از خودآرایی كمی بیشتر بدانیم
خودآرایی روش ساختی است كه در آن اجزاء مختلف (چه به صورت تك به تك و چه به صورت متصل به هم) به صورت خود به خودی ساختار به هم پیوسته منظمی را تشكیل می‌دهند، اما این روش ساخت تنها در مقیاس نانو كاربرد ندارد بلكه در مقیاسهای بسیار بزرگتر هم به كار می‌رود...

 از خودآرایی كمی بیشتر بدانیم

خودآرایی روش ساختی است كه در آن اجزاء مختلف (چه به صورت تك به تك و چه به صورت متصل به هم) به صورت خود به خودی ساختار به هم پیوسته منظمی را تشكیل می‌دهند، اما این روش ساخت تنها در مقیاس نانو كاربرد ندارد بلكه در مقیاسهای بسیار بزرگتر هم به كار می‌رود (مثال آهنرباها و سایر مثالهای جلسه قبل كه یادتان هست). شكل 1 نمونه‌های دیگری را به همراه مقیاس آنها نمایش می‌دهد.
 


شكل 1: نمونه‌هایی از خودآرایی در ابعاد میلی‌متر

البته می‌شود گفت كه ابتدا این روش ساخت در مقیاس نانو مشاهده و درك شد و پس از آن مانند بسیاری دیگر از فعالیتهای بشر كه سعی در شبیه‌سازی و استفاده از روشهای طبیعی را دارند، شبیه‌سازی و در مقیاسهای بزرگتر پیاده‌سازی شد. یكی از طرحهای تحقیقاتی در این زمینه كه بسیار جالب توجه است و برای بررسی بر روی ساختارهای خود آرا راه‌اندازی شده است، طرحی است در دانشگاه واشنگتن به نام اجزاء خود سازمان‌ده قابل برنامه ریزی كه در شكل 2 یكی از اجزاء آن كه به عنوان شبیه‌سازی یك ساختار مثلثی استفاده شده است را می‌بینید (برای آشنایی بیشتر حتما یك سری به سایت این تحقیق بزنید).
 


شكل 2: اجزاء یكی از قسمتهای طرح دانشگاه واشنگتن


خودآرایی از لحاظ علمی جذاب و از دیدگاه فناوری مهم است. چون:
1- در زندگی ما مهم است. سلولها به طرز حیرت‌آوری از مواد پیچیده‌ای نظیر بافتهای چربی، پروتئینها، ساختارهای اسیدی و بسیاری موارد دیگر كه توسط خودآرایی ساخته می‌شوند تشكیل یافته‌اند.
2- خودآرایی روشی برای ساخت موادی با ساختارهای منظم نظیر كریستالهای مولكولی، كریستالهای مایع و نیمه كریستالها است و این ساختارهای منظم بسیار پر كاربردند.
3- كاربردهای بسیاری در مواد با سایزهای بزرگتر دارند و امكان استفاده از آن در مواد دیگر و همچنین كاربرد آن در مبحث مواد چگال نیز وجود دارد.
4- به نظر می‌آید این روش یكی از پركاربردترین روشهای ساخت در مقیاس نانو است.

با توجه به این موارد می‌توان گفت كه خودآرایی در زمینه‌های بسیاری نظیر شیمی، فیزیك، بیولوژی، علم مواد، نانوتكنولوژی و ساخت بسیار پركاربرد و مهم است.

اصول خودآرایی مولكولی
همانطور كه گفتیم تاریخچه خودآرایی مربوط به مطالعات بر روی مولكولها می‌شود. موفقیت آمیز بودن خودآرایی در یك سیستم مولكولی به پنج مشخصه سیستم مربوط است:
1- اجزای سیستم: یك سیستم خودآرا از گروههای مولكولی و یا بخشهایی از درشت-مولكولها تشكیل شده است كه با یكدیگر در تعاملند. این مولكولها یا درشت-مولكولها می‌توانند یكسان و یا متفاوت باشند و تعامل بین آنها منجر به تغییر از یك حالت با سازماندهی كمتر (مانند محلول) به یك حالت منظمتر (مانند كریستال) می‌شود.
2- تعامل بین آنها: خودآرایی هنگامی رخ می‌دهد كه مولكولها به تعادلی در بین نیروهای جاذبه و دافعه مولكولی می‌رسند كه این نیروها ضعیف و از نوع غیر كووالانسی (مانند نیروهای آبگریزی) هستند.
3- بازگشت‌پذیری (یا انطباق پذیری): در خودآرایی برای اینكه ساختارهای منظم به وجود آید می‌بایست تجمع مولكولی بازگشت‌پذیر بوده و اجزا بتوانند جای خود را در ساختار ایجاد شده اولیه تغییر داده و تنظیم كنند. به همین خاطر مقاومت قیدهای بین اجزا باید در حدود نیروهایی باشد كه می‌خواهد آنها را از هم جدا كند. به عنوان مثال فرآیندی كه در آن مولكولها به طور بازگشت‌ناپذیر به یكدیگر می‌چسبند به جای كریستال به ما شیشه می‌دهد (شكل 3)!
 


شكل 3: اثر بازگشت‌پذیری در تولید كریستال

4- محیط: خودآرایی مولكولی معمولا در یك محلول و یا رابطی كه امكان حركت را به اجزا می‌دهد اتفاق می‌افتد و تعامل اجزا با محیط بر روی سرعت فرایند تا‌ثیر زیادی دارد.
5- جابجایی جرم: برای اینكخه خودآرایی رخ دهد مولكولها باید در حركت باشند.

روشهای بسیاری وجود دارد كه این خصوصیات در آنها به طرز مناسبی كنار یكدیگر قرار گرفته‌اند و به همین خاطر است كه محصولاتی كه به روش خود آرا ساخته شده باشند بسیار متنوع هستند. این محصولات را می‌توان در دسته‌بندیهای دو بعدی و سه بعدی، تك لایه یا چند لایه، نانو تا میكرو و بزرگتر و ... تقسیم بندی كرد.
می‌خواستیم در این جلسه یكی از روشهای خودآرایی را ارائه كنیم اما چون انتخاب یك روش كمی سخت بود در نهایت تصمیم گرفتیم كه در جلسه آینده كه كاربردهای مواد خودآرا را بیان می‌كنیم در هر مورد نام روش استفاده شده و خلاصه‌ای از نحوه عمل آنها را بگوییم. اما به عنوان پایان این جلسه شكلی از نحوه تشكیل یك ساختار خود آرای تك لایه را بدون توضیحی در متن (البته خود شكل و توضیحاتی كه در آن آورده‌ایم گویاست) ارائه می‌كنیم.


شكل 4: نحوه تشكیل ساختار خودآرای تك لایه

 منبع:

http://www.nanoclub.ir/modules.php?name=News&file=article&sid=106

 

نوشته شده در تاریخ پنجشنبه 26 آبان 1390    | توسط: سیدمحمدامین شاهمرادی    |    | لطفا نظر بدهید()