دانشکده علوم
گروه شيمي
پايان نامه جهت دريافت درجه ي کارشناسي ارشد در رشته ي شيمي تجزيه
عنوان
سنتز نانو ذرات طلا با استفاده از پوست درخت بيد واندازه گيري سيستئين به روش طيف سنجي و رنگ سنجي
استاد راهنما
دکتر مرتضي بهرام
پژوهشگر
عصمت محمدزاده
شهريور ماه 1392
حق چاپ براي دانشگاه اروميه محفوظ است
چکيده
بيوسنتز نانوذرات طلا با اندازه کوچک و ثبات زيستي بسيار مهم هستند و کاربردهاي مختلف زيست پزشکي دارند. در اين کار، روشي آسان و ساده براي سنتز سبز نانوذرات طلا با استفاده از عصاره پوسته درخت بيد گزارش شده است. پوست درخت بيد شامل آسپرين ميباشد که به عنوان عامل کاهنده عمل مي کند. در روش حاضربدون نياز به افزودن هرگونه عامل پايدار کننده به عنوان مثال سورفاکتانت براي پايداري، نانو ذره طلا سنتز شده است.
بنابراين، سنتز سبز نانوذرات طلا با عصاره پوست درخت بيد، به عنوان يک جايگزين براي سنتز شيميايي، از نقطه نظر کاربرد هاي بيولوژيکي و پزشکي مفيد است. شرايط بهينه براي سنتز نانوذرات طلا، با بررسي pH و مقدار محلول عصاره پوست درخت بيد به دست آمد. مشخصه و مورفولوژي نانوذرات طلا توسط طيف UV-VIS و تصاوير ميکروسکوپ الکتروني مورد بررسي قرار گرفت. برهمکنش بين سنتز نانوذرات طلا و سيستئين، به عنوان يک حسگر رنگ سنجي جديد و بالقوه براي شناسايي انتخابي سيستئين در ميان ساير اسيدهاي آمينه معرفي شد. حساسيت و انتخاب پذيري نانوذرات طلا نسبت به سيستئين در مقايسه با ساير اسيدهاي آمينه مورد مطالعه قرار گرفتند.
فهرست مطالب
عنوان صفحه
فصل اول / مقدمه ي کلي / پيشينه ي تحقيق و ضرورت انجام کار
تاريخچهي فناوري نانو2
نانو فناوري چيست؟ 2
نانو فناوري علم خواص عجيب مواد 3
معرفي نانو مواد3
فناوري نانودر طبيعت 5
خواص مواد در مقياس نانو 7
اثر اندازه ذرات بر خواص آنها11
انواع نانو ساختارها12
روشهاي سنتز نانو ذرات17
کاربرد نانو ذرات17
نانو ذرات فلزي17
روشهاي کلي تهيهي نانوذرات فلزي?????????18
نظريه ماي Surface Plasmon Resonance(SPR)، رزونانس پلاسمون سطحي19
عوامل موثر بر پيک پلاسمون سطحي21
خصوصيات نانو ذرات طلا و کاربرد آن22
روشهاي تهيه و سنتز نانو ذرات طلا 23
تهيه بيولوژيکي نانو ذرات24
شيمي سبز24
ارزيابي تهيه زيستي نانو ذرات فلزي25
سنتز سبز نانو ذرات طلا26
سنتز سبز نانوذرات طلا با استفاده از عصاره گياه تنسي26
سنتز سبز نانوذرات طلا با استفاده از گلوکان قارچ خوراکي26
سنتز سبز نانو ذرات طلا با استفاده از نوعي پروتئين جانوري27
سنتز سبز سريع نانوذرات طلا با استفاده از عصاره ي گلبرگ رز در دماي اتاق27
سنتز سبز نانوذرات طلا با استفاده از عصاره ي زنجبيل27
سنتز بيولوژيکي نانوذرات طلا با استفاده از عصاره برگ زيتون27
کاربرد نانو ذرات فلزي به عنوان حسگرهاي رنگ سنجي28
کاربرد نانو ذرات طلا28
تشخيص برهمکنش بين DNA و پروتئين با استفاده از نانوذرات طلا28
حسگر فلزات سنگين با استفاده از نانوذرات طلا پوشيده با چيتوسان (chitosan)28
تشخيص کالريمتري Hg2+ در محيط آبي با استفاده از نانوذرات طلا29
اندازه گيري کلسترول با استفاده از نانوکامپوزيت حاوي طلا29
تشخيص کالريمتري Hg2+ با استفاده از عامل دي اکسي ريبونوکلئيک29
سنسور کالريمتري يون Ag+ بوسيله ي نانوذرات طلا بر اساس DNA 30
سنسور کالريمتري براي شناسائي سيستئين با استفاده از عملگر کربوکسي متيل سلولز روي نانوذرات طلا30
حسگر نوري جهت اندازه گيري فلزات سنگين با استفاده از نانوذرات طلا30
يک روش جديد و با حساسيت بالا براي شناسايي Cr3+ در محلولهاي آبي بر اساس رنگ سنجي محلولهاي نانوذرات طلا 31
حسگر نوري برپايه ي اتصال 1-آمينوپيرن (1-aminopyrene) با استفاده از نانوذرات طلا جهت اندازه گيري پيکريک اسيد31
بيد32
مشخصات گياه شناسي32
سيستئين32
اهميت اندازه گيري سيستئين35
روشهاي اندازه گيري سيستئين35
اهداف کار حاضر35
فصل دوم/بخش تجربي
ابزارهاي به کار برده شده37
مواد شيميايي مورد استفاده38
مراحل تهيه سنتز نانو ذرات طلا39
تهيه نمک هيدروژن تترا کلروآيورات39
سنتز نانو ذرات طلا با استفاده از پوست درخت بيد39
تفسير طيف FT-IR عصاره پوست درخت بيد39
فصل سوم/نتايج و بحث ها
سنتز نانو ذرات طلا42
مکانيسم پيشنهادي سنتز نانوذرات طلا با استفاده از پوست درخت بيد42
مکانيسم پيشنهادي اثر سيستئين بر نانو ذره طلا42
بهينه سازي مقدار عصاره بيد مصرفي براي سنتز نانوذرات طلا43
بهينه سازي نمک طلا در سنتز نانو ذرات 44
بهينه سازي pH ………………………………………………………………………………………………………..45
بررسي پايداري نانوذرات طلاي سنتز شده با عصاره پوست درخت بيد47
تصاوير ميکروسکوپ الکتروني عبوري (TEM)48
کاربرد نانوذرات طلاي سنتز شده با عصاره پوست درخت بيد دراندازه گيري سيستئين بروش اسپکتروفتومتري49
منحني کاليبراسيون براي اندازه گيري سيستئين در pH = 549
بررسي اثر pH در اندازه گيري سيستئين50
بررسي اثر زمان…………………………………………………………………………………………………………51
بررسي اثر مزاحمت ساير اسيدهاي آمينه براي اندازه گيري سيستئين51
کاربرد نانوذرات طلاي سنتز شده با عصاره پوست درخت بيد دراندازه گيري سيستئين بروش رنگ سنجي(کالريمتري)53
بررسي سيستئين در نمونه حقيقي54
نتيجه گيري55
کارهاي پيشنهادي
فهرست جداول
عنوان
روشهاي اندازهگيري سيستئين با استفاده از نانوذرات فلزي با روش رنگسنجي34
2-1- دستگاهاي مورد استفاده37
