سطح مقاله
نویسندگان
مریم مهرتاش
(نویسنده اول)
صابر زارع
(نویسنده دوم)
محسن سروری
(نویسنده سوم)
کلمات کلیدی
روش سونوشیمی
سنتز نانومواد
امتیاز کاربران
سنتز نانومواد با استفاده از روشهای سونوشیمیایی
روشهای سونوشیمیایی متعددی برای سنتز نانوساختارهای توسعه یافتهاند؛ از این جمله میتوان به احیاء سونوشیمیایی، انباشت القاشده توسط امواج فراصوت، سونوالکتروشیمی، گرماکافت توسط افشانه فراصوت و ... اشاره کرد. در این مقاله به توضبح این موارد پرداخته خواهد شد. تقریباً اساس تمام روشهای سونوشیمیایی را اثرات فیزیکی امواج فراصوت تشکیل میدهد؛ اثراتی که ناشی از فرایند حفرهزایی یا کویتاسیون (Cavitation) در محلولهاست. حفرهزایی شامل ایجاد، رشد و ترکیدن انفجاری حبابها در محلول در اثر اعمال امواج فراصوت به محلول است. این روشها برای سنتز نانوذرات مختلفی از جمله نانوذرات فلزی، نانوساختارهای اکسید فلزی، نقاط کوانتومی، نانوساختارهای متخلخل، نانوساختارهای توخالی، رسوبدهی نانوذرات بر روی سطوح و... مورد استفاده قرار میگیرند.
1. مقدمه
امواج صوتی در گستره فرکانسی بیش از 20 کیلوهرتز تحت عنوان امواج فراصوت شناخته میشوند. استفاده از این امواج در موارد بسیار زیادی کاربرد دارد که یکی از این حوزهها، علم شیمی است و کاربرد امواج فراصوت در شیمی، واکنشها و فرایندهای شیمیایی، به سونوشیمی (Sonochemistry) معروف شده است. اثرات اعمال امواج فراصوت به محلولها در قالب اثرات فیزیکی و اثرات شیمیایی بررسی میشوند و کاربردهای ایجاد شده برای روشهای سونوشیمیایی بر اساس همین اثرات شکل گرفتهاند. اصلیترین تأثیر این امواج به اثرات فیزیکی آن و فرایندی به نام حفرهزایی یا کویتاسیون مربوط میشود. این فرآیند در اصل شامل تشکیل یک سری حبابها در محلول در اثر اعمال امواج فراصوت و در پی آن رشد و متلاشی شدن انفجاری آنهاست. در اثر این پدیده فیزیکی و انفجار حبابها در محلول، مقدار زیادی انرژی به صورت موضعی آزاد میشود که خود را به صورت دماهای موضعی نشان میدهد و یک شرایط بسیار مناسب برای انجام واکنشهای شیمیایی است. امروزه واکنشهای شیمیایی بسیاری با استفاده از امواج فراصوت انجام میشوند و از همین روی، روشهای سونوشیمیایی متعددی نیز توسعه و گسترش یافتهاند. یکی از اصلیترین موارد استفاده از این روشها در سنتز نانوذرات مختلف است که استفاده از روشهای سونوشیمیایی کاربرد و توسعه بسیار گستردهای در این بخش پیدا کرده است [1].
2. روشهای سونوشیمیایی مختلف برای سنتز نانوذرات
همانطور که اشاره شد، روشهای سونوشیمیایی مختلفی برای سنتز نانوذرات وجود دارد و بر اساس آنها نانوذرات بسیاری با شکل، ساختار و اندازههای گوناگون تولید شدهاند. هر کدام از این روشها برای سنتز دستهای خاص از نانوذرات با ویژگیهای مشخص کاربرد دارند. آشنایی با این روشها، مؤلفههای مؤثر بر آنها، شرایط مورد نیاز آنها و همچنین خواص نانوذرات سنتز شده با استفاده از این روشها میتواند در انتخاب مؤثرترین روش برای سنتز یک نانوساختار مشخص بسیار کاربردی باشد. بر همین اساس، در ادامه به برخی از مهمترین و پرکاربردترین روشهای سونوشیمیایی برای سنتز نانوذرات مختلف پرداخته خواهد شد.
1.2. احیای سونوشیمیایی (Sonochemical Reduction) برای سنتز نانوساختارهای فلزی
احیای نمکهای فلزی از طریق اعمال امواج فراصوت دارای مزایای قابل توجه و زیادی نسبت به سایر روشهای احیا متعارف است، از جمله اینکه تحت شرایط خاص و برای برخی واکنشها هیچ عامل کاهنده شیمیایی مورد نیاز نیست، زمان واکنشها نسبتاً کوتاه هستند و تولید ذرات بسیار کوچک نیز امکانپذیر است. در این مورد، تجزیه فراصوتی (Sonolysis) مایعات آبی منجر به تولید رادیکالهای آزاد •H و •OH میشود و رادیکالهای H تولید شده توسط امواج فراصوت به عنوان عامل احیاکننده عمل میکنند. این فرایند به طور مختصر در روابط زیر نشان داده شده است. در این روش برای ایجاد و تأمین رادیکالهای مورد نیاز برای ادامه واکنش، اغلب یکسری مواد آلی (مانند سورفاکتانتها یا ترکیبات الکلی مانند 2- پروپانول) به محلول اضافه میشود که میتواند به طور قابل توجهی سرعت فرایند احیاء را افزایش دهد:

منابـــع و مراجــــع
1. http://www.scs.illinois.edu/suslick/sonochembrittanica.html.
2. Xu, H., B.W. Zeiger, and K.S. Suslick, Sonochemical synthesis of nanomaterials. Chemical Society Reviews, 2013. 42(7): p. 2555-2567.
3. Nowak, F.M., Sonochemistry: Theory, Reactions, Syntheses, and Applications. 2010: Nova Science Publishers.
4. Bang, J.H. and K.S. Suslick, Applications of ultrasound to the synthesis of nanostructured materials. Advanced materials, 2010. 22(10): p. 1039-1059.
5. Mason, T.J. and J.P. Lorimer, Applied sonochemistry. The uses of power ultrasound in chemistry and processing, 2002: p. 1-48.
6. Chen, D., S.K. Sharma, and A. Mudhoo, Handbook on applications of ultrasound: sonochemistry for sustainability. 2011: CRC press.