نانوذرات اکسید روی دارای کاربردهای گستردهای است که میتوان به استفاده از آن در حسگرهای زیستی، حسگرهای گاز، سلولهای خورشیدی، سرامیک، نانو ژنراتور، آشکارساز عکس، کاتالیزور، پرکننده فعال برای لاستیک و پلاستیک، جاذب UV در لوازم آرایشی و عامل ضد ویروس در پوشش، رنگدانهها، مواد نوری، لوازم آرایشی، فتوکاتالیستی، فرآیندهای سیستمهای الکتریکی و نوری الکترونیکی و افزودنیها در بسیاری از محصولات صنعتی و تصفیه آب و فاضلاب اشاره کرد.
انواع روشهای سنتز نانوذرات اکسید روی
روشهای مختلفی از جمله روشهای فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی جهت سنتز این ماده وجود دارد. روشهای فیزیکی شامل روش رسوب لیزر پالسی، مگنترون اسپاترینگ، رسوب الکترونی و تبخیر با پرتو الکترونی است. روشهای شیمیایی نیز شامل روشهای هیدروترمال، سولوترمال، سلژل، رسوب شیمیایی در حمام، فرآیند شیمیایی تر، پیرولیزاسپری، میکروامولسیون و روشهای رسوبی است.
در روشهای سنتز بیولوژیکی، سنتز نانومواد اکسید فلزی به واسطه گیاه یا میکروب انجام میشود که محصول نهایی زیستسازگار است و میتواند با ایجاد پوشش سبب پایداری نانوذرات اکسیدی شود. اگرچه سنتز شیمیایی برای محیط زیست ضرر دارد اما به دلیل کنترل بهتر بر خلوص، پایداری، مورفولوژی و اندازه ذرات مورد توجه بیشتری قرار گرفته است که در ادامه به بررسی روشهای مختلف سنتز شیمیایی خواهیم پرداخت. انتخاب فرآیند سنتز کارآمد میتواند با تاثیر بر مورفولوژی ماده، نقش مهمی در کارایی ماده نانوکریستال سنتز شده داشته باشد.
نانوذرات اکسید روی دارای گروه متنوعی از مورفولوژیهای رشد مانند نانوساختارهای میلهای، صفحهای، تسمهای، گل شکل و … است که هر یک خواص ویژهای را در این ماده به وجود میآورد. به عنوان مثال نانوساختارهای میلهای، صفحهای و تسمهای شکل برای کاربرد در سلولهای خورشیدی، دیودهای نوری، سنسورهای گازی و کاوشگرهای بیولوژیکی مناسب هستند.
در این نانوذرات، مورفولوژی و اندازه ذرات بسته به شرایط سنتز به عنوان مثال نوع پیشماده و غلظت آن، دما، نوع حلال، نوع سورفکتانت و غلظت آن و مقدار pH تغییر میکند.
سنتز به روش هیدروترمال
در این روش، سنتز در حرارت و فشار بالا (۱۰۰۰-۱۰۰ درجه سانتیگراد و ۱۰۰۰-۱ اتمسفر) انجام شده و از آب به عنوان حلال استفاده میشود. حرارتدهی میتواند به سه طریق حرارتدهی به کمک اتوکلاو، حرارتدهی به کمک مایکروویو و حرارتدهی به کمک میدان مغناطیسی انجام شود که استفاده از مایکروویو به عنوان منبع حرارت با ایجاد حرارتدهی یکنواخت، سنتز نانوذرات خالص را تضمین میکند و مناسبتر است.
درروش هیدروترمال با تغییر در نوع عامل رسوبدهنده، نوع سورفکتانت و مقدار pH موفولوژی نانوذرات اکسید روی قابل تغییر است. به عنوان مثال با تغییر غلظت عامل رسوبدهنده LiOH از 0 به 2، مورفولوژی ساختار از ساختارهای ستونی ششضلعی به ساختار صفحهای ششضلعی تغییر میکند. همچنین تغییر نوع عامل رسوبدهنده از LiOH به NaOH در شرایط یکسان، سبب ایجاد ساختارهای میلهای میشود.
تغییر در غلظت سورفکتانت نیز از 03/0 به 1/0 مولار، مورفولوژی نانوساختار را از صفحهای شکل به گلمانند تبدیل میکند. همچنین با تغییر pH بین 5/12-8، ساختارهای گلمانند و با کاهش pH از 8 به 6/4 ساختار میلهای به سیمیشکل تغییر میکند.
