چهارشنبه, ۷ اسفند ۱۳۹۲

پیشنهاد روشی برای بررسی سینتیک تشکیل نانوذرات اکسید آهن

محققان کشورمان با همکاری محققان چینی با استفاده از نتایج وزن سنجی حرارتی (TGA) و تصاویر میکروسکوپ الکترونی عبوری(TEM) مربوط به تشکیل نانوذرات اکسید آهن طی فرایند هیدروترمال به بررسی سینتیک تشکیل این نانوذرات و تعیین رابطه حاکم بر آن پرداختند. این معادله که بر اساس دو پارامتر زمان و شرایط آزمایشگاهی محاسبه شده قادر به پیش بینی و کنترل اندازه و درصد حجمی نانوذرات است. کلیه صنایع مرتبط با کاربرد نانوساختارها به ویژه پزشکی که خواص ماده مورد مطالعه بستگی به اندازه و نیز درصد فاز نانوساختار دارد قابلیت بهره برداری از نتایج این تحقیق را دارند.

نانوذرات اکسید فلزی مانند اکسید آهن و اکسید منگنز به تازگی در کاربردهای مختلف بیولوژیکی از قبیل تولید دارو، عامل کنتراست MRI و درمان سرطان از طریق هایپرترمیا مورد بهره برداری قرار گرفته است. بالا بودن تعداد الکترون جفت نشده و زمان استراحت اسپین طولانی الکترون این یون‌های فلزی دو عامل مهم استفاده از اکسیدهای آنها به ویژه در کاربردهای مرتبط با MRI است. در میان این مواد، با توجه به خواص مغناطیسی نانوذرات اکسید آهن و زیست سازگاری بسیار عالی آن کاربرد این ماده بسیار کارآمدتر از سایر نانوذرات است.

دکتر رضا احمدی دانش آموخته رشته مواد از دانشگاه صنعتی شریف، با بیان این مطلب که هدف اصلی این تحقیق ارائه روشی برای بررسی سینتیک تشکیل و اندازه نانوذرات اکسید آهن در فرآیند هیدروترمال و با استفاده از نتایج TEM و TGA بود که در مورد سایر نانوساختارها نیز قابل استفاده باشد؛ ادامه داد:« پیش بینی و کنترل نرخ تشکیل و اندازه نانوذرات و نانوساختارهای دیگر، امکان بررسی وکنترل خواص و کاربردهای آنها را به طور موثرتری فراهم می آورد و از این نظر حائز اهمیت ویژه‌ای است »

در راستای دستیابی به هدف مورد نظر در ابتدا ذرات از طریق فرایند هیدروترمال یک مرحله‌ای در دمای کم و در سطوح قلیایی و زمان واکنش مختلف با استفاده از اسیداولئیک به عنوان سورفاکتانت سنتز شد. در ادامه اثر این دو پارامتر زمان و شرایط قلیایی در اندازه ذرات با توجه به روند شکل‌گیری ذرات به کمک نتایج وزن سنجی حرارتی (TGA) و تصاویر میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM) به صورت تئوری مورد بررسی قرار گرفت. محاسبات بر اساس میزان نسبت اسید / ذرات اولئیک در بازه زمان واکنش بود. همچنین، خواص فیزیکی و شیمیایی ذرات سنتز شده نیز با استفاده از پراش اشعه X، تبدیل فوریه طیف سنجی مادون قرمز (FT-IR) و مگنتومتری ارتعاشی(VSM) مشخصه‌یابی شد.

نتایج حاکی از این بود که متوسط اندازه ذرات با افزایش زمان واکنش و افزایش اسیدیته سیستم افزایش می‌یابد. از طرفی یکی از خواص جالب مواد فرو مغناطیس مشاهده شده در این پژوهش ، خاصیت فوق پارامغناطیس بود که با توجه به نوع ماده در ابعاد بسیار کوچک (مثلا حدود ۱۱ نانومتر برای Fe3O4) رخ می‌دهد. به طور کلی سهم انرژی ارتعاشی حرارتی ذرات در اندازه‌های کوچک نانوذرات در مقایسه با انرژی مغناطیسی آنها بسیار بالا رفته، مانع دستیابی به حالت مغناطش پایدار در ماده می شود و ماده رفتار پارامغناطیس از خود نشان می‌دهد؛ با این تفاوت که مغناطش پذیری بسیار بالاتری از ماده پارامغناطیس نشان می‌دهد. این خاصیت در بسیاری از کاربردها به ویژه برخی از کاربردهای پزشکی مفید خواهد بود.

به گفته دکتر احمدی نتایج این طرح به پیش بینی درصد تشکیل فاز نانوساختار و ابعاد فاز نانومتری کمک خواهد کرد که به نوبه خود در پیش بینی و کنترل خواص ماده نانوساختار برای کاربرد مورد نظر راهگشا خواهد بود.

این محققان در ادامه این طرح به دنبال تجاری سازی نانوذرات سنتز شده با پوشش‌های مختلف برای کاربرد MRI هستند.
نتایج اخیر این پژوهش که حاصل همکاری دکتر رضا احمدی و دکتر مداح حسینی(عضو هیئت علمی دانشگاه صنعتی شریف) و سایر همکارانشان است در مجله Ceramics International (جلد۳۹، شماره ۵، ماه دسامبر سال ۲۰۱۲، صفحات ۴۹۹۹ تا ۵۰۰۵) به چاپ رسیده است.