همه چیز درباره سنتز نانو ذرات پلیمری
درباره سنتز نانو ذرات پلیمری چه می دانید؟ اصلا می دانید نانو ذرات چگونه ذراتی هستند و چه ویژگی هایی دارند؟
اگر جزء دنبال کنندگان داغ ترین اخبار روز دنیا باشید، بی شک در جریان سر و صدایی که فناوری نانو در جهان به پا کرده؛ هستید. گسترش روزافزون نانو تکنولوژی در دهه‌های اخیر از یک سو و کاربردهای چشمگیر آن در حوزه‌های جدید علوم از سوی دیگر؛ بر اهمیت غیر قابل انکار این موضوع افزوده اند. شاید این سوال ذهنتان را به خود مشغول کرده باشد که نانو تکنولوژی چگونه علمی است؟
جالب و در عین حال لازم است بدانید که علم ساخت و بررسی عملکرد ساختارهایی که اندازه قطر آن ها بین یک تا صد نانومتر است، نانو تکنولوژی نامیده می‌شود. جالب تر این که این علم گسترده راه‌های جدیدی بسیاری را برای پیشگیری و مقابله با بیماری‌ها و آلودگی ها به روی محققان گشوده است. راه هایی که بر مواد و ذرات دارای مقیاس بسیار کوچک در حد نانو مبتنی هستند.
آشنایی با سنتز نانو ذرات
نانو ذرات همان‌طور که از نامشان پیداست، ذراتی به قطر 1 تا 1000 نانومتر هستند که به وفور در کاربردهای گوناگون همچون پزشکی، انرژی، کاتالیزور و نیمه هادی استفاده می‌شوند. اگر کم و بیش از علم مواد سر در بیاورید، می دانید که ذرات در مقیاس های کوچکتر رفتاری متفاوت از رفتار همتایان عمده خود به نمایش می گذارند. برای مثال هرچه ذرات کوچک تر باشند، مساحت سطح آن ها بیشتر خواهد بود. این موضوع موجب پیدایش خواص منحصر به فردی همچون خواص زیر شده است:
- افزایش رسانایی الکتریکی و حرارتی
- کاهش نقطه ذوب
- قوی شدن خواص مغناطیسی و نوری
- …
در صورتی که امکان استفاده مداوم از مواد دارای ابعادی در حد نانومتر فراهم باشد؛ فرصت های فراوانی در حوزه های مختلفی همچون انرژی پاک، کاتالیزورها و حسگرها ایجاد می‌گردد. حال ممکن است این سوال برایتان پیش آمده باشد که آیا نانو ذرات وجود دارند یا باید همت کرده و آن‌ها را به وجود بیاوریم؟!
حقیقتا اگر زحمتی نباشد، باید تلاش کرده و این ذرات را ایجاد کنید. وسط سعی و تلاشتان این را هم بدانید که تبدیل یک ماده جدید از یک ماده اولیه را سنتز می گویند. پس کاری که شما انجام می دهید، نامش سنتز نانو ذرات است. در صورتی که ماده اولیه فلزی باشد، کارتان سنتز نانو ذرات فلزی نام می گیرد و اگر پلیمری باشد، از آن تحت عنوان سنتز نانو ذرات پلیمری یاد می کنند.
می دانیم می خواهید بپرسید که چگونه می توان به سنتز نانو ذراتی همچون نانو ذرات پلیمری پرداخت؟! سوال خوب و به جایی است. از همین رو پاسخگویی مفصل به آن را در دستور کارمان قرار داده ایم.
آشنایی با انواع روش های سنتز نانو ذرات پلیمری
ساخت یا اصطلاحا سنتز نانو ذراتی همچون نانو ذرات فلزی، نانو ذرات پلیمری و… عمدتا از دو روش بالا به پایین و پایین به بالا قابل انجام است. رویکرد پایین به بالا که دست بر قضا با استقبال فراوانی از سوی محققان رو به رو شده؛ بر هسته‌بندی مواد با اندازه اتمی در نانو ذرات نهایی مبتنی می‌باشد. اگرچه روش دقیق سنتز به ماده ای که در طی فرآیند سنتز تولید می شود، بستگی دارد؛ اما رایج ترین روش های سنتز نانو ذرات پلیمری به قرار زیرند:
- روش ترکویچ (احیای سیترات)
- سنتز فاز گاز
- سنتز بلوک کوپلیمر
- سنتز میکروبی (این مورد اخیرا مد شده و سابقه چندانی ندارد!)
در روش های بالا به پایین سنتز نانو ذرات پلیمری، یک ماده فله را به صورت فیزیکی تجزیه کرده و از این طریق مولکول هایی کوچکتر می سازند. مهم ترین و مرسوم ترین روش های سنتز بالا به پایین عبارتند از: آسیاب، فرسایش لیزری و فرسایش جرقه ای.
روش‌های سنتز پایین به بالا از آن رو که شامل دسته هایی از حلال ها و مواد شیمیایی دیگر هستند، تحت عنوان روش های تَر سنتز نانو ذرات نامگذاری می‌شوند.
