مورد مطالعه قرار دهیم. برخی از امواج نور ، توسط ذره ، پراکنده خواهند شد و در نتیجه وضعیت ذره مشخص می‌شود.

اما دقت اندازه گیری وضعیت یک ذره از فاصله بین تاجهای متوالی نور کمتر است. برای تعیین دقیق وضعیت ذره ، باید از نوری با طول موج کوتاه استفاده نمود، اما بنا بر فرض کوانتوم پلانک نمی‌توانیم هرقدر که دلمان خواست مقدار نور را کم کنیم. می‌توانیم حداقل از یک کوانتوم نور استفاده کنیم. این کوانتوم ذره را متأثر خواهد ساخت و بطور پیش بینی ناپذیری ، سرعت آن را تغییر خواهد داد.

از طرف دیگر برای آنکه بتونیم وضعیت ذره را دقیقتر محاسبه نماییم، باید از نوری با طول موج کوتاهتر استفاده نماییم و در این صورت انرژی هر کوانتوم نور افزایش یافته و سرعت ذره ، بیشتر دستخوش تغییر خواهد شد. این بدان معناست که هرچه بخواهیم مکان ذره را دقیق‌تر اندازه بگیریم، دقت اندازه گیری سرعت آن کمتر می‌شود و بالعکس.

[v.m 2020]

سلام
همه با فناوری نانو اشنا شدیم یا آگاهی های لازم را داریم و خبرهای داغ اونو از اخبار و .... می بینیم .
نانو اکسید تیتانیوم سبب افزایش تولید برق در سلول های خورشیدی شد.
نانو .... موجب افزایش استحکام مواد شد.
نانو.... موجب اثر نیلوفری شد.

همان طور که می دانید مواد نانو در بیشتر موارد فقط سایز ذرات را کوچک می کنند. وگرنه به جای نانو مواد را به اندازه میکرون کوچک می کردیم و هزینه کمتری پرداخت میشد. حالا چه اتفاقی میوفته که باعث افزایش راندمان و یا خصوصیات مواد میشه.
یکی از جواب ها اینترفیس یا ارتباطات بین مواد بیشتر میشه که موجب استحکام و یا بالا رفتن خصوصیات مواد میشه.

از دوستان رشته شیمی و فیزیک خواهش می کنم بفرمایید چه اتفاقی روی میده تا راندمان بالا می ره مثلا در نانو ذرات .....
اصل فلسفه یا ارتباطات چی هست.

چرا مقیاس نانو اهمیت دارد؟

نانومتر يک واحد اندازه‌گيری است برابر با ^9-10 متر و تمام اشياء و موجوداتی که اندازه آنها در حد 1 تا 100 نانومتر است، اشياء و موجودات نانو مقياس ناميده می‌شوند. اين روزها نام نانو را بسيار می‌شنويم: علوم و فناوری نانو، دانشمندان نانو، ستاد نانو، باشگاه نانو، سمينار نانو، کارگاه نانو، کتاب نانو و ... . به نظر شما چرا اين "نانو"ی بسيار کوچک اين‌قدر مهم شده و نامش بر سر زبان‌ها افتاده است؟
خواص مواد را می‌توان به دو بخش خواص فيزيکی و خواص شيميايي تقسیم‌بندی کرد. رنگ، شفافيت، خواص الکتريکی، خواص مغناطيسی، سختی، حلاليت، نقطه ذوب و ... ويژگی‌هايي هستند که آنها را با نام خواص فيزيکی می‌شناسيم و سرعت واکنش، واکنش‌پذيری و .... از جمله خواص شيميايي هستند. تجربه چند هزار ساله زندگی انسان به او نشان داده که در شرايط عادی، ويژگی‌های يک ماده خاص تا حد قابل قبولی ثابت است و به اين دليل است که ما می‌توانيم مواد را از روی خواصشان شناسايي کنيم.
موضوع جذابيت مقياس نانو نيز مربوط به خواص مواد است. يافته‌های دانشمندان نشان می‌دهد که خواص مواد در مقياس نانو بسيار متفاوت از مقياس ماکرو است. به عبارت ديگر اگر ذراتِ يک ماده خاص را در حد چند نانومتر (1 تا 100 نانومتر) کوچک کنيم، اين ذرات ويژگی‌های متفاوتی با ذرات بزرگ اوليه خواهند داشت. اين در حالی است که کوچک‌کردن ذزات يک تغيير فيزيکی است و ما انتظار نداريم که با اين تغيير فيزيکی، ويژگی‌های اصلی ماده تغيير کند. اين امر سبب گرديده مقياس نانو بيش از ساير مقياس‌ها مورد توجه قرار گيرد.1-تغيير رنگ

