تولید نانوذرات سرامیکی به کمک آب‌لیمو و شکر توسط محققان دانشگاه‌های اصفهان و تهران

به گزارش گروه علم و فناوری آنا به نقل از ستاد ویژه توسعه نانو، معمول‌ترین نانوذرات، نانوذرات سرامیکی، فلزی، پلیمری و نانوذرات نیمه‌رسانا هستند. نانوذرات سرامیکی از اهمیت ویژه‌ای در کاربردهای دمابالا برخوردارند. رایج‌ترین نانوذرات سرامیکی نانوذرات اکسید فلزی، نظیر اکسیدهای تیتانیم، روی، آلومینیوم و آهن و همچنین نانوذرات سیلیکاتی هستند. این نانوذرات علاوه بر مقاومت حرارتی از سختی بالایی نیز برخوردارند که استفاده از آنها را در تولید پوشش‌های ضدسایش توسعه داده است. نانوذرات زیرکونیا با خواص بسیار مفید کاربردهای بسیار جالبی در صنایع مختلف دارد. تغییرات فازی این نانوذرات در دماهای مختلف استفاده از آنها را با مشکل مواجه کرده است که امروزه با معرفی روش‌های خاص سنتز، این مشکلات تا حدودی مرتفع شده است.

دکتر فاطمه داور ضمن اشاره به مشکلات به وجود آمده ناشی از تغییرات فازی زیرکونیا، در رابطه با اهداف دنبال شده در این پژوهش گفت: «نانوذرات زیرکونیا در دماهای مختلف متحمل تغییرات فازی می‌شوند. این تغییرات فازی موجب ایجاد تنش در ساختار آنها می‌شود و ترک‌خوردگی ساختار را در پی خواهد داشت. از این ‌رو هدف از انجام این طرح سنتز نانوذرات زیرکونیا با ساختار پایدار در دمای محیط و با استفاده از مواد طبیعی و با بهره‌گیری از یک روش سبز بوده است».

وی خاطرنشان کرد: «این روش از فرایندی ساده و با بهره‌گیری از مواد طبیعی نظیر آب‌لیمو و شکر صورت گرفته است. بنابر این روش ارزان‌قیمتی در مقایسه با سایر روش‌ها به شمار می‌رود. همچنین با توجه به اینکه حلال‌های آلی سمی جای خود را به مواد سبز و غیرسمی داده‌اند، این روش در زمره یک روش دوستدار محیط‌زیست قرار می‌گیرد».

با کاهش اندازه ذرات، تعداد مرز دانه‌ها به‌صورت قابل‌توجهی افزایش می‌یابد. این موضوع افزایش هدایت الکتریکی را در پی خواهد داشت. از طرفی تغییر انرژی سطحی صفحات کریستالی ذرات موجب پایدار شدن ذرات زیرکونیا با فاز مکعبی در دمای اتاق می‌شود.

داور در خصوص مراحل سنتز نانوذرات، تولید سرامیک و ارزیابی سرامیک نهایی گفت: «در ابتدا با استفاده از عصاره آب‌لیمو روش سنتز نانوذرات زیرکونیا بهینه‌سازی شد. سپس جهت بهبود جدایی ذرات از یکدیگر و یکنواختی بهتر، اثر ساکارز (شکر) روی آنها بررسی شد. نانوذرات سنتز شده مشخصه‌یابی شد و بهترین نانوذرات از حیث اندازه و توزیع اندازه ذرات انتخاب شد. در مرحله بعد با روش تف‌جوشی سرامیک‌هایی با شرایط مختلف از این نانوذرات تولید شد. در نهایت بهترین سرامیک از لحاظ داشتن چگالی بالا انتخاب شد و خواص الکتریکی آن مورد ارزیابی قرار گرفت».

نتایج نشان می‌دهند ساکارز از کلوخه شدن نانوذرات جلوگیری می‌کند. همچنین ورود عناصر منیزیم و کلسیم از عصاره آب‌لیمو به درون ساختار نانوذرات، موجب هدایت الکتریکی خوب سرامیک‌های تولید شده شده است.

این تحقیقات حاصل تلاش‌های دکتر فاطمه داور، عضو هیأت علمی دانشگاه صنعتی اصفهان، دکتر علیرضا عباسی، عضو هیأت علمی دانشگاه تهران و علی ماجدی، دانشجوی مقطع دکترای دانشگاه تهران، است.