1-3- اهمیت نانو تکنولوژی…………………………………………………… 3

1-4- نانو­مواد………………………………………………………………….. 4

1-5- تقسیم­بندی نانومواد………………………………………………….. 4

1-6- نانومواد و انواع روش­های تولید آن…………………………………….. 5

1-6-1- روش بالا به پایین…………………………………………………… 6

1-6-2- روش پایین به بالا……………………………………………………. 7

1-7- سنتز هیدرو(سولو)ترمال……………………………………………… 9

1-8- بیو نانو تکنولوژی………………………………………………………. 10

1-9- سرامیک­های کلسیم فسفاتی………………………………………… 11

1-10- سیمان­های کلسیم فسفاتی………………………………………… 13

1-11- کلسیم فسفات­ها ………………………………………………………13

1-11-1- مونو کلسیم فسفات (MCP)…………………………………….. 14

1-11-2- دی کلسیم فسفات (DCP)………………………………………. 15

1-11-3- اکتا کلسیم فسفات (OCP)……………………………………… 16

1-11-4- تری کلسیم فسفات (TCP)………………………………………. 17

1-11-5- کلسیم فسفات آمورف (ACP)……………………………………. 18

1-11-6- هیدروکسی آپاتیت (HAp)………………………………………… 19

1-11-6-1- ساختار هیدروكسی آپاتیت…………………………………… 20

1-11-6-2- رفتار حرارتی هیدروكسی آپاتیت……………………………… 23

1-11-6-3- موارد مصرف و کاربرد……………………………………………. 24

1-11-7- تترا کلسیم فسفات (TTCP) ………………………………………24

1-11-8- کلسیم پیرو فسفات (CPP)………………………………………. 25

1-12- تاریخچه­ی کلسیم فسفات­ها………………………………………… 27

1-13- مولکولارسیو (غربال مولکولی)……………………………………… 33

1-14- آلومینیوم فسفات (APO)……………………………………………. 34

1-15- تاریخچه­ی آلومینوم فسفات­ها………………………………………. 38

2- بخش تجربی…………………………………………………………….. 42

2-1- دستگاه­ها و مواد شیمیایی…………………………………………. 43

2-1-1- دستگاه­های مورد استفاده………………………………………… 43

2-1-2- مواد شیمیایی مورد استفاده…………………………………….. 44

2-2- روش کار آزمایشگاهی………………………………………………… 45

2-2-1- تهیه­ نانوساختارهای آلومینیوم فسفات و کلسیم فسفات سنتز شده از فسفر تری کلرید…45

2-2-2- تهیه­ نانوساختارهای کلسیم فسفات و آلومینیوم فسفات سنتز شده از آلکیل فسفات­ها…49

2-2-2-1- تهیه­ نانوساختارهای کلسیم فسفات…………………………. 49

2-2-2-2-تهیه­ نانوساختارهای آلومینیوم فسفات………………………… 54

3- بحث و نتیجه ­گیری………………………………………………………. 58

3-1- شناسایی نانوساختارهای آلومینیوم فسفات و کلسیم فسفات سنتز شده از فسفر تری کلرید…59

3-1-1- شناسایی نانوساختارهای آلومینیوم فسفات………………… 59

3-1-2- شناسایی نانوساختارهای کلسیم فسفات…………………… 64

3-2- شناسایی نانوساختارهای کلسیم فسفات سنتز شده از آلکیل و آریل فسفات­ها….68

3-2-1- شناسایی نانوساختارهای کلسیم فسفات سنتز شده از تری متیل فسفات…..68

3-2-2- شناسایی نانوساختارهای کلسیم فسفات سنتز شده از تری بوتیل فسفات…..76

3-2-3- شناسایی نانوساختارهای کلسیم فسفات سنتز شده از تریس(2‐اتیل­هگزیل)فسفات….77

3-2-4- شناسایی نانوساختارهای کلسیم فسفات سنتز شده از تری فنیل فسفات….79

3-3- شناسایی نانوساختارهای آلومینیوم فسفات سنتز شده از آلکیل و آریل فسفات­ها…80

3-3-1- شناسایی نانوساختارهای آلومینیوم فسفات سنتز شده از تری متیل فسفات…80

3-3-2- شناسایی نانوساختارهای آلومینیوم فسفات سنتز شده از تری بوتیل فسفات…84

3-3-3- شناسایی نانوساختارهای آلومینیوم فسفات سنتز شده از تریس(2‐اتیل­هگزیل)فسفات…86