شکل (1) – مقايسه ذرات شيشه خرد شده و شیشه سالم

حتما بارها خرده‌های يک شيشه شکسته شده را ديده‌ايد. ذرات حاصل از شکستن يک شيشه هر چه قدر هم که کوچک باشند، باز به بی‌رنگی و شفافيت شيشه اوليه هستند. اما اين قاعده در مقیاس نانو صادق نيست. يعنی موادی وجود دارند که رنگ ذرات چند نانومتری آنها، با رنگ ذرات بزرگ‌ترشان متفاوت است. طلا و نقره شناخته شده‌ترين نمونه‌های اين مواد هستند. شکل (2) نمودار تغييرات رنگ ذرات طلا را بر حسب اندازه آنها نشان می‌دهد. اين پديده در دنيای ماکرومقياس ما يک اتفاق غير معمول است اما از آن غيرعادی‌تر اين است که نانو ذرات نقره با تغيير شکل هندسی هم تغيير رنگ می‌دهند. شکل (3) رنگ ذرات نقره و طلا را در شکل‌های هندسی مختلف نشان می‌دهد.

شکل (2) - رنگ ذرات طلا را بر حسب اندازهشکل (3) - رنگ نانوذرات نقره و طلا در هندسه‌های مختلف

2-تغيير شفافيتشفافيت، يک خاصيت فيزيکی است و نشان دهنده ميزان توانايي يک ماده در عبود دادن نور مرئی از خود اشت. يک پرتو نور در برخورد با سطح ماده می‌تواند از آن عبور کند، جذب آن گردد يا بازتاب شود. اگر ماده‌ای پرتوهای نور را جذب ‌کند و يا آنها را باز ‌تاباند، نور را مسدود کرده است. مواد مختلف بسته به عملکردشان در برابر تابش نور، می‌تواند کاربردهای فراوانی داشته باشد. به عنوان مثال اکسید روی و اکسید تیتانیوم نور ماورای بنفش را کاملا جذب می‌کنند و نور مرئی را بازتاب می‌کنند. اين مواد که به رنگ سفید دیده می‌شوند، گزینه‌های بسيار مناسبی برای کرم‌های ضد آفتاب هستند. البته افراد بسياری رنگ سفیدی را که اين کرم‌ها بر روی پوست ایجاد می‌کنند، دوست ندارند. خوشبختانه اين مشکل را می‌توان با کوچک کردن اندازه ذرات اين مواد حل کرد.نانوذرات اکسید روی و اکسید تیتانیوم، با وجود اينکه نور ماورای بنفش را کاملا جذب می‌کنند، اما برخلاف ذرات بزرگتر کاملا شفاف هستند. البته اين امر ناشی از عبور نور مرئی از اين ذرات نيست، بلکه به سبب آن است که اندازه نانوذرات اکسید روی و اکسید تیتانیوم کوچک‌تر از طول موج نور مرئی (400-700 نانومتر) است و از اين ‌رو اين ذرات توانايي بازتابش نور مرئی را ندارند.

