نیازمندیها | نیازمرکزی
   
 
شرح مقاله

روش هاي ساخت و کاربردها





لينک کوتاه اين مقاله :
http://www.niazemarkazi.com/papers/10001493.html

 (بوسيله پي دي اف ساز شماره 1 ) PDFدريافت اين مقاله به صورت فايل   دريافت اين مقاله به صورت فايل پي دي اف بوسيله پي دي اف ساز شماره 2 ترجمه متن اين مقاله به زبان انگليسي روش هاي ساخت و کاربردها

روش هاي ساخت و کاربردها

نقاط کوانتومي ــ يا نانوکريستال ها ــ در دستهٔ نيمه رساناها جاي مي گيرند. نيمه رساناها اساس صنايع الکترونيک جديد هستند و در ابزارهايي مانند ديودهاي نوري و رايانه هاي خانگي به کار گرفته مي شوند. اهميت نيمه رساناها در اين است که رسانايي الکتريکي اين مواد را مي توان با محرک هاي خارجي مانند ميدان الکتريکي يا تابش نور تغيير داد، تا حدي که از نارسانا به رسانا تبديل شوند و مانند يک کليد عمل کنند. اين خاصيت، نيمه رساناها را به يکي از اجزاي حياتي انواع مدارهاي الکتريکي و ابزارهاي نوري تبديل کرده است.

نقاط کوانتومي، به خاطر کوچک بودنشان، دستهٔ منحصربه فردي از نيمه رساناها به شمار مي روند. پهناي آنها، بين ۲ تا ۱۰ نانومتر، يعني معادل کنار هم قرار گرفتن ۱۰ تا ۵۰ اتم است. در اين ابعاد کوچک، مواد رفتار متفاوتي دارند و اين رفتار متفاوت قابليت هاي بي سابقه اي در کاربردهاي علمي و فني به نقاط کوانتومي مي بخشد.

کارآيي نقاط کوانتومي به خاطر قابل تنظيم بودن طول موجي است که بيشترين شدت نور را تابش مي کند. وقتي نقاط کوانتومي را با محرک نور ماوراي بنفش وادار به تابش کنيم، اين طول موج، رنگ نقاط کوانتومي را مشخص مي کند مقدار اين طول موج به جنس و اندازهٔ نقاط کوانتومي بسيار حساس است و روش هاي جديد در فناوري نانو، به توليدکنندگان آنها توانايي زيادي در کنترل دقيق اين طول موج بخشيده است. اين خاصيت مهم نقاط کوانتومي، فقط با مکانيک کوانتومي قابل توصيف است که در ادامه به آن اشاره مي کنيم.

الکترون ها در مواد نيمه رسانا ــ در اندازه هاي بسيار بزرگتر از ۱۰ نانومتر ــ بازهٔ مشخصي از انرژي را دارند. وقتي يک الکترون انرژي متفاوتي از الکترون ديگر دارد، گفته مي شود که در يک تراز انرژي متفاوت قرار دارد. خاصيت ذاتي الکترون ها باعث مي شود که بيش از دو الکترون نتوانند در يک تراز انرژي قرار بگيرند. در يک تودهٔ بزرگ از مادهٔ نيمه رسانا، ترازهاي انرژي بسيار نزديک هم هستند؛ آن قدر نزديک که به صورت يک بازهٔ پيوسته توصيف مي شوند، يعني تفاوت انرژي دو تراز مجاور در حدّ صفر است.

خاصيت ديگر موادّ نيمه رسانا اين است که درون بازهٔ پيوستهٔ انرژي هايش يک گپ (شکاف، فاصله) وجود دارد، يعني الکترون ها مجاز به داشتن انرژي در اين گپ نيستند. الکترون هايي که ترازهاي پايين گپ را اشغال مي کنند «الکترون هاي ظرفيت در باند ظرفيت» و الکترون هاي ترازهاي بالاي گپ «الکترون هاي رسانش در باند رسانش» ناميده مي شوند.

