از خودآرایی کمی بیشتر بدانیم
خودآرایی روش ساختی است که در آن اجزاء مختلف (چه به صورت تک به تک و چه به صورت متصل به هم) به صورت خود به خودی ساختار به هم پیوسته منظمی را تشکیل می‌دهند، اما این روش ساخت تنها در مقیاس نانو کاربرد ندارد بلکه در مقیاسهای بسیار بزرگتر هم به کار می‌رود (مثال آهنرباها و سایر مثالهای جلسه قبل که یادتان هست). شکل 1 نمونه‌های دیگری را به همراه مقیاس آنها نمایش می‌دهد.
شکل 1: نمونه‌هایی از خودآرایی در ابعاد میلی‌متر
البته می‌شود گفت که ابتدا این روش ساخت در مقیاس نانو مشاهده و درک شد و پس از آن مانند بسیاری دیگر از فعالیتهای بشر که سعی در شبیه‌سازی و استفاده از روشهای طبیعی را دارند، شبیه‌سازی و در مقیاسهای بزرگتر پیاده‌سازی شد. یکی از طرحهای تحقیقاتی در این زمینه که 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 که در شکل 2 یکی از اجزاء آن که به عنوان شبیه‌سازی یک ساختار مثلثی استفاده شده است را می‌بینید (برای آشنایی بیشتر حتما یک سری به سایت این تحقیق بزنید).
شکل 2: اجزاء یکی 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 که توسط خودآرایی ساخته می‌شوند تشکیل یافته‌اند.
2- خودآرایی روشی برای ساخت موادی با ساختارهای منظم نظیر کریستالهای مولکولی، کریستالهای مایع و نیمه کریستالها است و این ساختارهای منظم بسیار پر کاربردند.
3- کاربردهای بسیاری در مواد با سایزهای بزرگتر دارند و امکان استفاده از آن در مواد دیگر و همچنین کاربرد آن در مبحث مواد چگال نیز وجود دارد.
4- به نظر می‌آید این روش یکی از پرکاربردترین روشهای ساخت در مقیاس نانو است.
با توجه به این موارد می‌توان گفت که خودآرایی در زمینه‌های بسیاری نظیر شیمی، فیزیک، بیولوژی، علم مواد، نانوتکنولوژی و ساخت بسیار پرکاربرد و مهم است.
اصول خودآرایی مولکولی
همانطور که گفتیم تاریخچه خودآرایی مربوط به مطالعات بر روی مولکولها می‌شود. موفقیت آمیز بودن خودآرایی در یک سیستم مولکولی به پنج مشخصه سیستم مربوط است:
1- اجزای سیستم: یک سیستم خودآرا از گروههای مولکولی و یا بخشهایی از درشت-مولکولها تشکیل شده است که با یکدیگر در تعاملند. این مولکولها یا درشت-مولکولها می‌توانند یکسان و یا متفاوت باشند و تعامل بین آنها منجر به تغییر از یک حالت با سازماندهی کمتر (مانند محلول) به یک حالت منظمتر (مانند کریستال) می‌شود.
2- تعامل بین آنها: خودآرایی هنگامی رخ می‌دهد که مولکولها به تعادلی در بین نیروهای جاذبه و دافعه مولکولی می‌رسند که این نیروها ضعیف و از نوع غیر کووالانسی (مانند نیروهای آبگریزی) هستند.
3- بازگشت‌پذیری (یا انطباق پذیری): در خودآرایی برای اینکه ساختارهای منظم به وجود آید می‌بایست تجمع مولکولی بازگشت‌پذیر بوده و اجزا بتوانند جای خود را در ساختار ایجاد شده اولیه تغییر داده و تنظیم کنند. به همین خاطر مقاومت قیدهای بین اجزا باید در حدود نیروهایی باشد که می‌خواهد آنها را از هم جدا کند. به عنوان مثال فرآیندی که در آن مولکولها به طور بازگشت‌ناپذیر به یکدیگر می‌چسبند به جای کریستال به ما شیشه می‌دهد (شکل 3)!
شکل 3: اثر بازگشت‌پذیری در تولید کریستال
4- محیط: خودآرایی مولکولی معمولا در یک محلول و یا رابطی که امکان حرکت را به اجزا می‌دهد اتفاق می‌افتد و تعامل اجزا با محیط بر روی سرعت فرایند تا‌ثیر زیادی دارد.
5- جابجایی جرم: برای اینکخه خودآرایی رخ دهد مولکولها باید در حرکت باشند.
روشهای بسیاری وجود دارد که این خصوصیات در آنها به طرز مناسبی کنار یکدیگر قرار گرفته‌اند و به همین خاطر است که محصولاتی که به روش خود آرا ساخته شده باشند بسیار متنوع هستند. این محصولات را می‌توان در دسته‌بندیهای دو بعدی و سه بعدی، تک لایه یا چند لایه، نانو تا میکرو و بزرگتر و ... تقسیم بندی کرد.
می‌خواستیم در این جلسه یکی از روشهای خودآرایی را ارائه کنیم اما چون انتخاب یک روش کمی سخت بود در نهایت تصمیم گرفتیم که در جلسه آینده که کاربردهای مواد خودآرا را بیان می‌کنیم در هر مورد نام روش استفاده شده و خلاصه‌ای از نحوه عمل آنها را بگوییم. اما به عنوان پایان این جلسه شکلی از نحوه تشکیل یک ساختار خود آرای تک لایه را بدون توضیحی در متن (البته خود شکل و توضیحاتی که در آن آورده‌ایم گویاست) ارائه می‌کنیم.
شکل 4: نحوه تشکیل ساختار خودآرای تک لایه
منبع:
http://www.nanoclub.ir/modules.php?name=News&file=article&sid=106