नैनोयांत्रिकी

नैनोयांत्रिकी (नैनोमैकेनिक्स) नैनोसाइंस की एक प्रमुख शाखा है जो नैनोमीटर पैमाने पर भौतिक प्रणालियों के मौलिक यांत्रिक (लोचदार, थर्मल और काइनेटिक) गुणों का अध्ययन करती है। नैनोमैकेनिक्स बायोफिजिक्स, चिरसम्मत यांत्रिकी, ठोस अवस्था भौतिकी, सांख्यिकीय यांत्रिकी, पदार्थ विज्ञान और प्रमात्रा रसायनिकी के चतुष्पथ (क्रॉसरोड) पर नैनोयांत्रिकी का उदय हुआ। नैनो विज्ञान के क्षेत्र के रूप में, नैनोयांत्रिकी नैनोतकनीक के लिए वैज्ञानिक आधार प्रदान करता है।

एक राइबोसोम एक जैविक मशीन है जो नैनोस्कोपिक स्केल पर प्रोटीन गतिशीलता का उपयोग करती है

इलेक्ट्रोमैकेनिक्स इलेक्ट्रॉनिक्स की शाखा है जो न्यूक्लियोस्केल पर भौतिक यांत्रिक गुणों से संबंधित है और उनका विश्लेषण करती है, जैसे सरल, थर्मल और गतिज भौतिक गुण।

प्रायः नैनोमैकेनिक्स को नैनोटेक्नोलॉजी की एक शाखा के रूप में देखा जाता है, यानी, इंजीनियर नैनोस्ट्रक्चर और नैनोसिस्टम्स (महत्व के नैनोस्केल घटकों वाले सिस्टम) के यांत्रिक गुणों पर ध्यान केंद्रित करने वाला एक लागू क्षेत्र। उत्तरार्द्ध के उदाहरणों में नैनोमैचिन, नैनोपार्टिकल्स, नैनोपाउडर, नैनोवायर, नैनोरोड्स, नैनोरिबन्स, कार्बन नैनोट्यूब (सीएनटी) और बोरॉन नाइट्राइड नैनोट्यूब (बीएनएनटी) सहित नैनोट्यूब सम्मिलित हैं; नैनोशेल्स, ननोमेम्ब्रेन्स, नैनो कोटिंग्स, नैनो कम्पोज़िट/नैनो स्ट्रक्चर्ड पदार्थ , (फैला हुआ नैनोकणों के साथ तरल पदार्थ); नैनोमोटर, आदि हैं।

नैनोमैकेनिक्स के कुछ सुस्थापित क्षेत्र हैं: नैनोमैटेरियल्स, नैनोट्रिबोलॉजी (नैनोस्केल पर घर्षण, पहनने और संपर्क यांत्रिकी ), नैनोइलेक्ट्रोमैकेनिकल सिस्टम (एनईएमएस), और नैनोफ्लुइडिक्स हैं।

मौलिक विज्ञान के रूप में, नैनोयांत्रिकी कुछ अनुभवजन्य सिद्धांतों (मूल टिप्पणियों) पर आधारित है, अर्थात् सामान्य यांत्रिकी सिद्धांत और विशिष्ट सिद्धांत अध्ययन की वस्तु के भौतिक आकार के लघुता से उत्पन्न होते हैं।

सामान्य यांत्रिकी सिद्धांतों में सम्मिलित हैं:

• ऊर्जा और संवेग संरक्षण सिद्धांत
• परिवर्तनशील हैमिल्टन का सिद्धांत
• समरूपता सिद्धांत

नैनोयांत्रिकी भी अध्ययन की गई वस्तु के लघुता के लिए उत्तरदायी है।:

• वस्तु का असततपन, जिसका आकार अंतर-परमाण्विक दूरियों के साथ तुलनीय है
• वस्तु में स्वातंत्र्य (यांत्रिकी) की डिग्री की बहुलता, लेकिन परिमितता
• तापीय उतार-चढ़ाव का महत्व
• एंट्रोपिक प्रभावों का महत्व
• क्वांटम प्रभाव का महत्व (क्वांटम मशीन देखें)

