سایت ملیون ایران

سفر به ریزها؛ آشنایی سیستمی با علم و فن آوری نانو؛ فصل دوم

دکتر ریموند رخشانی

با سلام، من ریموند رخشانی هستم و حوزه کارشناسی ارشد من مهندسی‌ سیستم‌ ها و اتوماسیون کارخانه است، و حوزه تخصص من بکارگیری اندیشه سیستمی‌ برای انتقال فن آوری و اجرا و پیاده سازی تولید فرآورده‌ های نوین[۱] می‌‌باشد.
در این سلسله از مقالات و فایل‌ های صوتی[۲]، کوشش می کنم که علم نانو[۳] و فنآوری نانو[۴] را (به زبان فارسی) از پایه، بنحوی سیستماتیک به دوستانی که علاقمند هستند، در حد توان، ارائه کنم.

در واقع این مقالات، فصل ‌های کتاب جدیدی با همین نام (سفر به ریزها) هستند که سالهاست بر روی آن کار می کنم و در دست تهیه است، و تصمیم گرفته ‌ام که پیشاپیش آن را، فصل به فصل، بطوری مجازی منتشر کنم.  

از پژوهشگران و اندیشمندان عزیز خواهشمندم که لینک‌ ها را به دوستان و بویژه به جوانان دانش پژوه ما (که اغلب دسترسی نظام مند برای آشنایی با علم و فنآوری نانو – به زبان فارسی – ندارند) ارسال فرمایند. با احترام، ر. رخشانی

 اهمیت بنیادین مقیاس نانو

در فصل دوم کتاب سفر به ریز‌ها[۵] فرصت این را داریم تا به قوانین و قواعدی که بر دنیای مقیاس ‌های نانویی حکومت می رانند[۶]، یعنی به اصولی فیزیکی و شیمیایی بپردازیم[۷]. همچنین شانس آن را خواهیم داشت تا با ذراتی که بخش‌ های سازنده دنیای نانو[۸] هستند، یعنی با اتم ‌ها و ملکول هایی که مواد را می سازند، و همچنین با فوتون‌ ها، یعنی با نوری که انرژی را انتقال می دهد، دیگر بار آشنا شویم. این اقبال را هم خواهیم داشت تا به اینکه دنیای نانویی مواد چگونه بر دنیای روزمره ما تاثیر دارند ، و همچنین به اینکه خواص مواد (یعنی  شیوه پیوندهای آنها، شکل شان، ساختار آنها) چگونه بر تجربه ما از آنها تاثیر می گذارد، دیگر بار بنگریم و  بیاندیشیم. همچنین مروری بسیار مختصر بر چیدمان اتم‌ ها در جدول مندلیف و انواع پیوندهای شیمیایی آنها خواهم داشت.  بالاخره اینکه فصل دوم این کتاب فرصتی است که فکر کنیم که چگونه برخی قواعد فیزیکی ویژه در میزان‌ های طولی نانویی تغییر یافته و تبدیل به تاثیراتی کوآنتومی و  پر اهمیت می شوند[۹]، و بالاخره  اینکه ما چگونه می توانیم، در واقع، چنین موادی نانویی را مهندسی کنیم. [۱۰]

بخش‌ های سازنده[۱۱] دنیای نانو[۱۲] 

برای شروع شاید بهتر باشد که به مواد و به بخش ‌های سازنده ‌شان نگاهی بیاندازیم[۱۳]، یعنی به تصویری که ما از اتم‌ ها می سازیم[۱۴]. البته یادمان باشد که چنین تصویری تقریبی است و ما آنها را همچون سیاراتی تصویر می کنیم که الکترون ها، همچون ماهواره هایی، بدورشان می چرخند.

سیاره در تصویر بالا هسته اتم است که شامل پروتون ‌ها با باری مثبت و نوترون‌ های خنثی می باشد

ابتدا بساکن اشاره کنم که اگر دانشمندان حوزه ی فیزیک ذره ای[۱۵]، به کارکرد‌های زیر اتمی و زیر هسته ای و نیروهای مرتبط آنها توجه دارند، دانشمندان حوزه علم نانو و فن آوران نانو اغلب با الکترون ‌ها سر و کار دارند، و به نیروهای الکتریکی و مغناطیسی مرتبط با آنها عمدتا توجه می کنند[۱۶]. آنچه برای چنین دانشمندانی اصولا مهم است این واقعیت است که هسته اتم باری مثبت و جاذبه ای، نسبت به الکترون هایی با باری منفی دارد[۱۷]. 

برای دانشمندان علم نانو[۱۸]، ماهواره هایی الکترونی در مدارهایی با سطوح افزایشی انرژی، بدور هسته مرکزی در چرخش ا‌ند. جدول تناوبی عناصر مندلیف[۱۹] دقیقا بر اساس چنین مدارهایی شکل گرفته شد[۲۰]. در آن جدول، اتم ‌ها بر اساس اینکه در مدار بیرونی خود تا چه اندازه پر و خالی هستند، طبقه بندی شده ا‌ند و نمایشگر شاخصه‌ های اتم‌ ها و سطوح انرژی آنها هستند. اتم‌ ها و عناصری که در یک ستون چنین جدولی جا گرفته ا‌ند، شاخصه‌ های شیمیایی یکسانی[۲۱] دارند. برای نمونه در ستون نخست دست چپ جدول مندلیف، ما عناصری از قبیل سدیم و لیتیوم را داریم که در آخرین مدار بیرونی خود تنها یک الکترون دارند. چنین تعداد الکترون ‌ها در بیرونی‌ ترین مدار، کلید چگونگی واکنش‌ های شیمیایی این دو عنصر هستند.

