نانو ذرات اکسید روی | سنتز و کاربرد ها

اکسید روی که ترکیبی معدنی یا غیر آلی است که با فرمول Zno نمایش داده میشود که به شکل پودری سفید رنگ و غیرمحلول در آب است.

اکسید روی که در قدیم اکسید ناخالص آنرا توتیا می نامیدند در مصارفی مثل ساخت فلز برنج یا درمان بیماری های چشم و همچنین استفاده هایی در قلم از آنها می شده است.

امروزه به کمک فناوری نانو و تولید نانو ذرات اکسید روی در مصارفی چون کرم ضد آفتاب، پودر بچه، پماد های پوستی و انواع مختلفی که استفاده میشود.

این ذرات نانو که در صنایع گوناگونی مانند پلاستیک، سرامیک، شیشه، سیمان و … و همچنین مصارف داریویی و بهداشتی که در ادامه مفصل در موردشان صحبت خواهیم کرد، استفاده های بسیاری دارند.

همچنین روش سنتز و آینده نگری در مورد این ذرات در ادامه این مقاله مورد بررسی قرار خواهد گرفت.

کاربردها و خصوصیات نانو ذرات اکسید روی:

نانو ذرات اکسید روی از خواص گوناگونی برخوردارند که باعث استفاده آنها در صنایع و کاربرد های مختلف در مقیاس وسیع از آنها میشود.

از جمله این خواص پایدار شیمیایی بالا، ثابت دی الکتریک، فعالیت کاتالیزوری بالا، قیمت ارزان، قدرت چسبندگی و پوشش دهی بالا، قابلیت بازیابی، جذب و خنثی کردن اشعه UV خورشید و مهم ترین خاصیت این نوع از ذرات که آنتی باکتریال و ضد عفونی کننده های پایدار به همراه عدم سمیت و تولید پاتوژن انسانی است. و از همین رو در کاربرد های دارویی و بهداشتی و در صنایع گوناگون مورد استفاده هستند.

از آن رو که اکسید روی در دمای 1975 درجه سانتی گراد تجزیه و بخار میشوند از خاصیت پایداری بالایی برخوردارند.

مصادرف دارویی و بهداشتی نانو مواد اکسید روی:

خاصیت آنتی باکتریال یا ضدعفونی کننده نانو مواد اکسید روی که عموماً در پزشکی به زینک اکسید معروف است باعث شده تا رقیبی جدی برای آنتی بیوتیک ها شوند.

جدی ترین ضعف آنتی بیوتیک ها تولید پاتوژن های انسانی است که نتیجه آن مقاومت و آپدیت شدن باکتری ها در برابر این ضدعفونی کننده ها و در نتیجه نیاز به مصرف و قوی تر کردن روز به روز آنتی این داروهاست.اما نانو مواد اکسید روی با توجه به عملکردی که در مقابله با ویروس دارند باعث جلوگیری از تولید پاتوژن شده و نیازی به مصرف بیش از حد روز به روز آنها نیست.

همچنین این مواد از پایداری بسیار بالایی برخوردار است و به دلیل زیست سازگار بودن آنها زیانی به محیط زیست و انسان نمی رسانند. همچنین این مواد مانند نانو ذرات نقره در تولید پانسمان، چسب زخم ها، تولید پمادهای سوختگی و همچنین در مصارف ضد التهاب و ضد خارش مورد استفاده قرار میگیرند.

اما این نانو مواد استفاده های دیگری نیز در حوزه آرایشی و بهداشتی دارند. که یکی از مهم ترین استفاده نانو مواد اکسید در تولید کرم های ضد آفتاب است. این مواد با جذب نور فرو سرخ و فرابنفش مانع آسیب رساندن آنها به پوست و چشم شده و از همین رو در تولید عینک ها آفتابی و کرم ضد آفتاب نقش عمده ای را ایفا میکنند و خاصیت مرطوب کنندگی آنها در تولید کرم های مرطوب کننده نقش دارند.

