وبلاگ

۲- اثرات خارجی که به دلیل بستگی اندازه به عنوان فاکتورهای خارجی است و به اثرات داخلی وابسته نیست.
در محدوده­ خاصی از قطر ذرات، اندازه ذرات بر روی خواص آن­ها موثر است که این تأثیر برای ذرات کوچکتر بیشتر است، در جایی که وابستگی­ها نامنظم خواص- اندازه ذره حکمفرماست، از نظر نانوشیمی مطلوب­تر است.

نانوشیمی ساخت و خواص شیمیایی ذرات با اندازه­ زیر ۱۰ نانومتر را در طی یک مسیر مطالعه می­ کند. اگرچه بیشتر انتقالات جالب بیشتر در ناحیه زیر ۱ نانومتر ایجاد می­ شود. توضیح مکانیسم­هایی که بر روی فعالیت ذرات و اندازه­ های ۱ نانومتر و زیر آن وجود دارد. در شیمی مدرن اغلب مسائل اصلی­اند که به این دلیل است که تعداد ذرات به صورت تابع کوانتومی در برابر اندازه­ آنهاست. وابستگی فعالیت شیمیایی بر روی اندازه ذرات واکنش دهنده با این حقیقت که خواص اتم­های مجزای عناصر به خوبی خوشه ­ها و نانوذرات­اند، توضیح داده می­ شود که خواص آنها با خواص ماکروذرات متفاوت است. برای فهمیدن و آنالیز نسبی وابستگی خواص شیمیایی به اندازه ذرات می­توان مقایسه­ایی را بین عکس العمل انواع مواد، نانوذرات و خوشه با تغییر اندازه آنها انجام داد. تعیین رابطه­ بین اندازه و خواص آنها از عنصر تا عنصر دیگری متفاوت است و باید برای عنصری به طور ویژه بررسی شود.
۲-۳-روش­های ساخت نانو
به طور کلی ذرات نانوساختار و پوشش­هایی با اندازه کمتر از ۱۰ نانومتر توسط روش­های بسیاری قابل تولیداست.
می­توان روش­های تهیه نانومواد را به سه دسته تقسیم کرد هر چند دسته بندی روش­های ساخت نانومواد مانند انواع آنها بسیار متنوع است.
روش­های فیزیکی
روش­های شیمیایی
روش­های مکانیکی
البته هر کدام از این روش­ها به خودی خود دارای راه کارهای جزئی­تر می­باشند. در روش فیزیکی بیشتر واکنش­ها در فاز گاز انجام می­ شود. بنابراین در دو روش اول، روند تهیه مواد از چینش اتم­ها (یا مولکول­ها) آغاز و با ساخت نانومواد پایدار شده پایان می­پذیرد (در واقع این همان تکنیک از «پایین به بالا» است). اما روش­های مکانیکی برعکس این موارد است. یعنی این روش­، روشی بالا به پایین محسوب می­ شود و نانومواد ساخته شده، نتیجه خرد شدن و تغییر شکل مواد توده­ایی مربوطه است. از روش فاز بخار و محلول می­توان در تهیه پودرها و پوشش­ها استفاده کرد. اما از روش خردایش مکانیکی فقط در تهیه پودرها می­توان بهره برد. در روش فیزیکی عمدتاً ابزارهای بسیار دقیق و در عین حال گران قیمتی مورد نیاز می­باشد که به راحتی هم در دسترس قرار نمی­گیرد یکی از عیوب این روش­ها محسوب می­ شود. تولید نانومواد با بهره گرفتن از واکنش­های شیمیایی در مقایسه با روش فیزیکی، بسیار ارزان­تر و در دسترس­تر است. مزیت این روش­ها ارزان بودن، در دسترس بودن و ساده بودن آزمایش­ها برای تولید نانوذرات می­باشد. شاید به این دلیل بخش عظیمی از تحقیقات  نانوذرات در دنیا با بهره گرفتن از روش­های شیمیایی انجام می­پذیرد .
