مدیریت فناوری نانو

در پژوهش‌هاي مربوط به خواص مواد نانوساختاري، ميكروسكوپ الكتروني يكي از مهم‌ترين و پركاربرد ترين دستگاه‌هايي است كه مورد استفاده قرار مي‌گيرد. در اغلب مطالعات انجام‌شده روي خواص مواد نانوساختاري براي تعيين اندازه و شكل آنها از ميكروسكوپ الكتروني عبوري استفاده مي شود. اين روش اندازه و شكل ذرات را با دقت حدود چند دهم نانومتر به دست مي‌دهد كه به نوع ماده و دستگاه مورد استفاده بستگي دارد. امروزه، در بررسي خواص مواد نانوساختاري از ميكروسكوپ الكتروني عبوري با وضوح بالا (High-Resolution) استفاده مي‌شود. علاوه بر تعيين شكل و اندازة ذرات به وسيلة ميكروسكوپ الكتروني عبوري با استفاده از پراش الكترون و ساير سازوكارهاي موجود در برخورد الكترون با ماده، برخي ويژگي‌هاي ديگر مواد نانوساختاري مانند ساختار بلوري وتركيب شيميائي را مي توان بدست آورد.

اين روش رايج مشخصه‌سازي لايه‌هاي نازك، با استفاده از پرتوهاي يوني سبک و پرانرژي ( چند صد مگا الكترون ولت) انجام مي‌شود. چنين پرتوهايي مي‌توانند هزاران آنگسترم يا حتي چند ميكرون به عمق لايه و يا تركيب لايه/ زيرلايه نفوذ كنند. اين پرتوها باعث کندوپاش جزيي اتم‌هاي سطح شده و در عوض يونهاي فرودي انرژي خود را از طريق يونيزاسيون و تحريك الكترونهاي اتمهاي هدف از دست مي‌دهند. اين برخوردهاي الكتروني آنقدر زياد است كه مي‌توان گفت افت انرژي حاصله همواره با عمق ماده مناسب است. از تحليل افت انرژي يون هاي بازگشتي مي توان اطلاعاتي راجع به ضخامت لايه و نوع عناصر به دست آورد.

غالباً از پرتوهاي X تکرنگ يا نور ماوراي بنفش براي تهيج الکترون‌ها که انرژي آنها حاوي اطلاعاتي درباره انرژي پيوندي درون اتم، منشا آنها و بنابراين درباره طبيعت اتمهاي نمونه است، استفاده مي‌شود. اين روش‌هاي طيف‌نگاري فتوالکترون، به نام آناليز سطح با طيف‌نگاري فتوالکتروني اشعهX، طيف‌نگاري فتوالکترون ماوراي بنفشي (UPS) و يا کلاً طيف‌نگاري الکتروني براي آناليز شيميايي (ESCA) نيز ناميده مي‌شوند.

طيف سنجي مادون قرمز بر اساس جذب تابش و بررسي جهش‌هاي ارتعاشي مولکول‌ها و يون‌هاي چند اتمي صورت مي‌گيرد. اين روش به عنوان روشي پرقدرت و توسعه يافته براي تعيين ساختار و اندازه‌گيري گونه‌هاي شيميائي به کار مي رود. همچنين اين روش عمدتاً براي شناسايي ترکيبات آلي به کار مي‌رود، زيرا طيف‌هاي اين ترکيبات معمولاً پيچيده هستند و تعداد زيادي پيک هاي ماکسيمم و مينيمم دارند که مي‌توانند براي اهداف مقايسه‌ايي به کار گرفته شوند.

ميكروسكوپ روبشي تونلي(STM) دستگاهي است كه براي بررسي ساختار و برخي از خواص سطوح مواد رسانا، بيولوژيك که تا حدي رسانا هستند و همچنين لايه‌هاي نازك نارسانا كه روي زيرلايه رسانا لايه نشاني شده‌اند، در حد ابعاد زير نانومتر، بكار مي‌رود.

