مراحل تهیه سنتز نانو ذرات طلا39
تهیه نمک هیدروژن تترا کلروآیورات39
سنتز نانو ذرات طلا با استفاده از پوست درخت بید39
تفسیر طیف FT-IR عصاره پوست درخت بید39
فصل سوم/نتایج و بحث ها
سنتز نانو ذرات طلا42
مکانیسم پیشنهادی سنتز نانوذرات طلا با استفاده از پوست درخت بید42
مکانیسم پیشنهادی اثر سیستئین بر نانو ذره طلا42
بهینه سازی مقدار عصاره بید مصرفی برای سنتز نانوذرات طلا43
بهینه سازی نمک طلا در سنتز نانو ذرات 44
بهینه سازی pH ………………………………………………………………………………………………………..45
بررسی پایداری نانوذرات طلای سنتز شده با عصاره پوست درخت بید47
تصاویر میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM)48
کاربرد نانوذرات طلای سنتز شده با عصاره پوست درخت بید دراندازه گیری سیستئین بروش اسپکتروفتومتری49
منحنی کالیبراسیون برای اندازه گیری سیستئین در pH = 549
بررسی اثر pH در اندازه گیری سیستئین50
بررسی اثر زمان…………………………………………………………………………………………………………51
بررسی اثر مزاحمت سایر اسیدهای آمینه برای اندازه گیری سیستئین51
کاربرد نانوذرات طلای سنتز شده با عصاره پوست درخت بید دراندازه گیری سیستئین بروش رنگ سنجی(کالریمتری)53
بررسی سیستئین در نمونه حقیقی54
نتیجه گیری55
کارهای پیشنهادی
فهرست جداول
عنوان
روشهای اندازهگیری سیستئین با استفاده از نانوذرات فلزی با روش رنگسنجی34
2-1- دستگاهای مورد استفاده37
2-2- مواد شیمیایی مورد استفاده38
3-1- ویژگیهای تجزیه ای مربوط به اندازه گیری سیستئین بروش اسپکتروفتومتری و با نانوذرات طلای سنتز شده از عصاره پوست درخت بید50
فهرست شکل ها
عنوان
درک ابعاد نانو از طریق مقایسه ابعاد بعضی اشیاء و موجودات4
نانو الیاف دست پای مارمولک به آن اجازه می دهد تا روی سطوح عمودی بایستد6
اثر ریز شدن مواد در افزایش سطح آنها8
تفاوت انرژی اتمهای سطح با استفاده از طیف سنجی دامنه نوسان9
تغییر ترازهای انرژی به نوار های انرژی از اتم منفرد تا حالت بالک9
ذرات کلوئیدی طلا با اندازه های متفاوت که تغییر اندازه ذرات تغییر رنگ محلول را به دنبال دارد10
نانو ذرات12
نانو لوله ها13
نقاط کوانتومی13
نانو پوشش ها13
نانو سیم ها14
نانو کپسول ها14
نانو کامپوزیت ها15
درخت سان ها15
فولرن ها16
نانو حفره ها16
مفهوم شماتیک تهیهی نانوذرات فلزی با دو روش فیزیکی و شیمیایی19
وابستگی پیک پلاسمون به ترکیب نانوذرات22
ساختار مولکولی سیستئین33
تجمع نانوذرات طالی عاملدار شده با کربوکسی متیل سلولز در حضور سیستئین 34
2-1- طیف FT-IR عصاره پوست درخت بید40
3-1- نحوه اتصال سیستئین به نانو ذره طلا سنتز شده(الف) اتصالت بین دو نانو ذره طلا بعد از اتصال سیستئین(ب)42
3-2- طیف UV-Vis بهینه مقدار عصاره رقیق شده برای تهیه نانو ذره44
3-3- طیف UV-Vis نانو ذرات طلای سنتزی با عصاره بید در حجم های مختلف از نمک طلا به غلظت 1 میلی مولار44
3-4- طیف UV-Vis نانوذرات طلای سنتز شده در pH های مختلف (غلظت ثابتی از نمک طلا(((1Mm45
3-5- نمودار جذب ماکزیمم بر حسب pH در 520 نانومتر، در غلظت ثابتی از نمک طلا(1mM)46
3-6- نمودار (پهنای پیک در نیمه ی ارتفاع / ارتفاع پیک) بر حسب pH46
3-7- پایداری نانو ذررات طلای سنتز شده بعد از شش هفته در 7-pH=5 و در غلظت ثابتی از نمک طلا ( 1mM)47
3-8- بررسی پایداری نانو ذره در شش هفته47
3-9- بررسی پایداری و یکنواختی نانو ذره48
3-10- عکس TEM از نانوذرات طلای سنتز شده با پوست درخت بید در pH=5 و در غلظت ثابتی از نمک طلا(1mM)48
3-11- طیف UV-Vis نانوذرات طلای سنتز شده با عصاره پوست درخت بید بعد از افزایش غلظت های مختلف ازسیستئین49
3-12- منحنی کالیبراسیون برای اندازه گیری سیستئین با استفاده از نانو ذره طلای سنتزی به کمک عصاره پوست درخت بید49
3-13- pH بهینه سیستئین با غلظت M0.001 در غلظت ثابت نمک (1mM)50
3-14- اثر زمان روی تکمیل بر هم کنش سیستئین (5-10×5) مولار و 1.5 میلی لیتر نانو ذره سنتزی با pH 5-7 به کمک عصاره پوست درخت بید51
3-15- طیف UV-Vis جهت بررسی اثر مزاحمت سایر اسیدهای آمینه برای اندازه گیری سیستئین در pH بهینه در غلظت ثابت نمک طلا(1mM)52
3-16- تصویر مربوط به تاثیر متقابل سیستئین و سایر اسیدهای آمینه با نانو ذرات طلا در شرایط مورد مطالعه53