2-2- مواد شيميايي مورد استفاده38
3-1- ويژگيهاي تجزيه اي مربوط به اندازه گيري سيستئين بروش اسپکتروفتومتري و با نانوذرات طلاي سنتز شده از عصاره پوست درخت بيد50
فهرست شکل ها
عنوان
درک ابعاد نانو از طريق مقايسه ابعاد بعضي اشياء و موجودات4
نانو الياف دست پاي مارمولک به آن اجازه مي دهد تا روي سطوح عمودي بايستد6
اثر ريز شدن مواد در افزايش سطح آنها8
تفاوت انرژي اتمهاي سطح با استفاده از طيف سنجي دامنه نوسان9
تغيير ترازهاي انرژي به نوار هاي انرژي از اتم منفرد تا حالت بالک9
ذرات کلوئيدي طلا با اندازه هاي متفاوت که تغيير اندازه ذرات تغيير رنگ محلول را به دنبال دارد10
نانو ذرات12
نانو لوله ها13
نقاط کوانتومي13
نانو پوشش ها13
نانو سيم ها14
نانو کپسول ها14
نانو کامپوزيت ها15
درخت سان ها15
فولرن ها16
نانو حفره ها16
مفهوم شماتيک تهيهي نانوذرات فلزي با دو روش فيزيکي و شيميايي19
وابستگي پيک پلاسمون به ترکيب نانوذرات22
ساختار مولکولي سيستئين33
تجمع نانوذرات طالي عاملدار شده با کربوکسي متيل سلولز در حضور سيستئين 34
2-1- طيف FT-IR عصاره پوست درخت بيد40
3-1- نحوه اتصال سيستئين به نانو ذره طلا سنتز شده(الف) اتصالت بين دو نانو ذره طلا بعد از اتصال سيستئين(ب)42
3-2- طيف UV-Vis بهينه مقدار عصاره رقيق شده براي تهيه نانو ذره44
3-3- طيف UV-Vis نانو ذرات طلاي سنتزي با عصاره بيد در حجم هاي مختلف از نمک طلا به غلظت 1 ميلي مولار44
3-4- طيف UV-Vis نانوذرات طلاي سنتز شده در pH هاي مختلف (غلظت ثابتي از نمک طلا(((1Mm45
3-5- نمودار جذب ماکزيمم بر حسب pH در 520 نانومتر، در غلظت ثابتي از نمک طلا(1mM)46
3-6- نمودار (پهناي پيک در نيمه ي ارتفاع / ارتفاع پيک) بر حسب pH46
3-7- پايداري نانو ذررات طلاي سنتز شده بعد از شش هفته در 7-pH=5 و در غلظت ثابتي از نمک طلا ( 1mM)47
3-8- بررسي پايداري نانو ذره در شش هفته47
3-9- بررسي پايداري و يکنواختي نانو ذره48
3-10- عکس TEM از نانوذرات طلاي سنتز شده با پوست درخت بيد در pH=5 و در غلظت ثابتي از نمک طلا(1mM)48
3-11- طيف UV-Vis نانوذرات طلاي سنتز شده با عصاره پوست درخت بيد بعد از افزايش غلظت هاي مختلف ازسيستئين49
3-12- منحني کاليبراسيون براي اندازه گيري سيستئين با استفاده از نانو ذره طلاي سنتزي به کمک عصاره پوست درخت بيد49
3-13- pH بهينه سيستئين با غلظت M0.001 در غلظت ثابت نمک (1mM)50
3-14- اثر زمان روي تکميل بر هم کنش سيستئين (5-10×5) مولار و 1.5 ميلي ليتر نانو ذره سنتزي با pH 5-7 به کمک عصاره پوست درخت بيد51
3-15- طيف UV-Vis جهت بررسي اثر مزاحمت ساير اسيدهاي آمينه براي اندازه گيري سيستئين در pH بهينه در غلظت ثابت نمک طلا(1mM)52
3-16- تصوير مربوط به تاثير متقابل سيستئين و ساير اسيدهاي آمينه با نانو ذرات طلا در شرايط مورد مطالعه53
3-17- بررسي برهمکنش پلاسما و نانوذره سنتزي54
تاريخچهي فناوري نانو
نانو فناوري چيست؟
تفاوت اصلي فناوري نانو با فناوري‌هاي ديگر در مقياس مواد و ساختارهايي است که در اين فناوري مورد استفاده قرار مي‌گيرند. البته تنها کوچک بودن اندازه مد نظر نيست؛ بلکه زماني که اندازه مواد دراين مقياس قرار مي‌گيرد، خصوصيات ذاتي آنها از جمله رنگ، استحکام، مقاومت خوردگي و … تغيير مي‌يابد. مواد بسياري هستند که داراي خواص اجسام در مقياس نانو هستند اما اسم نانوفناوري به آنها اطلاق نمي شود. نانوفناوري در پي آن است تا از خواص عجيب اجسام در مقياس بسيار کوچک استفاده کند. در حقيقت اگر بخواهيم تفاوت اين فناوري را با فناوري‌هاي ديگر به صورت قابل ارزيابي بيان نماييم، مي‌توانيم وجود “عناصر پايه” را به عنوان يک معيار ذکر کنيم. عناصر پايه در حقيقت همان عناصر نانومقياسي هستند که خواص آنها در حالت نانومقياس با خواص‌شان در مقياس بزرگتر فرق مي‌کند )بوريسنکو وي اي1،2005; پژوهش ناسا توسط فريتا2)
در طول تاريخ بشر از زمان يونان باستان، مردم و به‌خصوص دانشمندان آن دوره بر اين باور بودند که مواد را مي‌توان آنقدر به اجزاء کوچک تقسيم کرد تا به ذراتي رسيد که خرد ناشدني هستند و اين ذرات بنيان مواد را تشکيل مي‌دهند، شايد بتوان دموکريتوس3 فيلسوف يوناني را پدر فناوري و علوم نانو دانست چرا که در حدود ??? سال قبل از ميلاد مسيح او اولين کسي بود که واژة اتم را که به معني تقسيم‌نشدني در زبان يوناني است براي توصيف ذرات سازنده موادبه کار برد ( سايت سازمان نانو4 ; ب.بوشان5 ،2003) .نقطه شروع و توسعه اوليه فناوري نانو به طور دقيق مشخص نيست. شايد بتوان گفت که اولين متخصصان نانو فناوري شيشه‌گران قرون وسطايي بوده‌اند که از قالب‌هاي قديمي6 براي شکل‌دادن شيشه‌هايشان استفاده مي‌کرده‌اند. البته اين شيشه‌گران نمي‌دانستند که چرا با اضافه‌کردن طلا به شيشه رنگ آن تغيير مي‌کند ( اف.الهوف ، 2010)
به نظر ميرسد که درک انسان از جهان بسيار کوچک در سالهاي اخير شکل گرفته است. منشأ فناوري? نانو موضوع بحث شمار زيادي از مناظرههاست. تصور بر اين است که نانوذرات حداقل در کارهاي هنري قرون? تاريک استفاده شده است. اما تعريف درست از دستکاري آگاهانه مواد در مقياس نانو احتمالا توسط فيزيکدان? آمريکايي “ريچارد فاينمن7” در سخنراني معروفش در سال 292 مورد استفاده قرار گرفت: آن پايين فضاي? ?زيادي هست8.?????????????????????????????????????????????????????????
