حوزه نانو تکنولوژی و علوم نانوذرات در سالهای اخیر با چنان سرعتی گسترش یافته است که کاربردهای عملی متنوع آن را در حوزه سرامیک اجتناب ناپذیر ساخته است. یکی از اهداف اصلی حوزه تحقیقات نانوتکنولوژی ، فهم رفتار مواد به هنگامی است که سایز آنها به ابعاد اتمی نزدیک می شود. این توجه امروزه خصوصا معطوف نانوذرات متالیک و از جمله نانوذرات فلزات نجیب گردیده است.
شیمی نانوذرات فلزات نجیب حوزه ای از علم شیمی است که کاربردهای آن به سرعت در حال رشد است ، کاتالیست ها ، بایوسنسور ، الکترونیک و اوپتیک. از آنجا که این ساختار حد واسطی بین مولکولها و مواد بالک می باشد ، قادر است در حوزه بین شیمی مولکول و علوم سطحی پلی ارتباطی ایجاد نماید.
مهمترین ویژگی این نانوذرات فلزات نجیب خواص اوپتیک آنها است . خواصی که تاکنون و نیز در اینده موجب نوآوریهایی خواهد گردید که از آن انتظار می رفته است. شاخص ترین خاصیت اوپتیک این ساختار شیمیایی نوار جذب قوی آن در طیف مرئی است ، که بدان باند Plasmon اطلاق می گردد . محلولهای کلوئیدی طلا، نقره و مس شناخته شده ترین گونه های این ساختار شیمیائی اند.
خواص تنظیم پذیر اوپتیک این خانواده از فلزات ، ناشی از نوسان پیوسته و تجمعی الکترونهای رسانائی در داخل نانوذرات است ، که حاصل آن رزونانس باند پلاسمون است . این باند نوار جذبی قوی در طیف مرئی است. میدان اوپتیک وسیع این فلزات موجد جذب و افتراق قوی شعاعهای تابشی نور میگردد. همانگونه که اشاره رفت قابلیتهای اوپتیک نانوذرات فلزات نجیب از نوسان رزونانت الکترونهای آزاد آنها در حضور نور ناشی می شود که بدان اصطلاحا رزونانس سطحی باند پلاسمون اطلاق می گردد . همچنین به کمک تغییر شکل و سایز نانوذرات فلزات نجیب قادر خواهیم بود کیفیت و خواص رزونانس باند پلاسمون آنها را تنظیم پذیر نماییم.
علاوه بر اکسیدها ، گروه دیگر مواد مناسب به منظور تهیه جوهرهای چاپ دیجیتال فلزات هستند.هرچند استفاده از نانوذرات فلزات نجیب در تهیه شیشه های رنگی و پوششهای شیشه ای لوستر قدمتی تاریخی دارند ، امروزه از آنها به وسعت در ایجاد پالتی از رنگهای زرد تا قرمز در شیشه ها و لعابهای ترانسپارنت استفاده می گردد .رنگ حاصل از این مواد به واسطه مکانیسم رزونانس سطحی باند پلاسمون (Surface Plasmon Resonance) شماری از نانوذرات ها حاصل می گردد .مکانیسمی که امروزه توسط صنایع کاشی وسرامیک و از طریق تکنیکهای چاپ دیجیتال مورد استفاده قرار می گیرد. نانوذرات فلزات نجیب از طریق متدهای متنوع شیمی تر سنتز میشوند ،مکانیسمی که در موارد متعدد بر متدهای مائی تمرکز دارند. اخیرا دانش فنی سنتزهایی مربوط به تولید نانو ذرات فلزات نجیب در واسطه آبی نیز ارائه گردیده اند . تکنیکی که استفاده از کنشگرهای زیان آور در آنها به حداقل رسانده شده است. در این روش استفاده از پیش ماده های نمکی حاصل از گلوکز کاهش یافته و نانوسوسپانسیونهای متالیکی با درصد جزء جامد بالا حاصل آمده است که از ثبات فوق العاده ای برخوردارند. بعلاوه انطباق پذیری بالای فرآیند تولید ساختارهای هسته – پوسته غیر آلی و یا نانوساختارهای آلیاژی از قبیل AuAg و AuCu با قابلیت تنظیم شید رنگی را ، امکانپذیر ساخته است.
