برترین کاربران هفتگی این مقاله

از ۱۳۹۷/۰۶/۲۴ تا ۱۳۹۷/۰۶/۳۰

هیچ کاربری در این بازه زمانی وجود ندارد

آمار مقاله
  • بازدید کل ۵,۶۸۳
  • بازدید این ماه ۴۵
  • بازدید امروز ۱
آمار آزمون مقاله
  • کل شرکت کنندگان ۱۲۷
  • قبول شدگان ۸۳
  • شرکت کنندگان یکتا ۶۵
  • میانگین درصد شرکت کنندگان ۶۶
واژه نامه فناوری نانو

نانو

nano

پيشوندي به معناي يک بيليونم يا (000،000،000،1/1). در متون فناوري‌نانو، معمولا براي مشخص کردن يک واحد اندازه‌گيري برابر با 10 به توان منفي 9 متر استفاده مي‌شود.

سطح مقاله

مقالات منتخب ماهنامه نانو

نویسندگان
کلمات کلیدی
امتیاز کاربران

مروری کوتاه بر روش‌های تهیه نانوبلور‌های کروی تک‌توزیع

پیشرفت‌های زیادی در طول ده سال گذشته در زمینه سنتز نانوبلورهای تک توزیع حاصل شده است. چندین روش شیمیایی گوناگون برای سنتز نانوبلورهای یکسان فلزی، اکسید فلزی و کالکوژن‌های فلزی استفاده شده است. نانوبلورهای تک توزیع بسیاری از فلزات و اکسیدهای فلزی بصورت مستقیم از طریق روش‌های شیمیایی تخریب حرارتی کمپلکس ماده جاذب سطحی- پیش‌ماده فلز مورد نظر، فرایند کاهش پیش‌ماده فلز مورد نظر و روش‌های سل-ژل آبی و غیر آبی تهیه شده‌اند. نانوبلور‌های نیمه‌هادی با اندازه‌ و شکل گوناگون به وسیله روش‌های شیمیایی گوناگون حالت محلول شامل روش‌های شیمیایی معروف آلی-فلزی مانند گرماکافت پیش ماده در دمای بالا، تهیه شده‌اند.
1. مقدمه
در طول 30 سال گذشته، تهیه نانوبلور‌های با اندازه‌‌ای 1 تا 100 نانومتر، نه تنها به خاطر کاربردهای بنیادین علمی بلکه به خاطر کاربردهای بی‌شمار آن‌ها در فن‌آوری به طور عمیقی دنبال شده است [1]. نانوبلور‌ها دارای یک سری از ویژگی‌ها هستند که به اندازه‌ی‌ آن‌ها وابسته است و این ویژگی‌ها از گونه توده آن‌ها قابل حصول نیست که عبارت‌اند از: خواص الکتریکی، نوری، مغناطیسی و ویژگی‌های شیمیایی. برای بسیاری از کاربردها درآینده، تهیه نانوبلور‌های تک توزیع (دارای محدوده‌ یا اندازه‌ی با انحراف از میانگین کمتر از پنج درصد) به علت وابستگی ویژگی‌های الکتریکی، نوری و مغناطیسی این ترکیب‌ها به ابعاد آن‌ها، دارای اهمیت کلیدی است [2].
برای تهیه نانوبلور‌ها دو روش مختلف وجود دارد. روش بالا به پایین (Up to Down) که از روش‌های فیزیکی استفاده می‌کند و روش پایین به بالا (Up to Down) که از شیمی کلوییدی حالت محلول بهره می‌برد. مزیت روش‌های فیزیکی (مانند روش‌های بالا به پایین) در تولید مقادیر زیاد نانوبلور‌ها است در حالی‌که تهیه نانوبلور‌های تک توزیع و کنترل اندازه‌ی آن‌ها با کمک این روش بسیار مشکل است. در مقابل، روش‌های تهیه‌ی شیمیایی کلوییدی (Solution-Phase Colloidal Chemistry) می‌تواند نانوبلور‌های تک توزیع با اندازه‌ی ذرات کنترل شده تولید کند، اگرچه مقادیر تولید شده در حدود میلی‌گرم است. علاوه بر این نانوبلور‌های با شکل‌های گوناگون، شامل نانومیله (Nanorod) و نانوسیم (Nanowire) می‌توانند به وسیله‌ی تغییر شرایط واکنش مانند استفاده از مخلوط جاذب‌های سطحی (Surfactant) تهیه شوند [3].
روش‌های فیزیکی و شیمیایی گوناگونی برای تهیه نانوبلور‌ها استفاده شده است. روش‌های فیزیکی از قبیل تبخیر فلزی (Nanorod)، آسیاب‌کردن (Ball Milling) و ترسیب الکتریکی (Electrodeposition) دارای مزایایی در تهیه نانومواد با خلوص بالا و قابلیت آسان جهت تولید انبوه هستند ‍‍[4]. با این حال کنترل اندازه‌ و تهیه ذرات با اندازه‌ی یکسان با روش‌های فیزیکی خیلی مشکل است. روش‌های شیمیایی بر اساس شیمی کلوئیدی فاز محلول بنا شده‌اند. نانوذرات با اندازه‌ی یکسان با اندازه‌ و اشکال گوناگون با کمک روش‌های شیمیایی در طول ده سال گذشته تهیه شده‌اند. از جمله روش‌های شیمیایی می‌توان به احیا (Reduction) [6و5]، تخریب حرارتی (Thermal Decomposition) [8و7] و روش‌های سل-ژل غیرآبی (Non Hydrolytic Sol–Gel Proces) [9] اشاره کرد. این روش‌ها بر اساس چگونگی بلورینگی (Crystalinity) (هم هسته‌زایی(Nucleation) و هم رشد(Growth)) دسته‌بندی می‌شوند.

