عنوان: سنتز نانوذرات در مایعات یونی نویسندگان : 1- خديجه حاجي بابايي 2- محسن سروری

نانو ذرات تهیه مواد در مقیاس نانو برای مدت طولانی مورد توجه شیمیدانان علم مواد و مهندسین این علم قرار گرفته است. هنگامی که یک ماده در مقیاس نانو تهیه می‌شود خواص فیزیکی آن تغییر می‌کند. این خواص وابسته به اندازه نانوساختارهای مختلف فوق العاده ارزشمند است.

مایعات یونی در سالهای اخیر مایعات یونی به عنوان محیط مناسب برای تهیه نانو ذرات شناخته شده‌اند. تهیه نانوذرات در مایعات یونی هنوز در مرحله ابتدایی است، اما.. نتایج بسیار خوبی با استفاده از این ترکیبات به دست آمده است که حاکی از استفاده از این ترکیبات برای تهیه نانوذرات می‌باشد.

مایعات یونی مایعات یونی دارای خواص منحصر به فردی می‌باشند که آنها را جهت استفاده به عنوان محیط واکنش برا ی سنتز نانوذرات مناسب کرده است. کشش سطحی پایین، خصوصیت بسیاری از مایعات یونی که سرعت هسته‌زایی را افزایش می‌دهد. افزایش سرعت هسته‌زایی باعث ایجاد ذرات با اندازه کوچکتر می‌شود. مایعات یونی به عنوان گونه الکترونی و تثبیت کننده فضایی، رشد نانو ذرات را به تنهایی کاهش می‌دهند.

سنتز نانوذرات توسط مایعات یونی سه روش معروف سنتز نانوذرات توسط مایع یونی: روش اول: سنتز مستقیم با استفاده از ریزموج (Microwave Assisted Synthesis) خصوصیت یونی و قطبیت بالای مایعات یونی دلیل استفاده از این ترکیبات به عنوان محیط واکنش ریزموج می‌باشد.

سنتز نانوذرات توسط مایعات یونی روش دوم: ترسیب بخار فیزیکی (Physical Vapour Deposition) PVD تحت شرایط خلاء به علت اینکه مایعات یونی دارای فشار بخار پایین هستند از این ترکیبات به عنوان محیط واکنش استفاده می‌شود. روش سوم: سونوشیمی (Sonochemistry) راهی قدرتمند برای تهیه نانوذرات اکسیدی با استفاده از مایعات یونی فراهم آورده است.

مزایای استفاده از مایعات یونی در سنتز نانو ذرات مایعات یونی به گونه‌ای طراحی می‌شوند که نمکهای معدنی را در خود حل کنند. نمکهای معدنی پیش ماده سنتز نانو ذرات محسوب می‌شوند. مایعات یونی را می‌توان به گونه‌ای انتخاب کرد که سنتز معدنی با مواد اولیه قطبی/یونی بدون آب (به عنوان یک حلال قطبی) قابل انجام باشد. سنتز در غیاب آب می‌تواند از تشکیل مواد جانبی نظیر هیدروکسیدها و یا اکسیدهای آبی جلوگیری کند.

مزایای استفاده از مایعات یونی در سنتز نانو ذرات مایعات یونی کششش سطحی پایین دارند. پایین بودن کشش سطح، باعث افزایش سرعت تشکیل هسته‌ها می‌شود. این امر سبب ایجاد نانوذرات با اندازه کوچک می‌شود.

مزایای استفاده از مایعات یونی در سنتز نانو ذرات مایعات یونی به خاطر وجود کاتیون و آنیون، پوسته‌ای الکتروستاتیکی در اطراف نانوذرات تشکیل می‌دهند که باعث جلوگیری از انباشتگی نانوذرات می‌شود. نانوذرات با پیوند کئوردینانسی از طریق کاتیون یا آنیون (پیوند یونی یا کوالانسی) پایدار می‌شوند. کاتیون یا آنیون با زنجیر آلکیل طولانی باعث پایداری نانوذرات در محلول می‌شود.

مزایای استفاده از مایعات یونی در سنتز نانو ذرات پراکندگی نیروی کشش سطحی اجزاء موجب افزایش تفاوتهایی بین انرژی سطحی در جهات مختلف بلور می‌شود. چون مایعات یونی کشش سطحی پایینی دارند، کنترل مورفولوژی نانوذرات در محیط مایع یونی تضمین می‌شود.