در مواد نيمه رسانا به حالت توده اي، درصد بسيار کمي از الکترون ها در نوار رسانش قرار مي گيرند و بيشتر الکترون ها در نوار ظرفيت قرار مي گيرند، به طوري که آنها را تقريباً پر مي کنند. همين پديده باعث مي شود که موادّ نيمه رسانا در حالت عادي (غير برانگيخته) نارساناي جريان الکتريکي باشند. اگر الکترون هاي بيشتري بخواهند در باند رسانش قرار گيرند، بايد انرژي کافي براي بالارفتن از گپ انرژي دريافت کنند. تحريک با نور، ميدان الکتريکي يا گرما مي تواند تعدادي از الکترون ها را از نوار ظرفيت به نوار رسانش بفرستد. در اين حالت، تراز ظرفيتي که خالي مي شود، «حفره» نام دارد، زيرا در طي اين رويداد، يک حفرهٔ موقت در نوار ظرفيت به وجود مي آيد.

تحريکي که باعث جهش الکترون از نوار ظرفيت به نوار رسانش و ايجاد حفره مي شود، بايد انرژي اي بيش از پهناي گپ داشته باشد. انرژي پهناي گپ در نيمه رساناهاي توده اي، مقدار ثابتي است که تنها به ترکيب آن مواد بستگي دارد. الکترون هايي که به نوار رسانش برانگيخته شده اند، بعد از مدتي دوباره به نوار ظرفيت برمي گردند. در اين بازگشت، ابتدا الکترون ها جهش هاي بسيار کوچکي مي کنند و از طريق لرزش هاي گرمايي انرژي شان را به باقي تودهٔ ماده منتقل مي نمايند که در نتيجه انرژي به پايين ترين تراز سطح در نوار رسانش مي رسد و سپس با تابش انرژي به صورت نور، به نوار ظرفيت منتقل مي شوند. از آنجا که گپ انرژي نيمه رسانا کاملاً معين است، نور تنها در طول موج معيني تابش مي شود.

در نقاط کوانتومي امکان تغيير اندازهٔ گپ انرژي وجود دارد. مي توان با اين امکان، طول موج نور تابش شده را تنظيم کرد. نقاط کوانتومي هم از موادّ نيمه رسانا تشکيل شده اند. الکترون ها در نقاط کوانتومي بازه اي از انرژي ها را دارند. مفاهيم تراز انرژي، گپ انرژي، نوار رسانش و نوار ظرفيت هم هنوز معتبرند. با اين حال، يک تفاوت بارز وجود دارد: وقتي يک الکترون به نوار رسانش برانگيخته مي شود، بايد به طور حقيقي، مقداري هم در ماده جابه جا شود. اين فاصلهٔ کوچک را به احترام نيلز بور، فيزيکدان دانمارکي، «شعاع بور» مي نامند. در تودهٔ ماده اين جابه جايي بسيار کوچکتر از ابعاد جسم است، به طوري که الکترون به راحتي مي تواند در ماده به اندازهٔ لازم جابه جا شود.

اما اگر کريستال نيمه رسانا در حدّ شعاع بور کوچک باشد، ديگر قواعد تودهٔ ماده بر آن حاکم نيست. در اين حالت، ديگر نمي توان انرژي هاي مجاز را پيوسته در نظر گرفت و بين هر دو تراز انرژي فاصله مي افتد. تحت اين شرايط، مادهٔ نيمه رسانا ديگر خاصيت هاي حالت توده اي خود را از دست مي دهد. اين اختلاف تأثير زيادي روي شرايط جذب يا تابش نور در نيمه رسانا دارد.

از آنجا که ترازهاي انرژي در نقاط کوانتومي ديگر پيوسته نيستند، کاستن يا افزودن تعدادي اتم به نقطهٔ کوانتومي، باعث تغيير در حاشيهٔ گپ انرژي مي شود. تغيير نحوهٔ چيده شدن اتم ها در سطح نقطهٔ کوانتومي هم باعث تغيير انرژي گپ مي شود، که باز هم به دليل اندازهٔ بسيار کوچک اين نقاط است. اندازهٔ گپ انرژي در نقطهٔ کوانتومي هميشه بزرگتر از حالت تودهٔ ماده است. يعني الکترون ها براي جهش از روي گپ، بايد انرژي بيشتري آزاد کنند. بنابراين، نور تابش شده هم بايد طول موج کوتاه تري داشته باشد، يا به اصطلاح، انتقال به آبي يافته باشد. اين خاصيت باعث ايجاد قابليت تنظيم طول موج تابشي، و در واقع انتخاب رنگ دلخواه براي نقاط کوانتومي مي گردد.

