باید دانست که تا چند سال پیش نه تنها هیچ فلزی، بلکه هیچ ماده مصنوعی هم وجود نداشت که در ابعاد بزرگ، حتی مثلا در ابعاد چند میلی‌متر در چند میلی‌متر، یکدست و منظم باشد. فکر می‌کنید چرا؟ ما در اکثر روش‌های معمولِ ساختنِ چیزها، توانایی نظم دادن و یا شکل دادن به اتم‌ها در ابعاد کوچک را نداریم. در چند سال اخیر روش‌هایی ابداع شده‌اند که به ما اجازه می‌دهند که اتم‌ها و مولکول‌ها (آجرک‌ها) را به طور منظم و به دلخواه خودمان به هم متصل کنیم. دانشمندان این روش‌های جدید را «فناوری نانو» نامیده‌اند. در این مقاله به ساختار مواد می پردازیم و نانو ساخت را معرفی می کنیم.
1- فناوری نانو چیست؟
فرض کنید که یک جعبه از آجرک‌های ساختمان‌سازی در اختیار دارید و می‌خواهید با آن یک دیوار به ارتفاع 10 سانتی‌متر بسازید. برای ساختن دیوار چند راه مختلف دارید:
راه اول: می‌توانید آجرک‌ها را همین طوری روی هم بریزید تا یک پشته ده سانتی‌متری درست شود. در این حالت دیوار شما کاملا بی‌نظم و غیر یکنواخت است. مثلا ضخامت دیوار در قسمت‌های پایینی خیلی بیشتر از قسمت‌های بالایی است.(تصویر شماره یک)
تصویر شماره 1
راه دوم: ممکن است کمی حوصله به خرج دهید و آجرک‌ها را چندتا چندتا به هم وصل کنید. مثلا قطعاتی به اندازه جعبه کبریت بسازید و بعد این قطعات را همین طوری روی هم بریزید تا یک پشته 10 سانتی‌متری درست بشود، این بار هم دیوار شما بی‌نظم و غیر یکنواخت خواهد بود؛ اما به طور قطع از دیوار قبلی منظم‌تر و قدری هم خوش قیافه‌تر است.(تصویر شماره 2)
تصویر شماره 2
راه سوم: اگر خیلی آدم صبور و باحوصله‌ای باشید، آجرک‌ها را دانه به دانه به هم متصل تا یک مستطیل به ارتفاع ده سانتی‌متر بسازید. این دیوار کاملا یکدست و منظم خواهد بود. به عنوان مثال اگر از وسط آن را بشکنید، هر کدام از نصفه دیوارها نظم اولیه خود را حفظ خواهد کرد.(تصویر شماره 3)
تصویر شماره 3
حالا به تصویر شماره 4 نگاه کنید، به نظر شما این تصویر شبیه کدامیک از دیوارها است؟
فکر می‌کنم در این مورد شما هم با من موافقید، بله! تصویر شماره 4 بیش از همه به دیوار دوم شبیه است. حتما می‌پرسید که تصویر شماره 4 چه چیزی را نشان می‌دهد؟ باید بگویم که این تصویر، عکس واقعی سطح یک میله مسی کاملا صیقل داده شده در زیر میکروسکوپ است! اگر سطح یک فلز را خوب صیقل دهیم، بعد آن را به خوبی بشوییم، و سپس زیر میکروسکوپ بگذاریم چنین ساختاری را مشاهده خواهیم کرد. (البته نه به این وضوح!) به هر کدام از چندضلعی‌های تصویر، یک «دانه» می‌گوییم. هر دانه در واقع مجموعه‌ای از هزاران اتم فلز است که به طور منظمی کنار هم قرار گرفته‌اند. هرکدام از این اتم‌ها قطری در حدود «یک نانومتر» یعنی یک میلیاردیم متر دارند.