مزایای استفاده از مایعات یونی در سنتز نانو ذرات مایعات یونی ممکن است به صورت گسترده در حالت مایع پیوند هیدروژنی تشکیل دهند. در این حالت مایعات یونی به عنوان حلالهای ابرمولکولی (Supramolecular) شناخته می‌شوند. مایعات یونی در سنتز نانوذرات با کنترل مورفولوژی استفاده می‌شوند.

مزایای استفاده از مایعات یونی در سنتز نانو ذرات با تغییر کاتیون و آنیون موجود در مایع یونی، خواص تغییر می‌یابد. این خواص شامل موارد زیر است: خواص آب گریزی یا آب دوستی پیوند هیدروژنی حلالیت گازها در این مایعات مایعات یونی واکنشگرهای فعالی هستند. مایع یونی دارای گروه هیدروکسیل همزمان به عنوان عامل کاهنده، حلال و پایدار کننده نانوذرات استفاده می‌شود.

مزایای استفاده از مایعات یونی در سنتز نانو ذرات با توجه به نوع مایع مورد استفاده به عنوان محیط واکنش برای سنتز، نانو مواد سنتز شده در آب محلول یا نامحلول هستند. می‌توان با تغییر خصوصیات مایع یونی... خصوصیات آب دوستی یا آب گریزی را به نانوذرات سنتز شده القا نمود.

مزایای استفاده از مایعات یونی در سنتز نانو ذرات فشار بخار پایین داشته و غیر قابل اشتعال‌اند. لذا به راحتی می‌توان واکنش را در دمای بالا و تحت خلاء انجام داد. مایعات یونی حلالهای سبز ( Green Solvents) هستند. این ترکیبات غیرفرار، غیرسمی و غیرخورنده هستند. استفاده از حلال کمکی و مواد جداکننده در محیط مایعات یونی غیرضرورری است.

استفاده از مایع یونی در سنتز نانو ذرات استفاده از مایعات یونی به عنوان محیط واکنش برای تهیه نانوذرات معدنی به دلیل خصوصیات منحصربه‌فرد زیر بوده است: بار ذاتی بالا قطبیت بالای مایعات یونی برای ایجاد پایداری فضایی و الکتروستاتیک برای نانو ذرات انتقال فاز مناسب نانو ذرات از آب به حلالهای غیرقابل امتزاج با استفاده از ساختارهای از پیش طراحی شده قابلیت مایعات یونی به عنوان الگو برای تهیه نانو مواد متخلخل

استفاده از مایع یونی در سنتز نانو ذرات نانو ذرات فلزی مانند ایریدیوم (Ir)، رودیوم (Rh)، پالادیم (Pd)، پلاتین (Pt)، و نانوذرات طلا (Au) از طریق روش کاهشی استاندارد، که در آن از مایع یونی به عنوان حلال کمکی و تثبیت کننده استفاده می‌شود، تهیه شدند. همچنین نانو ذرات آلیاژی از طریق تخریب گرمایی (Thermolysis) در مایعات یونی تهیه می‌شوند.

استفاده از مایع یونی در سنتز نانو ذرات در اکثر موارد از مایعات یونی به عنوان حلال کمکی استفاده می‌شود. در این حالت تغییرات مشخصی در خواص حلال در مقایسه با حلال تنها، مشاهده می‌شود. استفاده از مایعات یونی در روند سنتز باعث می‌شود تا تعداد پارامترهای موثر بر واکنش کاهش یابد. این امر باعث قابل فهم‌تر شدن مکانیسم واکنش می‌گردد. پارامترهای واکنش اجازه می‌یابند تا به خوبی تنظیم شوند. چون واکنش عاری از هرگونه محصول جانبی می‌شود، به سمت واکنش‌های سبز پیش می‌رود.

روشهای استفاده از مایع یونی برای تهیه نانو ذرات سنتز نانوذرات از طریق رسوب بخار فیزیکی مایعات یونی فشار بخار پایین دارند. لذا می‌توان از آنها تحت شرایط خلاء و دمای بالا استفاده کرد. به همین خاطر می‌توان از روش رسوب بخار فیزیکی برای تهیه نانو ذرات با استفاده از مایعات یونی استفاده کرد.