روش ساختن نقاط کوانتومي

براي ساختن نقاط کوانتومي مي توان هم از روش هاي بالا به پايين و هم از روش هاي پايين به بالا استفاده کرد. روش هاي پايين به بالا امکان توليد انبوه و ارزان نقاط کوانتومي را ايجاد کرده اند. مزيت استفاده از روش هاي بالا به پايين، در امکان کنترل بيشتر محل نقاط کوانتومي و جاسازي آنها درون مدارهاي الکترونيکي يا ابزارهاي آزمايش است.

يکي از روش هاي پايين به بالا، سنتز کولوئيدي است. در اين روش، نمک هاي فلزي به صورت محلول تحت شرايط کنترل شده، به حالت بلوري درمي آيند. مهمترين مرحله در اين روش، جلوگيري از بزرگ شدن بيش از حد مطلوب اين بلورهاي نانومتري است که با تغيير دما يا افزودن موادّ خاتمه دهندهٔ واکنش يا تثبيت کننده ها صورت مي گيرد. در اين حالت، براي جلوگيري از به هم پيوستن ذرات کوانتومي، آنها را با يک لايه از سورفَکتنت ها مي پوشانند. هر چه مراحل سنتز دقيق تر کنترل شوند ذرات يکنواخت تري به وجود مي آيند.

سورفَکتنت ها موادي آلي هستند که يک سر قطبي (آب گريز) و يک سر غيرقطبي (آب دوست) دارند. سر قطبي محلول در آب است، اما سر غير قطبي در آب حل نمي شود و به همين علت اين مواد هميشه به سطح آب مي آيند و چون سطح آب محدود است، اين مولکول ها يک لايهٔ نازکِ به هم فشرده و منظم را تشکيل مي دهند. به اين خاصيت «خودساماندهي» مي گويند. انواع مواد شوينده از اين نوع اند. در مواد شوينده سر غيرقطبي به چربي ها و روغن ها مي چسبد و در نتيجه مي توانيم آنها را با آب بشوييم.

نوع خاصي از نشاندن لايه هاي نازک با استفاده از واکنش هاي الکتروشيميايي هم از روش هاي ديگر پايين به بالا براي ساختن نقاط کوانتومي هستند.

در روش هاي بالا به پايين، نقاط کوانتومي به صورت نقطه به نقطه روي سطوح سيليکون حک مي شوند. اين کار با استفاده از ليتوگرافي پرتو الکتروني يا ليتوگرافي قلم آغشته در ابعاد بسيار ريز امکان پذير است. در اين حالت، مي توان به دقت محل قرارگيري نقاط کوانتومي را کنترل کرد و با طراحي مدارهاي مناسب در اطراف آنها، بين يک يا چند نقطهٔ کوانتومي با دنياي ماکروسکوپي ارتباط برقرار نمود.

با استفاده از ليتوگرافي پرتو الکتروني مي توان نقاط کوانتومي را در محل مشخصي حک کرد و با طراحي مدارهاي مناسب اطراف آنها، بين يک يا چند نقطهٔ کوانتومي با دنياي ماکروسکوپي ارتباط برقرار نمود.

کاربردهايي براي نقاط کوانتومي

۱) نشانگرهاي بيولوژيکي

امکان تابش در فرکانس هاي مطلوب، نقاط کوانتومي را ابزاري کارآمد براي نشانه گذاري و تصويربرداري از سلول هاي موجودات زنده ساخته است. مي توان نقاط کوانتومي را به انتهاي بيومولکول هاي بزرگ مانند پروتئين ها يا رشته هاي DNA متصل کرد و از آنها براي شناسايي و رديابي بيماري هاي درون بدن موجودات زنده استفاده کرد. تنوع طول موج هاي تابش نقاط کوانتومي اين امکان را فراهم آورده است که همزمان چندين نشانگر را در اجزاي سلول زنده به کار برد و از نحوه و ميزان برهمکنش آنها مطلع شد.

