بخشی از مقاله
چکیده
در این تحقیق نانوذرات اکسید روي در اندازه هاي مختلف و دلخواه با استفاده از دندریمر زیست سازگار پلی سیتریک اسید ساخته و تاثیر اندازه ذرات بر روي خواص فیزیکی آن مورد بررسی قرار گرفت. براي این کار دندیمر سیتریک اسید به روش پلیمریزاسیون با طول زنجیره هاي مختلف - نسلهاي مختلف - سنتز شد و سپس با استفاده از محلول دندریمر، نیترات روي و NaOH نانوذرات اکسید روي تولید شدند. نمونه هاي ساخته شده با استفاده از تصویر TEM ، طیف XRD و طیف UV مورد بررسی قرار گرفتند. نتایج نشان داد که با بکار بردن نسلهاي مختلف از دندریمر می توان اندازه ذرات و گاف انرژي را به دلخواه کنترل نمود. زیرا با کوچکتر شدن اندازه ذرات، گاف انرژي نیز تغییر می یابد.
مقدمه
اکسید روي یک نیمرساناي نوع n از گروه II-VI با گاف انرژي مستقیم 3/37 ev می باشد. این نیمرسانا داراي بیشترین انرژي اکسیتونی درحدود 60 Mev در بین نیمرساناهاي این گروه می باشد که این انرژي 2/4 بار از انرژي گرمایی موثر در دماي اتاق بزرگتر است.[1] این نیمرسانا به علت فراوانی در طبیعت و غیر سمی بودن از ITO ها بیشتر مورد توجه قرار گرفته است. علاوه بر این، به دلیل ویژگی هاي الکتریکی، اپتیکی و نیز پایداري مکانیکی و شیمیایی بالا در زمینه تحقیقات، گسترش صنایع الکترونیک، اپتوالکتریک و تولید انرژي هاي پاك توجه زیادي را به خود جلب کرده است.[2] به همین خاطر پژوهشهاي زیادي بر روي روشهاي سنتز و اصلاح خواص نانوذرات اکسید روي انجام گرفته است.
از جمله روشهاي ساخت می توان به رسوب دهی ]٣[، هیدروترمال[4]، سل_ژل[5] اسپري پیرولیز[6] و روش فراصوتی[7] اشاره کرد. خواص و کاربردهاي ZnO کاملا به اندازه و ساختار آنها وابسته است. بنابراین با کنترل اندازه و اصلاح ساختار می توان خواص آن را بهبود بخشید. به همین دلیل کنترل اندازه ذرات از تحقیقات اصلی در این زمینه به شمار می رود که می توان به پژوهشهایی که با استفاده از سولفکتانت سعی در کنترل اندازه نانوذرات شده است4]و.[8 در این تحقیق با استفاده از دندریمر زیست سازگار پلی سیتریک اسید، نانوذرات ZnO را سنتز و اندازه آنها را کنترل کردیم. که با این روش موفق به ساخت نانوذرات یکنواخت در اندازه هاي مختلف و دلخواه شده و خواص آنها را بررسی نمودیم.
روش آزمایش
ابتدا دندریمر پلی سیتریک اسید به روش پلیمریزاسیون در نسلهاي مختلف ساخته و سپس از آن براي تولید نانوذرات در اندازه هاي مختلف استفاده شد. براي این کار مقداري از اتیلن گلیکول و سیتریک اسید به نسبت هاي 1/2 - ، 2/5 و - 3/10 را داخل آمپول پلیمریزاسیون ریخته و تحت خلاء، دما را به آرامی تا دماي 140 درجه سانتیگراد بالا می بریم. در این مدت با استفاده از پمپ خلاء بخارهاي آب را از محیط واکنش خارج نموده و محلول را تحت چرخش یکنواخت قرار می دهیم. پس از رسیدن به دماي 140 درجه سانتیگراد جهت جلوگیري از ورود هوا به داخل آمپول، آن را محکم بسته، عایق بندي نموده و به مدت 3 ساعت در حال چرخش در دماي ثابت با استفاده از حمام روغن نگه می داریم. سپس آن را سرد و در حلال THF حل می کنیم.
