سنتز نانو ذرات نیمه رسانای اکسید روی،جلسه چهارم
هدف:بررسی خواص نانو ذرات اکسید روی و سنتز نانو ذرات اکسید روی
فعالیت: مطالعه روش های تولید نانوذرات اکسید روی ، آماده کردن وسایل و مواد لازم جهت انجام آزمایش
در جلسات گذشته تا حدی با فناوری نانو و روش های سنتز نانو ذرات آشنا شدید حال در این جلسه می خواهیم در ابتدا کاربرد نانو ذرات اکسید روی را شرح دهیم و اینکه چرا سنتز این نانو ذرات دارای اهمیت است و در ادامه به شرح گام به گام سنتز نانو ذرات اکسید روی بپردازیم.
کاربرد و خواص نانو ذرات اکسید روی:
نانو ذرات اکسید روی یکی از ذرات معدنی پر کاربرد می باشد که به دلیل خواص فیزیکی و شیمیایی مناسب خود مورد توجه پژوهشگران قرار گرفته است. از جمله خواص ویژه نانو ذرات Zno می توان به پایداری شیمیایی بالا، ثابت دی الکتریک پایین، فعالیت کاتالیزوری بالا، جذب نور فرو سرخ و فرابنفش و از همه مهم تر خاصیت ضد باکتری اشاره کرد.
به طور کلی نانو ذرات به علت نسبت بالای سطح به حجم آن و بر هم کنش سطحی، پایدار می باشند و از این روی پر کاربرد و مورد توجه هستند.
نانو ذرات روی علاوه بر صنایع آرایشی و بهداشتی، سرامیک، لاستیک و... برای تولید پانسمان های طبیعی به منظور درمان زخم ها نیز کاربرد دارد. به علت خاصیت ضد باکتریایی این نانو ذرات، و همچنین به دلیل تضعیف کنندگی اشعه فرا بنفش نور خورشید، از آنها در تولید کرم های ضد آفتاب نیز استفاده می شود.
اشعه خورشید دارای امواج مختلف با انواع طول موج ها از امواج کوتاه مانند پرتوهای ماوراء بنفش تا امواج رادیویی با طول موج های بلند می باشد. یکی از عوامل مهم بیماری های پوستی اشعه UV خورشید است که مقادیر زیاد آن سبب بروز ابتلا به سرطان پوست خواهد شد. یکی از اولین کاربردهای فناوری نانو در صنعت آرایشی و بهداشتی استفاده از نانومواد اکسید فلزی از قبیل اکسید روی و دی اکسید تیتانیوم در کرم های ضد آفتاب می باشد از جمله موارد مهم در این فرمولاسیون عدم ایجاد اثر سفیدی بر روی پوست بعد از استفاده از کرم است. از دیگر مزایای کرم های ضدآفتاب جدید، این است که به وسیله پوست جذب نشده و ایجاد حساسیت (آلرژی) نمی کند.
تولید نانو ذره ها برای محصولات ضد آفتاب روز به روز در حال افزایش می باشد که بیشتر آنها متشکل از نانو دی اکسید تیتانیوم و نانو ذرات اکسید روی هستند.
ابتدا مواد و تجهیزات مورد نیاز را آماده کنید و در آزمایشگاه مراحل آزمایش را انجام دهید.
مواد لازم:
0.10 گرم استات روی با فرمول شیمیایی Zn(CH3CO2)2.H2O
165 میلی لیتر ایزوپروپانول با فرمول شیمیایی (CH3)2CHOH ،(بخارات ایزوپروپانول باعث تحریک دستگاه تنفسی و چشم می شود به همین علت حتما از عینک ایمنی استفاده شود و از تماس آن با پوست اجتناب شود، بهتر است مراحل آزمایش در زیر هود آزمایشگاه انجام گردد.)
محلول سود با فرمول شیمیایی NaOH ، (برای تهیه آن لازم است 0.20 گرم سود سوزآور را در 100 میلی لیتر ایزوپروپانول در حال حرارت دادن روی دستگاه هات پلیت، حل کنید. بهتر است ابتدا 0.20 گرم سود جاذب رطوبت را بلافاصله وزن کنید و به حلال ایزو پرو پانول که در داخل ارلن با ظرفیت 125 میلی لیتری ریخته ایم، انتقال دهید بعد از حل شدن اجازه دهید تا محلول خنک شود که به همین منظور آن را داخل حمام یخ قرار می دهیم تا خنک شود و در مراحل آزمایش از آن استفاده کنیم.)
مقداری یخ
تجهیزات لازم:
- بشر با ظرفیت 1 لیتر برای ایجاد حمام یخ و حمام آب گرم
- دماسنج برای اندازه گیری دمای 65 درجه سانتیگراد
- دستگاه هات پلیت با همزن مغناطیسی
- ارلن با ظرفیت 50 و 250 میلی لیتری
- استوانه مدرج با ظرفیت 25 میلی لیتری
- پیپت
- ترازو با دقت 0.01 گرم
- ظرف نمونه گیری
- دستگاه طیف سنج مرئی-فرابنفش
شرح آزمایش:
نانو ذرات اکسید روی از نظر اپتیکی شفاف اند و اشعه فرابنفش نور خورشید را جذب می کنند از این لحاظ برای استفاده در ساخت کرم های ضد آفتاب مفید هستند. شفافیت، یک خاصیت فیزیکی است و نشان دهنده میزان توانایی یک ماده ،در عبور دادن نور مرئی از خود است. یک پرتو نور در برخورد با سطح ماده می تواند از آن عبور کند یا جذب آن گردد یا بازتاب شود. اگر ماده ای پرتوهای نور را جذب کند و یا آنها را باز تاب کند نور را مسدود کرده است.
