منبع تحقیق : دانلود پروژه كاربرد نانوفناوري در صنايع الكترونيك — قسمت سوم

دانلود پایان نامه
  • روشهای توليد نانوذرّات
  • در سالهای اخیر تحقیقات گسترده­ای درمورد روشهای مختلف تولید نانو­بلورها گزارش شده می باشد. سهم زیادی از این تحقیقات به تکنیکهائی که همزمان، کنترل اندازه و داشتن توزیع اندازه باریک ذرّات را مد نظر دارد اختصاص داشته می باشد[55-53].

    به گونه کلی می­توان روشهای تولید نانوذرّات را به دو دسته روشهای فاز گازی و فاز جامد تقسیم­بندی نمود[35]. در روشهای فاز گازی، ذرّات در حالت گازی تولید و مورد مطالعه قرار می­گیرند. این روشها برای تولید تعداد کمی از انواع نانوذرّات به کار می­رود. روشهای فاز جامد بر اساس فرایندهای دخیل در توليد ذرّات به دو دسته روشهای فیزیکی و شیمیائی تقسیم بندی می­گردد. در شکل1-8 تابلو روشهای گوناگون تولید نانوذرّات رسم شده می باشد[35]. در ادامه، ضمن معرفی دسته­بندی روشهای تولید، چند روش شیمیائی نیز به اختصار معرفی می­گردد. آزمایشها نشان می­دهند که خواصی مانند خواص ساختاری، نوری و… به روشی که ذرّات بوسیله آن تولید می­گردند وابسته­اند. گاهی نانوذرّات بوسیله فرآیندهای زیستی همانند فعالیت ویروسها هم ایجاد می­شوند[66].

    نکته مهم : برای بهره گیری از متن کامل پژوهش یا مقاله می توانید فایل ارجینال آن را از پایین صفحه دانلود کنید. سایت ما حاوی تعداد بسیار زیادی مقاله و پژوهش دانشگاهی در رشته های مختلف می باشد که می توانید آن ها را به رایگان دانلود کنید

    1-13   روشهای فیزیکی

    روشهای فیزیکی که در آن نانوذرّات با انجام فرایندهای فیزیکی تولید می­شوند، معمولاً روشهای گرانی هستند و به بهره­گیری از متخصصین باتجربه و تجهیزات بسیار دقیق نیاز دارند. از میان انبوهی از روشهای فیزیکی، مهمترین آنها عبارتند از لایه نشانی لیزری، اپیتاکسی پرتو مولکولی، تبخير در گاز بي‌اثر، آسياب مکانيکي و روش‌هاي پلاسمايي[17]. برای مثال در روش آسیاب مکانیکی که بر تغيير شکل مکانيکي مواد مبتني می باشد، ساختارهاي زبر و خشن به وسيلة آسياب گلوله‌اي پر‌انرژي يا فرايند تنشي قوي به پودرهاي بسيار ريز تبديل مي‌شوند. در توليد انبوه و تجاري می­توان از اين روش بهره گیری نمود. در اين روش، جلوگيري از آلوده شدن محصول به گلوله‌ها که اغلب از جنس آهن هستند، یک چالش به حساب می­آید. به ‌علاوه، کاهش ابعاد ذرّات تا زير ميکرومتر نيازمند سپري شدن زماني طولاني می باشد[67].

    1-14   روشهای شیمیائی

    شما می توانید مطالب مشابه این مطلب را با جستجو در همین سایت بخوانید                     

    از میان روشهائی که برای تولید نانوذرّات گزارش شده، روشهای شیمیائی به دلیل بی­نیازی به تجهیزات بسیار گران قیمت، امکان تولید انبوه، دقیق و قابل کنترل بودن، و امکان آلائیدن آسان با عناصر دلخواه، بیشتر مورد توجّه قرار گرفته­اند. در عین حال اين روشها محدوديتهايي نيز دارند. آلودگي ناشي از مواد شيميايي و واکنشهاي جانبي حين توليد که به توليد محصولات نامطلوب می­انجامد مانند این محدوديتها می­باشد. نانوذرّات با روشهای شیمیائی می­توانند در حالت کلوئیدی، در دام مایسل، زئولیت، شیشه و یا به روش سول ژل تولید شوند. مهمترین روشهای شیمیائی در شکل1-8 نشان داده شده­انذ.