3-4- نتیجه ­گیری……………………………………………………….. 88

مراجع…………………………………………………………………….. 89

چکیده:

در این پژوهش نانو­ساختار­های آلومینیوم فسفات و کلسیم فسفات به روش سولوترمال و با بهره گرفتن از فسفر تری کلرید و یا آلکیل و آریل فسفات­ های، تری متیل فسفات، تری بوتیل فسفات، تریس­(2‐اتیل­هگزیل)­فسفات و تری فنیل فسفات سنتز شدند. محصولات به دست آمده توسط دستگاه­های FT-IR، پراکندگی اشعه­ی X (XRD)، میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) و پراکندگی الکترون (EDX) شناسایی شدند. نتایج نشان­ دهنده­ سنتز ساختارهایی با اندازه­ نانو و اشکال متنوع بود که ممکن است کاربردهای متفاوتی را دارا باشند.

1- مقدمه

1-1- نانوفناوری

نانو فناوری دانش و فنی است که اخیراً توجه زیادی را به خود معطوف کرده است. این فناوری که یک رویکرد جدید در تمامی رشته­هاست، توانایی تولید مواد، ابزار و سیستم­های نوین را با دست­کاری در سطوح اتمی و مولکولی دارد. امروزه حوزه­ کاربردی این فناوری به تمامی علوم کشیده شده و محبوبیت بین­رشته­ای یافته است؛ به طوری که گستره­ی کاربردی این فناوری در علوم پزشکی، فناوری زیستی، مواد، فیزیک، مکانیک، برق، الکترونیک و شیمی به حدی است که می­توان از آن به عنوان یکی از انقلاب­های بزرگ علمی دنیا نام برد. این فناوری، روشی نو برای حل مشکلات و پاسخگویی به بسیاری از سوالات مطرح در علوم مختلف ارائه می­ کند که تا کنون، بشر موفق به رفع و یا پاسخ دادن به آن­ها نشده است.

رفتار­های جدیدی که در مقیاس نانو مشاهده می‌­گردند، لزوماً بر­اساس رفتار­های مشاهده شده در ابعاد بزرگ­‌تر قابل پیش­‌بینی نیستند. تغییرات مهم رفتاری که عمدتاً ناشی از اثرات کوانتومی کاهش ابعاد هستند، به ‌علت نزدیکی و قابل مقایسه بودن اندازه­ ذرات یا ریزساختار­ها، با مقیاس طولی میانگین پدیده­‌های فیزیکی و شیمیایی، رخ می­‌دهد. خصوصیات موجی­شکل الکترون­‌ها (مکانیک کوانتومی) در درون مواد و اتم­ها، توسط تغییرات مواد در مقیاس نانو­متری تحت­‌تأثیر قرار می­‌گیرد. با ایجاد ساختار­های نانو­متری، کنترل خصوصیات اساسی مواد، مانند دمای ذوب، رفتار مغناطیسی، ظرفیت شارژ و حتی رنگ آن­ها بدون تغییر ترکیب شیمیایی مواد، ممکن خواهد بود[1].

2-1- تاریخچه نانوفناوری

استفاده از نانوفناوری توسط انسان، برخلاف تصور عمومی، دارای سابقه­ی تاریخی طولانی می­باشد. در این رابطه شواهدی مبنی بر نانوساختاری بودن رنگ آبی به کار برده شده توسط قوم مایا، وجود دارد. پس از آن رومی­ها از این مواد در ساخت جام­هایی با رنگ­های زنده استفاده کردند، به این صورت که آن­ها از ذرات طلا برای رنگ آمیزی این جام­ها بهره می­گرفتند. نمونه ­ای از این جام­ها که برای اولین بار کشف شد، جام لیکورگوس[1] می­باشد؛ که متعلق به قرن چهارم قبل از میلاد بوده و دارای ذرات نانومتری طلا و نقره است که در هنگام قرار گرفتن در نورهای مختلف رنگ­های گوناگونی را از خود نشان می­دهد. بعدها در قرون وسطی از این روش برای ساخت شیشه کلیساها استفاده می­کردند.

