1-9 ارتقاء کیفیت اکسید گرافن ……………………………………………………………………………………………………….21
?-?? ویژگی های گرافن ………………………………………………………………………………………………………………..22
1-11 کاربرد گرافن ………………………………………………………………………………………………………………………..23
1-12 رهایش …………………………………………………………………………………………………………………………………25
1-12-1 سیستم رهایش و گوارش در سگ…………………………………………………………………………………………26
فصل دوم_ اکسی تتراسایکلین و جذب سطحی ………………………………………………………………………………….27
2-1 آنتی بیوتیک …………………………………………………………………………………………………………………………….28
2-1-1 تاریخچه آنتی بیوتیک …………………………………………………………………………………………………………..28
2-1-2 انواع آنتی‌بیوتیکها و مکانیسم اثر …………………………………………………………………………………………….29
2-2 تتراسایکلین …………………………………………………………………………………………………………………………….30
2-3 اکسی تتراسایکلین ……………………………………………………………………………………………………………………30
2-3-1 خصوصیات فیزیکی و شیمیایی اکسی تتراسایکلین …………………………………………………………………..30
2-3-2 موارد مصرف دارو ……………………………………………………………………………………………………………….31
2-3-3 مکانیسم اثر دارو …………………………………………………………………………………………………………………32
2-3-4 فارماکوکنتیک دارو ……………………………………………………………………………………………………………….32
2-3-5 موارد منع مصرف دارو ………………………………………………………………………………………………………….32
2-3-6دوره پرهیز از مصرف دارو ……………………………………………………………………………………………………..32
2-3-7 شرایط نگهداری دارو ……………………………………………………………………………………………………………33
2-3-8 شناسایی پودر اکسی تتراسایکلین ……………………………………………………………………………………………33
2-3-9 دفع …………………………………………………………………………………………………………………………………….33
2-3-10 موارد منع مصرف و احتیاط برای سگ ………………………………………………………………………………..33
2-3-11 دوز دارو برای سگ…………………………………………………………………………………………………………….34
2-4 جذب سطحی …………………………………………………………………………………………………………………………34
2-4-1 انواع جذب سطحی ……………………………………………………………………………………………………………..35
2-4-2 اساس پدیده ی جذب سطحی ………………………………………………………………………………………………36
2-4-3 گستره ی جذب سطحی ……………………………………………………………………………………………………….36
2-4-4 ایزوترم های جذب ……………………………………………………………………………………………………………..36

2-4-5 ایزوترم جذب فروندلیچ ……………………………………………………………………………………………………….37
2-4-6 ایزوترم جذب لانگمویر ………………………………………………………………………………………………………..39
2-4-7 ایزوترم لانگمویر برای جذب مایع روی جامد …………………………………………………………………………42
2-4-8 ایزوترم اصلاح شده ی لانگمویر ……………………………………………………………………………………………43
2-4-9 ایزوترم لانگمویر-فروندلیچ (معادله ی سیپس) ………………………………………………………………………..44
2-4-10 ایزوترم برونر-ایمت-تلر ……………………………………………………………………………………………………..45
2-4-11 ایزوترم ردلیچ – پترسون ……………………………………………………………………………………………………..47
?-?-12 ایزوترم -تمکین ………………………………………………………………………………………………………………..48
2-4-13 عوامل موثر بر جذب …………………………………………………………………………………………………………49
فصل سوم_ روش انجام کار …………………………………………………………………………………………………………….51
3-1هدف انجام آزمایش…………………………………………………………………………………………………………………..52
3-2 مواد شیمیایی، وسایل و دستگاه ها مورد استفاده در این آزمایش ……………………………………………………52
?-2-1دستگاه های استفاده شده در آزمایش ………………………………………………………………………………………52
?-2-2- مواد شیمیایی جهت ساخت گرافن ………………………………………………………………………………………53
?-2-3 دستگاه های مورد استفاده جهت ساخت گرافن ……………………………………………………………………….54
?-2-4 مواد استفاده شده در عامل دار کردن اکسید گرافن بوسیله اپی کلرو هیدرین ……………………………….54
3-2-5 مواد استفاده شده در عامل دار کردن و ارتقاء کیفیت اکسید گرافن عامل دار شده بوسیله اپی کلرو هیدرین و سیباکرون بلو ………………………………………………………………………………………………………………55
?-2-6 محلول ها و واکنشگرها …………………………………………………………………………………………………..55
?-?-?-? استوک اکسی تترا سایکلین …………………………………………………………………………………………..55
?-2-6-2 بافرها ………………………………………………………………………………………………………………………..55
?-3 مراحل سنتز اکسید گرافن …………………………………………………………………………………………………….56
3-4 پیوند شیمیایی اکسید گرافن با اپی کلرو هیدرین ……………………………………………………………………..59
3-5 کوپل اکسید گرافن پیوند داده شده با سیباکرون بلو ………………………………………………………………….59
