سیستم نگهداری و تعمیرات بهبود

hc8meifmdc|2011A6132836|PM_Website|tblnews|Text_News|0xfdff654f050000000f1f000001000100

 درختسانها- 3-1

 موضوع تشریح- 1-3-1

یک درختسان عموماً به عنوان یک ماکرومولکول تشریح شده و با ساختار سهبعدی بسیار شاخهشاخه خود شناخته میشود؛ این ساختار درجه بالایی از واکنشها را درسطح باعث میشود. ساختار آن همواره حول یک مولکول مرکزی چند منظوره شکل میگیرد که از شاخهها و گروههای انتهایی تشکیل شده است. درختسانها را میتوان از هرچیز مجازی که میتواند شاخه شاخه شود تهیه کرد (اتمهای فلزی، گروههای آلیفلزی، و یا مواد آلی خالص) و میتوانند دارای تنوعی از کاربردها وابسته به مواد تشکیل دهنده آنها و چگونگی تشکیلشان باشند. آنها در یک فرآیند گام به گام از طریق یک حالت خودآرایی سلسلهمراتبی سنتز میشوند که در آن سعی و خطای بیشتر به تولید بیشتر درختسانها و ایجاد نسل بالاتری از آنها میانجامد. اختلاف اصولی میان یک درختسان و دیگرپلیمرهای فراشاخه شاخه شده آن است که هر یک از واحدهای مونومری در درختسان اقلاً دارای یک واحد کاربردی است که باعث شاخه شاخه شدن بیشتر می گردد. عملاً بر اساس نظرتقریباً همه محققانی که با آنها تماس گرفته شد (90 )%درختسانها را میتوان به عنوان فراگیرترین عنصر در مقیاس نانو در نظر گرفت که به لحاظ ساختاری و ترکیبات، قابل کنترل هستند و امروزه در دسترس میباشد. مهمترین خواص آنها عبارتند از:

• چندظرفیتی بودن (واکنش سطحی آسان بالیگاندهای مختلف)

• ساختارتعریف شده، کنترل اندازه و شکل

• سازگاری شکل و ساختار میان مولکولها

• ظرفیت بارگیری

• سازگاری زیستی/ مسمومیت اندک(تر)

• خصوصیات انتقال مواد ژنتیکی به داخل سلولها

استخراج این خصوصیات چه به صورت منفرد و چه به صورت مجموعه، استفاده از درختسانها را در طیف بالایی از زمینهها میسرمیسازد.

1-3-2 -تهیه درختسانها و کاربردها

تهیه درختسانها شامل سه مرحله متمایز عمده میشود (سنتز، عاملدار کردن ، کاربرد) که به شدت به یکدیگروابسته هستند. درختسانها پس از سنتز، در واقع نوعاً مطابق با خصوصیاتی که محقق لازم دارد عاملدار میشوند و کاربردی که آنها برای درختسانها در نظرمیگیرند در این مرحله تاثیرگذار است.

1-3 -2-1 -تهیه و عاملدار کردن

روشهای متعددی برای سنتز کردن درختسانها وجود دارد هر چند دو روش تحت عنوان سنتز همگرا وسنتز واگرا رایجترین و بسط یافتهترین این روشها هستند. به صورت عام، میتوان گفت که رهیافت همگرا برای تهیه درختسانهای کوچک متناسبتر است در حالی که رهیافت واگرا برای بهدست آوردن درختسانهای بزرگ کارایی دارد. برای هر دو روش چاشنیهای فنی اصولی در روشهای کنترل فرآیند تثبیت، خلوص بالا و محصولات تعریف شده، ویژگیها و روشهای تحلیل محصولات نهایی، یافت میشوند. درختسانها را میتوان نسبتاً به راحتی جهت ارایه خصوصیاتی که برای کاربردهای لازم مورد نیاز است عاملدار نمود. برخی روشهای پراستفاده عاملدار کردن که بیشترین کاربرد را دارند عبارتند از پرکردن حفرههای درختسان، بهینهسازی هسته درختسان و بهینهسازی سطح درختسان. بر اساس نظریات دانشمندانی که با آنها تماس حاصل شد، بهینه سازی سطح درختسانها روشی است که آنها بیشترین استفاده را از آن میبرند و در نتیجه از درختسانها میتوانند طیف جدیدی از کاربردها را مانند موارد زیربه دست آورند.

