یکشنبه, ۷ بهمن, ۱۴۰۳ / 26 January, 2025
مجله ویستا

درآمدی بر مواد نانوحفره ای


مواد نانوحفره ای دارای حفراتی كوچكتر ازnm ۱۰۰ هستند و مثل اكثر مواد نانوساختاری از مدت ها پیش وجود داشته اند دنیای زیست شناسی مملو از غشا های نانوحفره ای همچون دیواره سلو لها – است, هر چند آنها از یك سری حفرات نانومقیاس ساده, پیچیده ترند با این حال صنعت نفت و دیگر صنایع, سال ها از مواد نانوحفره ای طبیعی موسوم به زئولیت ها به عنوان كاتالیست سود جسته اند در سال های اخیر درك و توانایی ما در ساخت اقسام مواد نانو حفره ای پیشرفت كرده است در این مقاله به بررسی روشهای تولید مواد نانوحفره ای و ویژگیهای منحصر بفرد آنها اشاره میشود

مواد (Nanoporous Materials)نانوحفره‌ای ‌ دارای‌ حفراتی‌ ‌كوچكتر‌ ازnm ۱۰۰ هستند و مثل اكثر ‌‌‌مواد نانوساختاری‌ از مدت‌ها پیش وجود داشته‌اند. دنیای زیست‌شناسی‌ مملو از غشا‌های‌ نانوحفره‌ای‌‌ - ‌همچون‌ دیواره‌ سلو‌لها – است، ‌هر چند آنها ‌از یك‌سری‌ حفرات‌ نانومقیاس‌‌ ساده، پیچیده‌ترند. با این حال صنعت‌ نفت و ‌دیگر‌ صنایع،‌ سال‌ها‌ از مواد نانوحفره‌ای‌ ‌طبیعی‌ موسوم‌ به زئولیت‌ها به عنوان كاتالیست‌ سود جسته‌اند. در سال‌‌های ‌اخیر درك‌ ‌و توانایی‌ ما در ساخت‌‌ اقسام‌ مواد نانو‌حفره‌ای‌‌‌ پیشرفت‌ ‌كرده است.

‌برخی از كاربرد‌های جالب توجه‌ نانوحفرات‌ دارای‌ اندازه‌ مشخص، ‌توانایی‌ آنها در اجازه‌ عبور دادن به برخی مواد ‌و ممانعت ‌‌‌از بقیه، ‌یا وادار‌‌‌‌كردن مولكول‌هایی چون DNA به عبور‌ تك‌تك است، كه مثال‌های‌ آتی، آن را روشن‌‌تر خواهند كرد.كنترل‌ دقیق اندازه‌ این حفرات‌ نیز یكی از چالش‌های‌ فنی دیگر است.راه‌های‌‌ بسیاری‌ زیادی برای ساخت ‌‌‌مواد نانوحفره‌ای‌ وجود دارد؛ ‌بنابراین‌ ذكر همه آنها میسر ‌‌نبود و تنها ‌‌منتخبی از آنها برای تنویر ذهن ارائه‌ می‌شود. می‌توان به طور انتخابی‌ موادی را از یك جامد ‌استخراج‌ ‌كرده، حفراتی‌ در جای آنها ‌‌‌ایجاد نمود، یا مخلوطی‌ از پلیمر‌‌ها را با حرارت‌دهی به صورت‌ جامدات‌ نانوحفره‌ای‌ ‌‌در آورد، ‌به نحوی كه یكی از پلیمر‌ها تجزیه شده و خارج شود. از روش‌ ‌سل‌ژل‌ نیز می‌توان‌ در ساخت‌ مواد مبتنی‌ ‌‌‌بر ژل‌ سود جست؛ ‌همچون‌ آئروژل‌ها كه انتشار یك گاز‌ در یك ژل‌ به جامد‌ی بسیار سبك‌ ‌‌‌(گاهی‌‌ فقط چهار برابر سنگین‌تر از هوا) منجر می‌شود (راهكار سل ژل در دمای اتاق‌ كار می‌كند، ‌در صورتی كه ‌‌روش‌های‌ اولیه ساخت‌ ‌‌‌‌آئروژل‌ها مستلزم دما‌های بالاست).مثالی از یك پیشرفت نویدبخش جدید (در اوایل ۲۰۰۲) در راهكار‌های مخلوط آلی/ معدنی از محققان ژاپنی سرزده است. آنها از سیلیكا و بنزن ساختاری خودآرا با حفره‌هایی به اندازه ۳ تا ۵ نانومتر ایجاد كرده‌اند. مهم‌ترین خاصیت این مواد این است كه بخش درونی این حفرات، ساختاری كاملاً منظم دارند. مولكول‌های بنزن را می‌توان با افزایش گروه‌های شیمیایی، كاركردی كرد. درنتیجه بدون ازبین‌رفتن نظم حفرات،‌ می‌توان ساختار درونی آنها را به دقت در مقیاس مولكولی طراحی كرد. راهكار‌های مرسوم‌ لیتوگرافی ‌و تلفیق‌ ‌لیتوگرافی‌ نرم با(Etching) حكاكی ‌ ‌ نیز ‌می‌توانند‌ نانوحفره‌ بیافرینند‌. مثلاً ‌راهكار‌ پرتویونی‌ به خوبی حفرات بزرگ، ‌حفرات‌ كوچك را نیز ‌می‌تواند بسازد.از حدود اواسط ۲۰۰۱ گروهی از محققان در فلوریدا و سپس افرادی در فنلاند شروع به انتشار منظم یافته‌های خود در زمینه یك روش رسوبدهی ماده درون قالب حفرات چند ده نانومتری آلومینا كردند. با این فرآیند می‌توان اثرات شیمیایی خاصی را پدید آورد، اندازه حفرات را كاهش داد و حتی با حل‌كردن ماتریس اولیه، نانولوله‌هایی از مواد مختلف را ایجاد كرد.

