سلول های بنیادی

چكيده

روش هاي توليد نانو ذرات نقره و مقايسه عملكرد آنها با يكديگر عنوان مقاله ايست كه بارها از سوي متخصصين اين حوزه مورد بررسي قرار داده شده است . نانو ذرات نقره عمدتا ، به دليل خواص فيزيكي و شيميايي ويژه اي كه از خودشان نشان مي دهند ، در مصارف الكتريكي ، نوري ، دارويي ، بهداشتي و كاتاليتيكي ، كاربرد فراوان دارند . بنابراين سنتز اين ذرات از اهميت بسزايي برخوردار است . در واقع نانو ذرات نقره براي عوامل بيماري زا يك سم تلقي مي شوند ، در حالي كه براي بدن انسان ها ، غذاها و بافت ها بي ضررند ، در اين مقاله ، مقايسه مختصري بين روش هاي سنتز نانو ذرات شامل روش هاي سنتز فاز بخار ، فتوليز ، الكتروشيمي و كاهش شميايي مورد استفاده قرار گرفته است و روشي بسيار مناسب براي سنتز نانو ذرات نقره به وسيله ي موج مايكروويو در محيط الكلي پيشنهاد شده است .

به منظور داشتن ذرات نقره درگستره ي نانو متر از پلي وينيل پيروليدن (PVP) به عنوان پايدار كننده اما واكنش در مايكروويو در زمان بسيار كوتاه تري انجام پذير است . در ادامه با پرك شيمي همراه باشيد .

مقدمه

محققان و دانشمندان علم مواد و فيزيك بر اين باورند كه بسياري از خواص فيزيكي مواد ، ارتباط تنگاتنگي با ريز ساختار ماده به مفهوم گسترده ي آن ، آرايش اتم ها (ساختار اتمي) ، تركيب شميايي و اندازه يك جامد در يك ، دو يا سه بعد دارد . بديهي است كه با پذيرفتن چنين اصلي ، انتظار تغيير خواص فيزيكي يك جامد را در اثر تغيير يافتن يكي از پارامترهاي فوق داشته باشيم . در ارتباط با نانو مواد گزارش هاي متعددي در خصوص تغييرات خواص فيزيكي در اثر كاهش اندازه ذرات ارائه شده است كه وقوع چنين پديده هايي پرسش هاي بسيار زيادي را براي دانشمندان علوم مختلف طرح نموده است ، لذا با توجه به كاربردهاي بسيار جالبي كه نانو مواد دارند ، تلاش هاي بسيار زيادي براي درك پديده هاي نو ظهور حاصل از كاهش اندازه ، در حال انجام است . به طور كلي در يك تقسيم بندي عمومي ، محصولات نانو شامل موارد زير است :

1. نانو ذرات
2. نانوسيم ها و نانو لوله ها
3. نانولايه ها

كاربردهاي نانو ذرات معمولاً به عنوان پيش ماده و يا اصلاح ساز پديده هاي فيزيكي و شيميايي يا فرآيندهاي بيولوژيكي است و نانو لوله ها با خواص الكتريكي ، مكانيكي ، اپتيكي ، كارايي گوناگوني دارند . در مورد فيلم ها كه برروي سطح يك زير پايه ساخته شده اند كاربردهايي نظير نانو پوشش هاي حفاظتي براي افزايش مقاومت در برابر خوردگي ، افزايش سختي سطوح و حفاظت در مقابل عوامل مخرب محيطي و كاربردهاي الكترونيكي را مي توان نام برد . به طور كلي ، طي دو روش بالا به پايين و پايين به بالا مي توان نانو ذرات را توليد كرد . در روش نخست ذرات طي مراحل آسياب شدن به دست مي آيند و در روش دوم سنتز ذرات با روش هاي الكتروشيمي ، سنتز فاز بخار ، روش فتوليز و كاهش شيميايي و … صورت مي گيرد .

اما به لحاظ تاريخچه ، در واقع مي توان چنين گفت كه علم ذرات فلز ، با آزمايش هاي مايكل فاراده آغاز شد . فاراده به روش احياء ، نانو ذرات طلا با ابعاد 3 تا 30 نانومتر را از محلول تتراكلروآئورت (AuCl₄) ايجاد كرد . وي در اين روش از فسفر به عنوان كاهنده استفاده كرد . بعد از فاراده با پيشرفت فناوري و پديد آمدن دستگاه هاي گوناگون ، ذرات فلزي متفاوتي با اندازه هاي گونگون سنتز شدند . گزارش هاي اخير مهم گسترده اي در زمينه توليد نانو ذرات فلزي داشتند و مطالعات فراواني تاكنون در زمينه هسته گزاري و رشد بلور و انباشتگي ذرات صورت پذيرفته است . سنتز شيميايي نانو ذرات نقره ، اخيراً مورد توجه بسياري از محققان قرار گرفته است ، زيرا نانو ذرات نقره به طور عمده و به دليل خواص فيزيكي و شيميايي ويژه اي كه از خود نشان مي دهند ، كاربردهاي فراواني از قبيل كارايي الكتريكي و نوري ، بهداشتي و كاتاليتيكي دارند .

