*مینا*
27th January 2010, 06:44 PM
در بخش قبلي (http://www.nanoclub.ir/index.php/articles/show/49) به طور کلي با مبحث خودآرايي آشنا شديد. در اين بخش مي‌خواهيم کمي بيشتر در مورد اين روش ساخت صحبت کنيم. همانطور که می دانید، خودآرايي روش ساختي است که در آن اجزاء مختلف (چه به صورت تک به تک و چه به صورت متصل به هم) به صورت خود به خودي ساختار به هم پيوسته منظمي را تشکيل مي‌دهند، اما اين روش ساخت تنها در مقياس نانو کاربرد ندارد بلکه در مقياسهاي بسيار بزرگتر هم به کار مي‌رود (مثال آهنرباها و ساير مثالهاي جلسه قبل که يادتان هست). شکل 1 نمونه‌هاي ديگري را به همراه مقياس آنها نمايش مي‌دهد.
http://www.nanoclub.ir/contents/selfassembly02/image001.jpg
شکل 1: نمونه‌هايي از خودآرايي در ابعاد ميلي‌متر
البته مي‌شود گفت که ابتدا اين روش ساخت در مقياس نانو مشاهده و درک شد و پس از آن مانند بسياري ديگر از فعاليتهاي بشر که سعي در شبيه‌سازي و استفاده از روشهاي طبيعي را دارند، شبيه‌سازي و در مقياسهاي بزرگتر پياده‌سازي شد. يکي از طرحهاي تحقيقاتي در اين زمينه که بسيار جالب توجه است و براي بررسي بر روي ساختارهاي خود آرا راه‌اندازي شده است، طرحي است در دانشگاه واشنگتن به نام اجزاء خود سازمان‌ده قابل برنامه ريزي (http://sveiks.ee.washington.edu/video/) که در شکل 2 يکي از اجزاء آن که به عنوان شبيه‌سازي يک ساختار مثلثي استفاده شده است را مي‌بينيد (براي آشنايي بيشتر حتما يک سري به سايت اين تحقيق بزنيد).
http://www.nanoclub.ir/contents/selfassembly02/image002.jpg
شکل 2: اجزاء يکي از قسمتهاي طرح دانشگاه واشنگتن
خودآرايي از لحاظ علمي جذاب و از ديدگاه فناوري مهم است. چون:
1- در زندگي ما مهم است. سلولها به طرز حيرت‌آوري از مواد پيچيده‌اي نظير بافتهاي چربي، پروتئينها، ساختارهاي اسيدي و بسياري موارد ديگر که توسط خودآرايي ساخته مي‌شوند تشکيل يافته‌اند.
2- خودآرايي روشي براي ساخت موادي با ساختارهاي منظم نظير کريستالهاي مولکولي، کريستالهاي مايع و نيمه کريستالها است و اين ساختارهاي منظم بسيار پر کاربردند.
3- کاربردهاي بسياري در مواد با سايزهاي بزرگتر دارند و امکان استفاده از آن در مواد ديگر و همچنين کاربرد آن در مبحث مواد چگال نيز وجود دارد.
4- به نظر مي‌آيد اين روش يکي از پرکاربردترين روشهاي ساخت در مقياس نانو است.
با توجه به اين موارد مي‌توان گفت که خودآرايي در زمينه‌هاي بسياري نظير شيمي، فيزيک، بيولوژي، علم مواد، نانوتکنولوژي و ساخت بسيار پرکاربرد و مهم است.
اصول خودآرايي مولکولي
همانطور که گفتيم تاريخچه خودآرايي مربوط به مطالعات بر روي مولکولها مي‌شود. موفقيت آميز بودن خودآرايي در يک سيستم مولکولي به پنج مشخصه سيستم مربوط است:
1- اجزاي سيستم: يک سيستم خودآرا از گروههاي مولکولي و يا بخشهايي از درشت-مولکولها تشکيل شده است که با يکديگر در تعاملند. اين مولکولها يا درشت-مولکولها مي‌توانند يکسان و يا متفاوت باشند و تعامل بين آنها منجر به تغيير از يک حالت با سازماندهي کمتر (مانند محلول) به يک حالت منظمتر (مانند کريستال) مي‌شود.
2- تعامل بين آنها: خودآرايي هنگامي رخ مي‌دهد که مولکولها به تعادلي در بين نيروهاي جاذبه و دافعه مولکولي مي‌رسند که اين نيروها ضعيف و از نوع غير کووالانسي (مانند نيروهاي آبگريزي) هستند.
