1-9 ارتقاء کيفيت اکسيد گرافن ……………………………………………………………………………………………………….21
?-?? ويژگي هاي گرافن ………………………………………………………………………………………………………………..22
1-11 کاربرد گرافن ………………………………………………………………………………………………………………………..23
1-12 رهايش …………………………………………………………………………………………………………………………………25
1-12-1 سيستم رهايش و گوارش در سگ…………………………………………………………………………………………26
فصل دوم_ اکسي تتراسايکلين و جذب سطحي ………………………………………………………………………………….27
2-1 آنتي بيوتيک …………………………………………………………………………………………………………………………….28
2-1-1 تاريخچه آنتي بيوتيک …………………………………………………………………………………………………………..28
2-1-2 انواع آنتي‌بيوتيکها و مکانيسم اثر …………………………………………………………………………………………….29
2-2 تتراسايکلين …………………………………………………………………………………………………………………………….30
2-3 اکسي تتراسايکلين ……………………………………………………………………………………………………………………30
2-3-1 خصوصيات فيزيکي و شيميايي اکسي تتراسايکلين …………………………………………………………………..30
2-3-2 موارد مصرف دارو ……………………………………………………………………………………………………………….31
2-3-3 مکانيسم اثر دارو …………………………………………………………………………………………………………………32
2-3-4 فارماکوکنتيک دارو ……………………………………………………………………………………………………………….32
2-3-5 موارد منع مصرف دارو ………………………………………………………………………………………………………….32
2-3-6دوره پرهيز از مصرف دارو ……………………………………………………………………………………………………..32
2-3-7 شرايط نگهداري دارو ……………………………………………………………………………………………………………33
2-3-8 شناسايي پودر اکسي تتراسايکلين ……………………………………………………………………………………………33
2-3-9 دفع …………………………………………………………………………………………………………………………………….33
2-3-10 موارد منع مصرف و احتياط براي سگ ………………………………………………………………………………..33
2-3-11 دوز دارو براي سگ…………………………………………………………………………………………………………….34
2-4 جذب سطحي …………………………………………………………………………………………………………………………34
2-4-1 انواع جذب سطحي ……………………………………………………………………………………………………………..35
2-4-2 اساس پديده ي جذب سطحي ………………………………………………………………………………………………36
2-4-3 گستره ي جذب سطحي ……………………………………………………………………………………………………….36
2-4-4 ايزوترم هاي جذب ……………………………………………………………………………………………………………..36

2-4-5 ايزوترم جذب فروندليچ ……………………………………………………………………………………………………….37
2-4-6 ايزوترم جذب لانگموير ………………………………………………………………………………………………………..39
2-4-7 ايزوترم لانگموير براي جذب مايع روي جامد …………………………………………………………………………42
2-4-8 ايزوترم اصلاح شده ي لانگموير ……………………………………………………………………………………………43
2-4-9 ايزوترم لانگموير-فروندليچ (معادله ي سيپس) ………………………………………………………………………..44
2-4-10 ايزوترم برونر-ايمت-تلر ……………………………………………………………………………………………………..45
2-4-11 ايزوترم ردليچ – پترسون ……………………………………………………………………………………………………..47
?-?-12 ايزوترم -تمکين ………………………………………………………………………………………………………………..48
2-4-13 عوامل موثر بر جذب …………………………………………………………………………………………………………49
فصل سوم_ روش انجام کار …………………………………………………………………………………………………………….51
3-1هدف انجام آزمايش…………………………………………………………………………………………………………………..52
3-2 مواد شيميايي، وسايل و دستگاه ها مورد استفاده در اين آزمايش ……………………………………………………52
?-2-1دستگاه هاي استفاده شده در آزمايش ………………………………………………………………………………………52
?-2-2- مواد شيميايي جهت ساخت گرافن ………………………………………………………………………………………53
?-2-3 دستگاه هاي مورد استفاده جهت ساخت گرافن ……………………………………………………………………….54
?-2-4 مواد استفاده شده در عامل دار كردن اكسيد گرافن بوسيله اپي كلرو هيدرين ……………………………….54
3-2-5 مواد استفاده شده در عامل دار كردن و ارتقاء كيفيت اكسيد گرافن عامل دار شده بوسيله اپي كلرو هيدرين و سيباكرون بلو ………………………………………………………………………………………………………………55
?-2-6 محلول ها و واكنشگرها …………………………………………………………………………………………………..55
?-?-?-? استوک اکسي تترا سايکلين …………………………………………………………………………………………..55
?-2-6-2 بافرها ………………………………………………………………………………………………………………………..55
?-3 مراحل سنتز اكسيد گرافن …………………………………………………………………………………………………….56
3-4 پيوند شيميايي اکسيد گرافن با اپي کلرو هيدرين ……………………………………………………………………..59
3-5 کوپل اکسيد گرافن پيوند داده شده با سيباکرون بلو ………………………………………………………………….59
?-6 جذب داروي اکسي تترا سايکلين به وسيله ي اکسيد گرافن عامل دار شده …………………………………60
3-6-1 بررسي اثر pH بر جذب داروي اکسي تتراسايکلين……………………………………………………………….60
3-6-2 تعيين غلظت بهينه جذب دارو بروي اکسيد گرافن………………………………………………………………..61
3-7 بررسي رهايش داروي اکسي تترا سايکلين در محيط شبيه سازي شده معده سگ ………………………. 62
فصل چهارم_ بحث و نتيجه گيري ……………………………………………………………………………………………….63
4-1 شناسايي و بررسي اکسيد گرافن سنتز شده بوسيله ي طيفUV-VIS ……………………………………..64
4-2 شناسائي و بررسي اكسيد گرافن سنتز شده بوسيله ي طيف FT-IR ………………………………………..64
4-2-1 طيف FT-IR اکسيد گرافن ……………………………………………………………………………………………64
4-2-2 بررسي اكسيد گرافن عامل دار شده با اپي كلرو هيدرين ……………………………………………………66
4-2-3بررسي کيفيت اکسيد گرافن عامل دار شده با اپي کلرو هيدرين و سيبا کرون بلو با FT-IR ……68
4-3 مطالعه و بررسي ايزوترم هاي جذب ……………………………………………………………………………………70
4-4 نمودارهاي جذب …………………………………………………………………………………………………………….72
4-5 بررسي جذب داروي اکسي تتراسايکلين بوسيله اكسيد گرافن عامل دار شده …………………………73
4-5-1 مطالعه و بررسي اثر pH بر جذب داروي اکسي تتراسايکلين ……………………………………………73
4-5-2 بررسي غلظت جذب شونده بر روي جاذب……………………………………………………………………74
4-6 بررسي رهايش داروي اکسي تتراسايکلين در محيط معده سگ ……………………………………………75
4-7 نتيجه گيري ………………………………………………………………………………………………………………….76
فهرست منابع ………………………………………………………………………………………………………………………77
چکيده انگليسي …………………………………………………………………………………………………………………..82
چکيده فارسي
در اين تحقيق ذرات گرافيت به روش هامرز به اکسيد گرافن تبديل شده است. نانو ذرات گرافن يکي از بهترين و موثر ترين مواد جاذبي است که تا به امروزه توليد شده است.