برهم‌کنش نور با ماده در ناحيه زير قرمز مي‌تواند به دو صورت جذب و پراکندگي انجام گيرد. اين دو پديده اساس شناسايي و اندازه‌گيري ترکيبات به دو روش طيف‌ نورسنجي جذبي زيرقرمز و پراکندگي رامان را تشکيل مي‌دهند. اتمها و مولکولها در ماده مانند جرم و فنر عمل مي کنند و يک فرکانس نوساني ويژه دارند. اين فنر مي تواند نور تابيده شده را جذب کند و يا يک فوتون جديد ساطع کند که هر دو از لحاظ فرکانس و نور تابيده شده اول، فاصله دارند. از روي مقدار شيفت و اندازه پيک ها مي توان اطلاعات لازم را بدست آورد.

واژه کروماتوگرافي امروزه به دسته‌اي از روش‌ها اطلاق مي‌شود که در آنها جداسازي اجزاء موجود در يک نمونه مخلوط، بر اساس تمايل نسبي هر جزء به فاز ساکن هنگام عبور فاز متحرک از روي و يا درون فاز ساکن است. گونه‌اي که تمايل بيشتري به فاز متحرک دارد با سرعت بيشتري حرکت ‌مي‌کند و بالعکس گونه‌اي که به فاز ساکن تمايل بيشتري دارد، با سرعت کمتري در طول ستون حرکت مي‌کند.

ناحيه پرتو x در طيف الکترومغناطيس در محدوده بين پرتو گاما و ناحيه طول موج فرابنفش قرار دارد. با استفاده از اين ناحيه طيفي مي‌توان اطلاعاتي در خصوص ساختار، جنس ماده و نيز تعيين مقادير عناصر بدست آورد.جامدات در مواجه با پرتو –X مانند يک توري سه بعدي عمل مي کنند و الگوي پراش خاصي دارند که طبق قانون براگ در زواياي خاصي از تابش و انعکاس تداخل سازنده بوجود مي آيد و منجر به ايجاد يک قله در طيف مي شود. از روي پهناي پيک در طيف مي توان ابعاد دانه هاي کريستالي را تخمين زد.

"اسپكتروسكوپي الكترون اوژه"، يك روش آناليز استاندارد در فيزيك سطح و فصل مشترك‌‌هاست. در ساده‌ترين استفاده از آن تميز بودن سطح نمونة مورد مطالعه در"شرايط خلاء" فوق بالا قابل بررسي است. خلاء فوق بالا از اين جهت ضرورت دارد كه الكترونها در محيط آزمايش با ذرات كمتري برخورد داشته باشند و علاوه بر اين آلودگيهاي محيط كمتر جذب سطح مورد مطالعه شوند. ساير زمينه‌هاي مهم استفاده از اين روش دربرگيرندة مطالعة روند رشد لايه و تركيب شيميايي سطح و همچنين آناليز در راستاي عمق نمونه هستند. در مورد آخر لازم است هر مرحله اسپكتروسكوپي الكترون اوژه با اسپاترنيگ‌ (sputtering) متوالي نمونه همراه شود. اطلاعات اوژه از الکترونهايي بدست مي آيند که گزاره هاي هسته اي اوژه را پشت سر گذاشته اند و با انرژي کاملا معمولي خارج مي شوند. از روي تحليل انرژي اين الکترونها طيف مشابه شکل بدست مي آيد که مکان قله ها و ارتفاع آنها اطلاعات لازم را بدست مي دهند.

در ميكروسكوپ الكتروني روبشي (SEM) هم مانند ميكروسكوپ الكتروني عبوري (TEM)، يك پرتو الكتروني به نمونه مي‌تابد. درنتيجه بعضي قسمت‌ها نظير تفنگ الكتروني، عدسي‌هاي متمركزكننده و سيستم خلأ، در هر دو دستگاه مشابه است. اما روش تشكيل تصوير و نحوه بزرگنمايي كاملاً متفاوت است. علاوه بر اين، TEM اصولاً براي مطالعه ساختار نمونه‌هاي حجيم درسطح يا نزديكي سطح، استفاده مي‌شود. درك اين نوع تصوير بسيار آسان‌تر از تصوير الكتروني عبوري است.

پيشرفتهاي سريع اخير در فناوري نانو مربوط به توانايي هاي کسب شده براي اندازه گيري و کنترل ساختارهاي منفرد در مقياس نانو مي باشد. آشنايي با ابزارها و تجهيزات مورد استفاده در اين زمينه مي تواند در درک اين فناوري مفيد واقع شود.