با توجه به اینکه مواد نیمه‌رسانا با ساختار نانو به واسطه محدودیت خواص نوری، الکتریکی و فتوالکتروشیمیایی خود در کانون تحقیق علمی قرار گرفته‌اند از این حیث دی‌اکسید‌تیتانیوم و دی‌اکسید‌سیلیسیوم پوشش داده شده به واسطه کاربردهای مهم خود در تصفبه و پاکسازی محیط زیست و خواص فتوکاتالیزوری و خاصیت خودتمیز شوندگی، آنتی باکتریال، تصفیه هوا می‌توان بیشترین تحقیقات را روی آن انجام داد. از زمانی که فوجی شیما و هوندا تجزیه فتوکاتالیزوری آب در دی‌اکسید‌تیتانیوم را کشف کردند، خاصیت فتوکاتالیزوری این ماده به شدت مورد مطالعه قرار گرفت.
در این کار تحقیقی علاوه بر نانو ذره TiO2 از SiO2 پوشش داده شده بر روی TiO2 استفاده شده است.
نانو کاتالیست TiO2/SiO2 می تواند قدرت تجزیه فتوکاتالیزوری بر روی ترکیبات آلی از خود نشان دهد، یکی از جالبترین کارها تحقیق بر روی ترکیبات طبیعی می باشد که با تجزیه آنها به یک سری ترکیبات می رسیم که می توان از لحاظ بیولوژیکی فعالیت آنها را مورد بررسی قرار داد.
در کار پژوهشی حاضر حذف علف کش بنتازون به عنوان یک آلاینده در حضور نانو ذرات TiO2/SiO2 که یک نانو کاتالیست است و تحت تابش نور UV ودر شرایط فتورآکتوری مورد مطالعه قرار گرفته است و همچنین تأثیر ساختار کریستالی واندازه ذرات بر خواص فتوکاتالیزی آنها بررسی شده است.
اهداف کاربردی این تحقیق از این جهت اهمیت پیدا میکند که بنتازون میتوانند در اثر تجزیه آلایند گی محیط را کم نماید.
مطالعه وبررسی این ترکیبات ومقایسه ان بابررسی انجام شده توسط ذرات نانو میتواند گشایش خوبی در علم شیمی داشته باشد.
آشنایی با فناوری نانو
1-4-1- نانوتکنولوژی
فناوري نانو واژه‌اي است کلي که به تمام فناوري هاي پيشرفته در عرصه کار با مقياس نانو اطلاق مي‌شود معمولاً منظور از مقیاس نانو ابعادي در حدود nm1 تا nm100 مي‌باشد (1 نانومتر يک میلیاردیم متر است).
فناوري نانو، خيلي قبل تر در سال 1959 ريچارد فاينمن طي يک سخنراني با عنوان فضاي زيادي در سطوح پايين مي‌باشد فناوري نانو را مطرح ساخت. او پيش بيني کرد که روزي خواهد رسيد که تمام محتويات کتب کتابخانه هاي بزرگ دنيا را بتوان درون چيزي به اندازه يک ذره غبار جا داد. واژه فناوري نانو اولين بار توسط نوريو تاينگوچي استاد دانشگاه علوم توکيو در سال 1974 بر زبان ها جاري شد او اين واژه را براي توصيف ساخت مواد دقيقي که تلورانس ابعادي آن ها در حد نانومتر مي‌باشد به کاربرد در سال 1986 اين واژه توسط اريک درکسلر در کتابي تحت عنوان موتور آفرينش تعريف مجدد شد وي اين واژه را به شکل عميقتري در رساله دکتري خود مورد بررسي قرار داده و بعدها آن را در کتابي تحت عنوان نانوسيم ها، ماشين هاي مولکولي، چگونگي ساخت و محاسبات آن ها توسعه داد.
کاربردهاي نانوتکنولوژي همه جا همراه با هزينه کمتر، دوام عمر بيشتر، مصرف انرژي پايين تر، هزينه نگهداري کمتر و خواص بهتر است.