این راهكار – كه مورد توجه گروه‌های دیگری نیز قرار گرفت- فوق‌العاده ساده و در عین حال قابل انعطاف است، می‌تواند اندازه حفرات را بادقت بالایی كنترل كند و از مواد مختلف برای دستیابی به كاركرد لازم (برای كنترل عبور مواد از حفرات) یا پدیده‌های شیمیایی و فیزیكی رخ‌دهنده در حفرات استفاده می‌نماید. این غشاها می‌توانند به نحوی گزینشی به برخی از مولكول‌ها برحسب اندازه، آبدوستی، یونیزاسیون و دیگر خواص اجازه عبور دهند. مواد محبوس‌شده درون این حفرات ممكن است رفتار متفاوتی با مواد آزاد داشته باشند؛ مثلاً خواص فلورسنت مولكول‌های خاصی در هنگام قرارگرفتن در حفرات nm۵۰ ماتریس آلومینا، ارتقاء می‌یابد. مواد ماتریس دیگری نیز استفاده شده‌اند؛ مثلاً غشا‌های پلی‌كربنات حاوی حفرات nm۱۰ با طلا و مولكول‌های آلی موسوم به تیول‌ها- كه با طلا واكنش می‌دهند- آستر شده‌اند. كنترل اسیدیته روی دو طرف این غشا امكان می‌دهد، تا با استفاده از خواص الكترواستاتیك پروتئین‌های هم‌اندازه از هم جدا شوند. یك راهكا‌ر‌ دیگر، كنترل‌ اندازه‌ حفرات در غشا‌ها در اواخر‌‌‌‌‌ ‌سال ۲۰۰۰ ‌طی یك پروژه‌ مشترك‌ بین آزمایشگاه‌های ملی سندیا و دانشگاه‌ نیو‌مكزیكو‌ ‌پدید آمد. در این روش‌‌ نور ماوراء ‌بنفش،‌ مولكول‌هایی را در یك ‌لایه نازك‌ از سیلیكای خودآرا شده و دارای‌ ساختار متناوب، در هم می‌شكند.


شما در حال مطالعه صفحه 1 از یک مقاله 3 صفحه ای هستید. لطفا صفحات دیگر این مقاله را نیز مطالعه فرمایید.