3- بازگشت‌پذيري (يا انطباق پذيري): در خودآرايي براي اينکه ساختارهاي منظم به وجود آيد مي‌بايست تجمع مولکولي بازگشت‌پذير بوده و اجزا بتوانند جاي خود را در ساختار ايجاد شده اوليه تغيير داده و تنظيم کنند. به همين خاطر مقاومت قيدهاي بين اجزا بايد در حدود نيروهايي باشد که مي‌خواهد آنها را از هم جدا کند. به عنوان مثال فرآيندي که در آن مولکولها به طور بازگشت‌ناپذير به يکديگر مي‌چسبند به جاي کريستال به ما شيشه مي‌دهد (شکل 3)!
http://www.nanoclub.ir/contents/selfassembly02/image003.jpg
شکل 3: اثر بازگشت‌پذيري در توليد کريستال
4- محيط: خودآرايي مولکولي معمولا در يک محلول و يا رابطي که امکان حرکت را به اجزا مي‌دهد اتفاق مي‌افتد و تعامل اجزا با محيط بر روي سرعت فرايند تا‌ثير زيادي دارد.
5- جابجايي جرم: براي اينکخه خودآرايي رخ دهد مولکولها بايد در حرکت باشند.
روشهاي بسياري وجود دارد که اين خصوصيات در آنها به طرز مناسبي کنار يکديگر قرار گرفته‌اند و به همين خاطر است که محصولاتي که به روش خود آرا ساخته شده باشند بسيار متنوع هستند. اين محصولات را مي‌توان در دسته‌بنديهاي دو بعدي و سه بعدي، تک لايه يا چند لايه، نانو تا ميکرو و بزرگتر و ... تقسيم بندي کرد.
مي‌خواستيم در اين جلسه يکي از روشهاي خودآرايي را ارائه کنيم اما چون انتخاب يک روش کمي سخت بود در نهايت تصميم گرفتيم که در جلسه آينده که کاربردهاي مواد خودآرا را بيان مي‌کنيم در هر مورد نام روش استفاده شده و خلاصه‌اي از نحوه عمل آنها را بگوييم. اما به عنوان پايان اين جلسه شکلي از نحوه تشکيل يک ساختار خود آراي تک لايه را بدون توضيحي در متن (البته خود شکل و توضيحاتي که در آن آورده‌ايم گوياست) ارائه مي‌کنيم.
http://www.nanoclub.ir/contents/selfassembly02/image004.jpg
شکل 4: نحوه تشکيل ساختار خودآراي تک لايه
منبع : نانو مواد
http://www.nanoclub.ir/contents/selfassembly02/image001.jpg
شکل 1: نمونه‌هايي از خودآرايي در ابعاد ميلي‌متر
البته مي‌شود گفت که ابتدا اين روش ساخت در مقياس نانو مشاهده و درک شد و پس از آن مانند بسياري ديگر از فعاليتهاي بشر که سعي در شبيه‌سازي و استفاده از روشهاي طبيعي را دارند، شبيه‌سازي و در مقياسهاي بزرگتر پياده‌سازي شد. يکي از طرحهاي تحقيقاتي در اين زمينه که بسيار جالب توجه است و براي بررسي بر روي ساختارهاي خود آرا راه‌اندازي شده است، طرحي است در دانشگاه واشنگتن به نام اجزاء خود سازمان‌ده قابل برنامه ريزي (http://sveiks.ee.washington.edu/video/) که در شکل 2 يکي از اجزاء آن که به عنوان شبيه‌سازي يک ساختار مثلثي استفاده شده است را مي‌بينيد (براي آشنايي بيشتر حتما يک سري به سايت اين تحقيق بزنيد).
http://www.nanoclub.ir/contents/selfassembly02/image002.jpg
شکل 2: اجزاء يکي از قسمتهاي طرح دانشگاه واشنگتن
خودآرايي از لحاظ علمي جذاب و از ديدگاه فناوري مهم است. چون:
1- در زندگي ما مهم است. سلولها به طرز حيرت‌آوري از مواد پيچيده‌اي نظير بافتهاي چربي، پروتئينها، ساختارهاي اسيدي و بسياري موارد ديگر که توسط خودآرايي ساخته مي‌شوند تشکيل يافته‌اند.
