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