این روش شامل استفاده از قالبهای دارای ساختارهای نانوحفرهای برای ایجاد مواد نانوحفرهای جدید میباشد. به عنوان مثال دانشمندان با کاربرد شبکههایی از سیلیسیوم میانحفرهای دارای حفرههای سه بعدی متصل به هم، میتوانند مواد میانحفرهای غیر سیلیسیومی از قبیل کربن ایجاد نمایند. در این روش، حفرهها ی اولیه به منزله راکتورهایی هستند که مواد کربنی داخل آن رسوب داده میشوند. پس از این مرحله و با سوزانده شدن و از بین رفتن چارچوب سیلیسیومی ایجاد شده، مواد کربنی میانحفرهای باقی میمانند. PT است. این کار 1 کاربرد دیگر ساختارهای میانحفرهای، استفاده از آنها به عنوان قالبی برای بنای ساختارهای TP دووجهی PT ) و ساختار ماکروحفرهای (ساختاری 2 با ترکیب ساختار میانحفرهای (به عنوان مثال ساختار ایجاد شده با قالبهای BCPTP که به عنوان مثال از طریق روشهای امولسیونی به دست میآید) انجام میشود.  Uموانع عمده در مسیرتحقیقات مربوط به این روشها وموفقیت آنها اغلب متخصصان هزینه بالا را مانعی اصلی در مسیر توسعه این فرآیندها (خصوصاً آنجا که با مواد تودهای سرو کار داریم) دانستهاند. با این وجود، نبود قالبهای بلوکی کو- پلیمری مناسب هم عامل دیگری است که این متخصصان به آن اشاره کردهاند. به نظر می رسد قالبهای کوپلیمری مورد استفاده در ساخت مواد سیلیسیومی دارای ساختار میکروحفرهای، برای ساخت مواد غیرسیلیسیومی مناسب نباشند، چرا که معمولاً از استحکام کافی برای نگهداری ساختارهای میانحفرهای PTیا ترکیبات فلزی 3 هنگام تشکیل اکسید برخوردار نمیباشند. با این وجود استفاده ازنمکهای معدنی بجای آلکوکسیدTP آلی، موجب پدید آمدن ساختارهایی خالص شده که با توجه به داشتن جدارههای معدنی ضخیمتر، از لحاظ گرمایی پایدار خواهند بود. تا کنون انواع بسیاری از مواد حفرهای غیرسیلییسیومی ساخته شدهاند؛ اما در عین این حال این مواد مساحت سطح و حجم حفره بسیار پائینتری نسبت به مواد سیلیسیومی دارند که احتمالاً ناشی از وجود نواحی نامنظم یا ایجاد بلوکهایی در شبکه حفرهها میباشد. یک مسیر ممکن تحقیقی در این باره، استفاده از روشهای پس از پرداخت (نظیر نوبلور کردن) است. مشکل اساسی دیگری که در این زمینه وجود دارد، ناپایداری گرمایی اغلب اکسیدهای فلزی در دست بررسی است. نکته دیگر اینکه، به ت آوردن چارچوبهای بلوری از مواد غیر سیلیسیومی (که وجود آن برای بسیاری از کاربردها از قبیل فوتوکاتالیست یا بلورهای فوتونیکی ضروری است) بسیار دشوار میباشد. بنابراین در مسیرهای تحقیقاتی ممکن در این زمینه میتوان از پیش نمونه های معدنی یا اعمال فرایندهای گرمایی مختلف استفاده نمود.  کلوئیدی معلق مخلوطهای- 2-1-3-2 از این روش الگودهی بیشتر در تولید توده ماده استفاده میشود. متداولترین مواد کلوئیدی که به این منظور به کار PT) که هر دو ماده به صورت تجاری وجود داشته و عرضه میشوند) 1 میروند عبارتند از: سیلیکا و لاتکس پلیاستایرنTP مزیت استفاده از کلوئیدهای سیلیکونی آن است که میتوان آنها را در آب یا اتانول پخش کرده و توسط محلولهای اسیدی، حکاکی نمود. مزیت کلوئیدهای لاتکس پلیمری همآن است که با استفاده از گرما یا حلال میتوان آنها را در صورت لزوم از بین برد. همچنین طی سالهای گذشته، با عاملدار کردن کلوئیدهای پلیمری، کرههایی با پوسته میانی پلیاستایرن و با سطح رویی سیلیکا تشکیل شده و با استفاده از آنها امکان ساخت بلورهای فوتونیکی سه بعدی با خواص نوری قابل تنظیم فراهم گردیده است. کاربرد عمده مخلوطهای معلق کلوئیدی در تولید بلور فوتونیکی و کاتالیزور پیشرفته است. تولید بلورهای فوتونیکی، بخشی از یک فرآیند پنج مرحلهای میباشد که عبارتند از:

1 )تولید کلوئیدها؛

2 2 )ساخت عقیق مصنوعیTP

PT؛

PT) پخت مجدد) عقیق مصنوعی؛ 3 3 (آنیلی TP نگ

4 )نفوذ تدریجی؛

5 )برداشتن (حذف) قالب

Uموانع عمده موفقیت مسیرهای تحقیقاتی

به نظر متخصصان، قیمت بالا و نیز دسترسی نداشتن به مخلوطهای معلق کلوئیدی مناسب از مواد آلی /معدنی دارای PT بودن توزیع این کلوئیدها، ما را از 4 توزیع یکنواخت، از جمله تنگناهای اصلی موجود در این بخش است. یکنواختTP ایجاد ساختارهای بسیار منظم و بدون نقص- که برای ایجاد بلورهای فوتونیکی لازم است- مطمئن میسازد. گفتنی است ایجاد چنین بلورهایی، یکی از بزرگترین چالشهای تولید بلورهای فوتونیکی به شمار میآید. یTP قالب کوپلیمریهای- 3-1-3-2 1  PT بلوکهای کوپلیمری یا همان BCPها، ماکرومولکولهایی متشکل از دو یا چند بلوک میباشند که با پیوند کووالانسی به هم متصل شدهاند. این فرایند الگودهی، بر اساس آرایش به اصطلاح مشترک انجام میشود که طی آن برهمکنشهای سرفکتانت (BCP )با ماده معدنی، باعث ایجاد ساختار نانو/ میان حفرهای میشود. BCP میتواند به صورت خودآرا، ساختارهای قابل پیشبینی بسیار منظمی را تشکیل دهد. انجام این کار از طریق تغییر دمای فرآیند، ترکیب شیمیایی و معماری مولکولی امکانپذیر است. به علاوه، BCP از رفتار فازی (جداسازی) و خواص غنی ساختاری برخوردار است. در این مواد، سرفکتانتها به صورت مایسلهایی با غلظتی بیش از غلظت بحرانی مایسل در محلول تجمع یافته و به این ترتیب شبکهای را تشکیل میدهند که قسمت آبگریزاین ماسیل را احاطه میکند و پس از برداشتن قالب، حفرههایی مطابق با شکل آن به دست میآیند. مواد نانوحفرهای به دست آمده با این روش، کاربردهای بالقوه بسیاری دارند که از جمله آن میتوان به تبدیل PT و الگوهایی برای سنتز مواد دیگر اشاره نمود (رجوع کنید 2 کاتالیزوری، محیط جداسازی، دیالکتریکهای لایه داخلیTP  .(1-1-3-2 بخش به اخیراً حوزة تمرکز تحقیقات دانشمندان، به جای سرفکتانتهای آمینه خنثی یا یونی، متوجه بلوکهای کوپلیمری غیر یونی شده است؛ چرا که این مواد غیرسمی بوده و به لحاظ زیستی تجزیهپذیر میباشند و با هزینه نسبتاً کمی میتوان آنها را تولید نمود. با این حال برای جلوگیری از هیدرولیز شدن اکسیدهای فلزات قلیایی در این روش، به محیطی غیرآبی برای BCP نیاز داریم. به نظر متخصصان، مهمترین تنگنایی که در مسیر توسعه مواد نانوحفرهای وجود دارد، نبود الگوهای BCP مناسب میباشد. الگوهای نهایی که در حال حاضر وجود دارند از استحکام کافی برای حفظ ساختار میان حفرهای ایجاد شده در اطراف خود برخوردار نبوده، ضمن آن که اطلاع کافی هم از نمودارهای فازی برای BCPهای ترکیبی (مثلاً سه بلوکه) وجود ندارد. آگاهی داشتن از نمودارهای فازی برای طراحی مواد نانوحفرهای دارای خواص قابل پیشبینی بسیار ضروری است؛ حتی از لحاظ نظری هم برای BCPهای شناخته شده، دستورالعملهای بسیار کمی برای ایجاد حفرههای کاملاً تعریف شده وجود دارد. نیاز به توسعه الگوهایی که دو بخش آب گریز – آب دوست آن کاملاً از هم متمایز بوده و بتواند دمای فرایند سلژل را هم تحمل کند، از دیگر مواردی است که دانشمندان مورد توجه قرار دادهاند. همچنین در اثر شرایط نامساعد برخی فرایندها (مثل سلژل) خودآرایی سرفکتانتها دچار آسیب میشود. بنابراین از تودههای تجمعی پایدارتر (به PT )نیزبه عنوان الگو استفاده میشود. 3 عنوان مثال ساختارهای تک مولکولی چربی دوستTP PT ساختارهای میان حفرهای بهبود یابد. یکی از راهکارهای تحقیقی در 4 علاوه بر این، لازم است میزان تبلور یافتگ TPی این باره، استفاده از بلوکهای کوپلیمری یونی عاملدار شده با گروههای آمینه است. این گروههای آمینه میتوانند نقش مهمی در تشکیل چارچوبهای بلورین داشته باشند. جالب اینجاست که هیچ کدام از متخصصان، در برشمردن عوامل بازدارنده برای بهرهبرداری از قالبهای BCP ،به عامل هزینه اشاره نکرده بودند و فقط یکی از آنها بیان داشته بود که سنتز الگوهایی از جنس بلوک کوپلیمری هنوز به مرحلة تولید صنعتی نرسیده است. 2-3-2 -سنتز مواد نانوحفرهای برای سنتز مواد نانوحفرهای مجموعه روشهای زیادی وجود دارد که تنها تعداد کمی از آنها بیشترین توجه را به خود اختصاص دادهاند (رجوع کنید به شکل 2-3-2-1 .)