• چند ظرفیتی بودن

• خواص بارگذاری و حلالیت قابل تغییر

• خواص اتصالی قابل تغییر

• انتقال به درون سلول

 درختسانها کاربرد- 2-2 -3-1

همانگونه که در بالا پیشبینی شده، طیف زمینههای کاربردی احتمالی درختسانها بسیار وسیع است و شامل موارد ذیل میشود:

• مراقبت از سلامت/دارو (تشخیص بیماری یا تحویل هدفمند دارو)

• مهندسی (پوششهای الیاف کربن و فیلمهای بسیارنازک یا مواد افزودنی پلیمری/پلاستیکی)

• محصولات صنعتی/مصرفی(تونرهای چاپگرهای جوهرافشان یا رنگها و پوششها)

• محیط زیست (عوامل تجزیهپذیری)

• الکترونیک/ الکترونیک نوری(ذخیره اطلاعات یا OLEDها)

• انرژی(کاتالیزور ها)

جوهرهای چاپگرهای جوهرافشان به رنگها و پوششها، مواد افزودنی صنعتی و افزودنیهای کامپوزیتها هماکنون کاربردهایی از درختسانها هستند که بیشترین پیشرفت را تا تجاری شدن داشتهاند، هر چند لازم به ذکر است که این مواد بایستی خود را برای رقابت با دیگر جایگزینها آماده کنند. این تهدید در تقریباً کلیه زمینههایی که درختسانها به نظر خوش آتیه میرسند وجود دارد؛ با این حال درختسانها همچنان در مرکز توجهاند و بر طبق نظر متخصصان، زمینههایی که درختسانها بیشترین موفقیت تجاری را کسب خواهندکرد، زمینههایی هستند که کاربردشان به شدت به خواص منحصر به فرد آنها مانند چند ظرفیتی بودن وابسته است. زمینه کاربردهای دارویی هماکنون در مرحله مقدماتیتر است، اما به عنوان زمینهای که بیشترین پتانسیل را دارد (و دارای فناوریهای رقیب کمتری است) مطرح میشود. در این زمینه، هزینههای بالای کاربرد درختسانها کمتر به عنوان یک عامل محدودکننده مطرح است. کاربرد درختسانها به عنوان معرفهای انتقال به درون سلول، عوامل کنترل وضوح تصاویر و وضوحMRI ،تشخیص بیماری و تحلیل آن در مرحله کاربردی یا نزدیک به آن هستند. تحقیقات روی درختسانها به عنوان عوامل وضوح تصویر (کاربردی که از ابتدا از درختسانها انتظار میرفت) پتانسیل بالایی را نشان داده است. یک امتیاز کلیدی در این کار قابلیت درختسانها در اتصال با فاکتورهای وضوح چندگانه است که آنها را با استحکام به هم متصل میکند و باعث افزایش وضوح میشود. بررسی معرفهای مبتنی بر درختسانها و همچنین تحقیقات به منظور فراهم آوردن تحویل دارویی فراگیرتر و کاراتر با مسمومیت پایین تر همچنان ادامه دارد. دیگر کاربردهای دارویی زیستی مانند انتقال سلولی یا تحویل دارویی هدفمند نیز به صورت فعال مورد تحقیق و بررسی قرار دارند. سطح بالای کنترل روی کلیه جوانب درختسانها از آنها حاملان ایدهآلی برای تحویل مواد دارویی فعال میسازد. الکترونیک زمینهای دیگر از کاربرد احتمالی درختسانهاست که در حال جلب توجه بسیاری است و کار بسیار خوبی برای توسعه سیستمهای نورافشان و جذب نور در حال انجام است. تحقیقات برای استخراج شکل سهبعدی درختسانها در تولید تخلخل در مواد الکترونیک با عایقکاری بالا همچنان ادامه دارد.

