نانوسیم‌ها؛معرفی و کاربرد

مقدمه

عموماً سیم به ساختاری گفته می شود که در یک جهت (جهت طولی) گسترش داده شده باشد و در دو جهت دیگر بسیار محدود شده باشد. نانوسیم نیز مانند نانوالیاف دارای ساختار تک‌بعدی می‌باشد. یک خصوصیت اساسی نانوسیم‌ها رسانایی الکتریکی می باشد. با اعمال اختلاف پتانسیل الکتریکی در دو انتهای این ساختارها و در امتداد طولی‌شان انتقال بار الکتریکی اتفاق می افتد. از دیگر ویژگی‌های نانوسیم‌ها می‌توان به نسبت بالای طول به قطر آن‌ها اشاره کرد (L>>D).

انواع نانوسیم

2-1- نانوسیم‌های فلزی: این نانوساختارها به دلیل خواص ویژه ای که دارند نویدبخش کارایی زیادی در قطعات الکترونیکی اند. توسعه الکترونیک و قدرت یافتن در این زمینه وابسته به پیشرفت مداوم در کوچک کردن اجزاء الکترونیکی است. با این حال قوانین مکانیک کوانتومی، محدودیت تکنیک های ساخت و افزایش هزینه های تولید ما را در کوچک‌تر کردن تکنولوژی های مرسوم و متداول محدود خواهد کرد. نانوسیم های فلزی بخاطر خصوصیات منحصر به فردشان که منجر به کاربرد گوناگون آنها می شود، یکی از  جذاب ترین مواد می باشند.

نانوسیم ها میتوانند در رایانه و سایر دستگاه‌های محاسبه گر کاربرد داشته باشند. برای دستیابی به قطعات الکترونیکی نانومقیاس پیچیده، به سیم های نانومقیاس نیاز داریم. علاوه بر این، خود نانوسیم ها هم می توانند مبنای اجزای الکترونیکی همچون حافظه باشند.

2-2- نانوسیم‌های آلی: این نوع از نانوسیم ها، همان‌طور که از نام‌شان پیداست، از ترکیبات آلی به دست می آیند. علاوه بر مواد فلزی و نیمه رسانا، ساخت نانوسیم ها از مواد آلی هم امکان پذیر است. به تازگی، ماده ای بنام «الیگوفنیلین وینیلین» برای این منظور در نظر گرفته شده است. ویژگی این سیم ها (نظیر رسانایی، مقاومت و هدایت گرمایی) به ساختار منومر و طرز آرایش آن بستگی دارد.

2-3- نانوسیم‌های سیلیکونی (شکل 2): این نوع از نانوسیم ها سمی نبوده و به سلول‌ها آسیبی نمی‌رسانند. بنابراین، بیشترین کاربرد خود را در عرصه پزشکی مانند تشخیص نشانه های سرطان، رشد سلول های بنیادی و ... نشان داده است.

 کاربرد نانوسیم‌ها

با کوچک‌تر شدن سیستم‌های الکترونیکی و نوری به سمت مقیاس نانو، تولید نانوسیم‌ها جهت اتصال اجزاء آن‌ها به یکدیگر، امری اجتناب ناپذیر به نظر می‌رسد. در مطالعات اخیر اثبات شده است که نانوسیم‌های نیمه‌هادی اجزای بسیار مناسبی برای اتصال نانوسیستم‌های الکترونیکی و نوری هستند. اجزاء برخی از این نانودستگاه‌ها نظیر ترانزیستورهای متأثر از میدان ((Field Effect Transistors (FETs)، ترانزیستورهای دوقطبی، معکوس کننده‌ها ( Inverters)، دیودهای ساطع کننده‌ی نور (( Light Emitted Diod (LED)و حتی گیت‌های منطقی(Logic gates) ، به وسیله‌ی نانوسیم‌های نیمه‌هادی مونتاژ می‌شوند (شکل 3).