سنتز فاز بخار نانو ذرات

در سنتز فاز بخار نانو ذرات ، شرايط به گونه اي ايجاد مي شود كه مخلوط فاز بخار به طور ديناميكي ناپايدار باشد تا مواد به صورت جامد در اندازه نانو تهيه شوند ، بنابراين ايجاد بخار فوق اشباع در اينجا حائز اهميت است كه اين مسئله به دانش شيمي بخار اشباع برمي گردد .

مستقيم ترين روش براي به دست آوردن بخار فوق اشباع اين است كه يك جامد را حرارت دهيم تا به صورت بخار در يك گاز پايه درآيد ، سپس با يك گاز سرد آن را مخلوط كنيم تا دما آن كاهش يابد . اين روش ، جهت توليد نانو ذرات فلزي بسيار مناسب است ، زيرا خيلي از فلزات با يك سرعت منطقي و در يك دماي مناسب بخار مي شوند ، اما به دليل ميل تركيبي بخار فلزات با اكسيژن ، عمدتا” براي سنتز نانو ذرات اكسيد فلزي مناسب تر است . در اين حالت زماني ،  درجه اشباع شدن كافي است و در صورتي كه نسبت سنيتيكي انجام واكنش به متراكم شدن اجازه بدهد ، ذرات به طور همگن هسته گذاري مي كنند و بعد از يك بار مرحله هسته گذاري ، بخار فوق اشباع باقي مانده به وسيله متراكم شدن و با واكنش برروي ذرات ايجاد شده ، باعث رشد ذره ها شده ، پس مرحله رشد ذره بيش از هسته گذاري اتفاق مي افتد ، بنابراين جهت توليد ذرات كوچك اقدامات زير به ترتيب مورد نياز است :

اولين كار ، توليد يك بخار فوق اشباع از ماده مذكور است كه به موجب آن يك هسته گذاري مناسب صورت پذيرد . سپس بلافاصله بايد سيستم را خاموش كرد كه اين كار با برداشتن منبع توليد بخار فوق اشباع يا كاهش سينتيك واكنش ، امكان پذير است ، بنابراين در اين جا از رشد ذرات جلوگيري مي شود ، در بسياري از موارد ، اين مرحله بسيار سريع يعني در حد ميلي ثانيه صورت مي گيرد .

فتوليز يا روش برتو كافت گاما

سنتز نانو ذرات فلزي و كلاسترها به روش پرتوكافت به اين گونه است كه در اين روش ، محلوا آبي نمك فلزي – نيترات نقره – را در معرض اشعه قرار مي دهيم . طي اين جريان ، از راديوليز آب الكترون هاي هيدراته و اتم هاي هيدروژن بوجو مي آيند كه اين گونه ها به صورت معرف هاي كاهنده بسيار قوي هستند و باعث كاهش يون فلز شده و عدد اكسايش فلز را به صفر ميرسانند . به منظور ممانعت از اكسيداسيون ذرات ، بايد رباينده ي راديكال هيدروكسيل مانند پروپان -2- اّل قبل از تابش دهي اضافه شود .البته براي سنتز نانو ذرات نقره از پايدار كننده هايي همچون PVP استفاده مي شود تا مانع لخته شدن و تجمع ذرات شود ميزان پليمر مصرفي با غلظت يون نقره ارتباط مستقيم دارد و در هر مرحله نياز به بهينه سازي است .

روش الكتروشيمي

نانو ذرات فلزي را مي توان از طريق واكنش هاي الكتروشيميايي  نيز تهيه كرد . بيش  از 70 سال است كه از روش هاي الكتروشيمي به منظور توليد پودرهاي فلزي و يا آلياژهاي فلزي با قطر متوسط بزرگ تر از يك ميلي متر استفاده شده است . پيشرفت هاي اخير در علم و فناوري هسته گذاري الكتروشيميايي ، سازو كار كارايي الكتروشيمي را در توليد ذرات نانو توسعه داده است . مقالات موجود اثرات پارامترهاي گوناگون چون دانسيته جريان ، اور ولتاژ ، دما ، جنس كاتد ، زمان ، نوع الكتروليت بر روي اندازه ، مورفلوژي و ساختار ذرات به طور كامل توضيح داده است . نمك هاي نقره در الكتروليت هاي رايج چندان محلول نيست ، اما بنا به مطالعات انجام شده ، ذرات نقره به سهولت در سطح كاتد مي نشيند . تاكنون رسوب گذاري الكتروشيميايي بر پايه سولفات ، نيترات ، كلريد ، برميد و يديد نقره انجام شده است . در تمام موارد لايه اي از نقره بر روي الكترود حاصل شد . البته حتي با افزودن بازدارنده هاي آلي نظير تتراايزوآميل آمونيوم سولفات ، تترابوتيل آمونيوم سولفات و آنيلين نيز توزيعي از ذرات پراكنده ايجاد نشد ، اما در نهايت ذرات نقره با افزودن ژلاتين به دست آمد و به وسيله سديم تيوسولفات فعال شد . يكي از روش هاي كاربردي در سنتز نانو ذرات فلزي طي روش الكتروشيمي ، الكتروپالس است ، اين روش بر پايه استفاده از الكتروشيمي پالسي و شيمي صوت است و نياز به تجهيزات بالايي دارد .