?فاينمن در اين سخنراني شرح داده است که در آينده فرآيندهايي که توانايي دستکاري اتمهاي منفرد در? آن ممکن است، گسترش خواهد يافت. براي يک مدت بسيار طولاني، به نظر ميرسيد فناوري نانو به يکي ديگر?????????????????????? از ايدههاي مفهومي که به داستانهاي علمي-تخيلي تبديل ميشود، ملحق شود. اما در نهايت، پس از سال? ?1980 ، اين ايده به واقعيت پيوست.????????????????????????????????????????????????????????????????????
نانو فناوري علم خواص عجيب مواد
اتم سنگ بناي بنيادي ماده است و در نتيجه اتم ها بسيار کوچک هستند. توصيف و تصور جهان در سطح اتم و ملکول دشوار است. اين حيطه از علم به قدري عجيب است که بخشي خاص از فيزيک به آن اختصاص يافته شد، که مکانيک کوانتم نام دارد. هدف اين علم براي توصيف رخدادها در سطح اتم است. اگر قرار بود توپ تنيس را به طرف ديوار پرتاب کنيد و توپ از آن بگذرد و به سوي ديگر ديوار برود، حتماً تعجب مي کرديد. اما اين دقيقاً همان اتفاقي است که در مقياس کوانتم رخ مي دهد. در مقياس بسيار کوچک، خواص ماده مانند رنگ، مغناطيس و توانايي انتقال برق نيز به شکل غيرمنتظره تغيير مي کند (http://www.crnano.org/whatis.htm).
معرفي نانو مواد
در منابع براي نانومواد تعاريف متفاوتي ارائه شده اما دو مشخصه در اغلب اين تعاريف مي گنجد. اول اينکه ‏مواد نانوساختار يا به اصطلاح نانومواد، حداقل در يک بعد اندازه کمتر از 100 نانومتر دارند. يک نانومتر ‏برابر با يک ميلياردم متر (?10?^(-9) متر) مي باشد، اين اندازه 18000 بار کوچکتر از قطر يک تار موي انسان ‏است.

شکل 1-1 .درک ابعاد نانو از طريق مقايسه ابعاد بعضي اشياء و موجودات.
يک قرارداد مفيد و قابل قبول در اين باره اين است که مواد براي اينکه در مقياس نانو قرار بگيرند بايد? حداقل در يکي از ابعاد (طول، عرض يا عمق) کمتر از 100 نانومتر باشند. در واقع اين محدوديتي است براي? مقياس نانو که “طرح ملي فناوري نانوNNI) (براي تعريف فناوري نانو استفاده ميکند: “فناوري نانو فهم و? کنترل مواد در ابعاد 1 تا 001 نانومتر است، جاييکه پديدههاي منحصر به فرد منجر به کاربردهاي جديد ميشود.” براي اين منظور، افزودن دو عبارت ديگر براي کامل کردن تعريف لازم به نظر ميرسد. نخست اينکه،? فناوري نانو شامل ساخت و استفاده از مواد، ساختارها، دستگاهها و سامانههايي است که به خاطر اندازهي? کوچکشان داراي خواص منحصر به فردي هستند. همچنين دربرگيرندهي فناوريهايي ميباشد که قادر به کنترل مواد در مقياس نانو هستند.???????????
?با وجود اينکه ما ميدانيم واژهي نانو در فناوري نانو اشاره به يک مقياس خاص دارد، داشتن يک تصور? درست از آنچه که در اين مقياس است و ارتباط آن با زندگي روزمرهي ما، حائز اهميت است. مثالهاي متنوعي??????????? که بسيار رايج هستند، وجود دارد که ما ميتوانيم براي درک اندازهي يک نانومتر از آنها استفاده کنيم. براي? مثال پهناي يک تار موي انسان، 100000 نانومتر است. مثال ديگر، مقايسهي زير است: يک نانومتر در مقايسه با? اندازهي يک متر، تقريبا مانند اندازهي توپ گلف در مقايسه با اندازهي کرهي زمين است. شايد بهترين راه براي? تشخيص مقياس نانومتر، توصيف محدودهاي از مقياس طول از سانتيمتر به سمت مقياس نانو باشد. يک مورچه? تقريباً 9 ميليمتر است. سر سنجاق1 تا 2 ميليمتر است. کرمهاي گردوغبار 200 ميکرومتر هستند. موي انسان? تقريباً نصف اندازهي کرم گردوغبار است، يعني 100 ميکرومتر. سلولهاي قرمز خون که در رگهاي ما جريان? دارند، حدود 4 ميکرومتر هستند. حتي کوچکترين سلولهاي ما “سنتاز ? 10 “ATP?نانومتر قطر دارند. اندازهي? دو بند مارپيچ دوگانهي ? DNA?از هم، حدود 2 نانومتر است. در نهايت، خود اتمها اندازهاي کمتر از يک نانومتر? ?دارند که اغلب در حد آنگستروم هستند (شکل1 -1 )( http://www.islandone.org/MMSG/aas).????????????????????????????????????????????????????????????????????
?در حاليکه واژهي فناوري نانو نسبتاً جديد است، وجود دستگاههاي کارکردي و ساختارهايي با ابعاد? نانومتري جديد نيست، و در واقع چنين ساختارهايي از زمانيکه حيات بوده است، بر روي زمين وجود داشتهاند.??????????????????????????????????????????????????????
?آلبومين9 صدفي است با پوستهاي بسيار محکم که داراي سطوح داخلي رنگين کماني است که بوسيلهي? سازماندهي کربنات کلسيم در داخل نانوساختارهاي مستحکم آجرمانند، با يک چسب ساخته شده از مخلوط? کربوهيدرات و پروتئين در کنار يکديگر قرار گرفتهاند. به دليل وجود آجرکهاي نانوساختار، شکافهاي ايجاد? شده روي قسمت بيروني، قادر به حرکت در ميان پوسته هستند. پوستهها نشاندهندهي يک نمونهي طبيعي? ?هستند که مشخص ميکنند يک ساختار ساخته شده ازنانوذرات ميتواند بسيار محکم باشد (پژوهش ناسا توسط فريتا 10) .???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????