3-17- بررسی برهمکنش پلاسما و نانوذره سنتزی54
تاریخچهی فناوری نانو
نانو فناوری چیست؟
تفاوت اصلی فناوری نانو با فناوری‌های دیگر در مقیاس مواد و ساختارهایی است که در این فناوری مورد استفاده قرار می‌گیرند. البته تنها کوچک بودن اندازه مد نظر نیست؛ بلکه زمانی که اندازه مواد دراین مقیاس قرار می‌گیرد، خصوصیات ذاتی آنها از جمله رنگ، استحکام، مقاومت خوردگی و … تغییر می‌یابد. مواد بسیاری هستند که دارای خواص اجسام در مقیاس نانو هستند اما اسم نانوفناوری به آنها اطلاق نمی شود. نانوفناوری در پی آن است تا از خواص عجیب اجسام در مقیاس بسیار کوچک استفاده کند. در حقیقت اگر بخواهیم تفاوت این فناوری را با فناوری‌های دیگر به صورت قابل ارزیابی بیان نماییم، می‌توانیم وجود “عناصر پایه” را به عنوان یک معیار ذکر کنیم. عناصر پایه در حقیقت همان عناصر نانومقیاسی هستند که خواص آنها در حالت نانومقیاس با خواص‌شان در مقیاس بزرگتر فرق می‌کند )بوریسنکو وی ای1،2005; پژوهش ناسا توسط فریتا2)
در طول تاریخ بشر از زمان یونان باستان، مردم و به‌خصوص دانشمندان آن دوره بر این باور بودند که مواد را می‌توان آنقدر به اجزاء کوچک تقسیم کرد تا به ذراتی رسید که خرد ناشدنی هستند و این ذرات بنیان مواد را تشکیل می‌دهند، شاید بتوان دموکریتوس3 فیلسوف یونانی را پدر فناوری و علوم نانو دانست چرا که در حدود ??? سال قبل از میلاد مسیح او اولین کسی بود که واژه اتم را که به معنی تقسیم‌نشدنی در زبان یونانی است برای توصیف ذرات سازنده موادبه کار برد ( سایت سازمان نانو4 ; ب.بوشان5 ،2003) .نقطه شروع و توسعه اولیه فناوری نانو به طور دقیق مشخص نیست. شاید بتوان گفت که اولین متخصصان نانو فناوری شیشه‌گران قرون وسطایی بوده‌اند که از قالب‌های قدیمی6 برای شکل‌دادن شیشه‌هایشان استفاده می‌کرده‌اند. البته این شیشه‌گران نمی‌دانستند که چرا با اضافه‌کردن طلا به شیشه رنگ آن تغییر می‌کند ( اف.الهوف ، 2010)
به نظر میرسد که درک انسان از جهان بسیار کوچک در سالهای اخیر شکل گرفته است. منشأ فناوری? نانو موضوع بحث شمار زیادی از مناظرههاست. تصور بر این است که نانوذرات حداقل در کارهای هنری قرون? تاریک استفاده شده است. اما تعریف درست از دستکاری آگاهانه مواد در مقیاس نانو احتمالا توسط فیزیکدان? آمریکایی “ریچارد فاینمن7” در سخنرانی معروفش در سال 292 مورد استفاده قرار گرفت: آن پایین فضای? ?زیادی هست8.?????????????????????????????????????????????????????????
?فاینمن در این سخنرانی شرح داده است که در آینده فرآیندهایی که توانایی دستکاری اتمهای منفرد در? آن ممکن است، گسترش خواهد یافت. برای یک مدت بسیار طولانی، به نظر میرسید فناوری نانو به یکی دیگر?????????????????????? از ایدههای مفهومی که به داستانهای علمی-تخیلی تبدیل میشود، ملحق شود. اما در نهایت، پس از سال? ?1980 ، این ایده به واقعیت پیوست.????????????????????????????????????????????????????????????????????
نانو فناوری علم خواص عجیب مواد
اتم سنگ بنای بنیادی ماده است و در نتیجه اتم ها بسیار کوچک هستند. توصیف و تصور جهان در سطح اتم و ملکول دشوار است. این حیطه از علم به قدری عجیب است که بخشی خاص از فیزیک به آن اختصاص یافته شد، که مکانیک کوانتم نام دارد. هدف این علم برای توصیف رخدادها در سطح اتم است. اگر قرار بود توپ تنیس را به طرف دیوار پرتاب کنید و توپ از آن بگذرد و به سوی دیگر دیوار برود، حتماً تعجب می کردید. اما این دقیقاً همان اتفاقی است که در مقیاس کوانتم رخ می دهد. در مقیاس بسیار کوچک، خواص ماده مانند رنگ، مغناطیس و توانایی انتقال برق نیز به شکل غیرمنتظره تغییر می کند (http://www.crnano.org/whatis.htm).
معرفی نانو مواد
در منابع برای نانومواد تعاریف متفاوتی ارائه شده اما دو مشخصه در اغلب این تعاریف می گنجد. اول اینکه ‏مواد نانوساختار یا به اصطلاح نانومواد، حداقل در یک بعد اندازه کمتر از 100 نانومتر دارند. یک نانومتر ‏برابر با یک میلیاردم متر (?10?^(-9) متر) می باشد، این اندازه 18000 بار کوچکتر از قطر یک تار موی انسان ‏است.

شکل 1-1 .درک ابعاد نانو از طریق مقایسه ابعاد بعضی اشیاء و موجودات.
