بخشی از مقاله
چکیده –
در این مقاله به بررسی تاثیر تغییر شکل بر روي خواص نوري نانوذرات نقره پرداخته میشود. در این کار با استفاده از یک روش شیمیایی بسیار آسان و سریع، که در دماي اتاق انجام میشود، نانوذرات مثلثی، دیسکی و کروي ساخته شده و اثر سرفکتانتهاي متفاوت بر کنترل شکل آنها تحقیق شده است. همچنین با بررسی طیف جذب مرئی- فرا بنفش - UV-Visible - نانوذرات ، اثر شکل و گذشت زمان و میزان پایداري نانوذرات نقره بررسی شده و تصاویر TEM نیز آنها را تایید میکنند.
-1 مقدمه
خواص مواد در ابعاد نانو با تغییر شکل و اندازه، به دلیل افزایش ناگهانی نسبت سطح به حجم، به طور قابل ملاحظهاي تغییر میکند. به طور مثال، کاهش اندازه باعث ایجاد افت شدید در نقطه ذوب، افزایش گرماي ویژه، افزایش مقاومت الکتریکی، افزایش نورتابی و غیره میشود.
در میان نانوذرات، نانوذرات فلزي به علت ویژگیهاي خاص نوري، الکتریکی، مغناطیسی، دارویی و کاتالیستی از اهمیت ویژه اي برخوردار هستند. کاربردها و خواص این ذرات به ترکیب شیمیایی، اندازه، شکل و شبکه بلوري نانوذره وابسته است، بنابراین کنترل این عوامل مورد توجه بسیار است.
محلولهاي کلوییدي نانوذرات فلزات نجیب با اندازهي کوچکتر نسبت به طول موج تابش مرئی، رنگهاي شدیدي را به نمایش میگذارند. مشاهده رنگهاي خیره کننده نانوذرات فلزي توسط نظریه کلاسیک "می" - Mie - توضیح داده میشود که حل ساده و دقیق معادله ماکسول است
نوسانات جمعی الکترونهاي رسانش سطحی در فلز پلاسمون سطحی نامیده میشود. منبع فیزیکی این نظریه، نوسانات همدوس الکترونهاي تراز رسانش است که توسط برهمکنش با میدان الکترومغناطیسی القا شده است. تشدید بین این نوسانات و تابش فرودي ایجاد یک قله شدید درطیف جذبی ناحیه مرئی این ذرات میکند که تشدید پلاسمون سطحی - SPR - نام دارد .
تعداد و مکان قلههاي SPR به جنس و شکل نانوذرات بستگی دارد. از میان نانوذرات، نانوذرات نقره به دلیل کاربردهاي فراوان از اهمیت بیشتري بر خوردارند. در این میان میتوان به کاربردهاي پزشکی و همچنین استفاده در Surface Enhanced Raman Scattering - SERS - اشاره کرد که بستگی شدیدي به شکل و اندازهي نانو ذرات دارند
براي مثال، قله جذب نانوذرات کرويِ بسیار کوچک در لبه آبی طیف است، افزایش سایز باعث انتقال رنگها به سمت مرئی میشود. این اثر سایز و شکل در پهن شدگی و جابجایی مکان قلههاي جذبی، یک روش براي رنگ آمیزي شیشه بوده است و در نانو کلوئیدهاي نقره با افزایش سایز از 100Å تا 1300Å رنگ محلول از زرد در کوچکترین اندازه تا قرمز، سبز، آبی روشن، آبی تیره، بنفش و خاکستري، براي اندازههاي بزرگتر، تغییر میکند
براي نانوذرات نقره و طلا، افزایش در نسبت طول به عرض باعث جابجایی قرمز مدهاي طولی SPR میشود. نانوذرات نقره مثلثی زیر لایه موثر براي SERS در ناحیه 700- 800 nm است در حالیکه نانوذرات نقره کروي در بازهي 530-570 nm استفاده میشوند 6]،.[5 در کاربردهاي پزشکی، نقره خواص ضد باکتري قوي دارد و این خواص نیز وابسته به شکل آن است، هر چه نسبت سطح به حجم آن بیشتر باشد و با محیط کشت باکتري بیشتر در تماس باشد خاصیت میکروب کشی آن بیشتر است
روشهاي متفاوتی براي ساخت و کنترل شکل نانوذرات نقره وجود دارد که از میان آنها ساخت به روش شیمیایی کاهش نمک نقره توسط یک کاهنده - بسیار ساده، ارزان و سریع است. کنترل شکل نانوذرات در این روش به سه طریق انجام میشود: - 1 با تغییر غلطت مواد اولیه، - 2 تغییر نسبت مولی بین سرفکتانت و مواد اولیه، - 3 جذب سطحی انتخابی براي سرفکتانت نسبت به صفحات بلوري متفاوت. جذب سطحی انتخابی باعث تغییر نرخ رشد در طول محورهاي بلوري مختلف میشود و بنابراین بر شکل نانوذرات اثر میگذارد
در این مقاله ما به بررسی تاثیر سرفکتانتهاي مختلف برروي شکل نانوذرات نقره و تاثیر آن بر روي خواص اپتیکی میپردازیم.