پيش از اين از مولکول هاي رنگي براي اين کار استفاده مي شد که تنوع کمتري از نقاط کوانتومي از نظر رنگ دارند و بيشتر باعث اختلال در فعاليت سلول هاي زنده مي شوند و براي به کارگيري در درون بدن موجودات زنده مناسب نيستند.

۲) ديودهاي نوراني سفيد

قابليت تنظيم اندازهٔ گپ انرژي با نقاط کوانتومي، اين قابليت را در اختيار ما مي گذارد که آنها را به عنوان ديود نوراني به کار بگيريم. به اين ترتيب، مي توان به بازهٔ بيشتري از رنگ ها دست يافت و منابع نور با کارآيي بسيار بالا ايجاد کرد. همچنين با ترکيب نقاط کوانتومي با ابعاد مختلف، مي توان منابع پربازده براي توليد نور سفيد ايجاد کرد، زيرا همهٔ آنها را مي توان از يک طريق برانگيخت.

مي دانيم که نور سفيد را مي توان به نورهايي با رنگ هاي مختلف تجزيه کرد؛ مانند همان چيزي که در رنگين کمان مشاهده مي کنيم. معکوس اين حالت هم امکان پذير است، يعني مي توان با ترکيب سه پرتو نوري يا بيشتر، با طول موج هاي مختلف، نوري توليد کرد که سفيد به نظر بيايد. با آنکه نقاط کوانتومي در ابعاد مختلف طول موج هاي مختلفي تابش مي کنند، اما همهٔ آنها را مي توان با يک پرتو نور داراي طول موجي در محدودهٔ ماوراي بنفش تحريک کرد. درست مانند شکل (ارلن هاي رنگي) که همهٔ محلول ها تحت تابش يک منبع قرار دارند. حال اگر سه تا از اين محلول ها، و حتي بيشتر، را مخلوط کنيم، با جذب نور ماوراي بنفش، نور سفيدرنگي از خود ساطع مي کنند. چون طيف تابشي نقاط کوانتومي بسيار باريکتر از لامپ هاي التهابي است، ديگر اتلاف انرژي به صورت نور مادون قرمز، که در روشنايي لامپ بي تأثير است، وجود ندارد. در نتيجه، منبع نور سفيد با بازدهي بسيار بيشتري خواهيم داشت.

۳) اتم هاي مصنوعي

باردار کردن نقاط کوانتومي، به علت کوچکي، به سادگيِ باردار کردن اجسام بزرگ نيست. براي اضافه کردن هر الکترون به يک نقطهٔ کوانتومي، بايد بر انرژي الکترواستاتيک بين الکترون هاي روي نقطهٔ کوانتومي غلبه کرد. اين کار را با اِعمال ميدان الکتريکي انجام مي دهند. الکترون هايي که به نقاط کوانتومي اضافه مي شوند، در ترازهاي گسستهٔ انرژي قرار مي گيرند. اين ترازها شبيه ترازهاي مختلف اتم هاي عناصرند. به همين علت، به اين نقاطِ کوانتومي باردارشده «اتم هاي مصنوعي» مي گويند که خواصي متفاوت از اتم هاي عناصر طبيعي دارند. اين اتم ها، امروزه موضوع تحقيقات وسيعي هستند و تعدادي از آنها به نام اولين کسي که اين آزمايش ها را رويشان انجام داده، نامگذاري شده است.

۴) عناصر مدارهاي نوري

يکي از اصلي ترين چالش هاي صنعت ارتباطات، سرعت انتقال داده هاست که در حال حاضر به علت محدوديت طبيعيِ نيمه رساناهاي توده اي در جذب و پاسخ به سيگنال، نمي تواند بيشتر از اين شود. قابليت تنظيم انرژي گپ و به تبع آن طيف جذبي و خواص ويژهٔ نقاط کوانتومي، مي تواند بر اين مشکل فائق آيد. نقاط کوانتومي همچنين قابليت ايجاد ليزرهاي کارآمدتر با اغتشاش کمتر براي ارتباطات سريع تر را فراهم مي کنند.

