بررسی حلالیت تارتاریک اسید با استفاده از نانو ذرات نقره- قسمت ۴

خلق و استفاده از ساختارها، ابزارها و سیستم‌هایی که به خاطر اندازه کوچک یا حد میانه آن‌ها، خواص و عملکرد نوینی دارند.
توانایی کنترل یا دستکاری در سطوح اتمی [۲۰].
۱-۱-۲-۱- تعریف فناوری نانو
فناوری نانو به فن طراحی، تولید و کاربرد ساختار، ابزار و سیستمها در مقیاس نانو اطلاق می‌شود. این فناوری با کنترل ابعاد و ساختار ماده در دامنه ۱ تا ۱۰۰ نانومتر ویژگی‌های ویژه و بی‌نظیری را به ماده می‌دهد فناوری نانو مبتنی بر علوم مختلف چون فیزیک، شیمی، زیست‌شناسی و مواد است [۲۳ -۲۰].
به‌عبارت‌دیگر فناوری نانو بر موارد زیر متمرکز می‌شود:
پیشرفت روش‌های ساخت و تجهیزات آنالیز سطح برای ساخت مواد و ساختارها
فهم تغییر در خواص فیزیکی و شیمیایی در راستای ریز کردن مواد.
استفاده از این خواص در پیشبرد مواد جدید و کاربردی در تجهیزات.
نانوتکنولوژی به‌عنوان انقلابی در شرف وقوع، آینده اقتصادی کشورها و جایگاه آن‌ها در جهان را تحت تأثیر جدی قرار داده است. و اثرات تحول‌آفرین نانوفنّاوری باعث شده که کشورها فناوری نانو را به‌عنوان یکی از اولویت‌های تحقیقاتی خویش طی دهه اول قرن بیست و یکم و به‌عنوان یک چالش اصلی علمی و صنعتی پیش روی جهانیان قرار داده است.
۱-۱-۲-۲- نانومواد و نانوساختارها
نانومواد در سالهای اخیر به علت کارایی بالایی که در حوزههای وسیعی از زمینههای مختلفی از دانش مانند الکترونیک،کاتالیست، سرامیک،ذخیره دادههای مغناطیسی و… دارند،گسترش قابل توجهی یافتهاند. در حقیقت برای تحقق نیازهای فناورانه در زمینه های یاد شده با استفاده از نانومواد، اندازه مواد در ابعاد طول، عرض و یا ارتفاع تا مقیاس نانو متری کاهش مییابد.
با کاهش اندازه مواد تا ابعاد نانومتری، خواص مکانیکی و فیزیکی مواد بهبود قابل توجهی پیدا میکند، به طور مثال استحکام مکانیکی و به ویژه مقاومت الکتریکی و حرارتی افزایش مییابد [۲۴].
نانو مواد را میتوان در یک طبقهبندی کلی، به دو دسته نانوبلورها[۶] و نانوذرات[۷] تقسیم کرد:
۱-نانوبلورها: عبارتند از مواد چند بلوری با اندازه دانههای کمتر از ۱۰۰ نانومتر.
۲-نانوذرات: عبارتند از ذرات بسیار کوچک با ابعاد ریز (کمتر از ۱۰۰ نانومتر) که به عنوان بلوکهای ساختمانی نانومواد بلوری در نظر گرفته میشوند [۲۵].
۱-۱-۲-۳-نانوذرات
ذراتی که در هر سه بعد در مقیاس ۱ تا ۱۰۰ نانومتر باشند به آنها نانوذرات (NPs) گفته میشود. همچنین به ذرات کوچکتر از ۱۰۰ نانومتر لقب ذرات شبهمیکرون[۸] داده می شود و این ذرات به طور محسوسی کوچک تر از طول موج نور مرئی (حد پایین نور مرئی ۴۰۰ نانومتر) میباشد، به همین دلیل این ذرات رفتار متفاوتی را از خود نشان میدهند.
