تبلیغات
وبلاگ مختص رشته تکنولوژی صنایع شیمیایی - کاربرد نانو تکنولوژی در شیمی و الکتروشیمی تجزیه ای
وبلاگ مختص رشته تکنولوژی صنایع شیمیایی

مرتبه
تاریخ : چهارشنبه 14 فروردین 1392

مقدمه :

امروزه بشر نمی تواند با داشتن یک دید ثابت همیشگی به فرایندهای طبیعی، شیمیایی و بیوژیکی همچنان مرزهای دانش را گسترش دهد، بلکه نیاز به دید از زوایای مختلف و در ابعاد مختلف جهت رشد و پیشرفت بشر کاملأ حس می گردد. نگاه از ابعاد بزرگ و وسیع مثل نقشه برداری از شهرها و کشورها توسط ماهواره و غیره اطلاعاتی می دهد که بادید طبیعی غیر قابل حصول می باشد.

از طرفی نگاه به طبیعت و فرایندهای شیمیای بیولوژیکی از دید میکرونی و نانومتری یعنی در ابعاد اتمی اطلاعاتی به دست می دهد که بسیار راحت تر می توان به رمز و راز آن پدیده پی برد و مسیر حرکتی آن را مشخص و خواسته ها و نظرهای شخصی ......


 

را به آن اعمال نمود. آنچه که امروز تحت عنوان نانو تکنولوژی مطرح است آشنا شدن و کنترل کردن بسیاری از پدیده های در ابعاد اتمی و آنگسترومی می باشد که مسیری مشکل با آینده ای روشن و نتایجی بس شگفت انگیز است.

پیشرفت اخیر در ساخت Carbon nonatubes، چیپس های کامپیوتری، موتورهای بیومولکولی و nanomachines، گرد و غبارهای هوشمند، سنسورهای با ابعاد باکتری، فیلترهای میکرونی و دیگر موارد موجبات تغییر و تحول در علوم مختلف از جمله کامپیوتر، الکترونیک، هوافضا، بیوشیمی، محیط زیست، شیمی و دیگر علوم را فراهم آورده است. درا ین زمینه، علم شیمی نیز بی بهره نبوده و با حضور روش های میکروسکوپی و الکترودهای با ابعاد نانو متر امکان بررسی ساختار و شناسایی بسیاری از سطوح فلزی و غیر فلزی میسر شده است. در این مقاله به بررسی روش های مختلف آنالیز سطح در شیمی و الکتروشیمی پرداخته و کاربردهای آنها مشخص می گردد.

نانو تکنولوژی عرصه ای است که امروزه بیش از پیش اهمیت آن مشخص شده است. در واقع در هر زمینه علمی و در اکثر علوم استفاده از نانو تکنولوژی به نحوی موجبات توسعه و پیشرفت در آن زمینه علمی شده است. در الکتروشیمی تجزیه ای که خود زمینه علمی بسیار گسترده ای می باشند با حضور نانو تکنولوژی تغییر و تحولی دو چندان پیدا نموده است. آنچه که در الکتروشیمی تجزیه ای مهم است اطلاعات پیرامون سطح الکترودها، سطوح نمونه ها وسایر سطوح مورد نظر می باشد. هر گونه غیر یکنواختی در سطوح موجبات عدم تکرار پذیری در دریافت نتایج آزمایشات می باشد.

همچنین بسیاری از بر هم کنش ها در زندگی روزمره در گرو خواص سطوح بر هم کنش می باشد. اطلاعات پیرامون خوردگی سطوح، شکست یا ساییدگی سطوح، غیر یکنواختی سطوح، شناخت اجزای موجود در سطوح و درجه اکسیداسیون آنها جهت مطالعه فرایندها بسیار ضروری می باشد.

این اطلاعات مهم با حضور نانو تکنولوژی قابل دست یابی بوده و روش های مختلف میکروسکوپی جهت آنالیز سطوح توسعه و بهبود یافته اند. این روش قادر به آنالیز سطح در ابعاد اتمی می باشند که از پیشرفت های شگرف در زمینه شناخت سطوح می باشد. از جمله این روش ها می توان به روش های:

1-Force Microscopy (AFM) Atomic

2-Scanning Tunneling Microscopy (STM)

3- Scanning Electron Microscopy (SEM)

4-Scanning Electro Chemical Microscopy (SECM)

5-Field Optical Microscopy (NFOM) Near

6-X- Ray Photoelecton Spectroscopy (XPS, ESCA)

و دیگر روش ها اشاره نمود که در ادامه این روش ها معرفی میگردند.

 تئوری:

بسیاری از واکنش های شیمیایی در سطح جامدات اتفاق می افتد که از آن جمله می توان به واکنش های کاتالیزوری، الکتروشیمی و دیگر واکنش ها اشاره نمود. فهم بیشتر این واکنش ها نیاز به فهم بیشتر و علم بیشتر پیرامون ساختار و ترکیب سطوح دارد. روش های آنالیز سطح به دو دسته کلی تقسیم می گردند.

1-روش هایی که برای آنالیز عنصری سطوح به کار می روند که در واقع این روش ها اطلاعاتی راجع به ساختار و اجزای سطوح به ما می دهند.

2-روش های که برای تصویر برداری سطوح به کار می روند و در واقع این روش ها نقشه ای از میزان هموار بودن یا ناهمواری و غیز یکنواختی در سطوح را می دهند. تعدادی از این روش ها که در علم شیمی از عمده روش های تجزیه سطح می باشند معرفی می گردند. 