دانشمندان فن آوری نانو برای مهندسی مواد، بیش و پیش از هرچیز، به عنوان نخستین نکته، به الکترون‌ های بیرونی ‌ترین مدار اتم ‌ها می اندیشند[۲۲]. کمی بیشتر توضیح دهم[۲۳]. 

در مقالات “سرشت علم” نوشتم که برای توضیح کارکرد اتم ها، راه­ حلی‌ ممکن و الگویی اتمی‌ و جدید از طرف فیزیکدانِ دانمارکی نیلس بوهر[۲۴] (۱۸۸۵-۱۹۶۲) مطرح گردید که عجیب و تا حدودی غیرشهودی به نظر می ­رسید[۲۵].

الگوی بوهر از حوزه­ ی تجربیاتِ روزمره­ یِ ما خارج است اما مثال زیر می ­تواند این الگو را کمی‌ شفاف­ تر سازد[۲۹].

الگوی اتمی‌ بوهر یاری داد تا بسیاری از مشخصاتِ ارتباط متقابل یا درهم­ کنش‌ هایِ ماده – نور[۳۱] توضیح داده­ شود.

الگوی اتمی‌ بوهر )هم مانند نظریه‌های علمی اینشتین، رادترفورد و پلانک[۳۲](  مطرح می­ سازد که انرژی و نور در بسته­ بندی ‌هایی‌ مشخص[۳۳]  که “کوآنتا” نامیده می ­شوند عملکرد دارند[۳۴].

 

علم نانو و جدول عناصر مندلیف[۳۹] 

تا آنجا که به جدول عناصر مندلیف مرتبط است، و یادمان باشد که چنین جدولی زمین بازی دانشمندان علم نانوست، بهتر می بینم تا توضیحاتی بدهم، و مشخصا به اینکه بخشی از آنچه موفقیتِ مندلیف در بوجودآوردنِ جدولِ عناصرِ خود ارزیابی شده است ، در توجه و توانایی‌ او برایِ پیداکردن (برایِ سنتز[۴۰] یا طرح­ یابی[۴۱]‌) وجوهِ تشابه خواص یا خصوصیاتِ فیزیکی‌ – شیمیایی عناصر با یکدیگر و همچنین عدمِ­ توجه او به وجوهِ تمایز یا تفاوت[۴۲] آنها است[۴۳].

گروه­ بندیِ عناصر در جدولِ مندلیف به­ سادگی‌ موردِ قبولِ دانشمندان قرار گرفت چرا که کارکرد و واکنشِ عناصر را به نحوی آزمون­ پذیر پیش ­بینی می­ کرد و چنین جدول ­بندی ­ای با روشِ علمی‌ همخوانی داشت.  )نگاه کنید به پی ­نوشت د(

البته از یاد نبریم که بکارگیری ابزار‌هایی‌ نو و کشفِ عناصرِ جدید هم، یکی‌ پس از دیگری، موجب گسترش جدول مندلیف شدند.[۴۴]

بوجود آمدن الگویِ اتمیِ‌ بوهر موجبِ شناختِ بیشتری از چگونگیِ‌ کارکردِ جدولِ عناصر شد. آن جدول دو شاخصه­ ی کلیدی عناصر را به نحوی سیستماتیک طبقه ­بندی ‌‌کرد: وزنِ اتمی[۵۳]‌ آنها و خواصِ شیمیایی ­شان را.

عملکردِ شیمیایی هر عنصری بازتابی از درهم­ کنشِ دو یا بیشتر الکترون، در هر اتم اند.

کلیدِ شناخت آنکه اتم‌ ها چگونه در هم ترکیب می ­شوند در این واقعیت است که “شمارگانِ جادویی[۶۰]”  برخی‌ الکترون‌ ها در هر اتمی از شمارگانِ دیگر پایدار­تر است. پایدارترین یا باثبات ‌ترین چیدمانِ الکترون ­ها، دقیقا شمارگانِ ۲، ۱۰، ۱۸، ۳۶ ، ،۵۴ یا ۸۶ الکترون‌ دارند[۶۱].

می ­توان به فعل ­و ­انفعالاتِ شیمیایی‌ به نحوی نگریست که اتم­ ها در ­پیوند یا در بهم ­پیوستگی[۶۲] با دیگر اتم­ ها، برای ثباتی بیشتر در جستجوی این “شمارگان جادویی” هستند، یعنی‌ چیزی که پیوند یا بهم ­پیوستگی شیمیایی‌  نامیده می ­شود.[۶۳])نگاه کنید به پی­ نوشت د(

همانگونه که پیشتر اشاره کردم، فن آوران نانو برای مهندسی مواد، بیش و پیش از هرچیز، به عنوان نخستین نکته، به الکترون ‌های بیرونی ‌ترین مدار اتم‌ ها می اندیشند[۶۴]. نکته دوم و بنیادین برای دانشمندان علم نانو، پیوند الکترون هاست[۶۵].

از آنجا که اتم ‌ها در جستجوی آن اعداد جادویی هستند، برای ثبات گرایش به پیوند با دیگر اتم‌ ها دارند. برای نمونه عناصری در ستون نخستین چپ جدول مندلیف که تنها یک الکترون در بیرونی ‌ترین مدار خود دارند، بسادگی گرایش به پیوند با عناصری دارند که در بیرونی ‌ترین مدار خود، یک الکترون کم دارند. نمک معمولی یعنی کلرید سدیم نمایشگر پیوندی بین سدیم با یک الکترون در مدار بیرونی خود و کلری با هفت الکترون در بیرونی ‌ترین مدار خود می باشد که در پیوند، هر دو عنصر به یکی از همان اعداد جادویی می رسند. در چنین پیوندی شیمیایی که پیوند یونی نامیده می شود، ثبات شکل گرفته است.