شماری از ترکیبات حاصل از فلزات نجیب در قالب سوسپانسیونهای کلوئیدی امروزه در حوزه سرامیک و جوهرهای چاپ دیجیتال مورد توجه قرار گرفته اند. این توجه بواسطه خواص اوپتیک ، ثبات شیمیائی ، و خواصی است که از سایز ذرات تاثیر می پذیرند. در این سوسپانسیونهای کلوئیدی می توان به کمک افزودنی هایی از قبیل تیولها یا ترکیبات آمینی از انعقاد ذرات ممانعت به عمل آورد. روشهای سنتتیک متنوعی به منظور تهیه نانوذراتی با قابلیت تعلیق در فاز سوسپانسیون ارائه گردیده اند. این متدهای فازی بر پایه حلال های ارگانیک قرار دارند.
سنتز هیبرید های هسته – پوسته فلزات نجیب
نانوذرات فلزات نجیب – با سایز متنوع – بواسطه ترکیب با پولیمرهای حاوی ساختار مزدوج ، هیبریدهای هسته – پوسته پدید می آورند که واجد کاراکترهای فیزیکی خاص و کاربردهای متنوع می باشند. سنتز ساختارهای هسته – پوسته بر پایه نانوذرات فلزات نجیب نشان می دهند که هسته متالیک این ساختار توسط پوسته ای از کوپلیمرها احاطه شده است
این ساختار هیبریدی شامل هسته ای از نانوذرات فلزات نجیب است که توسط کوپلیمرهایی از گروه متانول ، تترا هیدروفوران ، پولی استیلن ها و… پوشانده شده است. پوسته پلیمری فوق حاوی عامل های شیمیایی از قبیل دیول ، فنیل ، آمونیوم و یا در کاربردهای پزشکی گروه های تیول هستند. خواص آب دوستی یا آب گریزی ، و نیز حلالیت ساختار هسته – پوسته ، ملاک انتخاب هر یک از این عامل های شیمیائی قرار می گیرد.
ساختار شیمیائی پوسته پلیمری ، سایز ذرات ، توزیع دانه بندی و خواص اوپتیک هیبریدهای مورد اشاره تنوع کاربرد این ساختارهای مزدوج را تعیین می نماید.
غالبا سایز میانگین هسته فلزی در حدود 10 تا 30 نانومتر و پوسته پلیمری آن ضخامتی حدود 2 نانومتر دارد.
تهیه هیبریدهای هسته – پوسته به کمک احیای تر نمک های فلزی
در حوزه کاربردهای سرامیکی ، نانوذرات نقره مورد توجه ویژه ای قرار گرفته اند. متدهای متنوعی جهت سنتز کنترل شده نانوذرات نقره وجود دارد. احیای شیمیائی ازجمله این متدهاست. به کمک این روش نانوذرات نقره در فاز کلوئیدی دیسپرس شده در آب یا حلال های آلی حاصل می گردد . احیای یونهای نقره در محلول های مائی ، نقره کلوئیدی با سایز چند نانومتر به دست می دهد. این سنتز معمولا در حضور تثبیت کننده هایی به منظور ممانعت از انعقاد کلوئیدهای صورت می پذیرد. اخیرا از آمینهای نوع سوم نیز جهت تشکیل نانوذران نقره در واسطه های ارگانیک استفاده شده است. کمپلکسهای مشتق از آمین نیز در سنتز نانوذرات نقره کاربرد دارند.
تهیه هیبریدهای هسته – پوسته به کمک احیای تر نمکهای محلول ، در حضور محلول های پولیمریک صورت می پذیرد. سایز و شکل نانوذرات سنتز شده به روش احیای یونها در محلول ، معمولا بستگی به شماری از پارامتر ها دارد. این پارامترها عبارتند از عامل احیاء کننده ، و نحوه شارژ پیش ماده های (Precursor) فلزی شرکت کننده در سنتز. عامل احیاء کننده سرعت فرآیند جوانه زنی و رشد را تعیین می نماید. احیای آهسته ذرات درشت و احیای سریع ذرات ریزتر حاصل می نمایند.
تهیه کننده : امید هلاکوئی