تحقیقات اولیه بر روی نانوذرات به سال ۱۸۳۱ برمی­گردد، وقتی که مایکل فارادی[2] روی کلوئید قرمزرنگ طلا کار می­کرد و اعلام کرد که رنگ کلوئید مزبور، به اندزه ذرات فلزی بستگی دارد. شاید بتوان بزرگترین تحول در تاریخ نانوفناوری را سخنرانی فیزیکدان بزرگ، ریچارد فاینمن[3]، درکنفرانس انجمن فیزیک آمریکا در سال ۱۹۵۹ دانست. در این کنفرانس، وی با ارائه مقاله­ای به نام “در آن پایین فضاهای خالی زیادی وجود دارد”[4]؛ درباره دستکاری مواد در ابعاد اتمی صحبت نمود. این مقاله امروزه به عنوان سرلوحه­ی انجمن نانوفناوری درآمده است. کمی بعد از آن در سال ۱۹۷۴ ناریو تانیگوچی[5]، یک محقق در دانشگاه توکیوی ژاپن، هنگام کار تحقیقاتی بر روی مواد در ابعاد نانومتری، از عبارت نانوفناوری استفاده کرد. امروزه مهندسی نانو به سرعت در حال گسترش است و امکان اداره­ی قابلیت­های مکانیکی کاتالیزوری، الکتریکی، مغناطیسی، نوری و الکترونیکی را فراهم می­ کند[2].

3-1- اهمیت نانو تکنولوژی

شاید این ﺳﺆال در ذهن پدید آید که چه چیزی در مقیاس نانو­متری وجود دارد که یک تکنولوژی بر پایه آن بنا نهاده­شده­است. آن­چه باعث ظهور نانو­تکنولوژی شده، نسبت سطح به حجم بالای نانو­مواد است. این موضوع یکی از مهم­ترین خصوصیات مواد تولید شده در مقیاس نانو می­باشد. در مقیاس نانو، اشیاء شروع به تغییر رفتار می­ کنند و رفتار سطوح بر رفتار توده­ای ماده غلبه می­ کند. در این مقیاس برخی روابط فیزیکی که برای مواد معمولی کاربرد دارند، نقض می­شوند؛ برای مثال، یک سیم یا اجزای یک مدار در مقیاس نانو لزوماً از قانون اهم پیروی نمی­ کنند. قانون اهم، به جریان، ولتاژ و مقاومت بستگی دارد، اما در مقیاس نانو وقتی عرض سیم فقط به اندازه یک یا چند اتم باشد، الکترون­ها لزوماً باید در صف و به ترتیب و یک به یک از سیم رد شوند، بنابراین ممکن است قانون اهم در این مقیاس تا حدودی نقض شود. در حقیقت در این مقیاس، قوانین فیزیک کوانتوم وارد صحنه می­شوند و امکان کنترل خواص ذاتی ماده بدون تغییر در ترکیب شیمیایی ماده وجود خواهد داشت[3].

4-1- نانومواد

نانو­مواد دروازه­ی ورود به دنیای نانو، و اولین گام برای رسیدن به اهداف بعدی نانو­تكنولوژی می­باشند و

 

بدون توسعه­ی مواد جدید نانو­متری، ورود به عرصه­ نانو­تكنولوژی غیرممكن خواهد بود. طبق یك تعریف، نانو­مواد، موادی هستند كه حداقل یكی از ابعاد آن­ها كوچك­تر از ١٠٠ نانومتر باشد.. در حالت کلی بنابر دلایل زیر خواص نانو­مواد به ابعاد­شان وابسته اند:

– نسبت سطح به حجم بالا

– تغییر در ساختار كریستالی

– كاهش نقص­های شبكه[4].