بدلیل اهمیت پیوند‌های شیمیایی در علم نانو و بویژه در رویکرد پایین به بالا در فن آوری نانو که در سرتاسر این کتاب به آن پیوندها اشاره خواهم داشت[۶۶]، در اینجا باز هم نیاز به توضیحاتی پیرامون پیوند‌هایی شیمیایی، که همگی در جستجوی ثبات اند، می بینم. 

کلیدِ درکِ چنین پیوندها یا چنین بهم­ پیوستگی ‌ها را در انرژی می­ توان جستجو کرد: یعنی تمامِ سیستم‌ هایِ طبیعی، گرایش به ثبات در حالت پایین‌ ترین تراز انرژی[۶۷] دارند.

چیدمانِ الکترون‌ ها  در هر اتم شبیه به موقعیتِ سنگ‌ هایِ آن دره هستند.

اتم‌ ها سه استراتژی و رویکردِ متفاوت[۷۴] برای اتصال و بهم­ پیوستگی (پیوند) به یکدیگر دارند: بهم­ پیوستگیِ یونی، بهم ­پیوستگیِ فلزی و بهم­ پیوستگی (پیوندِ) اشتراکی یا کووالانسی[۷۵] .

همانگونه که پیشتر در مورد نمک معمولی اشاره کردم، پیوندِ یونی‌ یکی‌ از سه نوع بهم­ پیوستگی‌ هایِ شیمیایی اتم­ هاست. اتم‌ ‌هایی‌ که در مدارِ بیرونی شان آن شماره­ ی جادویی از الکترون را دارند، بسیار پایدارند. اتم‌ هایی‌ که یک یا دو الکترون از آن شماره‌ ها کمتر دارند، ناپایدار‌ترینِ[۷۶]  اتم‌ ها هستند.

پیوند‌های یونی‌ ویژگی ‌‌های بارز زیر را دارند. اغلب چنین ویژگی هایی در ابعاد نانو، به کلی تغییر می کنند که در سرتاسر کتاب “سفر به ریزها” بدانها اشاره خواهم داشت. 

دومین نوع پیوند شیمیایی‌ بهم ­پیوستگی ‌هایِ فلزی[۸۷] نام دارد که اتم ‌ها در آن پیوندها الکترون‌ ها را شریک می ­شوند.[۸۸]

 F=m x a  و یا    a=F/m

که a برای شتاب و m برای جرم است و نشان می ‌‌دهد که با اعمال نیرویی ثابت با سبک ­تر کردن و کاهشِ جرم می ­توان شتاب‌ هایِ بالاتری را بدست آورد.[۱۰۳]

پیوند‌هایِ فلزی هم خواص یا خصوصیاتِ ویژه­ ی خود را دارند که آنها نیز در ابعاد نانو تغییراتی عمده دارند.

سومین نوعِ بهم­ پیوستگی‌ های شیمیایی پیوند‌هایِ کووالانسی[۱۰۷] هستند که الکترون ‌ها را به شیوه­ ی دیگری سهیم می­ شوند[۱۰۸].

بیشتر پیوند‌هایِ غیرفلزها کووالانسی هستند.

در اینجا بهتر است اشاره کنم که بسیاری از ملکول‌ های بزرگ تری که در سفر به ریز‌ها بدانها خواهم پرداخت از قبیل ملکول دی ان‌ ای[۱۱۰] یا پروتیین ها[۱۱۱]، یعنی شکرهایی که کالبد ما را می سازند[۱۱۲]، و همچنین شکرهایی که در فرآیند فتوسنتز بوجود می آیند، همین ثبات پیوندی را به نمایش می گذارند. حتی مصنوعات علم نانو[۱۱۳] از قبیل نانو توپ ‌های کربنی یا نانو لوله‌ های کربنی[۱۱۴] هم ساختارهایی متکی بر پیوند‌های با ثبات شیمیایی ا‌ند[۱۱۵].  نانو لوله‌ های کربنی استحکام بالایی دارند و در تجهیزات ضد گلوله، کامپوزیت‌ های پولیمری و در لاستیک هواپیما کاربرد دارند. 

پیش از ادامه بحث، بخاطر داشته باشیم که در علم نانو، مدیریت سطح تماس دو ماده بهنگام پیوند با یکدیگر[۱۱۶]، یا مدیریت آن پهنه ی مرزی[۱۱۷] بین دو ماده[۱۱۸]، از اهمیت خاصی برخوردار است[۱۱۹]. 

 

تصویر کلاسیک نور 

خوب تا اینجا در مورد بخش‌ های سازنده مواد و پیوند‌های شیمیایی آنها نوشته شد، یعنی پیرامون اجسامی که جرم دارند. اما انرژی چه؟ انتقال انرژی چگونه است[۱۲۰]؟

بهتر می بینم که با مبحث انرژی، رنگ، طیف نوری از منظر موج ‌ها و اشعه‌ های نوری طیف الکترومغناطیسی شروع کنم. چنین بحثی مسلما نیاز به آشنایی با فوتون‌ ها دارد. تصویر موجی فوتون ‌ها در طیف الکترومغناطیسی، نوسانی هم در حوزه الکتریکی و هم در حوزه مغناطیسی دارد[۱۲۱].