با وجود چنين سامانههايي در طبيعت، بهترين فرآيندهاي کارآمد و سازگار با محيط زيست را نيز بايد از? خود طبيعت آموخت. وقتي که در محيط زندگيمان کاوش ميکنيم، به نقش اساسي نانومواد در سيستمهاي? زيستي پي ميبريم. معماريهاي ساخته شده توسط موجودات زنده، همه مبتني بر تجمع نانوئي ميباشد( جي.کوآ11 ،2004).
در وهله دوم نانوساختارها بايد خواص مرتبط با اندازه و متفاوت از حالت معمول يا اصطلاحاً حالت بالک ‏داشته باشند. يعني با تغيير اندازه به ابعاد نانو تغيير خواص مواد را شاهد باشيم.
فناوري نانو در طبيعت
مدت زمان زيادي از پديد آمدن فناوري نانو به عنوان يک رشتهي علمي نميگذرد. مانند بسياري ديگر? از فناوريها، بخش قابل توجهي از اين فناوري نيز از طبيعت الهام گرفته است. با گذشت ساليان متوالي و? توسعهي فناوريهاي بشر و ساخت آزمايشگاههاي بسيار مجهز براي آزمون ايدههاي بزرگ، طبيعت براي يک? مدت زمان بسيار طولاني، الهام بخش اختراعات در فناوري بوده است.??????????? با نگاهي به طراحيهاي لئوناردو داوينچي12 ، الهام از طبيعت براي فناوريها به منظور کمک به انسانها،? کاملا مشهود است. به عنوان مثال مطالعات داوينچي در مورد جزئيات کامل پرواز پرندگان، کمک فراواني به او? براي طراحي الگوهايي براي هليکوپتر و گاليدر کرد. بال بسياري از گاليدرهاي او بر اساس بال خفاشها بود.???????????
?فناوري مدرن نيز بسياري از مفاهيم خود را از طبيعت الهام گرفته است. درک چگونگي استفادهي? طبيعت از نيروها و مواد در مقياس نانو، ميتواند براي طراحي دستگاههاي مهندسي و اهداف ديگر مورد استفاده? قرار بگيرد. علم تقليدي (زمينهي تحقيقاتي که با بازآفريني و تقليد از مکانيسمهاي طبيعت در تکنولوژي سروکار? دارد) در تلاش براي استفاده از ميلياردها سال تجربهي تکاملي طبيعت به منظور ايجاد مواد و فناوري مفيد است.??????????????????????????????????????????????????????
?امروزه در جهان طبيعي، تأثير طراحي در ابعاد نانو به خوبي شناخته شده و ماهيت استفادههاي بسيار? جالب براي نانومواد تکامل يافته است. به عنوان مثال، برخي از باکتريها نانوذرات مغناطيسي در داخل خود? دارند که به عنوان قطبنما براي تشخيص جهت، به باکتريها کمک ميکند. حتي موجودات بزرگتر نيز از? طراحي در ابعاد نانومتري بهره ميبرند.???????????????????????????????????????????
مورد ‏جالب ديگر تحقيقاتي بروي مارمولک بود که با عنوان نانو مکانيک عرضه شد. دانشمندان دريافتند زير ‏پاهاي مامولک با نانو اليافي پوشانده شده که در نوک اين نانو الياف يک پرچم قرار دارد (شکل زير). اين ‏پرچمها در حقيقت يک لايه با ضخامت نانومتري بوده و زماني که اين پرچمها کاملاً روي سطح پخش مي ‏شوند (درست مثل مولکول هاي آب) مي توانند وزن مارمولک را تحمل کنند و اين حيوان قادر است حتي ‏روي شيشه هاي صيقلي در حالت قائم راه برود. نتايج اين تحقيقات به ساخت نوعي چسب منتهي شد که ‏‏200 بار از نوع غير نانويي آن قويتر است
.
شکل 1-2 .نانو الياف دست پاي مارمولک به آن اجازه مي دهد تا روي سطوح عمودي بايستد.
يکي ديگر از نمونههاي فناوري نانو در طبيعت، باکتريهاي مغناطيسي هستند. مگنتوتوکتيک13 نام يک? دسته از باکتريهاست که مانند يک قطب نما خود را در جهت خطوط ميدان مغناطيسي زمين قرار ميدهد. اين? باکتريها براي اولين بار در سال 1963 گزارش شدند. اين توانايي جهت يابي، از حضور زنجيرههاي مواد? مغناطيسي در داخل سلولهاي باکتري ناشي ميشود که در سال 1963 گزارش شد. اين مادهي مغناطيسي??????????? معمولا مگنتيت14 (Fe_3 O_4) يا Fe_3 S_4است. در حقيقت اين قطب نما اعجاز مهندسي طبيعت در مقياس نانو? است. طبيعت از زنجيرهي موادي مانند اين که بسيار شبيه به نانوسيمها هستند، استفاده کرده است که مانند سيمهاي مغناطيسي در مقياس نانو ميتوانند در برنامههاي کاربردي فناوري استفاده شوند. در يک مفهوم? بزرگتر، مکانيسم کنترل هر سلول زيستي، در مقياس نانو کار ميکند و نشان دهندهي يک منبع الهام بخش براي? ?برنامههاي کاربردي فناوري نانو ميباشد.????????????????????????????????????????????????????????????????
خواص مواد در مقياس نانو
به طور کلي خواص مواد بستگي به اتمهاي تشکيل دهندهي آنها و نحوهي قرارگيري اتمها در ساختار? ماده دارد. براي مثال خواص فولاد با خواص مس متفاوت است، زيرا اتمهاي آنها با يکديگر متفاوت ميباشند؛??همچنين خواص فولادي که ساختار کريستالي آن 15fcc ?ميباشد با خواص فولادي که ساختار کريستالي آن ?16bcc? ميباشد متفاوت است ????، زيرا نحوهي قرارگيري اتمها در شبکهي بلور با يکديگر يکسان نيستند.?????????????????????????????????????????????????????????????
يکي از خصوصيات مشخص کنندهي مواد نانو اين است که رفتاري متفاوت با رفتار مواد درشت ساختار يا?? ميکروساختار دارند. زماني که اندازهي ذرات يک ماده از يک اندازهي خاص کوچکتر ميشود، ابعاد ماده يکي از?? ?عوامل تأثيرگذار بر روي خواص ماده، علاوه بر ترکيب و ساختار آن ماده خواهد بود.?????????????????????????????????????????????????????????????
حداقل سه عامل را ميتوان به عنوان دلايل اين رفتار ذکر نمود:??????????
1.نزديک شدن ابعاد ماده به مقياسهايي نزديک اندازههاي مولکولي و اتمي.??
2. نسبت سطح به حجم بالا در مواد نانو؛ به اين معني که اتمي با فاصلهي زياد از سطح وجود نخواهد?? داشت و لذا نيروهاي بين اتمي و پيوندهاي شيميايي اهميت مييابند و نقش تعيين کنندهاي به خود?? مي گيرند.??????????
