رفسنجان: تلاش برای دستیابی به روشی ساده جهت ساخت نانوساختارهای دی‌اکسید تیتانیوم

پژوهشگران دانشگاه ولی عصر رفسنجان با همکاری محققان دانشگاه صنعتی شریف، موفق به ساخت آزمایشگاهی نانوساختارهای دی‌اکسید تیتانیوم شده‌اند. در این طرح تلاش شده تا از روشی ساده بدون نیاز به اعمال فشار بالا و دستگاه‌های پیچیده بهره گرفته شود.

در چند دهه‌ی گذشته، سنتز نانوساختارهای دی‌اکسید تیتانیوم به دلیل رفتارهای فیزیکی و شیمیایی خاص آن‌ها به طور گسترده‌ای بررسی شده است. این مواد کاربردهای متنوعی از جمله در ساخت سلول‌های خورشیدی حساس شده با رنگ (DSSC)،ذخیره سازی هیدروژن، دستگاه‌های هیبریدی و فوتوکاتالیست‌ها دارند. در این طرح پژوهشی نیز ساخت و بهینه سازی نانولوله‌های اکسید تیتانیوم با روشی ارزان و آسان مد نظر قرار گرفته است.
به گفته‌ی دکتر مسعود کریمی پور، روش‌های بسیاری برای ساخت نانوساختارهای دی اکسید تیتانیوم همانند سل-ژل، رسوب شیمیایی بخار، هیدروترمال و استفاده از امواج فراصوت به کار می‌رود. در میان روش‌های فوق، روش هیدروترمال مورد استقبال بیشتری قرار گرفته است؛ چرا که ساده بوده و نیازی به امکانات گران قیمت ندارد. با این حال، هنوز هم خطرات قابل توجهی در کار با دستگاه اتوکلاو در طول این روش سنتز وجود دارد. در این کار، یک روش بسیار ساده برای سنتز نانولوله و و نانوالیاف دی‌اکسید تیتانیوم با تغییر روش هیدروترمال ارائه شده است.
کریمی‌پور معتقد است با کنترل اندازه‌ی اولیه‌ی ذرات، ‌می‌توان به نانولوله‌هایی با شکل یکنواخت دست پیدا کرد. در این طرح با حذف دستگاه اتوکلاو و پایین آوردن فشار و دما نانولوله‌های اکسید تیتانیوم تولید شده است.
وی در ادامه افزود: «عوامل متفاوتی در ساخت نانولوله‌ی دی اکسید تیتانیوم از جمله ماده‌ی اولیه، نسبت مولی مواد، دما و زمان فرایند هیدروترمال تأثیرگذار است. بنابراین در ابتدای این پژوهش به بررسی اثر برخی از این عوامل و بهینه کردن شرایط برای تهیه نانولوله‌های دی‌اکسید تیتانیوم پرداخته شد. در نتیجه‌ی این بررسی‌ها ماده‌ی اولیه‌ی بهینه، نانوذره‌ی دی اکسید تیتانیوم تشخیص داده شد. پس از تهیه‌ی نانوذره دی اکسید تیتانیوم، تهیه‌ی نانولوله‌ی دی اکسید تیتانیوم مورد بررسی قرار گرفت و از نانوساختارهای دی اکسید تیتانیوم به دست آمده، در ساخت سلول خورشیدی حساس شده به رنگ استفاده شد.»
نانولوله‌های دی اکسید تیتانیوم به دلیل دارا بودن ساختار لوله‌ای، سرعت انتقال حامل بار بسیار بالاتر و سطح ویژه‌ی فوق‌العاده بیشتری در مقایسه با ذرات کروی دی اکسید تیتانیوم دارند. طبق نتایج، استفاده از این نانوساختارها منجر به افزایش بازده سلول خورشیدی به دلیل سطح مؤثر بالای جذب رنگ و انتقال مؤثر الکترون به بستر خواهد شد.
این تحقیقات حاصل تلاش‌های دکتر مسعود کریمی پور، دکتر مهدی ملایی- اعضای هیأت علمی دانشگاه ولی عصر(عج) رفسنجان-پروفسور نیما تقوی نیا- عضو هیأت علمی دانشگاه صنعتی شریف- مهندس محسن ملایی و سارا مشحون- دانشجوی دکتری فیزیک دانشگاه صنعتی شریف- است. نتایج این کار در مجله‌ی Electronic Materials Letters (جلد 11، شماره 4، سال 2015، صفحات 625 تا 632) منتشر شده است.