-2 قسمت تجربی
-1-2 ساخت نانوذرات
در این آزمایش ما از مواد شیمیایی زیر استفاده کردهایم: نیترات نقره ،اسید سیتریک، اسکوربیک اسید ، سدیم بوروهایدراید که همگی از شرکت MERCK آلمان خریداري شده است.
روش انجام کار بدین صورت است که با استفاده از یک روش شیمیایی که در آن دانهگذاري ذرات نقره همزمان و بدون وارد کردن دانه خارجی انجام میشود، نانوذرات نقره را با حجم و بازده بالا در محلول آبی و در دماي اتاق بدست میآوریم، این روش با استفاده از سرفکتانتهاي مختلف به ما اجازه تولید نانوذرات با شکلهاي خوش تعریف مانند نانو دیسکها، مثلثها و کرهها را می دهد.
در این روش واکنشها در محلول آبی و در دو مرحله انجام میشوند. مرحله اول سه گام دارد: ابتدا محلول AgNO3 و NaAOT را در یک ارلن بر اساس نسبت مولی تنظیم شده مخلوط کرده به مدت 10 دقیقه بههم میزنیم، سپس محلول کاهندهها را که شامل اسید سیتریک واسکوربیک اسید است به محلول اضافه کرده و 30 ثانیه بهم میزنیم، در نهایت محلول NaBH4 را به ترکیبات اضافه می کنیم تا دانه بندي انجام شده و دانه هاي ریز نقره شکل گیرد، سپس کاهش همزمان بوسیله اسید سیتریک و اسکوربیک اسید باعث شکل گیري نانوذرات نقره میشود. دانه هاي نقره نه تنها به عنوان هسته براي رشد نانوذرات بلکه به عنوان کاتالیزور هم در فرآیند کاهش همزمان توسط 2 اسید عمل میکند. در این هنگام وجوه نانوذرات بلوري نقره رشد کرده، ملکولهاي سرفکتانت NaAOT آنها را تثبیت میکنند، این ترکیب بدست آمده پس از 10 دقیقه بهم خوردن نانوذرات نقره مثلثی تولید میکند.
در مرحله دوم نانوذرات مثلثی بسیار ناپایدارند و پس از گذشت 48 ساعت، گوشه هاي خود را از دست داده و تبدیل به دیسک میشوند. با استفاده از مقدار مناسب سرفکتانت C12H26S میتوان شکل مثلثی آنها را تثبیت کرد همچنین با استفاده از سرفکتانت CTAB میتوان نانوذرات مثلثی را به صورت کروي در آورد و شکل آن را تثبیت کرد. در این روش استفاده از هر سه کاهنده به طور هم زمان، براي بدست آوردن شکل منظم نانوذرات نقره اهمیت دارد.
-2-2 مشخصه یابی نانوذرات
اندازه و شکل ذرات توسط میکروسکوپ الکترونی عبوري - TEM - مورد بررسی قرار گرفته است. TEM ذرات توسط دستگاه LEO912AB و با ولتاژ 120 KV در دانشگاه فردوسی مشهد انجام شده است.
طیف جذبی ذرات بلافاصله پس از ساخت و 48 ساعت پس از آن مورد بررسی قرار گرفته است. براي این منظور از طیف سنج مرئی-فرابنفش مدل Shimadzu UV-2100 استفاده شده است.
-3 نتایج و بحث
در مرحله نخست این آزمایش نانوذرات نقره مثلثی تولید میشود که در شکل1 مشاهده میشود، توزیع اندازه این نانوذرات در بازه 30-70 nm میباشد و ذرات با دقت خوبی داراي گوشههاي تیز هستند.
شکل :1 تصویر TEM نانوذرات مثلثی نقره.
شکل2، نتایج طیف سنجی جذب نانو ذرات در ناحیهي مرئی- فرابنفش را در زمان ساخت - الف - و 48 ساعت بعد از ساخت - ب - نشان میدهد. با مقایسهي طیف مربوط به نانوذرات مثلثی بلافاصله پس از تهیه با افزودن C12H26S و طیف همان نمونه بدون افزودن سرفکتانت، مشاهده میشود که قلههاي طول موجهاي بلندتر و کوتاهتر به سمت طول موجهاي بزرگتر جابجا شده است. قلهي طول موج بلندتر از 600 nm به 630 nm و طول موج کوتاهتر از 410 nm به 424 nm منتقل شده است و پهناي قلهها نیز افزایش یافته است. طیف نمونه حاوي CTAB، قله کاملاً متفاوتی در 411 nm از خود نشان میدهد که این قله بیان کننده تشکیل نانوذرات کروي زرد رنگ میباشد.