از مصارف دیگر آنها در تولید صابون به دلیل خاصیت مهار بوی بدن و کرم های ضد شوره میتوان نام برد.(همانطور که در صحبت های بالا گفته شد این نانو ذرات به دلیل سازگاری با محیط و انسان باعث هیچگونه حساسیت پوستی نمیشوند).

نقش نانو ذرات اکسید روی در صنعت:

اکسید روی قائم به ذات، یک نیمه رسانا از نوع N است که همین امر باعث محدود شدن فعالیت آن در حوزه نیمه رساناها شده. در راستای حل همین مشکل با تبدیل اکسید روی به نانو ذرات اکسید روی و بدست آوردن نیمه رسانای نوع P و اتصال و ترکیب آن با N باعث تولید و ساخت وسایل الکتریکی و پیزوالکتریکی در ابعاد نانو میشویم.
از کاربردهای دیگر این نانو مواد در صنعت الکتریک و ادوات نوری میتوان به سلول های خورشیدی، حسگر ها، وریستو یا مقاومت وابسته به ولتاژ، فوتودیود، سطوح صوتی، مواد پیزوالکتریک، لیزر فرابنفش، خازن، لامپ،سنسور های گاز و… اشاره کرده.
همچنین نانوذرات اکسید روی در صنایع بسیار از جمله سرامیک، بسته بندی، تصفیه آب، لاستیک و پلیمر و.. انواع مختلف صنایع کاربرد دارد که بدلیل اشتراک این نانو ذرات با نقره تمامی این مثالها در مقاله کاربرده ای نانو ذرات نقره ذکر شده است.

نحوه سنتز و اشکال نانو مواد اکسید روی:

روش های فیزیکی و شیمی و بیولوژیکی متفاوتی برای سنتز اکسید روی وجود دارد که هر کدام بسته به شرایط و هدف سنتز و استفاده میشوند که عموم روش ها سنتز به شکل سل ژل، میکرامولسیون، فرایند مکانیکی شیمیایی، تبخیر حلال مستقیم، هیدروترمال، ته نشین سازی جرقه ای و… استفاده میشود که به عواملی از جمله شیمی سطح، توزیع اندازه، مورفولوژی ذرات و واکنش ذرات در محلول بستگی دارد.
از لحاظ مورفولوژی و ریخت شناسی نانو ذرات اکسید دارای دو ساختار کریستالی هستند که یکی شش وجهی و دیگری مکعبی است که به دلیل پایدارتر بودن ساختار شش وجهی نسبت به ساختار مکعبی در دمای محیط، این ساختار در صنعت معمول تر است.

در ادامه با تشریح چند روش سنتز نانو ذرات را خواهیم اورد.

روش ته نشین سازی جرقه ای:

پایه هایی از جنس کوارتز با استون ، آب مقطر و و اتانول بطور سریع تمیز و شسته می شوند و سپس با جریان گاز نیتروژن خشک می شوند .

دو سوزن تیز از سیم هایی از جنس روی تهیه می شود .دو سوزن بصورت افقی با فاصله ۳mm از یکدیگر و در فاصله ۲mm بالای مرکز پایه قرار می گیرند . جرقه زمانی اتفاق می افتد که یک خازن با ۱۰kV شارژ شده و به سوزن ها متصل می شود .بوسیله Rotary Switch این فرایند مرتباً بین ۵۰-۲۰۰ بار در هوای محدود در فشار اتمسفر با مدت زمان جرقه زنی ۳ ثانیه برای هر جرقه انجام می گیرد.

سطوحی که برای ته نشین سازی استفاده می شوند از قبل در دمای ۳۸۰ درجه ی سلسیوس به مدت یک ساعت پخته شده بودند و بعد از آن در دمای بین ۴۰۰ تا ۸۰۰ درجه سلسیوس برای یک ساعت دیگر پخته شدند.

سرعت قرار گیری پوسته (Film)ها در این روش ۱nm به ازای هر جرقه است و در نتیجه از این طریق می توان قطر پوسته ها را کنترل کرد.

