نانوذرات ها

[neda ahw 21]

نانو ذرات

نانو ذرات رايج ترين عناصر در علم و فناوري بوده و خواص جالب توجه انها باعث گرديده است كاربردهاي بسيار متنوعي درصنايع شيميايي , پزشكي,دارويي,الكترونيكی و كشاورزي داشته باشند.با توجه به تركيب شيميايي اين ذرات به انواع فلزي ,سراميكي, پليمري ونيمه هادي تقسيم ميشوند.

سنتز شيميايي و فرايندهاي حالت جامد نظير اسياب كردن و چگالش بخار روش هاي معمول براي ساخت نانو ذرات هستند . كنترل فرايند توليد براي رسيدن به نانو ذرات با خواص مناسب امري بديهي است,در همين راستا تعيين مشخصات نانو ذرات با روش هاي اناليز ميكروسكوپي ,ساختاري وتعيين اندازه و سطح و.... بررسي ميشود.

انواع نانو ذرات

 

1.نانو ذرات نيمه رسانا (نقاط كوانتومي)

2.نانو ذرات سراميكي

3.نانو ذرات فلزي

 

1.نانو ذرات نيمه رسانا (نقاط كوانتومي)

تعريف: نقطه كوانتومي يك نقطه ازبلور نيمه رسانا است كه الكترونها , حفره ها يا هر دو انها را در سه بعد در بر ميگيرند .اين ناحيه از چند نانومتر تا چند صد نانومتر را شامل ميشود. در نقاط كوانتومي الكترونها درست مثل وضعيت يك اتم موقعيت هاي گسسته اي از انرژي را اشغال مي كنند .به همين علت به انها لفظ اتم هاي مصنوعي نيز اطلاق ميشود.در مقايسه با سيم كوانتومي كه در سه بعد و لايه هاي كوانتومیدر يك بعد نانو هستند ,نقاط كوانتومي نانو در سه بعد مي باشند.همچنين اين تركيبات به دليل بازده كوانتومي بالا در مصارف اپتيكي كاربرد زيادي دارند .

كاربردها: با تحريك الكتريكي يا به وسيله گسترده وسيعي از طول موج ها در فركانسهاي مشخص فلورسانس ميكنند , و يا بر حسب ولتاژ اعمال شدهبه انعكاس , انكسار يا جذب نور ميپردازند كه اين ويژگي در مواد فتو كروميك والكتروكروميك وپيل هاي خورشيدي كاربرد خواهدداشت. علاوه بر اين از اسپين يك الكترون در يك نقطه كوانتومي مي توان براي نمايش يك بيت كوانتومي يا كيلو بيت در يك رايانه كوانتومي استفاده كرد .از كاربردهاي بالقوه براي نقاط كوانتومي ميتوان ليزرهاي داراي طول موج هاي بسيار دقيق و كامپيوترهاي كوانتومي و نشانگرهاي زيستي را نام برد .

روش ساخت : سه روش عمده براي ساخت نقاط كوانتومي وجود دارد كه يكي از روشها شامل رشد نقاط كوانتومي در ظرف واكنش است.در دو روش ديگر نقاط كوانتومي را در روي سطح يك بلور نيمه هادي يا درنزديك ان پديد مي اورند . در روش دوم از فرايند ليتوگرافي براي خلق يك نانو ساختار دو بعدي استفاده مي شود , سپس براي جداسازي نقاط كوانتومي روي نانو ساختار مذكور حكاكي صورت ميگيرد.در روش سوم با رسوب دهي يك ماده نيمه رسانا داراي ثابت شبكه بزرگتر روي يك نيمه هادي با ثابت شبكه كوچكتر نقاط رشد داده ميشود.

 

2. نانو ذرات سراميكي

تعريف :معمول ترين نانو ذرات ,نانو ذرات سراميكي هستند كه به سراميك هاي اكسيد فلزي , نظير اكسيدهاي تيتانيوم , روي , الومينيوم , اهن و نانو ذرات سيليكاتي كه عموما به شكل ذرات نانو مقياسي خاك رس تقسيم مي شود . طبق تعريف حداقل بايد يكي از ابعاد نانو ذرات كمتر از صد نانومتر باشد .نانو ذرات سراميكي فلزي يا اكسيد فلزي تمايل به داشتن اندازه يكساني در هر سه بعد از دو يا سه نانومتر تا صد نانومتر دارند كه به وسيله نيروهاي الكترواستاتيك به يكديگر چسبيده اندو به شكل پودر بسيار ريزي رسوب ميكنند . نانو ذراتي با ضخامت تقريبا يك نانومتر و پهناي صد تا هزار نانومتر هستند .معمول ترين نوع خاك رس كه نانو ذرات سيليكاتي هستند مونت موريلونيت يا الومينوسيليكات لايه اي مي باشد.

