بخشی از مقاله
چکیده
در این کار پژوهشی، نانوذرات هسته- پوسته سیلیکا- نقره به دو روش تهیه شدند. در روش اول بدون کاربرد ماده عاملیکننده و در روش دوم با استفاده از ماده عاملیکننده تری آمینو پروپیل تری اتوکسی سیلان - APTES - نانوذرات هسته- پوسته سیلیکا- نقره سنتز شدند. خواص ساختاری نانوذرات هسته- پوسته سیلیکا-نقره توسط طیفهای XRD و تصاویر TEM مورد مطالعه قرار گرفتند و طیفهای جذب اپتیکی نانوذرات هسته- پوسته سیلیکا- نقره توسط باریکه اسپکتروفوتومتر UV-VIS در گستره طول موج 300-1100nm اندازهگیری شد.
مقدمه
نانوذرات هسته- پوسته یا نانوپوستهها یک رده خاص از موادنانوکامپوزیتی را تشکیل میدهند. این ذرات شامل یک هسته کروی هستند، که با یک پوسته نازک از ماده دیگر، با کاربرد شیوههایخاص پوشیده میشود .[1] این ذرات برای اهداف مختلفی مانندبهبود پایداری شیمیایی کلوئیدها، بیوسنسورها، خواص لومینسانس بهبود یافته، رسانش دارو و ... سنتز میشوند .[2-4] نانوذرات هسته- پوسته میتوانند با کاربرد هر مادهای مانند نیمرساناها، فلزات و عایقها سنتز شوند. معمولا مواد دیالکتریک مانند سیلیکاو پلی استیرین به دلیل پایداری بالایشان بعنوان هسته استفاده میشوند. آنها بطور شیمیایی خنثی و قابل حل در آب هستند، بنابراین میتوانند در ترکیبهای مختلف هسته- پوسته ماننددیالکتریک- فلز، دیالکتریک- نیمرسانا، فلز- فلز، نیمرسانا-نیمرسانا، نیمرسانا- دیالکتریک، فلز- دیالکتریک و ... سنتز شوند .[2]
نانوپوستهها میتوانند با روشهای مختلفی سنتز شوند. یک روش شامل، سنتز ذرات هسته و پوسته بطور جداگانه است. سپس ذرات پوسته میتوانند به ذرات هسته به وسیلهی روشهای خاص
متصل شوند. در یکی از این روشها، سطح ذرات هسته معمولا بامولکولهای دو عاملی برای افزایش پوشش مواد پوسته بر روی سطوح آنها، اصلاح میشوند. سطح ذرات هسته مانند سیلیکامیتواند با کاربرد مولکولهای آلی دو عاملی مانند APTES اصلاح شود .[5] در این تحقیق، نانوذرات هسته- پوسته سیلیکا- نقره با دو روش، در غیاب ماده عاملی کننده APTES ودر حضور ماده عاملی کننده APTES، سنتز شده و خواص ساختاری و اپتیکی آنها مورد مطالعه قرار گرفته است.
کار آزمایشگاهی
به منظور سنتز نانوذرات سیلیکا با پوسته نقره در غیابAPTES، ابتدا 0/025g نانوذرات سیلیکای تهیه شده به روش همرسوبی، با کمک التراسونیک درون 50mL آب مقطر پخش ودرون بالون ریخته شد. در مرحله بعد، 0/05 مول نیترات نقره در100mL حلال آب مقطر و اتانول با نسبت حجمی برابر حل و بهمحلول بالا، تحت همزدن، اضافه شد. سپس، 0/2 مول
بوروهیدریدسدیم در 100mL آب مقطر حل شد و بعنوان احیاکننده به صورت تدریجی به محلول حاصل اضافه شد. یک محلول کلوئیدی بدست آمد، که پس از چند بار شستشو با آب مقطر به کمک پمپ خلأ فیلتر و توسط IR خشک شد.