تفاوت اصلي فناوري نانو با فناوري هاي ديگر در مقياس مواد و ساختارهايي است که در اين فناوري مورد استفاده قرار مي‌گيرند. البته کوچک بودن مدنظر نيست بلکه زماني که مواد در اين مقياس قرار مي‌گيرد خصوصيات ذاتي آن ها از جمله رنگ٬ استحکام٬ مقاومت خوردگي و غيره تغيير مي يابد]1[.
1-4-2-خواص نانومواد
با گذر از مقياس ميکرو به نانو، با تغيير برخي از خواص فيزيکي و شيميايي روبه رو مي شويم که دو مورد مهم از آن ها عبارتند از : افزايش نسبت مساحت سطحي به حجم و ورود اندازه ذره به قلمرو اثرات کوانتومي.
افزايش نسبت مساحت سطحي به حجم که به تدريج با کاهش اندازه ذره رخ مي دهد، باعث غلبه يافتن رفتار اتم هاي واقع در سطح ذره به رفتار اتم هاي دروني مي شود. اين پديده بر خصوصيات ذره در حالت انزوا و بر تعاملات آن با ديگر مواد اثر مي گذارد. افزايش سطح، واکنش پذيري نانو مواد را به شدت افزايش مي دهد زيرا تعداد مولکول ها يا اتم هاي موجود در سطح در مقايسه با تعداد اتم ها يا مولکول هاي موجود در توده نمونه بسيار زياد است، به گونه اي که اين ذرات به شدت تمايل به کلوخه اي (آگلومره) شدن دارند. به عنوان مثال در مورد نانوذرات فلزي، به محض قرار گيري در هوا، به سرعت اکسيد مي شوند. در بعضي مواقع براي حفظ خواص مطلوب نانومواد، جهت پيشگيري از واکنش بيشتر، يک پايدار کننده را بايستي به آن ها اضافه کرد که آن ها را قادر مي سازد تا در برابر سايش، فرسودگي و خوردگي مقاوم باشند. البته اين خاصيت مزايايي هم در بر دارد. مساحت سطحي زياد، عاملي کليدي در کارکرد کاتاليزورها و ساختارهايي همچون الکترودها مي باشد. به عنوان مثالي ديگر با استفاده از اين خاصيت مي توان کارايي کاتاليزورهاي شيميايي را به نحو مؤثري بهبود بخشيد و يا در توليد نانوکامپوزيت ها با استفاده از اين مواد، پيوندهاي شيميايي مستحکم تري بين ماده زمينه و ذرات برقرار شده و استحکام آن به شدت افزايش مي يابد. علاوه بر اين، افزايش سطح ذرات، فشار سطحي را کاهش داده و منجر به تغيير فاصله بين ذرات يا فاصله بين اتم هاي ذرات مي شود. تغيير در فاصله بين اتم هاي ذرات و نسبت سطح به حجم بالا در نانوذرات، تأثير متقابلي در خواص ماده دارد. تغيير در انرژي آزاد سطح، پتانسيل شيميايي را تغيير مي دهد. اين امر در خواص ترموديناميکي ماده (مثل نقطه ذوب) تأثير گذار است.
به محض آنکه ذرات به اندازه کافي کوچک شوند، شروع به رفتار مکانيک کوانتومي مي کنند. خواص نقاط کوانتومي مثالي از اين دست است. نقاط کوانتومي کريستال هايي در اندازه نانو مي باشد که از خود نور ساطع مي کنند. انتشار نور توسط اين نقاط در تشخيص پزشکي کاربرد هاي فراواني دارد. اين نقاط گاهي اتم هاي مصنوعي ناميده مي شوند؛ چون الکترونهاي آزاد آن ها مشابه الکترون هاي محبوس در اتم ها، حالات گسسته و مجازي از انرژي را اشغال مي کنند.