كاربردها: وقتي اندازه نانو ذرات كاهش مي يابد , نسبت سطح مؤثر به حجم ذرات افزايش يافته , اثرات سطحي قوي تر شده و خواص كاتاليستي افزايش مي يابد . به همين دليل نانو ذرات به عنوان كاتاليزور در زمينه هايي نظير باتري ها , پيل هاي سوختي وانواع فرايندهاي صنعتي قابلاستفاده هستند .بيشتر بودن سهم اتمها در سطح نانو ذرات نيز خواص فيزيكي انها را تغيير مي دهد مثلا سراميك هايي كه به طور عادي شكننده اند , نرم تر مي شوند .سرانجام اين كه افزايش سطح مؤثر حلاليت را افزايش مي دهد , براي مثال قدرت تركيبات ضد باكتري را بهبود مي بخشد .اصلاح شيميايي سطح نانو ذرات تاثير زيادي در كارايي و كاربرد انها دارد .ايجاد خواص ابدوستي و ابگريزي جزء روش هاي اصلاح شيميايي نانو ذرات محسوب مي شوند . براي نمونه , نانو ذرات سيليكاتي براي بدست اوردن خاصيت اب گريزي بيشتر , بايد به صورت شيميايي اصلاح شوند, مثلا مي توان با استفاده از يون هاي امونيوم يا مولكولهاي بزرگتري نظير سيلسزكيوكسان هاي اليگومريك چند وجهي (poss) , كه هم براي روكش دهي نانو ذرات سيليكات و هم به عنوان پر كننده مناسب هستند , اين اصلاح شيميايي را انجام داد. مونت موريلونيت يا الومينو سيليكات لايه اي با پليمريزاسيون يا به وسيله اميزش ذوبي با پليمرها تركيب شوند و خواص جالب توجهي را حاصل مي اورند .

روش ساخت: از روش هاي سنتز شيميايي و فر ايند هاي حالت جامد بدست مي ايند .

 

3. نانو ذرات فلزي

تعريف : طبق تعريف عمومي نانو ذرات فلزي , ذراتي به ابعاد يك تا صد نانومتر هستند .

كاربردها : اين نانو ذرات مي توانند بدون اينكه ذوب شوند در دماهاي پايين تر از دماي ذوب فلز , در يك جامد اميخته شوند , اين كار منجر به سهل تر شدن فرايند توليد روكش ها و بهبود كيفيت انها , خصوصا در كاربردهاي الكترونيكي نظير خازن ها مي گردد. همچنين نانو ذرات فلزي در دماهاي كمتر از دماي همتاهاي غير نانو مقياسي خود به سطوح و مواد توده اي تبديل مي شوند و هزينه ساخت را كاهش مي دهند.

روش ساخت : نانو ذرات فلزي با رو انواع نانو ذرات

 

1.نانو ذرات نيمه رسانا (نقاط كوانتومي)

2.نانو ذرات سراميكي

3.نانو ذرات فلزي

 

1.نانو ذرات نيمه رسانا (نقاط كوانتومي)

تعريف: نقطه كوانتومي يك نقطه ازبلور نيمه رسانا است كه الكترونها , حفره ها يا هر دو انها را در سه بعد در بر ميگيرند .اين ناحيه از چند نانومتر تا چند صد نانومتر را شامل ميشود. در نقاط كوانتومي الكترونها درست مثل وضعيت يك اتم موقعيت هاي گسسته اي از انرژي را اشغال مي كنند .به همين علت به انها لفظ اتم هاي مصنوعي نيز اطلاق ميشود.در مقايسه با سيم كوانتومي كه در سه بعد و لايه هاي كوانتومیدر يك بعد نانو هستند ,نقاط كوانتومي نانو در سه بعد مي باشند.همچنين اين تركيبات به دليل بازده كوانتومي بالا در مصارف اپتيكي كاربرد زيادي دارند .

كاربردها: با تحريك الكتريكي يا به وسيله گسترده وسيعي از طول موج ها در فركانسهاي مشخص فلورسانس ميكنند , و يا بر حسب ولتاژ اعمال شدهبه انعكاس , انكسار يا جذب نور ميپردازند كه اين ويژگي در مواد فتو كروميك والكتروكروميك وپيل هاي خورشيدي كاربرد خواهدداشت. علاوه بر اين از اسپين يك الكترون در يك نقطه كوانتومي مي توان براي نمايش يك بيت كوانتومي يا كيلو بيت در يك رايانه كوانتومي استفاده كرد .از كاربردهاي بالقوه براي نقاط كوانتومي ميتوان ليزرهاي داراي طول موج هاي بسيار دقيق و كامپيوترهاي كوانتومي و نشانگرهاي زيستي را نام برد .