یک قرارداد مفید و قابل قبول در این باره این است که مواد برای اینکه در مقیاس نانو قرار بگیرند باید? حداقل در یکی از ابعاد (طول، عرض یا عمق) کمتر از 100 نانومتر باشند. در واقع این محدودیتی است برای? مقیاس نانو که “طرح ملی فناوری نانوNNI) (برای تعریف فناوری نانو استفاده میکند: “فناوری نانو فهم و? کنترل مواد در ابعاد 1 تا 001 نانومتر است، جاییکه پدیدههای منحصر به فرد منجر به کاربردهای جدید میشود.” برای این منظور، افزودن دو عبارت دیگر برای کامل کردن تعریف لازم به نظر میرسد. نخست اینکه،? فناوری نانو شامل ساخت و استفاده از مواد، ساختارها، دستگاهها و سامانههایی است که به خاطر اندازهی? کوچکشان دارای خواص منحصر به فردی هستند. همچنین دربرگیرندهی فناوریهایی میباشد که قادر به کنترل مواد در مقیاس نانو هستند.???????????
?با وجود اینکه ما میدانیم واژهی نانو در فناوری نانو اشاره به یک مقیاس خاص دارد، داشتن یک تصور? درست از آنچه که در این مقیاس است و ارتباط آن با زندگی روزمرهی ما، حائز اهمیت است. مثالهای متنوعی??????????? که بسیار رایج هستند، وجود دارد که ما میتوانیم برای درک اندازهی یک نانومتر از آنها استفاده کنیم. برای? مثال پهنای یک تار موی انسان، 100000 نانومتر است. مثال دیگر، مقایسهی زیر است: یک نانومتر در مقایسه با? اندازهی یک متر، تقریبا مانند اندازهی توپ گلف در مقایسه با اندازهی کرهی زمین است. شاید بهترین راه برای? تشخیص مقیاس نانومتر، توصیف محدودهای از مقیاس طول از سانتیمتر به سمت مقیاس نانو باشد. یک مورچه? تقریباً 9 میلیمتر است. سر سنجاق1 تا 2 میلیمتر است. کرمهای گردوغبار 200 میکرومتر هستند. موی انسان? تقریباً نصف اندازهی کرم گردوغبار است، یعنی 100 میکرومتر. سلولهای قرمز خون که در رگهای ما جریان? دارند، حدود 4 میکرومتر هستند. حتی کوچکترین سلولهای ما “سنتاز ? 10 “ATP?نانومتر قطر دارند. اندازهی? دو بند مارپیچ دوگانهی ? DNA?از هم، حدود 2 نانومتر است. در نهایت، خود اتمها اندازهای کمتر از یک نانومتر? ?دارند که اغلب در حد آنگستروم هستند (شکل1 -1 )( http://www.islandone.org/MMSG/aas).????????????????????????????????????????????????????????????????????
?در حالیکه واژهی فناوری نانو نسبتاً جدید است، وجود دستگاههای کارکردی و ساختارهایی با ابعاد? نانومتری جدید نیست، و در واقع چنین ساختارهایی از زمانیکه حیات بوده است، بر روی زمین وجود داشتهاند.??????????????????????????????????????????????????????
?آلبومین9 صدفی است با پوستهای بسیار محکم که دارای سطوح داخلی رنگین کمانی است که بوسیلهی? سازماندهی کربنات کلسیم در داخل نانوساختارهای مستحکم آجرمانند، با یک چسب ساخته شده از مخلوط? کربوهیدرات و پروتئین در کنار یکدیگر قرار گرفتهاند. به دلیل وجود آجرکهای نانوساختار، شکافهای ایجاد? شده روی قسمت بیرونی، قادر به حرکت در میان پوسته هستند. پوستهها نشاندهندهی یک نمونهی طبیعی? ?هستند که مشخص میکنند یک ساختار ساخته شده ازنانوذرات میتواند بسیار محکم باشد (پژوهش ناسا توسط فریتا 10) .???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????
با وجود چنین سامانههایی در طبیعت، بهترین فرآیندهای کارآمد و سازگار با محیط زیست را نیز باید از? خود طبیعت آموخت. وقتی که در محیط زندگیمان کاوش میکنیم، به نقش اساسی نانومواد در سیستمهای? زیستی پی میبریم. معماریهای ساخته شده توسط موجودات زنده، همه مبتنی بر تجمع نانوئی میباشد( جی.کوآ11 ،2004).
در وهله دوم نانوساختارها باید خواص مرتبط با اندازه و متفاوت از حالت معمول یا اصطلاحاً حالت بالک ‏داشته باشند. یعنی با تغییر اندازه به ابعاد نانو تغییر خواص مواد را شاهد باشیم.
فناوری نانو در طبیعت
مدت زمان زیادی از پدید آمدن فناوری نانو به عنوان یک رشتهی علمی نمیگذرد. مانند بسیاری دیگر? از فناوریها، بخش قابل توجهی از این فناوری نیز از طبیعت الهام گرفته است. با گذشت سالیان متوالی و? توسعهی فناوریهای بشر و ساخت آزمایشگاههای بسیار مجهز برای آزمون ایدههای بزرگ، طبیعت برای یک? مدت زمان بسیار طولانی، الهام بخش اختراعات در فناوری بوده است.??????????? با نگاهی به طراحیهای لئوناردو داوینچی12 ، الهام از طبیعت برای فناوریها به منظور کمک به انسانها،? کاملا مشهود است. به عنوان مثال مطالعات داوینچی در مورد جزئیات کامل پرواز پرندگان، کمک فراوانی به او? برای طراحی الگوهایی برای هلیکوپتر و گالیدر کرد. بال بسیاری از گالیدرهای او بر اساس بال خفاشها بود.???????????