?-6 جذب داروی اکسی تترا سایکلین به وسیله ی اکسید گرافن عامل دار شده …………………………………60
3-6-1 بررسی اثر pH بر جذب داروی اکسی تتراسایکلین……………………………………………………………….60
3-6-2 تعیین غلظت بهینه جذب دارو بروی اکسید گرافن………………………………………………………………..61
3-7 بررسی رهایش داروی اکسی تترا سایکلین در محیط شبیه سازی شده معده سگ ………………………. 62
فصل چهارم_ بحث و نتیجه گیری ……………………………………………………………………………………………….63
4-1 شناسایی و بررسی اکسید گرافن سنتز شده بوسیله ی طیفUV-VIS ……………………………………..64
4-2 شناسائی و بررسی اکسید گرافن سنتز شده بوسیله ی طیف FT-IR ………………………………………..64
4-2-1 طیف FT-IR اکسید گرافن ……………………………………………………………………………………………64
4-2-2 بررسی اکسید گرافن عامل دار شده با اپی کلرو هیدرین ……………………………………………………66
4-2-3بررسی کیفیت اکسید گرافن عامل دار شده با اپی کلرو هیدرین و سیبا کرون بلو با FT-IR ……68
4-3 مطالعه و بررسی ایزوترم های جذب ……………………………………………………………………………………70
4-4 نمودارهای جذب …………………………………………………………………………………………………………….72
4-5 بررسی جذب داروی اکسی تتراسایکلین بوسیله اکسید گرافن عامل دار شده …………………………73
4-5-1 مطالعه و بررسی اثر pH بر جذب داروی اکسی تتراسایکلین ……………………………………………73
4-5-2 بررسی غلظت جذب شونده بر روی جاذب……………………………………………………………………74
4-6 بررسی رهایش داروی اکسی تتراسایکلین در محیط معده سگ ……………………………………………75
4-7 نتیجه گیری ………………………………………………………………………………………………………………….76
فهرست منابع ………………………………………………………………………………………………………………………77
چکیده انگلیسی …………………………………………………………………………………………………………………..82
چکیده فارسی
در این تحقیق ذرات گرافیت به روش هامرز به اکسید گرافن تبدیل شده است. نانو ذرات گرافن یکی از بهترین و موثر ترین مواد جاذبی است که تا به امروزه تولید شده است.
گرافن یکی از آلوتروپ های موفق کربن در زمینه ی جذب و رهایش دارو است. رسانای بالای الکتریکی، حرارتی خصوصیات سطحی و ساختاری و استحکام مکانیکی بالا و قابلیت تنظیم این خواص موجب شده است که این ماده به عنوان جاذب در این تخقیق مورد مطالعه و بررسی قرار گیرد.
اکسید گرافن سنتز شده در این مطالعه به منظور جذب و رهایش داروی اکسی تتراسایکلین در محیط شبیه سازی شده معده سگ استفاده شد. این ماده با اپی کلروهدرین و سیباکرون بلو عامل دار گردید.
اکسی تتراسایکلین در دسته ی دارو های محلول در آب قرار دارد. داروهاى محلول در آب به خاطر سهولت حلالیت در آب، در مایعات بدن پخش شده و به میزان مناسبى در بدن ذخیره نمى‌شوند. بنابراین دارو بدون جذب مناسب در بدن از طریق کلیه و مجاری ادراری دفع شده و اثر بخشی مناسبی نخواهد داشت در نتیجه میتوان گفت که برای رفع آن به فکر استفاده از سیستم رهایش آهسته افتادیم. اکسی تتراسایکلین در دسته آنتی بیوتیک ها قرار می گیرد. به طور کل آنتی بیوتیک ها با واحد های ریبوزومی باکتری ها پیوند برقرار می کنند و در نتیجه ساخت پروتئین را برای باکتری مهار می کنند. در این مطالعه ابتد pH بهینه دارو مورد بررسی قرار گرفت و با توجه به نتایج بدست آمده محیط اسیدی بهترین تاثیر را در جذب داروی مورد مطالعه داشته است.
با توجه به مطالعات انجام شده محیط سگ اسیدی است و سیستم گوارش سگ به گونه ای است که غذا یا دارو به طور متوسط 8 ساعت در معده آن باقی می ماند. آزمایش های انجام شده نشان می دهد که داروی مدنظر در دو ساعت ابتدایی بیشترین جذب را داشته است به طوری که دیگر نیاز به بررسی محیط روده سگ احساس نشده است. در انتها صحت سنتز جذب و رهایش انجام شده به وسیله ی uv-vis مورد بررسی 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 رهایش
Graphene & Release
?-?مقدمه:
کربن ( واژه لاتین carbo به معنی زغال چوب) بخش بسیار مهمی در تمامی موجودات زنده‌ است و در ساخت ترکیبات مهم شیمیایی بسیاری شرکت دارد تا آنجا که می‌دانیم بدون این عنصر زندگی وجود نخواهد داشت. پیوند کوالانسی هر اتم کربن با انواع دیگر اتم ها یا اتم های کربن دیگر، ساختارهای نامحدود و بسیار متنوع را ایجاد می نماید از این رو ده ها میلیون ترکیب کربنی که برای جهان شناخته شده‌است در جهان هستی وجود دارد که هزاران نوع آنها در فرآیندهای حیاتی و واکنشهای آلی و بسیار مهم اقتصادی، نقش دارند. .کربن چهارمین عنصر شیمیایی از نظر فراوانی در جهان بعد از هیدروژن، هلیوم و اکسیژن به شمار میرود و تا کنون هشت آلوتروپ آن شناخته شده است.(1) اوربیتال های کربن طبق الگوی 2s2 2p2 1s2پر شده و دارای چهار اوربیتال خالی و چهار الکترون آزاد می باشد که امکان تشکیل چهار پیوند را برای این اتم‏ها مهیا می‏ سازد. پیوندهایی که این اتم‏ها تشکیل می ‏دهند، در ترکیبات گوناگون به شکل های متفاوتی دیده می‏شود و بنابراین خواص متفاوتی نیز ایجاد می‏ کند شکل 1-1