 

فن آوری نانو و تاثیر فتوالکتریک[۱۳۲] 

ما تا بحال در مورد نور به عنوان موج اشاره داشته ایم که البته مفهومی بسیار سودمند برای علم نانوست. آلبرت اینشتین برای کشفیات علمی خود و بینش ‌های ویژه اش معرف همه هست، اما در مورد یکی از مباحث علمی وی پیرامون تاثیر فتوالکتریک[۱۳۳] کمتر نوشته شده است[۱۳۴].

این مبحث علمی اینشتین در فن آوری نانو بسیار مفید بوده است.

 

خواص مواد نانویی[۱۴۷] 

ارتباط بین ماده و نور بسیار مهم است زیرا که ما در علم و فن آوری نانو همواره سعی در مهندسی موادی نانویی داریم که قادر به برون فرستی نور و یا انعکاس نور باشند[۱۴۸]. هم چنین مایل هستیم که این مواد بتوانند نور را به جریانی برقی، یا برعکس جریان برقی را به نور تبدیل کنند[۱۴۹]. 

جالب اینجاست که بدانیم که شیشه رنگی هایی[۱۵۰] که قرن هاست برای کلیسا‌ها ساخته شده ا‌ند، از نظر علمی بخاطر تاثیر‌های نانویی ذرات فلزات است، که رنگین هستند. این یعنی خمیری که هنرمندان شیشه رنگی ساز، برای مثلا رنگ‌ های سرخ یا زرد، تهیه می کنند، در واقع ذرات ریز فلزاتی هستند که نوسان‌ های نوری متفاوت دارند[۱۵۱]. امروزه این پدیده تاثیر‌های نانویی را در حوزه علم، پلاسمونیک[۱۵۲] می نامند که به کارکرد‌های بسته‌ های کوآنتایی انرژی فوتون‌ ها[۱۵۳] اشاره دارد[۱۵۴].

خواص (مکانیکی، برقی، و غیره) معمولی مواد[۱۵۵] که مشهود هستند، در واقع صورت خارجی[۱۵۶] درهم کنش هایی در مقیاس ‌های طولی نانویی هستند. برای توضیح ساده تر چنین پدیده ای، یکی از راه‌ ها مشاهده موادی است که از نظر ترکیبی (در جدول مندلیف) یکسان هستند اما خواص بسیار متفاوتی را، بدلیل نوع پیوند شیمیایی شان، به نمایش می گذارند. نمونه ای خوب، عنصر کربن است که در گروه چهارم جدول عناصر قرار دارد و ماده ی سازنده ی الماس است. همانطور که پیشتر اشاره کردم، کربن می تواند پیوند هایی کووالانسی برای رسیدن به همان اعداد جادویی داشته باشد. همه می دانیم که الماس ماده ای شفاف و بسیار سخت است و دلیل سختی الماس در ساختار منظم قرینه وار آن ماده، در سویه ‌های متفاوت و همچنین در شکل گیری نوعی قرینگی کروی آن است که متشکل از شش ضلعی و پنج ضلعی هایی منظم است. چنین ساختاری هیچ سطح مشخصی آسیب پذیر یا  صدمه پذیر ندارد. 

اما در عین حال ما گرافیت[۱۵۷] را داریم که برساخته کربن است و در نوک مداد استفاده می شود. نوشتم که گرافیت کربن پایه است و از همان ماده ای ساخته شده که الماس را می سازد، اما گرافیت بنحوی باورنکردنی متفاوت است. گرافیت برخلاف الماس، نرم و کدر است. خوب این چگونه است[۱۵۸]؟

برای پاسخ، نیاز به شناخت ساختار مقیاس نانویی گرافیت داریم. در ساختار گرافیت، اتم‌ های کربن بر روی صفحه ای با یکدیگر پیوند می خورند و این صفحات بنحوی لایه لایه[۱۵۹] و افقی بر روی یکدیگر می نشینند و می توانند بر یکدیگر بلغزند[۱۶۰]. نیروهای درهم کنشی چنین صفحاتی مسطح و افقی، در مسیر و راستای عمودی ضعیف تر هستند[۱۶۱].

از سویی دیگر همین پیوندها در مقیاس‌ های نانویی صفحه ای، برای رسیدن به خواصی کاملا متفاوت در ماده ای دیگر بنام گرافین[۱۶۲]، مورد استفاده است که در طراحی و  مهندسی نانوساختار توپ ‌های کربنی[۱۶۳] و نانو لوله‌ های کربنی[۱۶۴] استفاده می شوند[۱۶۵]. خواص نوری و برقی[۱۶۶] گرافین هم بسیار از الماس متفاوت است[۱۶۷]. در الماس، ما نیاز به فوتون هایی در طول موجی فرابنفش و کوتاه تر داریم تا به درجه ای از تهییج برای جذب نور برسیم[۱۶۸]، در حالیکه در گرافین و همچنین در گرافیت، ما بسیاری الکترون ‌های در دسترس داریم که گرافین و گرافیت را عمدتا به موادی رسانا تبدیل می کند. این خاصیت، بسادگی برای جریان برق و همچنین جهت جذب نور در طول موج ‌های متفاوت یا گوناگون، مورد استفاده است. 

عکس بالا نانو لوله‌ های کربنی (بالا دست راست،) نانو توپ‌ های کربنی (بالا دست چپ) و گرافیت (پایین) را نشان می دهد 

 

دنیای کوآنتومی

یکی از هیجان انگیز‌ترین حوزه‌ های فن آوری نانو، پژوهش و استفاده از موادی نانوساختاری[۱۶۹] است. تاثیر‌های کوآنتومی[۱۷۰] ساختار‌ها، در چنین مقیاس‌ های طولی نانویی پدیدار می شوند[۱۷۱]. پژوهش ‌ها به دانشمندان نانو توانایی کنترل بر کارکرد مواد را می دهند و همچنین مهارتی فنی را می دهند تا موادی را با خواص طراحی شده ی نوین[۱۷۲]، مهندسی کنند.