گرافن يکي از آلوتروپ هاي موفق کربن در زمينه ي جذب و رهايش دارو است. رساناي بالاي الکتريکي، حرارتي خصوصيات سطحي و ساختاري و استحکام مکانيکي بالا و قابليت تنظيم اين خواص موجب شده است که اين ماده به عنوان جاذب در اين تخقيق مورد مطالعه و بررسي قرار گيرد.
اکسيد گرافن سنتز شده در اين مطالعه به منظور جذب و رهايش داروي اکسي تتراسايکلين در محيط شبيه سازي شده معده سگ استفاده شد. اين ماده با اپي کلروهدرين و سيباکرون بلو عامل دار گرديد.
اکسي تتراسايکلين در دسته ي دارو هاي محلول در آب قرار دارد. داروهاى محلول در آب به خاطر سهولت حلاليت در آب، در مايعات بدن پخش شده و به ميزان مناسبى در بدن ذخيره نمى‌شوند. بنابراين دارو بدون جذب مناسب در بدن از طريق کليه و مجاري ادراري دفع شده و اثر بخشي مناسبي نخواهد داشت در نتيجه ميتوان گفت که براي رفع آن به فکر استفاده از سيستم رهايش آهسته افتاديم. اکسي تتراسايکلين در دسته آنتي بيوتيک ها قرار مي گيرد. به طور کل آنتي بيوتيک ها با واحد هاي ريبوزومي باکتري ها پيوند برقرار مي کنند و در نتيجه ساخت پروتئين را براي باکتري مهار مي کنند. در اين مطالعه ابتد pH بهينه دارو مورد بررسي قرار گرفت و با توجه به نتايج بدست آمده محيط اسيدي بهترين تاثير را در جذب داروي مورد مطالعه داشته است.
با توجه به مطالعات انجام شده محيط سگ اسيدي است و سيستم گوارش سگ به گونه اي است که غذا يا دارو به طور متوسط 8 ساعت در معده آن باقي مي ماند. آزمايش هاي انجام شده نشان مي دهد که داروي مدنظر در دو ساعت ابتدايي بيشترين جذب را داشته است به طوري که ديگر نياز به بررسي محيط روده سگ احساس نشده است. در انتها صحت سنتز جذب و رهايش انجام شده به وسيله ي uv-vis مورد بررسي قرار گرفت.
فصل اول

در این سایت فقط تکه هایی از این مطلب با شماره بندی انتهای صفحه درج می شود که ممکن است هنگام انتقال از فایل ورد به داخل سایت کلمات به هم بریزد یا شکل ها درج نشود

شما می توانید تکه های دیگری از این مطلب را با جستجو در همین سایت بخوانید

ولی برای دانلود فایل اصلی با فرمت ورد حاوی تمامی قسمت ها با منابع کامل

اینجا کلیک کنید

گرافن و رهايش
Graphene & Release
?-?مقدمه:
کربن ( واژه لاتين carbo به معني زغال چوب) بخش بسيار مهمي در تمامي موجودات زنده‌ است و در ساخت ترکيبات مهم شيميايي بسياري شرکت دارد تا آنجا که مي‌دانيم بدون اين عنصر زندگي وجود نخواهد داشت. پيوند کوالانسي هر اتم کربن با انواع ديگر اتم ها يا اتم هاي کربن ديگر، ساختارهاي نامحدود و بسيار متنوع را ايجاد مي نمايد از اين رو ده ها ميليون ترکيب کربني که براي جهان شناخته شده‌است در جهان هستي وجود دارد که هزاران نوع آنها در فرآيندهاي حياتي و واکنشهاي آلي و بسيار مهم اقتصادي، نقش دارند. .كربن چهارمين عنصر شيميايي از نظر فراواني در جهان بعد از هيدروژن، هليوم و اكسيژن به شمار ميرود و تا کنون هشت آلوتروپ آن شناخته شده است.(1) اوربيتال هاي کربن طبق الگوي 2s2 2p2 1s2پر شده و داراي چهار اوربيتال خالي و چهار الکترون آزاد مي باشد که امکان تشکيل چهار پيوند را براي اين اتم‏ها مهيا مي‏ سازد. پيوندهايي که اين اتم‏ها تشکيل مي ‏دهند، در ترکيبات گوناگون به شکل هاي متفاوتي ديده مي‏شود و بنابراين خواص متفاوتي نيز ايجاد مي‏ کند شکل 1-1
شکل1-1: نمودار فازي کربن
