1-5-1-4  نانو نقاط کوانتومی

نقاط کوانتومی، به خاطر کوچک بودنشان، دستة منحصربه‌فردی از نیمه‌رساناها به شمار می‌روند. پهنای آنها، بین 2 تا 10 نانومتر، یعنی معادل کنار هم قرار گرفتن 10 تا 50 اتم است. در این ابعاد کوچک، مواد رفتار متفاوتی دارند و این رفتار متفاوت قابلیت‌های بی‌سابقه‌ای در کاربردهای علمی و فنی به نقاط کوانتومی می‌بخشد. ]9[

   1-5-1-5  نانو ذرات  

یک نانوذره ،ذره‌ای است که ابعاد آن در حدود0 1 تا 100 نانومتر باشد. نانوذرات علاوه ‌بر نوع فلزی، عایقها و نیمه هادی‌ها، نانوذرات ترکیبی نظیر ساختارهای هسته ‌لایه را نیز در بر می‌گیرند. همچنین نانوکره‌ها، نانومیله‌ها، و نانوفنجان‌ها تنها اشکالی از نانو ذرات در نظر گرفته می‌شوند. ]10[

1-5-2 نانو مواد یک بعدی  

برخی از اجسامی که در اطراف ماقرار دارند همچون یک خط راست یا خمیده هستند.این مواد در یک بعد،اندازه ای بیشتر از دو بعد دیگر دارند.ابعاد برخی از نانومواد نیز به گونه ای است که تنها در یک راستا اندازه ای بزرگ تر از اندازه ضلع مکعب گفته شده (100 نانو متر ) دارند.این نانو مواد را با عنوان نانومواد یک بعدی می شناسیم. می توان از نانو مواد یک بعدی نانو سیم ها ، نانو لوله ها را نام برد. ]5[

1-5-2-1 نانو سیم

نانوسیم نانوساختاری با قطری در مقیاس نانومتر )^9-10 متر) است. همچنین می‌توان نانوسیم‌ها را به‌عنوان ساختارهایی با ضخامت یا قطری در اندازه? ده‌ها نانومتر یا کم‌تر، و طولی نامشخص تعریف کرد. اثرات مکانیک کوانتومی، در این مقیاس‌ها اهمیت می‌یابد - و همین منجر به ابداع واژه? سیم کوانتومی شده است.  انواع بسیار مختلفی از نانوسیم‌ها وجود دارند، شامل فلزی (مثل نیکل، پلاتین، طلا)، نیمه‌رسانا (مثل سیلیسیم، ایندیوم فسفاید، نیترید گالیوم و ...)، و نارسانا (مثل سیلیس، تیتانیا). نانوسیم‌های مولکولی از واحدهای مولکولی تکرارشونده? آلی (مثل دی‌ان‌ای( یا معدنی (مثل( Mo₆S_9-xI_x تشکیل شده‌اند.

1-5-2-2 نانو لوله

نانو لوله ها از کنار هم قرار گرفتن اتم ها در یک ساختار استوانه ای شکل تو خالی پدید می آیند. این ساختارها می توانند از کنار هم قرار گرفتن اتم های یک نوع عنصر و گاهی نیز چند نوع عنصر تشکیل شوند؛مانند نانولوله های کربن .نانو لوله ها خواص منحصر به فردی دارند و از نظر رفتار الکتریکی ،فیزیکی،شیمیایی،نوری و مکانیکی بسیار متفاوت از دیگر مواد هستند و کاربردهای بالقوی بسیاری برای آنها در نظر گرفته شده است. ]5[

1-5-3  نانو مواد دو بعدی   

گروهی از نانو مواد مانند صفحاتی گسترده با ضخامت حدود چند نانو متر هستند و در دو راستا اندازه های بزرگتر از 100 نانومتر دارند که آنها را در دسته نانو مواد دو بعدی قرار می دهیم . نانو روکش ها و نانولایه ها و صفحات گرافن در این دسته قرار دارند. ]5[