?فناوری مدرن نیز بسیاری از مفاهیم خود را از طبیعت الهام گرفته است. درک چگونگی استفادهی? طبیعت از نیروها و مواد در مقیاس نانو، میتواند برای طراحی دستگاههای مهندسی و اهداف دیگر مورد استفاده? قرار بگیرد. علم تقلیدی (زمینهی تحقیقاتی که با بازآفرینی و تقلید از مکانیسمهای طبیعت در تکنولوژی سروکار? دارد) در تلاش برای استفاده از میلیاردها سال تجربهی تکاملی طبیعت به منظور ایجاد مواد و فناوری مفید است.??????????????????????????????????????????????????????
?امروزه در جهان طبیعی، تأثیر طراحی در ابعاد نانو به خوبی شناخته شده و ماهیت استفادههای بسیار? جالب برای نانومواد تکامل یافته است. به عنوان مثال، برخی از باکتریها نانوذرات مغناطیسی در داخل خود? دارند که به عنوان قطبنما برای تشخیص جهت، به باکتریها کمک میکند. حتی موجودات بزرگتر نیز از? طراحی در ابعاد نانومتری بهره میبرند.???????????????????????????????????????????
مورد ‏جالب دیگر تحقیقاتی بروی مارمولک بود که با عنوان نانو مکانیک عرضه شد. دانشمندان دریافتند زیر ‏پاهای مامولک با نانو الیافی پوشانده شده که در نوک این نانو الیاف یک پرچم قرار دارد (شکل زیر). این ‏پرچمها در حقیقت یک لایه با ضخامت نانومتری بوده و زمانی که این پرچمها کاملاً روی سطح پخش می ‏شوند (درست مثل مولکول های آب) می توانند وزن مارمولک را تحمل کنند و این حیوان قادر است حتی ‏روی شیشه های صیقلی در حالت قائم راه برود. نتایج این تحقیقات به ساخت نوعی چسب منتهی شد که ‏‏200 بار از نوع غیر نانویی آن قویتر است
.
شکل 1-2 .نانو الیاف دست پای مارمولک به آن اجازه می دهد تا روی سطوح عمودی بایستد.
یکی دیگر از نمونههای فناوری نانو در طبیعت، باکتریهای مغناطیسی هستند. مگنتوتوکتیک13 نام یک? دسته از باکتریهاست که مانند یک قطب نما خود را در جهت خطوط میدان مغناطیسی زمین قرار میدهد. این? باکتریها برای اولین بار در سال 1963 گزارش شدند. این توانایی جهت یابی، از حضور زنجیرههای مواد? مغناطیسی در داخل سلولهای باکتری ناشی میشود که در سال 1963 گزارش شد. این مادهی مغناطیسی??????????? معمولا مگنتیت14 (Fe_3 O_4) یا Fe_3 S_4است. در حقیقت این قطب نما اعجاز مهندسی طبیعت در مقیاس نانو? است. طبیعت از زنجیرهی موادی مانند این که بسیار شبیه به نانوسیمها هستند، استفاده کرده است که مانند سیمهای مغناطیسی در مقیاس نانو میتوانند در برنامههای کاربردی فناوری استفاده شوند. در یک مفهوم? بزرگتر، مکانیسم کنترل هر سلول زیستی، در مقیاس نانو کار میکند و نشان دهندهی یک منبع الهام بخش برای? ?برنامههای کاربردی فناوری نانو میباشد.????????????????????????????????????????????????????????????????
خواص مواد در مقیاس نانو
به طور کلی خواص مواد بستگی به اتمهای تشکیل دهندهی آنها و نحوهی قرارگیری اتمها در ساختار? ماده دارد. برای مثال خواص فولاد با خواص مس متفاوت است، زیرا اتمهای آنها با یکدیگر متفاوت میباشند؛??همچنین خواص فولادی که ساختار کریستالی آن 15fcc ?میباشد با خواص فولادی که ساختار کریستالی آن ?16bcc? میباشد متفاوت است ????، زیرا نحوهی قرارگیری اتمها در شبکهی بلور با یکدیگر یکسان نیستند.?????????????????????????????????????????????????????????????
یکی از خصوصیات مشخص کنندهی مواد نانو این است که رفتاری متفاوت با رفتار مواد درشت ساختار یا?? میکروساختار دارند. زمانی که اندازهی ذرات یک ماده از یک اندازهی خاص کوچکتر میشود، ابعاد ماده یکی از?? ?عوامل تأثیرگذار بر روی خواص ماده، علاوه بر ترکیب و ساختار آن ماده خواهد بود.?????????????????????????????????????????????????????????????
حداقل سه عامل را میتوان به عنوان دلایل این رفتار ذکر نمود:??????????

1.نزدیک شدن ابعاد ماده به مقیاسهایی نزدیک اندازههای مولکولی و اتمی.??
2. نسبت سطح به حجم بالا در مواد نانو؛ به این معنی که اتمی با فاصلهی زیاد از سطح وجود نخواهد?? داشت و لذا نیروهای بین اتمی و پیوندهای شیمیایی اهمیت مییابند و نقش تعیین کنندهای به خود?? می گیرند.??????????
?3. افزایش کمّی حجم مرز دانهها که با کاهش اندازهی دانه تحقق خواهد یافت که این امر به نوبهی خود بر?? ?روی خواص فیزیکی ماده تأثیرگذار خواهد بود( پی.هولیستر17،2003)??????????????????????????????????????????????????????????????