آلوتروپ گرافن ورقه اي دو بعدي (d2) از اتم هاي کربن در يک پيکربندي شش ضلعي (لانه زنبوري) مي باشد که اتم ها با هيبريد sP2 به هم متصل شده اند.گرافن جديد ترين عضو خانواده مواد کربني گرافيتي چند بعدي مي باشد. صفحات گرافن با کنار هم قرار گرفتن اتم‏هاي کربن تشکيل مي‏شوند. در يک صفحه گرافن، هر اتم کربن با ? اتم کربن ديگر پيوند داده است. اين سه پيوند در يک صفحه قرار دارند و زواياي بين آن‏ها با يکديگر مساوي و برابر ??? درجه است. در اين حالت، اتم‏هاي کربن در وضعيتي قرار مي‏گيرند که شبکه‏‌اي از شش ضلعي‏هاي منتظم را در حالت ايده آل ايجاد مي‏کنند. طول پيوند کربن-کربن در گرافن در حدود ???نانومتر است. شهرت گرافن به دليل ويژگيهاي منحصر به فرد آن است چرا كه اولين نمونه يك بلور دو بعدي است كه به لحاظ ترموديناميكي خواص متفاوتي نسبت به مواد سه بعدي دارد .همچنين پس از اص?ح شيميايي آن، مي تواند به عنوان يك مولكول بزرگ در زمينه الكترونيك، مواد كامپوزيت و ساير تحقيقات ميان رشته اي به كار برده شود.(2) شکل ?-?
شکل 2-1:ساختار اتمي صفحه گرافن؛در اين شکل اتم‏ هاي کربن با نقاط سياه و پيوندها با نقطه چين نمايش داده شده‏ اند
?-?آلوتروپهاي کربن:
اشکال مختلف آن شـامل ?کـ? از نرمتـر?ن (گرافيت) و ?کـ? از سـخت تـر?ن (الماس) مواد شناخته شده توسط انسان مي باشد. کربن در نوع غ?ر بلور?ن آن اساسا گراف?ت است اما به صورت ساختارهاي بزرگ بلـور?ن وجـود نـدارد ،ا?ـن شـکل کـربن، ب?شتر به صورت پودر است که بخش اصل? موادي مثل ذغال چوب و س?اه? چراغ (دوده )را تشک?ل مي دهد. در فشـار و دمـاي اتاق کربن به شکل گراف?ت پا?دارتر است که در آن هر اتم با سه اتـم د?گـر بصـورت حلقـه هـاي شـش وجهـ? (درسـت مثـل ه?دروکربنهاي معطر ) به هم متصل شده اند .در دما و فشارهاي خ?ل? با? کربن به صورت الماس پا?دار است که در آن هر اتم با چهار اتـم د?گـر پ?ونـد دارد.المـاس ساختار مکعبي همانند س?لس?م و ژرمان?م دارد (به سبب ن?روي پ?وندهاي کربن -کربن) و سخت تر?ن جسم از نظر مقاومت در برابر سا?ش به شمار م? رود .تبد?ل الماس به گراف?ت در حـرارت اتـاق بـه قدري کند است که محسوس ن?ست. فولر?ن ساختاري مثل گراف?ت دارد اما به جاي بخش هاي تمام شش ضلع?، حاوي پـنج ضـلع?ها (?ا احتما? هفت ضلعي )اتمهاي کربن ن?ز مي باشند که ورقه را به شکل کره، ب?ض? ?ا استوانه به وجود م? آورنـد . (3)
کربن در طبيعت داراي پنج آلوتروپ اصلي الماس، گرافيت، نانولوله، کربن بي شکل و فولرن است، که همگي جامد مي باشند شکل ?-?
جدول?-?انواع صورت ها و آلوتروپ هاي کربن
شکل هاي کربنحالتالماس -الماس شش ضلعيsP3گرافيت-گرافن- فولرن ها(فولرن باکم?نستر)- نانو لوله هاي کربني -کربن شيشه ايsP2کربن خط?sP
شکل?-?آلوتروپ هاي مختلف کربن در طبيعت
?-?-? الماس:
الماس در حالت پايدار داراي ساختار مکعبي است.اتم هاي کربن در يک پيکربندي چهار وجهي با پيوند هاي هيبريدي sp3مرتب شده اند .اين پيوند قوي کووالانسي باعث شده تا الماس سخت ترين ماده شناخته شده، محسوب شود به همين دليل از جمله کاربرد هاي مهم تجاري الماس مي توان به عنوان سنباده براي سايش و پرداخت فلزات و به عنوان يک پوشش براي ابزارهاي برش نام برد.الماس ساختار منشوري نيز دارد كه اين ساختار بصورت شبه پايدار در طبيعت به صورت كاني وجود دارد. شکل 1-4
شکل1-4:ساختار مکعبي الماس
?-?-?-? خواص الماس:
?) الماس در بين جامدات در دماي ?? درجه بالاترين رسانايي گرمايي را دارد. (هدايت گرمايي آن ? برابر مس است)
?) الماس ماده ي نوري ايده‌آلي است که توانايي انتقال طيف نوري فروسرخ تا فرابنفش را دارا است.
?) شاخص بازتابش بسيار بالايي دارد.
