بخشی از مقاله
چکیده
ایجاد یک محلول پایدار آبی نانو ذرات TiO2 برای ایجاد لایه محافظ در برابر پرتو UV بررسی و بهینه سازی شد. هدف ایجاد یک محلول پاید با قابلیت استفادهی مستقیم و سازگاز با بدن بوده است به همین منظور از محلولهایی استفاده شده است که با بدن سازگار بوده و بتوان از آنها برای اسپری کردن بر روی لباس یا بدن استفاده کرد. نتایج نشان میدهد محلول آبی با پایدار کننده پلی وینیل الکل میزان پایداری بیشتری نسبت به سایر محلولها برای نانو ذرات TiO2 ایجاد میکند. نتایج بررسی محافظت در برابر پرتو UV نشان داد، بهترین روش برای قرار دادن نانو ذرات TiO2 استفاده از روش پد کردن است. اسپری کردن محلول به روش معمولی میتواند تا 36 درصد از اشعه UV را جذب و تخریب ناشی از آن را کاهش دهد.
کلید واژه- نانو ذرات TiO2، اسپری کردن، محافظ پرتو UV، پلی وینیل الکل
-1 مقدمه
دیاکسید تیتانیوم با داشتن خواصی مانند زیست سازگاری، مقاومت در برابر اکسایندههای و جذب امواج مخرب فرابنفش و نورکاتالیزری - photocatalyst - در مصارف زیستی و پزشکی کاربرد فراوان دارد. یکی از مهمترین خواص اکسید تیتانیوم، خاصیت نورکاتالیستی و ضد باکتری بودن آن است که طی سالیان اخیر بسیار مورد توجه قرار گرفته است. از جمله کاربردهای این ماده میتوان به از بینبردن میکرواُرگانیسم هایی نظیر میکروبها و قارچهای مضر اشاره کرد که موجب بیماری برای انسان و یا آلودگی مواد غذایی میشوند.[1-3] خود تمییز شوندگی نیز یکی دیگر از خواصی است که با استفاده از دیاکسید تیتانیوم بدست میآید و در زمینههای مختلفی به صورت وسیع مورد توجه است.
TiO2 سه شکل بلوری غالب دارد: آناتاز، روتایل، و بروکیت. حالت آناتاز TiO2 فعالیت نورکاتالیستی نشان شدیدتری نسبت به دوحالت بلوری دیگر دارد و همچنین مخلوط آناتاز و روتایل خواص نورکاتالیستی موثرتری نسبت به آناتاز خالص دارند. قرار گرفتن TiO2 در معرض پرتو فرابنفش - طول موج کمتر از 380 نانومتر - باعث تحریک شدن الکترونهای آزاد آن در نوار رسانش شده و باعث ترکیب با اکسیژن و گروه هیدروکسیل - OH - جهت تشکیل سوپراکسید و رادیکالهای هیدروکسیل میشود. این ترکیبات بسیار فعال بوده و قابلیت بالایی برای از بین بردن آلاینده-های آلی و باکتریها دارند.[4]
یکی از روشهایی که برای انتقال نانو ذرات به روی سطوح وجود دارد روش اسپری کردن محلول حاوی نانو ذرات به صورت دیسپرس شده - مخلوط یکنواخت نانو ذرات پراکنده در محیط مایع مانند آب - است.[5] برای همین منظور باید با انتخاب روش و مواد مناسب یک مخلوط همگن و پایدار از نانو ذرات در یک حلال مناسب و غیر مخرب ایجاد کرد تا بتوان از آن به عنوان یک پوشش دهندهی مناسب استفاده نمود. در این پژوهش، هدف تشکیل یک مخلوط پایدار با پایه آبی از نانو ذرات دیاکسید تیتانیوم بوده تا بتوان با استفاده از آن بر روی سطوح عملیات اسپری کردن - پوشش دهی - را انجام داده و تاثیر حضور نانو ذرات دیاکسید تیتانیوم در مواد پوشش داده شده را بررسی نمود.
-2 تجربیات
نانو ذرات دی اکسید تیتانیوم با میانگین اندازه ذرات 80 نانومتر و پودر پلیوینیل الکل با وزن ملکولی 78000 فراهم شده توسط شبکه ملی توانا برای تولید محلول اسپری مورد استفاده قرار گرفت. ایزوپروپیلیک الکل و اتیلنگلیکل نیز با خلوص آزمایشگاهی - ساخت شرکت دکتر مجللی - مورد استفاده قرار گرفتند. برای پخش شدن هرچه بهتر نانو ذرات در محلول آبی، از دستگاه همزن فراصوت استفاده شد. جدول 1 مشخصات هریک از محلولها را نشان میدهد. برای لایه نشانی محلول تهیه شده از سه روش مجزا استفاده شد. الکترواسپری، اسپری معمولی و غوطهوری نمونه داخل محلول پایدار. برای سنجش میزان مقاومت در برابر اشعه فرابنفش از نمونه پارچههای پشمی رنگ شده با رنگ آبی متیلن - methylene [6] - blue استفاده شد.
نمونههای پشمی در دمای 80 درجه و با استفاده از محلول 0/5 درصد آبی متیلن به مدت 1 ساعت رنگرزی شدند. نمونه ها در برابر نور UVA به مدت 20 ساعت قرار داده شدند و میزان رنگپریدگی - تخریب رنگ آبی متیلن - به عنوان شاخصی برای میزان مقاومت در برابر پرتو UV در نظر گرفته شد. جدول 2 محدوده طول موج برای پرتوهای فرابنفش را نشان میدهد.نحوه محاسبه این شاخص در معادله شماره 1 نشان داده شده است. این معادله مقدار تغییر رنگ نمونه را محاسبه میکند. نشان دهنده تفاوت رنگی بین نمونه عمل شده و نمونه مرجع بوده و ∗، ∗ و ∗ مشخصات رنگی نمونه هستند که با استفاده از روش اسپکتروفتومتری انعکاسی بدست میآیند.
-3 بحث و نتایج
طیف جذبی محلولهای آماده شده در شکل شماره 1 نشان داده شده است. نمودار بدست آمده جذب امواج UV در محدودهی UVA توسط نانو ذرات دیاکسید تیتانیوم را نشان میدهد. همانطور که از شکل پیداست تمامی محلولهای تهیه شده روند جذب یکسانی را از خود نشان میدهند. بیشترین مقدار جذب امواج UV در این محدوده - UVA - توسط نانو ذرات TiO2 در طول موج 530 نانومتر انجام میگیرد. ذرات TiO2 به دلیل خواص نیمه رسانایی - حضور الکترون در لایه ظرفیت و انتقال آن به لایه هدایت با جذب پرتو - UV که دارند میتوانند پرتوهای UVA را جذب کنند.[6]محلول آبی حاوی نانو ذرات دیاکسید تیتانیوم، هرکدام پایداری متفاوتی داشته و به مرور زمان با چسبیدن نامو ذرات به یکدیگر ته نشین شده و خاصیت خود را از دست میدهند. شکل شماره 2، نمودار تغییرات ایجاد شده در محلولهای تهیه شده در فواصل زمانی معین را نشان میدهد.
پلی وینیل الکل - ب - آب - الف -
