نانوپودر تولید کنیم

به طور كلی نانوپودرها را نیز مانند دیگر موادّ نانومتری می توان به دو روش پایین به بالا یا بالا به پایین تولید كرد در روش بالا به پایین قطعه را از اندازه های بزرگ انتخاب و آن را آن قدر خُرد می كنیم تا به اندازه های نانومتری برسد در روش پایین به بالا, اتم ها را دانه به دانه كنار هم می چینیم تا یك ساختار نانومتری به وجود آید

به طور كلی نانوپودرها را نیز مانند دیگر موادّ نانومتری می‌توان به دو روش پایین به بالا یا بالا به پایین تولید كرد. در روش بالا به پایین قطعه را از اندازه‌های بزرگ انتخاب و آن را آن‌قدر خُرد می‌كنیم تا به اندازه‌های نانومتری برسد. در روش پایین به بالا، اتم‌ها را دانه به دانه كنار هم می‌چینیم تا یك ساختار نانومتری به وجود آید. در زیر، دو روش فوق توضیح داده می‌شوند.

۱. خُرد كردن قطعات بزرگ

یك استوانه‌ی توخالی را فرض كنید كه گوی های فلزی یک‌سوم حجم آن را پُر کرده‌اند. یك قطعه‌ی بزرگ نیز یک‌سوم حجم داخل استوانه را در بر گرفته است. در نتیجه، یک‌سومِ حجم داخل استوانه خالی خواهد بود.اگر این استوانه را بچرخانیم، گوی های فلزی به قطعه برخورد و آن را خُرد می‌كنند. در صورتی كه اندازه‌ی اضلاع قطعه‌ی اولیه ۱ میكرومتر باشد (اگر یك میلی‌متر را هزار قسمت كنیم، طولی معادل یك میكرومتر به وجود می‌آید)، با اولین برخورد، قطعه دو قسمت و اندازه‌ی اضلاع آن nm۵۰۰ می‌شود. در مرحله‌ی دوم، با دو قسمت شدن قطعه، اضلاع آن ۲۵۰ نانومتر می‌شود و در مرحله‌ی سوم nm ۱۲۵. تا اینكه در مرحله‌ی چهارم، ذره‌ای نانومتری به اندازه‌ی nm ۵/۶۲ به‌دست می‌آید. در روش بالا به پایین، مهم این است كه جسمِ خُردشونده باید مثل گِل خشك تُرد باشد تا پس از پذیرفتن ضربه خُرد شود، وگرنه موادّ نرم را تا این‌حد نمی‌توان خُرد كرد. به طور كلی در این روشِ تولید، باید انرژی بسیار زیادی را صرف كرد تا ذرات محكم به یك ماده‌ی تُرد ضربه وارد و آن را خُرد كنند.

چطور یک آسیاب مکانیکی بسازیم؟

۲. رسوب‌دهی از محلول‌ها

در این روش ابتدا باید محلول مورد نظر را ساخت. این محلول می‌تواند به دو حالت باشد:

الف ـ ذرات جامدِ معلق در مایع؛

ب ـ ذرات گازی.

الف ـ ذرات جامدِ معلق در مایع

در صورتی كه محلول ما مایع باشد، می‌توان ذرات جامدِ معلق در آن را با حرارت دادن، افزودن موادی خاص برای ته‌نشین كردن، یا با افزایش غلظت جامد و سیر شدن محلول در آن، رسوب داد. حین رسوب كردن، اتم‌ها دانه‌به‌دانه كنار هم جمع می‌شوند تا یك پودر نانومتری را تولید كنند.

ب ـ ذرات گازی

روش دیگر این است كه ما به قدری سریع محلول‌های گازی را سرد كنیم تا گاز مستقیماً تبدیل به جامد شود (به این فرایند «چگالش» می گوییم). در این حالت نیز اتم‌ها در كنار هم جمع می‌شوند تا ذراتِ یك پودر نانومتری را تولید كنند.