    1-15   بعضی از روشهای شیمیائی تولید نانوذرّات CdS

    نیم­رسانای CdS توده­ای به عنوان یک حسگر نوری طیف مرئی به گونه گسترده مورد بهره گیری قرار گرفته می باشد. همچنین این ماده به عنوان یک ماده مناسب برای لایه­ حائل[1] در سلولهای خورشیدی لایه نازک به کار رفته می باشد[69-68]. نانوذرّات CdS به دلیل امکان مطالعه خواص تابع اندازه در آنها، مورد توجّه بسیار قرار گرفته ­می باشد. این نانوذرّات با تغییر اندازه­شان، تغییر رنگ از خود نشان می­دهند. این پدیده معیاری می باشد که از آن برای تخمین حدود اندازه ذرّات نیز می­توان بهره گیری نمود. از میان روشهای تولید نانوذرّات این نیم­رسانای مهم، روش شیمیائی مرطوب مناسبتر بوده­اند[43،37]

    برای فراهم آوردن امکان مقایسه بین روشهای شیمیائی تولید نانوذرّات CdS، در این قسمت تعدادی از روشهای شیمیائی تولید آنها معرفی می­گردد. اوّلین روشی که معرفی می­گردد روش مایسل معکوس می باشد. سپس روش شیمیائی مهار کردن یا کلوئیدی که در این پایان­نامه از آن برای تولید نانوذرّات CdS و CdS:Ni بهره گیری شده معرفی می­گردد. روش فوتوشیمیائی که در آن علاوه بر عامل مهارکننده از نور فرابنفش نیز برای کنترل اندازه ذرّات بهره گیری می­گردد دیگر روشی می باشد که در ادامه معرفی می­گردد.

    بهره گیری از مایسل(که میکرو امولسیون و مایسل معکوس هم نامیده می­گردد) از نظر مفهومی به روش مهار کردن که در ادامه توصیف خواهد گردید شبیه می باشد. در این روش یک فضای فیزیکی کوچک(دام) بوسیله مایسل تعریف می­گردد و نیم­رسانا، درون چنین منطقۀ کوچکی ته­نشین می­گردد. برخلاف روش کلوئیدی، مایسل به جای اینکه به عنوان عامل مهارکننده اقدام نماید به عنوان یک مرز فیزیکی اقدام می­کند[71-70]. از روش میکروامولسیون به گونه گسترده در تولید نانوذرّات و مانند نانوذرّات CdS بهره گیری شده می باشد[72]. برای معرفی این روش آغاز سورفکتانت و مایسل معرفی می­شوند.

             1-15-1-1  سورفکتانت[2]، مایسل معکوس[3] و نرمال[4]

    سورفکتانتها دسته بسیار بزرگی از مواد را در شیمی تشکیل می­دهند. آشناترین این مواد، مایع ظرف ­شوئی می باشد که باعث حل شدن ذرّات چربی در آب می­گردد.

    سورفکتانتها دو سر قطبیده و غیر قطبیده دارند. سر قطبیده آنها که به گونه طبیعی برای پیوند با آب(که یک مادّه قطبیده می باشد) تمایل دارد، سر آب دوست نامیده می­گردد. سر دیگر که غیر قطبیده می باشد، آب گریز نام دارد. در محیط آبی، سورفکتانتها، مایسل نرمال و در محیط غیر آبی مثل الکل، اصطلاحاً مایسل معکوس را تشکیل می­دهند(شکل1-9). همانگونه که از شکل نیز واضح می باشد، قطرات ریز آب به کمک سر آب دوستِ سورفکتانتها، در مایسل معکوس حبس شده­اند[73].

    سورفکتانتها باعث حل شدن آب در حلالهای آلی(محیط غیر آبی) و تشکیل مایسل معکوس پایدار می­شوند. قطرات کوچک آبِ درون مایسل معکوس، در تولید نانوذرّات به عنوان یک راکتور بسیار کوچک مورد بهره گیری قرار می­گیرد زیرا محیط آبی ایجاد شده درون حوضچۀ مایسل معکوس، واکنش پذیری را افزایش می­دهد. سیستم AOT/آب/الکل، مدلی ساده برای مطالعه مایسلهای معکوس به شمار می­رود[74]. در این سیستم، آب بوسیله سورفکتانت AOT[5] به شدت احاطه شده می باشد(شکل1-9 ج).

     

     

    اندازه قطره آب درون مایسل معکوس با تنظیم نسبت غلظت آب به سورفکتانت () قابل تغییر می باشد[74]. گزارشها نشان می­دهند که با افزایش w، اندازه قطرات آب به گونه خطی افزایش می­یابد. دما هم در اندازه قطرات آب تأثیر دارد. با افزایش دما(البته تا دمای بحرانی 50 درجه که بعد از آن مایسلها دیگر پایدار نمی­باشند) اندازه قطرات هم افزایش می­یابد. می­توان با این روش، حوضچه­های آبی با قطر 2 تا 20 نانومتر را تولید نمود.

