بخشی از مقاله
چکیده
تهیه سبز نانوذرههای نقره در دمای محیط با استفاده از روش احیای شیمیایی انجامگرفت که در طی آن از نقرهنیترات بهعنوان پیشمادهی نقره و از گالیک اسید به عنوان عامل احیا و پایدارکننده استفادهشد. در این پژوهش اثر pH - مقادیر 7، 9 و - 11 بر روی اندازه و توزیع نانوذرههای تهیهشده بررسیگردید. بررسی اثر pH در تهیه نانوذرهها نشانداد که مقدار pH در فرآیند تهیه بسیار با اهمیت بوده و یک مقدار بهینه برای آن وجود دارد که در صورت عبور از این مقدار و یا کمتر از حد بهینه آن، اندازه نانوذرهها و توزیع آنها را تحت تأثیر خود قرار میدهد. از آزمون طیفسنجی مرئی-فرابنفش به منظور دیدن پیک مشخصه نانوذرههای نقره استفادهشد و دیدن این پیک در بازهی 390-395 نانومتر، حضور نانوذرههای نقره را در محلول نشانداد. از آزمون تفرق دینامیکی نور برای بررسی اندازه نانوذرهها و توزیع آنها استفادهگردید. نتایج نشانداد که در صورت استفاده از مقدار بهینه pH در فرآیند - pH = 9 - ، نانوذرههایی با متوسط قطر هیدرودینامیکی 9/38 نانومتر حاصلمیگردد.
کلمات کلیدی: نانوذرههای نقره، تهیه سبز، روش احیای شیمیایی، عامل احیا، پایدارکننده.
-1 مقدمه
دانش فناوری نانو یکی از برجستهترین بحثها در جهان امروز است که توجه دانشمندان را در حوزههای گوناگون علوم بنیادی و کاربردی به خود جلب نمودهاست .[1] این حوزه از دانش به مطالعه و توسعه مواد در مقیاس اتمی، مولکولی و ماکرومولکولی میپردازد که منجر به تغییر واحدهای ساختمانی مواد و تبدیل آنها به مقیاس 1 تا 100 نانومتر میشود. به دلیل ابعاد کوچک، نانوذرهها ویژگیهای فیزیکی و شیمیایی متفاوتی نسبت به حالت توده1 از خودشان نشانمیدهند .[2] استفاده از نانوذرههای فلزی مانند طلا، نقره، مس و غیره کاربردهای بسیاری در فناوری نانو پیدا کردهاست. در این میان، نانوذرههای نقره نیز به دلیل ویژگی وابسته به اندازهشان2 توجه ویژهای را به خود جلب نمودهاند که از جملهی آن میتوان به ویژگیهای رزونانس پلاسمون سطحی3، نوری، الکتریکی، شیمیایی، کاتالیستی، ضد باکتریایی و غیره اشارهنمود .[3]
به دلیل وجود این ویژگیها، از نانوذرههای نقره در حوزههایی مانند ساخت حسگرها، ساخت کاتالیستها، اسپکتروسکوپی رامان سطح، جوهر رسانا4 و غیره استفادهمیگردد 4]، .[5 یکی از کاربردهای عمده نانوذرههای نقره در تهیه جوهرهای رسانا است. این جوهرها حاوی پودری پخششده از نانوذرههای نقره در محملی از جوهر بوده که به کمک دستگاههای چاپ بر روی سطح مورد نظر اعمال میگردد. نکته دارای اهمیت در تهیه جوهر رسانا اندازه نانوذرههای نقره میباشد، زیرا دهانه نازل در دستگاه چاپ جوهرافشان دارای قطری در حدود 21 میکرون است که نانوذرههای مصرفی در جوهر باید حداکثر دارای اندازه 200 نانومتر باشند تا از گرفتگی دهانه نازل در حین چاپ جلوگیریشود .[6]