شکل (4) – تغییر رنگ ذرات اکسید تيتانيوم بر حسب اندازه

3-تغيير خواص مغناطیسیکمی براده آهن را در يک ليوان آب حل کنيد و آن را خوب به هم بزنيد. قبل از اينکه براده‌ها ته‌نشين شوند، يک آهن‌ربا را به ليوان نزديک کنيد. چه اتفاقی می‌افتد؟ آيا مخلوط آب و براده نسبت به ميدان مغناطيسی آهن‌ربا عکس‌العملی نشان می‌دهد؟ اگر اين آزمايش را خیلی خوب انجام داده باشيد، بهترين نتيجه حاصل جذب ذرات براده توسط آهنربا است. اما اگر همين آزمايش را توسط ذرات نانومتری آهن (يا کبالت) تکرار کنيم، نتيجه متفاوت خواهد بود.سيال مغناطيسی (يا فروفلويد) مايعی است متشکل از نانوذرات فرومغناطيس (مانند آهن و کبالت) که در آب يا يک حلال آلی معلق شده‌اند. اين مايع در حضور يک آهنربا (يک ميدان مغناطيسی) خاصيت مغنايسی بسيار قوی از خود نشان می‌دهد، به نحوي که با حرکت آهن‌ربا در اطراف اين مايع می‌توان آنرا به شکل‌های سه‌بعدی زيبایی درآورد. البته اين سيال تا زمانی از خود چنين خاصيتی نشان می‌دهد که ذرات نانومتری آن (تحت نيروهای بين‌مولکولی) به يکديگر نچسبند.

شکل (5)- سيال مغناطیسی

4-تغيير واکنش‌پذيریخواص شيميایی يک ماده، خواصی هستند که به طور مستقل نمی‌توان آنها را اندازه‌گيری کرد. به اين معنا که مقدار يک کميت‌ شيميايي در طی واکنش و برهم‌کنش يک ماده با مواد ديگر مشخص می‌شود. واکنش‌پذيری يا تمايل يک ماده برای واکنش با ساير مواد، از جمله مهمترین خواص شيميایی است. بيشتر ما صحنه شعله‌ور شدن سديم، لیتیم يا پتاسيم را در تماس با آب ديده‌ايم (شکل 6). همه اينها عناصری هستند که به شدت واکنش‌پذيرند. تا آنجا که نمی‌توان آنها را مانند سایر عناصر در تماس با هوا نگه داشت. اما در مقابل با انداختن يک انگشتر طلا در يک ليوان آب اتفاقی نمی‌افتد و يا پنجره‌های آلومينيومی بدون هرگونه مشکلی در مجاورت هوا استفاده می‌شوند (البته اين به مدد لايه مقاوم اکسيدی است که بر روی سطح آلومينيوم تشکیل می‌شود). اما همين مواد در مقياس نانو رفتار متفاوتی از خود نشان می‌دهند.

شکل (6)- واکنش‌پذيری بالای سديم و آب

واکنش‌پذيری مواد در مقياس نانو افزايش چشمگيری پيدا می‌کند. در اين مقياس ذرات طلا نه تنها واکنش‌پذيری بالایی دارند، بلکه برای افزايش سرعت واکنش مواد ديگر (به عنوان کاتاليزگر) نيز استفاده می‌شوند. نانوذرات آلومينيوم در هوا آتش می‌گيرند و می‌توان از آنها به عنوان سوخت موشک استفاده کرد. افزايش واکنش‌پذيری مواد در اين مقياس، امکان ساخت کاتاليزگرهای بسيار قوی‌تری را برای ما فراهم کرده است. تا آنجا که پيش‌بينی می‌شود بتوانيم با استفاده از نانوکاتاليزگرها واکنش‌های بازگشت‌ناپذير بسياری را (مانند تشکيل گازهای سمی NO و CO) در دما و فشار محيط برگشت‌پذير کنیم.آنچه گفته شد تنها مثال‌های محدودی از تغيير ويژگی‌های يک ماده در مقياس نانو است. نقطه ذوب، خواص حرارتی، خواص الکتريکی، خواص مکانيکی و ده‌ها خاصيت فيزيکی و شيميايي شناخته شده ديگر نيز در اين مقياس تغيير می‌کنند. گويا ديگر نمی‌توانيم بدون در نظر گرفتن اندازه ذرات يک ماده، آنرا از روی خواصش شناسایی کنيم. برخی برای حل اين مشکل پيشنهاد داده‌اند که يک بُعد ديگر به جدول تناولی مندليف اضافه کنيم. بدين معنی که برای مشخص کردن خواص يک عنصر، علاوه بر اينکه بايد نام آن عنصر و جايگاه آن را در جدول مندليف مشخص کنيم، لازم است که معلوم کنيم خواص عنصر را در چه ابعادی می‌خواهيم.