علاوه بر اين، کوچک تر بودن ابعاد نانوذرات از طول موج بحراني نور، آنها را نامرئي و شفاف مي نمايد. اين خاصيت باعث شده است تا نانو مواد براي مصارفي چون بسته بندي، مواد آرايشي و روکش ها مناسب باشند. مواد در مقياس نانو، رفتار کاملاً متفاوت، نامنظم و کنترل نشده اي از خود بروز مي دهند. با کوچکتر شدن ذرات خواص نيز تغيير خواهد کرد. مثلاً فلزات، سخت تر و سراميک نرم تر مي شود. برخي از ويژگي هاي نانو مواد در جدول 1-1 آمده است]2[.

جدول(1-1) برخي ويژگي هاي فيزيکي و شيميايي نانومواد
ويژگي
مثال
کاتاليستي
اثر کاتاليستي بهتر، به دليل نسبت سطح به حجم بالاتر
الکتريکي
افزايش هدايت الکتريکي در سراميک ها و نانوکامپوزيت‌هاي مغناطيسي، افزايش مقاومت الکتريکي در فلزات
مغناطيسي
افزايش مغناطيسيته با اندازه بحراني دانه ها، رفتار سوپر پارامغناطيسيته ي ذرات
نوري
خصوصيات فلوئورسنتي، افزايش اثر کوانتومي کريستال هاي نيمه هادي
بيولوژيکي
افزايش نفوذپذيري از بين حصارهاي بيولوژيکي و بهبود زيست سازگاري

1-4-3-تقسيم بندي عمومي محصولات نانومواد
بر اساس فن آوري به کار رفته و نوع محصول توليدي، مي توان در اين طبقه بندي، به نانوذرات (به عنوان پيش ماده يا اصلاح کننده پديده هاي شيميايي و فيزيکي)، نانولايه، نانوپوشش هاي حفاظتي و نانولوله ها اشاره کرد.
نانولايه ها و نانوروکش ها
نانوروکش ها، سطوحي تک لايه يا چند لايه با ضخامت 1 تا 100 نانومتر هستند. روکش هاي مبتني بر نانوذرات خواص مختلفي را از خود بروز مي دهند. استحکام و مقاومت سايشي جزء خواصي هستند که بيشترين مزيت را در نانوروکش ها داشته و شفافيت نيز در مورد آنها حائز اهميت است. خصوصاً در حالتي که افزايش سختي بدون کدر شدن سطح نياز باشد. استفاده از روکش ها روي سطوح سراميکي، باعث ضدخش شدن و تميز شدن راحت تر سطوح مذکور مي گردد. همچنين مي توان از نانوروکش هاي سخت و ضدخش براي روکش دهي شيشه هاي عينک استفاده کرد.
روکش ها به طور اجتناب ناپذيري کاربردهايي همچون حفاظت وسايل الکترونيکي سفينه هاي فضايي در برابر تشعشع و حفاطت حرارتي براي ورود مجدد به جو را خواهند داشت.
روکش هاي سراميکي نانوذره اي، موجب پايداري حرارتي و مقاومت فرسايشي در قطعات موتور مي شوند.
روکش هاي حاوي نانوذرات فلزي که کاربردهاي مشخصي در کامپيوترها و تجهيزات الکترونيکي دارند، در مقابل تداخل الکترومغناطيسي ممانعت خوبي نشان مي دهند.
نانوپوشش ها
نانوپوشش ها عمدتاً به منظور افزايش مقاومت در برابر خوردگي و حفاظت در مقابل عوامل مخرب محيطي.
نانوسيم ها
نانوسيم، يک ساختار دو بعدي است. و به دليل اينکه در اين ابعاد اثرات کوانتومي مهم هستند، اين سيم ها، سيم هاي کوانتومي نيز ناميده می شوند نانوسيم ها براي ساخت مدارات الکتريکي در اندازه هاي کوچک استفاده مي شوند.
