سنتز نانو ذرات اکسید روی جلسه ششم
هدف: مشخصه یابی نانو ذرات اکسید روی تولید شده ( تعیین شکل و سایز نانو ذرات)
فعالیت: تحقیق در مورد روشهای شناسایی و آنالیز نانو ذرات اکسید روی
وسایل: دستگاه میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM) یا دستگاه تفرق دینامیکی نور (DLS)
نانوتکنولوژی و کاربردهای آن در زمینه های مختلف، چالش هایی را در درک و تشخیص رفتار مواد در مقیاس نانو ایجاد می کند. دانستن اندازه و توزیع اندازه ذرات، از اطلاعات پیش نیاز برای تولید و ساخت محصولات مختلف است.پس بعد از تولید نانو ذرات، یکی از مواردی که در مطالعه نانوذرات نقش اساسی ایفا می کند، تعیین اندازه و شکل آن ها می باشد چرا که خواص مواد نانو ساختار تا حد زیادی به شکل، اندازه و آرایش مواد نانو ساختار بستگی دارد، و از طرفی ذرات در گستره نانو متری تمایل زیادی به کلوخه شدن و به هم چسبیدن دارند که در نتیجه پایداری ذرات و اینکه ذرات تا چه زمانی در ایعاد نانو باقی میمانند، برای ما اهمیت فراوانی دارد.
هم اکنون بیش از 50 روش مختلف وجود دارد که برای تعیین عناصر تشکیل دهنده مواد، شكل و اندازة ذرات، ساختار کریستالی، ترکیب شیمیایی و ریز ساختار مواد مورد استفاده قرار می گیرد. که می توانیم برای آنالیز نمونه هایمان از دستگاه طیف سنج مرئی ٓ فرابنفش و میکروسکوپ های الکترونی استفاده کنیم.
تکلیف: در مورد اینکه از چه دستگاه های برای آنالیز نانوذرات استفاده می شود، تحقیق کنید.در برخی از دستگاه ها نیاز به آماده سازی نمونه ها می باشد، در این مورد نیز تحقیق کنید.
از آنجا که انجام آنالیز ها و استفاده از دستگاه های مشخصه یابی نانو ذرات، روشی پر هزینه است. پیشنهاد می شود از یکی از دستگاهای آنالیز برای تحلیل نمونه ها استفاده شود، آنچه که مد نظر ماست تعیین شکل و اندازه ذرات (در گستره نانو متری) می باشد که شما می توانید از یکی از دستگاهای آنالیز که مقرون به صرفه تر است و اطلاعات خواسته شده در مورد نانو ذرات را به شما می دهد، استفاده کنید.
ما می خواهیم در این جلسه با دستگاه میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM)از نمونه ها عکسبرداری کنیم و با استفاده از دستگاه تفرق دینامیکی نور (DLS) توزیع اندازه ذرات نقره کلوییدی را آنالیز کنیم، با تحلیل نتایج، اطلاعاتی در مورد شكل و اندازه و پایداری نانو ذرات (کلوخه نشدن ذرات) به دست می اوریم. برای مقایسه نتایج، نیز می توانیم از نمونه را در زمانهای مختلف آنالیز کنیم تا در مورد پایداری آنها اطلاعاتی به دست بیاوریم.
در مطالعه مواد نانو ساختار نمی توانیم از میکروسکوپ های نوری استفاده کنیم، اساس کار میکروسکوپ های نوری به گونه ای است که در آنها نور برگشتی یا عبوری از جسم توسط عدسی هایی بزرگ می شود. که امکان بزرگنمایی تا 1400 برابر وجود دارد، اما با تغییر قطر عدسی و یا سایر قسمت های میکروسکوپ نوری نمی توان ساختارهای نانومتری را مشاهده کرد.
پرسش: چرا برای مطالعه مواد نانو ساختار نمی توانیم از میکروسکوپهای نوری استفاده کنیم؟
در این حالت بهتر است از میکروسکوپ های الکترونی استفاده شود. زیرا در میکروسکوپ های الکترونی انرژی الکترون ها بسیار بیشتر از فوتون های نور مرئی است و طول موج بسیار کوچکتری نیز دارند،که می توان به بزرگنمایی بسیار بالاتر با قدرت تفکیک بیشتر دست یافت.