روشهای استفاده از مایع یونی برای تهیه نانو ذرات دستگاه آزمایشگاهی استفاده شده در این روش دستگاه تبخیر تجاری (Torrovap TVP 800) می‌باشد. این دستگاه شامل یک ظرف دوار (Rotary Seal) است. منبع بخار کننده در ظرف سوار شده است.

روشهای استفاده از مایع یونی برای تهیه نانو ذرات محفظه واکنش به پمپ خلا متصل بوده و تحت خلاء بالا قرار می‌گیرد. این سبب می‌شود که مایع یونی در ظرف واکنش در حال چرخش ایجاد یک فیلم مایع برروی دیواره داخل ظرف کند. سپس خلاء قطع شده و یک فلز یا نمک فلزی از طریق تبخیر با حرارت مقاومتی از یک ظرف تنگستن یا مولیبدن و یا از طریق تفنگ الکترونی در داخل مایع یونی منتشر می‌شود. روش حرارت مقاومتی برای تبخیر در دمای ̊ C 200-25 استفاده می‌شود. پرتو الکترونی برای محدوده 2500-1000 مناسب است.

روشهای استفاده از مایع یونی برای تهیه نانو ذرات تفنگ الکترونی برروی مرکز نمونه متمرکز می‌شود. تنها بخشی از نمونه ذوب شده و سپس تبخیر می‌گردد. این روش برای تبخیر در مقیاس بالا (Kg h-1) از هالیدهای فلزی، کاربیدها، اکسیدهای فلزی و الیاژها استفاده می‌کند. در این دستگاه همچنین یک ترازوی کریستالی کوارتزی تعبیه شده است. این ترازو برای نظارت بر پیشرفت تبخیر تعبیه شده است.

روشهای استفاده از مایع یونی برای تهیه نانو ذرات وقتی مایع یونی در مقدار زیاد در این روش استفاده شود، نانو ذرات تشکیل شده خیلی سریعتر از اینکه با هم واکنش دهند، با مایعات یونی واکنش می‌دهند. این رخداد سبب جلوگیری از تشکیل ذرات حجیم‌تر می‌شود. مایعات یونی با مسدود کردن رشد و با تشکیل فیلم از طریق چرخش فلاسک از تشکیل ذرات درشت‌تر جلوگیری می‌کنند.

روشهای استفاده از مایع یونی برای تهیه نانو ذرات تصویر میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM) ذرات مس در مایع یونی 1-بوتیل-3-متیل ایمیدازلیوم هگزافلوروفسفات، ازطریق فرآیند تبخیر فلز:

روشهای استفاده از مایع یونی برای تهیه نانو ذرات این ذرات توسط تبخیر مس تحت تعادل ترمودینامیکی در خلاء بالا در مایع یونی تهیه شدند. اندازه ذرات تهیه شده با این روش 3 نانومتر و ذرات به صورت تک‌پخش و منظم گزارش شده‌اند. مایعات یونی مانند محافظی نانو ذرات را در بر می‌گیرند. این امر منجر به تولید نانو ذرات تک‌پخش می‌شود.

روشهای استفاده از مایع یونی برای تهیه نانو ذرات روش تبخیر بخار فیزیکی PVD با استفاده از مایعات یونی یک روش مفید و کارآمد برای سنتز نانو ذرات فلزی در مقایسه با سنتز آنها در محلول و حلالهای فرار می‌باشد. در مرحله اول عوامل پایدار کننده به غیر از مایع یونی نیاز نیست. هیچ واکنش اضافی مانند عوامل کاهنده در محلول وجود ندارد.

روشهای استفاده از مایع یونی برای تهیه نانو ذرات سنتز نانو ذرات از طریق ریز موج مایعات یونی به علت خصلت یونی بالا قادر به جذب امواج ریز موج (Microwave) هستند. همین امر باعث افزایش تشکیل نانو ذرات تحت شرایط ریز موج می‌شود. تابش موثر ریزموج باعث کاهش زمان واکنش در حد ثانیه تا دقیقه می‌شود. همین مزیت باعث می‌شود از مایعات یونی به عنوان حلال متداول برا ی تهیه نانو ذرات تحت شرایط ریز موج استفاده شود.

روشهای استفاده از مایع یونی برای تهیه نانو ذرات اندازه ذرات با تنظیم موارد زیر کنترل می شود: دما غلظت واکنش دهنده‌ها و مایع یونی در شرایط ریز موج نمونه به صورت همگن گرما داده می‌شود. بنابراین ذرات به صورت یکنواخت رشد می‌کنند.