شکل1-1: نمودار فازی کربن
آلوتروپ گرافن ورقه ای دو بعدی (d2) از اتم های کربن در یک پیکربندی شش ضلعی (لانه زنبوری) می باشد که اتم ها با هیبرید sP2 به هم متصل شده اند.گرافن جدید ترین عضو خانواده مواد کربنی گرافیتی چند بعدی می باشد. صفحات گرافن با کنار هم قرار گرفتن اتم‏های کربن تشکیل می‏شوند. در یک صفحه گرافن، هر اتم کربن با ? اتم کربن دیگر پیوند داده است. این سه پیوند در یک صفحه قرار دارند و زوایای بین آن‏ها با یکدیگر مساوی و برابر ??? درجه است. در این حالت، اتم‏های کربن در وضعیتی قرار می‏گیرند که شبکه‏‌ای از شش ضلعی‏های منتظم را در حالت ایده آل ایجاد می‏کنند. طول پیوند کربن-کربن در گرافن در حدود ???نانومتر است. شهرت گرافن به دلیل ویژگیهای منحصر به فرد آن است چرا که اولین نمونه یک بلور دو بعدی است که به لحاظ ترمودینامیکی خواص متفاوتی نسبت به مواد سه بعدی دارد .همچنین پس از اص?ح شیمیایی آن، می تواند به عنوان یک مولکول بزرگ در زمینه الکترونیک، مواد کامپوزیت و سایر تحقیقات میان رشته ای به کار برده شود.(2) شکل ?-?
شکل 2-1:ساختار اتمی صفحه گرافن؛در این شکل اتم‏ های کربن با نقاط سیاه و پیوندها با نقطه چین نمایش داده شده‏ اند
?-?آلوتروپهای کربن:
اشکال مختلف آن شـامل ?کـ? از نرمتـر?ن (گرافیت) و ?کـ? از سـخت تـر?ن (الماس) مواد شناخته شده توسط انسان می باشد. کربن در نوع غ?ر بلور?ن آن اساسا گراف?ت است اما به صورت ساختارهای بزرگ بلـور?ن وجـود نـدارد ،ا?ـن شـکل کـربن، ب?شتر به صورت پودر است که بخش اصل? موادی مثل ذغال چوب و س?اه? چراغ (دوده )را تشک?ل می دهد. در فشـار و دمـای اتاق کربن به شکل گراف?ت پا?دارتر است که در آن هر اتم با سه اتـم د?گـر بصـورت حلقـه هـای شـش وجهـ? (درسـت مثـل ه?دروکربنهای معطر ) به هم متصل شده اند .در دما و فشارهای 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 مکعبی همانند س?لس?م و ژرمان?م دارد (به سبب ن?روی پ?وندهای 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 قدری کند است که محسوس ن?ست. فولر?ن ساختاری مثل گراف?ت دارد اما به جای بخش های تمام شش ضلع?، حاوی پـنج ضـلع?ها (?ا احتما? هفت ضلعی )اتمهای کربن ن?ز می باشند که ورقه را به شکل کره، ب?ض? ?ا استوانه به وجود م? آورنـد . (3)
کربن در طبیعت دارای پنج آلوتروپ اصلی الماس، گرافیت، نانولوله، کربن بی شکل و فولرن است، که همگی جامد می باشند شکل ?-?
جدول?-?انواع صورت ها و آلوتروپ های کربن
شکل های کربنحالتالماس -الماس شش ضلعیsP3گرافیت-گرافن- فولرن ها(فولرن باکم?نستر)- نانو لوله های کربنی -کربن شیشه ایsP2کربن خط?sP
شکل?-?آلوتروپ های مختلف کربن در طبیعت
?-?-? الماس:
الماس در حالت پایدار دارای ساختار مکعبی است.اتم های کربن در یک پیکربندی چهار وجهی با پیوند های هیبریدی sp3مرتب شده اند .این پیوند قوی کووالانسی باعث شده تا الماس سخت ترین ماده شناخته شده، محسوب شود به همین دلیل از جمله کاربرد های مهم تجاری الماس می توان به عنوان سنباده برای سایش و پرداخت فلزات و به عنوان یک پوشش برای ابزارهای برش نام برد.الماس ساختار منشوری نیز دارد که این ساختار بصورت شبه پایدار در طبیعت به صورت کانی وجود دارد. شکل 1-4
شکل1-4:ساختار مکعبی الماس
?-?-?-? خواص الماس:
?) الماس در بین جامدات در دمای ?? درجه بالاترین رسانایی گرمایی را دارد. (هدایت گرمایی آن ? برابر مس است)
?) الماس ماده ی نوری ایده‌آلی است که توانایی انتقال طیف نوری فروسرخ تا فرابنفش را دارا است.
?) شاخص بازتابش بسیار بالایی دارد.
?) در برابر تابش نوترونی به‌شدت مقاوم است.
?) استحکام و صلبیت بسیار بالایی دارد.
?) سخت‌ ترین ماده ی شناخته شده‌است.
?)خواص نیمه‌رسانایی قابل توجهی دارد، شکست الکتریکی آن به طور متوسط ?? برابر نیمه‌رساناهای متداول است.