?3. افزايش کمّي حجم مرز دانهها که با کاهش اندازهي دانه تحقق خواهد يافت که اين امر به نوبهي خود بر?? ?روي خواص فيزيکي ماده تأثيرگذار خواهد بود( پي.هوليستر17،2003)??????????????????????????????????????????????????????????????
با تغيير اندازه به ابعاد نانو تغيير خواص مواد را شاهد باشيم. عموماً خواص جديد ‏حاصل از يک يا چند پديده زير مي باشد:
الف) ازدياد سطح:‏
در هر فرايند شيميايي يکي از واکنش دهندها در آن جامد باشد سطح اهميت پيدا مي کند. زيرا از ديدگاه ‏سينيتيک واکنش، ابتدا بايد اتمهاي سطح واکنش داده تا بقيه اتمها در معرض واکنش دهنده قرار گرفته ‏و واکنش ادامه پيدا کند. براي روشن شدن مطلب به مقايسه واکنش زنگ زدن يا خوردگي آهن آلومينيم ‏مي پردازيم. در فلز آهن پس از اينکه سطح آن زنگ مي زند اکسيد آهن متخلخل ايجاد مي شود. آب و ‏اکسيژن مي توانند به داخل اين لايه متخلخل نفوذ کرده و با آهن واکنش داده مجدداً اکسيد آهن تشکيل ‏مي شود و تکرار اين فرايند باعث مي شود تمامي آهن به اکسيد آهن مبدل شود. اما اکسيد آلومينيم ‏روي سطح را طوري مي پوشاند که به اکسيژن اجازه ورود نداده و باعث توقف خوردگي مي شود.‏
پس از ذکر اهميت سطح به چگونگي ازدياد آن در مقياس نانو مي پردازيم. از شکل زير به سادگي مي ‏توان دريافت با کوچک شدن اجزا، سطح و نسبت سطح به حجم افزايش مي يابد. در مثال ساده زير با ‏تقسيم مکعب اوليه به 8 قسمت سطوح آن 2 برابر مي شود. اما اين افزايش سطح يا نسبت سطح به ‏حجم چه تاثيري دارد؟
شکل 1-3 .اثر ريز شدن مواد در افزايش سطح آنها.
بطور کلي خواص سطح از درون ماده متفاوت است و اين پديده باعث پيدايش علومي چون فيزيک، شيمي ‏و مهندسي سطح گرديده. اما به بيان ساده اتمها و مولکولهايي که در مجاورت سطح ماده قرار مي گيرند ‏نسبت به اتمهاي درون ماده پيوندهاي کمتري داشته و به تعبير ترموديناميکي ناپايدارتر هستند اين ‏ناپايداري که موجب افزايش انرژي ماده مي شود و انرژي يا کشش سطحي ناميده مي شود. بعلاوه تراز ‏هاي انرژي در سطح بصورت مجزا هستند درحاليکه درون ماده اين ترازها به هم فشرده و ساختار نواري ‏انرژي ايجاد مي کنند. از نقطه نظر آماري، در ابعاد نانو نسبت سطح به حجم افزايش يافته بنابراين خواص ‏ميانگين از سطح پيروي مي کنند و خواص جديدي بارز مي شوند.
.
شکل 1-4 . تفاوت انرژي اتمهاي سطح با استفاده از طيف سنجي دامنه نوسان.
ب) کوانتيزه شدن ترازهاي انرژي:‏
به تبديل مقادير پيوسته به يکسري حالات گسسته کوانتيزه شدن گفته مي شود. به تعبير ساده دريک ‏جامد بالک18، ترازهاي انرژي در هم فشرده و به صورت يک نوار در مي آيند (شکل زير 1-5). از ديدگاه عملي ‏يک الکترون مي تواند انرژيهاي متفاوتي دريافت و به تراز انرژي بالاتر برود. اما در يک نانوساختار الکترون ‏بايد دقيقاً مقدار مشخصي انرژي دريافت کند تا به تراز بالاتر صعود کند.
شکل1-5 .تغيير ترازهاي انرژي به نوار هاي انرژي از اتم منفرد تا حالت بالک.
شکل زير نانوذرات طلا را نمايش مي دهد که بصورت کلوئيدي در اندازه متفاوت رنگهاي متفاوتي ايجاد مي ‏کنند.
شکل1-6 . ذرات کلوئيدي طلا با اندازه هاي متفاوت که تغيير اندازه ذرات تغيير رنگ محلول را به دنبال دارد.
مثال عملي ديگري که از پديده وجود دارد کرمهاي ضد آفتاب است. اين کرمها حاوي ذرات ‏TiO_2 ‎‏ و ‏ZnO ‏ ‏هستند و امواج فرا بنفش را جذب مي کنند اما به دليل بزرگ بودن اندازه ذرات (ميکرومتر) نور مرئي را ‏جذب و به همان شکل بازتاب مي دهند که باعث مي شود سفيد رنگ به نظر برسند. رنگي که ما از اجسام ‏مي بينيم در حقيقت طول موجي است که جسم قادر به جذب آن نيست يعني يک جسم قرمز رنگ تمام ‏طول موجهاي نور مرئي را جذب اما نور قرمز را بازتابش مي کند. با کوچکتر شدن اندازه ذرات در حدود ‏نانومتر تنها امواج فرابنفش جذب شده و نور مرئي از آنها عبور مي کند لذا کرم حاوي نانو ذرات بي رنگ ‏به نظر مي رسد.‏
پ) اهميت يافتن نيروهاي واندروالس:‏
نيروهاي واندروالس در اثر دوقطبي هاي لحظه اي درشت مولکولها پديد آمده و به دليلي ضعيف بودن اين ‏نيرو غالباً از آن چشمپوشي مي شود. اما چندي پيش دانشمندان دريافتند تقريباً روي همه چيز در کره ‏زمين با آب پوشانده شده اين امر را مرتبط با نيروي واندر والس دانستند. از ديدگاه نانو لايه آب به قدري ‏نازک است که مي تواند حتي روي سطوح قائم قرار بگيرد بدون اينکه نيروي وزن آنرا سرازير کند(جي.کوآ19 ،2004 )
اثر اندازه ذرات بر خواص آنها
براي هر نوع اندرکنش، دانستن اين که چگونه خواص نمونه با اندازهاش تغيير ميکند، اهميت دارد. بعلاوه ‏بايستي يادآوري شود که با کاهش اندازه ذرات از وضوح مفهوم فاز کاسته ميشود، چون يافتن مرزي ميان ‏فازهاي همگن و ناهمگن و حالات آمورف و بلوري مشکل است. امروزه با وجود تمام پيشرفت هاي علم نانو، هنوز پاسخ ‏کلي به اين سوال که ارتباط اندازه ذرات مثلاً يک فلز با خواص آن چيست، مقدور نمي باشد.