با تغییر اندازه به ابعاد نانو تغییر خواص مواد را شاهد باشیم. عموماً خواص جدید ‏حاصل از یک یا چند پدیده زیر می باشد:
الف) ازدیاد سطح:‏
در هر فرایند شیمیایی یکی از واکنش دهندها در آن جامد باشد سطح اهمیت پیدا می کند. زیرا از دیدگاه ‏سینیتیک واکنش، ابتدا باید اتمهای سطح واکنش داده تا بقیه اتمها در معرض واکنش دهنده قرار گرفته ‏و واکنش ادامه پیدا کند. برای روشن شدن مطلب به مقایسه واکنش زنگ زدن یا خوردگی آهن آلومینیم ‏می پردازیم. در فلز آهن پس از اینکه سطح آن زنگ می زند اکسید آهن متخلخل ایجاد می شود. آب و ‏اکسیژن می توانند به داخل این لایه متخلخل نفوذ کرده و با آهن واکنش داده مجدداً اکسید آهن تشکیل ‏می شود و تکرار این فرایند باعث می شود تمامی آهن به اکسید آهن مبدل شود. اما اکسید آلومینیم ‏روی سطح را طوری می پوشاند که به اکسیژن اجازه ورود نداده و باعث توقف خوردگی می شود.‏
پس از ذکر اهمیت سطح به چگونگی ازدیاد آن در مقیاس نانو می پردازیم. از شکل زیر به سادگی می ‏توان دریافت با کوچک شدن اجزا، سطح و نسبت سطح به حجم افزایش می یابد. در مثال ساده زیر با ‏تقسیم مکعب اولیه به 8 قسمت سطوح آن 2 برابر می شود. اما این افزایش سطح یا نسبت سطح به ‏حجم چه تاثیری دارد؟
شکل 1-3 .اثر ریز شدن مواد در افزایش سطح آنها.
بطور کلی خواص سطح از درون ماده متفاوت است و این پدیده باعث پیدایش علومی چون فیزیک، شیمی ‏و مهندسی سطح گردیده. اما به بیان ساده اتمها و مولکولهایی که در مجاورت سطح ماده قرار می گیرند ‏نسبت به اتمهای درون ماده پیوندهای کمتری داشته و به تعبیر ترمودینامیکی ناپایدارتر هستند این ‏ناپایداری که موجب افزایش انرژی ماده می شود و انرژی یا کشش سطحی نامیده می شود. بعلاوه تراز ‏های انرژی در سطح بصورت مجزا هستند درحالیکه درون ماده این ترازها به هم فشرده و ساختار نواری ‏انرژی ایجاد می کنند. از نقطه نظر آماری، در ابعاد نانو نسبت سطح به حجم افزایش یافته بنابراین خواص ‏میانگین از سطح پیروی می کنند و خواص جدیدی بارز می شوند.
.
شکل 1-4 . تفاوت انرژی اتمهای سطح با استفاده از طیف سنجی دامنه نوسان.
ب) کوانتیزه شدن ترازهای انرژی:‏
به تبدیل مقادیر پیوسته به یکسری حالات گسسته کوانتیزه شدن گفته می شود. به تعبیر ساده دریک ‏جامد بالک18، ترازهای انرژی در هم فشرده و به صورت یک نوار در می آیند (شکل زیر 1-5). از دیدگاه عملی ‏یک الکترون می تواند انرژیهای متفاوتی دریافت و به تراز انرژی بالاتر برود. اما در یک نانوساختار الکترون ‏باید دقیقاً مقدار مشخصی انرژی دریافت کند تا به تراز بالاتر صعود کند.
شکل1-5 .تغییر ترازهای انرژی به نوار های انرژی از اتم منفرد تا حالت بالک.
شکل زیر نانوذرات طلا را نمایش می دهد که بصورت کلوئیدی در اندازه متفاوت رنگهای متفاوتی ایجاد می ‏کنند.
شکل1-6 . ذرات کلوئیدی طلا با اندازه های متفاوت که تغییر اندازه ذرات تغییر رنگ محلول را به دنبال دارد.
مثال عملی دیگری که از پدیده وجود دارد کرمهای ضد آفتاب است. این کرمها حاوی ذرات ‏TiO_2 ‎‏ و ‏ZnO ‏ ‏هستند و امواج فرا بنفش را جذب می کنند اما به دلیل بزرگ بودن اندازه ذرات (میکرومتر) نور مرئی را ‏جذب و به همان شکل بازتاب می دهند که باعث می شود سفید رنگ به نظر برسند. رنگی که ما از اجسام ‏می بینیم در حقیقت طول موجی است که جسم قادر به جذب آن نیست یعنی یک جسم قرمز رنگ تمام ‏طول موجهای نور مرئی را جذب اما نور قرمز را بازتابش می کند. با کوچکتر شدن اندازه ذرات در حدود ‏نانومتر تنها امواج فرابنفش جذب شده و نور مرئی از آنها عبور می کند لذا کرم حاوی نانو ذرات بی رنگ ‏به نظر می رسد.‏
پ) اهمیت یافتن نیروهای واندروالس:‏
نیروهای واندروالس در اثر دوقطبی های لحظه ای درشت مولکولها پدید آمده و به دلیلی ضعیف بودن این ‏نیرو غالباً از آن چشمپوشی می شود. اما چندی پیش دانشمندان دریافتند تقریباً روی همه چیز در کره ‏زمین با آب پوشانده شده این امر را مرتبط با نیروی واندر والس دانستند. از دیدگاه نانو لایه آب به قدری ‏نازک است که می تواند حتی روی سطوح قائم قرار بگیرد بدون اینکه نیروی وزن آنرا سرازیر کند(جی.کوآ19 ،2004 )
اثر اندازه ذرات بر خواص آنها
برای هر نوع اندرکنش، دانستن این که چگونه خواص نمونه با اندازهاش تغییر میکند، اهمیت دارد. بعلاوه ‏بایستی یادآوری شود که با کاهش اندازه ذرات از وضوح مفهوم فاز کاسته میشود، چون یافتن مرزی میان ‏فازهای همگن و ناهمگن و حالات آمورف و بلوری مشکل است. امروزه با وجود تمام پیشرفت های علم نانو، هنوز پاسخ ‏کلی به این سوال که ارتباط اندازه ذرات مثلاً یک فلز با خواص آن چیست، مقدور نمی باشد.