روش تبخیر حلال مستقیم محلول الکل شامل KOH و روی استات:

کلوئید های نانو ذره ZnO بوسیله هیدرولیز کردن روی استات در محلول متانول تشکیل می شود. محلول بازی KOH به محلول روی استات و متانول اضافه می شود.محلولی تیره قبل از تولید کلوئیدهای ZnO تشکیل می شود.

در این روش پودر روی استات به محلول KOH و متانول اضافه می شود و تا دمای ۶۰درجه سلسیوس گرم می شود. در هنگام شکل گیری نانو ذره های ZnO در محلول حلال بطور مداوم با استفاده از تبخیر کننده دوار از محلول حذف می شود.اندازه نانو ذره های تولید شده بدین روش ۴-۵ نانو متر است.

روش هیدروترمال:

1 گرم از در ۳۰۰ میلی لیتر آب مقطر حل می شود و سپس یک محلول حاوی ۸ گرم NaOH به آرامی به این محلول اضافه می شود در حالی که محلول هم زده می شود.

بعد از سپری شدن ۸ ساعت یک رسوب سفید رنگ حاصل می شود.این رسوب با آب مقطر شسته می شود و دوباره در آب حل می شود تا بصورت محلول در آید که بعد از آن با ۵۰ میلی لیتر PVP (13 گرم PVP در آب) در حالی که بطور مداوم هم زده می شود مخلوط می شود تا یک محلول همگن ایجاد شود.

این محلول در مرحله بعد به یک Auto Clave انتقال داده می شود و تا دمای ۱۶۰ °C برای ۸ ساعت گرما داده می شود.سپس پودر های ZnO بدست آمده و بعد از اینکه با آب مقطر شسته شدند در دمای ۱۰۰ °C خشک می شوند. اندازه نانو ذرات بدست آمده در این روش ۱۵ نانو متر است.

روش مخلوط کردن NaOH و ZnSO4:

در این روش بلور های نانو ذرات و نانو میله های ZnO با استفاده از یک تکنیک ساده که عبارت است از مخلوط کردن ZnSO4 و NaOH بدون اضافه کردن هیچ گونه ماده افزودنی آلی تولید می شود.

نانو ذرات اکسید روی دارای پایداری شیمیایی بالایی هستند.دلیل این پایداری هم این است که اکسید روی در دمای 1975 درجه سانتی گراد به اکسیژن و بخار روی تجزیه میشود که این موضوع بیان کننده پایداری بالای این نانوذرات است.

نحوه عملکرد نانو ذرات اکسید روی در مقابله باکتری ها:

فعالیت ضد باکتریایی ممکن است باعث تجمع این نانو ذرات در غشای بیرونی یا سیتوپلاسم سلولهای باکتریایی و انتشار روی شود که باعث جدا شدن غشای سلول باکتریایی،آسیب پروتئین غشایی و بی ثباتی ژنومی و در نتیجه مرگ سلولهای باکتریایی میشود.

آینده و دیدگاه آتی نانو مواد اکسید روی:

پیش بینی نانو ذرات اکسید در پزشکی نتایج مثبت و امیدواره کننده را در زمینه ضد سرطان و دیابت و همچنین تصویربرداری های پزشکی به ما نشان میدهد.

آنها با القای نسل گونه های فعال اکسیژن داخل سلول و فعال کردن مسیر سیگنالینگ آپوپتوز،اثرات مهار قوی در برابر سلولهای سرطانی و باکتری ها دارند و این امر باعث میشود این نانوذرات بعنوان ماده ضد سرطان بالقوه باشند. همچنین پیش بینی تاثیر کاهش فشار قند خون و افزایش سطح انسولین در اینده این محصول مثبت بوده است.

همانطور که خواندیم نانو ذرات اکسید روی در صنایع گوناگون مورد استفاده میگیرند و نقش حیاتی را در صنعت و سلامت ایفا میکنند.

جهت بالا بردن کیفیت مقاله نظرات و پیشنهادات خود را با ما به اشتراک بگذارید.