نانوساختارهای اکسید روی
(قسمت دوم)
اکسیدروی ماده ی معدنی پرمصرف و بسیار مهم در صنایع مختلف مانند سرامیک، رنگ، مواد دارویی، کاتالیست، الکترونیک و بویژه لاستیک است. نانواکسید روی به دلیل برخورداری از ذرات بسیار ریز و در نتیجه سطح ویژه زیاد کیفیت و کارایی بسیار بالاتری نسبت به اکسید روی معمولی دارد.
نانوملخ‌های مرتب
تغییر تركیب مواد اولیه به طور مۆثری شكل نانوساختارهای اكسید روی را تغییر می‌دهد. در این جا از مخلوطی از پودرهای اکسیدروی و اكسید‌قلع با نسبت وزنی 1:1 به عنوان مواد اولیه برای رشد نانوساختارهای پیچیده اكسیدروی استفاده کردیم. مواد سنتز شده شامل مجموعه‌ای از نانوسیم‌های هم‌محور می‌باشد كه توسط نانوساختارهای با شكل بچه وزغ احاطه شده‌اند. رشته‌ها به شكل(liana) هستند در حالی‌كه نانوسیم‌ها به شكل nattan (چوب‌خیزران) می‌باشند.
این نانوسیم‌ها پیوندهای عرضی (جانبی) با ابعاد چند ده نانومتر دارند. در نوك شاخه‌های شبه‌وزغ، توپ‌های كروی قرار دارند و شاخه‌ها به شكل یك نوار (روبان) می‌باشند. نوارهای حاصله تقریباً ضخیم و دارای سطح زبر می‌باشند. دومین رشد بر روی سطوح نانو ملخی باعث رشد نانوسیم‌های مرتب می‌شود. اكسید‌قلع در دمای بالا به قلع و اكسیژن تجزیه می‌شود بنابر این نانوسیم‌ها و نانونوارها از فرآیند رشد بخار- مایع- جامد (VLS) حاصل می‌شوند، كه ذرات كاتالیزوری قلع به عنوان آغازگر و هدایت‌كننده ی رشد نانوسیم‌ها و نانونوارها عمل می‌كنند. رشد ساختارهای جدید می‌تواند طی دو مرحله انجام شود، مرحله ی اول شامل رشد محوری نانوسیم‌های اكسید روی حول [0001] می‌باشد. سرعت رشد بسیار بالاست، كه افزایش خیلی كمی در اندازه ی قطرات قلع دارد كه تأثیر بسیاركوچكی بر اندازه ی نانوسیم می‌گذارد.
بنابراین محور نانوسیم تقریباً شكل یكنواخت در جهت محور رشد دارد. مرحله دوم هسته‌زایی و رشد هم‌بافت یك نانوروبان است كه نتیجه ی رسیدن قطرات قلع بر روی سطح نانوسیم اكسیدروی می‌باشد. این مرحله خیلی كندتر از مرحله اول است، زیرا طول نانو روبان كوتاه‌تر از نانوسیم است. هنگامی كه قلع به حالت مایع و دمای محیط در حد دمای رشد باشد تمایل دارد كه ذرات قلع را جذب و ذرات با اندازه ی بزرگ‌تر تشكیل دهد. بنابراین پهنای نانو روبان افزایش می‌یابد و اندازه ی ذرات قلع روی نوک آن بزرگ‌تر می‌شوند، درنتیجه ساختارهای شبه وزغ حاصل در زیر دستگاه TEM مشاهده می‌شوند.
الگوی رشد نانوسیم‌های مرتب الگوی رشد مرتب نانوساختارهای یك بعدی برای كاربرد در حسگرها، الكترونیك نوری و نشر میدانی دارای اهمیت و كاربرد می‌باشد. رشد مرتب نانومیله‌های اكسیدروی، روی بستر جامد با فرآیند VLS و با استفاده از قلع و طلا به عنوان آغازگر و هدایت كننده واكنش با موفقیت انجام شده است. جهت‌گیری هم‌بافت (epitaxial) نانومیله‌ها و بستر باعث رشد هم‌راستا می‌شود. در روش‌های دیگر به جای استفاده از كاتالیزور، از رشد هم‌بافت فاز بخار تركیبات آلی – فلزی، رشد مبتنی بر قالب و مرتب كردن تحت میدان الكتریكی، برای رشد هم‌راستا عمودی نانومیله‌های اكسیدروی استفاده می شود.
