نانوذراتِ سیلیس

روشی شیمیایی سنتزِ نانوذراتِ سیلیس پرهزینه اند, زیرا مواد مورد نیاز در این روش ها گران قیمت اند بنابراین, دانشمندان تلاش می کنند تا روش ها و منابع مقرون به صرفه بیابند

● مقدمه:

نانوذرات به علت کاربردهای متعدد در صنایع مختلفی مانند صنایع آرایشی ـ بهداشتی، صنایع اُپتیکی و الکترونیکی، مورد توجه پژوهشگران قرار گرفته‌اند.

دانشمندان در دهه گذشته نیز با فناوری تولید نانوذرات آشنا بودند، اما از آنجا که ابزارهای آزمایشگاهی لازم هنوز اختراع نشده بود، نمی‌توانستند به اقدامات عملی در این زمینه دست بزنند. در دههٔ ۱۹۹۰، محققانی که ذرات میکرومتری را تهیه کردند، در گزارش توزیع اندازهٔ ذرات آزمایش‌شده، به وجود ذرات نانومتری نیز اشاره نموده‌اند.

سؤال جالب این است که دانشمندانِ یادشده، در چه شرایطی و با چه ابزاری ذرات نانومتری را سنتز کرده‌اند. شما در کتاب شیمی خود با مفاهیم «هیدرولیز» (هیدرولیز واکنشی است که در محیط آبی منجر به یونیزاسیون ماده شود) و «پلیمراسیون» آشنا شده‌اید. این دو فرآیند وقتی با هم صورت می‌گیرند، فرآیند ترکیبی جدیدی را ایجاد می‌کنند که «روش سُل ـ ‌ژِل» نامیده می‌شود.

این روش مدتی طولانی برای تولید سرامیکی غیرآلی و شیشه‌ای مورد استفاده قرار گرفت و تا اواسط دههٔ ۹۰ همچنان روشی مقرون به صرفه به نظر رسید. از آن به بعد دانشمندان مختلف توانستند این نانوذرات را از روشی گوناگون تهیه کنند. بنابراین، دیگر این روش اقتصادی به نظر رسید. از آنجا که بسیاری از دانشمندان توانستند نانوذرات سیلیس را از منابع طبیعی تهیه کنند، از آن پس دیگر نیازی به استفاده از این روش با موادّ اولیهٔ گران‌قیمت نبود.

کاربرد نانوذرات سیلیس

سیلیس در ایران به‌وفور یافت می‌شود. این ماده از دو عنصر سیلیسیوم و اکسیژن تشکیل شده و از لحاظ ساختاری شبیه ساختار مولکول آب است.

ذرات سیلیس در صنایعی چون الکترونیک، کاتالیزورها، پوشش و رنگدانه کاربرد وسیعی دارند. اما استفادهٔ بسیار از این ماده خطرناک است و برای کسانی که در معرض آن قرار می‌گیرند مشکلات تنفسی به وجود می‌آورد.

● ذرات سیلیس

روشی شیمیایی سنتزِ نانوذراتِ سیلیس پرهزینه‌اند، زیرا مواد مورد نیاز در این روش‌ها گران‌قیمت‌اند. بنابراین، دانشمندان تلاش می‌کنند تا روش‌ها و منابع مقرون به‌صرفه بیابند.

در سال ۲۰۰۴ زونگ هرنگ لیو (Tzong Horng Liou)، پژوهشگر تایوانی، برای اولین‌بار این ذرات را از شلتوک برنج سنتز کرد که از روش‌های بسیار ارزان‌قیمت به شمار می‌رود.

همان‌طور که گفته شد، در ایران معادن متعددی وجود دارند که کلوخهی سیلیس را می‌توان از آنها استخراج کرد. برای تبدیل این کلوخه‌ها به ذرات ریز چه می‌توان کرد؟ شاید تصور کنید که با آسیابی پرقدرت می‌شود این کلوخه را آن‌قدر ریز کرد تا به اندازهٔ نانومتری برسند.

گرچه این روش به نظر معقول و مقبول می‌آید، ولی تا به حال آسیابی ساخته نشده است که بتواند پیوندهای کووالانسی بسیار قوی سیلیس را بشکند.

بنابراین، برای ریز کردن کلوخهٔ سیلیس باید چارهٔ دیگری کرد. اعضای گروه شیمی دانشگاه تربیت مدرس موفق شده‌اند با استفاده از پراکندهی شیمیایی به ذرات نانومتری سیلیس دست یابند. پراکندهموادی هستند که مانندِ پلی میان اتم و مولکول قرار گیرند و از ایجاد پیوندهای قوی بین آنها جلوگیری کنند.

● کاربردهای نانوذرات سیلیس

اکنون سراغ کاربردهای نانوذرات سیلیس رویم. سیستم کلوئیدی پراکنده‌ها، یعنی محلول حاوی ذرات پراکندهٔ سیلیس، در صنایع مختلف از جمله در رنگدانه و کاتالیزورها کاربرد دارد. همچنین از نانوذرات سیلیس می‌توان برای سختی و استحکام پوششی صنعتی استفاده کرد.

یک شرکت ژاپنی با استفاده از این نانوذرات در محصولات مرطوب‌کنندهٔ خود، مشاهده کرد که کرمی جدید خشکی پوستِ مشتریان را درمان می‌کند. بنابراین، یکی دیگر از زمینه‌های کاربرد این نانوذرات تواند داروها و لوازم آرایشی و بهداشتی باشد.

کاربرد دیگر نانوذرات، در عایقی حرارتی و عایقی الکتریکی است. با اعمال شرایط خاص، توان از این ذرات که به صورت پودر هستند، ساختارهای متخلخل به دست آورد. ساختار متخلخل کاربردهای جالبی دارد و از جملهتوان از آنها به عنوان تصفیه‌کننده استفاده کرد.

● سیلیس با ساختار متخلخل

امروزه توانسته‌اند از نانوپودر سیلیس با توزیع اندازهٔ ذرات کم، پولیشرهای مکانیکی و شیمیایی تولید کنند. در این روش، مشکلاتی که در پولیش سطوح با استفاده از اسیدها و پولیشرهای دیگر وجود داشت، رفع شده است.

●ز پولیشر چیست؟

معمولاً برای اینکه سطوح، صاف و صیقلی شوند، از پولیشر استفاده می‌کنند که معروفترین آنها سُمباده است که فکر می‌کنم همه این نوع پولیشر را دیده باشند. پولیشرِ سیلیس فناوریِ بالایی دارد و در پولیش کردن صفحهٔ تلویزیون، مانیتور و لیزر به کار می‌رود. ذرات سیلیس بسیار سخت و محکم‌اند و کمتر تغییر شکل می‌دهند. برای پولیش و زدودن لایهٔ روییِ برخی از مواد هم که سطحشان فعال است و واکنش نشان می‌دهند، از این پولیشر استفاده می‌شود. تا به حال از اسید برای زدودن این لایه استفاده می‌کردند که روش چندان مناسبی به شمار نمی‌رفت.