طبقه بندی : نانو تکنولوژی - مقالات
زمان ظهور نانوسرامیك‌ها را می‌توان دهه 90 میلادی دانست. در این زمان بود كه با توجه به خواص بسیار مطلوب پودرهای نانوسرامیكی، توجهاتی به سمت آنها جلب شد، اما روشهای فرآوری آنها چندان آسان و مقرون به‌صرفه نبود. با پیدایش نانوتكنولوژی، نانوسرامیك‌ها هرچه بیشتر اهمیت خود را نشان دادند. در حقیقت نانوتكنولوژی با دیدگاهی كه ارائه می‌كند، تحلیل بهتر پدیده‌ها و دست‌یافتن به روشهای بهتری برای تولید مواد را امكان‌پذیر می‌سازد.
شكل‌گرفتن علم و مهندسی نانو، منجر به درك بی‌سابقه اجزای اولیه پایه تمام اجسام فیزیكی و كنترل آنها شده‌است و این پدیده به‌زودی روشی را كه اغلب اجسام توسط آنها طراحی و ساخته می‌شده‌اند، دگرگون می‌سازد. نانوتكنولوژی توانایی كار در سطح مولكولی و اتمی برای ایجاد ساختارهای بزرگ می‌باشد كه ماهیت سازماندهی مولكولی جدیدی خواهندداشت و دارای خواص فیزیكی، شیمیایی و بیولوژیكی جدید و بهتری هستند. هدف، بهره‌برداری از این خواص با كنترل ساختارها و دستگاهها در سطوح اتمی، مولكولی و ****مولكولی و دستیابی به روش كارآمد ساخت و استفاده از این دستگاهها می‌باشد.
هدف دیگر، حفظ پایداری واسط‌ها و مجتمع‌نمودن نانوساختارها در مقیاس میكرونی و ماكروسكوپی می‌باشد. همیشه با استفاده از رفتارهای مشاهده‌شده در اندازه‌های بزرگ، نمی‌توان رفتارهای جدید در مقیاس نانو را پیش‌بینی كرد و تغییرات مهم رفتاری صرفا" به‌خاطر كاهش درجه بزرگی اتفاق نمی‌افتند، بلكه به دلیل پدیده‌های ذاتی و جدید آنها و تسلط‌یافتن در مقیاس نانو بر محدودیتهایی نظیر اندازه، پدیده‌های واسطه‌ا‌ی و مكانیك كوانتومی می‌باشند.
نانوسرامیك‌ها :
نانوسرامیك‌ها، سرامیك‌هایی هستند كه در ساخت آنها از اجزای اولیه در مقیاس نانو (مانند نانوذرات، نانوتیوپ‌ها و نانولایه‌ها) استفاده شده‌باشد، كه هركدام از این اجزای اولیه، خود از اتمها و مولكولها بدست آمده‌اند. بعنوان مثال، نانوتیوپ یكی از اجزای اولیه‌ا‌ی است كه ساختار اولیه كربن c60 را تشكیل می‌دهد. به‌طور كلی فلوچارت سازماندهی نانوسرامیك به شكل زیر می‌باشد :
بنابراین مسیر تكامل نانوسرامیك‌ها را می‌توان در سه مرحله خلاصه كرد :
مرحله 1 : سنتز اجرای اولیه
مرحله 2 : ساخت ساختارهای نانو با استفاده از این اجزاء و كنترل خواص
مرحله 3 : ساخت محصول نهایی با استفاده از نانوسرامیك بدست‌آمده از مرحله دوم
ویژگیها :
ویژگیهای نانوسرامیك‌ها را می‌توان از دو دیدگاه بررسی كرد. یكی ویژگی نانوساختارهای سرامیكی، و دیگری ویژگی محصولات بدست‌آمده است.
ویژگیهای نانوساختارهای سرامیكی :
كوچك، سبك، دارای خواص جدید، چندكاركردی، هوشمند و دارای سازماندهی مرتبه‌ا‌ی.
ویژگیهای محصولات نانوسرامیكی :
خواص مكانیكی بهتر: سختی و استحكام بالاتر و انعطاف‌پذیری كه ویژگی منحصربه‌فردی برای سرامیك‌هاست.