‏الف- فعالیت شیمیایی
نانوذرات فلزی با اندازه کمتر از 10 نانومتر، سیستمهایی پر انرژی و فعالیت شدید شیمیایی ارائه می کنند. ‏ذرات با اندازه حدود 1 نانومتر تقریباً هیچ نیازی به انرژی فعالسازی برای واردشدن به فرایند تجمع، که ‏منجر به تشکیل نانوذرات فلزی می شود، یا واکنش با ترکیبات شیمیایی دیگر برای تولید موادی با خواص ‏جدید، ندارند.
‏ب- دمای ذوب و استحاله
در نانوذرات تعداد قابل توجهی از اتم ها در سطح واقع شدند و نسبت آنها با کاهش اندازه ذره، افزایش ‏‏می یابد. به همان نسبت سهم اتم های سطح در انرژی سیستم افزایش می یابد. این امر پیامدهای ‏ترمودینامیکی ‏معینی همچون وابستگی نقطه ذوب (‏Tm‏) نانوذرات به اندازه، دارد. اندازه، فعالیت ذرات را ‏تعیین می کند، به ‏علاوه آثاری همچون تغییر دمای استحاله پلی مورفی، افزایش حلالیت و جابجایی تعادل ‏شیمیایی را سبب ‏می شود.‏
مطالعات نظری و تجربی روی ترمودینامیک ذرات کوچک تصدیق می کند که اندازه ذره یک متغیر ‏موثر ‏است، که همراه سایر متغیرها، حالت سیستم و فعالیت آن را تعیین می کند. اندازه ذره می تواند به عنوان ‏‏متناظر دما در نظرگرفته شود. این بدان معنی است که ذرات با اندازه نانو قادرند به واکنش های نامعمول ‏برای ‏مواد توده وارد شوند. به علاوه مشخص شده که تغییر اندازه نانوبلورهای فلزی، گذار فلز- غیرفلز را ‏کنترل ‏می کند.
‏پ- پارامتر شبکه و طول پیوند
فعالیت ذرات به فواصل بین اتمی هم بستگی دارد. برآوردهای نظری در موارد متعدد نشان داد که ‏متوسط ‏فواصل بین اتمی با کاهش اندازه ذره، افزایش یا کاهش می یابد. البته این امر پیچیدگی های خاصی دارد. ‏مثلاً مدلهای زیادی وجود دارند که طبق آنها کاهش طول پیوند امری اجتناب ناپذیر است. در سوی دیگر ‏نیز آزمایشات و مدلهای متفاوتی وجود دارند که به عکس این روند عقیده دارند. اما آخرین بررسی ها ‏نشان می دهد که اتمهای درون نانو ذرات تمایل دارند تا فاصله ای بیش از فاصله فاصل تعادلی حالت بالک ‏اختیار کنند اما اتمهای سطح برای کاهش انرژی خود که از پیوند های کم ناشی می شود، با هم پیوند ‏های جدیدی ایجاد می کنند که فاصله آنها را کاهش می دهد. در نتیجه اندر کنش این دو مکانیزم تعیید ‏می کند که اندازه میانگین اتمهای نانوذره کاهش یا افزایش یافته است(جی.کوآ20 ،2004).
انواع نانو ساختار(جی.کوآ21 ،2004 ; جی ای.اوزاین22 ، 2005).
الف) نانو ذرات23 : یک نانوذره، ذره ای است که ابعاد آن در حدود 1تا 100 نانومتر باشد که از دهها تا هزاران اتم تشکیل شده است. نانوذرات علاوه بر نوع فلزی،عایقها و نیمه هادیها،نانوذرات ترکیبی نظیر ساختارهای هسته لایه را نیز در بر میگیرد.
کاربرد: پرکاربرد در کلیهی زمینهها مانند:? کاتالیزور، بسته بندی، روکشها،افزودنیهای سوخت و مواد منفجره،? باتریها و پیلهای سوختی،? روانکنندهها، پزشکی و داروسازی،? محافظت کنندهها، دارو رسانی، لوازم?? آرایشی و مواد کامپوزیت.
شکل 1-7 .نانو ذرات.
ب)نانو لوله ها24 : نانولولهها دارای ساختاری لوله مانند در مقیاس نانو میباشند. لفظ نانو لوله در حالت عادی در??? مورد نانولوله های کربنی به کار می رود، هر چند??? که اشکال دیگری از نانولوله همچون انواع ساخته????? شده از نیترید بور یا حتی نانولوله های خودآرای??? آلی نیز وجود دارد.
کاربرد: به عنوان تقویت کننده در کامپوزیتها،? صنعت الکترونیک، بستر کاتالیستها نمایشگرهای تشعشع میدانی، پیل? سوختی ،?ذخیره کنندهی? گازها ،?دارورسانی، پیلهای خورشید ، حسگرها.?
شکل 1-8 .نانو لوله ها.
ج) نقاط کوانتومی25 : نقاط کوانتومی ــ یا نانوکریستالها ــ در دستهی نیمه رساناها جای میگیرند. این دسته از نانوساختارها دارای ساختار کریستالی و کلوئیدی در ابعاد نانومتر و تقریباً کروی میباشند. پهنای آنها، بین 2 تا 10 نانومتر، یعنی معادل کنار هم??? ?قرار گرفتن 10 تا 50 اتم است.??????????????????????????????????????????????????????
