شرح خبر

تولید اجسام سه بعدی در مقیاس نانومتر موضوعی‌است که ذهن بسیاری از دانشمندان را به خود مشغول کرده است. امروزه محققان در آمریکا، چین و کره‌ی جنوبی موفق شده‌اند با استفاده از روش "کمانش فشاری" نمونه‌های متعددی از این دست تولید کنند. در این روش ابتدا ساختار‌های دو بعدی ایجاد کرده و سپس توسط نیرو‌یِ مکانیکی ناشی از تنش، آن‌ها را به اجسام سه بعدی تبدیل می‌نمایند. محققان با استفاده از این روش قادر خواهند بود سلول‌های الکترونیکی‌ای تولید کنند که مشابه شبکه‌هایِ الکترونیکیِ موجود در مغز و عروق عمل می‌کنند.

"میز مایل"، "طاووس" و "ساختمان سه طبقه"، تنها سه نمونه از بیشمار نمونه‌ی خارق‌العاده‌ی سه بعدی‌ای هستند که با فشرده کردن نمونه‌های ساده‌ی دو بعدی ساخته شده‌اند. روش جدیدِ ساختِ این اجسام "کمانش فشاری" (Compressive Buckling) نام دارد که توسط محققان در آمریکا، چین و کره‌ی جنوبی توسعه یافته است. این روش برای ساختِ اجسامی به ابعاد 100 نانومتر استفاده می‌شود. سازندگان این اجسام بر این باورند که ساخت این اجسام می‌تواند در گسترش فن آوری جدید در پزشکی، ذخیره‌سازی انرژی و حتی شبکه‌های الکترونیکیِ شبیه مغز موثر باشد.

میکرو ساختارهای سیلیکونی که با روش کمانش فشاری ایجاد شده اند.

تواناییِ تولیدِ ساختار‌های دقیق سه بعدی در مقیاس میکرومتر یا نانومتر، برای کسانی که در حال ارتقا و رشد تکنولوژی‌هایِ جدید هستند مساله‌ای مهم به‌شمار می‌رود. تعداد روش‌هایِ ساخت، در حال حاضر محدود است. یکی از گزینه‌ها، گسترشِ روش‌های ساختِ ساختار‌هایِ دوبعدی (یا سه بعدیِ بسیار نازک) در مقیاس نانو (مانند تراشه‌های کامپیوتر) است. این کار در ساخت اجسام دقیق و صحیح سه بعدی به ما کمک می‌کند. اما ثابت شده است که این کار زمان‌بر و دشوار بوده و نیازمند ترازبندی لایه‌های دوبعدی روی یکدیگر است. روش‌های دیگر مانند روش چاپ سه بعدی (که در آن ریزش سیال موجب می‌شود که ‌انباشت به شکل مورد نیاز انجام شود) فاقد دقت کافی بوده فقط برای موادی که مانند جوهر انباشت می‌شوند مناسب است.

چالش سیلیکونی !

جان راجرز از دانشگاه ایلنویز می‌گوید : "سیلیکون جزو مواد بسیار مقید است." او عضوِ تیمِ گسترش و توسعه‌ی کمانش فشاری است. وی همچنین می‌افزاید : "شما نمی‌توانید در این روش از سیلیکون استفاده کنید، زیرا این روش همه‌ی الکترونیک آن را نابود می‌کند."

یکی از روش‌های جایگزین، ایجاد اشکال دوبعدی، و تبدیل آن به سه بعدی توسط نیرو‌های مکانیکی است. یک روش ثابت شده "تنش پسماند ناشی از خم شدگی" نام دارد. در این روش از تنش بین دو لایه - که از دو ماده‌ی متفاوت بر روی سطوح دو بعدی تشکیل شده - استفاده می‌شود. این تنش باعث می‌شود که اجسام حک شده از صفحه بیرون بزنند. برای مثال از این روش برای مایل نگه داشتنِ میکروآیینه‌ها از سطح استفاده می‌کنند.

گل شگفت انگیز : این گل بسیار کوچک از سیلیکون ساخته شده است.

اکنون راجرز و همکارانش در دانشگاه‌های ایلنویز، شمال غربی، ژجیانگ، هانیانگ و دانشگاه علم و فن‌آوریِ شرقِ چین، روشی برای ساخت اجسام سه بعدی از اجسام دو بعدی ابداع کرده‌اند. در این روش، اولین قدم استفاده از مدل‌های کامپیوتری برای طراحی اشکال دو بعدی است. اشکال دو بعدی باید به‌گونه‌ای طراحی شوند که وقتی از نقاط مشخص و ثابتی بر روی صفحه فشره شوند، توسط کمانش به ساختار‌های دو بعدی مطلوب، تنشِ فشاریِ اعمال شده را کم کنند. قدم بعدی، حک کردن اشکال دو بعدی ذکر شده بر روی ویفر سیلیکون است. سپس به صورت شیمیایی نقاطی که باید هنگام فشرده سازی ثابت بمانند را تغییر می‌دهند. اکنون یک ورق از لاستیک سیلیکون کشیده شده در اختیار داریم. هنگامی که لاستیک سیلیکون به شکل طبیعی خود است، سیلیکون فشرده می‌شود. نقاطی بر روی سیلیکون که به صورت شیمیایی تغییر کرده بودند، با لاستیک سیلیکون پیوند شیمیایی داده و ثابت می‌شوند. این در حالی است که نقاط دیگر جدا شده و به سمت بالا کمانه می‌کنند.

