سنتز نانومیله های اکسید روی اصلاح شده با اولئات سدیم
22 مرداد , 1388
0 715 خواندن این مطلب 5 دقیقه زمان میبرد
سنتز نانومیله های اکسید روی اصلاح شده با اولئات سدیم
سنتز نانومیله های اکسید روی اصلاح شده با اولئات سدیم
علی اولاد، هاله رسولی
دانشگاه تبریز- دانشکده شیمی- آزمایشگاه کامپوزیتهای پلیمری a.olad@yahoo.com
چکیده
اکسید روی عضوی از خانواده ورتزیت و یکی از غنی‌ترین نانوساختارها می‌باشد. اکسیدروی سه مزیت عمده دارد: اول اینکه نیمه‌رسانایی با شکاف باند ev3.37 و انرژی تحریک زیاد mev) 60) می‌باشد و همچنین نشر نزدیک به ماوراء بنفش دارد. دوم پیزوالکتریک است که در حسگرها و کاهنده‌ها بسیار کاربرد دارد. در نهایت اکسید روی زیست‌سازگار و ایمن می‌باشد و می‌تواند در کاربردهای پزشکی به‌راحتی و بدون روکش به کار رود. با این خصوصیات ویژه، اکسید روی می‌تواند زمینه‌های تحقیقاتی گوناگونی را در آینده ایجاد کند. تولید نانومیله های اکسید روی به روش رسوب دهی شیمیایی موضوع این مقاله است. مواد اصلی شامل سولفات روی (ماده اصلی روی)، سود و کربنات سدیم (کاتالیزور) و اولئات سدیم (اصلاحگر) می باشد. خواص نانومیله های تولید شده از قبیل اندازه و شکل با روشهای شناسایی XRD و SEM مورد بررسی قرار گرفته است.
مقدمه
ذرات اکسید روی خواصی مانند نیمه رسانایی، پیزوالکتریسیته و پیروالکتریسیته را از خود نشان می‌دهند[۱]. این خواص بی‌نظیر باعث می‌شود که ذرات اکسید روی یکی از غنی‌ترین مواد نانوساختاری باشند. با استفاده از روش رسوب دهی شیمیایی[۲] تحت شرایط ویژه، می‌توان نانوشانه‌ها، نانوحلقه‌ها، نانوفنرها، نانوتسمه‌ها، نانومیله ها، نانوسیم‌ها و نانوقفسه‌هایی از اکسید روی ایجاد کرد. این نانوساختارها به دلیل داشتن خاصیت زیست سازگاری می‌توانند کاربردهای جدیدی در الکترونیک نوری، حسگرها، ترانسفورماتورها و پزشکی داشته باشند[۳]. هنگامی که در سال ۲۰۰۱ نانوتسمه‌های نیمه‌رسانا کشف شدند، تحقیقات بر روی نانوساختارهایی که حداقل دارای یک بعد نانومتری می‌باشند به سرعت توسعه پیدا کرد. زیرا این مواد کاربردهای وسیع و جدیدی در اپتیک، الکترونیک نوری، کاتالیزورها و پیزوالکترویک دارند[۴]. نانوتسمه‌های اکسیدی نیمه‌رسانا گروه بی‌نظیری از مواد با ترکیب شیمیایی و ساختارهای بلوری جالب می‌باشند[۵]. در بین اکسیدهای فعال(Functional) نظیر پروسکیت، دوتیل، فلوئورید‌کلسیم و ورتزیت، اکسید روی تنها ماده‌ای است که هر دو ویژگی پیزوالکتریکی و نیمه‌رسانایی را از خود نشان می‌دهد[۶]. این ماده ساختارهای گوناگونی دارد که بسیار غنی‌تر از انواع نانومواد شناخته شده مانند نانولوله‌های کربنی می‌باشند[۷]. با استفاده از روش رسوب دهی شیمیایی و با کنترل سرعت رشد، دمای رشد موضعی و ترکیب شیمیایی مواد می‌توان دستة وسیعی از نانوساختارهای اکسیدروی را سنتز کرد. نانوحلزون‌ها، نانوفنرها، نانومیله ها و نانومیله های یکپارچه و بدون درز اکسیدروی، نیترید‌گالیم، نیترید‌آلومینیم، سولفید‌روی و سلنید‌کادمیم، چند عضو مهم از خانواده ورتزیت می‌باشند که در ساخت مواد پیزوالکتریک، الکترونیک نوری و لیزر اهمیت و کاربرد فراوان دارند. دو ویژگی مهم این خانواده تقارن غیرمرکزی و سطوح قطبی آنها می‌باشد[۸]. به عنوان مثال اکسید روی ترکیبی است که به خوبی می‌تواند طرز قرارگرفتن کاتیون‌های Zn+2 را در کنار آنیون‌های O-2 در یک ترکیب چهار وجهی نشان دهد. در نتیجه یک دو قطبی در طول محور مرکزی به وجود می‌آید و باعث ایجاد اختلاف سطح انرژی بین سطوح می‌شود[۹]. یکی از خواص مهم نانوذرات نظیر روی و اکسید روی نسبت سطح به حجم بالای این مواد است[۱۰].با استفاده از این خاصیت می توان کاتالیزورهای قدرتمندی را در ابعاد نانومتری تولید نمود. این نانوکاتالیزورها راندمان واکنشهای شیمیایی را به شدت افزایش داده و همچنین به میزان چشمگیری از تولید مواد زاید در واکنشها جلوگیری خواهند نمود[۱۱]. بکارگیری نانوذرات اکسید روی در تولید مواد دیگر، می تواند استحکام آنها را افزایش دهد و یا وزن آنها را کم کند، مقاومت شیمیایی و حرارتی آنها را بالا ببرد و واکنش آنها را در برابر نور و تشعشعات دیگر تغییر دهد[۱۲]. پس مهمترین کاربردی که برای این نانوذرات می توان متصور شد، استفاده از آنها در تولید نانوکامپوزیت هاست. با استفاده از این نانوذرات، نسبت استحکام به وزن مواد کامپوزیتی به شدت افزایش خواهد یافت. اخیرا در ساخت شیشه های ضد آفتاب از نانوذرات اکسید روی استفاده شده است. استفاده از این مواد علاوه بر افزایش کارایی این نوع شیشه ها، عمر آنها را نیز چندین برابر نموده است[۱۳]. همچنین از نانوذرات اکسید روی در ساخت انواع ساینده ها، رنگها، لایه های محافظتی جدید و بسیار مقاوم برای شیشه ها و عینکها (ضدجوش و نشکن)، کاشی ها و در حفاظ های الکترومغناطیسی شیشه های اتومبیل و در و پنجره استفاده می شود[۱۴]. پوششهای ضد نوشته برای دیوارها و پوششهای سرامیکی برای افزایش استحکام سلولهای خورشیدی نیز با استفاده از نانوذرات تولید شده اند. با توجه به اهمیت نانو ساختارهای اکسید روی، در این کار پژوهشی نانومیله های اکسید روی با اضافه کردن اولئات سدیم بطور موفقیت آمیزی سنتز شدند. همچنین تاثیر اولئات سدیم در اندازه و یکنواختی نانومیله ها بررسی شده اند.