1.2. احیـا
بسیاری از واکنش‌های کاهشی، با استفاده از کاهنده‌های گوناگون از قبیل سدیم بورهیدرید، هیدروژن و الکل‌ها برای تهیه نانوذرات فلزی استفاده شده‌اند. در سال 1853 فارادی تهیه ذرات کلوئیدی (نانوذرات) طلا را توسط احیا HAuCl4 با کمک فسفر گزارش کرد [10]. انوستان (Enustun) و تورکویچ (Turkevich) مخلوطی از نانو ذرات یکنواخت طلا با اندازه 13 نانومتر نانومتر را با استفاده از سدیم سیترات به عنوان عامل کاهنده و پایدارکننده گزارش کردند [11]. کاهش نمک‌های فلزی با سدیم بورهیدرید به طور گسترده‌ای جهت تهیه نانوذرات فلزی گوناگون استفاده شده است. مایسل‌های معکوس به طور موفقیت‌آمیزی جهت تهیه نانوذرات گوناگون استفاده شده است.

2.2. تخریب حرارتی
واکنش‌های تخریب حرارتی ترکیبات آلی-فلزی کمپلکس‌های فلز-سورفاکتانت در محلول‌های داغ سورفاکتانت در حضور سورفاکتانت، جهت تهیه نانوذرات فلزی گوناگون استفاده شده‌اند. گروه باوندی در روش‌های تخریب حرارتی ترکیبات آلی- فلزی جهت تهیه نانوبلور‌های تک توزیع کادمیوم-کالکوژن پیشگام بودند [12].

3.2. سل-ژل غیر‌آبی
فرایندهای سل-ژل که شامل هیدرولیز و تراکم پیش ماده‌ها در محیط اسیدی یا بازی ابی الکلی، یکی از مهم‌ترین روش‌ها جهت تهیه اکسید مواد است [13]. با این حال فرایندهای سل-ژل سنتی دارای یک سری محدودیت در مسیر تهیه نانوبلور‌ها در محیط آلی هستند. اولا، فرایند سل-ژل با کمک مولکول‌های آب به عنوان منبع آنیونی اکسیژن با شرایط دمای بالای واکنش (>200) سازگار نیست. ثانیا به دلیل این که مولکول‌های بسیار قطبی آب با حلال آلی ترکیب نمی‌شوند، ایجاد محلول واکنش همگن بسیار دشوار است. ثالثا سرعت واکنش اغلب پیش ماده‌های فلزی و آب جهت تولید اکسید فلزی آن قدر زیاد است که کنترل رشد نانوبلور‌ها را عملا از دسترس خارج می‌کند. با وجود این موارد، فرایندهای سل-ژل غیر آبی یک مسیر واکنش عالی جهت تهیه اکسید نانوبلور‌ها به شمار می‌آیند.

filereader.php?p1=main_372f74129b89e23a4
شکل1. فرایند سل-ژل غیر‌آبی شامل: هیدروکسیل‌دار کردن هالید فلزی


filereader.php?p1=main_ebe30ff392b444387
شکل2. فرایند سل-ژل پروتونه شامل: حذف آلکوکسید فلزی


filereader.php?p1=main_f42d0f4e9cf34e461
شکل3. فرایند سل-ژل پروتونه شامل: حذف استر فلزی

ویوکس (Vioux) واکنش‌های سل-ژل غیر‌آبی را به واکنش‌های هیدروکسیل‌دار ‌کردن غیر‌آبی و واکنش‌های تراکمی پروتونه (Protic) بر طبق اینکه گروه هیدروکسیل تولید می‌شود یا نه، دسته‌بندی کرده است [14]. معروف‌ترین واکنش هیدروکسیل‌دار‌ کردن، تخریب حرارتی آلکوکسیدهای فلزی یا کربوکسیلات‌ها است. در این فرایند، گروه‌های هیدروکسی بر روی کاتیون فلزی همراه با محصولات جانبی آلکن تولید شده از طریق تخریب حرارتی، ایجاد می‌شود. مسیر هیدروکسیل‌دار کردن دیگری که برای تهیه اکسید نانوبلور‌ها استفاده شده است، واکنش هالید فلزی و یک الکل است.
دو مسیر واکنش مهم تراکم غیر پروتونی که به طور عمومی در تهیه نانوبلور‌ها استفاده می‌شود، واکنش‌های حذفی آلکیل هالیدها و استرها می‌باشند.