?-?-? گرافیت:
گرافیت یکی از آلوتروپ‌های کربن است که برخلاف الماس که جامدی سخت و شفاف است،گرافیت جامدی سیاه و نرم و لغزنده است. ساختار لایه-لایه داشته و از قرار گرفتن ? اتم کربن به صورت شش ضلعی منظم پدید آمده است. این اتم‌ها با پیوند کوالانسی و با هیبریداسیون sp2 هم متصل میشوند و نمی‌توانند با کربنی خارج از این لایه پیوند کوالانسی تشکیل دهند، بنابراین یک لایه گرافیت از طریق پیوند واندروالس -که پیوند ضعیفی است- به لایه‌های زیرین متصل است. این خاصیت سبب می‌شود لایه‌های گرافیت به راحتی به روی هم بلغزند. به همین دلیل از این ترکیب برای “روان کاری” و “روغن کاری” استفاده میشود. از گرافیت به عنوان الکترودهای کوره، روان کننده، ماده نسوز، قطعات الکتریکی، رنگ‌ها،فولاد های پرکربن، چدن‌ها،مداد گرافیتی و … استفاده می‌شود.
گرافیت بر خلاف الماس هادی جریان الکتریکی و پایدارترین شکل کربن در شرایط استاندارد است.( تنها نافلز رسانای برق) بنابراین در الکتروشیمی بعنوان حالت استاندارد در تعیین میزان انتقالحرارتی اشکال دیگر کربن استفاده می شود.
شکل 1-? ساختار ملکولی گرافیت شکل 1-5: ساختار فیزیکی گرافیت

گرافن:3-2-1
گرافن ورقه ای دو بعدی از اتم های کربن در یک پیکربندی شش ضلعی می باشد که اتم ها با هیبرید sP2 به هم متصل شده اند. صفحات گرافن با کنار هم قرار گرفتن اتم‏های کربن تشکیل می‏شوند. در یک صفحه گرافن، هر اتم کربن با 3 اتم کربن دیگر پیوند داده است. این سه پیوند در یک صفحه قرار دارند و زوایای بین آن‏ها با یکدیگر مساوی و برابر با 120 درجه است شکل?-? در این حالت، اتم‏های کربن در وضعیتی قرار می‏گیرند که شبکه‏‌ای از شش ضلعی‏های منتظم را ایجاد می‏کنند،به عبارتی گرافن را میتوان گرافیتی با قطر یک اتم توصیف کرد. البته این ایده‏آل‏ترین حالت یک صفحه‏ ی گرافن است. در برخی مواقع، شکل این صفحه به گونه‏ای تغییر می‏کند که در آن پنج‌ضلعی‏ها و هفت‌ضلعی‏ هایی نیز ایجاد می‏شود.این ماده بسیار سبک بوده بصورتیکه یک متر مربع ان 77/. میلی گرم وزن دارد. (4)
شکل?-? ساختار گرافن
?-?-? فولرن:
یکی از دگرشکل‌های مصنوعی عنصر کربن است.که از گرما دادن به گرافیت ساخته می‌شود و به جهت شباهت شکل آن به توپ فوتبال، به آن باکی بال نیز می‌گویند. فولرن خود انواع گوناگون و متعددی دارد و می‌تواند به صورت کره، بیضی‌گون، یا استوانه باشد. فولرین شبیه یک توپ فوتبال است و شامل ?? اتم کربن (C60) در یک ساختار کروی است که ?? شش وجهی و ?? پنج وجهی روی سطح منظم شده اند. هر کربن فولرن، دارای هیبرید sp2 است و با سه اتم دیگر، پیوندهای سیگما تشکیل می‌دهد. فولرینها مولکول های بیش از حد قوی هستند و تحمل فشارهای بسیارزیاد را دارند، به طوری که پس از تحمل فشاری حدود 3000 اتمسفر به شکل اولیهء خود (ساختار کروی فولرین) برمی گردند و دارای چگالی کم و وزن بسیار سبک هستند. مولکولهای فولرین به وسیله پیوندهای ضعیفی که ناشی از نیروهای واندروالس بین آنهاست به هم می چسبند.این نیروهای نگهدارنده فولرن ها در کنار هم مشابه نیروهای موجود بین لایه های گرافیت است.بنابراین برخی از خواص فولرن ها مشابه خواص گرافیت می باشد. فولرنها در برابر نور بسیار حساس بوده و با تغییر طول موج نور خواص الکتریکی این مواد به شدت تغییر می کند. مطابق شکل ?-?و?-? (5)
شکل ?-?و?-? ملکول فولرن
?-? تعریف نانو ذرات:
منظور از مقیاس نانو ابعادی در حدود 1 تا 100 نانو متر می باشد (1 نانومتر یک میلیاردیم متر است) نانو ساختارها کوچکترین اجزا جامدی هستند که امکان ساختن آنها وجود دارد. نانوذرات از ده ها یا صدها اتم یا مولکول و با اندازه ها و مورفولوژی های مختلف (آمورف، کریستالی، کروی شکل، سوزنی شکل و …) ساخته شده است. اغلب نانوذرات که به طور تجاری مورد استفاده قرار می گیرند، به شکل پودر خشک و یا به صورت بخش مایع می باشند. البته نانوذرات ترکیب شده (آمیخته شده) در یک محلول آلی یا آبی که به شکل سوسپانسیون یا خمیری شکل است نیز مورد توجه می باشد. این ذرات در شکل ها و مورفولوژی های گوناگونی یافت می شوند، ساختارهایی از کروی گرفته تا فلسی، ورقه ای، شاخه ای، لوله ای و میله ای.با گذر از میکرو ذرات به نانوذرات، با تغییر بر خی از خواص فیزیکی روبه رو