‏الف- فعاليت شيميايي
نانوذرات فلزي با اندازه کمتر از 10 نانومتر، سيستمهايي پر انرژي و فعاليت شديد شيميايي ارائه مي کنند. ‏ذرات با اندازه حدود 1 نانومتر تقريباً هيچ نيازي به انرژي فعالسازي براي واردشدن به فرايند تجمع، که ‏منجر به تشکيل نانوذرات فلزي مي شود، يا واکنش با ترکيبات شيميايي ديگر براي توليد موادي با خواص ‏جديد، ندارند.
‏ب- دماي ذوب و استحاله
در نانوذرات تعداد قابل توجهي از اتم ها در سطح واقع شدند و نسبت آنها با کاهش اندازه ذره، افزايش ‏‏مي يابد. به همان نسبت سهم اتم هاي سطح در انرژي سيستم افزايش مي يابد. اين امر پيامدهاي ‏ترموديناميکي ‏معيني همچون وابستگي نقطه ذوب (‏Tm‏) نانوذرات به اندازه، دارد. اندازه، فعاليت ذرات را ‏تعيين مي کند، به ‏علاوه آثاري همچون تغيير دماي استحاله پلي مورفي، افزايش حلاليت و جابجايي تعادل ‏شيميايي را سبب ‏مي شود.‏
مطالعات نظري و تجربي روي ترموديناميک ذرات کوچک تصديق مي کند که اندازه ذره يک متغير ‏موثر ‏است، که همراه ساير متغيرها، حالت سيستم و فعاليت آن را تعيين مي کند. اندازه ذره مي تواند به عنوان ‏‏متناظر دما در نظرگرفته شود. اين بدان معني است که ذرات با اندازه نانو قادرند به واکنش هاي نامعمول ‏براي ‏مواد توده وارد شوند. به علاوه مشخص شده که تغيير اندازه نانوبلورهاي فلزي، گذار فلز- غيرفلز را ‏کنترل ‏مي کند.
‏پ- پارامتر شبکه و طول پيوند
فعاليت ذرات به فواصل بين اتمي هم بستگي دارد. برآوردهاي نظري در موارد متعدد نشان داد که ‏متوسط ‏فواصل بين اتمي با کاهش اندازه ذره، افزايش يا کاهش مي يابد. البته اين امر پيچيدگي هاي خاصي دارد. ‏مثلاً مدلهاي زيادي وجود دارند که طبق آنها کاهش طول پيوند امري اجتناب ناپذير است. در سوي ديگر ‏نيز آزمايشات و مدلهاي متفاوتي وجود دارند که به عکس اين روند عقيده دارند. اما آخرين بررسي ها ‏نشان مي دهد که اتمهاي درون نانو ذرات تمايل دارند تا فاصله اي بيش از فاصله فاصل تعادلي حالت بالک ‏اختيار کنند اما اتمهاي سطح براي کاهش انرژي خود که از پيوند هاي کم ناشي مي شود، با هم پيوند ‏هاي جديدي ايجاد مي کنند که فاصله آنها را کاهش مي دهد. در نتيجه اندر کنش اين دو مکانيزم تعييد ‏مي کند که اندازه ميانگين اتمهاي نانوذره کاهش يا افزايش يافته است(جي.کوآ20 ،2004).
انواع نانو ساختار(جي.کوآ21 ،2004 ; جي اي.اوزاين22 ، 2005).
الف) نانو ذرات23 : يک نانوذره، ذره اي است که ابعاد آن در حدود 1تا 100 نانومتر باشد که از دهها تا هزاران اتم تشکيل شده است. نانوذرات علاوه بر نوع فلزي،عايقها و نيمه هاديها،نانوذرات ترکيبي نظير ساختارهاي هسته لايه را نيز در بر ميگيرد.
کاربرد: پرکاربرد در کليهي زمينهها مانند:? کاتاليزور، بسته بندي، روکشها،افزودنيهاي سوخت و مواد منفجره،? باتريها و پيلهاي سوختي،? روانکنندهها، پزشکي و داروسازي،? محافظت کنندهها، دارو رساني، لوازم?? آرايشي و مواد کامپوزيت.
شکل 1-7 .نانو ذرات.
ب)نانو لوله ها24 : نانولولهها داراي ساختاري لوله مانند در مقياس نانو ميباشند. لفظ نانو لوله در حالت عادي در??? مورد نانولوله هاي کربني به کار مي رود، هر چند??? که اشکال ديگري از نانولوله همچون انواع ساخته????? شده از نيتريد بور يا حتي نانولوله هاي خودآراي??? آلي نيز وجود دارد.
کاربرد: به عنوان تقويت کننده در کامپوزيتها،? صنعت الکترونيک، بستر کاتاليستها نمايشگرهاي تشعشع ميداني، پيل? سوختي ،?ذخيره کنندهي? گازها ،?دارورساني، پيلهاي خورشيد ، حسگرها.?
شکل 1-8 .نانو لوله ها.
ج) نقاط کوانتومي25 : نقاط کوانتومي ــ يا نانوکريستالها ــ در دستهي نيمه رساناها جاي ميگيرند. اين دسته از نانوساختارها داراي ساختار کريستالي و کلوئيدي در ابعاد نانومتر و تقريباً کروي ميباشند. پهناي آنها، بين 2 تا 10 نانومتر، يعني معادل کنار هم??? ?قرار گرفتن 10 تا 50 اتم است.??????????????????????????????????????????????????????
کاربرد: نشانگرهاي بيولوژيکي، ديودهاي نوراني? سفيد، اتمهاي مصنوعي، عناصر مدارهاي نوري، مولدهاي انرژي? خورشيدي، حاملهاي هدفمند دارو.
شکل 1-9. نقاط کوانتومي.
د) نانو پوشش ها26 : نانوپوشش ها گونه اي از لايه هاي نازک هستند که يا ابعاد آن ها در حد نانو ميباشد، و يا زمينه????? اي (سُل) دارند که ذرات ريز در ابعاد نانو در آن پراکنده شده اند و خواص ويژه اي را به آن مي????? بخشند.
کاربرد: پوششدهي و مهندسي سطح، پوشش دهي ضدخش، سايش و خوردگي،? کاربردهاي? ?اپتيکي،?پوششهاي بهداشتي و پزشکي، کاربردهاي الکتريکي و الکترونيکي، روانسازها.?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????
شکل 1-10 .نانو پوششها.
ه)نانوسيم ها 27: نانوسيمها، ساختارهايي با ضخامت يا قطري دراندازهي ده ها نانومتر يا کمتر، و طولي نامشخص هستند.اثرات مکانيک کوانتومي، در اين مقياسه اهميت مييابد و همين منجر به ابداع واژهي????????? <<سيم کوانتومي>> شده است. اغلب به صورت غيربلوري و در بعضي و در برخي مواقع به اشکال مستقيم و يا مارپيچ هستند.بر خلاف نانولولهها????? ?فاقد فضاي توخالي ميباشند.???????????????????????????????????????????????????