نانوپودرها به چه کار می‌آیند؟

۱. پوشش‌دهی

یكی از مهمترین كاربرد نانوپودرها «پوشش‌دهی» است. وقتی مقداری پودر روی یك سطح ریخته می‌شود، می‌تواند تمام سطح را بپوشاند. مثلاً اگر سطح زمین پودر گچ بپاشیم، تمام سطح پوشیده می‌شود و یک سطح یکدست سفید به وجود می‌آید. اما در این حالت هنوز فضاهای خیلی ریزی بین پودرها وجود دارد، یعنی پوشش یكپارچه نیست. اکنون مقداری آب به گچ اضافه می‌كنیم و صبر می‌كنیم تا آب توسط حرارت خشك شود. می‌بینیم كه ذرات پودر به هم چسبیده‌اند و یك پوشش یكدست بر روی سطح به وجود آمده است. اساس پوشش‌دهی توسط نانوپودرها نیز دقیقاً همین است، یعنی پودرها را ــ عمدتاً باشدت ــ به سطح می‌پاشند و بعد توسط یك عامل اضافه‌شونده ــ عمدتاً گازهای اكسیژن یا آرگون كه همان نقش آب را در مثال گچ بازی می‌كنند ــ و حرارت، این ذرات را به هم می‌چسبانند تا یك پوشش یكپارچه بر روی سطح ایجاد شود. پوشش روی داشبورد ماشین دقیقاً به این روش تولید می‌شود.

۲. ساخت قطعات

همان‌طور كه دیدیم، ذراتِ پودر میل زیادی دارند که مانند بُراده‌های آهنربا به هم بچسبند. از طرفی این میل با اِعمال فشار به پودر و درجه‌ی حرارت به‌شدت افزایش می‌یابد، و بنابراین، با اِعمال فشار و افزایش درجه‌ی حرارت می‌توان پودرها را آن‌قدر به هم فشرد تا به هم بچسبند و یك قطعه را تولید كنند. این روش عمدتاً برای تولید قطعات با شكل‌های پیچیده به كار می‌رود. (این پدیده به طور طبیعی در نمك طعام اتفاق می‌افتد. اگر مقداری نمك طعام در داخل یك نمكدان باقی بماند، بعد از مدتی ذرات نمك به هم می‌چسبند و نمكدان دیگر نمك نمی‌پاشد. بنابراین، باید به نمكدان چند ضربه وارد كنیم تا ذرات از همدیگر جدا شوند.)

۳. استفاده در كِرِم‌ها

همان‌طور كه می‌دانیم، نانوپودرها ذراتی با قطر یك تا ۱۰۰ نانومتر هستند. وقتی از این ذرات در ساخت كِرِم استفاده می‌شود، چون قطر آنها كوچك است، اشعه‌های مُضرّ نور خورشید را كه طول موج‌های بزرگتر از صد نانومتر دارند از خود عبور نمی‌دهند. این در حالی است كه اشعه‌های نور مرئی را كه موجب دیده شدن قطعات‌اند از خود عبور می‌دهند. بنابراین، به صورت شفاف دیده می‌شوند. در این حالت ما كِرِمی داریم كه شفاف است و اشعه‌های مُضرّ را از خود عبور نمی‌دهد.

۴. شناسایی آلودگی ها

ذراتی كه نانوپودرها را تشکیل می‌دهند، با استفاده از خواصّ سطحی خود، وقتی به یك محلول حاوی آلودگی (مثل باكتری، سلول سرطان زا و...) اضافه می‌شوند، روی آلودگی‌ها می‌چسبند و در اثر واكنش با آنها تغییر رنگ می‌دهند و باعث شناسایی آنها می‌شوند. البته هر ذره كوچكتر از آن است كه تغییر رنگِ حاصل از آن دیده شود، اما تغییر رنگِ مجموعه‌ی این ذرات، آلودگی‌ها را قابل تشخیص و شناسایی می‌كند.

در فیلم زیر كه به عنوان مثالی از كاربرد نانوپودرها آورده شده است، ذرات نانوساختارِ سیلیكون در محلول، قطرات روغن را شناسایی می‌كنند و با نفوذ مقداری از مایع به داخل حفره‌های آنها، تغییر رنگ می‌دهند و هدف را قابل تشخیص می‌نمایند.