?) در برابر تابش نوتروني به‌شدت مقاوم است.
?) استحکام و صلبيت بسيار بالايي دارد.
?) سخت‌ ترين ماده ي شناخته شده‌است.
?)خواص نيمه‌رسانايي قابل توجهي دارد، شکست الکتريکي آن به طور متوسط ?? برابر نيمه‌رساناهاي متداول است.
?-?-? گرافيت:
گرافيت يکي از آلوتروپ‌هاي کربن است که برخلاف الماس که جامدي سخت و شفاف است،گرافيت جامدي سياه و نرم و لغزنده است. ساختار لايه-لايه داشته و از قرار گرفتن ? اتم کربن به صورت شش ضلعي منظم پديد آمده است. اين اتم‌ها با پيوند کوالانسي و با هيبريداسيون sp2 هم متصل ميشوند و نمي‌توانند با کربني خارج از اين لايه پيوند کوالانسي تشکيل دهند، بنابراين يک لايه گرافيت از طريق پيوند واندروالس -که پيوند ضعيفي است- به لايه‌هاي زيرين متصل است. اين خاصيت سبب مي‌شود لايه‌هاي گرافيت به راحتي به روي هم بلغزند. به همين دليل از اين ترکيب براي “روان کاري” و “روغن کاري” استفاده ميشود. از گرافيت به عنوان الکترودهاي کوره، روان کننده، ماده نسوز، قطعات الکتريکي، رنگ‌ها،فولاد هاي پرکربن، چدن‌ها،مداد گرافيتي و … استفاده مي‌شود.
گرافيت بر خلاف الماس هادي جريان الکتريکي و پايدارترين شکل کربن در شرايط استاندارد است.( تنها نافلز رساناي برق) بنابراين در الكتروشيمي بعنوان حالت استاندارد در تعيين ميزان انتقالحرارتي اشكال ديگر كربن استفاده مي شود.
شکل 1-? ساختار ملکولي گرافيت شکل 1-5: ساختار فيزيکي گرافيت

گرافن:3-2-1
گرافن ورقه اي دو بعدي از اتم هاي کربن در يک پيکربندي شش ضلعي مي باشد که اتم ها با هيبريد sP2 به هم متصل شده اند. صفحات گرافن با کنار هم قرار گرفتن اتم‏هاي کربن تشکيل مي‏شوند. در يک صفحه گرافن، هر اتم کربن با 3 اتم کربن ديگر پيوند داده است. اين سه پيوند در يک صفحه قرار دارند و زواياي بين آن‏ها با يکديگر مساوي و برابر با 120 درجه است شکل?-? در اين حالت، اتم‏هاي کربن در وضعيتي قرار مي‏گيرند که شبکه‏‌اي از شش ضلعي‏هاي منتظم را ايجاد مي‏کنند،به عبارتي گرافن را ميتوان گرافيتي با قطر يک اتم توصيف کرد. البته اين ايده‏آل‏ترين حالت يک صفحه‏ ي گرافن است. در برخي مواقع، شکل اين صفحه به گونه‏اي تغيير مي‏کند که در آن پنج‌ضلعي‏ها و هفت‌ضلعي‏ هايي نيز ايجاد مي‏شود.اين ماده بسيار سبك بوده بصورتيكه يک متر مربع ان 77/. ميلي گرم وزن دارد. (4)
شکل?-? ساختار گرافن
?-?-? فولرن:
يکي از دگرشکل‌هاي مصنوعي عنصر کربن است.که از گرما دادن به گرافيت ساخته مي‌شود و به جهت شباهت شکل آن به توپ فوتبال، به آن باکي بال نيز مي‌گويند. فولرن خود انواع گوناگون و متعددي دارد و مي‌تواند به صورت کره، بيضي‌گون، يا استوانه باشد. فولرين شبيه يک توپ فوتبال است و شامل ?? اتم کربن (C60) در يک ساختار کروي است که ?? شش وجهي و ?? پنج وجهي روي سطح منظم شده اند. هر کربن فولرن، داراي هيبريد sp2 است و با سه اتم ديگر، پيوندهاي سيگما تشکيل مي‌دهد. فولرينها مولکول هاي بيش از حد قوي هستند و تحمل فشارهاي بسيارزياد را دارند، به طوري که پس از تحمل فشاري حدود 3000 اتمسفر به شکل اوليهء خود (ساختار کروي فولرين) برمي گردند و داراي چگالي کم و وزن بسيار سبک هستند. مولکولهاي فولرين به وسيله پيوندهاي ضعيفي که ناشي از نيروهاي واندروالس بين آنهاست به هم مي چسبند.اين نيروهاي نگهدارنده فولرن ها در کنار هم مشابه نيروهاي موجود بين لايه هاي گرافيت است.بنابراين برخي از خواص فولرن ها مشابه خواص گرافيت مي باشد. فولرنها در برابر نور بسيار حساس بوده و با تغيير طول موج نور خواص الکتريکي اين مواد به شدت تغيير مي کند. مطابق شکل ?-?و?-? (5)
شکل ?-?و?-? ملکول فولرن
?-? تعريف نانو ذرات:
منظور از مقياس نانو ابعادي در حدود 1 تا 100 نانو متر مي باشد (1 نانومتر يک ميليارديم متر است) نانو ساختارها كوچكترين اجزا جامدي هستند كه امكان ساختن آنها وجود دارد. نانوذرات از ده ها يا صدها اتم يا مولکول و با اندازه ها و مورفولوژي هاي مختلف (آمورف، کريستالي، کروي شکل، سوزني شکل و …) ساخته شده است. اغلب نانوذرات که به طور تجاري مورد استفاده قرار مي گيرند، به شکل پودر خشک و يا به صورت بخش مايع مي باشند. البته نانوذرات ترکيب شده (آميخته شده) در يک محلول آلي يا آبي که به شکل سوسپانسيون يا خميري شکل است نيز مورد توجه مي باشد. اين ذرات در شکل ها و مورفولوژي هاي گوناگوني يافت مي شوند، ساختارهايي از کروي گرفته تا فلسي، ورقه اي، شاخه اي، لوله اي و ميله اي.با گذر از ميکرو ذرات به نانوذرات، با تغيير بر خي از خواص فيزيکي روبه رو
مي شويم که دو مورد مهم از آنها عبارتند از: افزايش نسبت مساحت سطحي به حجم و ورود اندازه ذره به قلمرو اثرات کوانتومي افزايش نسبت مساحت سطحي به حجم که به تدريج با کاهش اندازه ذره رخ مي دهد، باعث غلبه يافتن رفتار اتم هاي واقع در سطح ذره به رفتار اتم هاي دروني مي شود. اين پديده بر خصوصيات ذره در حالت انزوا و بر تعاملات آن با ديگر مواد اثر مي گذارد. افزايش سطح، واکنش پذيري نانوذرات را به شدت افزايش مي دهد زيرا تعداد مولکولها يا اتمهاي موجود در سطح در مقايسه با تعداد اتمها يا مولکولهاي موجود در توده نمونه بسيار زياد است..مساحت سطحي زياد، عاملي کليدي در کارکرد کاتاليزوها و ساختارهايي همچون الکترودها مي باشد.علاوه بر اين، افزايش سطح ذرات، فشار سطحي را کاهش داده و منجر به تغيير فاصله بين ذرات يا فاصله بين اتم هاي ذرات مي شود. تغيير در فاصله بين اتم هاي ذرات و نسبت سطح به حجم بالا در نانوذرات، تأثير متقابلي در خواص ماده دارد. تغيير در انرژي آزاد سطح، پتانسيل شيميايي را تغيير مي دهد. اين امر در خواص ترموديناميکي ماده (مثل نقطه ي ذوب ) اثر دارد.به محض آنکه ذرات به اندازه کافي کوچک شوند، شروع به رفتار مکانيک کوانتومي مي کنند. خواص نقاط کوانتومي مثالي از اين دست است. نقاط کوانتومي کريستال هايي در اندازه نانو مي باشد که از خود نور ساطع مي کنند. انتشار نور توسط اين نقاط در تشخيص پزشکي کاربرد هاي فراواني دارد. اين نقاط گاهي اتم هاي مصنوعي ناميده مي شوند؛ چون الکترونهاي آزاد آنها مشابه الکترونهاي محبوس در اتمها، حالات گسسته و مجازي از انرژي را اشغال مي کنند.علاوه بر اين، کوچک تر بودن ابعاد نانوذرات از طول موج بحراني نور، آنها را نامرئي و شفاف مي نمايد. اين خاصيت باعث شده است تا نانوذرات براي مصارفي چون بسته بندي، مواد آرايشي و روکش ها مناسب باشندمواد در مقياس نانو، رفتار کاملاً متفاوت، نامنظم و کنترل نشده اي از خود بروز مي دهند. با کوچکتر شدن ذرات خواص نيز تغيير خواهد کرد. مثلاً فلزات، سخت تر و سراميک نرم تر مي شود.(7)
برخي از خواص نانو ذرات عبارت اند از:
جدول ?-? خواص فيزيکي و شيميايي نانو ذرات
مثالخصوصياتاثر کاتاليستي بهتر، به دليل نسبت سطح به حجم بالاترکاتاليستيافزايش هدايت الکتريکي در سراميک ها
و نانو کامپوزيت هاي مغناطيسي،
افزايش مقاومت الکتريکي در فلزاتالکتريکيافزايش مغناطيسيته با اندازه بحراني دانه ها،
رفتار سوپر پارامغناطيسيته ذراتمغناطيسيخصوصيات فلوئورسنتي، افزايش اثر کوانتومي
کريستال هاي نيمه هادينوريافزايش نفوذ پذيري از بين حصارهاي بيولوژيکي
(غشاء و سد مغز خون و غيره)
و بهبود زيست سازگاريبيولوژيکي
1-4 پيشينه فناوري نانو:
در طول تاريخ بشر از زمان يونان باستان، مردم و به‌خصوص دانشمندان آن دوره بر اين باور بودند كه مواد را مي‌توان آنقدر به اجزاء كوچك تقسيم كرد تا به ذراتي رسيد كه خردناشدني هستند و اين ذرات بنيان مواد را تشكيل مي‌دهند، شايد بتوان دموكريتوس فيلسوف يوناني را پدر فناوري و علوم نانو دانست چرا که در حدود 400 سال قبل از ميلاد مسيح او اولين كسي بود كه واژة اتم را كه به معني تقسيم‌نشدني در زبان يوناني است براي توصيف ذرات سازنده موادبه كاربرد.
با تحقيقات و آزمايش‌هاي بسيار، دانشمندان تاکنون 108 نوع اتم و تعداد زيادي ايزوتوپ كشف كرده‌اند. آنها همچنين پي برده اند كه اتم‌ها از ذرات كوچكتري مانند كوارك‌ها و لپتون‌ها تشكيل شده‌اند. با اين حال اين كشف‌ها در تاريخ پيدايش اين فناوري پيچيده زياد مهم نيست.