2- خودآرايي روشي براي ساخت موادي با ساختارهاي منظم نظير کريستالهاي مولکولي، کريستالهاي مايع و نيمه کريستالها است و اين ساختارهاي منظم بسيار پر کاربردند.
3- کاربردهاي بسياري در مواد با سايزهاي بزرگتر دارند و امکان استفاده از آن در مواد ديگر و همچنين کاربرد آن در مبحث مواد چگال نيز وجود دارد.
4- به نظر مي‌آيد اين روش يکي از پرکاربردترين روشهاي ساخت در مقياس نانو است.
با توجه به اين موارد مي‌توان گفت که خودآرايي در زمينه‌هاي بسياري نظير شيمي، فيزيک، بيولوژي، علم مواد، نانوتکنولوژي و ساخت بسيار پرکاربرد و مهم است.
اصول خودآرايي مولکولي
همانطور که گفتيم تاريخچه خودآرايي مربوط به مطالعات بر روي مولکولها مي‌شود. موفقيت آميز بودن خودآرايي در يک سيستم مولکولي به پنج مشخصه سيستم مربوط است:
1- اجزاي سيستم: يک سيستم خودآرا از گروههاي مولکولي و يا بخشهايي از درشت-مولکولها تشکيل شده است که با يکديگر در تعاملند. اين مولکولها يا درشت-مولکولها مي‌توانند يکسان و يا متفاوت باشند و تعامل بين آنها منجر به تغيير از يک حالت با سازماندهي کمتر (مانند محلول) به يک حالت منظمتر (مانند کريستال) مي‌شود.
2- تعامل بين آنها: خودآرايي هنگامي رخ مي‌دهد که مولکولها به تعادلي در بين نيروهاي جاذبه و دافعه مولکولي مي‌رسند که اين نيروها ضعيف و از نوع غير کووالانسي (مانند نيروهاي آبگريزي) هستند.
3- بازگشت‌پذيري (يا انطباق پذيري): در خودآرايي براي اينکه ساختارهاي منظم به وجود آيد مي‌بايست تجمع مولکولي بازگشت‌پذير بوده و اجزا بتوانند جاي خود را در ساختار ايجاد شده اوليه تغيير داده و تنظيم کنند. به همين خاطر مقاومت قيدهاي بين اجزا بايد در حدود نيروهايي باشد که مي‌خواهد آنها را از هم جدا کند. به عنوان مثال فرآيندي که در آن مولکولها به طور بازگشت‌ناپذير به يکديگر مي‌چسبند به جاي کريستال به ما شيشه مي‌دهد (شکل 3)!
http://www.nanoclub.ir/contents/selfassembly02/image003.jpg
شکل 3: اثر بازگشت‌پذيري در توليد کريستال
4- محيط: خودآرايي مولکولي معمولا در يک محلول و يا رابطي که امکان حرکت را به اجزا مي‌دهد اتفاق مي‌افتد و تعامل اجزا با محيط بر روي سرعت فرايند تا‌ثير زيادي دارد.
5- جابجايي جرم: براي اينکخه خودآرايي رخ دهد مولکولها بايد در حرکت باشند.
روشهاي بسياري وجود دارد که اين خصوصيات در آنها به طرز مناسبي کنار يکديگر قرار گرفته‌اند و به همين خاطر است که محصولاتي که به روش خود آرا ساخته شده باشند بسيار متنوع هستند. اين محصولات را مي‌توان در دسته‌بنديهاي دو بعدي و سه بعدي، تک لايه يا چند لايه، نانو تا ميکرو و بزرگتر و ... تقسيم بندي کرد.
مي‌خواستيم در اين جلسه يکي از روشهاي خودآرايي را ارائه کنيم اما چون انتخاب يک روش کمي سخت بود در نهايت تصميم گرفتيم که در جلسه آينده که کاربردهاي مواد خودآرا را بيان مي‌کنيم در هر مورد نام روش استفاده شده و خلاصه‌اي از نحوه عمل آنها را بگوييم. اما به عنوان پايان اين جلسه شکلي از نحوه تشکيل يک ساختار خود آراي تک لايه را بدون توضيحي در متن (البته خود شکل و توضيحاتي که در آن آورده‌ايم گوياست) ارائه مي‌کنيم.
http://www.nanoclub.ir/contents/selfassembly02/image004.jpg
شکل 4: نحوه تشکيل ساختار خودآراي تک لايه
منبع : نانو مواد