بخش تجربی
۱- مواد و معرفها
سولفات روی با غلظت ۱ مول بر لیتر، کربنات سدیم با غلظت ۱ مول بر لیتر، اولئات سدیم، سود با غلظت ۱ مول بر لیتر، آب مقطر و اتانول.
۲- روش سنتز
در این روش، مقداری از سولفات روی با غلظت ۱ مول بر لیتر در یک بالن سه دهانه ریخته شد. در ادامه به همان اندازه از محلول کربنات سدیم با همان غلظت با مقدار معینی از محلول اولئات سدیم مخلوط شد. سپس این محلول قطره قطره به روی محلول اولی در دمای c°۷۰ اضافه شد. در نهایت محلول سود با غلظت ۱ مول بر لیتر افزوده شد. واکنش در مدت ۱٫۵ ساعت هم زده شد. سپس با آب مقطر و اتانول شستشو داده شد تا یونهای اضافی آن از بین رود. بعد از خشک شدن در آون در دمای c°۶۰ نانو میله های اکسید روی حاصل شدند.
نتایج وبحث
نانومیله های اکسید روی سنتز شده با wt% 2.5 از اولئات سدیم مورد بررسی قرار گرفتند. برای تعیین اندازه ذرات نانومیله های اکسید روی سنتز شده، طیف XRD از این نمونه گرفته شد. در شکل ۱ طیف XRD نمونه ای از نانومیله های اکسید روی سنتزی نشان داده شده است. همانطور که مشاهده می شود، تمامی پیکهای حاصل با پیکهای استاندارد (JCPDS 36-1451) اکسید روی هگزاگونال مطابقت دارد. با توجه به پیکهای حاصله و با استفاده از رابطه شرر (معادله ۱) اندازه نانو میله های سنتز شده محاسبه گردید. مطابق نتایج حاصل، میزان اندازه ذرات سنتز شده در حدود ۴۶ نانومتر بود.
l طول اشعه ایکس ۱٫۵۴ آنگستروم
b عرض پیک در نصف ارتفاع (۱)
θ زاویه پیک
شکل۱ :طیف XRD نانو میله اکسید روی
ابعاد و مورفولوژی نمونه اکسید روی سنتز شده از طریق تصویر برداری میکروسکوپ الکترونی روبشی((SEM مورد بررسی قرار گرفت. در اشکال ۲ و ۳ تصاویر SEM نانومیله های اکسید روی سنتز شده با استفاده از اولئات سدیم و بدون استفاده از اولئات سدیم نشان داده شده است.
شکل۲ :طیف SEM نانو میله های اکسید روی سنتز شده با استفاده از اولئات سدیم
شکل۳ :طیف SEM نانومیله های اکسید روی سنتز شده بدون استفاده از اولئات سدیم
همانطور که مشاهده می شود نانومیله های سنتز شده با طولی در حدود ۲٫۰ میکرومتر می باشند. بنابراین اولئات سدیم نقش مهمی در شکل گیری نانو میله های بزرگ و یکسان دارد. بر طبق تحقیقات انجام گرفته نانومیله های اکسید روی هم اندازه با طول تقریبی ۲٫۰ میکرومتر کاربرد وسیعی در نانو وسیله های اپتوالکترونیک دارد.
نتیجه گیری
نانومیله های اکسید روی اصلاح شده با اولئات سدیم بطور موفقیت آمیزی سنتز شدند. خواص این نمونه ها از قبیل شکل و اندازه با استفاده از تکنیکهای مختلف نظیر پراش اشعه ایکس ((XRD و تصویر برداری میکروسکوپ الکترونی روبشی ((SEM تعیین گردیدند. مطابق نتایج حاصل، در صورت استفاده از اولئات سدیم، نانومیله های اکسید روی با طول بلند و قطر ۴۶ نانومتر قابل حصول هستند. همچنین تجربه نشان داد که تنظیم دقیق شرایط سنتز برای بهبود خواص شکل و اندازه ذرات اکسید روی حاصل بسیار مهم و ضروری است