همانطور که میدانیم همهی ذرات جامد از اتمها و مولکولها ساخته شده اند، بنابراین وقتی اندازه ذرات کوچک و کوچک تر میشود خواص و رفتار ذرات به سمت اتم و مولکولهای سازنده خود رفته و خواص متفاوتی را نسبت به توده جامد متشکل از همان ماده بروز میدهند. همزمان با کاهش اندازه ذرات دو اتفاق میافتد:
.i فعال شدن سطح ذرات
.ii افزایش مساحت
نانوذرات خواص فیزیکی و شیمیایی وابسته به اندازه را از خود نشان میدهند. به عنوان مثال خواص نوری ، مغناطیسی ، کاتالیزوری، ترمودینامیکی و الکتروشیمیایی متفاوتی را نسبت به توده ماده از خود نشان میدهند. ترکیب شیمیایی و شکل نانوذرات نیز بر روی این خواص تاثیر دارند. بنابراین دانستن اندازه دقیق ذرات در نانوفناوری لازم است. امروزه با توسعه دستگاهها، به ویژه میکروسکوپها امکان بررسی و مشاهده مواد و پدیدهها در سطوح آنگسترومی وجود دارد که این موضوع باعث درک عمیق تر از مواد نانوساختار میشود.
نانوذرات میتوانند بوسیله پلیمرهای آلی (نانوذرات آلی) و یا با عناصر معدنی (نانوذرات معدنی) تهیه و آماده شوند .لیپوزومها، دندریمرها، نانومواد کربنی و پلیمرهای مایسلی مثالهایی از نانوذرات آلی هستند. اما نانوذرات معدنی شامل نقاط کوانتومی، نانوذرات مغناطیسی، سرامیکی و فلزی است که دارای هسته مرکزی متشکل از مواد معدنی با خواص فلورسانسی، نوری، مغناطیسی و الکترونی خاصی هستند [۲۸-۲۶].
۱-۱-۲-۴- نانوذرات فلزی
اگرچه ساخت نانوذرات فلزی به سالیان دورتر برمیگردد اما تنها در دهه گذشته تولید نمونههای همگن از آنها به طور کنترلپذیر ممکن شده است. اگرچه خیلی از کارهای اصلی در این زمینه با طلا صورت گرفته است اما نانوذرات فلزات دیگر مثل نقره، مس، پلاتین و کادمیم نیز ساخته شدهاند. مشخص شده که خواص نانوذرات فلزی وابسته به اندازه ، شکل، کریستال، ترکیب و ساختار آن ها است. به عنوان مثال فلز طلا زردرنگ است اما محلول نانوذرات طلا میتواند رنگهای مختلفی از آبی تا قرمز، وابسته به اندازه نانوذرات از خود نشان دهد. نانوذرات فلزی نقش مهمی را در زمینههای مختلف فناوری و علوم از قبیل فوتوگرافی،کاتالیزوری، پزشکی، وسایل الکترونیکی، ذخیرهسازی اطلاعات و اسپکتروسکوپی بازی میکنند [۳۱-۲۹].
نانوذراتی از قبیل سرب، جیوه، قلع و کادمیم دارای خطوط پلاسمونی در ناحیه طیف UV میباشند و نانوذرات آنها رنگ شدیدی از خود نشان نمیدهند. اما نانوذرات فلزات نجیب از قبیل طلا، نقره و مس رنگ های بسیار شدیدی را از خود نشان میدهند. این رنگها ناشی از خواص رزونانس پلاسمون سطح این نانوذرات و در ناحیه مرئی میباشند. البته رنگ این نانوذرات به شکل و اندازه نانوذرات و همچنین ثابت دیالکتریک محیط نیز وابسته است که باعث توسعه روشهای سنتز و کاربردهای وسیع این نانوذرات شده است [۳۴-۳۲].