ایجاد ابزار‌های طراحی

با استفاده از روش کنترل شده‌ی کمانش (که در بالا به آن اشاره شد)، اعضای تیم به تولید اشکال سه بعدی پیچیده و ظریف اقدام کردند. محققان حتی ساختار‌هایی با ارتفاع‌های متفاوت تولید کردند. آن‌ها برای ایجاد ساختار‌هایی با ارتفاع متفاوت، اشکالی را طراحی می‌کنند که در آن‌ها کاهشِ تنش در شکلِ دوبعدیِ اولیه، کمانشِ بیشتری را موجب شده و در نتیجه قسمت دیگری از شکل را بالا می‌برد. راجرز می‌گوید : "ما در این مقاله با نویسندگان ارشدی همکاری داشته‌ایم که مدل‌های کمّی و دقیقی را بررسی کرده‌ و چگونگی مکانیک آن را شرح داده‌اند." او همچنین می‌گوید : "در واقع ما به تازگی کشف کرده‌ایم که می‌توانیم از این مدل به عنوان ابزار طراحی‌ای استفاده کنیم که برای ما روشن می‌کند، چه طیفی از توپولوژی را می‌توانیم با این روش پوشش دهیم."

ولادیمیر آکسایاک از موسسه‌ی ملی استاندارد‌ها و تکنولوژی در ایالت کولورادو این کار را تحسین می‌کند. او می‌گوید : "بسیار جالب است. زیرا این روش نشان می‌دهد که بدون نیاز به دولایه‌ی* ذاتی یا گرادیانِ تنشِ پسماند، می‌توان از اجسام کاملا مسطح اشکال متنوع سه بعدی ساخت. این موضوع برای من بسیار شگفت انگیز است."

ولادیمیر سوکروک از موسسه‌ی تکنولوژی در ایالت جورجیا نیز، با آکسایاک موافق است. او تولید انواع گوناگون اجسام را "شگفت انگیز" و کاربرد‌های این روش را "حیرت انگیز در وسعت و تاثیر" نامید. او همچنین می‌گوید : "این روش می‌تواند کلید یکی از چالش‌های آینده باشد. برای اثبات آن کافی است به این نکته اشاره کنیم که این روش کاملا قادر است چیزی را تولید کند که با روش‌های پیشین یا قادر به تولید آن نبودیم، یا اکنون قادریم بسیار ساده‌تر آن را تولید کنیم."

در حال حاضر، راجرز و همکارانش بر روی "سلول الکترونیکی یا نگه‌‌دارنده‌ی بافت (Tissue Scaffold)" تمرکز کرده‌اند. راجرز می‌گوید : "بسیاری از افرادی که با آن‌ها صحبت کردیم به درک این موضوع علاقه‌مند هستند که وقتی از حالت الکترونیکیِ منفعل به حالتی که قابلیت‌های کامل الکترونیکی را دارد برویم، چه کار‌هایی می‌توانیم انجام دهیم." راجرز ادعا می‌کند این خود موجب می‌شود که محققان به سراغ تولید "شبکه‌های الکترونیکی با قابلیتِ عملکردِ بالا" بروند. شبکه‌های الکترونیکی‌ای که از نظر پیکر‌بندی، مشابه شبکه‌های سه بعدیِ موجود در مغز یا عروق است که جریان خون را به قلب می‌برد. 

*دولایه یا  Bilayer لایه‌ای دوتایی از اتم‌ها یا مولکلول‌های به هم فشرده است.

 

منبع :

http://physicsworld.com/cws/article/news/2015/jan/09/how-to-make-tiny-3d-flowers-and-peacocks-from-silicon

مرجع :

http://www.sciencemag.org/content/347/6218/154

نویسنده خبر: هلیا هوشمند
کد خبر :‌ 1651

آمار بازدید: ۲۴۰
همرسانی این خبر را با دوستان‌تان به اشتراک بگذارید:
«استفاده از اخبار انجمن فیزیک ایران و انتشار آنها، به شرط
ارجاع دقیق و مناسب به خبرنامه‌ی انجمن بلا مانع است.»‌


صفحه انجمن فیزیک ایران را دنبال کنید




حامیان انجمن فیزیک ایران   (به حامیان انجمن بپیوندید)
  • پژوهشگاه دانش‌های بنیادی
  • دانشگاه صنعتی شریف
  • دانشکده فیزیک دانشگاه تهران

کلیه حقوق مربوط به محتویات این سایت محفوظ و متعلق به انجمن فیریک ایران می‌باشد.
Server: Iran (45.82.138.40)

www.irandg.com