شکل(6)- جدول تناوبی سه بعدی

ما در دنيای ماکرومقياس اطرافمان، مواد را با توجه به خواصشان دسته‌بندی می‌کنيم و سپس متناسب با اين خواص، آنها را برای انجام کارهای مختلف انتخاب می‌کنیم. برای ساخت پنجره از شيشه استفاده می‌کنيم، زيرا شفاف است و نور را از خود عبور می‌دهد؛ برای ساخت زيور آلات ماندگار از طلا استفاده می‌کنيم، زيرا واکنش‌پذيری پايينی دارد و اکسيد نمی‌شود؛ برق را با رشته‌های مسی انتقال می‌دهيم چرا که پس از طلا و نقره بيشترين ضريب انتقال الکتريکی را در بين عناصر مختلف دارد و از آنجا که فولاد يکی از سخت‌ترين مواد دنيای ماست، ابزارهای بزرگی صنعتی‌مان را از آن می‌سازيم.

[v.m 2020]

اهمیت سطح در دنیای نانو (1)

تاکنون مطالب بسیاری را در مورد فناوری نانو مطالعه کرده و شنیده‌اید. اگر دقت کنيد تمامی اين مطالب بیان‌گر کشف و استفاده از خواص جالب و جديد گروهی از مواد است. خواصی که تا چند سال گذشته از وجود آن‌ها بی‌اطلاع بودیم و دستیابی به آنها (به شکلی که امروزه مد نظر ماست) امری محال به نظر می‌رسید. سوالی که پیش می‌آید آن است که چرا تا دیروز به وجود این مواد و این خواص ویژه پی نبرده بودیم و چرا امروزه این مواد با وجود ثابت بودن عدد اتمی (یکسان بودن عنصر) آنها، خواص متفاوتی از خود بروز می‌دهند. در این مجموعه مقالات تلاش می‌کنیم تا با توضیح برخی موارد مهم در تعیین خواص، پاسخی برای این سوالات بیابیم. در این مجموعه مقالات درمی‌یابیم که عوامل متعددی در تعیین خواص مواد نقش دارند و همچنین این عوامل ارتباط تنگاتنگی با یکدیگر دارند. در این مجموعه با برخی محاسبات بسیار ساده مواجه می‌شویم، ممکن است تصور کنید که انجام آنها کسل کننده و حتی بی فایده است، اما با کمی حوصله و انجام این محاسبات ساده، می‌توانید به خوبی تاثیر ابعاد نانو بر ویژگی‌‌های ماده را درک کنید. بنابراین تلاش کنید تا محاسبات را انجام دهید و از این طریق با اصول انجام این محاسبات که در فهم موضوع مورد بحث موثر است، آشنا شوید. همچنین تلاش کنید تا به پرسش‌های مطرح شده، قبل از مطالعه‌ی ادامه‌ی متن، پاسخ دهید. در اولین مقاله از این سری، به بیان برخی عوامل موثر بر خواص مواد می‌پردازیم که از گذشته شناخته شده بودند. برای شروع بحث، پرسیدن این سوال لازم است: پرسش1: چه عواملی را می‌شناسید که بر خواص مواد تاثیر می‌گذارند؟ قبل از مطالعه‌ی ادامه‌ی متن، تلاش کنید تا پاسخی برای این پرسش بیابید. مواردی را که به عنوان پاسخ می‌یابید، در کنار یکدیگر یاداشت کرده و نحوه‌ی تعیین خواص يک ماده توسط آنها را پیدا کنید. بسيار خوب است اگر بتوانيد ارتباط میان اين عوامل را هم بررسی کنيد. * * * یکی از مواد بسیار پرکاربرد و مهم در صنایع پیشرفته (مانند صنایع تولید انرژی هسته‏ای)، آب سنگین است. برای آشنا شدن با آب سنگین، لازم است دوتریوم را بشناسيم. شما با اتم هیدروژن آشنا هستید. اتم بسيار کوچکی که ابعادی در حدود 1 آنگستروم دارد. این اتم شامل یک پروتون مستقر در هسته، و یک الکترون است. اکنون تصور کنید که یک نوترون نیز در کنار این پروتون در هسته قرار داشته باشد، در این صورت ماده حاصل چه خواهد بود؟ آنگستروم یکی از واحدهای اندازه‌گیری طول است که مقدار آن برابر با 0.1 نانومتر است. از این واحد برای بیان اندازه اتمها و پیوندهای اتمی ‏استفاده می‌شود. می‌دانید که عدد اتمی يک عنصر، برابر با تعداد پروتو‏های آن اتم است. بنابراین عدد اتمی ماده جديدی که از افزودن يک نوترون به هيدروژن بدست آورديم، همانند هيدروژن برابر با یک است. اما از آنجایی‌که جرم نوترون تقریبا هم اندازه با پروتون است، عدد جرمی این اتم برابر با دو است. یعنی یک اتم هیدروژن با جرمی تقریبا دو برابر. به این اتم، دوتریوم می‌گوییم و آن را به عنوان یکی از ایزوتوپ‌های هیدروژن می‌شناسیم. در صورتی‏که این اتم با اکسیژن ترکیب شود، آب سنگین به دست می‌آید. بنابراین علاوه بر تعداد پروتون‌ها و عدد اتمی، تعداد نوترون‌های اتم‌ها و عدد جرمی آنها نیز در تعیین خواص آنها شرکت دارند. ایزوتوپ‌ها اتم‌هایی هستند که اعداد اتمی (تعداد پروتون) برابر با یکدیگر داشته، اما به دلیل وجود اختلاف در تعداد نوترون‌هایشان، اعداد جرمی (مجموع تعداد نوترون و پروتون) متفاوتی دارند علاوه بر این دو مورد، بر اساس مطالبی که در مورد واکنش‌های شیمیایی و یا ساختار اتم‌ها (مدل اتمی) در درس شيمی خوانده‌ايم، می‌دانیم که حالت ترازهای انرژی الکترون‌های اطراف هر اتم و همچنین تعداد الکترون‌‌های لایه‌ی آخر آن نیز در تعیین خواص آن اتم یا ماده تاثیر گذار است. این ویژگی می‌تواند نقشی تعیین کننده در ساز و کار ترکیب شدن آن ماده (خواص شیمیایی) داشته باشد. برای مثال خواص یک یون فلزی با اتم آن فلز متفاوت است. دو دسته یون وجود دارد. کاتیون‌ها اتم‌هایی هستند که الکترون آنها جدا شده و در نتیجه دارای بار مثبت هستند. آنیون‌ها نیز اتم‌هایی هستند که با گرفتن تعدادی الکترون، دارای بار منفی شده‌اند تاکنون با نقش سه عامل عدد اتمی، عدد جرمی و آرایش الکترونی ماده در تعیین خواص ماده آشنا شده‌اید. اما موارد ديگری نيز وجود دارد.
شکل (1)- ساختار بلوری نمک طعام، در این تصویر گلوله‌های بنفش بیانگر اتم‌های سدیم و گلوله‌های سبز بیانگر اتم‌های کلر هستند. این ساختار در قالب بک شبکه‌ی مکعبی شکل گرفته است.