3. نانوبلور‌های تک توزیع فلزی (Methal Nanocrystal) و اکسید آنها
فلزات واسطه و اکسیدهای فلزی چون دارای تنوع ساختار و خواص هستند از جمله جذاب‌ترین طبقات ترکیبات جامد معدنی محسوب می‌شوند. به طور ویژه بسیاری از فلزات واسطه به صورت گسترده به عنوان کاتالیزور برای فرایندهای بی‌شمار صنعتی به کار می‌روند. اکسید فلزات واسطه در زمینه‌های بسیار پیشرفته تکنولوژی از جمله فریت‌های مغناطیسی، اکسیدهای فروالکتریک، سرب-زیرکونات-تیتانات، ابررساناها، رساناهای یونی و فوتوکاتالیست‌ها استفاده شده‌اند.

جدول1. تهیه برخی نانوبلور‌های تک‌توزیع فلزات و اکسید‌های فلزی
filereader.php?p1=main_a820defb923957faf


جدول2. تهیه برخی نانوبلور‌های تک‌توزیع نیمه‌هادی
filereader.php?p1=main_8cbf1f5c313843023

4. نانوبلور‌های نیمه‌هادی
نانوبلور‌های کلوئیدی نیمه‌هادی، به‌ویژه نانوبلور‌های فلز-کالکوژن به خاطر ویژگی‌هایی مانند نشر نوری وابسته به اندازه‌، توجه زیادی را به خود معطوف داشته‌اند [22-20]. این نانوبلور‌های نیمه‌هادی، همچنین به عنوان نقاط کوانتومی در زمینه‌های گوناگون تکنولوژی شامل نشانه‌گذاری بیولوژیکی و تشخیصی، وسایل فوتوولتائیک، دیودها و انتقال‌دهنده‌های تک الکترونی استفاده شده‌اند [23]. نانوبلور‌های نیمه‌هادی با اندازه‌ و شکل گوناگون به وسیله روش‌های شیمیایی گوناگون فاز محلول شامل روش‌های شیمیایی معروف آلی-فلزی مانند گرماکافت پیش‌ماده در دمای بالا، تهیه شده‌اند. گزارش‌های گوناگونی از تهیه نانوبلورهای تک توزیع در جدول 2 خلاصه شده است.

5. نتیجه‌گیری و چشم انداز
در طول ده سال گذشته، انواع گوناگونی از نانوبلور‌های تک توزیع با قابلیت کنترل اندازه‌ و ساختار به وسیله روش‌های شیمیایی گوناگون تهیه شده‌اند. که این روش‌ها شامل: هسته‌زایی ناگهانی و زمان‌دهی به آن، تخریب حرارتی ترکیبات فلز- ماده جاذب سطحی، واکنش‌های سل-ژل غیر آبی و فرایندهای پلی اول هستند. به علت این که نانوبلور‌های تک توزیع محدوده وسیعی از فلزات در دسترس هستند، مطالعات گسترده‌ای بر روی ویژگی‌های وابسته به اندازه‌ی این نانوبلور‌ها مورد انتظار است. از جمله چالش‌های موجود در تهیه نانوبلور‌های تک توزیع می‌توان به اکسیدهای دو و چندفلزی، مواد دوپه شده و مواد با ساختار پوسته/هسته (Core/Shell) اشاره کرد. اعتقاد بر این است که نانوبلور‌های تک توزیع کاربردهای گوناگون مهمی در زمینه‌های گوناگون از جمله فن‌آوری اطلاعات، بیوتکنولوژی و دیگر موارد مربوطه دارند. برای مثال نانوبلور‌های مغناطیسی به عنوان عامل افزایش‌دهنده تضاد (Contrast) برای تصویربرداری تشدید مغناطیسی، حامل‌های مغناطیسی برای سیستم‌های انتقال دارو، سنسورهای زیستی و جداسازی زیستی اشاره کرد [26]. نانوبلور‌های نیمه‌هادی به عنوان پروب برای نشانه‌گذاری سلول‌ها، ردیابی سلول‌ها و تصویربرداری سلولی [27] استفاده می‌شوند. سرانجام روش‌های تهیه‌ در مقیاس انبوه باید بیشتر توسعه یابد تا کاربردهای گسترده این ترکیبات تحقق یابد [28].

منابـــع و مراجــــع

1. J Park, J Joo, S G Kwon, Y Jang, and T Hyeon, ‘Synthesis of Monodisperse Spherical Nanocrystals’ Angew. Chem. Int. Ed. 2007, 46, 4630 – 4660