תוכן שנמחק תוכן שנוסף
אין תקציר עריכה |
ניסוח |
||
שורה 1:
'''ננומכניקה''' ('''Nanomechanics''') הוא ענף ב[[ננוטכנולוגיה]] ובננו-מדע החוקר את התכונות הפיסיקליות של [[מכניקה|מכניקת]] היסוד (אלסטית, תרמית וקינטית) בסקלה [[ננומטר|ננומטרית]].
==רקע==
מבחינה טכנולוגית, אבני הבניין הבסיסיות מהן נוכל לבנות ולייצר [[מכונה|מכונות]] זעירות הן ה[[אטום|אטומים]] שגודלם נמדדים ב[[אנגסטרם|אנגסטרמים]] שהם עשיריות הננומטר. ישנה מוטיבציה לייצר התקנים מכניים או אלקטרומכניים קטנים ככל האפשר מכיוון שככל ההתקן מכני קטן יותר, כך הוא תופס פחות [[נפח]], משקלו קטן יותר, מגיב מהיר יותר, צורך [[הספק]] נמוך יותר וברוב המקרים זול יותר לייצור. כיום קיימים בתעשייה התקנים מכניים שגודלם בין ננומטר ל[[מיקרון]] כמו מנגנון המודד [[תאוצה]] של מכונית בעת התנגשות ומפעיל כרית האוויר ועוד. מבחינה טכנולוגית, ננוטכנולוגיה מהווה את קצה הגבול המזעור. רבים מן היישומים המוגדרים כמערכות ננו מכילים את המילה "בודד". למשל, מד מטען אשר ביכולתו למדוד [[מטען]] של [[אלקטרון]] בודד או [[קלורימטר]] שיוכל למדוד [[חום]] הנפלט מתגובה כימית של [[מולקולה]] בודדת <ref name="Dr Ron Lifshitz,Tel Aviv University, Nanomechanics, 2006">https://www.tau.ac.il/~ronlif/pubs/Tehuda26-2006.pdf</ref>. הייצור של תבניות ננו-אלקטרוניות וננו-מכניות דווח לראשונה ב 1988 על ידי ארני ומקדונלד, שפיתחו תהליך ייצור באמצעות [[ליתוגרפיה]] של אלומת אלקטרונים ליצירת הדפסים ב[[סיליקון]]. המטרה הראשונית הייתה לייצר [[מוליך למחצה]] עשוי מסיליקון בקנה מידה ננומטרי. אותה קבוצת חוקרים הרחיבה את הפיתוח שלהם לכוון ייצור של מפעילים מכניים תת-מיקרוניים בעזרת חודים של מיקרוסקופ מנהור סורק [[STM]].
==יישומים==
[[קובץ:SEM_of_carbon_nanotubes_with_graphene_foliates_of_varying_density,_deposited_via_microwave_plasma_enhanced_CVD.tif|ממוזער|below|250px|הדמיית מיקרוסקופ סורק-אלקטרונים של ננו-צינורות פחמן בצפיפויות שונות.]]
[[קובץ:Epitaxial_Nanowire_Heterostructures_SEM_image.jpg|ממוזער|below|250px|הדמיית מיקרוסקופ סורק-אלקטרונים של ננו-חוט אפיטקסיאלי במבנה-הטרו.]]
לעתים קרובות, ננומכניקה מתוארת כענף [[ננוטכנולוגיה|בננוטכנולוגיה]] הממוקד על תכונות מכניות של [[ננו-מבנים]] וננו-מערכות (מערכות עם רכיבים בסקלה ננו). כגון התכונות המכניות של [[ננו-חלקיקים]], ננו-תילים, ננו-מוטות, ננו-ציונורות כמו [[ננו-צינורית פחמן]] (Carbone NanoTube CNT) וננו-צינורות בורון ניטריד (Boron Nitride NanoTube BNNT), ננו-תאים, ננו-חומרים מורכבים, [[ננו-מנוע|ננו-מנועים]] ועוד. חלק מהתחומים המבוססים היטב על ננומכניקה הינם : מכניקה של [[ננו-חומרים]], ננו-טריבולוגיה ([[חיכוך]], אינטראקציה בין משטחים, אינטראקציה מכנית בסקלה ננו), מערכות ננו-אלקטרומכניות ([[NEMS]]) ו[[ננו-פלואידיקה]].