  

1-Force Microscopy (AFM) Atomic

در این روش یک قطعه در ابعاد اتمی به سطحی که باید آنالیز شود نزدیک می شود. بر حسب بر هم کنش (جذب یا دفع) بین اتم نوک قطعه (tip) و اتم های سطح، بالا و پایین رفتن نگهدارنده قطعه اتمی (canti lever) را خواهیم داشت.

حساسیت در روش AFM در واقع توانایی مونیتورینگ کردن و یا ثبت کردن این نوسانات بالا و پایین رفتن می باشد. یکی از راههای مونیتورینگ قطعه اتمی استفاده از اشعه لیزر و استفاده از انعکاس یا تفرق اشعه لیزر می باشد. در واقع با برخورد اشعه لیزر به قطعه اتمی انعکاس یا تفرق داریم که با تغییر مکان این قطعه تغییر انعکاس را داشته و در واقع این نوسانات مونیتورینگ شده و تصویر سه بعدی سطح قابل دست یابی می باشد. در این روش لازم نیست تا سطح مورد نظر الکتریکی هادی باشد. کاربردهای AFM موارد زیر است:

studies of phenomena such as abrasion, adhesion, cleaning, corrosion, etching, friction, lubrication, plationg, and polishing.

 

2-Scanning Tunneling Microscopy (STM)

روش STM می تواند سطوح موادی که از نظر الکتریکی هادی می باشند که در حد ابعاد اتمی تصویر نگاری نماید. در این روش نیز یک قطعه فلزی نوک تیز به سطح مورد نظر خیلی نزدیک می شود. این نزدیک شدن در حد اتمی می باشد به طوری که فاصله بین قطعه فلزی و سطح مورد نظر در ابعاد اتمی می باشد. وقتی که قطعه فلزی نیز و سطح مورد نظر توسط یک منبع ولتاژ به هم وصل گردند در حد فاصل بین آن دو جریانی به نام جریان تونلی جاری می گردد. این جریان قابل اندازه گیری بوده و بزرگی آن بستگی به فاصله بین قطعه و سطح دارد. چنانچه بخواهیم قطعه فلزی تیز را روی سطح حرکت دهیم در صورت یکنواخت حرکت دادن آن جریان تغییر خواهد کرد. حال اگر حرکت قطعه روی سطح طوری باشد که همواره فاصله بین آن دو ثابت باشد یا به عبارتی جریان را ثابت بگریم. لذا حرکت قطعه به موازات سطح صورت گرفته و در واقع حرکت قطعه فلزی نقشه توپوگرافی از سطح تهیه می نماید. گروهی که این کار را برای اولین بار در سال 1985 ارایه نمودند به نام &G erd Binnig Heinrich Rohrer بودند که موفق به کسب جایزه نوبل در سال 1986 گردیدند.

3- Scanning Electron Microscopy (SEM)

در روش SEM‌ الکترون ثانویه ای که از سطح مورد نظر ساطع می گردد به منظور تصویر برداری از سطح، مورد استفاده قرار میگیرد. این تصاویر برای مطالعه مورفولوژی سطح و تعیین اندازه ذرات سطح مهم می باشند. بنابراین با رویش الکتون های اولیه در سطح Y-X می توان الکترون های ثانویه را که از سطح ساطع می گردند با کی دتکتوری که در بالای نمونه نصب شده است دریافت و متناسب با شدت الکترون ساطع شده نقشه شدتی که تابعی از موقعیت شعاع الکترونی می باشد را رسم نمود. برای سطوحی که غیر هادی می باشند معمولا لایه نازکی (در ابعاد اتمی) بر روی سطح مربوطه پوشش داده می شود.

4-Scanning Electro Chemical Microscopy (SECM)

روش SECM در واقع یک Scanned probe Microscopy می باشد که شبیه به روش STM‌ و AFM می باشد. در روش SECM‌ تصویر برداری از سطح در ابعاد اتمی در محلول الکترولیت با یک قطعه فلزی نوک تیز یک اولترامیکرو الکترود می باشد که سیگنال حاصله جریان فارادیک حاصل از الکترولیز ذرات در سطح می باشد. در بعضی از موارد قطعه فلزی نوک تیز (tip) الکترود انتخابگر یونی (Ion selective electrod) می باشد. تفاوتی که بین SECM و AFM وجود دارد یکی در حساسیت شیمیایی قطعه فلزی نوک تیز در SECM‌ و دیگری در استفاده از فازهای محلول یونی یا مولکولی برای سیگنال تصویر برداری شده می باشد. در روش SECM معمولأ قطعه نوک تیز (tip) بر روی یک قسمت پیزوالکترویک نصب و در هر سه جهت محور با سرعت 05/0 تا m/s   1000 عمل روبش را انجام می دهد که معمولأ محدوده m/s   20-1 معمول تر می باشد. در طول حرکت قطعه روی یک سطح، پتانسیل ثابت نگهداشته شده و جریان فارادیک در طول تصویر برداری از سطح، مونیتورینگ می گردد. این عمل معمولا توسط یک پتانسیواستات صورت می گیرد و یک ویدیو میکروسکوپ جهت مشاهده سطح الکترود و میزان نزدیکی آن با سطح مورد نظر به کار می‌رود.




برچسب ها: کاربرد نانو تکنولوژی در شیمی و الکتروشیمی تجزیه ای، کاربردهای نانودر پزشکی، کاربردهای نانو در هوا فضا،
ارسال توسط رامین ابراهیمی

VPN setup

قالب وبلاگ

دانلود رایگان