دانشمندان بخش انرژي آزمايشگاه ملي بروك هاون امريكا، روشهاي جديدي را براي ساخت و اصلاح نانوميلهها و نانولولههاي اكسيد تيتانيوم ابداع كردند. اين روشها و مواد اكسيد تيتانيوم جديد، ممكن است منجر به كاتاليستهاي بهبوديافتهاي براي توليد هيدروژن، پيلهاي خورشيدي كاراتر و ضد آفتابهايي با قدرت محافظت بيشتر گردند. نتايج اين تحقيق در دو مقاله، يكي در مجله Advanced Materials و ديگري در مجله Journal of Physical Chemistry به چاپ رسيدهاست.
در مطالعه نخست، دانشمندان قابليت اكسيد تيتانيوم را براي جذب نور افزايش دادند. Wei-Qiang Han ، دانشمند مركز نانومواد كاربردي(CFN) بروك هاون و نويسنده مسئول هر دو مقاله، ميگويد: "قابليت اكسيد تيتانيوم براي جذب نور، يكي از دلايل اصلي فوايد آن در كاربردهاي پزشكي و صنعتي است. اكسيد تيتانيوم بهعنوان فوتوكاتاليستي براي تبديل اشعه خورشيد به الكتريسيته در پيلهاي خورشيدي و كاربردهايي در توليد هيدروژن، در حسگرهاي گازي، در باطريها و در استفاده اشعه خورشيد براي تجزيه برخي آلودگيهاي زيستمحيطي مورد استفاده قرار ميگيرد. اين ماده يكي از اجزاي تركيبي رايج در كرمهاي ضد آفتاب به شمار ميرود."
دانشمندان روشهاي بسياري را براي بهبود قابليت جذب نور اكسيد تيتانيوم آزمايش كردند كه براي مثال ميتوان دوپه كردن اكسيد تيتانيوم با برخي فلزات را نام برد. Han و همكارانش مسير جديدي را به كار بردند؛ آنها توانستند قابليت جذب نور اين ماده را با وارد كردن نانوحفرهها به درون ميلههاي صد نانومتري اكسيد تيتانيوم جامد افزايش دهند. نانوميلههاي اكسيد تيتانيومي پرشده با نانوحفرهها، در جذب طول موجهاي معيني از ماوراي بنفش(UVA) و ماوراي بنفش(UVB)B تابش خورشيد، 25 درصد نسبت به اكسيد تيتانيوم بدون نانوحفره مؤثرتر بودند.
اين تحقيق نشان داد كه نانوميلههاي اكسيد تيتانيومِ حاوي نانوحفره، ميتوانند جذب UVA و UVB تابش خورشيد را بهبود چشمگيري بخشند؛ بنابراين مواد ايدهآلي براي ضد آفتابها به شمار ميروند. اين نانوميلهها ميتوانند كارايي پيلهاي خورشيدي فوتوولتائيك را بهبود بخشيده و بهعنوان كاتاليستهايي براي تجزيه آب و همچنين در واكنش تبديل آب- گاز براي توليد گاز هيدروژن خالص از مونوكسيد كربن و آب مورد استفاده قرار گيرند.
روش ساختن ميلههاي مملو از حفره، ساده است؛ براي اين كار نانوميلههاي تيتانات را در هوا گرما ميدهند. اين فرايند، آب را تبخير و تيتانات را به اكسيد تيتانيوم تبديل ميكند و نانوحفرههايي منظم، چندوجهي و بسيار متراكمي درون اكسيد تيتانيوم به وجود ميآيند.
در مقاله دوم، اين محققان، روش سنتز جديدي را براي ساخت نانولولههاي تيتانات كه آهن بهعنوان ناخالصي در آن وارد شده، توصيف كردند. اين لولههاي توخالي قطري حدود ده نانومتر و طولي بيش از يك ميكرومتر دارند. اين آزمايشها به بهبود واكنشپذيري نوري اين مواد نيز كمك كرد.
دانشمندان نشان دادند كه نانولولههاي حاصل، واكنشپذيري قابل توجهي را در واكنش تبديل آب- گاز از خود نشان ميدهند. اگر چه فعاليت نانولولههاي دوپهشده با آهن، بهخوبي اكسيد تيتانيومي كه با فلزاتي نظير پلاتين و پالاديوم روكش شده، نبود؛ اما فعاليت مشاهدهشده از اين نظر كه آهن يك فلز ارزانتري است و غلظتش هم در نمونههاي ما كمتر از 1 درصد است، قابل قبول است.
دانشمندان خواص مغناطيسي جالبي را در نانولولههاي دوپهشده با آهن، مشاهده كردند و با مطالعات آينده كه به فهم اين پديده كمك ميكند، آن را پيگيري خواهند كرد. مواد توسعهيافته در اين مطالعات، با استفاده از چندين ابزار نادر در آزمايشگاه بروكهاون و روشهاي تشخيص نانوساختارها، شامل ميكروسكوپ انتقال الكتروني و روشهاي متنوع با استفاده از اشعه ايكس و پرتو مادون قرمز موجود در آزمايشگاهNational Synchrotron Light Source (NSLS) مورد تجزيه و تحليل قرار گرفتند.