1-5-3-1 نانو روکش ها

پوششی با ضخامت نانو متری یا پوششی که از مواد نانومتری در آن استفاده شود .نانو روکش به مادهای گفته میشود که در مقیاس نانو ساخته شده و به عنوان روکش، پوشاننده یا محافظ برای دیگر مواد به کار می رود.  زمینه هایی که از نانو روکش ها استفاده میشود: الکترونیک ، مواد غذایی ، وسایل نقلیه و غیره.]5[ www.migna.ir

1-5-3-2 صفحات گرافن

صفحات گرافن (با ضخانتی به اندازه قطر یک اتم کربن و کمتر از 1 نانو متر) نیز که به تازگی تولید شده اند ، نوعی دیگر از نانو مواد دوبعدی هستند.البته صفحات گرافن قبل از این نیز شناخته شده بودند و می دانستیم که گرافیت (کربن) از کنار هم قرار گرفتن صفحات گرافن تشکیل شده است.اما تولید تک صفحات گرافن به تازگی و در سال 2007 صورت گرفته است.اتم های کربن در این ساختار با پیوند بسیار محکم کوالانسی به یکدیگر چسبیده اند.از این رو ، این ماده استحکام بسیار بالایی دارد.]11[

1-5-4 نانو مواد سه بعدی

دسته ای دیگر از مواد وجود دارند که در هر سه بعد اندازه هایی بیش از 100 نانو متر دارند این نانو مواد در هر سه راستا بزرگ تر از ابعاد مکعب گفته شده هستند.از نانو مواد سه بعدی می توان نانو کامپوزیت  و مواد نانو حفره ای را نام برد. ]5[

1-5-4-1 نانو کامپوزیت      

مواد نانوکامپوزیتی به آن دسته از موادی اطلاق می‌شود که فاز تقویت‌کننده آن دارای ابعادی در مقیاس یک تا صد نانومتر باشد که شامل نانوکامپوزیت‌های پلیمرـ سرامیک، پلیمرـفلز، سرامیک ـفلز و سرامیک ـ سرامیک هستند. تقویت‌کننده نانومتری به‌دلیل داشتن ابعاد بسیار کوچک و سطح بسیار بالا در مقایسه با تقویت‌کننده‌های معمولی در سطح بارگذاری کمتر باعث بهبود خواص مورد نظر شده و جایگزین خوبی برای کامپوزیت‌های معمولی هستند؛ چراکه کارآیی بهتر و وزن کمتری ‌دارند. محصولات تهیه‌شده از نانوکامپوزیت‌های پلیمری قابلیت استفاده در صنایع شیمیایی، خودروسازی، ساختمان، نظامی، پزشکی، لوازم خانگی، ورزشی، کشاورزی و الکترونیکی را داشته و استفاده از آن‌ها در این صنایع، کاهش مصرف سوخت و انرژی، افزایش مقاومت و ایمنی در برابر زلزله و آتش‌سوزی، افزایش عمر سازه‌ها، کاهش خسارات ناشی از زمان نگهداری مواد غذایی و محصولات کشاورزی‌،‌ کاهش خسارات ناشی از خوردگی و به‌طور خلاصه، استفاده بهینه از منابع موجود را می‌تواند به‌همراه داشته‌باشد .]12-15[

1-5-4-2 نانو حفره ها

        مواد نانوحفره ای ساختارهای متخلخلی هستند که اندازه حفرات آنها کمتر از 100 نانومتر می با شد. این ترکیبات درمنابع طبیعی و سیستم های بیولوژیکی به فراوانی یافت می شوند. اندازه و نظم حفرات کنترل کننده خواص مواد نانوحفره ای است . در سال های اخیرسعی شده است تا با کنترل و دقت بالا مواد نانوحفره ای با اندازه حفرات مشخص تولید شود . مواد نانوحفره ای به دودسته عمده مواد نانوحفره ای توده ای و غشاهای نانوحفره ای تقسیم می شوند