تصویری نوین از توزیع موجی الکترونی 

 

 

در پایان این فصل کتاب و برای نوعی جمع بندی آنچه در این مقاله و این فایل صوتی اشاره کردم اینکه:

۱- بسیاری از خواص موادی[۲۰۰] که ما در ابعاد روزمره مشاهده یا تجربه می کنیم از قبیل سختی، انعطاف، سنگینی، رنگ، و غیره، در واقع از خواصی در مقیاس‌ های نانویی مواد و در برهم کنش با حس ‌های ما پدیدار می شوند[۲۰۱]. چیدمان اتمی آن مواد، مانند نوع پیوند شیمیایی آنها و غیره، همه و همه در مقیاس ‌های نانویی هستند،

۲- اینکه برای مهندسی مواد در دنیای نانو، مفاهیمی از قبیل بسته‌ های کوآنتایی[۲۰۲] الکترون ها، خواص موج ذرّه ای آنها (که تونل زنی کوآنتومی هم نامیده شده،) و توانایی موج‌ های الکترونی برای انتقال انرژی الکتریکی یا برای تراگسیل اطلاعات الکترونیکی[۲۰۳] حائز اهمیتی بسیار هستند،

۳- اینکه فوتون ‌ها در طول موج هایی بلندتر (چند صد نانومتری) هم می توانند موج مانند باشند، اما الکترون‌ ها خاصیت موج مانند و گستره ی فضایی[۲۰۴] خود را تنها در مقیاس‌ های چند نانومتری (که همان تونل زنی کوآنتومی است، و در بخش صنعت الکترونیک و کامپیوتر مطرح می شود ) نمایان می سازند. و بالاخره

۴ – اینکه  در موادی با ساختارهایی نانویی، ما با وفور نسبی سطح در مقایسه با حجم[۲۰۵] آنها روبرو هستیم[۲۰۶] و نتیجتا با همان پدیده اندازه پذیری مواد نانویی[۲۰۷].

همه مفاهیمی که بدان اشاره داشتم، ابزارهایی فنی و روش هایی علمی را در اختیار دانشمندان علم نانو می گذارند تا آنها توانایی طراحی و مهندسی مواد در ابعاد نانو را داشته باشند که در فصل ‌های بعدی بدان‌ ها خواهم پرداخت .

 

وقت و روزگار خوش. دانا و توانا باشید. 

پی­ نوشت د

جدول تناوبی عناصر شیمیایی

———————————–

[۱]

New product development

[۲]

با سپاس از دوست گرامی، جناب اسفندیار منفردزاده، که با مهر و دوستی آهنگ آغازین و پایانی “سفر به ریزها” را برای فایل ‌های صوتی من ساختند. 

[۳]

“The Handbook of Nano Technology, Policy and Intellectual Property Law”, John C. Miller, et al, Hoboken New Jersey: John Wiley and Sons, 2005.

[۴]

چاپ و انتشار این مقالات و فایل‌ های صوتی بدون ذکر نام نویسنده (ر. رخشانی)  و مرجع، و هرگونه استفاده برای مقاصد خصوصی و اهداف انتفاعی بدون گرفتن مجوز از نویسنده اکیدا غیر قانونی است. 

[۵]

برای مقالات علمی من (منجمله این مقاله) به شکل پی دی اف، لطفا به کانال تلگرام “سرشت علم” من مراجعه فرمائید 

https://t.me/natureofscience

[۶]

Sattler, Klaus, D. 21st Century Nanoscience – A Handbook: Industrial Applications. CRC Press, 2020.

[۷]

Sanders, Wesley, C. Basic Principles of Nanotechnology. CRC Press, 2018.

[۸]

Nanoworld Building Blocks

[۹]

Taylor, Mark C. The Moment of Complexity. Chicago, The University of Chicago Press, 2001.

[۱۰]

Sanders, Wesley, C. Basic Principles of Nanotechnology. CRC Press, 2018.

[۱۱]

Building blocks

[۱۲]

Frankel, Felice, C. and Whitesides, George, M. No Small Matter: Science on the Nanoscale. Belknap Press of Harvard University, 2009.

[۱۳]

Callister, William, D. and Rethwisch, David, G. Materials Science and Engineering. John Wiley & Sons, 2010.

[۱۴]

لطفا به مقالات و فایل‌ های صوتی ۱۵، ۱۶، ۱۷ و ۲۴ “سرشت علم” من در تلگرام رجوع و گوش کنید. 

https://t.me/natureofscience

[۱۵]

Particle physics

[۱۶]

Sattler, Klaus, D. 21st Century Nanoscience – A Handbook: Industrial Applications. CRC Press, 2020.

[۱۷]

Green, Dan. Physics: Why Matter Matters!, Kingfisher, 2008.

[۱۸]

Hornyak, Gabor, L. and Dutta, Joydeep, and Tibbals, H. F. Introduction to Nanoscience. CRC Press, 2008.

[۱۹]

Mendeleev periodic table of elements

[۲۰]

لطفا به مقاله و فایل‌ صوتی ۲۰ “سرشت علم” من در تلگرام رجوع و گوش کنید. 

https://t.me/natureofscience

[۲۱]

Common chemical properties

[۲۲]

Sargent, Ted. Dance of the Molecules: How Nanotechnology is Changing Our Lives. Avalon, New York, 2006.

