چکیده مقاله : گسترش فزاینده ابزارهای جدید تعیین مشخصات مواد و ساخت و فن آوری آنها برای پیشرفت بیشتر در علم و فناوری نانو مهم و اساسی می‌باشد. با توجه به اهمیت تجهیزات و روشهای تعیین مشخصات مواد طبقه‌بندی های مختلفی برای این روش ها از دید محققان مختلف وجود دارد که در این گزارش به دو مورد از آنها اشاره می شود.
طبقه بندی روشهای تعیین مشخصات مواد
مقدمه
پیشرفت‌های اخیر در فناوری نانو مربوط به توانایی های جدید در زمینه اندازه‌گیری و کنترل ساختارهای منفرد در مقیاس نانو می‌باشد. گسترش فزاینده ابزارهای جدید تعیین مشخصات مواد و ساخت و فن آوری آنها برای پیشرفت بیشتر در علم و فناوری نانو مهم و اساسی می‌باشد. این ابزارها "چشم‌ها" را برای دیدن و "انگشت‌ها" را برای کنترل نانوساختارها توانا می‌سازند. با این توصیف احساس می‌شود که در آینده‌ای نزدیک بیشترین نیاز محققان و پژوهشگران این خواهد بود که آزمایشگاه های با وسایل اندازه گیری و ابزارهای ساخت مختلف در اختیار داشته باشند تا بتوانند به اکتشافات و تحلیل‌های جدیدی در زمینه‌های مختلف از جمله شیمی، فیزیک و زیست شناسی، مواد و کاربردهای آنها دست پیدا کنند. در ادامه با توجه به اهمیت تجهیزات و روشهای تعیین مشخصات مواد به طبقه‌بندی این روش‌ها پرداخته می‌شود.
1- طبقه‌بندی تجهیزات تعیین مشخصات بر مبنای خاصیت فیزیکی مورد اندازه گیری
طبقه بندی روشهای آنالیز معمولاً بر طبق خاصیتی است که در فرآیند اندازه‌گیری نهایی مشاهده می‌شود. در جدول (1) فهرستی از مهمترین این خاصیت‌ها، و همچنین نام روش‌هایی که مبتنی بر این خاصیت‌ها می‌باشند دیده می‌شود. تا حدود سال 1920 تقریباً همه روشهای شیمیایی مبتنی بر دو خاصیت ذکر شده در اول فهرست جدول (1) یعنی جرم و حجم بودند. از این رو به روشهای وزنی و حجمی روشهای "کلاسیک" شیمیایی گفته می‌شد. به بقیه فهرست جدول (1) روشهای "دستگاهی" اطلاق می‌شود علاوه بربحث تاریخی فوق، جنبه‌های ورودی نیز روشهای دستگاهی را از روشهای کلاسیک متمایز می‌سازند.
چکیده مقاله : گسترش فزاینده ابزارهای جدید تعیین مشخصات مواد و ساخت و فن آوری آنها برای پیشرفت بیشتر در علم و فناوری نانو مهم و اساسی می‌باشد. با توجه به اهمیت تجهیزات و روشهای تعیین مشخصات مواد طبقه‌بندی های مختلفی برای این روش ها از دید محققان مختلف وجود دارد که در این گزارش به دو مورد از آنها اشاره می شود. طبقه بندی روشهای تعیین مشخصات مواد
مقدمه
پیشرفت‌های اخیر در فناوری نانو مربوط به توانایی های جدید در زمینه اندازه‌گیری و کنترل ساختارهای منفرد در مقیاس نانو می‌باشد. گسترش فزاینده ابزارهای جدید تعیین مشخصات مواد و ساخت و فن آوری آنها برای پیشرفت بیشتر در علم و فناوری نانو مهم و اساسی می‌باشد. این ابزارها "چشم‌ها" را برای دیدن و "انگشت‌ها" را برای کنترل نانوساختارها توانا می‌سازند. با این توصیف احساس می‌شود که در آینده‌ای نزدیک بیشترین نیاز محققان و پژوهشگران این خواهد بود که آزمایشگاه های با وسایل اندازه گیری و ابزارهای ساخت مختلف در اختیار داشته باشند تا بتوانند به اکتشافات و تحلیل‌های جدیدی در زمینه‌های مختلف از جمله شیمی، فیزیک و زیست شناسی، مواد و کاربردهای آنها دست پیدا کنند. در ادامه با توجه به اهمیت تجهیزات و روشهای تعیین مشخصات مواد به طبقه‌بندی این روش‌ها پرداخته می‌شود.