Huang و همكارانش روشی را شرح داده‌اند كه در آن با استفاده از كاتالیزور و نانولوله‌های كربنی نانومیله‌های هم‌راستا تولید می‌شوند. در این روش نانومیله‌های هم‌راستا با استفاده از خودآرایی كره‌های زیرمیكرونی و ماسك حاصل می‌شوند. در روشی دیگر نیز با ادغام روش ماسك مبتنی بر خودآرایی و روش هم‌بافت سطحی آرایه‌های شش وجهی با محدوده بزرگ، نانومیله‌های هم‌راستای اكسیدروی به دست می‌آید.
سنتز شامل سه مرحله مهم است: آرایه‌های نانومیله‌ای شش وجهی منتظم اكسیدروی بر روی سابستریت تك‌بلوری اكسید‌آلومینیم كه ذرات طلا به عنوان كاتالیزور در آن پخش شده‌اند رشد می‌كنند. ابتدا تك‌لایه‌های خودآرا، مرتب، دوبعدی و با مقیاس بزرگ از كره‌های پلی‌استایرن با اندازه زیرمیكرون حاصل شدند كه به بستر اكسید‌آلومینیم تك بلوری متصل شدند. دوم یك لایه نازك از ذرات طلا بر روی تك لایه‌های خودآرا رسوب داده شده‌اند، سپس كره‌ها با روش حکاکی (eatch) كردن از آرایه‌های كاتالیزوری طلا جدا می‌شوند. سرانجام نانوسیم‌ها با استفاده از روش VLC رشد می‌كنند.
نانوسیم‌های تك‌بلوری متخلخل
مواد حفره‌ای به علت دارا بودن نسبت سطح به حجم بسیار زیاد، كاربردهای فراوانی در كاتالیزورها، مهندسی محیط زیست و حسگرها دارند. به طور نرمال، بیشتر این ساختارهای متخلخل از تركیب مواد آمورف و حفره‌ای به وسیله ی واكنش آلی و معدنی مبتنی بر حلال به دست می‌آیند. در اینجا ساختارهای نانوسیمی اكسیدروی ورتزیت جدیدی گزارش شده‌اند كه دارای ساختار تك‌بلوری ولی با دیواره‌ها و حجم‌های متخلخل می‌باشند. سنتز آنها مبتنی بر فرآیند جامد- بخار است. تخلخل بالا و تك‌بلوری بودن این ساختارها، پتانسیل بالای آنها را در فیلتراسیون، نگهدارنده‌های كاتالیزورها و حسگرهای گازها نشان می‌دهد.
نانوتسمه‌های بسیار باریك اكسید روی
برای درك پدیده‌ها و اثرات كوانتومی، نانوتسمه‌هایی با اندازه بسیار كوچك مورد نیاز است. اخیراً با استفاده از كاتالیزورهای جدید و با روش VLS نانوتسمه‌های بسیار ریز به دست آمده‌اند. در این روش‌ها برای رشد بلورها به جای استفاده از نانوذرات به عنوان كاتالیزور از لایه نازك (nm 10) و یكنواخت قلع استفاده شده است كه این لایه نازك بر روی بستر سیلیسیم پوشش داده شده است.
در این روش نانوتسمه‌هایی نازك، باریك و متحدالشكل از اكسیدروی به دست آمدند که میانگین اندازه ی نانوتسمه‌ها nm 5.5 می‌باشد و نتایج بسیار خوبی را نشان می‌دهد.
قفسه‌‌های چند وجهی
در این كار نیز قفسه‌‌های اكسید روی با خلوص و بازده بالا سنتز شدند، این قفس‌های كروی، چندوجهی و باساختار متخلخل می‌باشند كه از خودآرایی نانوبلورهای اكسیدروی حاصل شده‌اند. این ساختارها با روش جدید خودآرایی نانوساختارها به دست می‌آیند. این روش شامل انجماد قطرات مایع روی، اكسیداسیون سطحی و تصعید می‌باشد. این قفسه‌‌ها می‌توانند جهت دارورسانی به كار روند.
فرآوری: مریم نایب زاده
بخش دانش وزندگی تبیان
منبع:vista, nano, nanoscience, aftabir
مقاله نانو اکسید روی ساختارها،نواقص وکاربردها-مترجم اسما فاتحی
مقاله تأثیرافزودن مس برروی نانو ساختار اكسید روی