انواع میکروسکوپ های الکترونی به شرح زیر می باشد:
- میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM)
- میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM)
- میکروسکوپ نیروی اتمی (AFM)
- میکروسکوپ تونلی روبشی (STM)
هرکدام از این میکروسکوپ ها یک سری اطلاعاتی در مورد ساختار و مورفولوژی سطح نانو ساختارها می دهند. شما می توانید از میکروسکوپ SEM برای نمونه جامد استفاده کنید.
تکلیف: نمونه ها را توسط دستگاه TEM آنالیز کرده و اطلاعات به دست آمده در مورد شکل و سایز ذارت را تحلیل کنید.
شکل زیر تصویر نمونه ای از میکروسکوپ الکترونی عبوری(TEM) می باشد.
برای اینکه بیشتر با خروجی دستگاه TEM آشنا شوید و بهتر بتوانید تحلیل کنید برای نمونه در زیر مثالی از نانو ذرات نقره و اکسید روی می آورم:
تصویر زیر از نانو ذرات نقره کلوییدی می باشد که توسط میکروسکوپ الکترونی عبوری گرفته شده است. در این تصویر نانو ذرات نقره کلوییدی که دارای شکل کروی هستند و با بزرگنمایی 50 نانومتر مشاهده می شود و همچنین در نمودار هم ماکزیمم سایز ذرات مشخص است. البته بسته به نوع ذرات و سایز و روش تولید نانو ذرات تصاویر هم متفاوت خواهد شد.
تصویر زیر هم از نانو ذرات اکسید روی با بزرگنمایی 50 نانو متر می باشد.
پرسش: چه اطلاعات دیگری از نمودار و شکل بالا می توانیم استخراج کنیم؟ نقاطی که به هم چسبیدن بیانگر چه پدیده ای می باشند؟
از آنجایی که اندازه و توزیع اندازه ذرات، تاثیر زیادی بر روی استحکام مکانیکی، دانسیته و خواص نوری و حرارتی محصول نهایی دارد، تعیین این اندازه ها بسیار ضروری اند. امروزه ابزارهایی وجود دارند که امکان تعیین اندازه و توزیع اندازه ذرات با استفاده از آنها امکان پذیر است. برای اندازه گیری اندازه ذرات در محیط مایع مورد استفاده قرار می گیرد.
دستگاه دیگری که برای آنالیز ذرات می توانید استفاده کنید دستگاه تفرق دینامیکی نور (DLS) می باشد، پراکندگی نور دینامیکی روشی فیزیکی است که برای تعیین توزیع ذرات موجود در محلول ها و سوسپانسیون استفاده می شود. این روش به برهمکنش نور با ذره بستگی دارد. نور پراکنده شده بوسیله نانوذرات موجود در سوسپانسیون با زمان تغییر می کند که می تواند به قطر ذره ارتباط داده شود. شکل زیر نمونه ای از دستگاه تفرق دینامیک نور را نشان می دهد.
تکلیف: در مورد خروجی دستگاه DLS تحقیق کنید و اینکه این دستگاه چه نتایجی را به شما می دهد.
نتیجه گیری:
در این پروژه هدف آشنایی دانش آموزان با فناوری نانو بوده است در ضمن دانش آموزان با یکی از روش های سنتز نانو ذرات آشنا شوند و بتوانند در آزمایشگاه مدرسه شان به سنتز نانو ذرات بپردازند. نانو ذرات اکسید روی از جمله نانو ذرات پرکاربرد در صنعت و پزشکی است که روز به روز هم بر کاربرد آن افزوده می شود پس اهمیت آن به قدری است که بسیاری از محققان در تلاشند تا روش های جدیدی برای سنتز این نانو ذرات طراحی کنند. دانش آموزان با انجام این پروژه از نزدیک با این فناوری و کاربرد آن آشنا شوند.