کاربرد: نشانگرهای بیولوژیکی، دیودهای نورانی? سفید، اتمهای مصنوعی، عناصر مدارهای نوری، مولدهای انرژی? خورشیدی، حاملهای هدفمند دارو.
شکل 1-9. نقاط کوانتومی.

در این سایت فقط تکه هایی از این مطلب با شماره بندی انتهای صفحه درج می شود که ممکن است هنگام انتقال از فایل ورد به داخل سایت کلمات به هم بریزد یا شکل ها درج نشود

شما می توانید تکه های دیگری از این مطلب را با جستجو در همین سایت بخوانید

ولی برای دانلود فایل اصلی با فرمت ورد حاوی تمامی قسمت ها با منابع کامل

اینجا کلیک کنید

د) نانو پوشش ها26 : نانوپوشش ها گونه ای از لایه های نازک هستند که یا ابعاد آن ها در حد نانو میباشد، و یا زمینه????? ای (سُل) دارند که ذرات ریز در ابعاد نانو در آن پراکنده شده اند و خواص ویژه ای را به آن می????? بخشند.
کاربرد: پوششدهی و مهندسی سطح، پوشش دهی ضدخش، سایش و خوردگی،? کاربردهای? ?اپتیکی،?پوششهای بهداشتی و پزشکی، کاربردهای الکتریکی و الکترونیکی، روانسازها.?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????
شکل 1-10 .نانو پوششها.
ه)نانوسیم ها 27: نانوسیمها، ساختارهایی با ضخامت یا قطری دراندازهی ده ها نانومتر یا کمتر، و طولی نامشخص هستند.اثرات مکانیک کوانتومی، در این مقیاسه اهمیت مییابد و همین منجر به ابداع واژهی????????? <<سیم کوانتومی>> شده است. اغلب به صورت غیربلوری و در بعضی و در برخی مواقع به اشکال مستقیم و یا مارپیچ هستند.بر خلاف نانولولهها????? ?فاقد فضای توخالی میباشند.???????????????????????????????????????????????????
کاربرد: ?وسایل ?مغناطیسی،حسگرهای? شیمیایی و زیستی، اتصالات داخلی در نانوحسگرها، لیزرها، نشانگرهای ?زیستی، ?نانو دستگاهها? نظیر ترانزیستورهای متأثر از میدان ،? دیودهای گسیل نور، ترانزیستورهای دوقطبی، معکوس کنندهها.????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????
شکل 1-11. نانو سیمها.
و) نانو کپسول ها 28: نانوکپسول به هر نانوذرهای گفته میشود که دارای یک پوسته و یک فضای خالی جهت قرار دادن مواد مورد نظر در داخل آن باشد فسفولیپیدها از جمله نانوکپسولهای طبیعی هستند.
کاربرد: سیستم دارورسانی هدفمند، رهایش کنترل شده و تاخیری آفتکشها، لایه?های نازک عکاسی، افزایش کیفیت مواد غذایی، بالا بردن پایداری و دوام منسوجات، استفاده در پودرهای? رختشویی و خوشبوکنندهی لباس.???
شکل 1-12 .نانو کپسولها.
ز) نانو کامپوزیت ها29 : نانو کامپوزیت ها مواد مرکبی هستند که حداقل یکی از اجزاء تشکیل دهنده آنها دارای ابعادی در محدوده 1 تا 100 نانومتر باشد. این ساختارها برحسب نوع ماده تقویت کننده به سه نوع نانوکامپوزیت های زمین? سرامیکی، فلزی و??? ?پلیمری تقسیم بندی می شوند.???????????????????????????????????????????????????
کاربرد : صنایع خودروسازی، ساختمان، نظامی انواع پوششها، پزشکی برای مهندسی? بافت، لوازم خانگی، لوازم ورزشی، بسته بندی مواد غذایی.?
شکل 1-13 .نانو کامپوزیت ها.
ح) درخت سانها30 : درخت سانها یک طبقه جدید مواد پلیمری هستند.آنها کمپلکس شاخهدار از زیرواحدهای مونومری بوده که به صورت واحدهای تکراری از یک هستهی مرکزی انشعاب پیدا میکنند.????? ?ساختار این مواد، تاثیر به سزایی بر روی خواص??? ?فیزیکی و شیمیایی آنها است.??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????
کاربرد : رنگرزی منسوجات، صنایع آرایشی بهداشتی، پزشکی ودارورسانی مهندسی بافت، ساخت صفحات? مدارهای چاپی و حسگرها.
شکل 1-14 .درخت سانها.
ط) فولرنها31 : فولرن یکی از دگرشکل های مصنوعی عنصر کربن است.که از گرما دادن به گرافیت ساخته میشود.????? به جهت شباهت شکل آن به توپ فوتبال، به آن باکی بال (? )Bucky Ball?نیز میگویند.در حقیقت این ترکیبات شامل مجموعهای توخالی از اتمهای کربن که به صورت حلقههای پنج یا شش ضلعی????? ?آرایش یافتهاند، گفته میشود.??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????
کاربرد: به عنوان تقویت کننده در?نانوکامپوزیت ها، کاربردهای فوتونیک،? پزشکی، دارورسانی، ذخیره کنندهی? اطلاعات در الکترونیک، سلولهای خورشیدی، حامل کاتالیستها در شیمی.
شکل 1-15 .فولرنها.
ی) نانو حفره ها32: مواد نانوحفره ای ساختارهای متخلخلی هستند که اندازه حفرات آنها کمتر از 100 نانومتر می با?????شد. این ترکیبات درمنابع طبیعی و سیستمهای بیولوژیکی به فراوانی یافت می شوند. اندازه و نظم????? ?حفرات کنترل کننده خواص مواد نانوحفرهای??? است.???????????????????????????????????????????????????