در مطالعه نخست، دانشمندان قابليت اكسيد تيتانيوم را براي جذب نور افزايش دادند. Wei-Qiang Han ، دانشمند مركز نانومواد كاربردي(CFN) بروك هاون و نويسنده مسئول هر دو مقاله، ميگويد: "قابليت اكسيد تيتانيوم براي جذب نور، يكي از دلايل اصلي فوايد آن در كاربردهاي پزشكي و صنعتي است. اكسيد تيتانيوم بهعنوان فوتوكاتاليستي براي تبديل اشعه خورشيد به الكتريسيته در پيلهاي خورشيدي و كاربردهايي در توليد هيدروژن، در حسگرهاي گازي، در باطريها و در استفاده اشعه خورشيد براي تجزيه برخي آلودگيهاي زيستمحيطي مورد استفاده قرار ميگيرد. اين ماده يكي از اجزاي تركيبي رايج در كرمهاي ضد آفتاب به شمار ميرود."
دانشمندان روشهاي بسياري را براي بهبود قابليت جذب نور اكسيد تيتانيوم آزمايش كردند كه براي مثال ميتوان دوپه كردن اكسيد تيتانيوم با برخي فلزات را نام برد. Han و همكارانش مسير جديدي را به كار بردند؛ آنها توانستند قابليت جذب نور اين ماده را با وارد كردن نانوحفرهها به درون ميلههاي صد نانومتري اكسيد تيتانيوم جامد افزايش دهند. نانوميلههاي اكسيد تيتانيومي پرشده با نانوحفرهها، در جذب طول موجهاي معيني از ماوراي بنفش(UVA) و ماوراي بنفش(UVB)B تابش خورشيد، 25 درصد نسبت به اكسيد تيتانيوم بدون نانوحفره مؤثرتر بودند.
اين تحقيق نشان داد كه نانوميلههاي اكسيد تيتانيومِ حاوي نانوحفره، ميتوانند جذب UVA و UVB تابش خورشيد را بهبود چشمگيري بخشند؛ بنابراين مواد ايدهآلي براي ضد آفتابها به شمار ميروند. اين نانوميلهها ميتوانند كارايي پيلهاي خورشيدي فوتوولتائيك را بهبود بخشيده و بهعنوان كاتاليستهايي براي تجزيه آب و همچنين در واكنش تبديل آب- گاز براي توليد گاز هيدروژن خالص از مونوكسيد كربن و آب مورد استفاده قرار گيرند.
روش ساختن ميلههاي مملو از حفره، ساده است؛ براي اين كار نانوميلههاي تيتانات را در هوا گرما ميدهند. اين فرايند، آب را تبخير و تيتانات را به اكسيد تيتانيوم تبديل ميكند و نانوحفرههايي منظم، چندوجهي و بسيار متراكمي درون اكسيد تيتانيوم به وجود ميآيند.
در مقاله دوم، اين محققان، روش سنتز جديدي را براي ساخت نانولولههاي تيتانات كه آهن بهعنوان ناخالصي در آن وارد شده، توصيف كردند. اين لولههاي توخالي قطري حدود ده نانومتر و طولي بيش از يك ميكرومتر دارند. اين آزمايشها به بهبود واكنشپذيري نوري اين مواد نيز كمك كرد.
دانشمندان نشان دادند كه نانولولههاي حاصل، واكنشپذيري قابل توجهي را در واكنش تبديل آب- گاز از خود نشان ميدهند. اگر چه فعاليت نانولولههاي دوپهشده با آهن، بهخوبي اكسيد تيتانيومي كه با فلزاتي نظير پلاتين و پالاديوم روكش شده، نبود؛ اما فعاليت مشاهدهشده از اين نظر كه آهن يك فلز ارزانتري است و غلظتش هم در نمونههاي ما كمتر از 1 درصد است، قابل قبول است.
دانشمندان خواص مغناطيسي جالبي را در نانولولههاي دوپهشده با آهن، مشاهده كردند و با مطالعات آينده كه به فهم اين پديده كمك ميكند، آن را پيگيري خواهند كرد. مواد توسعهيافته در اين مطالعات، با استفاده از چندين ابزار نادر در آزمايشگاه بروكهاون و روشهاي تشخيص نانوساختارها، شامل ميكروسكوپ انتقال الكتروني و روشهاي متنوع با استفاده از اشعه ايكس و پرتو مادون قرمز موجود در آزمايشگاهNational Synchrotron Light Source (NSLS) مورد تجزيه و تحليل قرار گرفتند.
+
نوشته شده در ساعت توسط محمد درویش نژاد
|