 1- مواد نانوحفره ای توده ای: با افزایش سطح این مواد خواص کاتالیستی ، جذب و جذب سطحی بهبود می یابد . زئولیت ها یک نوع ماده ی نانوحفره ای توده ای به حساب می آیند. سطح این مواد در حدود صدها متر مربع بر گرم است

.2- غشاهای نانوحفره ای: یکی از کاربردهای این مواد استفاده از آنها به عنوان غربال های مولکولی است. کنترل حفرات این ترکیبات یکی از چالشهایی است که کارایی این مواد را تعیین می کند. راه های زیادی برای ساخت مواد نانوحفره ای وجود دارد؛ در یکی از روش ها به طور انتخابی موادی را از یک جامد استخراج کرده، که در اثر آن حفراتی در ابعاد نانو ایجاد می گردد، در روش دیگر مخلوطی از پلیمر ها را با حرارت دادن جامد نانوحفره ای تبدیل می کنند، در این فرایند یکی از پلیمرها تجزیه شده و خارج می شود]16[

1-6 نانو ذرات نقره 

نانو سیلور یا همان نانو ذرات نقره ، یکی از پر کاربرد ترین ذرات در حوزه نانو پس از نانو لوله های کربن است، که هر روزه بر کاربرد آن در دنیای نانو افزوده می شود. 
 نانوذرات نقره عمدتاً، به‌دلیل خواص فیزیکی و شیمیایی ویژه‌ای که از خود نشان می‌دهند در مصارف الکترونیکی، نوری، دارویی و بهداشتی و کاتالیتیکی کاربرد فراوان دارند. یکی از دلایل کاربرد گسترده این ذرات ، به دلیل خاصیت آنتی باکتریال این ذرات است و در واقع نانوذرات  نقره برای عوامل بیماری‌زا یک سم تلقی می‌شوند و ‌برای بدن انسان، غذاها و بافت‌ها بی‌ضررند. این در حالی است که نقره به خودی خود فاقد و یا خیلی کمتر این خاصیت است. این خاصیت دوگانه ذرات نانو در مقایسه با ذرات ماکروی نقره به دلیل اثر افزایش سطح در نتیجه افزایش واکنش پذیری ماده و پیروی ماده از فیزیک و شیمی کوانتم در حالت نانو است.

 نقره در ابعاد بزرگتر، فلزی با خاصیت واکنش دهی کم می باشد، ولی زمانی که به ابعاد کوچک در حد نانومتر تبدیل می شود خاصیت میکروب کشی آن بیش از 99 درصد افزایش می یابد، به حدی که می توان از آن جهت بهبود جراحات و عفونت ها استفاده کرد. نقره در ابعاد نانو بر متابولیسم، تنفس و تولید مثل میکروارگانیسم اثر می گذارد. تاکنون بیش از 650 نوع باکتری شناخته شده را از بین برده است.

 هر چند این فناوری به تازگی مورد توجه زیادی قرار گرفته و رونق بسیاری پیدا کرده ، اما از آن در طب قدیم استفاده می شده بدون آنکه دلیل تاثیر آن شناخته شود و حتی در جنگ برای کنترل عفونت زخم سربازان از سکه های نقره استفاده می شده است .

 دانشمندان مکانیسم های متفاوتی را برای تبیین اثرگذاری نقره بر میکروب ها یافته اند. به دلیل همین تعداد مکانیسم ها است که میکروب ها نمی توانند نسبت به نقره سازگار شوند و یا مقاومت پیدا کنند.امروزه به مدد فناوری نانو ساخت ذرات نقره در ابعاد نانو میسر گشته است ذرات نانو نقره به ما این امکان را می دهند که با کمترین غلظت خاصیت ضد میکروبی بسیار قوی را از فلز نقره شاهد باشیم.در میان مکانیسم های متعددی که از فلز نانو نقره شناخته شده است ، دو مکانیسم بصورت بارز در نظر گرفته می شود که به شرح زیر است.]4[