5-1- تقسیم ­بندی نانو­مواد

نانو­مواد را می­توان برحسب ابعاد آن­ها به صورت زیر تقسیم­بندی نمود:

الف- نانو­مواد صفر­بعدی[1](0D)

نانو­موادی هستند كه هر سه بعد آن­ها كمتر از ١٠٠ نانو­متر می­باشد، و شامل نانو­پودرها[2] و نانو­ذرات[3] می­شوند. اگر نانو­مواد صفر­بعدی، نیمه­هادی باشند، به آن­ها نقطه كوانتومی[4] می­گویند.

ب- نانو­مواد یك ­بعدی(1D)

نانو­موادی هستند كه دو بعد آن­ها زیر ١٠٠ نانو­متر بوده و در بعد دیگر بیش از 100 نانو­متر می­باشند. برخی از نانو­مواد یك­بعدی عبارتند از: نانو­لوله­ ها[5]، نانو­سیم­ها[6]، نانو­میله­ها[7]، نانو­تسمه­ها[8]، نانو­نوار­ها[9]، نانو­كابل­ها[10] و نانو­فنر­ها[11].

ج- نانو­مواد دو­بعدی(2D)

نانو­موادی هستند كه فقط یك بعد آن­ها زیر ١٠٠ نانومتر بوده و دو بعد دیگرشان بیش از ١٠٠ نانومتر می­باشد. مانند نانولایه­ها[12] و نانو­حلقه­ها[13]

د- نانو­مواد سه­ بعدی(3D)

نانو­ساختار­هایی هستند كه اجزاء آن­ها نانو­مواد صفر، یك، و یا دو­بعدی می­باشند. مثل؛   نانو­كامپوزیت­ها، مواد نانو­كریستالی و قطعاتی كه نانو­ذرات در آن­ها پراكنده شده ­اند[5].

6-1- نانو­مواد و انواع روش­های تولید آن

باید خاطر­نشان کرد که روش­های ساخت مواد نانو بسیار گسترده می­باشد، اما به طور كلی فرآیند­های مختلفی كه برای تولید مواد نانو ارائه شده­ اند دو رویكرد عمده را تعقیب می­كنند که رویكرد از بالا به پایین و رویكرد از پایین به بالا می­باشد و سایر روش­ها به صورت زیر­مجموعه ­هایی از دو رویکرد ذکر شده در­نظر­گرفته می­شوند.

1-6-1- روش بالا به پایین

در رویکرد بالا به پایین برای تولید محصول، یک ماده توده­ای را شکل­دهی[1] و اصلاح می­ کنند، به عبارت دیگر، اگر اندازه­ یک ماده­ی توده­ای به طور متناوب کاهش داده شود تا به یک ماده با ابعاد نانو­متری برسد، از رویکرد بالا به پایین استفاده­شده­است. این کار اغلب، ولی نه همیشه، شامل حذف بعضی از مواد به شکل ضایعات است، مانند ماشین­کاری یک بخش فلزی از یک موتور. در ادامه نمونه­های مختلف روش بالا به پایین معرفی می­گردد[6,1]:

الف- لیتوگرافی

الف-1- لیتوگرافی مستقیم (بدون ماسک)

الف-2- لیتوگرافی پروب پیمایشی

الف-3- لیتوگرافی نرم

الف-4- لیتوگرافی غیر مستقیم (مبتنی بر ماسک)

ب- فرآوری مکانیکی

ب-1- تغییر شکل­دهی پلاستیکی شدید[2]

ب-2- اختلاط شدید

ب-3- فشرده­سازی پودر

ب-4- آسیاب­های پرانرژی

ج- فرآوری حرارتی

ج-1- روش زینتر[3]

ج-2- روش آنیلینگ[4] (متبلور­سازی مواد آمورف)

د- ریسندگی

د-1- ریسندگی الکتریکی

د-2- ریسندگی مذاب

[1] Deformation

[2] Serve Plastic Deformation Processing

[3] Sinter

[4]Annealing

[1] Dimension

[2] Nanopowders

[3] Nanoparticles

[4] Quantum dot