روشهای استفاده از مایع یونی برای تهیه نانو ذرات مایعات یونی به عنوان عامل کاهنده یون فلز نیز قابل طراحی هستند. برای تهیه نانوساختارهای فلزی مایعات یونی بر پایه کاتیون کولین سنتز شده‌اند. این مشتقات در ترکیب با متانوآت یا بیس(تری فلورومتان)سولفونیل آمیدها به عنوان آنیون همراه در این مایعات یونی می‌باشند.

روشهای استفاده از مایع یونی برای تهیه نانو ذرات هیدروکسی اتیل آمونیوم متانوآت عامل کاهنده قوی می‌باشد که قادر است تا کاتیون مس را کاهش دهد. نتایج حاصل از گرما دادن محلول مس (II) پنتان-2، 4-دی اُن در حضور مایع یونی 2-هیدروکسی اتیل آمونیوم متانوآت برای 5 دقیقه در دمای̊C 80 تحت شرایط ریز موج در شکل مشخص است. کلوئیدهای مس تشکیل شده خیلی سریع در مجاورت هوا اکسید می‌شوند.

روشهای استفاده از مایع یونی برای تهیه نانو ذرات روش مایعات یونی به عنوان کاهنده برای تهیه نانو ذرات نقره و طلا استفاده شد. در این روش از مایع یونی 2-هیدروکسی-N,N,N,-تری متیل آمونیوم بیس{(تری فلورو متیل)سولفونیل} آمید به عنوان کاهنده نمک نیترات نقره و نمک طلا (II) استفاده شد.

روشهای استفاده از مایع یونی برای تهیه نانو ذرات سنتز نانو ذرات از طریق امواج فراصوت این روش برای تهیه تعداد زیادی از مواد مانند نانو ذرات فلزی، اکسیدها، سولفیدها و کاربیدها استفاده می‌شود. به طور گسترده از این مایعات به عنوان محیط واکنش استفاده می‌شود. در این روش از خاصیت ویسکوزیته قابل تنظیم مایع یونی استفاده می‌شود.

روشهای استفاده از مایع یونی برای تهیه نانو ذرات نانو ذرات لانتنید (III) اکسید به راحتی تحت تابش فراصوت در حضور مایع یونی 2-هیدروکسی-N,N,N,-تری متیل آمونیوم بیس{(تری فلورو متیل)سولفونیل} آمید تهیه شدند. قطر ذرات 40 نانومتر و طول آنها 200-800 نانومتر می‌باشد.

بحث و نتیجه گیری فشار بخار و کشش سطحی پایین مایعات یونی، سبب استفاده از این مواد در تهیه نانو ذرات شده است. مایعات یونی به خاطر وجود کاتیون و آنیون می‌توانند یک پوسته الکتروستاتیک در اطراف نانوذرات تشکیل دهند. این پوسته باعث جلوگیری از کلوخه‌ای شدن می‌شود. سه روش کارآمد برای تهیه نانوذرات در مایع یونی ارئه شده‌اند. در هرکدام از روشها از یکی از خصوصیات مایع یونی استفاده شده است.

بحث و نتیجه گیری روشهای استفاده از مایع یونی برای تهیه نانو ذرات شامل روش رسوب بخار فیزیکی، روش ریزموج، روش امواج فراصوت می‌باشد. در روش تبخیر شیمیایی از خاصیت فشار بخار پایین این ترکیبات استفاده می‌شود. این مزیت آنها باعث شده که بتوان با استفاده ازمایعات یونی تحت دمای بالا و در شرایط خلاء بالا، نانو ذرات فلزی را با اندازه بسیار کوچک و به صورت ذره‌های تک پخش تهیه کرد.

بحث و نتیجه گیری در سنتز به روش ریز موج از خاصیت قطبی زیاد مایعات یونی استفاده می‌شود. این امر باعث جذب بیشتر امواج ریز موج توسط این مایعات شده و باعث کاهش زمان واکنش و افزایش بازده برای تولید نانو ذرات می‌شود. در روش فراصوت نیز از خاصیت تنظیم پذیر بودن گرانروی این مواد سود برده شده است. مسیرهای سنتزی پیشنهاد شده سنتز نانوذرات با استفاده از مایع یونی، در برگیرنده واکنش‌های تمیز، سبز، بدون هیچ‌گونه محصول جانبی و واکنش اضافی می‌باشند.