۱-۱-۲-۵- رزونانس پلاسمون سطح[۹]
همانطور که میدانیم فلزات رساناهای خوبی هستند و به همین دلیل از آنها در وسایل الکترونیکی و هادیها استفاده میشود. این مواد رساناهای خوبی هستند چون الکترونهای آنها به اتم خاصی محدود نبوده و همانند ابری در تمام شبکه و اطراف هستههای اتمی پراکنده هستند و این ابر الکترونی اجازه انتقال بار (الکترون) را در خود میدهد. همچنین به خاطر نور منعکس شده از سطح فلز، آنها براق دیده میشود و دلیل این انعکاس ابر الکترونی اطراف فلزات می باشد. پس فوتونهای نوری نمیتوانند به وسیله هستههای اتمی جذب شوند، چراکه توسط ابر الکترونی پوشیده شدهاند. در نتیجه فوتونهای منعکسشده به چشم خورده و باعث میشود فلزات براق به نظر بیایند [۲۹].
همانطور که از مکانیک کوانتومی میدانیم الکترونها میتوانند به صورت موج یا ذره رفتار کنند. اگر الکترونها در ابر الکترونی به عنوان یک موج با انرژی خاص در نظر گرفته شوند ما با وضیعتی که در آن نور با همان طول موج جذب ابر الکترونی شده روبرو میشویم و این رزونانس تولید میکند. بدین معنی که وقتی یک فلز طول موج نوسانی نور را جذب میکند باعث ایجاد ارتعاش در ابر الکترونی میشود. این اتفاق معمولاً در سطح فلزات رخ میدهد و رزونانس پلاسمون سطح نامیده میشود. پلاسمون نامی برای نوسان ابر الکترونی میباشد. این بدان معنی است که برای فلزات طول موج معینی وجود دارد که در آن فوتونها منعکس نمیشوند بلکه آنها جذب شده و به رزونانس پلاسمون سطح (ارتعاش ابر الکترونی) تبدیل میشوند. برای فلزاتی مانند طلا این طول موج در ناحیه مادون قرمز قرار دارد و این ناحیه در محدوده خارج از ناحیه مرئی است که با چشم دیده نمی شود و برای همین فلزات منعکس کننده نور و براق دیده میشوند. اما نانوذرات دارای نسبت سطح به حجم بزرگتری هستند و همین عامل منجر به رزونانس پلاسمون سطح قویتر میشود. به همین دلیل برای فلزاتی مانند طلا رزونانس پلاسمون نانوذرات در قسمت مرئی طیف صورت میگیرد و این بدین معنا است که قسمتی از نور مرئی جذب و قسمتی از آن منعکس میشود. بخش منعکس شونده باعث ایجاد رنگ در نانوذرات میشود. برای مثال با کاهش اندازه نانوذرات طلا قسمت آبی سبز نور مرئی جذب و قسمت قرمز نور منعکس میشود و همین باعث ایجاد رنگ قرمز در نانوذرات طلا میباشد [۳۳].
با افزایش اندازه ذرات طول موج جذبی رزونانس پلاسمون نانوذرات طلا به سمت ناحیه قرمز طیف مرئی جابجا میشود و این بدین معنی است که طول موج قرمز جذب میشود. برای همین با افزایش اندازه نانوذرات طلا آنها را به رنگ آبی میبینیم. الکترونهای آزاد در فلز (الکترونهای d در طلا و نقره) آزادانه درون مواد منتقل میشوند و میانگین مسیر آزادانه در طلا و نقره تقریباً ۵۹ نانومتر است. بنابراین در ذرات کوچکتر از این مقدار انتظار میرود که الکترونها در توده ماده پراکنده نشوند و بنابراین انتظار میرود تمام اثرات متقابل نور با سطح باشد. وقتی که طول موج نور بسیار بزرگتر از اندازه نانوذرات باشد میتواند شرایط رزونانسی که در شکل (۱-۲) نشان داده شده را به وجود بیاورد [۳۴].