    مایسل معکوس با اضافه کردن قطره قطره آب مقطر به مخلوط AOT- هپتان و سپس تکان دادن و قرار دادن آنها در حمام آلتراسونیک ایجاد می­گردد. انرژی لازم برای غلبه آب بر سد انرژی و توزیع آن به صورت قطرات نانواندازه، بوسیله تکان دادن و امواج فرا صوتِ حمام آلتراسونیک تأمین می­گردد و در نهایت یک سیستم شفاف به دست می­آید.

    1-15-1-2  مرحلۀ تولید نانوذرّات CdS

    برای تولید نانوذرّات  می­توان به جای آب مقطر از محلول آبی و  بهره گیری نمود. آغاز محلول را به صورت آرام و قطره قطره در حضور تکان و در حمام آلتراسونیک به مخلوط AOT_هپتان اضافه می­کنند. در این مرحله، قطرات ریز آب مقطری که یونهای کادمیوم دو مثبتِ را در خود محلول دارند، حوضچه­های درون مایسل معکوس را شکل می­دهند. با اضافه کردن قطره قطره محلول، یونهای سولفید هم سرنوشت مشابه یونهای کادمیوم پیدا کرده و با ورود به حوضچه و ترکیب با یکدیگر، ذرّات زرد رنگ را تشکیل می­دهند. ذرّات کلوئیدی با اضافه کردن پیریدن، سانتریفیوژ کردن و شستشو از محلول جدا می­شوند.

     

    1-15-2    بهره گیری از نانولوله­های کربنی چند جداره

    با بهره گیری از بعضی فرایندهای شیمیائی، می­توان نانوذرّات CdS را در سطح نانولوله­های کربنی تولید نمود[75]. هدف از تولید نانوذرّات به این روش، افزایش قابلیتهای نانولوله­ها با بهره­گیری از خواص نوری نانوذرّات CdS گزارش شده می باشد[76]. نمائی از مراحل مختلف این روش در شکل 1-11 نشان داده شده می باشد.

    شکل1-11)نمائی از  مراحل تشکیل نانوذرّات CdS در سطح نانولوله های کربنی.

    آغاز نانولوله­های کربنی(1) در محلول اسید سولفوریک-نیتریک، به کمک امواج آلتراسونیک و در دمای 50 درجه، پوشش داده می­شوند(2). در این مرحله(2) یک سوسپانسیون سیاه رنگ شفاف تشکیل می­گردد. این رنگ به خاطر مقدار زیاد گروههای کربوکسیل متصل شده به سطح نانولوله­ها می­باشد. با اضافه کردن مقدار معینی از KOH، محلول به PH حدود 8 رسانده می­گردد. در این مرحله نمکهای پتاسیم به سطح نانولوله­ها می­چسبند(٣). نانولوله­ها در مرحله 3 بدون ته­نشینی در محلول پراکنده می­گردند. مرحلۀ بعدی، اضافه کردن مقدار زیاد از کلرید کادمیوم می باشد تا جابجائی بین یونهای پتاسیم و یونهای کادمیوم آغاز گردد(4). در مرحله آخر با اضافه کردن مقدار زیادی از سولفید سدیم به ذرّات سیاه رنگِ مرحله 4(که قبلاً سانتریفیوژ و شستشو داده شده­اند) نانوذرّات CdS زرد رنگ درسطح نانولوله­ها تشکیل می­گردد.

    1-15-٣   روش مهار کردن

    در روش مهار کردن، به دنبال عاملی هستیم که در حین مراحل تولید، با پیوند به سطح ذرّات از رشد آنها جلوگیری کند. این روش یکی از پرکاربردترین روشهای شیمیائی تولید نانوذرّات می باشد[17، 35، 43،47]. فلزّات را هم می­توان با این روش تولید نمود. این قسمت به دنبال معرفی اصول و مزایای این روش برای تولید نانوذرّات CdS می باشد و گزارش کامل آزمایشها و نتایج، در فصل سوّم و چهارم آورده خواهد گردید.

    1-15-3-1  اصول این روش

     ذرّات ریزی که در یک محیط به صورت یکنواخت توزیع شده­اند را کلوئید[6] گویند. این ذرّات ریز، سوسپانسیون را شکل می­دهند. در سوسپانسیون و در فواصل کوچک درون ذرّه­ای، دو ذرّه  همدیگر را با نیروئی متناسب با جذب می­کنند و رشد ذرّات را باعث می­گردند.