1-3-3 -افق توسعه کاربردها

به جز کاربردهای عوامل وضوح MRI ،فاکتورهای انتقال به درون سلول، تونرهای چاپگرهای جوهرافشان، رنگها/پوششها و افزودنیهایی برای پلاستیکها/ پلیمرها، اکثریت کاربردهای درختسانها هماکنون در مرحله ابتدایی و یا فازهای تحقیق و توسعه کاربردی هستند و تا سال 2010 همچنان وضعیت به همین شکل خواهد بود. در آن زمان (2010 ) تونرهای چاپگرهای جوهرافشان، رنگها/ فومها، افزودنیهای پلاستیکی/پلیمرها احتمالاً بر اساس گفته متخصصان بایستی به خوبی در فاز تولید انبوه باشند. تا سال 2015 همچنین عوامل وضوح MRI و عوامل انتقال به درون سلول بایستی احتمالاً به همین مرحله برسند و شکل زیر تصویری کلی است از وضعیت برخی از کاربردهای احتمالی درختسانهایی که هماکنون روی آنها سرمایهگذاری میشود.

 

با اینحال ممکن است کاربردهای الکترونیکی و دارویی زمان بیشتری برای توسعه نیاز داشته باشند. به خصوص در موردی از کاربردهای مرتبط با بهداشت این پیشرفت ممکن است وابسته به نیاز به انجام رویههای طولانی دریافت تایید مسیر/ سعی و خطای بالینی دراز مدت باشد.

1-3-4 -چالشها، موانع، گلوگاهها

مطابق نظریات متخصصان ، کنترل قیمت و فرآیند بازتولیدپذیری از جمله مهمترین چالشها در تولید و تجاری کردن درختسانهای مرتبط با محصولات است؛ هرچند لازم به ذکر است قیمت احتمالی در زمینههای مرتبط با کاربردهای دارویی یک محدودیت به حساب نمیآید، چرا که اندازه ها و مقادیر به کار رفته بسیار پایین است و کاربردهای خواص منحصر به فرد درختسانها اغلب بسیار جدید و پیشرو هستند. با این وجود اگر درختسانها توان رقابتی در برابر مواد حاصل از فناوریهای دیگر را در برخی کاربردها داشته باشند، تلاش قابل توجهی بایستی برای کاهش قیمت درختسانها  بر اساس روشهای سنتز جدید یا بر اساس کاهش مراحل موجود (رهیافتهای سنتز همگرا/واگرای ترکیبی میتوانند به این هدف دست یابند) صورت گیرد. افزایش تولید محصولات(که الزاماً به معنی مقادیر فوقالعاده بالا نیست) هم یک زمینه تحقیقاتی مهم میباشد. شاید هماکنون زمانی مناسب برای تولید درختسانها در بسیاری کاربردها برای خروج از آزمایشگاه و حرکت به سوی کارخانجات تولیدی باشد. با آنکه بر حسب بازتولیدپذیری، درختسانها بسیار بهتر از دیگر نانو مواد عمل میکنند، این جنبه خود یک مانع عمده به صورت خاص، برای کاربردهای دارویی، الکترونیکی و اپتیکی به حساب میآید. در این زمینهها قسمت مهم کار با خلوص بالا و محصولات تعریف شده با خصوصیات بازتولید است. سازمانهای نانومقیاس سازگار و معمول بسیار حائز اهمیت هستند و این زمینه تحقیقاتی به شکل بالایی از قابلیتهای مدلسازی پیشرفته و دانش تئوری که آنها را تغذیه میکند، بهره میگیرند. مانع یا بهتر بگوییم گلوگاه دیگر در کاربرد درختسانها در بخش دارویی، ضرورت غلبه بر سعی و خطای بالینی طولانی پیش از تثبیت برای تجاری شدن است و این مرحله میتواند ورود به بازار را به تاخیر اندازد. در نهایت در ارزیابی فناوری/کاربرد درختسانها، موقعیت جدید بایستی به دقت مورد بررسی قرار گیرد. جهان درختسانها توسط ایدههای جدیدی که در دستان گروهها و افرادی خاص است، کنترل خواهد شد. این ایدههای جدید میتوانند عرصه را برای برخی کاربردها تنگ کنند و اخیراً موافقتنامههایی میان نوآوران ایدههای نو بازار برای جلوگیری از این مشکل منعقد شده است.