 1-6-1 خصوصیات نانو ذرات نقره

 1-تاثیر بسیار زیاد

2-تاثیر سریع

3- غیر سمی

4-غیر محرک برای بدن

- غیر حساسیت زا

6- قابلیت تحمل شرایط مختلف (پایداری زیاد)

7- آب دوست بودن

8- سازگاری با محیط زیست

9- مقاوم در برابر حرارت

10-عدم ایجاد و افزایش مقاومت و سازگاری در میکروارگانیسم.]4[

1-6-2 دو مکانیسم عمده نانو نقره ها

1- مکانیسم کاتالیستی : تولید اکسیژن فعال توسط نقره، این مکانیسم بیشتر درمورد کامپوزیت های نانو نقره ای صدق می کند که روی پایه های نیمه هادی مانند TiO₂ یا SiO₂ قرار گرفته می شود. در این وضعیت ذره مانند یک پیل الکتروشیمیایی عمل می کند و با اکسید کردن اتم اکسیژن، یون اکسیژن و با هیدرولیزکردن آب، یون OH^- را تولید می کند که هر دو از بنیان های فعال و از قوی ترین عاملین ضد میکربی نیز می باشند.www.migna.ir

2- مکانیسم یونی: دگرگون ساختن میکروارگانیسم به وسیله تبدیل پیوند های SH ــ به SAg ــ   دراین مکانیسم ذرات نانونقره فلزی به مرور زمان یونهای نقره از خود ساطع می کنند. این یون ها طی واکنش جانشینی، باندهایSH-  را در جداره میکروارگانیسم به باندهای -SAgتبدیل می کنند، که نتیجه ای واکنش تلف شدن میکروارگانیسم است .]4[

1-6-3 سنتز نانو ذرات نقره

1-6-3-1 سنتز نانو ذرات نقره توسط احیاکننده های شیمیایی

رایج ترین روش سنت نانو ذرات نقره احیای شیمیایی محلول نمک های نقره توسط عوامل احیاکننده نظیر NABH₄ ،سیترات و آسکوربات است.]4[

                                تصویر TEM نقره سنتز شده با روش احیای شیمیایی

1-6-3-2 سنتز نوری نانو ذرات نقره

از روش سنتز نوری ،اغلب برای نشاندن یون نقره بر روی ماده ای دیگر و ایجاد کامپوزیت استفاده می شود. با این روش ، بیشتر تاثیر نقره بر روی خواص کامپوزیت تهیه شده مطالعه می شود.]4[

تصویر TEM نقره سنتز شده با روش سنتز نوری

1-6-3-3 سنتز اکسید نقره

روش جالبی که آقایان دیوید و چمانوف به کار بردند ، احیای نقره از اکسید نقره توسط دمش گاز هیدروژن است. از مزایای این روش قابلیت صنعتی شدن و همین طور قدرت بالای کنترل اندازه ذرات به هر مقدار دلخواه می باشد.

1-6-3-4 سنتز نقره به روش تولن

در سالهای اخیر استفاده از روش تولن برای سنتز نانو ذرات نقره به خاطر ک مرحله ای بودن و همین طور قابلیت کنترل اندازه ذرات افزایش یافته است.اساس روش تولن احیای محلول آمونیاکی نمک نقره توسط گلوکز است . روش تولن ،قادر به تهیه فیلمی از نانوذرات نقره با برد 50 تا 200 نانومتر و هیدروسل هایی با ذرات 20تا0 نانومتر می باشد.

1-6-4 کاربرد نانو ذرات نقره 

     1-در ظروف غذا برای افزایش طول عمر مواد داخل آن

    2-در جورابهای ضدبو

    3-در تجهیزات پزشکی

    4-برای دستمال های تمیز کننده و ... . .]4[

4 تجهیزات

2-4-1 میکروسکوپ الکترونی روبشیSEM 

در میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) مانند میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM)، یک پرتو الکترونی به نمونه می‌تابد. منبع الکترونی (تفنگ الکترونی) معمولاً از نوع انتشار ترمویونیکی فیلامان یا رشته تنگستنی است اما استفاده از منابع گسیل میدان برای قدرت تفکیک بالاتر، افزایش یافته است.

