นาโนเทคโนโลยี  นาโนเทคโนโลยีจากระบบธรรมชาติสู่การสังเคราะห์ นาโนเทคโนโลยีโดยการสังเคราะห์ (6)
 
 
 
        เส้นลวดนาโน เป็นโครงสร้างนาโนที่เป็นวัสดุสังเคราะห์ของวัตถุของแข็งที่มีรูปร่างเป็นเส้นใน 1 มิติ และมีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางที่เล็กมากในระดับนาโนเมตร (ไม่เกิน 100 นาโนเมตร) ด้วยขนาดเล็กระดับนาโนเมตรและมีรูปร่างโครงสร้างใน 1 มิติของเส้นลวดนี้ ทำให้โครงสร้างนาโนนี้เกิดปรากฎการณ์ทางควอนตัมกับคุณสมบัติของเส้นลวดนาโน เพราะว่าทำให้อิเล็กตรอนสามารถที่จะเคลื่อนที่ไปได้ในทิศทางเดียวเท่านั้น (ด้วยเหตุนี้บางครั้งก็จะเรียกเส้นลวดนาโนว่าเป็นเส้นลวดควอนตัม (quantum wire)) เช่นเดียวกันกับที่เกิดขึ้นภายในท่อนาโนคาร์บอน แต่สำหรับเส้นลวดนาโนนั้นสามารถจะสร้างขึ้นมาได้จากหลายวิธีและหลายวัสดุที่แตกต่างกันออกไป อีกทั้งมีขนาดโครงสร้างเพียง 1 มิติเท่านั้น
 
เส้นลวดนาโนนำแสงซิลิกอน ขนาด 50 นาโนเมตร ที่พันรอบเส้นผม
เส้นลวดนาโนที่อยู่ภายในท่อนาโนคาร์บอนแบบผนังหลายชั้น
 
          เส้นลวดนาโนที่มีอยู่ที่เกิดจากการสังเคราะห์ขึ้นมานั้นมีมากมายหลายชนิดแตกต่างกัน  เพราะเส้นลวดนาโนสามารถสร้างขึ้นมาจากวัสดุที่เป็นสารอนินทรีย์ต่างๆ ได้มากมาย  ตัวอย่างเช่น เส้นลวดนาโนของโลหะ ก็ได้แก่ เส้นลวดนาโนนิกเกิล เส้นลวดนาโนแพลทตินัม เส้นลวดนาโนทองคำ เป็นต้น ส่วนเส้นลวดนาโนที่เป็นสารกึ่งตัวนำ ก็ได้แก่ เส้นลวดนาโนซิลิกอน เป็นต้น และเส้นลวดนาโนที่เป็นฉนวน ก็ได้แก่ เส้นลวดนาโนออกไซด์ของซิลิกอน เส้นลวดนาโนออกไซด์ของไทเทเนียม เป็นต้น
 
 
เส้นลวดนาโนที่จัดเรียงเป็นตาข่ายแบบ 4X4 เพื่อนำมาทดสอบเกี่ยวกับการเป็นหน่วยความจำสำหรับเครื่องคอมพิวเตอร์
 
หน่วยความจำที่สร้างขึ้นมาจากเส้นลวดนาโนของโลหะ
 
          แต่ในระบบธรรมชาติก็มีเส้นลวดนาโนเช่นเดียวกัน เส้นลวดนาโนระดับโมเลกุลที่ประกอบกันขึ้นมาอย่างเป็นพอลิเมอร์จากหน่วยอะตอมย่อยของสารอินทรีย์ ได้แก่ โมเลกุลของดีเอ็นเอ นั่นเอง  ซึ่งเหล่านักวิทยาศาสตร์ก็มีแนวคิดที่จะนำโครงสร้างนาโนของดีเอ็นเอมาใช้  สำหรับสร้างเป็นตัวนำไฟฟ้าในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ระดับนาโนเช่นเดียวกัน
 
แบบแผนอุปกรณ์นาโนที่ใช้ดีเอ็นเอเป็นเส้นลวดนาโน  โดยการนำเอาดีเอ็นเอ 2 สายมาขยายข้ามผ่านช่องภายในชิพซิลิกอน
 