در نهایت نانوذرات هسته- پوسته سیلیکا- نقره تهیه شدند. در روش دوم، ابتدا 0/025g نانوذرات سیلیکا به وسیلهی التراسونیک درون 50mL آب مقطر پخش شد، سپس به منظور عاملی کردن سطح نانوذرات سیلیکا، 36mM تری آمینو پروپیل تری اتوکسی سیلان به این محلول اضافه شد. سپس این محلول به مدت 4 ساعت در دمای 100C رفلاکس شد و در نهایت 150mL محلول کلوئیدی نانوذرات نقره تهیه شد. سپس عامل پاشندهساز پلی وینیل پیرولیدن - PVP - به محلول بالا اضافه شد و محلول به مدت 4ساعت دیگردر دمای حدود 100C رفلاکس شد. محلول کلوئیدی حاصل به
وسیلهی پمپ خلأ فیلتر شد. برای حذف مواد اضافی چند مرتبه با آب مقطر شسته و در آخر توسط لامپ IR خشک شد. محصول نهایی نانوذرات هسته- پوسته سیلیکا- نقره است.
مشخصهیابی خواص ساختاری نانوذرات
نانوذرات هسته- پوسته سیلیکا- نقره سنتز شده در غیاب و درحضور APTES در شکل 1 نشان داده شده است. با وجود اینکه طیف XRD نانوذرات سیلیکا آمورف است، اما بعد از پوشیدننانوذرات نقره بر روی ذرات سیلیکا، سه قله پراش تیز متناظر باپراشهای - 111 - ، - 200 - و - 220 - برای فاز مکعبی مرکز سطحینقره مشاهده شد، که نشانه تشکیل نقره با بلورینگی زیاد است. از طرفی، در طیف XRD نانوذرات هسته- پوسته سیلیکا- نقره سنتز شده در حضور APTES، به دلیل استفاده از محلول کلوئیدی نانوذرات نقره حاوی PVP، قلهها پهنتر و دارای شدت کمتر هستند و در نتیجه نانوذرات نقره کوچکتر هستند. با استفاده ازرابطه دبی- شررDhkl=K / hklcos میتوان اندازه نانوبلورکهارا محاسبه کرد.
در این رابطه، طول موج بکار رفته، K یک ثابتدر حدود 1 است، زاویه پراکندگی، پهنای متوسط در نصفارتفاع ماکزیمم - FWHM - است. در جدول 1 مشخصات ساختاری برای قلههای مشاهده شده در طیف XRD نانوذراتهسته- پوسته سیلیکا- نقره سنتز شده در غیاب و در حضورAPTES آورده شده است.جهت تعیین ساختار بلوری نانوذرات از دستگاه پراش پرتو X - a - در غیاب APTES و - b - در حضور APTES مدل D8 ADVANCE-BRUKER با طول موج 0/15406 در گستره زاویهای 2 20-70 استفاده شد. الگوی پراش پرتو X در شکل 2 تصاویر میکروسکوپ الکترونی عبوری - TEM - نانوذرات هسته- پوسته سیلیکا- نقره در غیاب و در حضور APTES نشان داده شده است. اتصال نانوذرات نقره به صورتذرات ریز بر روی سطح نانوذرات سیلیکا در شکل مشاهدهمیشود.
مشخصهیابی خواص اپتیکی نانوذرات
جذب اپتیکی نانوذرات هسته- پوسته سیلیکا- نقره تهیه شدهدر غیاب APTES در شکل 3 نشان داده شده است. با اینکهطیفهای جذبی UV-VIS کرههای سیلیکا بدون پوسته - شکل - 4هیچ قله مشخصی نشان نمیدهند، زیرا تابع دیالکتریک سیلیکا در گستره طول موج 300-1100nm ثابت است 2]،.[6 پس ازرسوبگذاری نانوذرات نقره بر روی ذرات سیلیکا، یک قله جذبدر حدود 400nm به دلیل تشدید پلاسمون سطحی نانوذرات فلزی نقره، ظاهر میشود. جذب اپتیکی نانوذرات هسته- پوسته سیلیکا- نقره تهیه شده در حضور APTES در شکل 5 نشان داده شده است. در این مورد علاوه بر قلهای که در حدود 400nm به دلیل برانگیختگیهای تشدید پلاسمون سطحی نانوذرات نقره منفرد مشاهده میشود، یک قله جذب جدید در طول موج بلندتر - حدود - 600nm پدیدار میشود، که ممکن است به رفتار جذبیدسته جمعی نانوذرات نقره بر روی سطح سیلیکا نسبت داده شود.که تشکیل و رشد بهتر نانوپوسته نقره را نسبت به نانوذرات هسته-پوسته سیلیکا- نقره تهیه شده در غیاب APTES نشان میدهد،زیرا APTES با عاملدار کردن سطح ذرات سیلیکا، اتصالنانوذرات نقره بر روی سطح ذرات سیلیکا را بهبود میبخشد.
