توليد نانوذرات نقره، تيتانيوم و آلومينيوم با روش كندوسوز ليزري در محيط مايع و مطالعه عوامل موثر بر اندازه آنها

در طول دو دهه گذشته، محققين در زمينه‎هاي مختلف علوم و مهندسي به بررسي نانومواد و كاربردهاي مختلف آنها پرداخته‎اند. ذرات در مقياس نانومتري، خصوصيات منحصر به فرد نوري، الكتروني، حرارتي، مغناطيسي از خود نشان داده و در مقايسه با مواد در حالت توده، داراي ساختاري متفاوت مي‎باشند. روش هاي متعدد فيزيكي و شيميايي براي ساخت نانوذرات وجود دارد كه از آن جمله مي توان به روش هاي شيميايي تر ، كاشت يون و رسوب بخار شيميايي و فيزيكي اشاره نمود كه اين روش هاي ساخت نسبتا پر هزينه هستند و داراي معايب متعددي از جمله استفاده از مواد سمي و مضر و نيز خطر ابتلا به آلودگي سطحي با مواد شيميايي باقي مانده (كه در كاربردهاي پزشكي و زيستي بسيار خطرناك هستند) مي باشند. علاوه بر اين، با استفاده از برخي روش هاي نوين، مي توان ذراتي با توزيع اندازه پهن توليد كرد. براي رفع بسياري از معايب فوق، روش كندوسوز ليزري در محيط مايع براي ساخت نانوذرات بكار گرفته شده است كه اين روش براي آماده سازي نانوذرات فلزات، نيمه هادي ها و حتي نانوذرات پليمري توسعه يافته است. روش كندوسوز ليزري در محيط مايع روشي نسبتا ارزان، سريع و با چيدمان آزمايشگاهي نسبتاً ساده مي باشد. علاوه بر اين، آماده سازي نانوذرات توسط اين روش به مواد شيميايي مضر نياز ندارد و بنابراين هيچ گونه آلودگي سطحي و اثرات سمي رخ نمي دهد. مطالعات اخير در زمينه ساخت نانوذرات توسط روش كندوسوز ليزري در محيط مايع به طور عمده بر روي دو موضوع متمركز داشته اند: الف- تهيه نانوذرات از طريق كندوسوز ليزري اهداف فلزي و ب- اصلاح اندازه و شكل نانوذرات. اگر چه بررسي هاي متعددي در زمينه تأثير كميت هاي مختلف ليزر و ماده بر برخي ويژگي هاي نانوذرات انجام شده است، اما با اين حال، تاثير آن كميت ها بر خواص اندازه نانوذرات به صورت جامع مورد بررسي قرار نگرفته است. در پژوهش حاضر، از روش كندوسوز ليزري در محيط مايع جهت ساخت و مشخصه يابي چندين نوع از نانوذرات كلوئيدي استفاده شده است. با تغيير عوامل مختلف مانند كميت هاي ماده (نوع ماده هدف، نوع محيط مايع، عمق مايع بالاي سطح هدف و ميزان پيرشدگي محلول كلوئيدي حاوي نانوذرات) و خصوصيات ليزر (از جمله ميزان شار ليزر، تعداد تپ هاي ليزر و استفاده از مد تك تپي و مد دو تپي)، تغيير در روند خواص اندازه نانوذرات ساخته شده (اندازه ميانگين و توزيع اندازه) و نيز خواص نوري آنها مورد بررسي قرار گرفته است. همان گونه كه پيشتر نيز اشاره شد، در گذشته، اثر برخي كميت ها از جمله نوع محيط مايع، ميزان شار ليزر و تعداد تپ هاي ليزر بر روي ويژگي هاي نانوذرات توليدي به صورت محدود توسط ديگر گروه هاي تحقيقاتي ارزيابي شده بود كه در اين پژوهش به صورت مفصل به جوانب گوناگون تأثير آن كميت ها بر اندازه نانوذرات كلوئيدي ساخته شده پرداخته شده است. تأثير بعضي از كميت ها مانند عمق مايع بالاي سطح هدف و ميزان پيرشدگي محلول كلوئيدي بر خواص نانوذرات كلوئيدي توليد شده به صورت بسيار محدود و انگشت شمار توسط ديگر محققين بررسي شده بود كه در اين پژوهش، بررسي جامعي با تأكيد بر خواص اندازه نانوذرات صورت پذيرفته است. در نهايت، تأثير برخي كميت ها از جمله استفاده از كندوسوز ليزري با مد دو تپي با تأخير زماني از مرتبه نانو ثانيه تحت شارهاي مختلف ليزر بر خواص نانوذرات ساخته شده تاكنون مورد بررسي قرار نگرفته بود كه در پژوهش حاضر، ضمن مقايسه داده هاي حاصل با نتايج بدست آمده از كندوسوز ليزري با مد تك تپي، به اين امر پرداخته شده است. در اين تحقيق، به منظور مشخصه يابي نمونه ها از روش هايي نظير ميكروسكوپي الكتروني روبشي، روش هاي پردازش تصوير، طيف نمايي مرئي-فرابنفش و طيف سنجي پلاسماي جفت شده القائي استفاده شده است.

191110

دانشگاه علم و صنعت ايران

فيزيك اتمي و مولكولي

دكتر محمدحسين مهديه