1-4 -فیلم نازک و پوششها

 موضوع شرح- 1-4-1

این فیلمها و پوششها، ساختارهایی با موادی به دست آمده از رسوب یک یا چند لایه از مواد روی یک سطح هستند. در مورد توضیح داده شده از این مقاله، ضخامت فیلم نازک منظور شده زیر یکصد نانومتر میباشد. مواد به کار رفته در میان کلیه موارد شامل فیلمهای Si) سیلیس بلوری یا آمورف)، Fe3o4) مگنتیت) ودیگر فلزات و اکسیدهای فلزی، الماس، سولفیدهای فلز وپلیمرها میباشند. مزیت اصلی فیلمهای نازک (یا هر پوشش دیگری برای آن موضوع) آن است که خواص مواد پوشش رسوب شده میتواند با سطح تغییر یابد. زیرلایه و فیلم نازک یک سیستم مادهای میشوند که هر یک کاربردی خاص را ایجاد میکنند به صورت عام، فناوری نانو ابزاری جهت کنترل بهتر سه پارامتر کلیدی رسوب سطحی ایجاد میکند. امکان انتقال ویژگیهای خاص و یا گران به یک روکش نانومتری، باعث میشود لیست کاربردهای بالقوه این روکشها بسیار زیاد بوده وتقریباً برتمام بخشهای صنعتی تأثیرگذار باشند. بر اساس نظریات متخصصان پنل دلفی، مهمترین و قابل توجهترین خواص همراه که میتوانند به فیلمهای نازک و پوششها مرتبط شوند عبارتند از:

• خواص شیمیایی (مثلاً واکنشپذیری شیمیایی، باز دارندگی/ واکنشناپذیری شیمیایی)

• خواص اپتیکی یا نوری(مثل به دام انداختن نور، عبور دهی نور، شفافیت)

 

• خواص مکانیکی (مثل مقاومت در برابر خوردگی/ استهلاک، روان سازی به صورت خشک)

• خواص مغناطیسی (مثل نگهداری اطلاعات)

• خواص حرارتی (مانند مقاومت حرارتی)

1-4-2 -تهیه فیلمهای نازک و پوشش و کاربرد آنها

مراحل استفاده از رنگ فیلم نازک شامل تولید و رسوبگذاری آن بر روی سطح، پردازش پس از کار و الگودهی به پوشش و کاربرد میباشد. تولید فیلمهای نازک با این حال همیشه از این رهیافت خطی پیروی نمیکند و برای بسیاری کاربردها مانند صنایع نیمه رسانا، در فاز تجاری فقط دو گام اول اجرا میشود.

1-4 -2-1 -فیلمهای نازک و پوششها و تولید و رسوبدهی آنها

فهرست روشها برای تولید و رسوبدهی فیلمهای نازک وپوششها بسیار بسیط است و موارد زیررا در برمی گیرد:

• رسوبدهی شیمیایی بخار (CVD)

• رسوبدهی فیزیکی بخار (PVD )

• سل ژل

• رسوبگذاری الکتریکی/ روکشگذاری الکتریکی

• پوشش چرخشی

• پوشش اسپری

• خودآرایی

• پردازش موضعی

این فرآیندها کاملاً متفاوت از هم عمل میکنند. در واقع فرآیندهایی هستند که مواد خام را تهیه میکنند (مانند سل ژل) روش عمدتاً مورد استفاده روش پوشش چرخشی است و فرآیندهایی نظیر PVD و CVD در واقع هم از ترکیب شیمیایی و هم از کاربرد فیلم نازک بهره میگیرند. پیشپردازش زیرلایه (مانند پاک کردن) برای بسیاری مواد (مانند فلزات و کربن) به راحتی امکانپذیر نیست. با این حال در برخی موارد شاید لازم باشد تا چسبندگی فیلم نازک را میسر سازد. محیطهای بسیار پیچیده مورد استفاده در صنعت نیمهرسانا، که با برخی از اینً فرآیندها سروکار دارد، نشان میدهد که این مرحله تا چه حد میتواند حیاتی باشد.