1- طبقه‌بندی تجهیزات تعیین مشخصات بر مبنای خاصیت فیزیکی مورد اندازه گیری
طبقه بندی روشهای آنالیز معمولاً بر طبق خاصیتی است که در فرآیند اندازه‌گیری نهایی مشاهده می‌شود. در جدول (1) فهرستی از مهمترین این خاصیت‌ها، و همچنین نام روش‌هایی که مبتنی بر این خاصیت‌ها می‌باشند دیده می‌شود. تا حدود سال 1920 تقریباً همه روشهای شیمیایی مبتنی بر دو خاصیت ذکر شده در اول فهرست جدول (1) یعنی جرم و حجم بودند. از این رو به روشهای وزنی و حجمی روشهای "کلاسیک" شیمیایی گفته می‌شد. به بقیه فهرست جدول (1) روشهای "دستگاهی" اطلاق می‌شود علاوه بربحث تاریخی فوق، جنبه‌های ورودی نیز روشهای دستگاهی را از روشهای کلاسیک متمایز می‌سازند. |
جدول1- طبقه بندی روشهای آنالیز بر مبنای خاصیت فیزیکی مورد اندازه‌گیری | | ردیف | خاصیت اندازه گیری | روشهای آنالیز مبتنی بر اندازه‌گیری خاصیت | 1 | جرم | وزنی | 2 | حجم | حجمی | 3 | جذب تابش | طیف سنجی (اشعهx،UV،مرئی،IR)، رنگ سنجی، جذب اتمی، رزونانس مغناطیس هسته و رزونانس اسپین الکترون | 4 | نشر تابش | طیفسنجی نشری(اشعهx،UV،مرئی)،نورسنجی‌شعله‌ای،فلوئورسانس (اشعهx،UV،مرئی)، روشهای رادیوشیمیایی | 5 | پراکندن تابش | کدری سنجی، نفلومتری، طیف بینی رامان | 6 | شکست تابش | شکست‌سنجی و تداخل سنجی | 7 | پراش تابش | روشهای پراش اشعهx، و الکترون | 8 | چرخش تابش | قطبش‌سنجی، پاشندگی چرخش نوری و دو رنگ نمایی دورانی | 9 | پتانسیل الکتریکی | پتانسیل‌سنجی، پتانسیل سنجی با زمان | 10 | رسانایی الکتریکی | رسانا سنجی | 11 | جریان الکتریکی | پلارو گرافی، تیتراسیونهای آمپرسنجی | 12 | کمیت الکتریسیته | کولن سنجی | 13 | نسبت جرم به بار | طیف سنجی جرمی | 14 | خواص گرمایی | روشهای رسانایی حرارتی و آنتالپی |
|
|
2-طبقه بندی روشهای تعیین مشخصات مواد براساس نحوه عملکرد:
2-1- روشهای میکروسکوپی
با استفاده از روشهای میکروسکوپی تصاویری با بزرگنمایی بسیار بالا از ماده بدست می‌آید. قدرت تفکیک تصاویر میکروسکوپی با توجه به کمترین قدرت تمرکز اشعه محدود می‌شود. به عنوان مثال با استفاده از میکروسکوپ‌های نوری با قدرت تفکیکی در حدود 1 میکرومتر و با استفاده از میکروسکوپ‌های الکترونی و یونی با قدرت تفکیک بالا در حدود1 آنگستروم قابل دسترسی است. این روش‌ها شامل ATM،STM ، MFM، SCM، SNOM،SEM ،TEM و FIB می‌باشد.