می شویم که دو مورد مهم از آنها عبارتند از: افزایش نسبت مساحت سطحی به حجم و ورود اندازه ذره به قلمرو اثرات کوانتومی افزایش نسبت مساحت سطحی به حجم که به تدریج با کاهش اندازه ذره رخ می دهد، باعث غلبه یافتن رفتار اتم های واقع در سطح ذره به رفتار اتم های درونی می شود. این پدیده بر خصوصیات ذره در حالت انزوا و بر تعاملات آن با دیگر مواد اثر می گذارد. افزایش سطح، واکنش پذیری نانوذرات را به شدت افزایش می دهد زیرا تعداد مولکولها یا اتمهای موجود در سطح در مقایسه با تعداد اتمها یا مولکولهای موجود در توده نمونه بسیار زیاد است..مساحت سطحی زیاد، عاملی کلیدی در کارکرد کاتالیزوها و ساختارهایی همچون الکترودها می باشد.علاوه بر این، افزایش سطح ذرات، فشار سطحی را کاهش داده و منجر به تغییر فاصله بین ذرات یا فاصله بین اتم های ذرات می شود. تغییر در فاصله بین اتم های ذرات و نسبت سطح به حجم بالا در نانوذرات، تأثیر متقابلی در خواص ماده دارد. تغییر در انرژی آزاد سطح، پتانسیل شیمیایی را تغییر می دهد. این امر در خواص ترمودینامیکی ماده (مثل نقطه ی ذوب ) اثر دارد.به محض آنکه ذرات به اندازه کافی کوچک شوند، شروع به رفتار مکانیک کوانتومی می کنند. خواص نقاط کوانتومی مثالی از این دست است. نقاط کوانتومی کریستال هایی در اندازه نانو می باشد که از خود نور ساطع می کنند. انتشار نور توسط این نقاط در تشخیص پزشکی کاربرد های فراوانی دارد. این نقاط گاهی اتم های مصنوعی نامیده می شوند؛ چون الکترونهای آزاد آنها مشابه الکترونهای محبوس در اتمها، حالات گسسته و مجازی از انرژی را اشغال می کنند.علاوه بر این، کوچک تر بودن ابعاد نانوذرات از طول موج بحرانی نور، آنها را نامرئی و شفاف می نماید. این خاصیت باعث شده است تا نانوذرات برای مصارفی چون بسته بندی، مواد آرایشی و روکش ها مناسب باشندمواد در مقیاس نانو، رفتار کاملاً متفاوت، نامنظم و کنترل نشده ای از خود بروز می دهند. با کوچکتر شدن ذرات خواص نیز تغییر خواهد کرد. مثلاً فلزات، سخت تر و سرامیک نرم تر می شود.(7)
برخی از خواص نانو ذرات عبارت اند از:
جدول ?-? خواص فیزیکی و شیمیایی نانو ذرات
مثالخصوصیاتاثر کاتالیستی بهتر، به دلیل نسبت سطح به حجم بالاترکاتالیستیافزایش هدایت الکتریکی در سرامیک ها
و نانو کامپوزیت های مغناطیسی،
افزایش مقاومت الکتریکی در فلزاتالکتریکیافزایش مغناطیسیته با اندازه بحرانی دانه ها،
رفتار سوپر پارامغناطیسیته ذراتمغناطیسیخصوصیات فلوئورسنتی، افزایش اثر کوانتومی
کریستال های نیمه هادینوریافزایش نفوذ پذیری از بین حصارهای بیولوژیکی
(غشاء و سد مغز خون و غیره)
و بهبود زیست سازگاریبیولوژیکی
1-4 پیشینه فناوری نانو:
در طول تاریخ بشر از زمان یونان باستان، مردم و به‌خصوص دانشمندان آن دوره بر این باور بودند که مواد را می‌توان آنقدر به اجزاء کوچک تقسیم کرد تا به ذراتی رسید که خردناشدنی هستند و این ذرات بنیان مواد را تشکیل می‌دهند، شاید بتوان دموکریتوس فیلسوف یونانی را پدر فناوری و علوم نانو دانست چرا که در حدود 400 سال قبل از میلاد مسیح او اولین کسی بود که واژه اتم را که به معنی تقسیم‌نشدنی در زبان یونانی است برای توصیف ذرات سازنده موادبه کاربرد.
با تحقیقات و آزمایش‌های بسیار، دانشمندان تاکنون 108 نوع اتم و تعداد زیادی ایزوتوپ کشف کرده‌اند. آنها همچنین پی برده اند که اتم‌ها از ذرات کوچکتری مانند کوارک‌ها و لپتون‌ها تشکیل شده‌اند. با این حال این کشف‌ها در تاریخ پیدایش این فناوری پیچیده زیاد مهم نیست.