در سال1959 ريچارد فاينمن مقاله‌اي را دربارة قابليت‌هاي فناوري نانو در آينده منتشر ساخت. باوجود موقعيت‌هايي كه توسط بسياري تا آن زمان كسب‌شده بود، ريچارد. پي. فاينمن را به عنوان پايه گذار اين علم مي‌شناسند. فاينمن كه بعدها جايزه نوبل را در فيزيك دريافت كرد درآن سال در يک مهماني شام كه توسط انجمن فيزيک آمريكا برگزار شده بود، سخنراني كرد و ايده فناوري نانو را براي عموم مردم آشكار ساخت.
عنوان سخنراني وي ” فضاي زيادي در سطوح پايين وجود دارد ” بود.
سخنراني او شامل اين مطلب بود كه مي‌توان تمام دايره‌المعارف بريتانيكا را بر روي يك سنجاق نگارش كرد.يعني ابعاد آن به اندازه25000/1ابعاد واقعيش كوچك مي شود. او همچنين از دوتايي‌كردن اتم‌ها براي كاهش ابعاد كامپيوترها سخن گفت در آن زمان ابعاد كامپيوترها بسيار بزرگتر از ابعاد كنوني بودند اما او احتمال مي‌داد كه ابعاد آنها را بتوان حتي از ابعاد كامپيوترهاي كنوني نيز كوچكتر كرد.
?-? تاريخچه گرافن:
اصطلاح گرافن براي اولين بار در سال 1986 معرفي شد که از ترکيب کلمه ي گرافيت و يک پسوند (ان) که به هيدروکربن هاي آروماتيک چند حلقه‌اي اشاره دارد ايجاد شد. اين نام براي توصيف يک تک لايه از گرافيت در يک ساختار بزرگتر مانند ترکيبات بين لايه اي گرافيت مورد استفاده قرار گرفت .
هر چند که اين مفهوم به طور تئوري نخستين بار در سال 1947 توسط فيليپ والاس به عنوان يک نقطه شروع براي درک خواص الکترونيکي گرافيت سه بعدي مطرح شد. پس از آن زمان تلاش‌هاي زيادي براي ساخت آن صورت گرفت اما قضيه‌اي به نام قضيه ي مرمين-واگنر در مکانيک آماري و نظريه ي ميدان‌هاي کوانتومي (بر اساس علم فيزيک) وجود داشت (8) (9)که ساخت يک ماده ي دوبعدي را غيرممکن و چنين ماده‌اي را غيرپايدار و صرفا يک ماده نظري مي‌دانست.در سال 2004، يک گروه از فيزيکدانان از دانشگاه منچستر بريتانيا به رهبري آندره جيم و کنستانتين نووسلف تغييري در مورد فرضيه ي بي ثباتي گرافن ايجاد کردند و نشان دادند که قضيه ي مرمين-واگنرنمي‌تواندکاملا درست باشد. (10)(11)(12)آنها يک روش متفاوت و در نگاه اول ساده لوحانه براي بدست آوردن گرافن ارائه دادند که منجر به تحولي عظيم در اين رشته شدند .آنها با استفاده از چسب نواري يک تک ورقه ي گرافن (يک مونو لايه از اتمهاي کربن) را از گرافيت با روش ورقه ورقه شدن ميکرومکانيکي جدا کردند،نوار پيوسته استفاده شد تا گرافيت را به تکه هاي نازک تري جدا کند. سپس نوار با تکه هاي گرافيت مجزا در استون حل شد و بعد از چند فرآيند، تکه هاي شامل تک لايه روي يک قرص سليکوني رسوب داده شد. گفتني است که جهت کنترل مراحل مذکور از يک ميکروسکوپ نوري استفاده شده است. اين روش به نوار اسکاچ معروف گشته است.. روش مذکور براي جامعه فيزيک يک شگفتي بود و به همين علت جيم و نووسلوف و همکارانشان از دانشگاه منچستر جايزه نوبل فيزيک سال 2010 را از آن خود نمودند.(13)(14)(15)
?-? ساختار گرافن:
مولكول بنزن به صورت حلقه شش ضلعي منظم است كه در راس هر ضلع آن يك اتم كربن قرار گرفته و در رئوس شش ضلعي ع?وه بر اتم كربن يك اتم هيدروژن نيز وجود دارد. در مولكول بنزن هر اتم كربن ع?وه بر پيوند قوي ? با اتم هاي كربن مجاور يك پيوند ? نيز برقرار مي کند. با توجه به اين كه پيوند دو گانه كربن – كربن داراي طول پيوند برابر با nm 137/0 مي باشد و قوي تر از پيوند كربن يك گانه باطول پيوند nm 147/0 مي باشد،انتظار داريم که در حلقه بنزني طول پيوندهاي دو گانه کوتاه تر از پيوند هاي يك گانه باشد در صورتيكه اين گونه نيست و طول تمام پيوندهاي كربن-كربن با هم مساوي و برابر nm 142/0مي باشد دليل اين امر را اولين بار در سال 1931 لينوس پاولينگ در چارچوب نظريه مكانيك كوانتومي بهاينصورت بيان كرد :چون حالت پايه مولكول بنزن را مي توان به صورت بر هم نهي دو حالت دسترس پذير كه ايزومر همديگر ناميده مي شوند، در نظر گرفت در نتيجه پيوند هاي كربن – كربن در مولكول بنزن را مي توان به طور موثر يك و نيم گانه در نظر گرفت. به اين ترتيب حلقه بنزن را مي توان به عنوان عامل اصلي سازنده صفحات گرافن نام برد .