پس از صاف کردن آن را با استفاده از سیکلوهگزان رسوب داده و محصول نهایی را جدا می کنیم. با توجه به اینکه این دندریمر در آب محلول می باشد، جهت استفاده از آن در ساخت نانوذرات اکسید روي، محلول یک مولار از نسلهاي مختلف دندریمر را در آب تهیه کرده و همچنین با رعایت نسبت هاي استکیومتري محلول هاي یک مولار از نیترات روي و آمونیاك را نیز آماده و محلول نیترات روي را بر روي هیتراستیرر در حال چرخش قرار داده و سپس محلول یک مولار پلی سیتریک اسید را به آن می افزاییم.
محلول را به مدت 30 دقیقه در حال چرخش قرار داده کاملاًتا یکنواخت شود. در ادامه محلول آمونیاك را به آهستگی و بصورت قطره قطره به ترکیب افزوده و محلول را به مدت 2 ساعت در دماي50°C تحت چرخش یکنواخت قرار می دهیم. نانوذرات تولید شده را از محلول جدا کرده و با آب مقطرکاملاً شستشو می دهیم. سپس آنها را در دماي اتاق خشک نمودیم. در نهایت براي تشکیل اکسید روي محصول در کوره دردماي600°C به مدت 2 ساعت تحت حرارت قرار داده شد. تصاویر TEM و طیفهاي XRD نمونه هاي ساخته شده به وضوح ساختار و مورفولوژي آنها را نشان می دهد.
بحث و نتیجه گیري
در شکل - 1 - تصاویر TEM نانوذرات ZnO ساخته شده با استفاده از نسل هاي مختلف 1 تا 3 دندریمر پلی سیتریک اسید را نشان می دهد. همانطور که در تصاویر میکروسکوپ الکترونی عبوري نانوذرات تولید شده مشاهده می شود، اندازه نانوذرات تولید شده در شرایط مختلف با هم متفاوت بوده و از مقایسه این تصاویر با هم به وضوح می توان فهمید که نسلهاي مختلف دندریمر پلی سیتریک اسید باعث تولید نانوذرات در اندازه هاي مختلف می شوند. بطوریکه در هنگام استفاده از دندریمر نسل اول نانوذراتی با اندازه حدود 30 nm ، نسل دوم حدود 15-20 nm و نسل سوم 7-12 nm بدست آمد. این نتایج نشان می دهد، نسلهاي بالاتر باعث کوچکتر شدن اندازه نانوذرات و یکنواخت تر شدن اندازه آنها شده است که تصاویر به خوبی گویاي این اثر هستند.
در شکل - - 2 طیف پراش اشعه ایکس مربوط به نانوذرات اکسید روي ساخته شده با دندریمر مشاهده می شود. در طیف پراش قله هاي موجود در زاویه هاي31/1 ˚ ، 33/88˚ ، 36/62˚ ، 47/12˚ ، 57/3˚ و 65/79˚ به ترتیب مربوط به صفحات بلوري - - 100 ، - 002 - ، - 101 - ، - 102 - ، - 110 - و - 112 - در نانو ساختار اکسید روي می باشند. همان طور که در طیفها مشاهده می شود، قله هاي پراش مربوط به دیگر محصولات روي و ناخالصی هاي دیگر مشاهده نمی شوند. در اینجا قله هاي پراش مربوط به نانوذرات تولید شده با استفاده از سه نسل مختلف از دندریمر از نظر شدت و پهناي پیک باهم اختلاف دارند که این بیانگر تاثیر نوع دندریمر بر اندازه و ساختار نانوذرات می باشد.
پهناي قله ها در طیف پراش نشان می دهد که ذرات اکسید روي در اندازه نانو می باشند. براي تأیید این مطلب با استفاده از پهناي قله ها و معادله شرر، میانگین اندازه نانوذرات اکسید روي سنتز شده با نسلهاي اول، دوم و سوم به ترتیب برابر 29/2 nm ، 18/6 nm و 11/5 nm بدست آمد - جدول . - - 1 - بنابراین طیف پراش اشعه ایکس نانوساختار بودن و تاثیر نوع دندریمر بکار رفته جهت کنترل اندازه نانوذرات اکسید روي را تأیید می کند.
