محققان دانشگاه‌های صنعتی اصفهان و دانشگاه تهران با استفاده از آب‌لیمو و شکر و با بهره‌گیری از یک روش سبز موفق به سنتز نانوذرات سرامیکی زیرکونیا شده‌اند. این نانوذرات در تولید سرامیک‌های دمابالای هادی جریان الکتریکی کاربرد دارند.
تولید نانوذرات سرامیکی به کمک آب‌لیمو و شکر
معمول‌ترین نانوذرات، نانوذرات سرامیکی، فلزی، پلیمری و نانوذرات نیمه‌رسانا هستند. نانوذرات سرامیکی از اهمیت ویژه‌ای در کاربردهای دمابالا برخوردارند. رایج‌ترین نانوذرات سرامیکی نانوذرات اکسید فلزی، نظیر اکسیدهای تیتانیم، روی، آلومینیوم و آهن و همچنین نانوذرات سیلیکاتی هستند. این نانوذرات علاوه بر مقاومت حرارتی از سختی بالایی نیز برخوردارند که استفاده از آن‌ها را در تولید پوشش‌های ضد سایش توسعه داده است. نانوذرات زیرکونیا با خواص بسیار مفید کاربردهای بسیار جالبی در صنایع مختلف دارد. تغییرات فازی این نانوذرات در دماهای مختلف استفاده از آن‌ها را با مشکل مواجه کرده است که امروزه با معرفی روش‌های خاص سنتز، این مشکلات تا حدودی مرتفع شده است.
دکتر فاطمه داور ضمن اشاره به مشکلات به وجود آمده ناشی از تغییرات فازی زیرکونیا، در رابطه با اهداف دنبال شده در این پژوهش گفت: « نانوذرات زیرکونیا در دماهای مختلف متحمل تغییرات فازی می‌شوند. این تغییرات فازی موجب ایجاد تنش در ساختار آن‌ها شده و ترک‌خوردگی ساختار را در پی خواهد داشت. ازاین‌رو هدف از انجام این طرح سنتز نانوذرات زیرکونیا با ساختار پایدار در دمای محیط و با استفاده از مواد طبیعی و با بهره‌گیری از یک روش سبز، بوده است.»
وی خاطرنشان کرد: « این روش از فرایندی ساده و با بهره‌گیری از مواد طبیعی نظیر آب‌لیمو و شکر صورت گرفته است؛ بنابراین روش ارزان‌قیمتی در مقایسه با سایر روش‌ها به شمار می‌رود. همچنین با توجه به اینکه حلال‌های آلی سمی جای خود را به مواد سبز و غیر سمی داده‌اند، این روش در زمره‌ی یک روش دوست دار محیط‌زیست قرار می‌گیرد.»
با کاهش اندازه ذرات، تعداد مرز دانه‌ها به‌صورت قابل‌توجهی افزایش می‌یابد؛ این موضوع افزایش هدایت الکتریکی را در پی خواهد داشت. از طرفی تغییر انرژی سطحی صفحات کریستالی ذرات موجب پایدار شدن ذرات زیرکونیا با فاز مکعبی در دمای اتاق می‌گردد.
داور در خصوص مراحل سنتز نانوذرات، تولید سرامیک و ارزیابی سرامیک نهایی گفت: «در ابتدا با استفاده از عصاره‌ی آب‌لیمو روش سنتز نانوذرات زیرکونیا بهینه‌سازی شد. سپس جهت بهبود جدایی ذرات از یکدیگر و یکنواختی بهتر، اثر ساکارز (شکر) بر روی آن‌ها بررسی شد. نانوذرات سنتز شده مشخصه یابی شده و بهترین نانوذرات از حیث اندازه و توزیع اندازه‌ی ذرات انتخاب شد. در مرحله‌ی بعد با روش تف جوشی سرامیک‌هایی با شرایط مختلف از این نانوذرات تولید شد. در نهایت بهترین سرامیک از لحاظ داشتن چگالی بالا انتخاب شده و خواص الکتریکی آن مورد ارزیابی قرار گرفت.»
نتایج نشان می‌دهند ساکارز از کلوخه شدن نانوذرات جلوگیری می‌کند. همچنین ورود عناصر منیزیم و کلسیم از عصاره‌ی آب‌لیمو به درون ساختار نانوذرات، موجب هدایت الکتریکی خوب سرامیک‌های تولید شده شده است.
این تحقیقات حاصل تلاش‌های دکتر فاطمه داور- عضو هیأت علمی دانشگاه صنعتی اصفهان- دکتر علیرضا عباسی- عضو هیأت علمی دانشگاه تهران- و علی ماجدی- دانشجوی مقطع دکترای دانشگاه تهران- است.. نتایج این کار در مجله‌ی Journal of Sol-Gel Science and Technology (جلد ۷۷، شماره‌ی ۳، سال ۲۰۱۶، صفحات ۵۴۲ تا ۵۵۲) به چاپ رسیده است.
