فهرست مطالب
نانو ذرات اکسید آهن , مگنتیت ( نانو ذرات مغناطیسی ) , نانو پودر اکسید آهن مغناطیسی Fe3O4
نانوذرات مگنتیت: روش های تهیه، اصلاح سطح و کاربردهای آن
مگنتیت یکی از انواع اکسید آهن است که به دلیل ویژگی های منحصر به فرد خود در مقایسه با سایر نانومواد، توجهات زیادی را به خود جلب کرده است؛ این ماده کاربردهای گسترده ای در حوزه های مختلف دارد.
روش های فیزیکی و شیمیایی متعددی برای تهیه نانوذرات مگنتیت وجود دارد.
مگنتیت در ابعاد نانو دارای خاصیت سوپر پارامغناطیسی، نسبت سطح به حجم بالا و خاصیت زیست سازگاری است.
به دلیل این ویژگی های ممتاز، نانوذرات مگنتیت در حوزه هایی نظیر طراحی کاتالیست برای واکنش های آلی، تصفیه ی آب و پساب از آلاینده هایی همچون فلزات سنگین و رنگ ها، تصویربرداری از بافت تومور، دارورسانی هدفمند و… مورد استفاده قرار گرفته اند.
- در این مقاله به خلاصه ای از ویژگی ها، روش های سنتز نانوذرات مگنتیت، اصلاح سطح و نیز کاربرد آن در برخی از حوزه ها اشاره شده است.
مقدمه
در میان نانوذرات، نانوذرات اکسید آهن نمونهای از نانومواد پرکاربرد است؛ شانزده فاز برای اکسیدهای آهن وجود دارد. ویژگی این ترکیبات، شکل سه ظرفیتی آهن، حلالیت پایین و رنگ خاص آنها است.
در بین اکسیدهای آهن نانوذرات مگنتیت (Fe3O4) بهدلیل خاصیت سوپر پارامغناطیسی، دمای کوری پایین، غیر سمی بودن و… بیشتر از سایر اکسیدهای آهن مورد توجه قرار گرفته است.
مگنتیت دارای ساختار کریستالی اسپینل معکوس است که در آن هر سلول واحد شامل 32 اتم اکسیژن است.
روشهای سنتز نانوذرات مگنتیت
با اینکه نانوذرات مگنتیت به روشهایی چون پلی ال ، تکنیکهای پیرولیز با لیزر، الکتروشیمیایی و سنتز بهوسیلهی میکروارگانیسمها و باکتریها تولید میشوند، از رایجترین روشهای استفاده شده برای سنتز مگنتیت میتوان به روش همرسوبی، سونوشیمیایی، سل-ژل، سنتز بدون حلال، هیدروترمال، تجزیه حرارتی و میکروامولسیون اشاره کرد که در بخشهای زیر به توضیح آنها میپردازیم.
روش همرسوبی
روش همرسوبی یک روش ساده و متداول برای سنتز نانوذرات مگنتیت از محلول آبی نمکهای آنهاست.
از مزایای این روش میتوان به استفاده از آب به عنوان حلال، بازده و خلوص بالا و سهولت تنظیم شرایط واکنش اشاره کرد. واکنش همرسوبی در اتمسفر خنثی و با افزایش باز به محلول نمکهای آهن، در دمای اتاق یا بالاتر صورت میگیرد.
روش سونوشیمیایی
اثرات فیزیک و شیمیایی التراسونیک ناشی از حفرات صوتی است.
در این فرایند حفرات صوتی در نتیجه تشکیل، رشد و فروریزش درونی حبابها در محلول ایجاد میشوند. فروریزش درونی حبابها از طریق تراکم آدیاباتیک یا تشکیل موج شوک درون فاز گازی حباب فروریزش کننده، نقاط داغ تولید میکند. شرایط این نقاط گرم به صورت دمای گذار K5000، فشار atm18000 و سرعت خنک شدن بیش ازKS-11010 است.
این شرایط ضمن اینکه برای تشکیل فاز جدید سودمند است، بر روی شکستن لختهها نیز تأثیر دارد. از مزایای دیگر روش سونو شیمیایی میتوان به بالا بودن خاصیت کریستالی و مغناطیسی محصول نسبت به روش همرسوبی اشاره کرد .
روش سل- ژل
فرایند سل-ژل یک فرایند شیمیایی برای سنتز نانوذرات از مواد اولیه معدنی یا ترکیبی از ماده آلی-معدنی است. ساختار و ترکیب نانو اکسیدهای تهیه شده با روش سل-ژل به شرایط سنتز، ماهیت پیش ماده، حلال، دما و pH وابسته است.
از مزایای این روش میتوان به دستیابی به مواد مناسب بهدلیل توانایی کنترل فرایند سنتز، وجود سیستمهای چند جزئی همگن بهدلیل مخلوط شدن در محیط مایع و دمای پایین برای فرایند دادن به مواد اشاره کرد. سازوکار روش براساس هیدروکسیلدار شدن و تراکم پیش مادههای مولکولی در مایع استوار است. تراکم بیشتر و پلیمریزاسیون معدنی منجر به تشکیل شبکه سه بعدی میشود که ژل نامیده میشود .