داشتن نسبت سطح به حجم بالا كه باعث كنترل دقیق بر سطح می‌شود.
دمای زینتر پایین‌تر كه باعث تولید اقتصادی و كاهش هزینه‌ها می‌گردد.
خواص الكتریكی، مغناطیسی و نوری مطلوب‌تر: قابلیت ابررسانایی در دماهای بالاتر و قابلیت عبور نور بهتر.
خواص بایویی بهتر (سازگار با بدن).
كاربردها :
نانوتكنولوژی باعث ایجاد تحول چشمگیری در صنعت سرامیك گشته‌است. در این میان نانوسرامیك‌ها، خود باعث ایجاد تحول عظیمی در تكنولوژی‌های امروزی مانند الكترونیك، كامپیوتر، ارتباطات، صنایع حمل‌ونقل، صنایع هواپیمایی و نظامی و … خواهندشد. برخی كاربردهای حال و آینده نانوسرامیك‌ها در جدول زیر آمده‌است.آینده حال زمان نانوساختارها
نانوروكش‌های چندكاركردی رنگ‌دانه‌ها پولیش‌های مكانیكی-شیمیایی حایل‌های حرارتی حایل‌های اپتیكی (UV و قابل رؤیت) تقویت Imaging مواد جوهرافشان دوغاب‌های روكش ساینده لایه‌های ضبط اطلاعات پوشش‌ها و دیسپرژن‌ها
سنسورهای ویژه مولكولی ذخیره انرژی
(پیل‌های خورشیدی و باطری‌ها) غربال‌های مولكولی مواد جاذب و غیرجاذب داروسازی كاتالیست‌های ویژه پركننده‌ها سرامیك‌های دارای سطح ویژه بالا
نوارهای ضبط مغناطیسی قطعات اتومبیل فعال‌كننده‌های پیزوالكتریك نیمه‌هادی‌ها لیزرهای كم‌ پارازیت نانوتیوپها برای صفحه نمایشهای وضوح بالا هدهای ضبط GMR
نانوابزارهای عملگر
شكل‌دهی ****پلاستیك سرامیكها مواد ساختاری فوق‌العاده سخت و مستحكم سرماسازهای مغناطیسی سیمان‌های انعطاف‌پذیر مواد مغناطیسی نرم با اتلاف كم ابزارهای برش WC/Co با سختی بالا سیمان‌های نانوكامپوزیت سرامیك‌های تقویت‌شده
«الگوریتم ها» و «تراشه» های كوانتومی
محاسبات كوانتومی یك زمینه جدید و امیدواركننده با قابلیت بالقوه بالای محاسباتی است، اگر در مقیاس بزرگ ساخته شود. چندین چالش عمده در ساخت رایانه كوانتومی بزرگ مقیاس، وجود دارد: بررسی و تصدیق محاسبات و معماری سیستم آن.
قدرت محاسبات كوانتومی در قابلیت ذخیره‌سازی یك حالت پیچیده در قالب یك "بیت" ساده نهفته است.
روش‌های نوینی به منظور ساخت مدارهای منطقی سطح پائین، سوئیچ‌كننده‌ها، سیم‌ها، دروازه‌های اطلاعاتی، تحت پژوهش و توسعه قرار گرفته‌اند كه كاملاً متفاوت از تكنیك‌های حاضرند و به طور عمیقی ساخت مدارهای منطقی پیشرفته‌ را تحت تأثیر قرار می‌دهند. از برخی از دیدگاه‌ها، در آینده‌ای نزدیك، در حدود 20 سال آینده، طراحان مدارهای منطقی ممكن است به مدارهائی دسترسی پیدا كنند كه یك بیلیون بار از مدارهای حال حاضر سریعترند.
مسائلی نظیر طراحی، بكارگیری،‌ تعمیر و نگهداری و كنترل این ابرسیستم‌ها به گونه‌ای كه پیچیدگی بیشتر به كارآئی بالاتری منتهی شود، زمانی كه سیستم‌های منطقی شامل 107، سوئیچ باشد،مهم است. به سختی ممكن است كه آنها را به طور كامل و بی‌نقص،‌ بسازیم، بنابر این رسیدگی و اصلاح عملگرهای شامل بررسی هزاران منبع خواهد بود. از این رو طراحی یك سیستم با فضای حداقل، حداقل هزینه در زمان و منابع، یك ارزش است. چنین سیستمی می‌تواند در قالب "توزیع یافته"، "موازی" ویا در یك چهارچوب "سلسله مراتبی" قرار گیرد.
