مرروی کلی بر مقیاس نانو
شکل یک جسم، وظیفه و عملکرد آن را منعکس می
کند. چنانچه تفاوت شکل یک ظرف با شکل یک تیغه منجر به تفاوت در کارایی و کاربرد
این دو می شود. چیزی که باعث تفاوت در رفتار این دو ماده می شود ساختاری است که با
چشم قابل مشاهده است. به چنبن ساختاری ماکروساختار اطلاق می شود. هر ظرف ممکن است
متخلخل باشد یا لعاب داشته باشد. این تخلخل مربوط به مقیاس ماکرو است.
ساختار ماکرومتری
ماده خواص دیگری هم در ابعاد حجیم دارد که
بسیاری از آنها قابل اندازه گیری هستند اما مشاهده نمی شوند. این خواص در محدوده
ساختاری به نام میکرو ایجاد می شوند. میکروساختار در مقیاسی بین میلیمتر و
میکرومتر قرار دارد. شکل زیر مربوط به یک شبیه سازی از ابعاد میکروساختار ماده است.
میکروساختار
اما ابعاد میکرومتری انتهای کار نیستند و
ابعاد بنیادی تر و ریزتری هم وجود دارد. در حال حاضر تراشه های جدید در مقیاس خیلی
کمتری نسبت به میکرومتر طراحی می شوند. در ابعاد زیر میکرومتری با سساختارهای
متشکل از صدها و هزاران اتم روبروو هستیم که نانوساختار ماده شناخته می شوند.
ساختاری متشکل از اتمها که به مراتب در سطحی بنیادی تری از ماکرو و میکروساختار ها
قرار دارد. در نانوساختار، نوع اتمها، موقعیت و تعداد و نحوه آرایش آنها مورد توجه
قرار میگیرد.
نانوساختار ماده
علاوه بر ساختارهای نانو تا ماکرو ساختار جداگانه ای نیز در
سطح ماده ایجاد می شود که وضعیت آن کمی با داخل جسم جامد متفاوت است. اگر اتمهای
متفاوتی ساختار کریستال را بسازند، سطوح بیرونی در این کریستال شامل چند نوع اتم هستند.
به دلیل قطع پیوند این اتمها, سطح ماده دارای ابری از الکترونها است که در
اوربیتالهای الکترونی در سطح بیرونی ماده هستند. این الکترون ها فعالیت و واکنش
پذیری را زیاد خواهند کرد. سطوح خارجی، قلب بسیاری از فرایندهای شیمیایی مانند
فعالیتهای کاتالیستی و خوردگی هستند که نقش مهمی در کار بسیاری از ابزارهای
الکترونیکی و شیمیایی ایفا میکنند. اخیراً تلاشهای زیادی شده است که ابزارهایی
نزدیک به مقیاس اتمی به اندازه¬ای کوچکتر از 10 نانومتر بسازند. این کار در محدوده
کار فناوری نانو قرار می گیرد.
ساختار سطحی (Surface Structure)
شکل3-ساختار و مقیاس(الف)شکل یک کاسه چینی (ب)
ماکروساختار کاسه شامل سطح لعاب و بدنه سرامیکی(ج)میکروساختار سرامیک شامل ذرات
کریستال در یک محیط شیشه ای(د)نانوساختار سرامیک شامل چیدمان اتمها که در کریستال
به صورت منظم و در بخش شیشه ای سرامیک به طور نامنظم می-باشند. (ه)ساختار سطحی
شامل اتمهای مختلف مجاور سطح و اوربیتالهای الکترونی نیمه پر.
منبع: پایگاه ستاد توسعه فناوری نانو