روش ساخت : سه روش عمده براي ساخت نقاط كوانتومي وجود دارد كه يكي از روشها شامل رشد نقاط كوانتومي در ظرف واكنش است.در دو روش ديگر نقاط كوانتومي را در روي سطح يك بلور نيمه هادي يا درنزديك ان پديد مي اورند . در روش دوم از فرايند ليتوگرافي براي خلق يك نانو ساختار دو بعدي استفاده مي شود , سپس براي جداسازي نقاط كوانتومي روي نانو ساختار مذكور حكاكي صورت ميگيرد.در روش سوم با رسوب دهي يك ماده نيمه رسانا داراي ثابت شبكه بزرگتر روي يك نيمه هادي با ثابت شبكه كوچكتر نقاط رشد داده ميشود.

 

2. نانو ذرات سراميكي

تعريف :معمول ترين نانو ذرات ,نانو ذرات سراميكي هستند كه به سراميك هاي اكسيد فلزي , نظير اكسيدهاي تيتانيوم , روي , الومينيوم , اهن و نانو ذرات سيليكاتي كه عموما به شكل ذرات نانو مقياسي خاك رس تقسيم مي شود . طبق تعريف حداقل بايد يكي از ابعاد نانو ذرات كمتر از صد نانومتر باشد .نانو ذرات سراميكي فلزي يا اكسيد فلزي تمايل به داشتن اندازه يكساني در هر سه بعد از دو يا سه نانومتر تا صد نانومتر دارند كه به وسيله نيروهاي الكترواستاتيك به يكديگر چسبيده اندو به شكل پودر بسيار ريزي رسوب ميكنند . نانو ذراتي با ضخامت تقريبا يك نانومتر و پهناي صد تا هزار نانومتر هستند .معمول ترين نوع خاك رس كه نانو ذرات سيليكاتي هستند مونت موريلونيت يا الومينوسيليكات لايه اي مي باشد.

كاربردها: وقتي اندازه نانو ذرات كاهش مي يابد , نسبت سطح مؤثر به حجم ذرات افزايش يافته , اثرات سطحي قوي تر شده و خواص كاتاليستي افزايش مي يابد . به همين دليل نانو ذرات به عنوان كاتاليزور در زمينه هايي نظير باتري ها , پيل هاي سوختي وانواع فرايندهاي صنعتي قابلاستفاده هستند .بيشتر بودن سهم اتمها در سطح نانو ذرات نيز خواص فيزيكي انها را تغيير مي دهد مثلا سراميك هايي كه به طور عادي شكننده اند , نرم تر مي شوند .سرانجام اين كه افزايش سطح مؤثر حلاليت را افزايش مي دهد , براي مثال قدرت تركيبات ضد باكتري را بهبود مي بخشد .اصلاح شيميايي سطح نانو ذرات تاثير زيادي در كارايي و كاربرد انها دارد .ايجاد خواص ابدوستي و ابگريزي جزء روش هاي اصلاح شيميايي نانو ذرات محسوب مي شوند . براي نمونه , نانو ذرات سيليكاتي براي بدست اوردن خاصيت اب گريزي بيشتر , بايد به صورت شيميايي اصلاح شوند, مثلا مي توان با استفاده از يون هاي امونيوم يا مولكولهاي بزرگتري نظير سيلسزكيوكسان هاي اليگومريك چند وجهي (poss) , كه هم براي روكش دهي نانو ذرات سيليكات و هم به عنوان پر كننده مناسب هستند , اين اصلاح شيميايي را انجام داد. مونت موريلونيت يا الومينو سيليكات لايه اي با پليمريزاسيون يا به وسيله اميزش ذوبي با پليمرها تركيب شوند و خواص جالب توجهي را حاصل مي اورند .

روش ساخت: از روش هاي سنتز شيميايي و فر ايند هاي حالت جامد بدست مي ايند .

 

3. نانو ذرات فلزي

تعريف : طبق تعريف عمومي نانو ذرات فلزي , ذراتي به ابعاد يك تا صد نانومتر هستند .

كاربردها : اين نانو ذرات مي توانند بدون اينكه ذوب شوند در دماهاي پايين تر از دماي ذوب فلز , در يك جامد اميخته شوند , اين كار منجر به سهل تر شدن فرايند توليد روكش ها و بهبود كيفيت انها , خصوصا در كاربردهاي الكترونيكي نظير خازن ها مي گردد. همچنين نانو ذرات فلزي در دماهاي كمتر از دماي همتاهاي غير نانو مقياسي خود به سطوح و مواد توده اي تبديل مي شوند و هزينه ساخت را كاهش مي دهند.

روش ساخت : نانو ذرات فلزي ش چگالش بخار و سيم انفجاري بدست مي آيند .

 

برگرفته از سایت کیمیاگران