نانو ساختارها - جلسه دوم
نانوساختارها به دو صورت بدون حفره (غیرمتخلخل) و یا با حفرات باز (متخلخل) وجود دارند. در این زمینه ترکیبات غیر متخلخل کمتر مورد توجه قرار گرفته اند.
بازدید :
زمان تقریبی مطالعه :
تاریخ :
چهارشنبه 1396/10/27 ساعت 10:10
عنوان:
عامل دار کردن نانو ساختارهای مزوپروس
اهداف جلسه:
· آشنایی با آمینه کردن نانو ساختارها
· آشنایی با عامل دار کردن نانوذرات
وسایل مورد نیاز:
· دسترسی به اینترنت
· سیکای دود کننده کلر دار
· DMF
· ایزونیکوتینیک اسید هیدرازید
· اتانول
مقدمه:
نانوساختارها به دو صورت بدون حفره (غیرمتخلخل)[Nonporous] و یا با حفرات باز (متخلخل)[Porous] وجود دارند. در این زمینه ترکیبات غیر متخلخل کمتر مورد توجه قرار گرفته اند.
برخلاف ترکیبات غیر متخلخل که کمتر به آن ها توجه شده، طی سال های گذشته ترکیبات متخلخل مورد توجه بسياري از محققین قرار گرفته اند.
بر اساس تعریف آیوپاک مواد متخلخل با توجه به اندازه قطر حفرات شان در سه دسته کلی زیر قرار می گیرند .
• میکرومتخلخل ها با اندازه قطر حفره کمتر از 2 نانومتر
• مزومتخلخل ها با اندازه قطر حفرات بین 2 تا 50 نانومتر
• ماکرومتخلخل ها با اندازه قطر حفرات بیش از 50 نانومتر
مواد متخلخل با توجه به اندازه حفره به سه دسته ميكروپروس یا زئولیت ها (قطر حفره ها كمتر از ٢ نانومتر)، مزوپروس (قطر حفره‌ها بين 2-50 نانومتر) و ماکروپروس یا سرامیک ها (قطر حفره ها بزرگ تر از ٥٠ نانومتر) بر طبق شکل(1-2) تقسیم بندی می شوند.
اولين بار در سال 1990 ميلادي كرودا[Kuroda] و همكارانش تهيه جامدهای متخلخل سيليكاتي با اندازه حفره‌هایی در حدود Å20-2 را گزارش كردند. در ادامه اين موفقيت جالب، سنتز تركيبات جامد متخلخل ديگر نیز انجام شد.
در ادامه این موفقیت سنتز ترکیب‌های جامد متخلخل دیگر نیز صورت گرفت. سنتز مزوپروس های معروف به M41S يكي از كشف‌هاي بسيار مهم در زمينه سنتز مواد در دهه‌هاي گذشته بوده است. خانواده M41S به سه نوع طبقه‌بندي مي‌شوند.
الف MCM-41 ((شش وجهی)، ب) MCM-50 (لايه‌اي)، جMCM-48 ( (مكعبي)
شكل(1-3): سه ساختار متفاوت از مواد M41S
ماده متخلخل ساخته شده با حفره های شش وجهی دوبعدی تحت عنوان MCM-41 یکی از مهم‌ترین اعضای این خانواده محسوب می شود.
سنتز و مكانيسم تشكيل مواد مزوپروس
مدل‌های متنوعی براي شرح و شناسایی مكانيسم شکلگیری مواد مزوپروس با روش‌هاي سنتزی مختلف ارائه شده است. تمامی مدل‌ها در این زمینه براساس حضور و نقش مواد فعال سطحی در محلول براي هدايت و تشكيل مزوساختار معدني بنا شده است. مواد فعال سطحی براي كاهش سطح تماس سرهاي مخالف در محلول، خود تجمعي نموده و آرايشي با كمترين انرژي را ایجاد می کنند. مولکول های فعال سطحی کاتیون های آلی بزرگی هستند که زنجیره، سر آبگریز و قسمت یونی، سر آبدوست آن است. دو مسير مكانيسمي براي تشكيل موادی مانند M41S فرض شده است:
(الف) شروع شده با فاز كريستال مايع (ب) شروع شده با آنيون سيليكات
(ب) در مسیر دوم ساختارهاي كريستال مايع بسيار حساس تشكيل شده در محلول ممكن است مستقيماً با گونه‌هاي سيليكاتي تماس داده شوند و به این ترتیب ميسل‌هاي ماده فعال سطحی پوشش داده شده با سيليكات ساختار MCM-41 را تشكيل مي‌دهند.
