نانوساختارهای متخلخل

در طی دهه های گذشته، تلاش های زیادی برای گسترش مواد جدید به ویژه نانو ساختار انجام گرفته است. نانو ذرات به دلیل اندازه کوچک و سطح ویژه ای که دارند ویژگی های منحصربه فردی از خود نشان می دهند. مواد نانو ساختار بر اساس محدودیت های هندسی گروه بندی می شوند. در این گروه بندی مواد نانو ساختار به صفر بعدی مانند نانو ذرات فلزی، پلیمری و سرامیکی، یک بعدی مانند نانولوله های کربنی، نانوسیم های فلزی و نانو الیاف دوبعدی مانند نانوپوششها، سه بعدی مانند نانو چندسازه ها، فولرن، گرافن و نانوساختارهای کربنی تقسیم شده اند.

مواد نانومتخلخل (Nanoporous Materials) دارای حفره هایی در ابعاد نانو بوده و بسیار متنوع می باشند. سطح ویژه ی بالا، گزینش پذیری شکل و اندازه (Size and Shape Selectivity) از مهم ترین ویژگی های این مواد است. پیشرفت این مواد در آینده وابسته به ساخت مواد نانو متخلخل مهندسی شده و کنترل شده برای کاربردهای موردنظر است.

زئولیت ها (Zeolites)، کربن و سیلیکای نانومتخلخل، از مهم ترین ساختارهای نانومتخلخل هستند. رایج ترین روش سنتز این مواد نانومتخلخل، روش های بر پایه الگوست (Templated Synthesis). روش های مشخصه یابی، اندازه و شکل حفره ها را مشخص کرده و در بهینه سازی ساختار کمک می کند. استفاده از تخلخل های این مواد برای ساخت نانوکامپوزیت ها بسیار مهم و کاربردی است. مواد نانومتخلخل معدنی بسیار متنوع تر از مواد نانومتخلخل آلی هستند.

مواد نانومتخلخل دارای حفره هایی در ابعاد نانو هستند و حجم زیادی از ساختار آن ها را فضای خالی تشکیل می دهد. نسبت سطح به حجم (سطح ویژه) بسیار بالا، نفوذپذیری یا تراوایی (Permeability) زیاد، گزینش پذیری خوب و مقاومت گرمایی و صوتی از ویژگی های مهم آن ها هست. با توجه به ویژگی های ساختاری، این مواد به عنوان تبادل گر یونی (Ion Exchanger)، جداکننده (Separator)، کاتالیزور، حس گر، غشا (Membrane) و مواد عایق استفاده می شوند.

و به سبب کاربردهای فراوان، روزبه روز نقش آن ها در نانوفناوری پررنگ تر شده است. مواد متخلخل با توجه قطر حفرات به سه دسته میکرو متخلخل( اندازه حفره بزرگ تر از دو نانومتر) ماکرو متخلخل( اندازه حفره بین 2تا50 نانومتر) و مزو متخلخل(اندازه حفره کمتر از دو نانومتر) طبقه بندی می شوند. اکسیدهای نانومتخلخل فلزات مانند تیتانیم دی اکسید، روی اکسید، آلومینا و منیزیم اکسید فعالیت بیشتری از حالت معمولی خود دارند.

نانوذرات اکسید فلزی، با سطح ویژه و نقص های ساختاری بالا، قابلیت و ویژگی های بسیاری دارند. برای مثال، به نانوذرات متخلخل فلزی منیزیم اکسید می توان اشاره کرد.[2] از دیگر ساختارهای متخلخل غشاهای نانوحفره زئولیتی هستند که از آنها برای تخلیص دی متیل آمین می توان استفاده کرد. همین طور از این نانو غشاها در تصفیه آب و فاضلاب، صنعت نفت و پتروشیمی نیز می توان استفاده نمود.