          เส้นลวดนาโนสามารถแสดงคุณสมบัติพิเศษเฉพาะทางไฟฟ้าได้ เนื่องด้วยขนาดที่เล็กมากของมันเอง และคุณลักษณะการนำไฟฟ้าของเส้นลวดนาโน ขึ้นอยู่กับการจัดเรียงตัวของอะตอมที่บริเวณพื้นผิวของเส้นลวดนาโน ถ้าเส้นลวดนาโนยิ่งมีขนาดที่เล็กลงไปเท่าไหร่ จำนวนอะตอมที่จัดเรียงตัวอยู่ที่บริเวณพื้นผิวก็จะยิ่งมีจำนวนมากยิ่งขึ้น  เมื่อเทียบกับจำนวนอะตอมที่อยู่ภายในเส้นลวดนาโน ก็จะยิ่งทำให้เส้นลวดนาโนสามารถที่จะนำไฟฟ้าได้ดียิ่งขึ้น   ดังนั้นจึงมีการนำเส้นลวดนาโนมาใช้ในการผลิตอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์และไฟฟ้าต่างๆ เช่น ทรานซิสเตอร์  เกทพื้นฐานเชิงตรรกะ (logic gate) หน่วยความจำในเครื่องคอมพิวเตอร์  แผงวงจรรวม  เป็นต้น  หรือแม้แต่การนำมาใช้ในการสร้างเซลล์พลังงานแสงอาทิตย์หรือโซลาเซลล์ (solar cell)
 
 
แผงวงจรรวมเส้นลวดนาโนความเร็วสูง
 
ทรานซิสเตอร์แบบแกนร่วมที่ใช้เส้นลวดนาโนขนาด 5 นาโนเมตร
 
 
 
          นาโนปอร์ (หรืออาจจะเรียกว่ารูพรุนนาโน)  เป็นโครงสร้างนาโนที่มีลักษณะเป็นรูหรือช่องลึกขนาดเล็กมาก  ที่มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางเริ่มตั้งแต่ 1 นาโนเมตรเป็นต้นไปจนถึง 100 นาโนเมตร   ซึ่งสามารถสร้างได้โดยการสังเคราะห์จากเครื่องมือต่างๆ และเทคนิคต่างๆ เช่น  FIB (Focus Ion Beam) หรือจากการสังเคราะห์โดยจัดวางโมเลกุลอย่างเป็นระเบียบได้ด้วยตนเอง (Self-assembly) ของโมเลกุล 
 
นาโนปอร์ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 61 nm ได้จากการสังเคราะห์โดย FIB (Focus Ion Beam) บนพื้นผิวของซิลิกอนไนไตรด์ (Si3N4)
นาโนปอร์ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 1.8 nm ที่ได้จากการใช้ Ar Ion Beam  สังเคราะห์จากนาโนปอร์ที่ผ่านการสังเคราะห์โดย FIB มา
 
          การสังเคราะห์นาโนปอร์นั้น  โดยมากจะเป็นการสังเคราะห์มาประยุกต์ใช้งานที่เฉพาะเจาะจง  เช่น  การสร้างเครื่องปั้มไอออน  ซึ่งจะทำงานเมื่อเกิดการเปลี่ยนแปลงของประจุไฟฟ้าเกิดขึ้น  โดยจะทำหน้าที่ในการปั้มไอออนจากด้านหนึ่งที่มีศักย์ไฟฟ้าสูงมาถ่ายเทสู่อีกด้านหนึ่งที่มีศักย์ไฟฟ้าต่ำกว่า  หรือถูกใช้ในการสร้างตัวรับสัมผัสระดับนาโน (nanosensor) เพื่อใช้สำหรับตรวจสอบโครงสร้างและการทำงานระดับโมเลกุล  เช่น  ดีเอ็นเอ หรือโปรตีน  เป็นต้น  
 
นาโนปอร์สังเคราะห์บนแผ่นพลาสติก  เพื่อใช้ในการสร้างเครื่องปั๊มไอออนระดับนาโน  โดยจะทำหน้าที่ปั๊มไอออน  จากด้านหนึ่งของแผ่นพลาสติกไปสู่อีกด้านหนึ่ง
 
