محققان کشورمان با استفاده از روشی ساده و ارزان، موفق به ساخت نانوساختارهای دوبعدی مختلف اکسیدروی شده‌اند. این روش علاوه بر سازگاری با محیط زیست، قابلیت کنترل اندازه و ساختار محصول نهایی را به راحتی امکان‌پذیر می‌کند.
دانشگاه شهید رجایی: ساخت نانوساختارهای دو بعدی اکسیدروی به کمک مایعات یونی
نانوساختارهای اکسیدروی، زیست‌سازگار و ایمن هستند و می‌تواند در کاربرد‌های پزشکی به راحتی به کار گرفته شوند. از نظر جذب اشعه فرابنفش نیز، دارای کاربرد‌های ویژه‌ای هستند و می‌توان از آن‌ها در ساخت پماد سوختگی و کرم‌های ضد آفتاب، به عنوان جذب کننده قوی پرتو فرابنفش استفاده کرد. از کاربرد‌های دیگر اکسیدروی می‌توان به استفاده‌های آن در سلول‌های خورشیدی و حسگر گاز‌هایی از قبیل آمونیاک، اوزن، مونوکسیدکربن و هیدروژن و تولید فوتوکاتالیست‌ها برای حذف آلودگی‌های محیط زیست اشاره کرد.
به گفته دکتر مریم صباغان، عضو هیئت علمی دانشگاه شهید رجایی، هدف این تحقیقات تولید نانوذرات اکسیدروی با ساختارهای مختلف و انتخاب مناسب‌ترین ترکیب به عنوان آند مورد استفاده در سلول‌های خورشیدی بوده است. در ادامه این طرح نیز، محاسبات تابع چگالی، بر روی نانوساختارهای تولیدی انجام گرفته است.
در این کار، تولید نانوساختارهای مذکور، با استفاده از روش سونوشیمیایی انجام گرفته است. استفاده از این روش، سبب کاهش مدت زمان تولید نانوساختارهای اکسید روی می‌شود. در این گزارش، تنها در مدت زمان نیم ساعت نانوساختارهای اکسیدروی تولید شده است. این روش، سبب کاهش انرژی مصرفی و افزایش بازده تولید می‌گردد.
همچنین، مایعات یونی بر پایه دابکو تهیه شده و از آن‌ها به عنوان قالب برای تولید نانوساختارهای اکسیدروی استفاده شده است. استفاده از مایعات یونی، یک روش سبز و دوست‌دار محیط زیست است و در طول تولید، مواد ناخواسته‌ای بر جای نمی‌گذارد. بر اساس نتایج حاصل شده، استفاده از مایعات یونی در آب، نه تنها از افزایش زیاد اندازه دانه‌ها جلوگیری می‌کند، بلکه شرایط مناسبی برای رشد هدفمند نانوساختار صفحه‌ای را ایجاد خواهد کرد.
صباغان در ادامه افزود: «چنانچه نانوساختارهای اکسیدروی با ساختارهای مختلف و در محیط‌های یون مایع تولید شوند، خواص نوری متفاوتی از خود نشان می‌دهند. مایعات یونی بر اساس نوع ساختار و غلظت، در حلال آرایش‌های متفاوتی خواهند داشت که نتیجه آن خودآرایی نانوذرات و ساختارهای مختلف آن‌ها خواهد شد.»
در راستای دستیابی به این نتایج، در ابتدا مایعات یونی بر پایه دابکو و ایمیدازولیوم تولید گردید و صحت تولید آن‌ها با آزمون NMR، مورد تایید گرفت. سپس از این مایعات یونی به عنوان قالب برای تولید نانوساختارهای اکسیدروی و به روش سونوشیمیایی استفاده شد. خواص ساختاری و نوری نانوساختارها به کمک آزمون‌های SEM، XRD و UV مورد بررسی قرار گرفت.