شکل(۲-۱). طرح شماتیکی از روش بالا به پایین و روش پایین به بالا
روش­های سل- ژل، CVD و روش­های شیمیایی از متداول­ترین روش­های ساخت نانوذرات است. البته کاربردهایی مانند بیوحسگرها، MRI، انتقال دارو، درمان و غیره نیازمند، کنترل دقیق اندازه و شکل نانوذرات است. با بهره گرفتن از سورفکتانت، عوامل پوشاننده، قالب­ها و مواد خودآرا می­توان نانوذرات را با اندازه و شکل کنترل شده، تهیه کرد. با انتخاب عوامل پوشاننده مناسب، می­توان خواص سطح نانوذرات را از حالت آبگریز به حالت آبدوست و یا برعکس تغییر داد. همچنین می­توان با بهره گرفتن از حلال مناسب نانوذرات کاملاً تک پاش تهیه کرد. [۱۱،۱۲،۱۳].
۲-۳-۱- روش­های مکانیکی
مهم‌ترین روش‌های تولید بالا به پایین روش‌های آلیاژسازی مکانیکی و تغییر شکل پلاستیکی شدید هستند. در روش‌های آلیاژسازی مکانیکی نقطه شروع یک پودر و یا مخلوطی از چند پودر مختلف می‌باشد و محصول نهایی نیز یک پودر می‌باشد. پودر نهایی اگرچه از نظر ابعاد خارجی در حد نانومتر نیست، ولیکن اندازه دانه‌ها و یا فازهای موجود در ساختار داخلی آن در ابعاد نانومتری خواهد بود.
آسیا کاری از روش‌های قدیمی و متداول تهیه پودرها است. این روش قابلیت استفاده در عملیات آلیاژسازی مکانیکی را نیز داشته و برای بیشتر مواد قابل استفاده است. ابزار مورد استفاده در این روش معمولاً آسیاهای گلوله‌ای هستند. به طور کلی انواع مختلفی از آسیاها وجود دارند، که از لحاظ ظرفیت بازدهی و تجهیزات اضافی جهت گرم و سرد کردن با یکدیگر متفاوت هستند. اما علی‌رغم وجود این تفاوت­ها، اصول عملیات در همه آن‌ ها یکسان است. [۲۷،۲۸]
۲-۳-۲- روش فیزیکی:
انواع متداول روش­های فیزیکی ساخت نانومواد عبارت­اند از:
نشست بخار شیمیایی
نشست فیزیکی بخار
آئروسل
کندوپاش
سایش لیزری[۲۸,۲۹].
۲-۳-۳- روش هیدروترمال و سولوترمال
تکنیک هیدروترمال به عنوان یکی از مهم­ترین ابزار در تولید مواد پیشرفته شناخته می­ شود. یکی از عمومی­ترین مزیت­های آن تولید مواد نانوساختار است که کاربردهای گسترده­ای در صنایع الکترونیک، اپتیک الکترونیک، کاتالیزورها، سرامیک­ها، ذخیره کننده­ داده ­ها به صورت مغناطیسی، بیوداروها، بیوفوتونیک و غیره وجود دارد. تکنیک هیدروترمال نه فقط بر پخش ذرات و تولید نانوذرات بسیار همگن کمک می­ کند، بلکه یکی از تکنیک­های مهم در تولید نانوهیبریدها و نانوکامپوزیت­هاست.هیدرو به معنای آب و ترمال به معنای گرماست. فرایند هیدروترمال در واقع هر واکنش ناهمگنی که در حضور آب و یا دیگر حلال­های معدنی تحت فشار و دمای بالا حل شده و سپس نوبلوری، ترکیبات جدید است. فرایند هیدروترمال جزیی از فرایندهای محلول است و به عنوان یکی از فرایندهای دوستدار محیط زیست شناخته می­ شود.تهیه مواد تحت شرایط هیدروترمال به ظرفی با تحمل فشار بالا که درون آن حلالی بسیار خورنده در دما و فشار بالا نیاز دارد. در آزمایشات هیدروترمال باید آزمایشات به طور روزانه تحت شرایط فشار و دمایی بالا انجام شود، که اغلب با مشکلاتی روبرو است. این مشکلات به دو دسته­ی متفرقه و عمومی تقسیم می­ شود که مشکلات عمومی مثل طراحی، ساخت و آنالیز مواد است. طراحی یک وسیله­ هیدروترمال ایده آل یا مناسب مثل اتوکلاو، راکتور، سرنگ فشار و یا بمب فشار بالا مشکل و یا شاید غیرممکن باشد زیرا هر پروژه و کار تحقیقاتی شرایط متفاوتی دارد..