 
شکل(۱-۲). شمایی از رزونانس پلاسمون سطحی در نانوذرات
برخورد فرکانس رزونانسی نور با نانوذرات منجر به نوسان الکترونهای آزاد موجود در سطح آنها میشود. در هنگام برخورد موج نور عبوری، دانسیته الکترونی به یک طرف قطبش یافته و همچنین رزوناس در فرکانس نور منجر به تداوم نوسان الکترونهای قطبش یافته از یک سمت به سمت دیگر میشود. شرایط رزونانس بوسیله اسپکتروسکوپی جذبی یا پراکندگی اندازهگیری میشود که وابسته به شکل، اندازه، ثابت دیالکتریک فلز و همچنین محیط مادی است. تغییر در شکل و اندازه نانوذرات و تغییر هندسه سطح منجر به جابجایی در دانسیته میدان الکتریکی روی سطح میشود و این منجر به ایجاد تغییر در فرکانس نوسان الکترونها و ایجاد سطح مقطع متفاوت برای خواص نوری از قبیل جذب یا پراکندگی میشود. همچنین تغییر در ثابت دیالکتریک محیط مادی، بر روی فرکانس نوسان الکترونها موثر است که بدلیل تغییر در توانایی سطح برای قرار دادن دانسیته بار الکترونی در سطح نانوذرات میباشد. تغییر حلال نیز باعث تغییر ثابت دی الکتریک میشود، اما عاملهای محافظتکننده اثر بیشتری را در جابجایی رزونانس پلاسمون ناشی از سطح نانوذرات دارند.
بنابراین مولکولهای پیوند شیمیایی شده (مانند مولکولهای تیولدار) را میتوان با مشاهده تغییر در دانسیته الکترونی سطح که منجر به تغییر ماکزیمم جذبی پلاسمون سطحی میشود، شناسایی کرد [۳۵-۳۲]. خواص نوری قابل توجهی ازمواد با خاصیت پلاسمونی ایجاد میشود چراکه الکترونهای لایه هدایت روی سطح نانوذرات فلزی وقتی نور با طول موج خاص به آنها برخورد میکند دستخوش نوسان دستهجمعی میشوند.
همچنین زمانی که نور با نانوذرات فلزی نجیبی که دارای اندازه ای کوچکتر از طول موج نور بوده برخورد و تعامل داشته باشد آن وقت رزونانس پلاسمون سطح به نام رزونانس پلاسمون سطح محدودشده ( LSPR ) شناخته میشود. پلاسمون سطحی به اثر متقابل قوی نور با سطح فلزات گفته میشود .LSP باعث افزایش میدان الکتریکی در نزدیکی سطح نانوذرات میشود که این افزایش در نزدیکی سطح نانوذرات بیشترین بوده و تحت تاثیر میدان دی الکتریک زمینه کاهش مییابد. همچنین نوسان جمعی در طول موج رزونانسی بیشترین بوده که در ناحیه طول موجهای مرئی در نانوذرات فلزی گرانبها اتفاق میافتد (شکل۱-۳) [۳۹-۳۶].
 
شکل (۱-۳). شمایی ازایجاد رزونانس پلاسمون سطح در نانوذرات فلزی
اما از پلاسمونیک نانوذرات استفادههای زیادی میشود از قبیل:
کاربردهای تشخیصی که در آن از نانوذرات طلا یا نقره برای تشخیص کمی یا کیفی استفاده میشود.
سنجش شیمیایی و زیستی که در آن از نانوذرات فلزی و پدیده رزونانس پلاسمون سطحی آنها به عنوان برچسبهای زیستی و جهت اندازهگیری مواد شیمیایی با غلظتهای کم استفاده میشود.
کاربردهای نوری که در آن از این خاصیت نانوذرات به عنوان آنتن نوری برای بهبود بازده نوری در سلولهای خورشیدی و دیگر وسایل استفاده میشود.
کاربردهای درمانی که در آنها از پلاسمونیک نانوذرات جهت از بین بردن تومورها استفاده میشود. بدین صورت که از بازده جذب بسیار بالای نانوذرات که منجر به حرارت بالای نانوذرات شده جهت از بین بردن انتخابی سلولهای سرطانی استفاده میشود [۳۶].

برای دانلود فایل متن کامل پایان نامه به سایت ۴۰y.ir مراجعه نمایید.