سنتز نانو ذرات نقره از طريق كاهش شيميايي

به طور كلي ، به روش شيميايي از طريق كاهش نمك هاي فلزات در حضور يك پايداركننده كه مي تواند يك پليمر يا سورفكتانت و … باشد ، مي توان نانو ذرات فلزات را با كنترل اثرات هم زدن ، دما ، PH در اندازه هاي متفاوت داشت كه مطالعات گسترده اي بر مبناي كاهش نمك هاي گوناگون نقره جهت سنتز نانو ذرات نقره انجام شده است . واكنش هاي كاهش شيميايي با وجود سهولت داراي معايبي نيز هست . عمده ترين مسئله اي كه در اين واكنش مطرح است زمان انجام واكنش است كه عموما” بسيار طولاني است و در بعضي از موارد مانند واكنش هاي كاهش الكلي در حجم بالا تحت رفلاكس انجام پذير نيست . يكي از روش هايي كه براي سنتز نانو ذرات فلزي بسيار كاربرد دارد ، توليد نانو ذرات فلزي طي واكنش هاي مايكروويو است . سنتز نانو ذرات از طريف مايكروويو  داراي مزيت هاي عمده زير است :

تميز تر بودن سازو كار و عمل

اقتصادي تر بودن ( به لحاظ انرژي ، بسيار مقرون به صرفه است )

ضمنا” علاوه بر موارد بالا ، مهم ترين مزيت ، درواقع توليد ذرات ريزتر با اندازه به نسبت يكنواخت تر است . چرا كه مواد واكنش دهنده به طور يكسان و يكنواخت تحت حرارت قرار مي گيرند و منجر به هسته گذاري يكنواخت و هموژن در زمان كوتاه تري مي شود و اهميت مرحله رشد ذرات بسيار كمتر خواهد شد . نتايجي كه در زير ارائه شده است ، درواقع مقايسه اي است بين روش كاهش شيميايي تحت رفلاكس از طريق مايكروويو ، كه با استفاده از پيش ماده نيترات نقره و PVP ( 25000M_w= ) به عنوان معرف پايدار كننده در متانول صورت پذيرفته است . در اينجا به دليل سرعت بسيار پايين واكنش در متانول ، سنتز از طريق مايكروويو در زمان بسيار كوتاه تري انجام مي شود .

نتيجه گيري

براي توليد نانو ذرات فلزي هرچه واكنش ساده تر و تكرارپذيرتر باشد ، روش مربوطه مناسب تر است . زمان انجام واكنش سنتز نيز از فاكتورهاي بسيار مهم توليد كاربردي نانو ذرات است ، بنابراين با در نظر گرفتن تمام اين موارد ، از بين روش هاي ذكر شده ، واكنش كاهش يون هاي نقره در حضور يك پايدار كننده از طريق مايكروويو ، به نسبت مقرون به صرفه و مناسب تر است . در واكنش هاي سنتز فاز بخار نيز ، نانو ذرات در اندازه هاي به نسبت يكنواخت و هموژني توليد مي شوند و همچنين مي توانيم با كنترل شرايط ، مقادير زيادي از نانو ذرات را داشته باشيم ، اما به لحاظ تجهيزات سنتز فاز بخار و فتوليز در مقايسه با روش هاي ديگر بسيار پرهزينه تر هستند ، همچنين واكنش هاي الكتروشيمي نيز از واكنش هاي كاهش شيميايي پيچيده تر بوده و در بعضي از موارد ايجاد توزيع پراكنده و يكنواخت از ذرات ، كار بسيار دشواري است . در تمام روش هاي سنتز ذكر شده ، از شواهد مهم تشكيل ذرات نقره در مقياس نانو ، وجود نوار جذبي پهني در ناحيه مرئي است . در واقع در مقياس نانو ويژگي هاي خاص نوري از خود نشان مي دهد كه دليل ايجاد اين پيك ، برانگيختگي دسته جمعي الكترون هاي آزاد در ذرات ريز است . البته در صورتي كه غلظت نيترات نقره يا پيش ماده اي كه استفاده  مي شود ، زياد باشد و ذرات درشت نقره تشكيل شوند اثري از پيك جذبي نخواهيم داشت . طبق تئوري هاي از بر هم كنش نور با الكترون هاي ذرات ريز فلزي يك نوار جذبي به دست مي آيد كه شكل و شدت آن به اندازه ي ذرات و چگونگي يكنواختي آن ها ، همچنين نوع حلال و تجمع و لخته شدن ذرات وابسته است . در اين مقاله روش هاي توليد نانو ذرات نقره و مقايسه عملكرد آنها با يكديگر را مورد بررسي قرار داديم .