در سال1959 ریچارد فاینمن مقاله‌ای را درباره قابلیت‌های فناوری نانو در آینده منتشر ساخت. باوجود موقعیت‌هایی که توسط بسیاری تا آن زمان کسب‌شده بود، ریچارد. پی. فاینمن را به عنوان پایه گذار این علم می‌شناسند. فاینمن که بعدها جایزه نوبل را در فیزیک دریافت کرد درآن سال در یک مهمانی شام که توسط انجمن فیزیک آمریکا برگزار شده بود، سخنرانی کرد و ایده فناوری نانو را برای عموم مردم آشکار ساخت.
عنوان سخنرانی وی ” فضای زیادی در سطوح پایین وجود دارد ” بود.
سخنرانی او شامل این مطلب بود که می‌توان تمام دایره‌المعارف بریتانیکا را بر روی یک سنجاق نگارش کرد.یعنی ابعاد آن به اندازه25000/1ابعاد واقعیش کوچک می شود. او همچنین از دوتایی‌کردن اتم‌ها برای کاهش ابعاد کامپیوترها سخن گفت در آن زمان ابعاد کامپیوترها بسیار بزرگتر از ابعاد کنونی بودند اما او احتمال می‌داد که ابعاد آنها را بتوان حتی از ابعاد کامپیوترهای کنونی نیز کوچکتر کرد.
?-? تاریخچه گرافن:
اصطلاح گرافن برای اولین بار در سال 1986 معرفی شد که از ترکیب کلمه ی گرافیت و یک پسوند (ان) که به هیدروکربن های آروماتیک چند حلقه‌ای اشاره دارد ایجاد شد. این نام برای توصیف یک تک لایه از گرافیت در یک ساختار بزرگتر مانند ترکیبات بین لایه ای گرافیت مورد استفاده قرار گرفت .
هر چند که این مفهوم به طور تئوری نخستین بار در سال 1947 توسط فیلیپ والاس به عنوان یک نقطه شروع برای درک خواص الکترونیکی گرافیت سه بعدی مطرح شد. پس از آن زمان تلاش‌های زیادی برای ساخت آن صورت گرفت اما قضیه‌ای به نام قضیه ی مرمین-واگنر در مکانیک آماری و نظریه ی میدان‌های کوانتومی (بر اساس علم فیزیک) وجود داشت (8) (9)که ساخت یک ماده ی دوبعدی را غیرممکن و چنین ماده‌ای را غیرپایدار و صرفا یک ماده نظری می‌دانست.در سال 2004، یک گروه از فیزیکدانان از دانشگاه منچستر بریتانیا به رهبری آندره جیم و کنستانتین نووسلف تغییری در مورد فرضیه ی بی ثباتی گرافن ایجاد کردند و نشان دادند که قضیه ی مرمین-واگنرنمی‌تواندکاملا درست باشد. (10)(11)(12)آنها یک روش متفاوت و در نگاه اول ساده لوحانه برای بدست آوردن گرافن ارائه دادند که منجر به تحولی عظیم در این رشته شدند .آنها با استفاده از چسب نواری یک تک ورقه ی گرافن (یک مونو لایه از اتمهای کربن) را از گرافیت با روش ورقه ورقه شدن میکرومکانیکی جدا کردند،نوار پیوسته استفاده شد تا گرافیت را به تکه های نازک تری جدا کند. سپس نوار با تکه های گرافیت مجزا در استون حل شد و بعد از چند فرآیند، تکه های شامل تک لایه روی یک قرص سلیکونی رسوب داده شد. گفتنی است که جهت کنترل مراحل مذکور از یک میکروسکوپ نوری استفاده شده است. این روش به نوار اسکاچ معروف گشته است.. روش مذکور برای جامعه فیزیک یک شگفتی بود و به همین علت جیم و نووسلوف و همکارانشان از دانشگاه منچستر جایزه نوبل فیزیک سال 2010 را از آن خود نمودند.(13)(14)(15)
?-? ساختار گرافن:
مولکول بنزن به صورت حلقه شش ضلعی منظم است که در راس هر ضلع آن یک اتم کربن قرار گرفته و در رئوس شش ضلعی ع?وه بر اتم کربن یک اتم هیدروژن نیز وجود دارد. در مولکول بنزن هر اتم کربن ع?وه بر پیوند قوی ? با اتم های کربن مجاور یک پیوند ? نیز برقرار می کند. با توجه به این که پیوند دو گانه کربن – کربن دارای طول پیوند برابر با nm 137/0 می باشد و قوی تر از پیوند کربن یک گانه باطول پیوند nm 147/0 می باشد،انتظار داریم که در حلقه بنزنی طول پیوندهای دو گانه کوتاه تر از پیوند های یک گانه باشد در صورتیکه این گونه نیست و طول تمام پیوندهای کربن-کربن با هم مساوی و برابر nm 142/0می باشد دلیل این امر را اولین بار در سال 1931 لینوس پاولینگ در چارچوب نظریه مکانیک کوانتومی بهاینصورت بیان کرد :چون حالت پایه مولکول بنزن را می توان به صورت بر هم نهی دو حالت دسترس پذیر که ایزومر همدیگر نامیده می شوند، در نظر گرفت در نتیجه پیوند های کربن – کربن در مولکول بنزن را می توان به طور موثر یک و نیم گانه در نظر گرفت. به این ترتیب حلقه بنزن را می توان به عنوان عامل اصلی سازنده صفحات گرافن نام برد .که در آن اتم های هیدروژن با اتم های کربن حلقه های بنزنی مجاور جایگزین شده است .گرافیت یک ساختار ?یه ?یه است و هر ?یه آن از شش گوش هایی از اتم های کربن که با پیوندهای هیبریدی sp2 به هم متصل شده اند ساخته شده است .