ये सिद्धांत नैनोमीटर वस्तुओं के उपन्यास यांत्रिक गुणों में एक बुनियादी अंतर्दृष्टि प्रदान करने का काम करते हैं। नवीनता को इस अर्थ में समझा जाता है कि ये गुण समान स्थूल वस्तुओं में मौजूद नहीं हैं या उन गुणों से बहुत भिन्न हैं (जैसे, नैनोरोड्स बनाम सामान्य मैक्रोस्कोपिक बीम संरचनाएं)। विशेष रूप से, विषय की लघुता ही नैनोस्ट्रक्चर के उच्च सतह-से-आयतन अनुपात द्वारा निर्धारित विभिन्न सतह प्रभावों को जन्म देती है, और इस प्रकार नैनोस्ट्रक्चर के मेकेनोएनर्जेटिक और थर्मल गुणों (पिघलने बिंदु, गर्मी समाई, आदि) को प्रभावित करती है। उदाहरण के लिए, ठोस पदार्थों में यांत्रिक तरंगों के फैलाव और छोटे पैमाने पर बुनियादी इलास्टोमैकेनिक्स समाधानों के कुछ विशेष व्यवहार के लिए असततता एक मौलिक कारण की सेवा करती है। स्वतंत्रता की डिग्री की बहुलता और थर्मल अस्थिरता का उदय संभावित बाधाओं के साथ-साथ तरल पदार्थ और ठोस पदार्थों के क्रॉस- डिफ्यूज़न के लिए नैनोकणों के क्वांटम टनलिंग के कारण हैं। लघुता और तापीय उतार-चढ़ाव नैनोकणों की ब्राउनियन गति के मूल कारण प्रदान करते हैं। नैनोस्केल में थर्मल उतार-चढ़ाव और कॉन्फ़िगरेशन एन्ट्रॉपी के बढ़ते महत्व ने सुपरलेस्टिकिटी, एंट्रोपिक लोच (एन्ट्रोपिक फोर्स ), और नैनोस्ट्रक्चर के अन्य विदेशी प्रकार के लोच (भौतिकी) को उत्पन्न किया। कॉन्फ़िगरेशन एंट्रॉपी के पहलू खुले नैनोसिस्टम्स के स्व-संगठन और सहकारी व्यवहार के संदर्भ में भी बहुत रुचि रखते हैं।

क्वांटम प्रभाव भौतिक वस्तुओं में अलग-अलग परमाणुओं के बीच परस्पर क्रिया के बलों को निर्धारित करते हैं, जो नैनोमैकेनिक्स में कुछ औसत गणितीय मॉडल के माध्यम से पेश किए जाते हैं जिन्हें इंटरटॉमिक संभावना कहा जाता है।

क्लासिकल मल्टीबॉडी डायनेमिक्स के भीतर अंतर- परमाणु क्षमता का बाद में उपयोग परमाणु पैमाने/रिज़ॉल्यूशन पर नैनो संरचनाओं और प्रणालियों के नियतात्मक यांत्रिक मॉडल प्रदान करता है। इन मॉडलों के समाधान के संख्यात्मक तरीकों को आणविक गतिशीलता (एमडी) कहा जाता है, और कभी-कभी आणविक यांत्रिकी (विशेष रूप से स्थिर रूप से संतुलित (अभी भी) मॉडल के संबंध में)। गैर-नियतात्मक संख्यात्मक दृष्टिकोण में मोंटे कार्लो, काइनेटिक मोर-कार्लो (केएमसी) और अन्य विधियां सम्मिलित हैं। समकालीन संख्यात्मक उपकरणों में एकल गणितीय मॉडल के भीतर सातत्य (मैक्रो) स्केल विधियों (सामान्यतः क्षेत्र उत्सर्जन माइक्रोस्कोपी ) के साथ परमाणु पैमाने के तरीकों (सामान्यतः एमडी) के समवर्ती या अनुक्रमिक उपयोग की अनुमति देने वाले हाइब्रिड मल्टीस्केल दृष्टिकोण भी सम्मिलित हैं। इन जटिल विधियों का विकास अनुप्रयुक्त यांत्रिकी अनुसंधान का एक अलग विषय है।

क्वांटम प्रभाव नैनोसंरचना के नवीन विद्युत, ऑप्टिकल और रासायनिक गुणों को भी निर्धारित करते हैं, और इसलिए वे नैनोसाइंस और नैनोटेक्नोलॉजी जैसे नैनोइलेक्ट्रॉनिक्स, उन्नत ऊर्जा प्रणालियों और नेनोबायोटेक्नोलॉजी के आसन्न क्षेत्रों में और भी अधिक ध्यान आकर्षित करते हैं।

यह भी देखें

• आणविक मशीन
• ज्यामितीय चरण (अनुभाग स्टोचैस्टिक पंप प्रभाव)
• नैनोइलेक्ट्रोमैकेनिकल रिले

संदर्भ

• Sattler KD. Handbook of Nanophysics: Vol. 1 Principles and Methods. CRC Press, 2011.
• Bhushan B (editor). Springer Handbook of Nanotechnology, 2nd edition. Springer, 2007.
• Liu WK, Karpov EG, Park HS. Nano Mechanics and Materials: Theory, Multiscale Methods and Applications. Wiley, 2006.
• Cleland AN. Foundations of Nanomechanics. Springer, 2003.

एन: नैनोमशीन