ננומכניקה מבוססת על מספר עקרונות:
▲* עקרון של [[חוק שימור האנרגיה]] ושל [[חוק שימור התנע]]
* וריאציות של עקרון המליטון ([[עקרון הפעולה המינימלית]])
שורה 61 ⟵ 56:
==NEMS==
[[קובץ:Micromachine 1.jpg|שמאל|ממוזער|300px|[[מיקרו (תחילית)|מיקרו]]-[[מכונה]]]]
[[מערכות ננואלקטרומכניות|מערכות ננו-אלקטרומכניות]] (NanoElectroMechanical System) הם התקנים המיוצרים על גבי שבבים הכוללים מעגלים משולבים יחד עם מכלולים מכניים בסקלה ננומטרי. מערכות NEMS מהוות את הצעד הבא במזעור מערכות מיקרו-אלקטרומכניות [[MEMS]] היכולות לקיים אינטגרציה בין מערכות מכניות, אלקטרוניות ואופטיות ומאפשרות להמיר תהליכים מכניים לאותות חשמליים או אופטיים והפוך. דבר זה מהווה בסיס ליצירת [[חיישן|חיישנים]] בעלי רגישות גבוהה במיוחד. למערכות NEMS מספר תכונות : {{ש}}
* ניצול מרבי של אנרגיה, תכונה אשר מאפיינת את [[מקדם איכות]] או מקדם Q הגבוה של תהודה
שורה 76 ⟵ 70:
1. Top Down גישה מלמעלה למטה משתמשת בשיטות המסורתיות של מזעור כגון: [[ליתוגרפיה]] (אופטית או אלומת אלקטרונים) לייצור התקנים
2.Bottom-Up גישה מלמטה למעלה משתמשת
==ביו-ננומכניקה==
אחד היישומים בתחום ננומכניקה הוא [[ביוננומכניקה|ביו-ננומכניקה]] המשלב בין ענף ה[[ביומכניקה]] החוקר ומיישם ממצאים על התנועות של חומרים ביולוגיים (מוצקים, נוזלים או ויסקו-אלסטיים) לענף של הננומכניקה. ביו-ננומכניקה שייכת לתחום של ה[[ביופיסיקה]] המתארת את התגובות במרחב ובזמן של פעולתה של מערכות [[כוח|כוחות]] ו[[לחץ|לחצים]] פנימיים וחיצוניים. יישומים של
למשל, הטכנולוגיה ששימשה להחליף השיניים האבודות עם שתלי טיטניום שיניים יכול להיות שיפור על ידי לימוד מבנה פני השטח של שתלי שיניים לא רק ברמת המיקרו אלא גם ברמת הננו. התברר בשלב מוקדם כי משטח מחוספס היה טוב יותר מאשר אחד חלק, את פני השטח של השתלים של היום מאופיינת לעתים קרובות על ידי רמות שונות של חספוס, מן החוט על גבי ננו. עיגון השתל בעצם מפעיל השפעה מכנית על רקמת העצם המכונה גירוי ביומכנית, וזה מאפשר היווצרות של עצם חדשה. הגדלת השטח פעיל ברמה ננו גורם לשינוי המוליכות של השתל ומאפשר להשפיע על ביומכניקה של הגוף עצמו ולכן לזרז את הריפוי של השתל. משטחים עם ננו-מבנים מוגדרים היטב משום שהאזור פעיל יותר ויכול להגיב במהירות בתצהיר של יוצרי עצם ומינרלים.
שורה 104 ⟵ 98:
[8] MIT, [Nanobiomechanics Breakthrough Technology], http://www2.technologyreview.com/article/405526/nanobiomechanics/
==הערות שוליים==
{{הערות שוליים}}
| |||