سنتز بدون حلال
این روش یک روش غیر سمی و اقتصادی برای تولید نانوذرات مگنتیت است که در آن از نمکهای آهن (FeCl2.4H2O) یا (FeCl3.6H2O) و یک باز جامد (NaOH) استفاده میشود. واکنش با مخلوط کردن نمکهای آهن، باز و سورفاکتانت در درون هاون و در دمای اتاق و داخل یک جعبه مجهز به ورودی گاز آرگون انجام میشود.
از مزایای این روش میتوان به سهولت و عدم نیاز به تکنیکهای پیچیده، عدم نیاز به حلال، کوتاه بودن زمان واکنش، بازده بالا و یکنواخت بودن اندازهی ذرات اشاره کرد .
روش هیدرو ترمال
در این روش برای سنتز اکسید آهن از پیش مادههای آلی فلزی نظیر کربناتهای آهن و یا استیل استونات آهن دارای زنجیره بلند کربن، با گروه عاملی کربوکسیلیک یا آمین استفاده میشود. واکنش هیدرو ترمال در مجاورت سورفاکتانت و در دمای بالاتر از C°200 و فشار بیشتر از بار صورت میگیرد.
از مزایای این روش میتوان به باریک بودن محدوده توزیع اندازه ذرات، لخته نشدن کریستالها بهدلیل حضور عوامل پایدارکننده، خلوص و چگالی خیلی بالا اشاره کرد .
میکروامولسیون یا مایسل معکوس
میکروامولسیون را میتوان به صورت پراکندگی دو مایع غیر قابل امتزاج با پایداری ترمودینامیکی توصیف کرد. میکروامولسیونها را به دو دسته روغن در آب و آب در روغن طبقهبندی میکنند. در هر دو نوع میکروامولسیون، فاز پخش شده حاوی قطراتی است که به طور مجزا در ابعاد Å1000-100 در فاز دیگر پراکنده شدهاست. در صورتیکه سورفاکتانت به مخلوط آب و روغن اضافه شود، یک سیستم میکروامولسیون کامل بهدست میآید.
سورفاکتانت به عنوان عامل فعال سطحی در مرز بین دو فاز جایگزین شده و کشش بین روغن-آب را به مقدار ملاحظهای کاهش میدهد. در مایسل معکوس واکنش درون حوضچههای آبی صورت میگیرد و در ادامه رشد ذرات متوقف و اندازه آنها محدود میشود. از آنجا که حوضچههای آبی دارای اندازههای یکنواخت هستند، این روش یکی از بهترین روشها برای تولید نانوذرات مگنتیت با اندازه معین است .
کاربرد نانوذرات مگنتیت
نانوذرات مگنتیت که از یک هسته معدنی اکسید آهن زیست سازگار تشکیل شدهاند، بهوسیلهی سلولها و با استفاده از مسیرهای بیوشیمی نرمال قابل بازیابی هستند. به دلیل ویژگیهای منحصر بهفرد نانوذرات مگنتیت، نظیر توانایی پاسخ گویی به میدان مغناطیسی خارجی و نیز نسبت سطح به حجم بالا توجهات بسیاری را برای امکان سنجی کاربردشان در بسیاری از حوزهها نظیر دارورسانی هدفمند، تصویربرداری سلولی، طراحی کاتالیزور برای واکنشهای آلی و تصفیه آب و پساب به خود جلب کردهاند.
نتیجهگیری :
شانزده نوع اکسید آهن وجود دراد که در این بین نانوذرات مگنتیت پرکاربردترین نوع از اکسید آهن است.
پیشرفتهای قابل توجهی در زمینه تولید و اصلاح سطح نانوذرات مگنتیت حاصل شدهاست؛ بهگونهای که با توجه به هدف کاربردی، امکان انتخاب پیش ماده استفاده شده، روش سنتزی و عامل اصلاحکننده مناسب فراهم است. نانوذرات مگنتیت بهدلیل ویژگیهای ممتاز خود مانند نسبت سطح به حجم بالا و خاصیت سوپرپارامغناطیسی در حوزههای گوناگون مانند طراحی کاتالیزور برای واکنشهای شیمیایی و حذف آلاینده از آب استفاده شدهاند.
امروزه تحقیقات گستردهای برروی کاربرد نانوذرات مگنتیت در زمینهی پزشکی در حال انجام است؛ زیرا نانوذرات مگنتیت سمیت چندانی برای بافتهای بدن ندارند و همچنین میتوانند در تشخیص و درمان بیماری سرطان مورد استفاده قرار گیرند.
خرید نانوپودر اکسید آهن مغناطیسی:
شرکت نانو گسترکیمیاگران آروند یکی از تولیدکنندگان معتبر نانو ذرات اکسید آهن با کیفیت در ایران است. دانشجویان و صنایع می توانند نسبت به ثبت سفارش خرید نانو ذرات اکسید آهن به سایت www.nanogostarco.com مراجعه نمایند.
