طرق تحضير مواد النانو

الطرق الفيزيائية

يتم تحضيرها ابتداءً من الحالة البخارية للمادة بتسخين المادة أو بقذفها بحزمة من الإلكترونات أو حلها حرارياً باستخدام أشعة الليزر، ثمّ يتم تبريد البخار من خلال صدمه بغاز محايد ليصبح أكثر إشباعاً وبعد ذلك يتم وضعه على سطح بارد بسرعة لتجنب حدوث بناء بلوري، ثمّ يتم تحضير مواد النانو باستخدام الموجات أو باستخدام الليزر أو عن طريق PVD أو Epitaxie.

الطرق الكيمائية

• التفاعلات في الحالة البخارية:

يدخل بخار المادة المراد تحضيرها في مفاعل CVD، ثمّ تمتزج جزيئات المادة على سطح أساس بدرجة حرارة معينة وتتفاعل مع غازات أخرى لتكوين شريط صلب على سطح الأساس، وتستخدم هذه الطريقة لتحضير مواد النانو مثل كميمات أشباه النوافل.

• التفاعلات في وسط سائل:

يعتبر الماء أو السوائل العضوية الأكثر استخداماً، ويتم تحضير مواد النانو من خلال تغيير شروط التوازن الكيميائي فيزيائي من خلال تفاعلات الترسيب الكيميائي المزدوج أو التحليل بالماء للحصول على جزيئات كروية يمكن التحكم بأبعادها، أو من خلال استخدام تقنيات sol gel باستخدام محاليل غروية على درجات حرارة منخفضة.

الطرق الميكانيكية

• التركيب الميكانيكي:

من خلال سحق مادة مكوّنة من جزيئات ميكرومترية من (1 إلى 30) إلى عدة خلائط ومزجها، وتتميز هذه التقنية بأنّها تسمح بتحضير مواد نانو متجانسة، كما تسمح بإنتاج مواد ضخمة من عدة أطنان.

• عملية الرصد والتزجيج الأولى:

من خلال تحويل المادة الذرية إلى قطعة ضخمة خلال مرحلتين، مرحلة الرص الميكانيكي، ومرحلة إذابة مسحوق المعادن لتشكيله بعد التبريد.

• تقنيات التشوهات القوية:

من خلال تشويه مادة بلورية بقوة كالمعدن أو الخزف بهدف تحسين خصائص التصلب واللدانة للمواد.

• طريقة الطحن (milling) :

تستخدم لإنتاج مواد نانو على شكل مسحوق حيث يتم تعريض المادة الأساسية لطاقة عالية جداً، ثمّ طحنها باستخدام كرات مصنوعة من الفولاذ تتحرك بشكل اهتزازي أو كوكبي أو رأسي،كما فى الشكل التالى .

 ويتراوح حجم مواد نانو التي يتم تصنيعها ما بين 3 إلى 25 نانومتراً وهذه صورة أحد أجهزة الطحن المستخدمه

في صناعه النانو.

• طريقة الحك (etching ):

وهذه الطريقة استخدمها البروفيسور منير نايفة لإنتاج جزيئات السيليكون النانوية وتكون إما بطرق كيميائية أو بطرق إلكتروكيميائية فالطريقة الكيميائية يتم أخذ شرائح سيليكون ذات سمك نحيف جدا ووضعها في مواد كيميائية مثل HF (ومواد أخرى ) الذي يقوم بحك شرائح السيليكون ثم تخرج جزيئات السيليكون فتكون على السطح ثم توضع هذه الشرائح في أي محلول تريد مثل التيترا هيدروفوران أو الميثانول أو ..... بعد وضعها في المحلول الذي تريده تقوم بوضعها في جهاز الموجات فوق الصوتية لكي تسقط جزيئات السيليكون في المحلول وتتعلق في المحلول ( انظر لشكل المحاليل في الأعلى ،العينة الثالثة من اليمين ) هي عبارة عن جزيئات سيليكون نانوية معلقة في محلول التيتراهيدروفورانTHF ويستحسن وضع شرائح السيليكون في محلول ( THF أو الإيزوبروبانول ISO أو ... لأنه دلت الدراسات على أن الجزيئات تكون أكثر استقرار في هذه المحاليل ) وهذه صورة المجهر الإلكتروني SEM لشرائح سيليكون نانويه .

الشريحة A عبارة عن شريحة سيليكون لم تتعرض للحك أما الباقي بعد التعرض للحك

• الطريقة الإلكتروكيميائية:

من خلال وضع شريحة السيلكون في القطب الموجب وشريحة البوليكاربونات في القطب السالب في محلول كيميائي، وتعريض الشرائح إلى تيار كهربائي.

• طريقة الاستئصال الليزري:

من خلال تعريض المادة إلى ليزر نبضي ذي طاقة عالية جداً، بحيث يتفاعل شعاع الليزر مع الهدف مما يؤدي إلى تطاير جزيئات المادة وتكوين البلازما التي تترسب على القاعدة وتكون أفلام رقيقة.

كانت أول مرة قد استخدمت فيها هذه الطريقة في عام 1960 باستخدام ليزر الياقوتي إلا أن الأفلام الرقيقة المنتجة كانت ملوثة ومع الابحاث تم تحسين هذه الطريقة .

• طريقة التنفيل(sputtering) :

من خلال تعريض المادة إلى ضغط منخفض جداً مفرغ من الهواء وبقاعدة باردة يتم تعريضها إلى مجال مغناطيسي، مما يؤدي إلى انتزاع جزيئات المادة وترسبها في القاعدة مكوّنة فلماً رقيقا.ولا بد من وضع غاز لكي يمنع التكتلات وهذا الشكل يوضح ذلك

وهذه صورة جهاز sputtering