روشهای گوناگونی برای تهیه نانوذرههای نقره استفادهمیشود که بهطور کلی به دو دستهی فیزیکی و شیمیایی تقسیم میگردند. از روشهای فیزیکی میتوان به استفاده از لیزر و تابش الکترون اشارهنمود. روشهای شیمیایی متداول نیز شامل احیا به روش پلیاُل، استفاده از پرتو مایکروویو، احیای شیمیایی و احیا به روش سونوشیمیایی میباشند .[7] از میان روشهای موجود، فرآیند احیای شیمیایی پرکاربردترین روش است. مزایای استفاده از این روش، زمان کوتاه واکنش، فرایند ساده به دلیل نیاز نداشتن به دستگاه و تجهیزات خاص و گرانقیمت و بازده بالا است. در فرآیند تهیه نانوذرههای نقره، که عموما بهصورت محلول انجاممیگیرد، نمکنقره محلول در آب به وسیلهی یک عامل احیا به نانوذرههای نقره تبدیلمیشود .[8]
در طی فرآیند، اغلب از موادی بهعنوان پایدارکننده5 به منظور جلوگیری از تجمع نانوذرات استفاده میشود، زیرا در مقیاس نانو نسبت سطح به حجم ذرهها افزایش یافته در نتیجه ذرهها کلوخه شده و مولکولهای هوا را بر سطح خود به دام می-اندازند. این کلوخهها - تجمعات - و هوای گیر افتاده در سامانه، مقاومت الکتریکی سامانه را بالا برده و در نتیجه از میزان رسانایی آن میکاهد که برای جوهر رسانا عیب محسوب میشود. بنابراین هم اندازه نانوذرات و هم توزیع آنها برای کاربرد در جوهر رسانا دارای اهمیت میباشد .[9]در این پژوهش تهیه نانوذرات نقره در دمای محیط با استفاده از روش احیای شیمیایی انجام گرفته و اثر pH - مقادیر 7، 9 و - 11 بر روی اندازه و توزیع نانوذرههای تهیهشده بررسیگردید. افزون بر آن، باتوجه بهاستفاده از مواد دوستدار محیط زیست در این پژوهش، این روش سبز نامیده میشود زیرا که تمام مواد کاربردی و تولیدشده در این فرایند برای طبیعت بیضرر هستند.
-2 بخش تجربی
-1-2 مواد مصرفی
پودر سفید رنگ نمک نقرهنیترات بهعنوان پیشماده و پودر نخودی رنگ گالیک اسید بهعنوان عامل احیا و پایدارکننده در تهیه نانوذرات نقره مصرفشد. از سدیم هیدروکسید جهت تنظیم pH استفادهگردید. تمامی مواد بهکار رفته از شرکت Merck آلمان خریداریشد و بدون خالصسازی دوباره استفادهشد.
-2-2 روش تهیه
روش کاربردی در این پژوهش، فرآیند احیای شیمیایی در دمای محیط میباشد. ابتدا یک محلول 5 میلیمولار نقره نیترات تهیهشد، سپس محلول گالیک اسید با غلظت 5 میلی مولار تدریجا به محلول نقرهنیترات در حال همزدن با همزن مغناطیسی اضافهگردید. پس از همزدن به مدت 5 دقیقه، pH محلول به کمک سدیم هیدروکسید به مقدار معین 7 - ، 9 و - 11 رسانده شده تا اثر pH بر اندازه و توزیع نانوذرههای نقره بررسیگردد. بعد از تنظیم pH، نمونهها در دمای محیط به مدت 30 دقیقه با همزن مغناطیسی همزده شدند.
-3-2 آزمونهای انجامشده
آزمون طیفسنجی نور مرئی-فرابنفش با استفاده از دستگاه اسپکتروفتومتر JENWAY-6715 ساخت کشور انگستان در طول موج بین 300-800 نانومتر به منظور دیدن پیک مشخصهی نانوذرههای نقره که در بازه