عموماً در فرایندهای هیدروترمال برای ساخت نانومواد از راکتورهای زیر استفاده می­ شود:
۱- اتوکلاوهای معمولی
۲- نوع Morey (پهن و بشقاب مانند و مهر و موم شده)
۳- راکتورهای چرخان
۴- مخروط سربسته نوع Tutlle- Roy
۵- اتوکلاوهای TZM
۶- راکتورهای حمامی شکل
۷- راکتورهای جریانی
۸- راکتورهای هیدروترمال با امواج میکرو
۹- هیدروترمال- مکانوشیمیایی
۱۰- اتوکلاوهای پیستونی استوانه­ایی شکل
۱۱- ابزار قرص مانند
۱۲- سندان معمولی
۱۳- سندان از جنس الماس[۲۱].
۲-۳-۴-روش رسوبگذاری
این روش جزو یکی از قدیمی­ترین روش­های ساخت، نانومواد است. در این روش ابتدا مواد اولیه در یک حلال معمولی حل می­ شود، سپس عامل رسوب دهنده اضافه می­ شود.می­توان در این روش از حلال­های غیرآبی نیز استفاده کرد، که در آن صورت مزایایی بسیاری نیز خواهد داشت. از جمله آنکه تعداد پارامترهای بیشتری برای بهینه کردن شرایط واکنش وجود خواهد داشت (عامل رسوب دهنده پایدار در محیط غیرآبی، پتانسیل­های احیا و ماده­ اولیه و غیره). عامل رسوب دهنده می ­تواند یک کمپلکس، عامل کاهنده و یا اکسنده باشد. در ادامه­ واکنش پس از تشکیل نانوذرات می­توان توسط روش­های مختلف آنها را پایدار کرد. به عنوان مثال؛ روش­های فضایی، الکتروستاتیکی و یا ترکیبی از هر دو روش. یکی از مهم­ترین مزایای این روش این است که نیازی به تجهیزات پیشرفته ندارد و به راحتی می ­تواند با بهره گرفتن از تجهیزات و وسایل موجود در یک آزمایشگاه شیمی و یا فیزیک به راحتی مورد استفاده قرار گیرد.
۲-۳-۵- روش سل- ژل
روش سل- ژل برای تولید ذرات سرامیکی و اکسید فلزی همگن با خلوص بالا به کار می­رود. در واقع سل- ژل عبارت است از سوسپانسیون ذرات معلق جامد در مایع که شکل خود را حفظ می­ کند.فرایند سل- ژل از هفت مرحله تشکیل شده است که بنابر نوع محصول می­توان برخی از مراحل را حذف کرد. این روش، برای ساخت اکسید فلزات یک روش ایده آل محسوب می­ شود. چرا که در این روش محصولات همگن و با درجه خلوص بسیار بالا بدست می ­آید. البته باید عنوان کرد که این روش به دلیل پیش ماده­های گران قیمت (آلکوکسید فلزات) ممکن است در برخی موارد، مقرون به صرفه نباشد .
روش تهیه نانو مواد با تکنیک سل- ژل
روش سل- ژل برای تولید ذرات سرامیکی و اکسید فلزی همگن با خلوص بالا به کار می­رود. اگرچه تاریخچه­ فرایندهای سرامیکی بر پایه علم شیمی به چهار هزار سال قبل از میلاد مربوط می­ شود. اما مفهوم کنترل شکل و ساختار مولکولی سرامیک­ها و شیشه­ها با بهره گرفتن از شیمی سل- ژل، احتمالاً توسط مطالعات ابلمن و گراهام بر روی ژل سیلیکا در اواسط دهه­ ۱۸۰۰ مربوط می­ شود. همچنین کاسا توانست در سال ۱۸۷۰ ژل­های آلومینا را تولید کند. [۲۶٫۲۷].
سل کلوئیدهای معلق در مایع است.
ژل سوسپانسیونی است که شکل ظاهری خود را حفظ کرده باشد.