نانوذرات اکسید روی و اکسید تیتانیوم، با وجود اینکه نور ماورای بنفش را کاملا جذب می کنند، برخلاف ذرات بزرگتر کاملا شفاف هستند. البته این امر، ناشی از عبور نور مرئی از این ذرات نیست، بلکه به سبب آن است که اندازه نانوذرات اکسید روی و اکسید تیتانیوم، کوچک تر از طول موج نور مرئی (400-700 نانومتر) است و از این رو این ذرات توانایی بازتابش نور مرئی را ندارند.
زمانی که نانو ذرات تولید شده دارای سایز کوچکی اند، طول موج جذب تابع اندازه ذرات میباشد، در این باره در جلسه آینده توضیح بیشتری خواهم داد.
دراین پروژه سنتز شامل رشد ذرات در دمای 65 درجه سانتیگراد میباشد. با گرفتن طیف جذبی از نمونه ها میتوانیم با تحلیل آن، در نمودار طیف جذبی سایز ذرات را حدس بزنیم. در جلسه آینده در مورد تحلیل نمودار طیف جذبی نانو ذرات که به وسیله دستگاه طیف سنج مرئی فرابنفش گرفته میشود، توضیح خواهم داد.
حال به شرح گام به گام ازمایش میپردازیم:
هشدار: بهتر است قبل از شروع آزمایش به دلیل استفاده از مواد شیمیایی حتما نکات ایمنی را رعایت کنید، از دستکش و عینک استفاده شود و مراحل آزمایش را در زیر هود آزمایشگاه انجام گردد. و از مربی خود بخواهید که در انجام آزمایش به شما کمک کند.
- اولین مرحله حرارت دادن یک بشر پر از آب تا دمای 65 درجه سانتیگراد می باشد به منظور ایجاد حمام آب گرم. برای این کار یک بشر پر از آب را به همراه دماسنج روی دستگاه هات پلیت گذاشته و تا دمای 65 درجه سانتیگراد حرارت می دهیم.
- در همین زمان 0.10 گرم استات روی را در 25 میلی لیتر ای زوپروپانول در داخل ارلن با ظرفیت 50 میلی لیتری ریخته و در زیر هود آزمایشگاه روی دستگاه هات پلیت حرارت داده و مگنت دستگاه را داخل ارلن گذاشته تا ضمن حرارت دادن همزده شود و به خوبی حل شود. حدودا 15 دقیقه زمان لازم است.
- حال لازم است یک حمام یخ آماده کنیم برای ایجاد آن می توانیم مقداری یخ را به همراه آب در بشر بریزیم و سپس 125 میلی لیتر ایزوپروپانول را در داخل یک ارلن 250 میلی لیتری ریخته و آن را در داخل حمام یخ قرار دهیم.
- وقتی که تمام استات روی جامد حل شد، این محلول را به محلول 125 میلی لیتری سرد شده ایزوپروپانول اضافه کنید و بگذارید تا سرد شود. حال 15 میلی لیتر از محلول 0.050 مولار NaOH که قبلا تهیه شده و سرد می باشد(دستور تهیه آن را در قسمت مواد لازم شرح داده ام) را اندازه بگیرید که می توانید توسط پیپیت این مقدار را اندازه گرفته و به داخل استوانه مدرج ریخته و آن را به آرامی و کم کم به محلول سرد شده استات روی اضافه کنید و فورا توسط یک پیپت محلول را هم بزنید. که مراحل انجام آن به ترتیب از چپ به راست در تصاویر دیده می شود.
- درمرحله آخر باید ارلن را در داخل حمام آب گرم در دمای 65 درجه سانتیگراد که در مرحله 1 آماده کرده ایم، قرار دهید و فورا از آن نمونه گرفته و در داخل ظرف نمونه گیری بریزید این نمونه به دست آمده حاوی نانو ذرات اکسید روی می باشد. در صورتی که نمونه ها در زمان طولانی تری آماده شوند این موضوع باعث افزایش سایز ذرات می شود.
بهتر است این نمونه را بلافاصله در سل های کوارتز دستگاه طیف سنج مرئی و فرابنفش قرار داده تا طیف جذبی آن را بگیرید ولی اگر دستگاه در دسترس نمی باشد میتوانید در چند روز آینده این کار را انجام دهید مراکز دانشگاهی دارای این دستگاه و سایر دستگاهای آنالیز مانند میکروسکوپ های الکترونی و غیره می باشند که از آنها می توانید استفاده کنید، در جلسه آینده با دستگاه طیف سنج مرئی و فرابنفش بیشر آشنا می شوید و در مورد تحلیل طیف های جذبی اطلاعاتی بدست می اورید.