1-4 -2-2 -پردازش پس از کار پوششها و فیلم نازک

این فرآیندها کاملاً متفاوت از هم عمل میکنند. در واقع فرآیندهایی هستند که مواد خام را تهیه میکنند (مانند سل ژل) روش عمدتاً مورد استفاده روش پوشش چرخشی است و فرآیندهایی نظیر PVD و CVD در واقع هم از ترکیب شیمیایی و هم از کاربرد فیلم نازک بهره میگیرند. پیشپردازش زیرلایه (مانند پاک کردن) برای بسیاری مواد (مانند فلزات و کربن) به راحتی امکانپذیر نیست. با این حال در برخی موارد شاید لازم باشد تا چسبندگی فیلم نازک را میسر سازد. محیطهای بسیار پیچیده مورد استفاده در صنعت نیمهرسانا، که با برخی از اینً فرآیندها سروکار دارد، نشان میدهد که این مرحله تا چه حد میتواند حیاتی باشد.

• بازپخت

• اکسیداسیون حرارتی

• فرآوری UV

 

طبق گفته محققین روش اول، امروزه ، پرکاربردترین روش در استفاده از فرآوری پس از تولید است.

 الگودهی روشهای- 3-2 -4-1

این فرآیندها کاملاً متفاوت از هم عمل میکنند. در واقع فرآیندهایی هستند که مواد خام را تهیه میکنند (مانند سل ژل) روش عمدتاً مورد استفاده روش پوشش چرخشی است و فرآیندهایی نظیر PVD و CVD در واقع هم از ترکیب شیمیایی و هم از کاربرد فیلم نازک بهره میگیرند. پیشپردازش زیرلایه (مانند پاک کردن) برای بسیاری مواد (مانند فلزات و کربن) به راحتی امکانپذیر نیست. با این حال در برخی موارد شاید لازم باشد تا چسبندگی فیلم نازک را میسر سازد. محیطهای بسیار پیچیده مورد استفاده در صنعت نیمهرسانا، که با برخی از اینً فرآیندها سروکار دارد، نشان میدهد که این مرحله تا چه حد میتواند حیاتی باشد.

• لیتوگرافی نوری

• حک کردن پلاسما

• لیتوگرافی نانو چاپ (NIL)

6 • لیتوگرافی باریکه یونی

• آسیاب یونی

• نانولیتوگرافی قلم غوطهور

• جوهر افشان

لیتوگرافی اپتیکی یا نوری (که روش اصلی در الگوسازی برای تولید انبوه مورد استفاده در صنایع نیمه رسانا است) و حک کردن پلاسما دو روشی هستند که متخصصان بیشترین آشنایی را با آنها داشتند.

 کاربردها- 4-2 -4-1

با توجه به کاربردهای فیلمهای نازک و پوششها، برخی از آنها از پیش در بازار حضور دارند (مثلاً عایقکاری حرارتی یا پنجرههای خود پاک شونده) و یا در راه خروج از آزمایشگاههای تحقیق و توسعه جهت اولین استفاده (برای مثال تراشه ها یا MRAM ها) هستند. با این حال بسیاری دیگر از روشها (راهنما امواج سطحی برای تجمع اجزای اپتیکی) سالها وقت لازم خواهد بود تا به چنین مراحلی از پیشرفت(سرمایهگذاری) برسند. به طور کلی بیشترین کاربردهای فیلم نازک وابسته به توسعه صنعت نیمه رساناها است که برخی عبارتند از:

• ترانزیستورهای فیلم نازک

• نمایشگرهای بزرگ (LCD|OLED)