کاربرد: ?وسايل ?مغناطيسي،حسگرهاي? شيميايي و زيستي، اتصالات داخلي در نانوحسگرها، ليزرها، نشانگرهاي ?زيستي، ?نانو دستگاهها? نظير ترانزيستورهاي متأثر از ميدان ،? ديودهاي گسيل نور، ترانزيستورهاي دوقطبي، معکوس کنندهها.????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????
شکل 1-11. نانو سيمها.
و) نانو کپسول ها 28: نانوکپسول به هر نانوذرهاي گفته ميشود که داراي يک پوسته و يک فضاي خالي جهت قرار دادن مواد مورد نظر در داخل آن باشد فسفوليپيدها از جمله نانوکپسولهاي طبيعي هستند.
کاربرد: سيستم دارورساني هدفمند، رهايش کنترل شده و تاخيري آفتکشها، لايه?هاي نازک عکاسي، افزايش کيفيت مواد غذايي، بالا بردن پايداري و دوام منسوجات، استفاده در پودرهاي? رختشويي و خوشبوکنندهي لباس.???
شکل 1-12 .نانو کپسولها.
ز) نانو کامپوزيت ها29 : نانو کامپوزيت ها مواد مرکبي هستند که حداقل يکي از اجزاء تشکيل دهنده آنها داراي ابعادي در محدوده 1 تا 100 نانومتر باشد. اين ساختارها برحسب نوع ماده تقويت کننده به سه نوع نانوکامپوزيت هاي زمين? سراميکي، فلزي و??? ?پليمري تقسيم بندي مي شوند.???????????????????????????????????????????????????
کاربرد : صنايع خودروسازي، ساختمان، نظامي انواع پوششها، پزشکي براي مهندسي? بافت، لوازم خانگي، لوازم ورزشي، بسته بندي مواد غذايي.?
شکل 1-13 .نانو کامپوزيت ها.
ح) درخت سانها30 : درخت سانها يک طبقه جديد مواد پليمري هستند.آنها کمپلکس شاخهدار از زيرواحدهاي مونومري بوده که به صورت واحدهاي تکراري از يک هستهي مرکزي انشعاب پيدا ميکنند.????? ?ساختار اين مواد، تاثير به سزايي بر روي خواص??? ?فيزيکي و شيميايي آنها است.??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????
کاربرد : رنگرزي منسوجات، صنايع آرايشي بهداشتي، پزشکي ودارورساني مهندسي بافت، ساخت صفحات? مدارهاي چاپي و حسگرها.
شکل 1-14 .درخت سانها.
ط) فولرنها31 : فولرن يکي از دگرشکل هاي مصنوعي عنصر کربن است.که از گرما دادن به گرافيت ساخته ميشود.????? به جهت شباهت شکل آن به توپ فوتبال، به آن باکي بال (? )Bucky Ball?نيز ميگويند.در حقيقت اين ترکيبات شامل مجموعهاي توخالي از اتمهاي کربن که به صورت حلقههاي پنج يا شش ضلعي????? ?آرايش يافتهاند، گفته ميشود.??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????
کاربرد: به عنوان تقويت کننده در?نانوکامپوزيت ها، کاربردهاي فوتونيک،? پزشکي، دارورساني، ذخيره کنندهي? اطلاعات در الکترونيک، سلولهاي خورشيدي، حامل کاتاليستها در شيمي.
شکل 1-15 .فولرنها.
ي) نانو حفره ها32: مواد نانوحفره اي ساختارهاي متخلخلي هستند که اندازه حفرات آنها کمتر از 100 نانومتر مي با?????شد. اين ترکيبات درمنابع طبيعي و سيستمهاي بيولوژيکي به فراواني يافت مي شوند. اندازه و نظم????? ?حفرات کنترل کننده خواص مواد نانوحفرهاي??? است.???????????????????????????????????????????????????
کاربرد: کاربردهاي کاتاليزوري، فرآيندهاي تعويض يون، جداسازي، ساخت حسگر،?عايقهاي حرارتي، فيلترهاي محيطي ، دارورساني.
شکل 1-16 .نانو حفره ها.
روش هاي سنتز نانو ذرات (سايت سازمان نانو33 ; پي.هوليستر34،2003 ):
الف) احياي شيميايي
ب) احياي فوتو شيميايي و تابشي – شيميايي
ج) سل – شيميايي
د) چگالش از بخار
ه) CVD
کاربرد هاي نانو ذرات (خليقي; 2010):
الف) حافظههاي مغناطيسي
ب) نيمه هادي هاي نيمه مغناطيسي (DMS)
ج) تصوير برداري هاي پزشکي
د) کاتاليست هاي جديد و بسپار فعال
ه) کاتاليست سنتز CNT و ساير نانو سيم ها
و) منابع و سنسورهاي نوري
ز) حامل هاي دارويي
نانو ذرات فلزي
نانوذرات فلزي به عنوان موضوعي جذاب در بين محققان علمي و صنايع کاربردي علوم و فناوري نانو??? توجه زيادي را به خود جلب کرده است. در تاريخ شيمي کلوئيد، نانوذرات فلزي که فلزات کلوئيدي يا ذرات فلزي??? ريز ناميده ميشوند، به عنوان يک موضوع تحقيقي از 150 سال قبل به وسيلهي دانشمندان مطرح ميباشد. به??? عنوان مثال در سال 1857 مايکل فارادي35 اولين مطالعات اصولي را در زمينه سنتز و رنگ کلوئيدهاي طلا انجام داد. او متوجه شد که رنگ قرمز نانو ذرات طلا به خاطر اندازهي کوچک آنها ميباشد، زيرا برهمکنش??? اين ذرات با نور در مقايس نانو با تودهي طلا متفاوت ميباشد. اگرچه کارهاي او بيشتر جنبهي کيفي داشته??? اما راه را براي بررسي بيشتر نانو ذرات فلزي و کاربردهاي گستردهي آنها هموار نمود. تهيهي نانوذرات طلا بار??? ديگر توسط جي . ام .توماس36 جانشين فارادي در انستيتو سلطنتي لندن گزارش شد. توماس اثبات کرد که قطر??? ذرات 30-3 نانومتر بوده است(ام.فارادي37 ،1857;جي. ام 38،1988) . از آن زمان تعداد متعددي مقالهي علمي در زمينهي سنتز، اصلاح،??? بررسي خواص سطح و تجمع نانوذرات فلزي منتشر شده است که بسياري از خواص فيزيکي و شيميايي اين??? ?ذرات را که توجيه کنندهي ويژگيهاي رفتاري آنهاست، بيان ميکند.??????????????????????????????????????????????????????????