[۲۳]

Natelson, Douglas. Nanostructures and Nanotechnology. Cambridge University Press, 2015.

[۲۴]

Niels Bohr

[۲۵]

Huang, Wen, and Shao, Song, and Ye, Xiangdong. Nil Bohr – Sets and Almost Automorphy of Higher Order (memoirs of the American Mathematical Society.) American Mathematical Society Publication, 2016.

[۲۶]

Ground state

[۲۷]

Excited state

[۲۸]

An electron jumping from one orbit to a lower energy orbit

[۲۹]

Kragh, Helge. Niels Bohr and the Quantum Atom: The Bohr Model of Atomic Structure 1913-1925. Oxford University Press, 2012.

[۳۰]

Electromagnetic potential energy

[۳۱]

Light-matter interactions

[۳۲]

Einstein, Rutherford and Planck

[۳۳]

Discrete packets called Quanta

[۳۴]

Heilbron, J. L. Rutherford-Bohr Atom: American Journal of Physics, Volume 49, 1981.

[۳۵]

Quantum jump

[۳۶]

Trefil, J.S. and Hazen, R.M. The Sciences, An Integrated Approach, 2nd Edition. Chapter 7. New York: Wiley, 1997.

[۳۷]

Tong, Xin, and Wang, Zhiming. Core/ Shell Quantum Dots: Synthesis, Properties and Devices. Springer, 2020.

[۳۸]

Photon

[۳۹]

Gordin, Michael, D. A Well-Ordered Thing: Dmitrii Mendeleev and the Shadow of the Periodic Table. Princeton University Press, 2018.

[۴۰]

لطفا به مقاله و  فایل‌ صوتی ۲ “سرشت علم” من در مورد روش علمی در تلگرام رجوع و گوش کنید. 

https://t.me/natureofscience

[۴۱]

Synthesis as the 2nd step in Scientific Method cycle

[۴۲]

Anomalies

[۴۳]

Synthesis is the second step in the Scientific Method cycle, followed by Hypothesis and Prediction as 3rd and 4th steps respectively

[۴۴]

Van Spronsen, J.W. The Periodic System of Chemical Elements. New York: Elsevier, 1969.

[۴۵]

Flame spectroscopy

[۴۶]

Inert gases

[۴۷]

Fluorine isolation

[۴۸]

Henri Moissan

[۴۹]

Banks, Ronald, E. Fluorine: The First 100 years / 1886-1986. Elsevier, 1986.

[۵۰]

Marie and Pierre Curie

[۵۱]

Birch, Beverly, and Birmingham, Christian. Marie Curie’s Search for Radium. B. E. S. Publisher, 1996.

[۵۲]

Pflaum, R. Grand Obsession: Madame Curie and Her World. New York: Doubleday, 1989.

[۵۳]

Atomic weight

[۵۴]

Rutherford, Ernest. Radioactive Transformations (Classic Reprint.) Forgotten Books, 2016.

[۵۵]

Atomic number

[۵۶]

Ions

[۵۷]

Strathern, Paul. Mendeleyev’s Dream: The Quest for the Elements. Pegasus Books, 2019.

[۵۸]

Mendeleev, Dmitri Ivanovich, and Jensen, William, B. Mendeleev on the Periodic Law: Selected Writings, 1869 – ۱۹۰۵٫ Dover Publications, 2005.

[۵۹]

Similar arrangements of outer electrons

[۶۰]

Magic numbers

[۶۱]

Kawazoe, Y. and Kondow, T. and Ohno, Kauro. Clusters & Nanomaterials. Springer, 2001.

[۶۲]

Bonding

[۶۳]

لطفا به مقاله و  فایل‌ صوتی ۲۱ “سرشت علم” من در تلگرام رجوع و گوش کنید. 

https://t.me/natureofscience

[۶۴]

Lindsay, Stuart. Introduction to Nanoscience. Oxford University Press, 2009.

[۶۵]

Sattler, Klaus, D. 21st Century Nanoscience – A Handbook: Design Strategies for Synthesis and Fabrication. CRC Press, 2019.

[۶۶]

Sattler, Klaus, D. 21st Century Nanoscience – A Handbook: Exotic Nanostructures and Quantum Systems. CRC Press, 2020.

[۶۷]

State of lowest energy

[۶۸]

Boulders

[۶۹]

Gravitational potential energy

[۷۰]

Inert gases

[۷۱]

Kitten, Primrose. Atoms, Electrons, Structure and Bonding: The Workbook. Independently Published, 2017.

[۷۲]

Release of energy

[۷۳]

Manyanga, Dr. Fidelis, and Sithole, Dr. Alec. Quantum Mechanical Model of the Atom, Electron Configurations and Chemical Periodicity. CreateSpace Independent Publishing Platform, 2014.

[۷۴]

Stewart, Angus. IBDP SL Chemistry (chemical Bonding and Structure): Topic 4 . Amazon.com LLC, 2020.

[۷۵]

Ionic bonding, metallic bonding, and covalent bonding

[۷۶]

The most unstable

[۷۷]

Violent

[۷۸]

Charged ions

[۷۹]

Alkali metals

[۸۰]

Halogens

[۸۱]

Quartz

[۸۲]

Corundum or Al۲O۳ in ruby and sapphire

[۸۳]

Coulomb’s Law

[۸۴]

لطفا به مقاله و  فایل‌ صوتی شماره ۹  “سرشت علم” من در تلگرام رجوع و گوش کنید. 

https://t.me/natureofscience

[۸۵]

Hard but brittle

[۸۶]

Insulators

[۸۷]

Metallic bonds

[۸۸]

Winter, Mark, J. Chemical Bonding. Oxford University Press, 2016.

