بخشی از مقاله
چکیده
در این پژوهش با استفاده از روش تخلیه قوس الکتریکی، نانوذرات نقره به دي اکسید تیتانیوم اضافه شده است و نمونههاي پودري Ag-TiO2 با درصد غلظتهاي مختلف تهیه شد. سپس خواص ساختاري نمونهها با استفاده از آنالیز XRD مورد ارزیابی قرار گرفته شد. در ادامه تست ضدباکتري نشان داد که اضافه کردن نقره به
TiO2 باعث ایجاد خاصیت ضدباکتري نمونهها میشود.
مقدمه
دياکسید تیتانیم به علت داشتن بعضی خواص فیزیکی جالب که آن را براي انواع کاربردها مناسب میسازد، نظر عمده محققین را به خود اختصاص داده است. هنگامی که TiO2 در معرض تابش نور با انرژي بیشتر از گاف انرژياش قرار می گیرد، الکترون نوار ظرفیت به نوار رسانش برانگیخته شده و زوج الکترون-حفره ایجاد میشود. این پدیده دو خاصیت آبدوستی و فوتوکاتالیستی را به دنبال دارد که مبناي اصلی کاربردهاي TiO2 میباشد .[1]ترکیب این دو خاصیت، گستره وسیعی از کاربردها را مانند تصفیه آب و هوا، سطوح خودتمیزشونده و سلولهاي خورشیدي را در بر میگیرد .[2] علیرغم حجم بالاي مطالعات انجام شده بر روي این نیمرسانا، هنوز پژوهش هاي بسیاري به هدف بهبود خواص این نیمرسانا صورت میگیرد.
تنها اشکال TiO2 این است که خطوط گاف نواري آن در محدوده فرابنفش براي فازهاي آناتاز و روتایل به ترتیب 3/2 eV و 3 eV است. در نتیجه فقط پرتو فرابنفش براي تولید جفت الکترون-حفرهها و تولید فرآیند فوتوکاتالیستی تواناست.
بنابراین هر اصلاحی را میتوان براي فوتوکاتالیستهاي پایه TiO2 و در نتیجه بهبود فعالیت فوتوکاتالیستی انجام داد. یکی از راهکارها اضافه کردن ذرات فلزي مانند Ag، Au، Pt - فلزات نوبل - و غیره به این نیمرسانا میباشد .[3-4] از میان این فلزات، نقره به دلیل خواص پلاسمونی جالب خود در ابعاد نانومتري، خواص ضدباکتري و سهولت تهیه و قیمت پایین مورد توجه بسیار قرار گرفته است. با قرار گرفتن نقره در کنار TiO 2الکترونِ، جفت الکترون-حفره ایجاد شده با تابش نور، توسط نقره به دام میافتد و آهنگ بازترکیب آنها کاهش می یابد که بهبود بازده فوتوکاتالیستی را به همراه خواهد داشت؛ به علاوه، خاصیت ضدباکتري نقره ساختار نقره-دي اکسید تیتانیوم را به یک ساختار ضدباکتري دایمی تبدیل میکند، چراکه خاصیت ضدباکتري TiO2 تنها در معرض تابش نور UV فعال میباشد. همانطور که در شکل 1 دیده میشود، نقره میتواند با به دام انداختن الکترونهاي ایجاد شده،جدایش زوج الکترون-حفره را بهبود ببخشد و از بازترکیب سریع ن آنها جلوگیري کرده و انتقال بار را به سطح فوتوکاتالیست ارتقا دهد .[5]
مواد و روشها
الف - روش تهیه نانو ذرات:
براي پوششدهی TiO2 با نقره از روش تخلیه قوس الکتریکی استفاده میشود. در این پژوهش، براي تهیه نانوساختار Ag-TiO2، از پودر از پیش آماده شده TiO2 ساخت شرکت gohsenol استفاده شد. همچنین از قطعات فلز نقره به شکل قرصضخامت - با قطرفcmف1 و ریزي برنامه 9 مرحله استفاده شده است. mmف - 2 به عنوان آند و کاتداستفاده میشود. دو الکترود به دستگاه تولید جرقه الکتریکی - شکل - 2 با جریا 50A و ولتاژ متغیر تا V ف20 متصل میشوند. با تنظیمدستگاه جرقهزن، دو الکترود را به هم نزدیک کرده تا فاصله مناسب بین الکتروها براي ایجاد جرقه بدست آید، سپس گازآرگون را با فشار 200-500 mbar باز میکنیم، گاز آرگون در حین عبور از مسیر، پایه کاتالیزور - دياکسید تیتانیوم - را همراه خود به داخل لوله مارپیچی برده تا ملاًکا با هم - گاز آرگون و پایه کاتالیست - مخلوط شوند سپس از وسط الکترودها وارد دستگاه شده و با ایجاد جریان و دماي بالا بین الکترودها جرقه زده شده وفلز نقره به صورت بخار در آمده و در ابعاد نانو بر روي پایه کاتالیست می نشیند و به همراه گاز از قسمت خروجی دستگاه خارج میشود. نانوکاتالیست بدست آمده در یک تله که محتوي 10 درصد پلی وینیل الکل، 2 درصد مونو اتانول آمین استئارات وبقیه آن آب یونزدایی شده می باشد، جمعآوري میشود. بعد ازجمعآوري محصول، آنرا به مدت 60 دقیقه در دماي 120 درجه سانتیگراد روي هیتر قرار داده تا آبگیري انجام شود. محصول به مدت 1 ساعت در دماي 600 درجه سانتیگراد کلسینه شده وسپس آسیاب میشود.
