|
نانوپوشش چيست؟
|
در تعريف پوششها گفتيم
که آنها لايههايي هستند
با ضخامت کمتر از مادهاي
که روي آن مينشينند. فکر
ميکنيد وقتي پيشوند
«نانو» را به «پوشش»
اضافه کنيم چه تغييري در
تعريف آن ايجاد ميشود؟
|
در
نگاه اول ممکن است با قرار دادن
«نانو» در کنار «پوشش» به اين
نتيجه برسيد که اين لايه ضخامتي
در حد چند نانو خواهد داشت ــ که
البته درست است ــ ولي هميشه
اينگونه نيست. وضعيتي را در نظر
بگيريد که در آن براي توليد پوشش،
از مواد نانومتري و نانوذرات
استفاده شود. در اين صورت، اجزاء
تشکيلدهندة اين پوششها نانومتري
هستند، ولي خود پوششِ ضخامتي بيش
از 100 نانو ضخامت خواهد داشت.
(شکل 4)
شکل 4 ـ نمونههايي از نانومواد
(نانوکريستالها)
انواع نانوپوششها
با توجه به تعريف بالا، ميتوان
نانوپوششها را به صورت
زيرتقسيمبندي کرد:
1. يکي از مشکلات خوردن پفک،
چسبيدن ذرات پفک به دست است که
باعث ميشود انگشتاني نارنجي
داشته باشيم. (اما البته به
سختياش ميارزد!) چگونگي چسبيدن
ذرات پفک مثل توليد پوشش با
استفاده از ذرات ريز است. ذرات
پفک به خاطر رطوبت به دست
ميچسبند (عامل چسباننده) و پوششي
از ذرات پفک را ايجاد ميکنند.
همانطور که ميدانيد
نانولولهها، نانوپودرها،
نانوسيمها و... موادي نانومتري
هستند. هر کدام از اين مواد
خصوصيات فوقالعاده اي دارند.
مثلاً نانولولهها از خواص
الکتريکي، استحکام مکانيکي و چند
خاصيت ويژة ديگر برخوردارند. اگر
ما با استفاده از عوامل چسباننده،
نانوذرات را کنار هم روي سطح
بچسبانيم، پوششي ايجاد خواهد شد
که خواص آن مشابه خواص نانوذرات
خواهد بود. البته مهمترين عامل در
اين حالت، سطح آزاد (سطح بيروني
ماده که در تماس با محيط است)
بالاي اين نانوذرات است که باعث
ميشود به نحو بسيار مناسبي به
همديگر بچسبند.
براي درک اين موضوع تصور کنيد که
چگونه ذرات نمک درون يک نمکدان به
علت رطوبت موجود در هوا به همديگر
مي چسبند و کلوخه اي مي شوند.
رطوبت عاملي است که سطح بيروني
ذرات ريز نمک را خيس مي کند و
باعث مي شود سطح بيروني دو ذره به
همديگر بچسبند. حتماً با مطالعة
مقالة چرا نانو پودرها به اين
موضوع واقف شدهايد که يک کلوخه
وقتي خرد ميشود، سطح آزاد آن به
چند برابر ميرسد. از طرف ديگر،
اين سطح آزاد مکاني خواهد بود که
در آن ذرات به سطح زيرين مي
چسبند.
2. چيدمان اتمهاي مواد درون
سلولهايي به نام دانه در مواد
بلوري (که اتمهايشان به صورت
منظم کنار هم چيده شده اند)، راه
ديگري براي توليد نانوپوششهاست.
مواد بلوري موادي هستند که
اتمهاي تشکيلدهندة آنها به صورت
منظم در جهت هايي خاص درون حوزه
هايي مثل سلول هاي روي پوست دست
قرار گرفته اند. براي توليد
نانوپوشش با اين خصوصيت، بايد
اندازة دانه هاي اين پوششها را
به حد 1 تا 100 نانومتر درآورد،
يعني بايد دانهها را ــ که داخل
هر کدام از آنها اتمها در جهت
خاصي چيده شدهاند) ريز کرد.
استفاده از دانههايي با اندازة 1
تا 100 نانومتر، پوشش توليدي را
به عنوان پوشش نانوساختار مطرح مي
کند. (شکل 5)
شکل 5 ـ شمايي از يک پوشش
نانوساختار
3.