سخت‌افزارها و مدارهای منطقی راه درازی را پیموده‌اند. ترانزیستورهای استفاده شده در یك مدار ساده CPU چندین میلیون بار كوچكتر از ترانزیستور اصلی ساخته شده درسال 1947 است. اگر یك ترانزیستور حال حاضر با تكنولوژی 1947 ساخته شود نیازمند یك كیلومتر مربع سطح می‌باشد (قانون مور)، در حالی كه در 10 الی 20 سال آینده تكنولوژی موفق به گشودن راهی جهت تولید مدارهای منطقی 3 بعدی خواهد شد.
در این میان، چندین پرسش سخت و پژوهشی كه در آكادمی‌ها وصنعت به آن پرداخته می‌شود وجود دارد:
گرفتن پیچیدگی‌ها در تحلیل روش‌های تولید SWITCH ،در روش‌های متولد شده به منظور مدل‌سازی چگونگی كارآئی آنها، در مدارهای منطقی مورد نیاز مهندسان، و امتیازات روش‌های نوین فناورانه بر روش های كلاسیك.
لحاظ كردن ملاحظاتی مبنی بر تعداد سوئیچ‌ها در واحد سطح و حجم در درون ابزار (گنجایش)، تعداد نهائی سوئیچ‌ها در درون ابزار (حجم)، شرایط حدی عملگرها، سرعت عملگرها، توان مورد نیاز، هزینه تولید و قابلیت اعتماد به تولید و دوره زمانی چرخه عمر آن.
پاسخ این تحلیل ها جهت پژوهش‌ها را به سمت روش‌های بهتر تولید سوییچ، هدایت خواهد كرد. ودر نهایت یافتن این كه چگونه یك روش ویژه در بهترین شكلش مورد استفاده قرار خواهد گرفت و نیز تحلیل و تباین روش‌های مختلف تولید.
حركت به سمت طراحی ظرفیت ابزار، جهت استفاده مؤثر از 1017 ترانزیستور یا سوئیچ است. چنین طراحی‌هائی در مقیاس‌های مطلوب ، حتی بی‌شباهت در مقایسه با افزایش ظرفیت ابزارها خواهد بود.
طراحی‌های قویتر و ابزارهای بررسی قوی‌تر به منظور طراحی "مدارهای منطقی" با چندین مرتبه مغناطیسی بزرگتر و پیچیده‌تر.
طراحی پروسه‌های انعطاف‌پذیرتر جهت مسیر تولید از مرحله طراحی منطقی،‌ آزمایش و بررسی، تا بكارگیری در سخت‌افزار.
پروسه‌ها می‌بایستی به قدری انعطاف‌پذیر باشند كه:
الف) توسعه اشتراكی درطراحی، آزمایش و ساخت ،به گونه‌ای كه هیچ یك از این گام‌ها تثبیت شده نباشد.
ب) توسعه طراحی، و بررسی به منظور كاوش یك روش نوین ساخت با هدف تقویت نقاط قوت و كم كردن نقاط ضعف .هر نوع از سیستم نانویی كه توسط طراحان ساخته می‌شود می‌بایستی صحت عملكرد آن تضمین شود.
شاخص مقیاس حقیقی و لایه‌های افزوده شده نامعین در سیستم‌های نانوئی،‌ نیازمند انقلاب در طراحی سیستم‌ها و الگوریتم‌ها است. روش‌هائی كه در زیر معرفی می‌شود، الگوریتم‌هائی هستند كه به صورت بالقوه قادرند مسأله پیچیدگی محاسبات را كاهش دهند.