2-3-2-1 -روش سلژل/ راههای رسوبدهی محلول

در روشهایی که برای رسوبدهی محلول وجود دارد، پیشساز تولید شده از این مواد نانوحفرهای را در محلول حل کرده و سپس با انجام واکنشهایی شیمیایی (معمولاً با استفاده از کاتالیست) آن را رسوب میدهند. در روش سل-ژل، این پیشسازها به صورت ذراتی ریز (معمولاً نمکهای فلزی یا ترکیبات معدنی از قبیل اکسیدهای فلزات قلیایی) میباشند، که با یک حلال (مثلاً آب یا الکل) مخلوط شده و به این ترتیب یک مخلوط معلق را تشکیل می دهند. فرایند سلژل در دمای اتاق انجام میشود و شامل چهار مرحله اساسی است که عبارتند از: هیدرولیز، تراکم و PT و تشکیل شبکهها. حاصل این فرایند به عوامل مختلفی که بر شدت 1 پلیمریزاسیون ذرات، رشد ذرات و کلوخه TP شدن هیدرولیز و تراکم تأثیر میگذارند، بستگی دارد که از بین آنها pH ،ماهیت و غلظت کاتالیستها، نسبت مولی پیشسازها، آب، و دما بیشترین تأثیررا دارند.

از فرآیند سلژل میتوان در تولید طیف وسیعی از ساختارها از قبیل غشاهای نانوحفرهای و آئروژلها استفاده نمود. از این فرآیند همچنین میتوان جهت تولید نانوساختارهایی از قبیل روکشهای فیلم نازک، الیاف سرامیکی، پودرها و غیره استفاده نمود. با توجه به این که این فرآیند در دمای اتاق و با pH نزدیک به pH محیط طبیعی انجام میشود، PT استفاده نمود. 1 میتوان از آن در کاربردهای مرتبط با کپسوله کردن زیست TPی تولید مواد هیبریدی از طریق فرایند سل ژل، توجه بسیاری را به خود جلب کرده است. مواد آلی میتوانند شرایط و چارچوب تشکیل مواد نانوحفرهای (از جمله پایداری شیمیایی و گرمایی آنها) را فراهم کنند. استفاده از مواد آلی هم باعث عاملدار شدن سطح حفرهها و ایجاد کارکرد و عاملیت لازم در آنها میگردد. این عاملدار کردن را میتوان به PT (و یا به روش فرآوری پس از تولی TPد 2 روش سنتزمستقیم (با استفاده از گروههای عاملی و TP واکنشگرها PT انجام داد. 3 موانع عمده موفقیت مسیرهای تحقیقاتی اگر چه فرایند سلژل برای برخی از محققان فرایندی کاملاً جا افتاده به شمار میآید، اما همچنان موانعی فنی در این راه وجود دارد که ذیلاً به آن اشاره میشود:

• تکرارپذیری فرآیند

• خلوص ساختارهای نانوحفرهای

• مشکل تطابق یافتن مشخصههای ماده با برخی کاربردهای خاص.