به گفته دکتر مریم صباغان، عضو هیئت علمی دانشگاه شهید رجایی، هدف این تحقیقات تولید نانوذرات اکسیدروی با ساختارهای مختلف و انتخاب مناسب‌ترین ترکیب به عنوان آند مورد استفاده در سلول‌های خورشیدی بوده است. در ادامه این طرح نیز، محاسبات تابع چگالی، بر روی نانوساختارهای تولیدی انجام گرفته است.
در این کار، تولید نانوساختارهای مذکور، با استفاده از روش سونوشیمیایی انجام گرفته است. استفاده از این روش، سبب کاهش مدت زمان تولید نانوساختارهای اکسید روی می‌شود. در این گزارش، تنها در مدت زمان نیم ساعت نانوساختارهای اکسیدروی تولید شده است. این روش، سبب کاهش انرژی مصرفی و افزایش بازده تولید می‌گردد.
همچنین، مایعات یونی بر پایه دابکو تهیه شده و از آن‌ها به عنوان قالب برای تولید نانوساختارهای اکسیدروی استفاده شده است. استفاده از مایعات یونی، یک روش سبز و دوست‌دار محیط زیست است و در طول تولید، مواد ناخواسته‌ای بر جای نمی‌گذارد. بر اساس نتایج حاصل شده، استفاده از مایعات یونی در آب، نه تنها از افزایش زیاد اندازه دانه‌ها جلوگیری می‌کند، بلکه شرایط مناسبی برای رشد هدفمند نانوساختار صفحه‌ای را ایجاد خواهد کرد.
صباغان در ادامه افزود: «چنانچه نانوساختارهای اکسیدروی با ساختارهای مختلف و در محیط‌های یون مایع تولید شوند، خواص نوری متفاوتی از خود نشان می‌دهند. مایعات یونی بر اساس نوع ساختار و غلظت، در حلال آرایش‌های متفاوتی خواهند داشت که نتیجه آن خودآرایی نانوذرات و ساختارهای مختلف آن‌ها خواهد شد.»
در راستای دستیابی به این نتایج، در ابتدا مایعات یونی بر پایه دابکو و ایمیدازولیوم تولید گردید و صحت تولید آن‌ها با آزمون NMR، مورد تایید گرفت. سپس از این مایعات یونی به عنوان قالب برای تولید نانوساختارهای اکسیدروی و به روش سونوشیمیایی استفاده شد. خواص ساختاری و نوری نانوساختارها به کمک آزمون‌های SEM، XRD و UV مورد بررسی قرار گرفت.
تصاویر SEM از نانوساختارهای تولید شده
بنابر نتایج حاصل شده، استفاده از مایعات یونی مختلف منجر به ایجاد ساختار یکنواخت نانوصفحه و در زمان ۳۰ دقیقه شده است. همچنین کاهش اندازه ذرات نانوساختارهای اکسیدروی و کاهش شکاف نوار آن‌ها، از دیگر مزایای استفاده از این مایعات است. از طرفی، بلندتر شدن طول زنجیره آلکیلی و دی‌کاتیونی شدن حلقه دابکو، سبب ایجاد ساختارهای یکنواخت‌تر و منظم‌تر می‌شود. همچنین دی‌کاتیونی شدن با حلقه آروماتیک ایمیدازولیوم، منجر به تشکیل ساختار نانوبرگ خواهد شد. این ساختارها تاثیرات جالبی در خواص نوری نانوذرات دارند.
لازم به ذکر است این پروژه قسمتی از یک طرح کامل‌تر است که در آن به کمک روش‌های سبز، نانواکسیدهای فلزی با ساختارهای متفاوت ساخته شده و کارایی آن‌ها در سلول‌های خورشیدی با یکدیگر مقایسه می‌شوند.
نتایج این تحقیقات، که حاصل همکاری دکتر مریم صباغان، دکتر جواد بهشتیان (عضوهیئت علمی دانشگاه شهید رجایی) و سید علی محمد میرسعیدی (دانشجوی کارشناسی ارشد دانشگاه شهید رجایی) است، در مجله Ceramics International( جلد ۴۰، شماره ۶۰، ماه مارس، سال ۲۰۱۴، صفحات ۷۷۶۹ تا ۷۷۷۴) منتشر شده است.