شرايط و نحوه تهيه مواد مزوپروس
همانند سنتز زئوليت‌ها، مزوپروس ها از طریق مخلوط كردن ماده فعال سطحی و يك منبع سيليكاتي يا آلومينوسيليكاتي سنتز مي‌شوند. مولكول‌هاي فعال سطحی به عنوان شکلدهنده در تشكيل هیبرید آلي معدني منظم عمل مي‌كنند. این مواد به منظور كاهش سطح تماس سرهاي مخالف در محلول خود تجمعي نموده و به آرايشي با كمترين سطح انرژي مي‌رسند.
ژل تشكيل شده در دماي بين ᵒC 150-70 طی يك دوره زماني مشخص تبدیل به بلور مي‌شود. محصولات به دست آمده بعد از نوبلور شدن صاف شده و با آب یون زدایی شده[Demineralized water] شسته مي‌شوند. سپس در دماي اتاق خشك شده و نهایتاً مولكول‌هاي شکلدهنده از طريق كلسينه كردن[Calcination]، حفرههای شبكه سيليكاتي را ترك مي‌كنند[16]. لازم به ذکر است که نسبت مولي شکلدهنده به سيليكا برای تشکیل MCM-41 بایدکمتر از ١ باشد. تغيير در این نسبت مي‌تواند ساختار مزوپروس تشکیل شده را تغيير داده و ساختارهای متفاوتی تولید شود.
اولين روش براي سنتز مزوپروس ها، در محيط قليايي ارائه شده است. همچنین در بسیاری از مقالات ديگر نيز سنتز مواد مزوپروس، MCM-41 گزارش شده است. سنتز مواد مزوپروس در محيط‌هاي اسيدي و خنثي نيز انجام شده است. هو[Huo] و همكارانش سنتز مزوپروس های سيليكاتي را تحت شرايط اسيدي گزارش كردند.
ساختار سه بعدی سیلیکای دود کننده منجر به افزایش گرانروی می شود، در نتیجه به عنوان قوام دهنده مایعات مختلف از جمله رنگ، جوهر چاپ، چسب و رزین های پلیاستر به کار می رود. هم چنین به علت عدم وجود حفره در ساختار این ترکیب، به عنوان یک ساختار فضا پرکن کاربرد دارد. علاوه بر آن ها وجود گروه های سیلانول بسیار واکنش پذیر در سطح این ترکیب، موجب می شوند که گروه های آلی بتوانند از طریق پیوندهای کووالان به این سطوح متصل شوند. از زمان تولید این ترکیب در اوایل دهه چهل تا به امروز، از سیلیکای دودکننده به عنوان یکی از نانوساختارهای سیلیکایی برای عاملدار کردن سطح و کاربرد آن در واکنش های مختلف استفاده شده است.
برخلاف ترکیبات غیر متخلخل که کمتر به آن ها توجه شده، طی سال های گذشته ترکیبات متخلخل به دليل پتانسيل بالا در سنتز ترکيبات شیمیایی، صنعتی و داروئی مورد توجه بسياري از محققین قرار گرفتهاند. در این راستا، اصطلاحاً به فضای محدود شده خلل وفرج گفته میشود. فهم، طراحی و کاربرد خلل ها از فناوری و علوم پیشرفت های برخوردار است که نقش بسیار مهمی در فناوری های جدید دارد. به عنوان مثال کانال ها و فضاهای داخلی غشاها و بافت های زیستی که تسهیل کننده حمل و نقل آب می باشد و نیز یون ها و پروتئین ها نوع دیگری از خلل و فرج ها هستند.
روش کار
سنتزترکیب سیلیکای دود کننده آمین دار
1. یک گرم از سیکای دود کننده کلر دار بدست آمده به مدت 2 ساعت تحت خلاء قرار گرفت تا کاملاً خشک شود.
2. ماده فوق در حلال DMF به مدت 1 ساعت هم زده شد تا یکنواحت گردد.
3. سپس 2 گرم ایزونیکوتینیک اسید هیدرازید به مخلوط واکنش اضافه شود و به مدت24 تحت حرارت هم زده شود.
4. در پایان جامد زرد کمرنگ حاصل از واکنش بر روی کاغذ صافی جمعآوری کنید و با حلال اتانول شسته و سپس در دمای اتاق خشک کنید.