2-2- روشهای براساس پراش
پراش یکی از خصوصیات تابش الکترومغناطیسی می‌باشد که باعث می‌شود تابش الکترومغناطیس در حین عبور از یک روزنه و یا لبه منحرف شود، با کاهش ابعاد روزنه به سمت طول موج اشعه الکترومغناطیسی اثرات پراش اشعه بیشتر خواهد شد. با استفاده از پراش اشعه ایکس، الکترون‌ها و یا نوترون‌ها و اثر برخورد آنها با ماده می‌توان ابعاد کریستالی مواد را اندازه‌گیری کرد. الکترون‌ها و نوترون‌ها نیز خواص موجی دارند که طول موج آن به انرژی آنها بستگی دارد. علاوه بر این هر کدام از این روش‌ها خصوصیات متفاوتی دارند مثلا عمق نفوذ این سه روش در ماده به ترتیب زیر می‌باشد. نوترون از اشعه ایکس بیشتر و اشعه ایکس از الکترون بیشتر می‌باشد. این روش‌ها شامل XRD می‌باشند.
2-3- روشهای طیف سنجی
استفاده از جذب، نشر و یا پراش امواج الکترومغناطیس توسط اتم‌ها و یا مولکول‌ها را طیف سنجی گویند. برخورد یک تابش با ماده می‌تواند منجر به تغییر جهت تابش و یا تغییر در سطوح انرژی اتم‌ها و یا مولکول‌ها شود، انتقال از تراز بالای انرژی به تراز پایین تر، نشر و انتقال از تراز پایین انرژی به تراز بالاتر، جذب نامیده می‌شود. تغییر جهت تابش در اثر برخورد با ماده نیز منجر به پراش تابش می‌شود، این روش‌ها شامل XPS، SEIS، FTRS،RBS،NMR و RAMAN هستند.
2-4- طیف سنجی جرمی
روشهای طیف سنجی جرمی از تفاوت نسبت جرم به بار اتم‌ها و یا مولکول‌ها استفاده می‌کنند . عملکرد عمومی یک طیف سنجی جرمی به صورت زیر است:
1) تولید یون‌های گازی
2) جداسازی یون‌ها براساس نسبت جرم به بار
3) اندازه گیری مقدار یون‌ها با نسبت جرم به بار ثابت
این روش‌ها شامل MS می‌باشد.
2-5- روشهای جداسازی
در نمونه‌هایی که حاوی چند جز ناشناخته باشد ابتدا باید از هم جدا شده و سپس اجزا توسط روشهای آنالیز مشخص می‌شود. جداسازی براساس تفاوت در خصوصیات فیزیکی و شیمیایی صورت می‌گیرد. به عنوان مثال حالت ماده، چگالی و اندازه از خصوصیات فیزیکی مورد استفاده و حلالیت نقطه جوش و فشار بخار از خواص شیمیایی مورد استفاده در جداسازی می‌باشد این روش‌ها شامل HPLCو GC می‌باشد.
در شکل (1) نمودار توانایی بر حسب قدرت تفکیک برخی از روشهای تعیین مشخصات درفناوری نانو نشان داده شده است. نکات بسیار جالبی در این نمودار مشاهده می شود. به عنوان مثال این نمودار نشان می دهد که دستگاههای STM و TEM قدرت تفکیک بسیار بالایی در حد دهم نانومتر دارند ولی توانایی آنها بسیار متفاوت است. دستگاه STM بیشتر برای بدست آوردن کنتراست سطحی ماده به کار می رود ولی دستگاه TEM قابلیت آنالیز عنصری و شیمیایی را نیز دارد.
|