1-4-4- عناصر پايه در فناوری نانو
عناصر پايه در فناوری نانو بر اساس نوع ساختار يا ابعاد آن ها تقسيم بندي مي شوند.
1- نانوذرات
2- نانوکپسول ها
3- نانوامولسيون ها
4- نانولوله ها
نانوذرات
اولين و مهمترين عنصر پايه٬ نانو ذره است. منظور از نانوذره، همانگونه که از نام آن مشخص است ذره اي است که ابعاد آن در حدود 1 تا 100 نانومتر مي باشد. نانو ذرات در اندازه هاي پايين نانوخوشه1به حساب مي آيند.
تعيين مشخصات نانوذرات براي کنترل سنتز، خواص و کاربرد آنها ضروري مي باشد. نانوذرات مي توانند از مواد مختلفي تشکيل شوند٬ مانند نانوذرات فلزي٬ نانوذرات سراميکي، نانوذرات نيمه رسانا و غيره.
نانوکپسول ها
دومين عنصر پايه، نانوکپسول ها است. همان طوري که از نام آن مشخص است، کپسول هايي هستند که قطر نانومتري دارند و داراي يک پوسته و يک فضاي خالي جهت قرار دادن مواد موردنظر در داخل آن مي باشد.
نانوامولسيون ها
نانوامولسيون ها از مولکول هاي سورفکتانت، نظير فسفوليپيدها که از يک طرف آب گريز (هيدروفوبيک) و از يک سمت آب دوست (هيدروفيليک) هستند تشکيل مي شوند. هنگامي که اين مولکول ها در يک محيط آبي قرار گيرند، خود به خود کپسولهايي را شکل مي دهند که قسمت آبگريز مولکول در درون آنها واقع مي شود و لذا از تماس با آب محافظت مي شوند. ليپوزوم ها ساختارهايي از جنس چربي هستند که در اين دسته قرار مي گيرند. اين ترکيبات در صنايع آرايشي کاربرد زيادي دارند.
نانولوله ها
نانولوله ها به نانوساختارهايي اطلاق مي شود که قطر آن ها تا حدود 100 نانومتر مي باشد صرف نظر از استحکام کششي بالا، نانولوله ها خواص الکتريکي مختلفي از خود نشان مي دهند که به ساختار آن ها وابسته است.
لفظ نانولوله در حالت عادي در مورد نانولوله کربني به کار مي رود که در چند سال اخير از سوي محققين مورد توجه فراواني قرار گرفته اند و در کنار خويشاوندان نزديکش همچون “نانوشاخ ها”2نويدبخش کاربردهاي جالبي شده اند البته اشکال ديگري از نانولوله هاي نيتريدبور و نانولوله هاي خودآرايي آلي نيز ساخته شده اند.
نانولوله ها در زمينه هاي مختلفي کاربرد دارند که عبارتند از:
_ مواد ساختماني
_صنايع الکترونيک
_قطعات نشر ميداني
_پيل هاي سوختي و باتري ها

1-4-5- نانوساختارها
اگر تنها يکي از ابعاد نانوساختارسه بعدي در محدوده ي نانو باشد، آن را“Quantum well“ مي نامند. “ Quantum wire “ ساختاري است که دو بعد آن در محدوده ي نانو است، در حالي که “Quantum dot“ داراي سه بعد نانو متري است.
مثال هايي از نانوساختارها
1)ساختارهاي صفر بعدي، باکي بال ها هستند که معروف ترين آنها C60 است. مولکول C60 شامل 60 اتم کربن است و اين اتم ها مانند يک توپ فوتبال که از 12 پنج ضلعي و 20 شش ضلعي تشکيل شده در کنار هم قرار گرفته اند. اين ساختار توپي شکل در شکل 1-1 نمايش داده شده است. اين ساختارها در هر سه

دسته بندی : No category

دیدگاهتان را بنویسید