سوالات
1. روش عامل دار کردن شیمیایی چه تفاوتی با روش فیزیکی و ترکیبی دارد؟
بخش پژوهش های دانش آموزی تبیان
تهیه: مینا رزقی و شایان فروزنده دل
تنظیم: زینب شاه مرادی
عامل دار کردن نانو ساختارهای مزوپروس
اهداف جلسه:
· آشنایی با آمینه کردن نانو ساختارها
· آشنایی با عامل دار کردن نانوذرات
وسایل مورد نیاز:
· دسترسی به اینترنت
· سیکای دود کننده کلر دار
· DMF
· ایزونیکوتینیک اسید هیدرازید
· اتانول
مقدمه:
نانوساختارها به دو صورت بدون حفره (غیرمتخلخل)[Nonporous] و یا با حفرات باز (متخلخل)[Porous] وجود دارند. در این زمینه ترکیبات غیر متخلخل کمتر مورد توجه قرار گرفته اند.
برخلاف ترکیبات غیر متخلخل که کمتر به آن ها توجه شده، طی سال های گذشته ترکیبات متخلخل مورد توجه بسياري از محققین قرار گرفته اند.
بر اساس تعریف آیوپاک مواد متخلخل با توجه به اندازه قطر حفرات شان در سه دسته کلی زیر قرار می گیرند .
• میکرومتخلخل ها با اندازه قطر حفره کمتر از 2 نانومتر
• مزومتخلخل ها با اندازه قطر حفرات بین 2 تا 50 نانومتر
• ماکرومتخلخل ها با اندازه قطر حفرات بیش از 50 نانومتر
مواد متخلخل با توجه به اندازه حفره به سه دسته ميكروپروس یا زئولیت ها (قطر حفره ها كمتر از ٢ نانومتر)، مزوپروس (قطر حفره‌ها بين 2-50 نانومتر) و ماکروپروس یا سرامیک ها (قطر حفره ها بزرگ تر از ٥٠ نانومتر) بر طبق شکل(1-2) تقسیم بندی می شوند.
اولين بار در سال 1990 ميلادي كرودا[Kuroda] و همكارانش تهيه جامدهای متخلخل سيليكاتي با اندازه حفره‌هایی در حدود Å20-2 را گزارش كردند. در ادامه اين موفقيت جالب، سنتز تركيبات جامد متخلخل ديگر نیز انجام شد.
در ادامه این موفقیت سنتز ترکیب‌های جامد متخلخل دیگر نیز صورت گرفت. سنتز مزوپروس های معروف به M41S يكي از كشف‌هاي بسيار مهم در زمينه سنتز مواد در دهه‌هاي گذشته بوده است. خانواده M41S به سه نوع طبقه‌بندي مي‌شوند.
الف MCM-41 ((شش وجهی)، ب) MCM-50 (لايه‌اي)، جMCM-48 ( (مكعبي)
شكل(1-3): سه ساختار متفاوت از مواد M41S
ماده متخلخل ساخته شده با حفره های شش وجهی دوبعدی تحت عنوان MCM-41 یکی از مهم‌ترین اعضای این خانواده محسوب می شود.
سنتز و مكانيسم تشكيل مواد مزوپروس
مدل‌های متنوعی براي شرح و شناسایی مكانيسم شکلگیری مواد مزوپروس با روش‌هاي سنتزی مختلف ارائه شده است. تمامی مدل‌ها در این زمینه براساس حضور و نقش مواد فعال سطحی در محلول براي هدايت و تشكيل مزوساختار معدني بنا شده است. مواد فعال سطحی براي كاهش سطح تماس سرهاي مخالف در محلول، خود تجمعي نموده و آرايشي با كمترين انرژي را ایجاد می کنند. مولکول های فعال سطحی کاتیون های آلی بزرگی هستند که زنجیره، سر آبگریز و قسمت یونی، سر آبدوست آن است. دو مسير مكانيسمي براي تشكيل موادی مانند M41S فرض شده است:
(الف) شروع شده با فاز كريستال مايع (ب) شروع شده با آنيون سيليكات
(ب) در مسیر دوم ساختارهاي كريستال مايع بسيار حساس تشكيل شده در محلول ممكن است مستقيماً با گونه‌هاي سيليكاتي تماس داده شوند و به این ترتیب ميسل‌هاي ماده فعال سطحی پوشش داده شده با سيليكات ساختار MCM-41 را تشكيل مي‌دهند.
شرايط و نحوه تهيه مواد مزوپروس
همانند سنتز زئوليت‌ها، مزوپروس ها از طریق مخلوط كردن ماده فعال سطحی و يك منبع سيليكاتي يا آلومينوسيليكاتي سنتز مي‌شوند. مولكول‌هاي فعال سطحی به عنوان شکلدهنده در تشكيل هیبرید آلي معدني منظم عمل مي‌كنند. این مواد به منظور كاهش سطح تماس سرهاي مخالف در محلول خود تجمعي نموده و به آرايشي با كمترين سطح انرژي مي‌رسند.