تصویر شماره 4
خوب، حال بگذارید که تشابه بین دیوارهای شما و سطح فلز را بررسی کنیم:
آجرهای ساختمان سازی مانند اتم‌ها هستند و قطعات به اندازه جعبه کبریت در دیوار دوم هم مانند دانه‌ها. در واقع اتم‌های درون یک دانه مانند آجرک‌های یک قطعه به هم متصل شده‌اند. اما دیوار سوم شبیه چیست؟
از یک نظر می‌توان گفت که دیوار سوم شبیه یک تصویر بزرگ از درون یکی از دانه‌ها است. اما آیا در عمل می‌توانیم فلزی داشته باشیم که همه اتم‌های آن مانند دیوار سوم به شکل منظم به هم متصل شده باشند؟ یعنی همه سطح فلز یکدست باشد نه این قدر تکه تکه و نامنظم؟
باید دانست که تا چند سال پیش نه تنها هیچ فلزی، بلکه هیچ ماده مصنوعی هم وجود نداشت که در ابعاد بزرگ، حتی مثلا در ابعاد چند میلی‌متر در چند میلی‌متر، یکدست و منظم باشد. فکر می‌کنید چرا؟ دلیلش این است که ما انسان‌ها در بیشتر مواقع، وقتی می‌خواهیم یک جسم جدید بسازیم، آن را از روش ساختن دیوار اول درست می‌کنیم! شاید روش ساختن یک قطعه فلزی را در تلویزیون دیده و یا در کتابی خوانده باشید: “ابتدا فلز را ذوب می‌کنیم و بعد به وسیله ظرف‌های مخصوصی فلز مذاب را در قالب قطعه مورد نظر می‌ریزیم.” این کار دقیقا مانند ساختن دیوار به روش اول است؛ کاملا کیلویی!!!
حتی همان دانه‌هایی هم که در تصویر 4 دیدید، به طورطبیعی و بدون دخالت انسان ایجاد می‌شوند و ما در اکثر روش‌های معمولِ ساختنِ چیزها، توانایی نظم دادن و یا شکل دادن به اتم‌ها در ابعاد کوچک را نداریم. البته باید به این نکته هم اشاره کرد که در بسیاری از کاربردها، به موادی شبیه به دیوار اول یا دوم نیاز داریم. برای مثال فلزات که ساختاری شبیه به دیوار دوم دارند (مثل مسی که عکسش را دیدید)، قابلیت چکش‌خواری و شکل‌پذیری بیشتری از خود نشان می‌دهند.
اما در چند سال اخیر روش‌هایی ابداع شده‌اند که به ما اجازه می‌دهند که اتم‌ها و مولکول‌ها (آجرک‌ها) را به طور منظم و به دلخواه خودمان به هم متصل کنیم. دانشمندان این روش‌های جدید را «فناوری نانو» نامیده‌اند. به تصویر شماره 5 توجه کنید.
تصویر شماره 5
شاید در ابتدا، شکل 5، تصویر یک میله توپر به نظر برسد، اما این میله که قطر آن درحدود 0.3 میلی‌متر است، از هزاران رشته ایستاده کربن تشکیل شده است که قطر هرکدام در حدود چند نانومتراست. این دسته رشته‌های منظم و یکسان برای اولین بار، حدود 10 سال پیش ساخته شدند و خواص و قابلیت‌های حیرت‌آور و متعددی دارند.
شاید بپرسید که چرا این روش‌های جدید را “فناوری نانو” نامیده‌اند؟ جواب این است که در شیوه‌های فوق با ساختارهایی سروکار داریم که از تعداد کمی اتم و مولکول ساخته شده‌اند و اتم‌ها و مولکول‌ها هم ابعادی در حدود نانومتر دارند.
همان‌طور که می‌دانید خواص مواد به نوع اتم‌های تشکیل‌دهنده آنها و نوع اتصال این اتم‌ها به یکدیگر بستگی دارد. بنابراین اگر بتوانیم این اتم‌ها را به شکل مورد نظر خودمان به هم متصل کنیم، مواد جدیدی با خواص و توانایی‌های مورد نظرمان، به دست آوریم؛ این کار، مهمترین هدف در نانوفناوری است. مثلا می‌توانیم ماده‌ای بسازیم که هم خیلی محکم باشد و هم خیلی سبک و یا ماده‌ای که در ابعاد بزرگ هم یکدست و منظم باشد.
