بخشی از مقاله
چکیده
با توجه به خواص و کاربردهای ویژه نانوذرات آلیاژی طلا-نقره بسیاری از محققین به دنبال روشهایی با قابلیت تولید انبوه این مواد هستند. روش سیم انفجاری سیمهای بههمتابیدهشده یکی از روشهای مورد توجه برای تولید نانوذرات فلزی است. در این مقاله از این روش برای سنتز نانو ذرات آلیاژی طلا- نقره در محیط آب یونزدایی شده استفاده شده است. با اعمال اختلاف پتانسیل 400 ولت به دو سر یک سیم بههم تابیدهشده ازسیمهای طلا و نقره، کلوئیدی از نانوذرات آلیاژی تولید شد.
همچنین با انفجار جداگانه سیمهای طلا و نقره، نانوذرات طلا و نقره برای مقایسه با نانوذرات آلیاژی سنتز شدند. محصولات با استفاده از پراش پرتو ایکس - - XRD، میکروسکوپ الکترونی روبشی - - TEM، طیف سنجی پراش انرژی پرتو ایکس - EDS - بررسی شدند. همچنین طول موج تشدید پلاسمون سطحی جایگزیده - LSPR - هر سه نمونه با استفاده از طیف سنجی UV-Visible اندازه گیری و مقایسه شد.
مقدمه
با توجه به کاربردهای ارزشمند نانوساختارهای فلزات نجیب در زمینههای مختلف، کار روی روشهای تولید این نانوساختارها، مانند روش قوس الکتریکی [1] ، استفاده از لیزر [2-4] ، واکنشهای شیمیایی و سنتز سبز [5-7] و سیم انفجاری [8] کانون توجه بسیاری از پژوهشگران بوده است. از آنجا که بسیاری از ویژگیهای نانوساختارهای تولید شده به جنس نانوساختارهای تولید شده وابسته است، بررسی توانایی آلیاژ سازی در روش تولید از اهمیت بالایی برخوردار است.
بهعنوان مثال، با توجه به وابستگی ویژگیهای نوری همچون قله پلاسمونی بهترکیب نانوساختارهای چند فلزی، توانایی روش تولید در تغییر ترکیب نانوساختار محصول بسیار حائز اهمیت بوده و از مزیتهای بسیار مهم روش تولید بهحساب میآید .[2-7] استفاده از تابش لیزری یکی ازروش های تولید نانوذرات فلزی است. بهعنوان مثال، لی1 و همکاران نانوذرات آلیاژی طلا- نقره را با استفاده از تابش لیزر بر توده آلیاژی طلا- نقره سنتز کردند .
[2] مسینا2 و همکاران نیز پس از تولید کلوئیدهای طلا و نقره خالص بهروش تابش لیزر در آب یونزداییشده، با مخلوط کردن دو کلوئید بهنسبت حجمهای مختلف و سپس قراردادن کلوئید حاصل در معرض تابش لیزر، پس از گذشت چهار ساعت کلوئیدهایی از نانوذرات آلیاژی با درصدهای مختلف تولید کردند .[4] کاهش شیمیایی همزمان مخلوط نمکهای فلزی طلا و نقره، یکی دیگر از روشهای تولید این نانوساختارهاست .[5-7] روش سیم انفجاری نیز از روشهای با قابلیت تولید انبوه نانوساختارهای فلزی میباشد. در این روش، با عبور پالس جریان بالایی در مدت زمان کوتاه از سیم فلزی، سیم بخار شده و همزمان با سرد شدن این فاز بخار، نانوذرات تولید میشوند.
این روش آهنگ تولید بسیار بالایی دارد بهگونهای که آهنگ تولید در برخی پژوهشها 200-100 گرم بر ساعت گزارش شده است .[9] مواد اولیه این روش مفتولهای فلزی هستند که نسبت بهمواد شیمیایی آزمایشگاهی بسیار ارزانتر و دردسترستر میباشند. بهعلاوه، این روش نیازی بهتجهیزات گران قیمت مانند لیزر ندارد. برای آلیاژسازی بهروش سیم انفجاری، اغلب پژوهشگران از دو روش استفاده از سیمهای آلیاژی و سیمهای پوشش داده شده استفاده کردهاند .[10-13] بهعنوان مثال، باک3 و همکاران از سیم آلیاژی FeNi3 برای تولید نانوذرات پرمالوی 4 استفاده کردند .[10] کیم5 و همکاران نانوذرات آلیاژی CuNi را با استفاده از انفجار سیم نیکلی که روی آن لایهای از مس انباشت شده بود، تولید کردند .[11]
روش استفاده از سیمهای آلیاژی، محدودیت آلیاژهای موجود در بازار عرضه سیم را دارد و روش استفاده از سیم-های آبکاری شده، مراحل آمادهسازی هزینهبری را ایجاد مینماید. روش استفاده از سیمهای بههم تابیدهشده راه حل بسیار مفید و سادهای است که برخی پژوهشگران بهآن روی آوردهاند. سووا6 و همکاران نانوذرات آلیاژی-Cu Ni را به همین روش در حضور گاز آرگون تولید کردند .[12] در این مقاله، با استفاده از دستگاه سیم انفجاری - مدل PNC1K ساخت شرکت پیام آوران فناوری فردانگر - ، با اعمال اختلاف پتانسیل 400 ولت دو سر سیمهای بههم تاباندهشده طلا و نقره در آب یون زدایی شده، کلوئیدی از نانوذرات آلیاژی تولید شدند. محصولات با استفاده ازآنالیزهای TEM، XRD و EDS بررسی شدند. این محصولات با نانوذرات طلا و نقره خالص تولید شده به این روش مقایسه شدند. همچنین تشدید پلاسمون سطحی جایگزیده - LSPR - با استفاده از طیف سنجی UV-Visible برای هر سه نمونه بررسی و نتایج با یکدیگر مقایسه شد.
مواد و روش تحقیق
سیمهایی از جنس طلا و نقره خالص با قطرهای 0 /17میلیمتر با استفاده از نورد و حدیده کشی در کارگاه طلاسازی آماده شدند. بهدلیل اینکه در فرآیند حدیده کشی روغنهای کششی برای کاهش اصطکاک استفاده میشود، سیمها بعد از نازکسازی بهوسیله مایعهای شوینده و استون خیلی خوب شسته شدند. سپس دو سیم با تعداد دور 6 دور بر سانتیمتر بههم تابیده شدند. همچنین دو سیم طلا و نقره جداگانه با سطح مقطع برابر با مجموع دو سیم بههم تابیدهشده - یعنی هر سیم با قطر 0/24 میلی متر - نیز آماده شدند تا نانو ذرات طلای خالص و نقره خالص نیز برای مقایسه با محصولات طلا- نقره تولید شود. شکل 1 تصویرهای واقعی و طرحواره اجزاء مختلف رآکتور را نشان میدهد.
قسمتهای اصلی چیدمان رآکتور شامل آند، کاتد، میله هدایتگر مفتول، و میلههای نگهدارنده است که همگی به درپوش اصلی رآکتور که از جنس پلاستیک فشرده میباشد، متصل میشوند. برای آنکه جریان برقرار شود، باید سیم هم به آند و هم به کاتد تماس داشته باشد. بنابراین طول سیمی که بین کاتد و آند قرار میگیرد باید از فاصله بین دو الکترود بیشتر باشد تا با پیدا کردن انحنای مناسب، هم به آند و هم کاتد اتصال تماسی داشته باشد.