ژل تشكيل شده در دماي بين ᵒC 150-70 طی يك دوره زماني مشخص تبدیل به بلور مي‌شود. محصولات به دست آمده بعد از نوبلور شدن صاف شده و با آب یون زدایی شده[Demineralized water] شسته مي‌شوند. سپس در دماي اتاق خشك شده و نهایتاً مولكول‌هاي شکلدهنده از طريق كلسينه كردن[Calcination]، حفرههای شبكه سيليكاتي را ترك مي‌كنند[16]. لازم به ذکر است که نسبت مولي شکلدهنده به سيليكا برای تشکیل MCM-41 بایدکمتر از ١ باشد. تغيير در این نسبت مي‌تواند ساختار مزوپروس تشکیل شده را تغيير داده و ساختارهای متفاوتی تولید شود.
اولين روش براي سنتز مزوپروس ها، در محيط قليايي ارائه شده است. همچنین در بسیاری از مقالات ديگر نيز سنتز مواد مزوپروس، MCM-41 گزارش شده است. سنتز مواد مزوپروس در محيط‌هاي اسيدي و خنثي نيز انجام شده است. هو[Huo] و همكارانش سنتز مزوپروس های سيليكاتي را تحت شرايط اسيدي گزارش كردند.
ساختار سه بعدی سیلیکای دود کننده منجر به افزایش گرانروی می شود، در نتیجه به عنوان قوام دهنده مایعات مختلف از جمله رنگ، جوهر چاپ، چسب و رزین های پلیاستر به کار می رود. هم چنین به علت عدم وجود حفره در ساختار این ترکیب، به عنوان یک ساختار فضا پرکن کاربرد دارد. علاوه بر آن ها وجود گروه های سیلانول بسیار واکنش پذیر در سطح این ترکیب، موجب می شوند که گروه های آلی بتوانند از طریق پیوندهای کووالان به این سطوح متصل شوند. از زمان تولید این ترکیب در اوایل دهه چهل تا به امروز، از سیلیکای دودکننده به عنوان یکی از نانوساختارهای سیلیکایی برای عاملدار کردن سطح و کاربرد آن در واکنش های مختلف استفاده شده است.
برخلاف ترکیبات غیر متخلخل که کمتر به آن ها توجه شده، طی سال های گذشته ترکیبات متخلخل به دليل پتانسيل بالا در سنتز ترکيبات شیمیایی، صنعتی و داروئی مورد توجه بسياري از محققین قرار گرفتهاند. در این راستا، اصطلاحاً به فضای محدود شده خلل وفرج گفته میشود. فهم، طراحی و کاربرد خلل ها از فناوری و علوم پیشرفت های برخوردار است که نقش بسیار مهمی در فناوری های جدید دارد. به عنوان مثال کانال ها و فضاهای داخلی غشاها و بافت های زیستی که تسهیل کننده حمل و نقل آب می باشد و نیز یون ها و پروتئین ها نوع دیگری از خلل و فرج ها هستند.
روش کار
سنتزترکیب سیلیکای دود کننده آمین دار
1. یک گرم از سیکای دود کننده کلر دار بدست آمده به مدت 2 ساعت تحت خلاء قرار گرفت تا کاملاً خشک شود.
2. ماده فوق در حلال DMF به مدت 1 ساعت هم زده شد تا یکنواحت گردد.
3. سپس 2 گرم ایزونیکوتینیک اسید هیدرازید به مخلوط واکنش اضافه شود و به مدت24 تحت حرارت هم زده شود.
4. در پایان جامد زرد کمرنگ حاصل از واکنش بر روی کاغذ صافی جمعآوری کنید و با حلال اتانول شسته و سپس در دمای اتاق خشک کنید.
سوالات
1. روش عامل دار کردن شیمیایی چه تفاوتی با روش فیزیکی و ترکیبی دارد؟
بخش پژوهش های دانش آموزی تبیان
تهیه: مینا رزقی و شایان فروزنده دل
تنظیم: زینب شاه مرادی
مطالب مرتبط مجموعه :
مسابقات ماشین‌های خورشیدی در چهاردهمین جشنواره پروژه‌های دانش‌آموزی تبیان
جشنواره پروژه های دانش آموزی تبیان در بخش رویش برگزار شد
آخرین مطالب سایت