    در کلوئیدی که حاوی یونهای کادمیوم و سولفید می باشد، یونها با اتصال به یکدیگر ذرّات سولفید کادمیوم را تشکیل می­دهند. این ذرّات بر اساس آن چیز که که در 1-8 گفته گردید، میل زیادی برای اتصال به یکدیگر و تشکیل CdS توده­ای دارند. برای آزمایشی که در آن، هدف، تولید نانوذرّات CdS می باشد بایستی از ادامه رشد ذرّات جلوگیری گردد. این رشد می­تواند به کمک یک عامل مهارکننده پایان یابد. این عامل با پیوند(این پیوند عموماً یک پیوند الکتروستاتیکی می باشد) به سطح خوشه­ها، از رشد آنها جلوگیری می­کند[7]. در حقیقت مهارکننده در مراحل اوّلیه رشد ذرّه، با ایجاد پوشش، از دسترسی بیشتر ذرّات به یکدیگر ممانعت به اقدام می­آورد. در نبود عامل مهارکننده، ذرّات جامدِ کلوئید، همدیگر را جذب کرده و مجتمع می­شوند. شکل1-12 نمائی از این اتفاقات را نشان داده می باشد.

    انواع مهارکننده­ها بر کیفیت تشکیل نانوذرّات تأثیر دارند. از مزیّتهای این روش، امکان کنترل اندازه ذرّات از طریق تغییر در پارامترهای تولید می­باشد. نانوذرّات در نهایت به صورت کلوئیدی و یا پودری مورد بهره گیری قرار می­گیرند. نانو ذرّات تبدیل شده به صورت پودر این قابلیت را دارند که بار دیگر در آب معلّق شده و شکل کلوئیدی به خود بگیرند. امکان آلائیدن نانوذرّات با عناصر دلخواه، از مزیتهای این روش می باشد. یکی از نکات منفی درمورد این روش، سمّی و بد بو بودن اغلب مهارکننده­ها می باشد.

     

    به دلیل اینکه افزایش غلظت مهارکننده، باعث ایجاد پوشش سریع و کاملتری در اطراف ذرّات می­گردد، منطقی می باشد که در این صورت، ذرّات با اندازه کوچکتری هم تولید ­شوند. می­توان اندازه ذرّات را با تنظیم نسبت غلظت مهارکننده به غلظت مواد اوّلیه کنترل نمود. این نسبت، تنها پارامتری نیست که برای کنترل اندازه ذرّات از آن بهره گیری می­گردد. پارامترهائی که با تغییر در آنها می­توان اندازه و توزیع اندازه ذرّات را کنترل نمود عبارتند از[35]

    * نوع و غلظت مهارکننده

    * نوع و غلظت مواد اوّلیه

    * نرخ ورود مواد اوّلیه و مهارکننده به محیط واکنش

    * سرعت تکان محلولها در ظرف واکنش

    شما می توانید تکه های دیگری از این مطلب را در شماره بندی انتهای صفحه بخوانید              

    * PH محیط

    * دما

    البنه پارامترهای دیگری نیز در تولید نانوذرّات دخالت دارند اما سهم آنها اندک می­باشد. بعضی از آنها عبارتند از حجم ظرف واکنش، مقدار مواد اوّلیه، فشار محیط و …

    1-15-٣-2   مهارکننده نشاسته

    به دلیل اینکه بسیاری از مهارکننده­ها سمّی و بدبو هستند، محققان به دنبال بهره گیری از مواد غیر سمّی جایگزین می­باشند. نشاسته مانند کاندیداهای خوب برای این جایگزینی می باشد[78] زیرا این ماده یک پلیمر تجدید پذیر می باشد و حالت مارپیچی راست گرد را در محلول برمی­گزیند. تعداد زیادِ یونهای هیدروکسیل آن می­توانند یونهای فلزّی را به مولکول نشاسته متصل کنند.

    در آزمایشی که نشاسته به عنوان مهارکننده به کار رفته، از نیترات کادمیوم و سولفید سدیم به عنوان مواد اوّلیه بهره گیری شده می باشد. غلظت مهارکننده نشاسته پنج برابر مواد اوّلیه دیگر و محیط در PH بین 8 تا 9 قرار داده شده می باشد. با بهره گیری از فرمول دبای شرر، اندازه ذرّات 4.2 نانومتر تخمین زده شده می باشد. فرمول “براس” هم اندازه ذرّات را 4.5 نانو متر محاسبه نموده می باشد. تصویر AFM از نانو ذرّات پوشیده با نشاسته نشان می­دهد که اندازه اغلب ذرّات از 8 تا 15 نانومتر و اندازه متوسط آنها 10 نانومتر می­باشد[78].

    1-15-4   روش فوتوشیمیائی

    این نوشته در برق ارسال شده است. افزودن پیوند یکتا به علاقه‌مندی‌ها.

    پاسخی بگذارید