در ادامه متداول ترین و کاربردی ترین انواع روش های سنتز نانو ذرات را معرفی و به اختصار مورد بحث و بررسی قرار می دهیم.
روش های سنتز نانو ذرات پلیمری
سنتز نانو ذرات پلیمری به روش رسوب فیزیکی بخار
روش رسوب فیزیکی بخار یکی از کاربردی ترین روش های سنتز نانو ذرات پلیمری و سایر ذرات نظیر فلزات است. در این روش به سنتز رسوب فیلم های نازک فلزات گوناگون بر روی سطوح مختلف می پردازند. سنتز نانو ذرات در این روش که به وفور مورد استفاده قرار می گیرد، حاصل از تراکم فاز بخار است. این نوع سنتز دارای سه مرحله اصلی است که در ادامه آن ها را به حضورتان معرفی می نماییم:
مرحله اول: تبخیر فاز بخار مواد بستر
مرحله دوم: حمل مواد از بستر به سوی منبع (منبع در این جا از انرژی حرارتی، پرتوهای الکترون، پالس قوی کاتدی و تکنیک اسپری استفاده می نماید.)
مرحله سوم: تشکیل فیلم و ایجاد ذرات نازک به وسیله هسته و رشد
سنتز نانو ذرات پلیمری به روش رسوب شیمیایی بخار
استفاده از این فرآیند سنتز نانو ذرات پلیمری غالبا در صنایع نیمه هادی به منظور ایجاد فیلم های نازک مرسوم می باشد. در این روش که در طی آن پیش سازها بر روی بستر بخار می گردند، با به کارگیری یک یا چند ماده فرار به فراهم سازی بستر می پردازند. سپس پیش سازهای تبخیر شده به یک راکتور راه پیدا کرده، لایه نشانی شده و ماده ای را به وجود می آورند که در دمای بالا جذب می شود. مراحل اصلی این فرآیند به قرار زیرند:
مرحله اول: فعال شدن واکنش دهنده ها در سطح رشد یک لایه مرزی
مرحله دوم: وقوع واکنش های شیمیایی در سطح رشد
مرحله سوم: برداشتن محصولات تولید شده توسط واکنش فاز گاز سطح
سنتز نانو ذرات پلیمری به روش سل ژل
در این روش سنتز نانو ذرات پلیمری محلول آهسته آهسته و به تدریج تبدیل به ژل می شود. درست مانند سیستم دو پایه ای که دارای دو فاز جامد و مایع است. این روش سنتز که در دماهای پایین قابل انجام است، بسیار ارزان تر از سایر روش های موجود در این زمینه می باشد. این مسئله در کنار قابل کنترل بودن ترکیب شیمیایی محصول، موجب محبوبیت روش سل ژل در میان محققان شده است. لازم به ذکر است که نانو ذرات تولید شده در روش مذکور کاربردهای بسیار گسترده ای در زمینه های زیر دارند:
- الکترونیک
- پزشکی
- تکنولوژی جداسازی
- اپتیک
- …
سنتز نانو ذرات پلیمری به روش پلاسمای RF
در این روش سنتز نانو ذرات پلیمری از پلاسمای رادیو اکتیو استفاده می شود. احتمالا می دانید که این نوع پلاسما در کویل های گرمایشی RF تولید می گردد. مراحل سنتز نانو ذرات به روش پلاسمای RF به صورت زیر است:
در فرآیند سنتز به روش پلاسمای RF نخست ماده اولیه را در یک پیستوله و پس از آن در یک محفظه تخلیه الکتریکی قرار می‌دهند. اطراف محفظه تخلیه توسط کویل های ولتاژ بالا احاطه شده است. مواد اولیه موجود در محفظه تخلیه توسط این کویل ها گرم می شوند. در این حین گاز هلیوم به سیستم راه پیدا کرده و زمینه ایجاد یک پلاسمای دارای درجه حرارت بالا را در منطقه کویل فراهم می‌سازد. سپس بخاری بر روی اتم های گاز هلیوم تشکیل شده و به محفظه ای سرد راه پیدا می کند. این بخار در محفظه مذکور جمع و به نانو ذره تبدیل می شود.
سنتز نانو ذرات پلیمری به روش هیدروترمال
هیدروترمال؛ فرآیندی است که در طی آن جامدات در دمای بالا به کاتد فلزات و آنیون‌های مولکولی یا ترکیبات آلی فلزات تبدیل شده و نانو ذرات را به وجود می‌آورند.
سایر روش های سنتز نانو ذرات پلیمری که هر یک مزایا و معایب خاص خود را دارند، عبارتند از:
- سنتز نانو ذرات به روش احتراق
- سنتز نانو ذرات به روش لیزر پالسی
- الکتروریسی
- آسیاب کردن
- لیتوگرافی
- کندوپاش کردن
- روش سخت و نرم
- روش میل معکوس
- روش سنتز سبز و سنتز زیستی
- …
کافیست یا باز هم بگوییم؟!
