روش های ساخت نانومواد

روش های ساخت نانومواد

در اکثر مقالات علمی حوزه نانو، به جای «ساخت» از واژه «سنتز» (Synthesis) استفاده می شود. برای سنتز نانوذرات روش های بسیار متنوعی وجود دارد. این روش ها به طور کلی به دو گروه بالا به پایین و پایین به بالا تقسیم می شوند. به طور جزئی تر فرایند های سنتز نانومواد اساساً به سه گروه تقسیم می شوند که به شرح هر یک می پردازیم.

سنتز نانومواد از فاز بخار

روش چگالش از فاز بخار شامل تبخیر یک فلز جامد و چگالش سریع آن برای تشکیل خوشه های نانومتری است. این خوشه ها در نهایت روی سطوحی سردتر، به صورت پودر ته نشین می شوند. مهم ترین مزیت این روش، آلودگی پایین آن است. اندازه نهایی نانومواد سنتز شده با تغییر پارامترهایی نظیر دما، اتمسفر محیط و سرعت تبخیر کنترل می شوند.

روش تبخیر در خلاء بر روی مایعات روان (VERL)، روش سیم انفجاری و پیرولیز اسپری از پر کاربرد ترین روش های چگالش از فاز بخار محسوب می شوند. این روش سنتز را می توان جزء روش های پایین به بالا نامید؛ چرا که ابتدا ذراتی با اندازه بسیار کوچک تولید می شوند و از به هم پیوستن این مواد، ساختارهایی با اندازه هایی بزرگ تر پدید می آیند.

سنتز شیمیایی نانومواد

سنتز شیمیایی شامل رشد نانوذرات در یک محیط مایع حاوی انواع واکنش دهنده هاست. مهم ترین روش سنتز شیمیایی، معروف به سُل ژِل (Sol-Gel) است. در این روش ابتدا محلولی کلوئیدی از نانو ذرات جامد غوطه ور در مایع ساخته می شود. به این محلول کلوئیدی سُل می گویند.

سپس با تغییر مواردی چون pH، دما، ترکیب محلول و عواملی دیگر این ذرات محلول به یکدیگر می پیوندند و زنجیره هایی را پدید می آورند. به این زنجیره های فلزی-آلی، ژِل می گویند. این ژل ها برای استفاده های بعدی خشک می شوند و شکل های دلخواه را می گیرند.

در روش های سنتز شیمیایی نانو مواد، اندازه نهایی ذره را می توان با توقف فرایند هنگامی که اندازه مطلوب به دست آمد، کنترل نمود یا این که با انتخاب مواد شیمیایی تشکیل دهنده ذرات پایدار و توقف رشد، به یک اندازه خاص دست یافت.

این روش ها معمولا کم هزینه هستند و برای تولید با حجم بالا استفاده می شوند. اما مشکل بزرگ آن ها آلودگی به وجود آمده از مصرف مواد شیمیایی است. از مهم ترین روش های سنتز شیمیایی می توان رسوب هم زمان، سل ژل، هیدرولیز و میکروامولسیون را نام برد. بدیهی است که این روش های سنتز نیز از روش های پایین به بالا هستند.

سنتز نانومواد در حالت جامد

از فرایندهای حالت جامد نیز می توان برای ایجاد نانو مواد استفاده نمود. این نوع روش ها بیشتر به فرایندهای کاربردی در متالورژی پودر شباهت دارند (روش هایی مانند آسیاب مکانیکی یا آلیاژسازی مکانیکی). خواص نانوذرات تولید شده در این روش به عواملی مثل نوع دستگاه، ماده آسیاب کننده، زمان آسیاب و محیط اتمسفری واکنش بسنکی دارد.

در سنتز حالت جامد، ماده مورد نظر در مقیاس بالک یا به صورت پودری به درون آسیاب وارد می شود. سپس با چرخش و حرکت گلوله های آسیاب رفته رفته سایز ذرات کاهش می یابند. مهم ترین دستگاه هایی که برای تولید نانو مواد در فاز جامد استفاده می شوند در شکل زیر نشان داده شده است.