          นาโนปอร์เป็นสิ่งที่เกิดขึ้นอยู่แล้วในระบบธรรมชาติ  ซึ่งมีลักษณะเป็นรูขนาดเล็กระดับนาโนเมตร (แต่ก็จะต้องมีขนาดใหญ่กว่าโมเลกุลที่จะผ่านเข้าออกเพียงเล็กน้อยเท่านั้น)   ที่อยู่กับบริเวณของเนื้อเยื่อที่เป็นฉนวนทางไฟฟ้า (ซึ่งจะถูกใช้เป็นตัวตรวจสอบระดับโมเลกุล)  โดยมีทั้งที่อยู่เป็นช่องผ่านภายในเยื่อหุ้มเซลล์  ที่ทำหน้าที่เป็นผู้ตรวจสอบลำดับเบสของดีเอ็นเอ (DNA sequencing)  ทำหน้าที่จำแนกว่าดีเอ็นเอเป็นสายเดี่ยวหรือสายคู่  จำแนกชนิดของพอลิเมอร์ตามที่จะผ่านตามความยาว  และจำแนกชนิดของไอออน (ตัวอย่างที่รู้จักกันดีก็อย่างเช่น  ช่องเข้าออกเยื่อหุ้มเซลล์ควบคุมด้วยความต่างศักย์ไฟฟ้าหรือโซเดียม-โปแทสเซียมปั้มนั่นเอง)  เป็นต้น 
 
 
นาโนปอร์ที่ใช้สำหรับตรวจสอบลำดับของดีเอ็นเอ  ด้วยการให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่านโครงสร้างดีเอ็นเอ  ในขณะที่กำลังเคลื่อนตัวผ่านนาโนปอร์  แล้วตรวจสอบการตอบสนองทางไฟฟ้าที่เกิดขึ้นในเบสแต่ละชนิด  เพื่อที่จะอ่านลำดับของเบสที่ผ่านไปในแต่ละช่วงเวลา

คำศัพท์คณิตศาสตร์ที่น่าสนใจ

หมวด : | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | |

    ศัพท์เคมี    ศัพท์คณิตศาสตร์   ศัพท์ฟิสิกส์   

  บทความวิทยาศาสตร์      ศัพท์ชีววิทยา      สื่อการสอนฟิสิกส์      ศัพท์วิทยาศาสตร์

พจนานุกรมเสียง 1   แมว    วัว 1    วัว 2    วัว 3   

เหมียว   แกะ     พจนานุกรมภาพการ์ตูน

พจนานุกรมภาพเคลื่อนไหว   ดนตรี  Bullets แบบ JEWEL 

พจนานุกรมภาพต่างๆ  ภาพเคลื่อนไหวของสัตว์ต่างๆ  โลกและอวกาศ

อุปกรณ์และเครื่องมือต่างๆ

 

การเรียนการสอนฟิสิกส์ 2  ผ่านทางอินเตอร์เน็ต

 

 1. ไฟฟ้าสถิต   2.  สนามไฟฟ้า   3. ความกว้างของสายฟ้า 

4.  ตัวเก็บประจุและการต่อตัวต้านทาน 

5. ศักย์ไฟฟ้า   6. กระแสไฟฟ้า  7. สนามแม่เหล็ก   8.การเหนี่ยวนำ

9. ไฟฟ้ากระแสสลับ   10. ทรานซิสเตอร์  11. สนามแม่เหล็กไฟฟ้าและเสาอากาศ 

12. แสงและการมองเห็น

13. ทฤษฎีสัมพัทธภาพ 14. กลศาสตร์ควอนตัม   

15. โครงสร้างของอะตอม   16. นิวเคลียร์   

17. การสอนไฟฟ้าแม่เหล็กของมหาวิทยาลัยรังสิต

กลับหน้าสารบัญ

กลับหน้าแรกโฮมเพจฟิสิกส์ราชมงคล

ครั้งที่

เซ็นสมุดเยี่ยม

หนังสืออิเล็กทรอนิกส์