[۸۹]

Unbounded electrons

[۹۰]

Positively charged islands

[۹۱]

Hoch, Constantin. Compounds with Polar Metallic Bonding. MDPI AG, 2019.

[۹۲]

Less than half full

[۹۳]

Brass

[۹۴]

Copper

[۹۵]

Zinc

[۹۶]

Bronze

[۹۷]

Tin

[۹۸]

Pewter

[۹۹]

Antimony

[۱۰۰]

Lead

[۱۰۱]

Alloy

[۱۰۲]

Dill, Ken, A. and Bromberg, Sarina. Molecular Driving Forces: Statistical Thermodynamics in Biology, Chemistry, Physics, and Nanoscience, 2nd Edition. Garland Science, 2010.

[۱۰۳]

Hoffmann, R. The Same and Not the Same. New York: Columbia University Press, 1995.

[۱۰۴]

Malleability

[۱۰۵]

Fisher, David. Bonding by Self-Propagating Reaction. Materials Research Foundation, 2019.

[۱۰۶]

Conductor

[۱۰۷]

Covalent bonds

[۱۰۸]

Frenking, Gernot. The Chemical Bond. Wiley – VCH, 2014.

[۱۰۹]

Versatile

[۱۱۰]

Douglas, Kenneth. DNA Nanoscience: From Prebiotic Origins to Emerging Nanotechnology. CRC Press, 2017.

[۱۱۱]

Jain, Kewal, K. The Handbook of Nanomedicine. Humana Press, 2017.

[۱۱۲]

Alivisatos, A. Paul. Less is More in Medicine. Scientific American 17, 2007.

[۱۱۳]

Cui, Zheng. Nanofabrication: Principles, Capabilities and Limits. Springer, 2017.

[۱۱۴]

Buckyballs and buckytubes

[۱۱۵]

House, James, E. Inorganic Chemistry. Academic Press, 2012.

[۱۱۶]

Mallouk, Thomas, E. and Sen, Ayusman. How to Build Nanotech Motors. Scientific American, 300, no. 5 (May 6, 2009.)

[۱۱۷]

Management of interface

[۱۱۸]

Sabari Arul, Narayanasamy, and Nithya, Vellalapalayam Devaraj. Revolution of Perovskite: Sysnthesis, Properties and Applications. Springer, 2020.

[۱۱۹]

Robinson, A. L. Electron Microscope Inventors Share Nobel Physics Prize. Science 234, 1986.

[۱۲۰]

Sinha, Shweta. Exploring Heat Light Sound Energy. The Energy and Research Institute, TERI. 2016.

[۱۲۱]

Witte, Robert, A. Spectrum and Network Measurements. SciTech Publishing, 2014.

[۱۲۲]

Monochromatic

[۱۲۳]

Branley, Franklyn Mansfield, and Dank, Leonard. The Electromagnetic Spectrum: Key to the Universe. Ty Crowell Company, 1980.

[۱۲۴]

Dill, Ken, A. and Bromberg, Sarina. Molecular Driving Forces: Statistical Thermodynamics in Biology, Chemistry, Physics, and Nanoscience, 2nd Edition. Garland Science, 2010.

[۱۲۵]

Kolsrud, Arild. The Electromagnetic Frequency Spectrum of North America: Desk Reference for What Can be Found on the Airways. Independently Published, 2019.

[۱۲۶]

Infrared

[۱۲۷]

Infrared or thermal signature

[۱۲۸]

With precision

[۱۲۹]

Finer spatial resolution

[۱۳۰]

Ultraviolet light

[۱۳۱]

X rays

[۱۳۲]

Nanotechnology and photoelectric effect

[۱۳۳]

Cornelius, David William. The Study of the Velocity of Electrons in the Photo-Electric Effect, as a Function of the Wave-Lengths of the Light. Franklin Classics, 2019.

[۱۳۴]

Raza, Hassan. Nanoelectronics Fundamentals: Materials, Devices and Systems (Nanoscience and Technology.) Springer, 2019.

[۱۳۵]

Ran, Fen, and Chen, Shaowei. Advanced Nanomaterials for Electrochemical Energy Conversion and Storage. Elsevier, 2019.

[۱۳۶]

Raza, Hassan. Nanoelectronics Fundamentals: Materials, Devices and Systems (Nanoscience and Technology.) Springer, 2019.

[۱۳۷]

Emissions of electrons

[۱۳۸]

لطفا به مقاله و  فایل‌ صوتی شماره ۲۸ “سرشت علم” من در تلگرام رجوع و گوش کنید. 

https://t.me/natureofscience

[۱۳۹]

Stone, Douglas, A. Einstein and the Quantum: The Quest of the Valiant Swabian. Princeton University Press, 2015.

[۱۴۰]

Threshold energy level

[۱۴۱]

Seeman, Nadrian, C. Structural DNA Nanotechnology. Cambridge University Press, 2016.

[۱۴۲]

Atkins, Peter, and de Paula, Julio, and Friedman, Ron. Quanta, Matter and Change: A Molecular Approach to Physical Chemistry. W. H. Freeman, 2008.

[۱۴۳]

Maggiore, Michele. Gravitational Waves: Volume 1: Theory and Experiments. Oxford University Press, 2007.

[۱۴۴]

Thermal imaging

[۱۴۵]

Thayalan, K. The Physics of Radiology and Imaging. Jaypee Brothers Medical Publishers, 2016.

[۱۴۶]

Ahmad, Shamim, I. Ultraviolet Light in Human Health, Diseases and Environment. Springer, 2017.