• NEM ها و MEM ها

• امواج راهنمای سطحی

• RAM مغناطیسی

هر پیشرفتی در هر یک از این زمینهها میتواند میان دیگر زمینهها تقسیم شود و به آنها سود برساند. انتظار میرود بخشهای بالا پرکاربردترین بخشها برای فرضیههای آتی به لحاظ تاثیر اقتصادی و ایجاد کاربردهای جدید باشند. با این وجود این حقیقت که این کاربردها وابسته به بخشهای نیازمند به سرمایهگذاری هستند میتواند وفقپذیری فناوریهای جدید توسعه یافته را با محدودیت نقش SME ها و صنایع کوچک کند نماید. زمینهای که کمتر به سرمایهگذاری حساسیت دارد (در نتیجه برای صنایع کوچک و SME ها مفیدتر است) تولید قطعات الکترونیکی ارزان قیمت قابل تغییر و قابل عرضه است. هماکنون مهمترین کاربردی که بیش از همه بیان میشود نشانگرهای RFID هستند. اما بستهبندی هوشمند نیز کاربردی بسیار خوش آتیه به نظرمیآید. بعلاوه کاربردهای مرتبط با نیمهرساناها و پوششهایی که خواص مکانیکی یا کاربردهای ویژهای را فراهم میکنند نیز بخشی است که تحقیقات و فعالیت علمی بالایی را طلب میکند. موفقیت لزوماً وابسته به دستیابی به نسبتی از قیمت مطلوب به سود است. احتمالاتی که بیشترین توجه به آنها معطوف است به این شرح است:

• پوششهای شیشه میتواند فراگیر شود (پوششهای خراش ناپذیر به صورت کاربردی در مدتی است وارد بازار شدهاند)

• پوششها به مقدار عمدهای قادرند کیفیت درمانهای خاص را در زمینه دارویی بهبود بخشند مثلاً عمر قطعات کاشتنی را به طور قابل ملاحظه ای افزایش دهند.

• اصطکاک پایین یا مقاومت در برابر استهلاک برخی پوششها تقریباً کاربردهایی بیانتها دارند که طیف کاربری آنها از موتورهای مکانیکی تا ابزار ماشین های دریل و قطعات مختلف است.

• زمینه دیگری که فیلمهای نازک میتوانند تاثیر بهسزایی در آن داشته باشند، پیلهای خورشیدی و بازده بالای آنهاست (نقشه راه انرژی را ببینید).

دیگر کاربردهای آتی در افق فراتر از سال 2015 قابل پیشبینی هستند در حالی که کیفیت و هزینه فیلمهای نازک تنها بخشی از چالش کلی است. برای مثال، نمایشگرهای در اندازه دیوار که در نوردهی دو برابر انواع کنونی هستند- در بسیاری از چشم اندازهای آتی دیده میشوند.

1-4-3 -افق توسعه کاربردها

هرچند بسیاری از کاربردهای احتمالی فیلمهای نازک و پوششها در حال حاضر در مرحله تحقیق و توسعه کاربردی و مقدماتی هستند، برخی از آنها مانند عایقکاری حرارتی و پنجرههای خود پاکشونده چنان که گفته شد مدتی است در بازار حضور دارند هرچند در مرحله اول کاربرد تجاری خود هستند، تا سال 2010 این محصولات باید بر طبق گفتههای متخصصان، در تولید انبوه باشند در حالی که محصولات دیگر ، مانند موجبرهای صفحهای، OLEDها،TFT یا پیلهای خورشیدی در مراحل تحقیق و توسعه و یا کاربرد اولیه خواهند بود. موقعیت مورد انتظار در سال 2015 مطابق نظر متخصصان کاربرد دلفی در شکل زیرنمایش داده شده است.  برای کاربردهای نظیر پنجرههای عایق حرارتی با سطوح خود پاک شونده، بازار قابل توجهی از قبل وجود دارد و بنابراین به نظر میرسد که پیشبینی کاملاً درست باشد. در دیگر موارد مانندTFT/NEMS/MEMS ،که ممکن است رشد وسیعی داشته باشند، بازار همچنان در حال شکل گیری است و این امرپیشبینی را با عدم قطعیت همراه میسازد.