بخشی از مقاله
چکیده
به کار گیری مواد با ساختار نانو متخلخل به منظور بهبود کارایی و دست یابی به حداکثر پتانسیل ابزا آلات و دستگاه های موجود یکی از جذاب ترین چالش های جوامع علمی امروزه است. در این میان، مواد مزوپور منظم از جنس سیلیکا همچون SBA-15 که دارای تخلخل منظم در محدوده 50-2 نانومتر می باشند، بیش از همه مورد توجه محققین بوده اند. به همین سبب در مقاله ی پیش رو متدی ساده و موثر با بهره گیری از مکانیزم soft-templating برای سنتز SBA-15 در محیطی اسیدی تدوین و ارائه شده است.در این روش از سورفکتانت P123 و کوسورفکتانت CTAB به عنوان عاملان تشکیل دهنده ی ساختار و TEOS به عنوان منبع سیلیس ساختار استفاده می شود که در آخرین مرحله ی سنتز برای دست یابی به ساختار نهایی و حذف الگوها در کوره تحت حرارت قرار می گیرند SBA-15. تولید شده با استفاده از روش های آنالیزیی چون XRD، SEM بررسی و خوصیت سنجی شده است. آنالیز XRD سه پیک بر جسته در زاویه ی زیر 2 را نشان می دهد که شاهدی بر شکل گیری ساختاری مزومتخلخل SBA-15 سنتز شده است.همچنین نتایج حاصل از آنالیز SEM که در دو بزرگنمایی آورده شده، نشان دهنده ی مورفولوژی منظم و استوانه ایی شکل آن در مقیاس نانو است.
کلمات کلیدی: نانو مواد، نانو متخلخل ، مزوپروز، SBA-15
مقدمه
لفظ "نانوتکنولوژی" اولین بار در سال 1974 تعریف شد و پس از آن این عبارت به طور جهانی مورد استفاده قرار گرفت .[1] نانوتکنولوژی دارای تعاریف بسیاری می باشد و هنوز یک توافق جهانی به منظور ارائه ی تعریفی مشخص برای این تکنولوژی حاصل نشده[2]، اما در حال حاضر تعریفی که از نانوتکنولوژی در دیکشنری آورده شده عبارت است از: "طراحی،خصوصیت سنجی، تولید و کاربرد مواد، دستگاه ها وسیستم هایی در مقیاس نانو از طریق کنترل شکل و سایز آنها ". این در صورتی است که نانومقیاس در بردارنده ی دامنه ای در حدود 0,1 تا 100 نانو متر است. در واقع نانو تکنولوژی به هر تکنیکی که بر روی مقیاس نانو کار می کند اشاره دارد.[1] نانوتکنولوژی شاخه ای از تکنولوژی است که پتانسیل کاربردی فراوانی در زمینه های مختلفی دارد.این تکنولوژی طیف گستره ایی از برنامه های کاربردی را در زمینه هایی چون: نانو الکترونیک، انرژی، بیوتکنولوژی، فناوری اطلاعات، بهداشت و درمان و امینت ملی پوشش می دهد.
سازمان بین المللی استاندارد سازی - ISO - 3 نانومواد را به عنوان "ماده ایی با هر بعد خارجی در مقیاس نانو یا دارای ساختار سطحی و یاداخلی در مقیاس نانو" تعریف کرده است. این دست از تعاریف تکنیکی که تنها بر مبنای سایز است، ممکن است از نقطه نظر ارزیابی های ریسکی، به سبب در نظر نگرفتن دیگر عناصر مهم ساختاری، ناکافی باشد. نانومواد ممکن است خواص متفاوتی نسبت به نمونه هایی با ساختار ساده داشته باشند و این تفاوت خواص باعث شکل گیری پتانسیل های بالقوه ی کاربردی در موارد مرتبط با مسائل زیستی و انسانی شده است.[3] موضوع جذابیت مقیاس نانو نیز مربوط به خواص مواد است. یافتههای دانشمندان نشان میدهد که خواص مواد در مقیاس نانو بسیار متفاوت از مقیاس ماکرو است. به عبارت دیگر اگر ذرات یک ماده خاص را در حد چند نانومتر 1 - تا 100 نانومتر - کوچک کنیم، این ذرات ویژگیهای متفاوتی با ذرات بزرگ اولیه خواهند داشت.