در حقيقت نانوذرات فلزي، ذراتي از جنس يک نوع فلز يا به صورت آلياژي از دو يا چند فلز در ابعاد 10???تا 100 نانومتر ميباشند. در ميان نانو ساختارها، نانوذرات فلزي داراي اهميت ويژه ميباشند و اين به علت تفاوت??? زياد در برخي از خواص فيزيکي آن فلز، در دو حالت اتمي و توده ميباشد. از جمله خواص جالب نانوذرات فلزي??? برهمکنش آنها با نور است که از اين خاصيت در شناسايي اين نانوذرات استفاده ميشود. در واقع سادگي??? ساختاري اين دسته از نانوذرات که با خواص فيزيکي ويژهاي همراه شده است باعث کاربرد زياد اين ذرات در??? زمينههاي مختلف مانند حسگرهاي زيستي و شيميايي، کاتاليزورها، پزشکي و دارورساني، صنايع غذايي و??? ?سيستمهاي نانوالکترونيکي شده است (ار.نارايانان39 ،2003; ام.برنچا40 ،2009;تي ام.رازلر41 ،2009; ار.نارايانان ،2004(???????????????????????????????
روشهاي کلي تهيهي نانوذرات فلزي?????????
?در اصل تهيهي نانوذرات فلزي را ميتوان در دو گروه طبقه بندي کرد: روشهاي فيزيکي و شيميايي. در??? روشهاي فيزيکي، تبخير و لايه برداري ليزري از تودهي فلزي براي تشکيل نانوذرات استفاده ميشود، در حالي??? که کاهش يونهاي فلزي به اتمهاي خنثي روش رايج در تکنيکهاي شيميايي است. کاهش ميتواند به وسيلهي??? تبديل شيميايي ، فوتوشيميايي ، سونوشيمي ، الکتروشيميايي يا انرژي راديواکتيو انجام شود. (شکل 9-1).????????????????????????????????????????????????????
?شکل 1-17 .مفهوم شماتيک تهيهي نانوذرات فلزي با دو روش فيزيکي و شيميايي( ان.توشيما42،2008).??????????????????????????????????????????????????
عموماً روشهاي شيميايي مزايايي همچون آساني کنترل ساختارهاي اوليهي نانوذرات مانند اندازه، شکل??? ?و ترکيب آنرا دارند. روشهاي شيميايي به طور کلي شامل دو فرايند در محلول هستند:????????????????????????????????????????????????????
1?. تشکيل اتمهاي فلزي با کاهش يونهاي فلزي يا تجزيه کمپلکسهاي فلزي????????????????????????????????????????????????????
2 . رشد اتمهاي فلزي براي توليد نانوذرات فلزي با کنترل تجمع اتمهاي فلزي???
به منظور کنترل اندازه و ساختار ذرات، تنظيم شرايط واکنش به خصوص انتخاب پايدارکننده مهم است(جي.تورکويچ43،1970)
نظريه ماي و Surface Plasmon Resonance(SPR)، رزونانس پلاسمون سطحي
خصوصيات نوري نانوذرات فلزي که عمدتا وابسته به اندازه ي نانوذرات است، بطور گسترده، در سالهاي اخير مورد مطالعه قرار گرفته است(پارک اس44،2006). هنگاميکه امواج الکترومغناطيسي به نانوذرات فلزي تابانده ميشود، حالات الکتروني و ارتعاشي نانوذرات فلزي تهييج ميشود. اين پديده باعث تحريک ممان دوقطبي ميشود که در فرکانس مخصوصي نوسان ميکند. در نتيجه مقداري از نور تابيده بصورت پرتوي ثانويه در تمام جهات پخش ميشود و مقداري از فوتونها جذب سيستم ميشود(پالپنت بي45،1998;هاينفيلد جي46،2000). نوسان کلي الکترونهاي آزاد در اطراف اتمهاي فلز رزونانس پلاسمون سطحي ناميده ميشود (ر.افشار،2007;کيم واي47،2006). مکانيسم فوق توسط ماي در سال 1908 مورد بحث و بررسي قرارگرفته است(کيو واي48،2001) . قابل توجه است که فرايند جذب نور در ناحيه ي UV-Vis اتفاق مي افتد. هر نوع نانو ذره بسته به جنس آن رزونانس پلاسمون سطحي در ناحيه ي UV-Vis مخصوصي دارد که با دستگاه اسپکتروفتومتر قابل مشاهده است. رزونانس پلاسمون سطحي نانوذرات طلا در ناحيه ي مرئي و در طول موج حدود nm530 قابل رويت ميباشد (پارک اس22،2006; پپاس ان اي49،2000; جيونگ بي50،2002)
در فلزات نجيب زماني که اندازه ذره به چند ده نانومتر ميرسد،يک جذب خيلي قوي مشاهده ميشود که منشا آن نوسان الکترونها در نوار هدايت از سطح يک ذره به ذره ديگر است.به اين نوسان که يک جذب قوي در ناحيه مرئي دارد، جذب پلاسمون سطح گفته ميشود، که از سال ها پيش مورد استفاده قرار گرفته است.
محلول کلوئيدي از نانوذرات طلا به دليل جذب پلاسمون سطحي، رنگ قرمز شديدي را از خود نشان ميدهند.وجود يک فصل مشترک بين مواد با ثابت ديالکتريک مختلف ممکن است به فرآيندهاي تحريک ويژهي سطحي منجر شود.فصل مشترک ميان ماده اي با ثابت دي الکتريک مثبت و ماده اي با دي الکتريک منفي مثل فلزات، ميتواند باعث انتشار امواج الکترومغناطيسي ويژهاي شود که امواج پلاسمون سطحي خوانده ميشود که در محدوده نزديک سطحي باقي ميماند.اين رزونانس پلاسمون سطحي به وسيله حرکت همدوس الکترونهاي باند هدايت،که با ميدان مغناطيس بر هم کنش ميکند به وجود ميآيد.
فرکانس و عرض جذب پلاسمون وابسته به شکل و اندازه نانو ذرات است، و به همان نسبت به ثابت دي الکتريک محيط و فلز هم وابسته است.فلزات نجيب مثل مس،نقره و طلا داراي يک رزونانس پلاسمون مرئي بسيار قوي هستند، اين در حالي است که بسياري از ديگر فلزات واسطه، فقط يک باند جذبي ضعيف و پهن در ناحيه فرابنفش دارند.اين تفاوت مربوط به کوپلاي قوي موجود ميان انتقال پلاسمون و تحريک بين باندي است،همچنين الکترون هاي باند هدايت فلزات نجيب ميتوانند آزادانه و مستقل از پس زمينه يوني حرکت کنند. يونها فقط به عنوان مراکز پراکنده عمل ميکنند.اين مسئله در فلزات نجيب قابليت پلاريزاسيون زيادي را به الکترون ها ميدهد که رزونانس پلاسمون را به سمت فرکانسهاي پايين جا به جا ميکند. رزونانس پلاسمون سطحي را mie در سال 1908 توضيح داده است.اين نظريه و طيف تجربي به خوبي براي رژيم هاي کوچکتر از 20 نانومتر صادق است.
عوامل موثر بر پيک پالسمون



قیمت: تومان


پاسخ دهید