همه‌ی ما با ساختار نمک طعام (NaCl) آشنا هستیم (شکل 1) و شکل مکعبی دانه‌های نمک را در کتاب شيمی دیده‌ایم. برخی از ما می‌دانيم که نمی‌توان برای نمک یک مولکول در نظر گرفت. بلکه نمک به شکل یک جامد بلورین است که از قرار گرفتن منظم اتم‌های Na و Cl در کنار یکدیگر به وجود آمده است. به این طرز قرار گرفتن اتم‌های تشکیل دهنده‌ی نمک در کنار یکدیگر، یک شبکه بلوری می‌گوییم. علاوه بر ترکیباتی مثل نمک، عناصر خالص مانند آهن (Fe) نیز می‌توانند در این ساختارهای منظم بلورین قرار بگیرند. آهن یک فلز چند شکلی است. به این معنی که در فشار یک اتمسفر با افزایش دما، شبکه‌ی بلوری آن تغییر می‌کند. آهن در دماهای بین صفر مطلق تا 912 درجه‏ی سانتی گراد (آهن آلفا یا فریت) ساختار متفاوتی با آهن در گستره‌ی دمایی بین 912 تا 1394 درجه سانتی گراد (آهن گاما یا آستنیت) دارد. این تفاوت در شکل 2 نشان داده شده است. الف ب شکل (2)- الف- ساختار بلوری آهن آلفا؛ ب- ساختار بلوری آهن گاما آهن‌های آلفا و گاما خواص متفاوتی از یکدیگر دارند. بنابراین می‌توان گفت که یکی دیگر از عوامل موثر بر خواص ماده، ساختار بلوری آن است. برای کسب اطلاعات بيشتر می‌توانيد مقاله‌های مرتبط را از کنار صفحه بخوانيد. در این مقاله به بیان مختصر برخی عوامل شناخته شده بر خواص مواد پرداختیم. در مقالات بعدی به توضیح عواملی که با سطح مواد در ارتباط هستند و تاثیر زیادی در پیدایش خواص جدید در دنیای نانو دارند، خواهیم پرداخت. اما پيش از آن در پايان اين مقاله دو سوال مطرح می‌کنيم. پاسخ اين سوال‌ها به موضوعاتی که با هم بررسی کرديم، مرتبط است و فکر کردن شما به آنها می‌تواند کمک بسياری به فهم بهتر اين مطالب کند. البته برای يافتن جواب دقيق احتياج به اندکی مطالعه نيز داريد. پرسش 2: دو شکل از عنصر کربن که در طبیعت وجود دارد، الماس و گرافیت است. اما همان‌گونه که می‌دانید، خواص این دو ماده در برخی موارد با هم تفاوت زیادی دارد. به نظر شما دلیل این تفاوت در چیست؟ پرسش 3: آهن خالص تا دمای 770 درجه‏ی سانتی گراد خاصیت آهنربایی دارد. اما در دماهای بالاتر این خاصیت خود را از دست می‌دهد. دمای یاد شده به دمای کوری (Curie) معروف است و به آهن در دماهای بین 770 تا 912 درجه سانتی گراد، آهن بتا نیز می‌گویند. بنابراین علاوه بر ساختار بلوری، شرایط محیطی نیز می‌تواند بر خواص مواد تاثیرگذار باشد. به نظر شما چه عاملی موجب از بین رفتن خاصیت آهنربایی آهن خالص در دماهای بالاتر از دمای کوری می‌شود؟