اصطلاح «لاية نازک» يا «فيلم
نازک» را شايد شنيده باشيد، ولي
آيا ميدانيد منظور از لاية نازک
چيست؟ چرا ميگوييم نازک؟ و نازکي
اين لايهها در چه حدي است؟ (شکل
6)
شکل6: تصويري از يک لايه نازک
اکسيد آلومينيوم که روي يک زمينه
سيليکوني نشانده شده است.
همانطور که حدس زدهايد، لاية
نازک، ضخامت خيلي کمي دارد، اما
لايههاي نازکي نانوپوشش به شمار
ميروند که ضخامت آنها در محدودة
1 تا 100 نانومتر باشد. چنين
لايههايي کاربردهاي فراواني
دارند. مثلاً ميخواهيم آينهاي
داشته باشيم که فقط طول موج 620
نانومتر يعني قرمز را منعکس کند و
بقية امواج را از خود عبور دهد.
(شکل 7)
شکل7 ـ تصويري از آينه اي که با
لاية نازک پوشش دهي شده است.
چنين کاري با نشاندن يک لاية نازک
مناسب که داراي اين خاصيت باشد
امکانپذير است. در اين فرآيند
معمولاً از دو ماده استفاده
ميکنيم: اولي زيرلايه و دومي
پوشش است که با روشهايي مثل
تبخير و رسوبدهي «لايهنشاني» مي
شوند. تعداد لايههاي نشاندهشده
بستگي دارد به اينکه بخواهيم آينه
چه ضريبي از موج را منعکس کند. هر
چه تعداد لايهها بيشتر باشد،
امواج بيشتري منعکس ميشوند، ولي
اگر اين تعداد از مقدار معيني
بيشتر شود، لايهها ديگر به هم
نميچسبند.
ما در طبيعت هم مثالهايي از لاية
نازک داريم. اگر گفتيد کجا؟ با
کمي فکر کردن حتماً متوجه خواهيد
شد. (راهنمايي: يادي از نفتکشها
کنيد!) وقتي نفت در دريا نشت
ميکند سريعترين کاري که بايد
انجام شود، پاکسازي درياست. ولي
از کجا متوجه ميشوند که نفت در
کدام قسمت سطح دريا پراکنده شده
است؟ رنگ آن قسمت از دريا تغيير
ميکند. در حقيقت، به رنگ سبز
درميآيد. يک لايه از نفت روي سطح
دريا مثل يک لاية نازک عمل
ميکند. اين لاية نازک فقط طول
موج 530 نانومتر (سبز) را باز
ميتاباند. مثال ديگر حباب صابون
است. حباب صابون لايهاي نازک از
آب و مواد شوينده است که داخل آن
را هوا پر کرده است. (سخن يک آدم
بزرگ: انسان هيچوقت چيزي را از
خودش ابداع نميکند، بلکه هميشه
از طبيعت الهام ميگيرد.)
پس ديديم كه نانوپوششها به
سه دستة اصلي تقسيم ميشوند:
• نانوذرات چسباندهشده
روي يك زمينه
• روکشهاي بلوري با
ساختار نانومتري
• لايههاي نازك
گفتيم براي توليد پوششهاي
نانوساختار بايد بلورها يا
دانهها را روي سطح قرار
دهيم، ولي نگفتيم چگونه.
«جوانهزني» عملي است که
توضيح آن در زير ميآيد.
جوانهزني
جوانهزني ــ همانگونه که از نام
آن پيداست ــ به معني جوانه زدن
بلورهاي پوشش است که به آن رشد
بلوري نيز ميگويند. ما به
شکلهاي مختلف ميتوانيم بلورها
را شکل دهيم: مربعي، هرمي، ستوني،
دايرهاي و... که هر کدام از اين
اشکال به شکل بلور وابستهاند
(شکل 8). بلورهاي رشددادهشده
بايد اندازهاي بين 1 تا 100
نانومتر داشته باشند و براي کنترل
رشد و اندازة دانة اين پوششها از
موادي به نام کنترلکننده هاي
رشد استفاده مي شود. اين مواد
رسوبات ريزي هستند که با قفل کردن
مرزهاي يک دانه، مانع از حرکت و
در نتيجه رشد آن ميشوند.
شکل 8- نمونهاي از بلورهاي ستوني |