كه در آن اتم هاي هيدروژن با اتم هاي كربن حلقه هاي بنزني مجاور جايگزين شده است .گرافيت يك ساختار ?يه ?يه است و هر ?يه آن از شش گوش هايي از اتم هاي كربن كه با پيوندهاي هيبريدي sp2 به هم متصل شده اند ساخته شده است .اين ?يه ها با نيروهاي ضعيف واندروالس به هم متصل اند در کل گرافن برشي تك ?يه از گرافيت به ضخامت يك اتم است كه اتم هاي كربن روي يك شبكه ?نه زنبوري شكل قرار گرفته اند بطوريكه اتم كربن 4 ظرفيتي با 3 اتم كربن مجاور توسط اربيتال هاي هيبريدي SP2 ،پيوند هاي بسيار محکم ? تشكيل داده كه فاصله بين آنها يك 42.1 ? است و يک الکترون باقيمانده (اربيتال هاي غير هيبريدي 2PZ با جهت گيري عمود بر صفحه گرافن)تشکيل پيوند شيميايي ضعيف ? عمود بر صفحه مي دهد. با توجه به اين كه هر اربيتال 2PZ تنها يك الكترون دارد نوار ? به صورت نيمه پر خواهد بود. پيوند هاي قوي ? درون صفحه به همراه تخت نبودن صفحه گرافن و وجود چين خوردگي در سطح گرافن سبب پايداري ساختار دو بعدي شده است.در يک صفحه گرافن، هر اتم کربن يک اوربيتال در خارج از صفحه دارد. اين اوربيتال مکان مناسبي براي پيوند با برخي گروه‏هاي عاملي و همچنين اتم‏هاي هيدروژن است. پيوند بين اتم‏هاي کربن در صفحه کوالانسي بوده و بسيار محکم است. بنابراين گرافن استحکام بسيار زيادي دارد.(16)
شکل 1-??:ساختار شبكه گرافن متشكل از دو زير شبكه A, B كه به تر تيب با دايره هاي مشكي و خاكستري نشان داده اند بردارهاي a1, a2 پايه ي شبکه ي حقيقي و R1,R2,R3 بردارهايي هستند كه هر اتم را به نزديك ترين همسايه هايش متصل مي كنند
?-? شناسايي اکسيد گرافن:
شكل نمونه هاي گرافن بوسيله ميكروسكوپي نوري و ميكروسكوپ الكتروني پويشي ،توپوگرافي و انداره ضخامت ?يه هاي گرافن توسط ميكروسكوپ نوري اتمي گروه هاي عاملي گرافن توسط طيف سنجي زير قرمز (FT-IR)،شکل و اندازه ي صفحات گرافن نيز توسط ميكروسكوپ الكتروني عبوري و اندازه گيري هاي طيف سنجي فلورسانس صورت مي پذيرد.
طيف جذبي آن نيز توسط طيف سنجي فرابنفش_مرئي (UV-vis) مورد بررسي قرار مي گيرد.
?-? ساخت گرافن:
صفحه هاي گرافني براي نخستين بار در سال 2004 به صورت تجربي از گرافيت جدا شدند .پايداري ساختار دو بعدي گرافن به دليل پيوند هاي قوي كووا?نسي داخل صفحه وجود موج ها وچين وچروك ها بر آورده مي شود .مهمترين اتفاق در راه ساخت گرافن زماني بوجود آمد كه مشخص شد شد گرافن در زير ميكروسكوپ نوري وقتي كه بر روي يك ?يه SiO2 قرار بگيرد قابل ديدن است به شرطي كه نازكي ?يه ي SiO2 با دقت انتخاب شود حتي اگر روش انجام كار را به درستي و با جزئيات بدانيم، باز هم به دقت آزمايشگاهي و پشتكار زيادي براي مشاهده گرافن نياز داريم براي نمونه 5% تفاوت در نازکي لايه ي SiO2 ( 315 nm به جاي 300nm ) مي تواند لايه ي گرافن را کاملا نامحسوس کند. (17)(18)(19)
روش هاي مختلفى براى تول?د گرافن و مشتقات ش?م?ا?ى آن از گراف?ت و مشتقاتش وجود دارد که هر ?ک مزا?ا و معا?بى دارند.
?-?-? روش ازپايين به بالا:
اين روش چيدمان چندين سيستم با يكديگر براي تشكيل سيستم بزرگتر مي باشد، گرافن توليدي به وسيله روش پايين به با?، به صورت تك ?يه و اكثراً چند ?يه مي باشند كه در بين اين روش ها، رسوب بخار شيميايي و رشد هم بافتي، اغلب بازدهي بهتري نسبت به بقيه، هم از نظر حجم گرافن توليدي و هم كيفيت مطلوب تر را دارند. اين دسته از روش هاي توليدي براي مطالعات اوليه در كاربردهاي الكتريكي استفاده مي شوند ولي نمي توان حجم با?يي از گرافن را با اين شيوه تهيه نمود و هم وجود ندارد. در اين روش گرافن با چندين شيوه مختلف سنتز مي شود:
الف)رشد همبافته بروي کاربيد سيليکون:
اين روش توسط دكتر هيير گسترش يافت دراين روش سطح کاربيد سيليكون SiCدر محفظه اي با خ? زياد تحت دماي با? (حدود ?C 1200 ) حرارت داده مي شود، در نتيجه اين عمل اتم هاي سيليكون از سطح متصاعد گشته و اتم هاي كربن باقي مانده به صورت ?يه هاي گرافن آرايش مي يابند.
