محققان دانشگاه آزاد اسلامی واحد دزفول، با استفاده از روشی ساده و ارزان موفق به تولید نانوبلورهای سرامیکی شدند. این روش در محدوده دمایی پایین (در دمای محیط تا ۵۰ درجه سانتی گراد) انجام می‌شود و بدون تولید محصول جانبی، نانوبلورهایی خالص تولید می‌کند.
دزفول: روش نوین و اقتصادی در فرآوری نانوذرات سرامیکی بسیار خالص
نانوبلورها نقشی کلیدی در تولید محصولات الکترونیکی نانوساختار دارند. از آنجا که تقاضا برای سرامیک‌های الکترونیکی با کیفیت در حال افزایش است، در نظر گرفتن هزینه اقتصادی در تولید انبوه نانوبلورها از مسائل مهم در حوزه تحقیق و توسعه به شمار می‌رود.
عبدالمجید مقتدا، فارغ التحصیل دانشگاه آزاد اسلامی واحد دزفول و دانشجوی کارشناسی ارشد مواد در دانشگاه صنعتی شریف، در خصوص نتایج این طرح عنوان کرد: «در این کار یک روش واحد و یکپارچه برای تولید نانوبلورهای سرامیکی مبتنی بر تیتانات با ساختار پروسکایت و عاری از آلودگی‌های کربناتی ارائه شده است. مزیت اصلی این روش، کلی(general) بودن آن است. به عبارتی هر نوع ذره‌ی سرامیکی با ساختار پروسکایت به کمک این روش قابل تولید است. تیتانات باریم، تیتانات استرانسیوم و تیتانات باریم- استرانسیوم نمونه‌هایی از این ترکیبات هستند که همگی با این روش فرآوری شده‌اند.»
به گفته وی، این روش بر خلاف روش‌های سنتی، به تجهیزات خاصی نیاز ندارد و آماده‌سازی نانوبلورها را به طریقی ساده و ارزان امکان‌پذیر کرده است. از طرفی، فرایند تولید نانوذرات در دماهای پایین از دمای محیط تا ۵۰ درجه سانتی‌گراد انجام گرفته است. این محدوده دمایی در مقایسه با روش‌های دیگر که دمای فرایند حدود ۹۰۰ درجه است، دستاورد بسیار مهمی است. در مجموع، این ویژگی‌ها باعث افزایش سرعت فرایند و کاهش هزینه‌ها می‌شود که برای تولید در مقیاس‌های بزرگ و صنعتی بسیار مفید خواهد بود.
روش پیشنهادی بر مبنای تولید به روش شیمیایی تر(wet) و به کمک امواج فراصوت است. برای این منظور ابتدا محلول کلرید باریم تهیه شده و با محلول تتراکلرید تیتانیوم مخلوط می‌شود و در ادامه محلول به دست آمده تحت عملیات تابش امواج فراصوت قرار گرفته تا پودری یکنواخت حاصل شود. پس از آن با صاف کردن محلول و جداسازی پودر تشکیل شده، محصول مورد نظر خشک شده است. برای مشاهده ساختار نانوبلور و اطمینان از محدوده اندازه آن‌ها از آزمون XRD و HRTEM استفاده شده است.
مقتدا در ادامه مزیت استفاده از دستگاه فراصوت را این گونه بیان کرد: «مطالعات نشان داده است که امواج صوتی به طور مستقیم سبب به هم پیوستن خوشه‌های مولکولی نمی‌شوند. این امواج سبب ایجاد حفره‌هایی می‌شود که پس از جوانه‌زنی و تشکیل، رشد نموده و منفجر می‌شوند. انفجارها به صورت موضعی، دماها و فشارهای بسیار بالا به وجود می‌آورند که سبب افزایش سرعت انجام واکنش می‌شود. از طرف دیگر، چون این حباب‌ها به صورت موضعی به‌وجود می‌آیند و مقدار جرم اطراف آن‌ها بالاست، گرمای زیاد توسط محیط اطراف به سرعت جذب شده و این امر جلوی رشد بیش از حد خوشه‌های تشکیل شده را می‌گیرد. براین اساس انتظار می‌رود استفاده از امواج صوتی در فرایند شیمیایی تر، سبب تسریع واکنش‌های منجر به تشکیل ذرات شده و از طرف دیگر سرعت سرد شدن بالا، جلوی رشد این ذرات تشکیل شده را بگیرد. برآیند این دو پدیده، قابلیت تولید ذرات فوق‌العاده ریز در محدوده ۱۰-۵ نانومتر را امکان‌پذیر می‌کند.»