این ?یه ها با نیروهای ضعیف واندروالس به هم متصل اند در کل گرافن برشی تک ?یه از گرافیت به ضخامت یک اتم است که اتم های کربن روی یک شبکه ?نه زنبوری شکل قرار گرفته اند بطوریکه اتم کربن 4 ظرفیتی با 3 اتم کربن مجاور توسط اربیتال های هیبریدی SP2 ،پیوند های بسیار محکم ? تشکیل داده که فاصله بین آنها یک 42.1 ? است و یک الکترون باقیمانده (اربیتال های غیر هیبریدی 2PZ با جهت گیری عمود بر صفحه گرافن)تشکیل پیوند شیمیایی ضعیف ? عمود بر صفحه می دهد. با توجه به این که هر اربیتال 2PZ تنها یک الکترون دارد نوار ? به صورت نیمه پر خواهد بود. پیوند های قوی ? درون صفحه به همراه تخت نبودن صفحه گرافن و وجود چین خوردگی در سطح گرافن سبب پایداری ساختار دو بعدی شده است.در یک صفحه گرافن، هر اتم کربن یک اوربیتال در خارج از صفحه دارد. این اوربیتال مکان مناسبی برای پیوند با برخی گروه‏های عاملی و همچنین اتم‏های هیدروژن است. پیوند بین اتم‏های کربن در صفحه کوالانسی بوده و بسیار محکم است. بنابراین گرافن استحکام بسیار زیادی دارد.(16)
شکل 1-??:ساختار شبکه گرافن متشکل از دو زیر شبکه A, B که به تر تیب با دایره های مشکی و خاکستری نشان داده اند بردارهای a1, a2 پایه ی شبکه ی حقیقی و R1,R2,R3 بردارهایی هستند که هر اتم را به نزدیک ترین همسایه هایش متصل می کنند
?-? شناسایی اکسید گرافن:
شکل نمونه های گرافن بوسیله میکروسکوپی نوری و میکروسکوپ الکترونی پویشی ،توپوگرافی و انداره ضخامت ?یه های گرافن توسط میکروسکوپ نوری اتمی گروه های عاملی گرافن توسط طیف سنجی زیر قرمز (FT-IR)،شکل و اندازه ی صفحات گرافن نیز توسط میکروسکوپ الکترونی عبوری و اندازه گیری های طیف سنجی فلورسانس صورت می پذیرد.
طیف جذبی آن نیز توسط طیف سنجی فرابنفش_مرئی (UV-vis) مورد بررسی قرار می گیرد.
?-? ساخت گرافن:
صفحه های گرافنی برای نخستین بار در سال 2004 به صورت تجربی از گرافیت جدا شدند .پایداری ساختار دو بعدی گرافن به دلیل پیوند های قوی کووا?نسی داخل صفحه وجود موج ها وچین وچروک ها بر آورده می شود .مهمترین اتفاق در راه ساخت گرافن زمانی بوجود آمد که مشخص شد شد گرافن در زیر میکروسکوپ نوری وقتی که بر روی یک ?یه SiO2 قرار بگیرد قابل دیدن است به شرطی که نازکی ?یه ی SiO2 با دقت انتخاب شود حتی اگر روش انجام کار را به درستی و با جزئیات بدانیم، باز هم به دقت آزمایشگاهی و پشتکار زیادی برای مشاهده گرافن نیاز داریم برای نمونه 5% تفاوت در نازکی لایه ی SiO2 ( 315 nm به جای 300nm ) می تواند لایه ی گرافن را کاملا نامحسوس کند. (17)(18)(19)
روش های 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 ازپایین به بالا:
این روش چیدمان چندین سیستم با یکدیگر برای تشکیل سیستم بزرگتر می باشد، گرافن تولیدی به وسیله روش پایین به با?، به صورت تک ?یه و اکثراً چند ?یه می باشند که در بین این روش ها، رسوب بخار شیمیایی و رشد هم بافتی، اغلب بازدهی بهتری نسبت به بقیه، هم از نظر حجم گرافن تولیدی و هم کیفیت مطلوب تر را دارند. این دسته از روش های تولیدی برای مطالعات اولیه در کاربردهای الکتریکی استفاده می شوند ولی نمی توان حجم با?یی از گرافن را با این شیوه تهیه نمود و هم وجود ندارد. در این روش گرافن با چندین شیوه مختلف سنتز می شود:
الف)رشد همبافته بروی کاربید سیلیکون:
این روش توسط دکتر هییر گسترش یافت دراین روش سطح کاربید سیلیکون SiCدر محفظه ای با خ? زیاد تحت دمای با? (حدود ?C 1200 ) حرارت داده می شود، در نتیجه این عمل اتم های سیلیکون از سطح متصاعد گشته و اتم های کربن باقی مانده به صورت ?یه های گرافن آرایش می یابند.
ب)رشد همبافته بروی فلزات:
رشد هم بافته بر روی فلزات شامل سه روش می باشد :
جداشدن دانه ای کربن از حجم فلز به سطحش: در این روش تک کریستال های فلزی تحت خ? به دماهای با? برده می شوند و در این صورت انح?ل پذیری کربن در درون شبکه فلز افزایش می یابد .سپس کریستال فلزی به کندی سرد شده و در نتیجه ح?لیت کاهش می یابد .بنابراین کرب ن جدا شده در سطح به شکل فیلم گرافنی بدست می آید .فیلم های گرافنی به طور همبافته روی تک کریستال های فلزی اساسا در محیط آزمایشگاه و در محفظه هایی تحت خ? فوق العاده شکل می گیرند .این روش به دلیل استفاده از خ? بسیار پر هزینه می باشد.