[۱۴۷]

Vollath, Dieter. Nanomaterials: An Introduction to Sysntrhesis, properties and applications. Wiley – VCH, 2013.

[۱۴۸]

Trimbakrao, Suresh. Nanomaterial Synthesis, Characterization and its Applications: A Scientific Approach. LAP Lambert Academic Publishing, 2019.

[۱۴۹]

Scheer, Elke, et al. Molecular Electronics: An Introduction to Theory and Experiment (World Scientific Series in Nanoscience and Nanotechnology.) WSPC, 2017.

[۱۵۰]

Stained glass

[۱۵۱]

Klabunde, Kenneth, J. and Richards, Ryan, M. Nanoscale Materials in Chemistry. Wiley, 2009.

[۱۵۲]

Plasmonics

[۱۵۳]

Jacak, Witold, A. Quantum Nano-Plasmonics. Cambridge University Press, 2020.

[۱۵۴]

Hentschel, Klaus, and Hentschel, Ann, M. Photons: The History and Models of Light Quanta. Springer, 2018.

[۱۵۵]

Ordinary properties of materials

[۱۵۶]

Manifestations

[۱۵۷]

Graphite

[۱۵۸]

Wang, Aiqin, and Wang, Wenbo. Nanomaterials from Clay Minerals: A New approach to Green Functional Materials. Elsevier, 2019.

[۱۵۹]

Layered

[۱۶۰]

Can slide horizontally

[۱۶۱]

Cao, Guozhong, and Wang, Ying (Jane.) Nanostructures and Nanomaterials: Synthesis, Properties and Applications. World Scientific Publishing Company, 2010.

[۱۶۲]

Graphene

[۱۶۳]

Bucky balls

[۱۶۴]

Bucky tubes

[۱۶۵]

Torres, Luis, E. F. and Roche, Stephen, and Charlier, Jean-Christophe. Introduction to Graphene-based Nanomaterials: From Electronic Structure to Quantum Transport. Cambridge University Press, 2020.

[۱۶۶]

Optical and electrical properties

[۱۶۷]

Voigtlaender, Bert. Atomic Force Microscopy (Nanoscience and Technology.) Springer, 2019.

[۱۶۸]

Paul, Harry, and Jex, Igor. Introduction to Quantum Optics: From Light Quanta to Quantum Teleportation. Cambridge University Press, 2004.

[۱۶۹]

Nanostructured materials

[۱۷۰]

Quantum effects

[۱۷۱]

Wang, Xiaodong, and Wang, Zhiming, M.  Nanoscale Thermoelectrics. Springer, 2013.

[۱۷۲]

New designer properties

[۱۷۳]

Quantum dots

[۱۷۴]

Efros, Alexander, L. and Lockwood, D. J. and Tsybeskov, Leonid. Semiconductor Nanocrystals: From Basic Principles to Applications. Springer, 2013.

[۱۷۵]

Harrison, Paul, and Valavanis, Alex. Quantum Wells, Wires and Dots: Theoretical and Computational Physics of Semiconductor Nanostructures. Wiley, 2016.

[۱۷۶]

Wave-particle duality, in Wavicles

[۱۷۷]

Vibrations

[۱۷۸]

Spatial extent

[۱۷۹]

Same chemical composition

[۱۸۰]

Emitting different colors

[۱۸۱]

Different varying particle size

[۱۸۲]

Electron wave

[۱۸۳]

Discrete energy packs called Quanta

[۱۸۴]

Higher energy level

[۱۸۵]

Ezawa, Zyun Francis. Quantum Hall Effects: Recent Theoretical and Experimental Developments. WSPC, 2013.

[۱۸۶]

Mukhanov, Viatcheslav, and Winitzki, Sergei. Introduction to Quantum Effects in Gravity. Cambridge University Press, 2007.

[۱۸۷]

Tunable semiconductors

[۱۸۸]

Unavoidable wavelike nature

[۱۸۹]

Specific quantum property

[۱۹۰]

Scheer, Elke, et al. Molecular Electronics: An Introduction to Theory and Experiment (World Scientific Series in Nanoscience and Nanotechnology.) WSPC, 2017.

[۱۹۱]

Quantum tunneling

[۱۹۲]

Haar, Ter, D. Problems in Quantum Mechanics: Third Edition. Dover Publications, 2014.

[۱۹۳]

Waves and particles into wavicles

[۱۹۴]

Electrons’ wave-particle dual nature

[۱۹۵]

A few nanometer length scale

[۱۹۶]

Jacak, Witold, A. Quantum Nano-Plasmonics. Cambridge University Press, 2020.

[۱۹۷]

Nanoscale semiconductor design

[۱۹۸]

Periodic super table of nano-elements

[۱۹۹]

Properties of elements

[۲۰۰]

Properties of materials

[۲۰۱]

لطفا به مقاله و  فایل‌ صوتی شماره ۵۶  “سرشت علم” من در کانال تلگرام رجوع و گوش کنید. 

https://t.me/natureofscience

[۲۰۲]

Quanta

[۲۰۳]

Electronic information transfer

[۲۰۴]

Spatial extent

[۲۰۵]

Kolasinski, Kurt, W. Surface Science: Foundations of Catalysis and Nanoscience. Wiley, 2020.

[۲۰۶]

Kattan, Peter, I. Ratio of Surface Area to Volume in Nanotechnology and Nanoscience (Basic Nanomechanics Series.) Petra Books, 2011.

[۲۰۷]

Commensurability of nanomaterials

فصل اول سفر به ریزها؛ آشنایی سیستمی با علم و فن آوری نانو

خروج از نسخه موبایل