سنتز نانوساختارهای اکسید روی به کمک امواج صوتی

پژوهشگران ایرانی به فناوری ساخت نانوساختارهای اکسید روی از طریق روش ساده ‏سونوشیمیایی دست یافتند.

پژوهشگران ایرانی با همکاری پژوهشگرانی از کشورهای آمریکا و مالزی به فناوری ساخت نانوساختارهای اکسید روی از طریق روش ساده ‏سونوشیمیایی دست یافتند. این نانوساختارها در صنایعی همانند نانوالکترونیک و نفت و نیز پیل‌های خورشیدی قابل استفاده هستند.‏

اکسید روی، خواص منحصربه‌فردی مانند نیمه‌هادی بودن و رفتار پیزوالکتریک از خود نشان می‌دهد و در نتیجه در طیف گسترده‌ای از ‏سنسورها و عملگرها مورد استفاده قرار می‌گیرد. نانوساختارهای اکسید روی در راستای استفاده در دستگاه‌هایی در مقیاس نانو و میکرو، مانند ‏ژنراتور، حسگرها، آشکارسازهای نوری فرابنفش و در سیستم‌های پزشکی مورد بررسی واقع شده‌اند. روش‌های زیادی تا کنون برای سنتز ساده ‏نانوساختارهای اکسید روی، از جمله فرایند اکسیداسیون، سل-ژل، روش پلیمریزاسیون، رسوب دهی، حل کردن گرمایی و هیدروترمال و سل-‏ژل احتراقی توسعه یافته‌اند. با این حال، آماده‌سازی نانوساختارهای اکسید روی یک فرایند پیچیده بوده و متغیرهای مختلف بر روی خواص ‏محصول نهایی تأثیر گذارند. در تولید نانوساختارهای اکسید روی، یکنواختی توزیع اندازه ذرات نهایی محصول و کنترل مورفولوژی آن بسیار ‏مهم است.‏

آقای دکتر علی خرسند زاک محقق دانشگاه فردوسی مشهد و همکاران وی از دانشگاه‌های مالایا و بوستون کالج آمریکا به کمک روش ‏جدید، سریع و ساده سونوشیمیایی موفق به تولید نانوساختارهای اکسید روی با استفاده از استات روی، به عنوان ماده آغازین شدند. آن‌ها اندازه، ‏شکل، و تبلور نانوساختارهای اکسید روی تولید شده را به‌وسیله‌ی ابزار‌های مختلف مورد بررسی قرار دادند.‏

خرسند زاک فارغ التحصیل دکتری نانوفیزیک از دانشگاه مالایا، ابراز داشت: «معمولاً برای ساخت نانوساختارهای اکسیدی به یک منبع ‏انرژی نیاز است، و معمولا این انرژی به وسیله گرما یا تابش نور مثل ‏UV‏ تأمین می‌شود، در این پژوهش سعی شد برای تأمین انرژی لازم ‏برای تشکیل نانوساختارهای اکسید روی از انرژی صوت استفاده شود، این روش نسبت به اکثر روش‌های موجود برای تولید نانو ساختارهای ‏اکسید روی خصوصاً نانومیله‌ها، سریعتر بوده است و نیز هزینه‌های اقتصادی آن کمتر است، بنابراین در صورت نبود امکاناتی مثل کوره، ‏اتوکلاو و آون می‌توان با استفاده انرژی صوت این محصول را تولید کرد.»‏

مواد شیمیایی مورد استفاده برای سنتز اکسید روی شامل نمک استات روی، هیدروکسید سدیم و محلول آمونیاک بدون نیاز به دیگر ‏عوامل کنترل ساختارها یا سورفکتانت‌ها هستند. این روش ساده و از دسته روش‌های سبز است، چراکه نیاز به درجه حرارت بالا و یا مواد ‏شیمیایی بسیار سمی ندارد. همچنین شکل نهایی نانوساختارهای اکسید روی را می‌توان با تنظیم انرژی مافوق صوت از طریق تغییر زمان امواج ‏فراصوت تنظیم کرد. ‏

خرسند زاک در رابطه با فرایند تولید این ماده افزود: « ابتدا محلولی از استات روی، آمونیاک و هیدرواکسید سدیم در دمای اتاق تهیه شده، ‏سپس محلول حاصل در معرض امواج صوتی انرژی بالا در مدت زمان‌های ۵، ۱۵، ۳۰ و ۶۰ دقیقه قرار داده شد، رسوب حاصله در این مرحله ‏به‌وسیله‌ی سانتریفیوز شسته و جداسازی شد، در نهایت برای بررسی محصول نهایی، آنالیزهای لازم نظیر ‏XRD، ‏HRTEM‏ و ‏SAED‏ ‏بر روی نمونه‌ها انجام شد، فرایند کلی شامل تشکیل ذرات هیدروکسید روی از کاتیون‌های روی پس از مدت زمان ۵ دقیقه است، با ادامه ‏انرژی دهی این ذرات تبدیل به نانوهسته‌های اکسید روی شده و در ادامه با رشد این هسته‌ها، نانو میله‌ها رشد می‌کنند، اگر انرژی‌دهی ادامه ‏پیدا کند این میله‌ها به‌وسیله‌ی کاتیون‌های باقی‌مانده به یکدیگر چسبیده، نانوساختارهای گل شکل را به وجود می‌آورند.»‏

نتایج این پژوهش با استفاده از آنالیز ‏XRD‏ نشان می‌دهد که نانوساختارهای اکسید روی تولید شده در زمان‌های مختلف امواج فراصوت، ‏دارای ساختار شش ضلعی هستند. همچنین با توجه به نتایج ‏HRTEM‏ و ‏SAED، نانوساختارهای اکسید روی در جهت رشد طولی ‏متبلور شده است.‏

در ادامه خرسند زاک بیان کرد: «در این کار تحقیقاتی نانو میله‌هایی با نسبت طول به قطر بالا و همچنین ساختارهای گل شکل تولید ‏شدند، از این نانو میله‌ها می‌توان در صنعت نانوالکترونیک و از نانو گل‌ها در ساخت پیل‌های خورشیدی استفاده کرد.»‏

از جمله مزایای این روش تولید می‌توان به کیفیت بالای محصول به دلیل کنترل اشکال تولید شده، یکنواختی، و خلوص آن اشاره کرد.‏
نتایج این کار تحقیقاتی در مجله ‏Ultrasonics Sonochemistry‏ (جلد ۲۰، شماره ۱، ماه ژانویه سال ۲۰۱۳) منتشر شده است. ‏علاقمندان می‌توانند متن کامل مقاله را در صفحات ۳۹۵ الی ۴۰۰ همین شماره مشاهده نمایند.‏