کاربرد: کاربردهای کاتالیزوری، فرآیندهای تعویض یون، جداسازی، ساخت حسگر،?عایقهای حرارتی، فیلترهای محیطی ، دارورسانی.
شکل 1-16 .نانو حفره ها.
روش های سنتز نانو ذرات (سایت سازمان نانو33 ; پی.هولیستر34،2003 ):
الف) احیای شیمیایی
ب) احیای فوتو شیمیایی و تابشی – شیمیایی
ج) سل – شیمیایی
د) چگالش از بخار
ه) CVD
کاربرد های نانو ذرات (خلیقی; 2010):
الف) حافظههای مغناطیسی
ب) نیمه هادی های نیمه مغناطیسی (DMS)
ج) تصویر برداری های پزشکی
د) کاتالیست های جدید و بسپار فعال
ه) کاتالیست سنتز CNT و سایر نانو سیم ها
و) منابع و سنسورهای نوری
ز) حامل های دارویی
نانو ذرات فلزی
نانوذرات فلزی به عنوان موضوعی جذاب در بین محققان علمی و صنایع کاربردی علوم و فناوری نانو??? توجه زیادی را به خود جلب کرده است. در تاریخ شیمی کلوئید، نانوذرات فلزی که فلزات کلوئیدی یا ذرات فلزی??? ریز نامیده میشوند، به عنوان یک موضوع تحقیقی از 150 سال قبل به وسیلهی دانشمندان مطرح میباشد. به??? عنوان مثال در سال 1857 مایکل فارادی35 اولین مطالعات اصولی را در زمینه سنتز و رنگ کلوئیدهای طلا انجام داد. او متوجه شد که رنگ قرمز نانو ذرات طلا به خاطر اندازهی کوچک آنها میباشد، زیرا برهمکنش??? این ذرات با نور در مقایس نانو با تودهی طلا متفاوت میباشد. اگرچه کارهای او بیشتر جنبهی کیفی داشته??? اما راه را برای بررسی بیشتر نانو ذرات فلزی و کاربردهای گستردهی آنها هموار نمود. تهیهی نانوذرات طلا بار??? دیگر توسط جی . ام .توماس36 جانشین فارادی در انستیتو سلطنتی لندن گزارش شد. توماس اثبات کرد که قطر??? ذرات 30-3 نانومتر بوده است(ام.فارادی37 ،1857;جی. ام 38،1988) . از آن زمان تعداد متعددی مقالهی علمی در زمینهی سنتز، اصلاح،??? بررسی خواص سطح و تجمع نانوذرات فلزی منتشر شده است که بسیاری از خواص فیزیکی و شیمیایی این??? ?ذرات را که توجیه کنندهی ویژگیهای رفتاری آنهاست، بیان میکند.??????????????????????????????????????????????????????????
در حقیقت نانوذرات فلزی، ذراتی از جنس یک نوع فلز یا به صورت آلیاژی از دو یا چند فلز در ابعاد 10???تا 100 نانومتر میباشند. در میان نانو ساختارها، نانوذرات فلزی دارای اهمیت ویژه میباشند و این به علت تفاوت??? زیاد در برخی از خواص فیزیکی آن فلز، در دو حالت اتمی و توده میباشد. از جمله خواص جالب نانوذرات فلزی??? برهمکنش آنها با نور است که از این خاصیت در شناسایی این نانوذرات استفاده میشود. در واقع سادگی??? ساختاری این دسته از نانوذرات که با خواص فیزیکی ویژهای همراه شده است باعث کاربرد زیاد این ذرات در??? زمینههای مختلف مانند حسگرهای زیستی و شیمیایی، کاتالیزورها، پزشکی و دارورسانی، صنایع غذایی و??? ?سیستمهای نانوالکترونیکی شده است (ار.نارایانان39 ،2003; ام.برنچا40 ،2009;تی ام.رازلر41 ،2009; ار.نارایانان ،2004(???????????????????????????????
روشهای کلی تهیهی نانوذرات فلزی?????????
?در اصل تهیهی نانوذرات فلزی را میتوان در دو گروه طبقه بندی کرد: روشهای فیزیکی و شیمیایی. در??? روشهای فیزیکی، تبخیر و لایه برداری لیزری از تودهی فلزی برای تشکیل نانوذرات استفاده میشود، در حالی??? که کاهش یونهای فلزی به اتمهای خنثی روش رایج در تکنیکهای شیمیایی است. کاهش میتواند به وسیلهی??? تبدیل شیمیایی ، فوتوشیمیایی ، سونوشیمی ، الکتروشیمیایی یا انرژی رادیواکتیو انجام شود. (شکل 9-1).????????????????????????????????????????????????????
?شکل 1-17 .مفهوم شماتیک تهیهی نانوذرات فلزی با دو روش فیزیکی و شیمیایی( ان.توشیما42،2008).??????????????????????????????????????????????????
عموماً روشهای شیمیایی مزایایی همچون آسانی کنترل ساختارهای اولیهی نانوذرات مانند اندازه، شکل??? ?و ترکیب آنرا دارند. روشهای شیمیایی به طور کلی شامل دو فرایند در محلول هستند:????????????????????????????????????????????????????
1?. تشکیل اتمهای فلزی با کاهش یونهای فلزی یا تجزیه کمپلکسهای فلزی????????????????????????????????????????????????????
2 . رشد اتمهای فلزی برای تولید نانوذرات فلزی با کنترل تجمع اتمهای فلزی???
به منظور کنترل اندازه و ساختار ذرات، تنظیم شرایط واکنش به خصوص انتخاب پایدارکننده مهم است(جی.تورکویچ43،1970)

دسته بندی : پایان نامه ها

دیدگاهتان را بنویسید