?یه گذاری به شیوه بخار شیمیایی: روش دیگری برای سنتز گرافن است .در این روش گاز هیدروکربن در مجاورت سطح صفحه فلزی قرار می گیرد که در آنجا مولکول های هیدرو کربن می توانند تجزیه و اتم های کربن در فلز حل شوند .سپس صفحه فلزی با آهنگ خاصی سرد می شود .در این هنگام ? یه کربن در سطح صفحه فلزی تشکیل می شود .در نهایت ?یه گرافن تشکیل شده را به زیر ?یه های نیمه رسانا و یا عایق منتقل می کنند.
) رسوب دهی بخار شیمیایی :(CVD) رسوبدهی بخار شیمیایی به فرآیندی گفته میشود که شامل تجزیه و یا واکنشهای شیمیایی از واکنشگرهای گازی در یک محیط فعال شده مانند (گرما، نور و پلاسما) میشود و برای تولید و تشکیل یک محصول جامد پایدار استفاده میگردد.در این روش ?یه های گرافن با رسوب کربن از گازهای هیدروکربنی با زیرآیند فلزی و یا ویفرهای سیلیکونی نظیر سیلیکون کاربید و یا سیلیسیم دی اکسید حاصل می شود. مثالی از این روش، تجزیه‌ی اتیلن روی سطحی از جنس نیکل است.
?-?-? روش از بالا به پایین:
در این روش ورقه های گرافن یا گرافن اص?ح سطحی شده به وسیله ی جداسازی گرافیت و یا مشتقات آن (مانند گرافیت اکسید و یا گرافیت فلوراید)تولید می شود. به طور کلی این روش برای تولید گرافن در مقیاس زیاد به کار می رود و از لحاظ اقتصادی نیز نسبت به روش پیشین مقرون به صرفه تر است.
الف) لایه برداری مکانیکی:
این روش که به‌نام “نوار اسکاتلندی” یا “روش پوست‌کنی” نیز معروف است، ادامه‌ی کارهای قبلی در زمینه‌ی لایه‌لایه‌کردن میکرومکانیکی گرافیت الگودهی‌شده بود. این روش منجر به تولید مقدار اندکی گرافن تا سایز 100 میکرومتر می‌شود که می‌تواند در مطالعات بنیادی، مورد استفاده قرار گیرد. مطابق شکل1-1? (20)(21)
شکل1-1?:تولید گرافن به روش لایه برداری میکرومکانیکی
ب) سنتز شیمیایی:
این روش شامل اکسیداسیون اولیه گرافیت به اکسید گرافیت می باشد. پس از آن اکسید گرافیت به صورت شیمیایی و یا حرارتی به اکسید گرافن (GOx) تبدیل می شود و به دنبال آن با کاهش اکسید گرافن، گرافن ایجاد می شود. این روش برای تولید گرافن در مقیاس و راندمان بالا مناسب می باشد، اما با این وجود روشی وقت گیر می باشد و از واکنشگرهای اکسید کننده و کاهش دهنده ی خطرناک و سمی استفاده می شود. در واقع، اکسید گرافن عایق می باشد و از لحاظ هدایت تفاوت زیادی با گرافن دارد. با وجودی که این گروه های عاملی اکسیدی را می توان با کاهش دادن تا حدی از بین برد، اما مقدار قابل توجهی نقص ساختاری ایجاد می شود که خواص الکترونیکی را تحت تاثیر قرار می دهد.
پ) روش الکتروشیمیایی:
بازکردن نانولوله کربنی: دراین شیوه نانولوله های کربنی چنددیواره و یا تک دیواره به همراه اسید سولفوریک و پرمنگنات پتاسیم چندین ساعت به وسیله هم زن مغناطیسی هم زده می شود که ?یه ها از یک دیگر باز و سپس با روش های حرارتی و یا شیمیایی دیگر احیا شده و ?یه های گرافن تولید می شوند.
تبخیر قوس الکتریکی گرافیت در حضور مخلوط: در این روش با استفاده از ظرفی از جنس فو?د زنگ نزن و با جریان دادن گاز خنثی به درون آن، با اعمال جریان الکتریکی بین دو الکترود گرافیتی، ?یه های گرافن بر دیواره ی ظرف رسوب می کنند.
هریک از این روش‌ها مزایا و معایب خاص خود را دارند.
روش لایه برداری مکانیکی با استفاده از چسب نواری، برای تولید گرافن تک لایه و کم لایه مناسب می باشد اما راندمان تولید پائین می باشد. روش CVD با وجود اینکه پتانسیل زیادی برای تولید گرافن با سطح بزرگ از خود نشان می دهد، اما نیاز به انتقال نمونه به بستر های دیگر از طریق انتقال مکانیکی و یا از طریق فرآوری محلول به منظور ایجاد وسایل سودمند را دارد. این روش پتانسیل زیادی برای تولید مقدار زیادی از گرافن با هدف استفاده برای کاربردهای الکترونیکی را دارا میباشد.


پاسخ دهید