هم‌چنین از نانوسیم‌های مورد استفاده در تراشه رایانه‌های امروزی مثل سیلیکون و نیترید گالیون نیز می‌توان برای تشخیص بیماری‌ها استفاده کرد. دانشمندان موفق شدند نانوسیم‌های انعطاف پذیر و طویلی را تولید کنند که طول‌های متغیری بین 1 تا 100 نانومتر دارند، که از لحاظ مقایسه حدود هزار مرتبه باریک‌تر از موی انسان است. بلندی، انعطاف پذیری و استحکام این نانوسیم‌ها خصوصیات ویژه‌ای را به آن می‌بخشد. به عنوان مثال: نازک بودن و طویل بودن باعث افزایش سطح آن می‌شود . لذا از این ساختارها می‌توان در طراحی حسگرهای بسیار سریع و حساس استفاده کرد. این نانوسیم‌ها توانایی تولید اشعه ماورای بنفش را دارند. نور از یک انتها وارد نانوسیم شده و از انتهای دیگر شروع به تابیدن می‌کند. نانوسیم‌ها بدون هیچ اتلافی این نور را به طور مؤثری عبور می‌دهند و در مسیر خود اگر به یک عامل بیماری زا یا ماده سمی برخورد کنند شروع به تابیدن می‌کنند و سیستم هشدار دهنده‌ی بسیار سریعی را ایجاد می‌کنند که می‌تواند بیماری را زودتر وسریع‌تر از هر آزمایشی تشخیص دهد.

در گذشته برای یافتن علل مختلف پیدایش بیماری‌های قلبی و عصبی، بدن را در هر نقطه می شکافتند تا علت بیماری را بیابند، اما امروزه با گسترش فناوری نانو هر وسیله ای را می توان به صورت ظریف، نازک و حساس، اختراع و ابداع کرد و حتی آن را به درون ظریف ترین رگ نیز فرستاد. محققین توانسته اند نانوسیم هایی از جنس پلاتین با ضخامت کمتر از 100 نانومتر را تولید و آن را به داخل رگ‌های خوبی بفرستند. این نانوسیم‌ها توسط دوربین کوچکی به طرف اعصاب مغزی هدایت می‌شود. این روش برای کمک به یافتن علل پیدایش بیماری های عصبی از جمله پارکینسون بسیار مفید است.

تولید نانوسیم‌های مغناطیسی می‌تواند به ساخت نوع جدید از حافظه‌های مغناطیسی منجر شود که ظرفیت ذخیره‌سازی آن، حدود صد برابر بیشتر از حافظه‌های RAM موجود است. فیزیکدان‌های ایالت متحده آمریکا روش جدیدی را یافته‌اند که ما را یک قدم به استفاده از نانوسیم‌های مغناطیسی به عنوان ابزار ذخیره‌سازی اطلاعات با ظرفیت بالا، نزدیک می‌کند. در این روش، با استفاده از چگالی جریان اسپین پلاریزه، دیواره‌های حوزه‌های مغناطیسی در طول نانوسیم جابه‌جا می‌شود.

نانوسیم‌هایی که از مواد نیمه‌رسانا ساخته شده‌اند، در ساخت نمونه اولیه لیزرها و دیودهای گسیل نور به کار می‌روند. این گونه منابع نور می‌توانند کاربردهای زیادی داشته باشند. به طور مثال می‌توان از آن‌ها در دستگاه‌هایی مانند نوک میکروسکوپ‌های روبشی برای تصویر کردن اجزای کوچک‌تر، ابزار فوق دقیق در جراحی لیزری و هم‌چنین برای تشخیص عوامل واسطه‌ی زیست‌شناختی یا شیمیایی استفاده کرد. این نانوسیم‌ها وقتی با یک لیزر یا جریان الکتریکی برانگیخته می‌شوند، نور فرابنفش یا نور مرئی ساطع می‌کنند که به ترکیب آلیاژ بستگی دارد. چنین تفاوت‌هایی در گسیل، امکان شناسایی خواص مواد نانوسیم‌ها و بهره‌برداری از آن‌ها جهت ساخت دیگر دستگاه‌ها به ویژه حسگرها را فراهم می‌سازد.

گردآوری:مریم ملک دار