ب - روش آزمایش ضد باکتري
خاصیت ضد باکتري نمونهها به وسیله کشت باکتري بر روي محیط کشت و قرارگیري دیسکهاي مخصوص حاوي مواد در محیط کشت مورد مطالعه قرار گرفته است. هنگامی که دیسک از مادهاي پوشیده می شود و روي محیط کشت باکتري قرار داده میشود، ماده از دیسک به داخل آگار نفوذ میکند. این نفوذ موجب پخش شدن ماده در نزدیکی اطراف دیسک می شود. حلالیت ماده و اندازه مولکولی آن، مساحت پوشش داده شده توسط ماده را تعیین میکند. حال اگر ارگانیزمی بر روي آگار قرار داده شود، در صورتی که آن ارگانیزم نتواند در اطراف دیسک رشد کند؛ این ناحیه عدم رشد در اطراف دیسک، منطقه جلوگیري نامیده می شود. پارامترهاي زیادي میتوانند در این آزمایش تاثیرگذار باشند. در هنگام انجام آزمایش باید چندین پارامتر ثابت نگه داشته تا تنها عامل متغیر اندازه منطقه جلوگیري باشد.
شرایطی از قبیل محیط کشت - آگار - مورد استفاده، میزان باکتري مصرف شده، غلظت ماده استفاده شده و شرایط رشد - مانند زمان، دما و فشار - براي نمونههاي مختلف میبایست یکسان باشد.روش انجام تست ضد باکتري، روش کربی-باور و محیط کشت استفاده شده، آگار مولر-هینتون میباشد. براي انجام آزمایش ابتدا 50 g از پودر مخصوص محیط کشت مولر-هینتون را در یک لیتر آب مقطر حل میشود. محلول حاصل به مدت 15 دقیقه درون اتوکلاو در دماي 121˚C و فشار یک اتمسفر قرار داده میشود تا عاري از هرگونه میکروارگانیزم شده و کاملا استریل شود. سپس آنرا زیر هود برده و در ظرف پتري ریخته میشود. بعد از گذشت چند دقیقه که محیط کشت حالت ژلهاي پیدا کرد، آماده کشت باکتري است. در تست آنتی بیوتیک کربی-باور قرص حاوي ماده آنتی باکتري روي محیط کشت قرار داده می شود و قطر ناحیه جلوگیري اطراف قرص اندازهگیري میشود. بزرگی ناحیه براي تخمین حساسیت باکتري به ماده آنتیبیوتیک استفاده می شود.
نتایج و بحث:
الف - آنالیز پراش اشعه ایکس
طیف XRD شکل 3 نشان می دهد که دياکسید تیتانیوم استفاده شده بطور کامل در فاز روتایل می باشد. پس از بارکنش کردن TiO2 با نقره، به ترتیب در زوایاي 38/15˚ و 44/34˚پیکهاي صفحات بلوري - 111 - و - 200 - مربوط به فلز نقره به وجود میآیند. با وارد شدن مقدار بیشتر نقره، شدت پیک هاي - 111 - و - 200 - بهبود بخشیده شده و در زوایاي 64/5˚ و 77/47˚پیکهاي صفحات بلوري - 220 - و - 311 - مربوط به فلز نقره نیز ظاهر میشوند. اندازه متوسط نانوذرات نقره نیزگیريبا اندازه پهناي پیک مربوط به نقره در نصف شدت ماکزیمم و جایگذاري آن در رابطه شرر، برابر 34 nm بدست آمد.
ب - خاصیت ضد باکتري Ag-TiO2
آزمایش براي مطالعه خاصیت ضد باکتري به این صورت انجام شد که از محلول هاي یک درصد وزنی پودر TiO2، Ag-0/1% TiO2 و 0/5% Ag-TiO2 در آب مقطر بر روي دیسکهاتست آنتی باکتریال گرفته شد. شکل 3ناحیهتصاویر نمونهها و جلوگیري هر یک را نشان میدهد.