ب)رشد همبافته بروي فلزات:
رشد هم بافته بر روي فلزات شامل سه روش مي باشد :
جداشدن دانه اي كربن از حجم فلز به سطحش: در اين روش تك كريستال هاي فلزي تحت خ? به دماهاي با? برده مي شوند و در اين صورت انح?ل پذيري كربن در درون شبكه فلز افزايش مي يابد .سپس كريستال فلزي به كندي سرد شده و در نتيجه ح?ليت كاهش مي يابد .بنابراين كرب ن جدا شده در سطح به شكل فيلم گرافني بدست مي آيد .فيلم هاي گرافني به طور همبافته روي تك كريستال هاي فلزي اساسا در محيط آزمايشگاه و در محفظه هايي تحت خ? فوق العاده شكل مي گيرند .اين روش به دليل استفاده از خ? بسيار پر هزينه مي باشد.
?يه گذاري به شيوه بخار شيميايي: روش ديگري براي سنتز گرافن است .در اين روش گاز هيدروكربن در مجاورت سطح صفحه فلزي قرار مي گيرد كه در آنجا مولكول هاي هيدرو كربن مي توانند تجزيه و اتم هاي كربن در فلز حل شوند .سپس صفحه فلزي با آهنگ خاصي سرد مي شود .در اين هنگام ? يه كربن در سطح صفحه فلزي تشكيل مي شود .در نهايت ?يه گرافن تشكيل شده را به زير ?يه هاي نيمه رسانا و يا عايق منتقل مي كنند.
) رسوب دهي بخار شيميايي :(CVD) رسوبدهي بخار شيميايي به فرآيندي گفته ميشود که شامل تجزيه و يا واکنشهاي شيميايي از واکنشگرهاي گازي در يک محيط فعال شده مانند (گرما، نور و پلاسما) ميشود و براي توليد و تشکيل يک محصول جامد پايدار استفاده ميگردد.در اين روش ?يه هاي گرافن با رسوب كربن از گازهاي هيدروكربني با زيرآيند فلزي و يا ويفرهاي سيليكوني نظير سيليكون كاربيد و يا سيليسيم دي اكسيد حاصل مي شود. مثالي از اين روش، تجزيه‌ي اتيلن روي سطحي از جنس نيکل است.
?-?-? روش از بالا به پايين:
در اين روش ورقه هاي گرافن يا گرافن اص?ح سطحي شده به وسيله ي جداسازي گرافيت و يا مشتقات آن (مانند گرافيت اكسيد و يا گرافيت فلورايد)توليد مي شود. به طور كلي اين روش براي توليد گرافن در مقياس زياد به كار مي رود و از لحاظ اقتصادي نيز نسبت به روش پيشين مقرون به صرفه تر است.
الف) لايه برداري مکانيکي:
اين روش که به‌نام “نوار اسکاتلندي” يا “روش پوست‌کني” نيز معروف است، ادامه‌ي کارهاي قبلي در زمينه‌ي لايه‌لايه‌کردن ميکرومکانيکي گرافيت الگودهي‌شده بود. اين روش منجر به توليد مقدار اندکي گرافن تا سايز 100 ميکرومتر مي‌شود که مي‌تواند در مطالعات بنيادي، مورد استفاده قرار گيرد. مطابق شکل1-1? (20)(21)
شکل1-1?:توليد گرافن به روش لايه برداري ميکرومکانيکي
ب) سنتز شيميايي:
اين روش شامل اکسيداسيون اوليه گرافيت به اکسيد گرافيت مي باشد. پس از آن اکسيد گرافيت به صورت شيميايي و يا حرارتي به اکسيد گرافن (GOx) تبديل مي شود و به دنبال آن با کاهش اکسيد گرافن، گرافن ايجاد مي شود. اين روش براي توليد گرافن در مقياس و راندمان بالا مناسب مي باشد، اما با اين وجود روشي وقت گير مي باشد و از واکنشگرهاي اکسيد کننده و کاهش دهنده ي خطرناک و سمي استفاده مي شود. در واقع، اکسيد گرافن عايق مي باشد و از لحاظ هدايت تفاوت زيادي با گرافن دارد. با وجودي که اين گروه هاي عاملي اکسيدي را مي توان با کاهش دادن تا حدي از بين برد، اما مقدار قابل توجهي نقص ساختاري ايجاد مي شود که خواص الکترونيکي را تحت تاثير قرار مي دهد.
پ) روش الکتروشيميايي:
بازكردن نانولوله كربني: دراين شيوه نانولوله هاي كربني چندديواره و يا تك ديواره به همراه اسيد سولفوريك و پرمنگنات پتاسيم چندين ساعت به وسيله هم زن مغناطيسي هم زده مي شود كه ?يه ها از يك ديگر باز و سپس با روش هاي حرارتي و يا شيميايي ديگر احيا شده و ?يه هاي گرافن توليد مي شوند.
تبخير قوس الکتريکي گرافيت در حضور مخلوط: در اين روش با استفاده از ظرفي از جنس فو?د زنگ نزن و با جريان دادن گاز خنثي به درون آن، با اعمال جريان الكتريكي بين دو الكترود گرافيتي، ?يه هاي گرافن بر ديواره ي ظرف رسوب مي كنند.
هريک از اين روش‌ها مزايا و معايب خاص خود را دارند.
روش لايه برداري مکانيکي با استفاده از چسب نواري، براي توليد گرافن تک لايه و کم لايه مناسب مي باشد اما راندمان توليد پائين مي باشد. روش CVD با وجود اينکه پتانسيل زيادي براي توليد گرافن با سطح بزرگ از خود نشان مي دهد، اما نياز به انتقال نمونه به بستر هاي ديگر از طريق انتقال مکانيکي و يا از طريق فرآوري محلول به منظور ايجاد وسايل سودمند را دارد. اين روش پتانسيل زيادي براي توليد مقدار زيادي از گرافن با هدف استفاده براي کاربردهاي الکترونيکي را دارا ميباشد.


پاسخ دهید