سه شنبه, ۲۳ بهمن, ۱۴۰۳ / 11 February, 2025
سنتز نانوذراتِ سیلیس به روش سُل ـ ژل
فرآیند سُل ـ ژل روش جدیدی نیست. در سال ۱۸۰۰ «ابل‌من» به طور اتفاقی مشاهده کرد که تتراکلرید سیلیکون - که در ظرف رها شده بود- ابتدا هیدرولیز و سپس به ژل تبدیل شد. در سال ۱۹۵۰ باب مطالعات گسترده‌ای در سنتز سرامیک و ساختارهای شیشه‌ای با استفاده از این روش آغاز شد. شایان ذکر است که با این روش، بسیاری از اکسیدهای غیرآلی مانند SiO۲ ZrO۲ , TiO۲ , . سنتز شدند.
در این فرآیند با استفاده از مواد اولیه، ابتدا سُل تشکیل شود. سُل محلولی کلوئیدی، حاوی ذرات معلّق است. بعد از این واکنش، ژل تشکیل شود. ژل سوسپانسیونی است که شکل ظرف را به خود گیرد و خواص کشسانی از خود نشان دهد. از مزایای این روش توان به موارد زیر اشاره کرد:
۱ـ ابزار انجام آن ساده است؛
۲ ـ سرمایه‌گذاری اولیهٔ آن کم و در عین حال کیفیت محصول بالاست؛
۳ ـ خلوصِ محصول به‌دست‌آمده بالاست؛
۴ ـ امکان طراحی ترکیب شیمیایی و به‌دست آوردن ترکیب همگن وجود دارد؛
۵ ـ فرآیند را می‌توان در دمای کم نیز ایجاد کرد.
از طرف دیگر، با توجه به شکل زیر، توان مشاهده کرد که با تغییر شرایط، ساختارهای متنوعی با استفاده از این روش به دست آیند.
مادهٔ اولیه‌ای که در این روش مورد استفاده قرار گیرد، الکوکسی سیلان نام دارد. این ماده از تأثیر شبه فلزات بر الکل تهیه شود. تهیهٔ این ماده بسیار مشکل است و در دنیا دو کمپانی صنایع شیمیایی قادر به تهیهٔ آن هستند. الکوکسی سیلان ماده‌ای گران‌قیمت به شمار میرود، در عوض، با استفاده از این مادهٔ اولیه توان به محصولاتی با خلوص بالا در مدت زمان کوتاه دست یافت. از سیلیسیلت سدیم نیز توان برای تهیهٔ ذرات نانومتری سیلیس استفاده کرد. مشکل این است که خلوص محصولاتِ حاصل از این مادهٔ اولیه بالا نیست و نیاز به شست‌وشوی طولانی‌مدت دارد تا ناخالصی از محصول نهایی خارج شود.
برای سنتز نانوذرات سیلیس، به الکوکسی سیلان، آب و الکل نیاز است. از آن‌جا که الکوکسی سیلان در آب حل شود، بنابراین، باید از ماده‌ای استفاده کرد که هم الکوکسی سیلان در آن حل شود و هم خود این ماده محلول در آب باشد. به این منظور، از الکل استفاده کنیم. از طرف دیگر، واکنش دو مادهٔ آب و الکوکسی سیلان بسیار کُند است و با افزودن الکل، سیستم رقیق‌تر هم شود. در نتیجه سرعت واکنش باز هم کاهش می‌یابد. برای افزایش سرعت واکنش، توان از کاتالیزور استفاده کرد. کاتالیزوری را که برای انجام سریع این واکنش مورد استفاده قرار دهیم باید به گونه‌ای باشد که بعد از انجام واکنش بتوان آن را به‌راحتی از سیستم خارج کرد. در گزارش محققان، هم از اسیدها و هم از بازها به عنوان کاتالیزور در سنتز ذرات سیلیس استفاده شده است که هر کدام مزایا و معایب خود را دارند.