منبع الکترونی (تفنگ الکترونی) معمولاً از نوع انتشار ترمویونیکی فیلامان یا رشته تنگستنی است اما استفاده از منابع گسیل میدان برای قدرت تفکیک بالاتر، افزایش یافته است معمولاً الکترون‌ها بینKeV1-30 شتاب داده می‌شوند. سپس دو یا سه عدسی متمرکزکننده پرتو الکترونی را کوچک می‌کنند، تا حدی که در موقع برخورد با نمونه قطر آن حدوداً بین   10- 2 نانومتر است.

 2-4-1-1 استفاده‌‌های عمومی

1- تصویرگرفتن از سطوح در بزرگنمایی 10 تا 100،000 برابر با قدرت تفکیک در حد 3 تا 100 نانومتر (بسته به نمونه)                           
2- در صورت تجهیز به آشکارساز back Scattered میکروسکوپ‌ها قادر به انجام امور زیر خواهند بود:

a) مشاهده مرزدانه، در نمونه‌های حکاکی ‌نشده،

b) مشاهده حوزه‌ها (domains) در مواد فرومغناطیس،

c) ارزیابی جهت کریستالوگرافی دانه‌ها با قطرهایی به کوچکی 2 تا 10 میکرومتر، d) تصویرنمودن فاز دوم روی سطوح حکاکی‌نشده (در صورتی که متوسط عدد اتمی فاز دوم، متفاوت از زمینه باشد.)

با اصلاح مناسب میکروسکوپ می‌توان از آن برای کنترل کیفیت و بررسی عیوب قطعات نیمه‌هادی استفاده نمود. ]16[

2-4-2 دستگاه اسپکتوفوتومتر UV-VIS 

      از دستگاه اسپکتروفتومتر uv – vis برای انجام تجزیه های کیفی و کمی یک یا چند گونه خاص  در  یک مخلوط و همچنین برای تعیین نقطه هم ارزی تیتراسیونها و اندازه گیری ثابت های تعادل واکنش ها بکار می رود . یکی از خصوصیات سیالات است که میزان مقاومت آنها در مقابل جاری شدن می باشد. ]17[

2-5-2 دستگاه XRD 

       ناحیه پرتو x در طیف الکترومغاطیس در محدوده بین پرتوγ  و پرتو فرابنفش قرار دارد.با استفاده از این ناحیه طیفی می توان اطلاعاتی در خصوص ساختار,جنس ماده و نیز تعیین مقادیر عناصر به دست آورد.از این رو روش های پرتوx در شیمی تجزیه کاربرد زیادی دارد.[18]

      اگر یک دسته الکترون سریع و پر انرژی به یک هدف فلزی در یک لوله تخلیه برخورد کند,الکترون ها در این برخورد سرعت خود را از دست داده و قسمتی از انرژی جنبشی آنها به پرتو x تبدیل می گردد.÷رتو حاصل که به صورت یک طیف پیوسته ظاهر می شود دارای حداقل طول موج و یا حداکثر فرکانس است که به حداکثر انرژی الکترون ها وابسته بوده و از رابطه زیر پیروی می کند:

که در آن V ولتاژ سرعت دهنده در طول لوله,e بار الکترون,h  ثابت پلانک,v فرکانس و C سرعت نور است.طول موج ماگزیمم در طیف پیوسته 5/1 برابر طول موج مینیمم است و طول موج ها بر حسب A^o هستند . [19]www.migna.ir

2-5-2-1 تولیدخطوط طیفی پرتو X :

        با افزایش پتانسیل می توان انرژی الکترون ها را به حدی رساند که قادر باشد یک الکترون را از تراز انرزی k اتم هدف خارج کند.در نتیجه الکترون تراز L جای خالی این الکترون را پر می کند و یک فوتون پرتو X  خارج می گردد.بدین ترتیب طیف پیوسته پرتو X شامل یک خط طیفی یا خط ویژه عنصر مربوطه خواهد بود که آن را K_a می نامند.انرژی این خط ویژه توسط معادله زیر تعیین می گردد: 