۵) مولدهاي انرژي خورشيدي

در نبود سوخت هاي فسيلي، يکي از منابع مهم توليد انرژي الکتريکي، تابش خورشيد است. مشکل اصليِ مولدهاي کنونيِ انرژي خورشيدي، هزينهٔ بالا و کارآيي کمِ آنهاست. سلول هاي خورشيدي از موادّ نيمه رسانا تشکيل شده اند که با جذب نور خورشيد، الکترون ها را به ترازهاي باند رسانش هدايت مي کنند و به نحوي باعث ايجاد نيروي محرکهٔ الکتريکي مي شوند. بازدهي سلول هاي خورشيدي توسط طيف جذبي آنها که جزو خواص ذاتي نيمه رساناهاي توده اي است تعيين مي شود. با طراحي نقاط کوانتومي که بيشتر همپوشاني را در طيف جذبي با طيف نور خورشيد داشته باشند، مي توان بازدهي مولدهاي انرژي خورشيدي را تا بيش از ۹۰ درصد افزايش داد.


منابع :
----------------------
aftab.ir
باشگاه دانش آموزی نانو

----------------------

کلمات کليدي :
----------------------
نقاط کوانتومی- نانوکریستال ها- روش ساختن نقاط کوانتومی- کاربردهایی برای نقاط کوانتومی- دیودهای نورانی سفید- نشانگرهای بیولوژیکی- اتم های مصنوعی- مدارهای نوری- مولدهای انرژی خورشیدی
----------------------

نام ثبت کننده مقاله : parvaz2006

اين مقاله 7488 بار مطالعه شده است



مقالات مرتبط

۱۰ روش بين المللي لاغر شدن

همه آنهايي که اضافه وزن دارند و به سلامت خودشان اهميت مي دهند؛ احتمالا با يک قصه پرغصه دست به گريبان اند: رژيمي براي کاهش وزن! اگر اين قصه، غصه شما هم هست؛ بد نيست با اين مطلب، همراه شويد تا ... سري بزنيد به ... ادامه ...

بازرسي با روش گسيل صوتي

روش تست Acoustic emission داراي پتانسيل زيادي براي بسياري از کاربردهاي مهم مي باشد و به عنوان يک روش مهم تستهاي غير مخرب شناخته شده است.پايه ي اين روش بر پايه پديده آزاد سازي سريع انرژي به صورت يک موج الاستيک سر ... ادامه ...

جراحي پلاستيک به روش سياستمداران

بحث درباره زيبايي ظاهري سياستمداران و تاثير اين امر بر محبوبيت آنها بحث تازه اي در دنياي امروز نيست و اين حقيقت که خيلي از آنها پس از کسب عناوين سياسي، سراغ جراحي هاي زيبايي مي روند، گوياي همين مطلب است.... اما جراح ... ادامه ...

شناخت روش هاي آموزش محيط زيست به کودکان

گام بعدي برگه هاي نقاشي است. علاوه بر دفتر نقاشي که براي او مي خريم، برگه هاي باطله يي که يک روي آنها سفيد و قابل استفاده است را دور نريزيم و روي ميز کودک، کنار مداد رنگي هاي او قرار بدهيم تا براي نقاشي از اين برگه ها اس ... ادامه ...

تئوري ساخت ليزر گازي (CO2 (1

وقتي که الکترون در يکي از مدارهاي مجاز يا حالت پايه قرار دارد هيچ انرژي توسط اتم ساتع نمي شود. هر يک از اين مدار هاي مجاز به يک تراز انرژي معين يا حالت انرژي معين مربوط مي شوند. الکترونها و اتم ها با حرکت از يک مدار با ا ... ادامه ...

