از خودآرايي كمي بيشتر بدانيم
از خودآرايي كمي بيشتر بدانيم
خودآرايي روش ساختي است كه در آن اجزاء مختلف (چه به صورت تك به تك و چه به صورت متصل به هم) به صورت خود به خودي ساختار به هم پيوسته منظمي را تشكيل ميدهند، اما اين روش ساخت تنها در مقياس نانو كاربرد ندارد بلكه در مقياسهاي بسيار بزرگتر هم به كار ميرود (مثال آهنرباها و ساير مثالهاي جلسه قبل كه يادتان هست). شكل 1 نمونههاي ديگري را به همراه مقياس آنها نمايش ميدهد.
شكل 1: نمونههايي از خودآرايي در ابعاد ميليمتر
البته ميشود گفت كه ابتدا اين روش ساخت در مقياس نانو مشاهده و درك شد و پس از آن مانند بسياري ديگر از فعاليتهاي بشر كه سعي در شبيهسازي و استفاده از روشهاي طبيعي را دارند، شبيهسازي و در مقياسهاي بزرگتر پيادهسازي شد. يكي از طرحهاي تحقيقاتي در اين زمينه كه 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 كه در شكل 2 يكي از اجزاء آن كه به عنوان شبيهسازي يك ساختار مثلثي استفاده شده است را ميبينيد (براي آشنايي بيشتر حتما يك سري به سايت اين تحقيق بزنيد).
شكل 2: اجزاء يكي 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 كه توسط خودآرايي ساخته ميشوند تشكيل يافتهاند.
2- خودآرايي روشي براي ساخت موادي با ساختارهاي منظم نظير كريستالهاي مولكولي، كريستالهاي مايع و نيمه كريستالها است و اين ساختارهاي منظم بسيار پر كاربردند.
3- كاربردهاي بسياري در مواد با سايزهاي بزرگتر دارند و امكان استفاده از آن در مواد ديگر و همچنين كاربرد آن در مبحث مواد چگال نيز وجود دارد.
4- به نظر ميآيد اين روش يكي از پركاربردترين روشهاي ساخت در مقياس نانو است.
با توجه به اين موارد ميتوان گفت كه خودآرايي در زمينههاي بسياري نظير شيمي، فيزيك، بيولوژي، علم مواد، نانوتكنولوژي و ساخت بسيار پركاربرد و مهم است.
اصول خودآرايي مولكولي
همانطور كه گفتيم تاريخچه خودآرايي مربوط به مطالعات بر روي مولكولها ميشود. موفقيت آميز بودن خودآرايي در يك سيستم مولكولي به پنج مشخصه سيستم مربوط است:
1- اجزاي سيستم: يك سيستم خودآرا از گروههاي مولكولي و يا بخشهايي از درشت-مولكولها تشكيل شده است كه با يكديگر در تعاملند. اين مولكولها يا درشت-مولكولها ميتوانند يكسان و يا متفاوت باشند و تعامل بين آنها منجر به تغيير از يك حالت با سازماندهي كمتر (مانند محلول) به يك حالت منظمتر (مانند كريستال) ميشود.
2- تعامل بين آنها: خودآرايي هنگامي رخ ميدهد كه مولكولها به تعادلي در بين نيروهاي جاذبه و دافعه مولكولي ميرسند كه اين نيروها ضعيف و از نوع غير كووالانسي (مانند نيروهاي آبگريزي) هستند.
3- بازگشتپذيري (يا انطباق پذيري): در خودآرايي براي اينكه ساختارهاي منظم به وجود آيد ميبايست تجمع مولكولي بازگشتپذير بوده و اجزا بتوانند جاي خود را در ساختار ايجاد شده اوليه تغيير داده و تنظيم كنند. به همين خاطر مقاومت قيدهاي بين اجزا بايد در حدود نيروهايي باشد كه ميخواهد آنها را از هم جدا كند. به عنوان مثال فرآيندي كه در آن مولكولها به طور بازگشتناپذير به يكديگر ميچسبند به جاي كريستال به ما شيشه ميدهد (شكل 3)!
شكل 3: اثر بازگشتپذيري در توليد كريستال
4- محيط: خودآرايي مولكولي معمولا در يك محلول و يا رابطي كه امكان حركت را به اجزا ميدهد اتفاق ميافتد و تعامل اجزا با محيط بر روي سرعت فرايند تاثير زيادي دارد.
5- جابجايي جرم: براي اينكخه خودآرايي رخ دهد مولكولها بايد در حركت باشند.
روشهاي بسياري وجود دارد كه اين خصوصيات در آنها به طرز مناسبي كنار يكديگر قرار گرفتهاند و به همين خاطر است كه محصولاتي كه به روش خود آرا ساخته شده باشند بسيار متنوع هستند. اين محصولات را ميتوان در دستهبنديهاي دو بعدي و سه بعدي، تك لايه يا چند لايه، نانو تا ميكرو و بزرگتر و ... تقسيم بندي كرد.
ميخواستيم در اين جلسه يكي از روشهاي خودآرايي را ارائه كنيم اما چون انتخاب يك روش كمي سخت بود در نهايت تصميم گرفتيم كه در جلسه آينده كه كاربردهاي مواد خودآرا را بيان ميكنيم در هر مورد نام روش استفاده شده و خلاصهاي از نحوه عمل آنها را بگوييم. اما به عنوان پايان اين جلسه شكلي از نحوه تشكيل يك ساختار خود آراي تك لايه را بدون توضيحي در متن (البته خود شكل و توضيحاتي كه در آن آوردهايم گوياست) ارائه ميكنيم.
شكل 4: نحوه تشكيل ساختار خودآراي تك لايه
منبع:
http://www.nanoclub.ir/modules.php?name=News&file=article&sid=106
با سلام!