نتایج این مطالعات که حاصل تحقیق انجام شده در دانشگاه آزاد اسلامی واحد دزفول، به سرپرستی روح‌اله عشیری – عضو هیأت علمی دانشگاه آزاد دزفول- و همکاری عبدالمجید مقتدا و علی شهروزیان‌فر بوده است در مجله‌ی Journal of the American Ceramic Society (جلد ۹۷، شماره ۷، ماه ژوییه، سال ۲۰۱۴، صفحات ۲۰۲۷ تا ۲۰۳۱) به چاپ رسیده است.
عبدالمجید مقتدا، فارغ التحصیل دانشگاه آزاد اسلامی واحد دزفول و دانشجوی کارشناسی ارشد مواد در دانشگاه صنعتی شریف، در خصوص نتایج این طرح عنوان کرد: «در این کار یک روش واحد و یکپارچه برای تولید نانوبلورهای سرامیکی مبتنی بر تیتانات با ساختار پروسکایت و عاری از آلودگی‌های کربناتی ارائه شده است. مزیت اصلی این روش، کلی(general) بودن آن است. به عبارتی هر نوع ذره‌ی سرامیکی با ساختار پروسکایت به کمک این روش قابل تولید است. تیتانات باریم، تیتانات استرانسیوم و تیتانات باریم- استرانسیوم نمونه‌هایی از این ترکیبات هستند که همگی با این روش فرآوری شده‌اند.»
به گفته وی، این روش بر خلاف روش‌های سنتی، به تجهیزات خاصی نیاز ندارد و آماده‌سازی نانوبلورها را به طریقی ساده و ارزان امکان‌پذیر کرده است. از طرفی، فرایند تولید نانوذرات در دماهای پایین از دمای محیط تا ۵۰ درجه سانتی‌گراد انجام گرفته است. این محدوده دمایی در مقایسه با روش‌های دیگر که دمای فرایند حدود ۹۰۰ درجه است، دستاورد بسیار مهمی است. در مجموع، این ویژگی‌ها باعث افزایش سرعت فرایند و کاهش هزینه‌ها می‌شود که برای تولید در مقیاس‌های بزرگ و صنعتی بسیار مفید خواهد بود.
روش پیشنهادی بر مبنای تولید به روش شیمیایی تر(wet) و به کمک امواج فراصوت است. برای این منظور ابتدا محلول کلرید باریم تهیه شده و با محلول تتراکلرید تیتانیوم مخلوط می‌شود و در ادامه محلول به دست آمده تحت عملیات تابش امواج فراصوت قرار گرفته تا پودری یکنواخت حاصل شود. پس از آن با صاف کردن محلول و جداسازی پودر تشکیل شده، محصول مورد نظر خشک شده است. برای مشاهده ساختار نانوبلور و اطمینان از محدوده اندازه آن‌ها از آزمون XRD و HRTEM استفاده شده است.
مقتدا در ادامه مزیت استفاده از دستگاه فراصوت را این گونه بیان کرد: «مطالعات نشان داده است که امواج صوتی به طور مستقیم سبب به هم پیوستن خوشه‌های مولکولی نمی‌شوند. این امواج سبب ایجاد حفره‌هایی می‌شود که پس از جوانه‌زنی و تشکیل، رشد نموده و منفجر می‌شوند. انفجارها به صورت موضعی، دماها و فشارهای بسیار بالا به وجود می‌آورند که سبب افزایش سرعت انجام واکنش می‌شود. از طرف دیگر، چون این حباب‌ها به صورت موضعی به‌وجود می‌آیند و مقدار جرم اطراف آن‌ها بالاست، گرمای زیاد توسط محیط اطراف به سرعت جذب شده و این امر جلوی رشد بیش از حد خوشه‌های تشکیل شده را می‌گیرد. براین اساس انتظار می‌رود استفاده از امواج صوتی در فرایند شیمیایی تر، سبب تسریع واکنش‌های منجر به تشکیل ذرات شده و از طرف دیگر سرعت سرد شدن بالا، جلوی رشد این ذرات تشکیل شده را بگیرد. برآیند این دو پدیده، قابلیت تولید ذرات فوق‌العاده ریز در محدوده ۱۰-۵ نانومتر را امکان‌پذیر می‌کند.»
نتایج این مطالعات که حاصل تحقیق انجام شده در دانشگاه آزاد اسلامی واحد دزفول، به سرپرستی روح‌اله عشیری – عضو هیأت علمی دانشگاه آزاد دزفول- و همکاری عبدالمجید مقتدا و علی شهروزیان‌فر بوده است در مجله‌ی Journal of the American Ceramic Society (جلد ۹۷، شماره ۷، ماه ژوییه، سال ۲۰۱۴، صفحات ۲۰۲۷ تا ۲۰۳۱) به چاپ رسیده است.