در این فرآیند مسأله هزینه نیزبه عنوان یکی دیگراز تنگناهای موجود، نام برده شده است.

در غشاها، برای جداسازی گاز یا ساخت راکتورهای غشایی، لازم است تا ماده به کار رفته از پایداری حرارتی مناسبی برخوردار باشد. در چنین کاربردهایی، احتمال دارد جریان گازی با بخار آب همراه باشد. این بخار آب میتواند با نقاط چربی دوست غشاء واکنش نموده و در نتیجه باعث ناپایداری شیمیایی و ساختاری ماده شود. این ناپایداری، عملکرد و دوام (دو پارامتر بسیار مهم در صنایع شیمیایی) را تحت تأثیر قرار داده و باعث کاهش آنها میشود. بنابراین یکی از مواردی که گروههای تحقیقاتی باید توجه ویژهای به آن داشته باشند، بهبود خاصیت آبگریزی (و در عین حال حفظ قابلیت انتخاب و گذردهی و نیزپایداری گرمایی) غشاهای نانوحفرهای است. حوزههای تحقیقی پیشنهادی دراین زمینه عبارتند از: 1 (جمعآوری دادههای تجربی از عملکرد غشاءهایی که به صورت نانوراکتور عمل میکنند و میتوان از آنها جهت تأیید شبیهسازیهای رایانهای استفاده نمود.

2 )بررسی میزان نفوذ و جذب سطحی بخار آب و نیز

3 )انجام مطالعاتی در مورد مقاومت این غشاها در برابرتراوش/نفوذ بخار آب در دماهای بالا

خودآرایی- 2-2-3-2

فرایندهای خودآرایی جزو روشهای پایین به بالا به شمار میآیند که اصولاً شامل طراحی اتمها و مولکولها به گونهای است که پس از انجام یک سری فرآیندهای شیمیایی، زیستی و فیزیکی، بتوانند در محل از پیش تعیین شده (که برای شکلگیری یک ساختار معین در نظر گرفته شده) قرار گیرند. این روش بر این اصل استوار است که یک یا چند نیرو از مجموع نیروهای مختلف نگهدارندة اتمها و یا مولکولها، موجب خودآرایی آنها و تشکیل ساختارهای مورد نظر (ترکیباتی که در یک محدودة خاص محیطی از کمترین انرژی لازم برای شکل گیری برخوردار باشند) میشود. عدم نیاز به کوچکسازی ابزارهایی که در حال حاضر برای تمامی روشهای تولید بالا به پایین ضروری است و اصولاً نیاز به مواد خام کمتر برای تولید آنها و به علاوه پسماند کمتر از مزایای عمدة این فرآیندهای خودآرایی به شمار میآیند.

موانع عمدة موفقیت مسیرهای تحقیقاتی

یکی از چالشهای عمده در این راه، طراحی مولکولهایی است که بتوان به صورت دلخواه آنها را کنار هم قرار داد. مشکل دیگر هم استفاده از این روشها در مقیاس وسیع (تولید انبوه) است. شرکت IBM در نوامبر سال 2003 یک تراشه حافظة فلش را به نمایش گذاشت که از طریق خودآرایی و با استفاده از نوعی مولکولهای پلیمری خاص ساخته شده بود. مشکل دیگری که دانشمندان آن را یکی از تنگناهای اصلی در این زمینه میدانند، توسعة الگوها یا ساختارهایی است که بتوان از آن جهت هدایت عاملها (به منظور جهتدهی فرایند خودآرایی) استفاده نمود. PT است؛ به طوری که بلوکهای 1 چالش عمدة دیگر، ایجاد سیستمهای ترکیبی از طریق خودآرایی سلسه مراتب TPی سازندهای که به طور خودآرا ایجاد شدهاند را بتوان مجدداً تحت فرایندهای خودآرایی قرار داد. مانع اصلی که در انجام این کار وجود دارد، طراحی (تولید) این سیستمهای پیچیده احتمالاً از طریق چندین چرخه است. همچنین عامل قیمت نیز که اکثر متخصصان به عنوان یکی از مشکلات به آن اشاره کرده بودند، موضوعی است که نیاز به تحقیقات بلندمدت دارد. در حال حاضر با وجودی که خودآرایی یکی از اهداف تحقیقاتی بلندمدت است، اما بسیاری از پروژههای تحقیقی هماکنون بخشهایی را به این امر اختصاص دادهاند. به علاوه شرکتهای بزرگی چون Merck ،Pfizer 3m ،IBM، PT سرمایهگذاریهای کلانی در زمینه خودآرایی در دست انجام دارند. 2 DSM و هیولت TP پکارد