در محیطی با خاصیت بازی، ذرات تا اندازهٔ ۱۰۰ تا ۲۰۰ نانومتر به‌سرعت رشد کنند و نیروی دافعهٔ جرمی باعث شود که ذرات جدا از هم باقی بمانند. در محیط اسیدی ذرات در اندازهٔ ۲ تا ۴ نانومتر متوقف شوند، ولی در ادامهٔ فرآیند به‌سرعت به هم پیوندند و ذرات بزرگتر را تشکیل می‌دهند.
برای سنتز نانوذرات سیلیس، از کاتالیزور آمونیاک استفاده شود. از مزایای آمونیاک این است که نقطهٔ جوش پایین دارد و به‌سرعت از سیستم بیرون میرود. ولی از اسیدهایی چون اسید کلریدریک، نیتریک و استیک نیز می‌توان استفاده کرد که نقطهٔ جوش بالایی دارند. بنابراین، خارج کردن آنها از سیستم کار راحتی یست. از معایب دیگرِ این کاتالیزورها این است که باعث ایجاد لیگاندهایی با محصولات شوند که دیگر توان محصول را با همان پیوندهای شیمیایی مورد نظر تهیه کرد.
● لیگاند چیست؟
▪ لیگاند: در یون کمپلکس، یون‌هایی وجود دارند که یون مرکزی را احاطه کرده‌اند، مثلاً ( CN)
(منظور از یون کمپلکس یونی است که از چند یون تشکیل شده است)
● روش آزمایش
مقداری آب را با الکل و آمونیاک و بقیهٔ الکل را با الکوکسی سیلان مخلوط می‌کنیم. این دو محلولِ جداگانه را به هم افزاییم و با هم زدن، سیستم را کاملاً همگن کنیم. بسته به نسبت مولی مورد استفاده در سنتز این ذرات، زمان هیدرولیز و چگالش متفاوت است. بعد از تهیهٔ این محلول، ابتدا الکوکسی سیلان در محیط آبی هیدرولیز شود. در این فرآیند گروه هیدروکسیل جایگزین گروه کربوکسیل شود. این واکنش همان‌طور که گفته شد در محیط آبی طبق معادلهٔ زیر انجام شود.
بعد از هیدرولیزِ محصولات، چگالش طبق معادلهٔ زیر آغاز شود.
۲ HOSi(OR)۳ ==> (OR)۳ SiOSi (OR)۳ + H۲O یا (OR)۳ SiOSi (OR)۲ (OH) + ROH
ایران مسعود پزشکیان دولت چهاردهم پزشکیان مجلس شورای اسلامی محمدرضا عارف دولت مجلس کابینه دولت چهاردهم اسماعیل هنیه کابینه پزشکیان محمدجواد ظریف
پیاده روی اربعین تهران عراق پلیس تصادف هواشناسی شهرداری تهران سرقت بازنشستگان قتل آموزش و پرورش دستگیری
ایران خودرو خودرو وام قیمت طلا قیمت دلار قیمت خودرو بانک مرکزی برق بازار خودرو بورس بازار سرمایه قیمت سکه
میراث فرهنگی میدان آزادی سینما رهبر انقلاب بیتا فرهی وزارت فرهنگ و ارشاد اسلامی سینمای ایران تلویزیون کتاب تئاتر موسیقی
وزارت علوم تحقیقات و فناوری آزمون
رژیم صهیونیستی غزه روسیه حماس آمریکا فلسطین جنگ غزه اوکراین حزب الله لبنان دونالد ترامپ طوفان الاقصی ترکیه
پرسپولیس فوتبال ذوب آهن لیگ برتر استقلال لیگ برتر ایران المپیک المپیک 2024 پاریس رئال مادرید لیگ برتر فوتبال ایران مهدی تاج باشگاه پرسپولیس
هوش مصنوعی فناوری سامسونگ ایلان ماسک گوگل تلگرام گوشی ستار هاشمی مریخ روزنامه
فشار خون آلزایمر رژیم غذایی مغز دیابت چاقی افسردگی سلامت پوست