این در حالی است که کوچککردن ذرات یک تغییر فیزیکی است و ما انتظار نداریم که با این تغییر فیزیکی، ویژگیهای اصلی ماده تغییر کند. این امر سبب گردیده مقیاس نانو بیش از سایر مقیاسها مورد توجه قرار گیرد. با توجه به قابلیت های کاربردی نانومواد با تخلخل نانو موسوم به نانو متخلخل 4 ها، در زمینه های مختلف ، این مواد در علم نانو بسیار مورد توجه قرار گرفته اند. در واقع مواد نانو متخلخل به موادی اطلاق می گردد که دارای حفراتی در ابعاد نانو باشند وحجم زیادی از ساختار آنها را فضای خالی تشکیل دهد. بر اساس تعریف مصطلح نانوفناوری، دانشمندان شیمی در عمل عبارت نانو متخلخل را برای موادی که حفرههایی با قطر کم تر از 100 نانومتر دارند، به کار میبرند. اتحادیه ی جهانی شیمی محض و کاربردی5 مواد نانو متخلخل را به سه دسته ی میکرومتخلخل6 ها، مزومتخلخل7 ها و ماکرومتخلخل8 ها تقسیم کرده است.
میکرومتخلخل هاموادی با حفره هایی با قطر کم تر از 2 نانومتر، مزومتخلخل ها موادی با حفره هایی با قطر 2 تا 50 نانومتر و ماکرومتخلخل ها موادی با حفره هایی با قطر بیش تر از 50 نانومتر هستند. سطح ویژه ی بالا، انتخاب پذیری شکل و اندازه از مهم ترین ویژگیهای نانومتخلخل ها است که سبب کاربرد های فراوان در زمینههای مختلفی چون کاتالیزور، تصفیه ، حسگرها و غیره شده و نقش آن ها را در نانو فناوری پر رنگ کرده است. پیشرفت این مواد در آینده وابسته به ساخت مواد نانومتخلخل مهندسی شده و کنترل شده برای کاربرد های مد نظر است. امروزه بشر به منظور افزایش بهر برداری از مواد نانو متخلخل دست بکار تغییر و طراحی این دسته از مواد شده و مواد نانو متخلخل مصنوعی را تولید نموده است.[4] سیلیکاهای نانو متخلخل سیلیکاهای مزوپوروز منظم 9 به طور وسیع به عنوان دسته ایی از مواد که به طور مصنوعی سنتز می شوند، مورد بررسی قرار گرفته اند.
این مواد دارای ویژگیهایی چون مساحت سطحی ویژه ی بالا، تخلخل یک شکل، توزیع اندازه حفرات نسبتا باریک و حفراتی با شکل مناسب اند.[5] بعد از کشف سلیکاهای مزوپروز در سال 1992، این مواد به صورت گستردهایی سنتز، خصوصیت سنجی و به کار گرفته شدند و علاقه ی بسیاری را در علم مواد به خود جلب نمودند. این مواد به کررات به عنوان میزبانی عالی، به سبب خواص منحصر به فردشان، مورداستفاده قرار گرفته اند.[6] در بین تعداد بیشمار سلیکاها با ساختار مزوپوروز منظم که در دهههای گذشته مورد بررسی قرار گرفته اند، به نظر می رسد SBA دارای جذابیت بیشتری بوده و به طور بالقوه برای مصارفی چون ذخیره سازی گاز، حسگرها، کاتالیز ها و سیستم های تحویل دارو به دلیل سطح ویژه ی بالا، سیستم های تخلخل منظم و توزیع شعاع حفرات مناسب، بیشتر استفاده شدهاند.[7]
سیلیکای SBA-15 یکی از مشهور ترین انواع SBA است که دارای حفراتی باتوزیع ابعاد یکسان، یک شکل، بزرگ است و پایداری هیدروترمال قابل قبولی را از خود نشان دادهاست. این دستهی خاص از مواد، میتواند در محدوده ابعادی وسیعی با مورفولوژیهای خاصی تولید شوند.[5] روش های بی شماری برای سنتز SBA-15 با خواص بهبود یافتهی مناسب از دهههای گذشته تا به امروز باستفاده شده است [8 ,7] و بیشتر این روش های سنتز بر مبنای تغییر در شرایط سنتز که شامل تغییر در منبع سیلیکا، ماهیت سورفکتانتها، کوسورفکتانتها، حلالها، افزودنیها و ترکیب کلی مخلوط سنتز است.[9] اما دو روش کلی direct-synthesis و postsynthesis grafting روش هایی هستند که برای سنتز این مواد به کار گرفته شده اند. روش های direct-synthesis روش های نسبتا ساده ای هستند که محققان بسیاری توانسته اند با بهره گیری از این روش ها تحت شرایط مختلف سنتز موفقیت آمیزی داشته باشند. روش های