 مایع بلور روشهای- 3-2-3-2

فازهای بلور مایع- در غلظتهای به حد کافی بالا- میتوانند ساختارهای بلورین مایع خود را همانند سازی نمایند، PT بلور مایع، تکرار میشود و به این ترتیب نواحی بزرگ و بیوهستهای (در ابعاد 3 بنابراین همان فاصله و میانفاز TPی نانومتری) ایجاد میشود که دارای ساختار میباشند. این شیوه در مقایسه با روشهای الگودهی مبتنی بر اصل آرایهبندی PT یک مزیت به شمار میآید. 4 مشارکت TPی به نظر متخصصان مشکل هزینه بالا و موانع فنی در هر دو دسته مواد تودهای و غشایی وجود دارد. ضمن آن که

تأمین الگوهای جدید، مستلزم انجام فرایندهای پرهزینه ساخت میباشد. تورم TP -4 -2-3-2 1 (پلیمرها مثال عنوان به )PT این تورم، بر اثر ازدیاد حجم ماده که معمولاً ناشی از جذب حلال میباشد، روی میدهد. وقوع این پدیده در شبکههای پلیمری با اتصالات عرضی که به عنوان مثال از بلوکهای کوپلیمری ساخته شدهاند، به میزان این اتصالات عرضی هم بستگی دارد. به عنوان مثال وجود پیوندهای دوگانه در پلیمرهای نانوحفرهای، موجب تسهیل وارد کردن کنترل شدةگروههای عاملی و قرار دادن آنها روی جدارة این حفرهها میشود. با انجام این کار امکان کنترل مشخصههای درونی سطح منافذ نانوحفرهای فراهم میشود. به این ترتیب در این شبکة اتصال عرضی چندین شکل (که حاصل وجود الگوهای خودآرا از ساختارهای کوپلیمری دو بلوکی است) ایجاد میگردد. به نظر متخصصان، تنگنای فنی اصلی در این بخش (که باید برطرف شود) مشکل فروپاشی حفرهها پس از برداشتن حلال است.

 فوقبحرانی سیالات- 5-2-3-2

COB (و ویژگیهای منحصربهفرد آنها، در تولید نانوساختارهای کاملاً تعریف شده- ازاین سیالات )به عنوان مثال 2B که کاربرد بالقوه آنها در ساخت پایه کاتالیزورهای معدنی میباشد- استفاده میشود. فایدة عمده این سیالات، به حداقل رساندن نیروهای کشش سطحی و نیروهای موئینگی (بین حلال و پیش سازها) میباشد. چرا که وجود این نیروها در مقیاس نانو بسیار مخرب است. دانشمندان دریافتهاند که با استفاده از فرایندهای مبتنی بر سیالات فوق بحرانی، میتوان پارامترهای متغیر حلال از قبیل چگالی، ثابت دیالکتریک و نیز قابلیت پلاریزاسیون آن را به خوبی کنترل نمود. همچنین به جای تغییر شرایط دمایی، میتوان با تغییر فشار متغیرهای فرآیند را نیز کنترل نمود که این امر- با توجه به آن که فشار بسیار سریعتر از دما انتشار یافته و منتقل میشود- مزیت بسیار قابل توجهی به شمار میآید. با این وجود به نظر متخصصان علاوه بر برخی موانع فنی موجود، مشکل هزینه بالای این روش هم از جمله مواردی است که باید به حل آن پرداخت. امکان عدم استفاده از حلالهای آلی در این روش، از مزایای دیگراین روش است که باعث جلب توجه محققان، و استفاده از آن در تولید مواد کامپوزیتی زیستی میشود. همچنین از این فرآیند میتوان در عاملدار کردن حفرهها هم استفاده نمود. این که ابرسیالات دارای پائینتری گرانروی در بین سیالات میباشند موجب میشود تا بتوانند به راحتی به ساختارهای حفرهای نفوذ کرده و آنها را به طور کامل و به شکلی یکنواخت عاملدار نمایند.