E_Ka =E_L - E_K

       سایر جهش های الکترونی از تراز بالاتر,مانند جهش M به K,موجب پیدایش خط طیفی دیگری مانند Kβ می شود.[20]

 2-5-2-2 پراش پرتو X :

         با روش پراش پرتو X طول موج های مختلف را می توان جدا ساخته و اندازه گیری نمود.چون طول موجهای پرتو X با فواصل بین اتم ها در موارد بلوری برابر است,بنابراین مواد بلوری برای پرتو X می توانند نقش توری پراش را ایفا کنند.در شکل زیر بخشی ازتابش پرتو X به سطح بلور توسط اتم های اولین لایه پخش شده است و قسمت دیگر آن توسط لایه دوم پخش شده است و قسمت دیگر آن توسط لایه دوم ÷خش می گردد و الی آخر.

شکل پراش پرتو Xتوسط یک بلور

طبق رابطه براگ پدیده بازتابش و پخش تداخل سازنده طول موج ها به شرح زیر بیان می شود:

      رابطه اصلی براگ گویای این مطلب است که تقویت پرتو بازتابش شده از دو سطح مختلف بلورها زمانی حاصل می شود که اختلاف دو مسیر برای دو تابش نورانی برابر مضرب کاملی از طول موج باشد.[21]

2-5-2-3 روش های پراش پرتو X

گردآوری از : زینب نصرالهی - سایت میگنا    www.migna.ir

منابع :

 
1- مقدمه ای بر نانو فناوری؛رامین رحمانی اهرنجانی ، علی قربان پورآرانی ، مریم شکروی ؛نشر کتاب دانشگاهی ؛1388
2- سایت آفرینش WWW.AFARINESH-DAILY.COM
3-  سایت انجمن علمی فیزیک دانشگاه شهید باهنر کرمان WWW.PHYSICKS.BLOGFA.COM
4- سایت باشگاه دانش آموزی نانو WWW.NANOCLUB.COM
5- نانو از نو ؛اسماعیل کلانتری ، امیر دارستانی فراهانی ،عباس مرادی ؛ باشگاه دانش آموزی نانو با همکاری انتشارات آتنا ؛ پاییز 1388
6- سنتز خواص مکانیکی و کاربردهای نانو لوله های کربنی ؛ دکتر انوشیروان فرشیدیان فر ، مهندس حمید دلیر ، مهندس سارا شایان ؛ انتشارات فردوسی ( مشهد ) ؛1387
7- درآمدی بر نانو فناوری خشک ؛ گروه علمی دانشجویی نانو فناوری دانشگاه کاشان ؛ نشر آراسته ؛ چاپ اول ؛ پاییز 1384
8- مقاله ی در آمدی بر درخت سان ها ؛ تیم ها رپرکریستینا رومن ،پاول ها هالیستر ( نویسندگان) ؛ مرتضی مغربی ( مترجم )
9- مقاله ی نقاط کوانتومی و روش های ساخت و کاربرد ؛ مهندس محمدرضا فروغی ( نویسنده)
10-  سایت ویکی پدیا WWW.WIKIPEDIA.COM
WWW.KOPA.MIHANBLOG.COM-11
12-H.Fischer,.“polymer anocomposites fundamental research to specific applications”. Mater. Sci. Eng:C, 23 (2002) 763.
13-E.T.hostenson,C.Li,T. W. Chou, “nanocomposites in context”, Composite Sci. Tech. 65 (2005) 491.
14-Bala’zsi, Z. Ko’nya, F. We’ber, L. P. Biro’ and P. Arato’, “preparation and characterization of carbon nanotube reinfarced silicon nitride composites”, Mater. Sci. Eng:C, 23 (2003) 1133.
15- فتح الله کریم زاده، احسان قاسمعلی، سامان سالمی زاده، "نانومواد؛ خواص، تولید و کاربرد"، جهاد دانشگاهی واحد صنعتی اصفهان