تئوري ساخت ليزر گازي (CO2 (2

در اينجا به برسي ليزر هاي گازي مي پردازيم. ▪ ليزر هاي گازي: ليزر هايي را که ماده فعال آنها گاز است ، ليزر هاي گازي مي گويند . ليزر هاي گازي معمولا حجيم هستند و و هر چه پر قدرت تر باشند ، اندازه آنها بزرگتر خواهد بو ... ادامه ...

آشنايي با روش هاي تفکيک و تخليص ترکيبات ...

● نگاه کلي شيميدان آلي باتجربه به ندرت واکنش هايي را مي يابد که فقط محصول (يا محصولات)مورد نظرش را توليد کند.علت اين عمل آن است که در مخلوط واکنش همراه با محصول مورد نظر مقادير مختلفي از مواد اوليه تغيير نيافته و ح ... ادامه ...

آشنايي با روش هاي تفکيک و تخليص ترکيبات ...

▪ تقطير جزء به جزء مخلوطهاي دو جزئي و چند جزئي هدف از تقطير ، جداسازي خوراک به بخارهايي از محصولات تقريبا خالص است در تقطير سيستم هاي دو جزئي ، درجه خلوص با کسر مولي جزء سبک در محصول تقطير XO و در محصول ته مانده XB ب ... ادامه ...

آشنايي با حفاري جهت دار (Directional Dri ...

● تعريف: حفاري جهت دار نوعي از حفاري است که در آن مسير چاه بر اساس نقشه اي معين و از پيش طراحي شده، براي رسيدن به ناحيه هدف (Target Area) از حالت عمودي منحرف مي شود. اين نوع حفاري زماني انجام مي شود که بنابه دلايلي هد ... ادامه ...

آشنايي با مفاهيم ايجاد شکستگي هاي مصنوعي ...

● Hydraulic Fracturing از نقطه نظر مهندسي نفت و گاز و بهره برداري از مخازن هيدروکربوري، افزايش بهره دهي در چاه ها به ويژه در چاه هايي با نفوذ پذيري کم يا چاه هاي آسيب ديده يکي از مهمترين اهداف مي باشد. تا به امروز روش ... ادامه ...

گروهبندی


groupاجتماعی
groupفرهنگی
groupمذهب و عرفان
groupصنایع
groupمعرفی شرکتها و ارگانها
groupاقتصادی
groupپزشکی
groupسلامتی و بیماریها
groupمدیریت
groupنرم افزار کامپیوتر
groupبرنامه نویسی
groupسخت افزار کامپیوتر
groupفن آوری اطلاعات
groupفن آوری نوین
groupبرق و الکترونیک
groupتاریخ
groupزندگینامه اشخاص
groupمعرفی مناطق
groupجغرافیا
groupشهر سازی
groupنقشه برداری
groupمعماری
groupعمران
groupمکانیک
groupکشاورزی
groupروانشناسی
groupموسیقی
groupاختر شناسی
groupهنر و ادبیات
groupشعر
groupکار , اشتغال و حرفه
groupنقد فیلم , نقد ادبی
groupتئاتر و سینما
groupآشپزی
groupورزش و بازیها
groupماوراء طبیعت
groupنمونه سوال درسی
groupمسافرت
groupطنز
groupسرگرمی
groupمطالب جالب
groupجملات و مطالب زیبا
groupگوناگون



تذکر بسیار مهم ::
طبق ماده 3 آیین نامه اجرایی ماده 7 قانون حمایت از مصرف کنندگان مسئولیت تبلیغ خلاف واقع بر عهده سفارش دهنده و سازنده آگهی است
قبل از استفاده از وبسایت باید صفحه قوانین و راهنما را به دقت مطالعه نمایید و استفاده از مطالب وبسایت به منزله این است که با تمام موارد ذکر شده موافقت کرده اید

صفحه راهنما صفحه قوانین
مسئولیت آگهی ها به عهده آگهی دهندگان می باشد. لطفآ در کسب اعتبار و اعتماد آگهی دهنده دقت کافی به عمل آوردید.جهت تماس با آگهی دهنده فقط از طریق اطلاعات تماس وی تماس حاصل فرمایید

 ثبت نام | تعرفه ها | تازه ها | قوانین | تماس با ما

NiazeMarkazi
Generated in 0.08seconds