مانع بزرگی به نام« بررسی چند میلیون ابزار نانومقیاس»، نیاز به روش‌های انقلابی به منظور بررسی سیستم‌هائی كه ذاتاً بزرگتر، پیچیده‌تر و دارای درجات نامعینی پیچیده‌تری هستند، را روشن می‌كند. در ابتدا مروری كوتاه خواهیم داشت بر ضرورت "آزمایش مدل."[1]
آزمایش مدل از روش‌های پذیرفته شده و رسمی در حوزه بررسی روش‌های ساخت است. این حوزه شامل كاوش فضای طراحی است به منظور دیدن این نكته كه خواص مطلوب در مدل طراحی شده حفظ شده باشد، به گونه ای كه اگر یكی ازاین خواص، مختل شده باشد،‌ یك""Counter Example تولید شود. Model Checking Symbolic بر مبنای [2]ROBDDها یك نمونه از این روش‌ها است.
بهرحال، BDDها به منظور حل مسائل ناشی از خطای حافظه بكار گرفته می‌شوند و برای مدارات بزرگتر با تعداد حالات بزرگتر و متغیرتر مقیاس پذیر نمی‌باشند.
1) بررسی مقیاسی سیستم‌های نانوئی: دو روش عمده برای حل این مسأله وجود دارد:
یك روش حل مبتنی بر محدود كردن آزمایش كننده مدل[3] به یك مدار unbounded، است كه به نام "unbounded model checking" یا UMC نامیده می‌شود،‌ به گونه‌ای كه خواص آزمایش شده به تعداد دلخواه از Time-Frame" "ها وابستگی ندارد.
روش دیگر مبتنی بر مدل "مدار محدود[4]" استوار است كه به نام[5] BMC نامیده می‌شود در این روش بررسی مدل با تعداد ویژه و محدودی از Time-Frame" "ها صورت می‌گیرد.
ابتدا در مورد فرمولاسیون UMC كه مبتنی بر "رسیدن به سرعت در مراتب مغناطیسی" است و به وسیله تكنیك‌های مقیاس پذیر"BMC" پیروی می‌شود،‌ بحث می‌كنیم و بالاخره این كه چهارچوبی را برای بررسی و لحاظ كردن درجات نامعینی به سیستم، معرفی می‌كنیم.

مزیت"UMC" بر "BMC" در كامل بودن آن است. روش "UMC" می‌تواند خواص مدل را همانگونه كه هست لحاظ كند زیرا این روش مبتنی بر قابلیت آزمایش به كمك نقاط ثابت است. عیب این روش در این است كه""ROBDD كاملاً به مرتبه متغیرها حساس است. ابعاد BDD می‌تواند غیرمنطقی باشد اگر مرتبه متغیرها بد انتخاب شود. در پاره‌ای از موارد (نظیر یك واحد" ضرب") هیچ مرتبه متغیری به منظور رسیدن به یك ROBDD كامل كه نمایشگر عملكرد مدار باشد،‌ وجود ندارد. به علاوه، برای خیلی از شواهد مسأله،‌ حتی اگر ROBDD برای روابط انتقال ساخته شود،‌ حافظه می‌تواند هنوز در خلال عمل كمیت‌گذاری، بتركد.
پژوهش‌های اخیر بر بهبود الگوریتم‌های BDD جهت كاهش انفجار حافظه استوار و استفاده از خلاصه نگاری و تكنیك‌های كاهش، جهت كاهش اندازه مدل، تمركز یافته‌اند.
"SAT Solver"ها ضمیمه BDD ها می‌شوند. روابط انتقال یك سیستم در قالب K، Time-Frame"" باز می‌شود. "SAT" هابه ابعاد مسأله كمتر حساسند. اما به هر حال، SATها دارای یك محدودیت هستند و آن این كه خواص یك مدار را با تعداد محدودی (K)، می‌سنجند.
اگر هیچ Countervecample در K، Time-Frame یافت نشد، هیچ تضمینی برای همگرائی حل مسأله وجود ندارد.

روشی برای تركیب SAT-Solver و BDD به صورت فرمول CNF به كار گرفته شده است. 2- "UMC" مقیاس‌پذیر: BMC"" در مقایسه با UMC"" مبتنی بر"BDD" ،كامل نمی‌باشد. این روش می‌تواند فقط "Counter Example"ها را بیابد و قادر به محاسبه خواص نمی‌باشد مگر آن كه یك حد بر روی حداكثر اندازه Counter Example"" تعیین شود.