معرفی و کاربرد محصول گرافن کوانتوم دات

کربن را می‌توان یک عنصر استثنائی در جدول تناوبی دانست. شیمی گسترده ترکیبات کربنی تا به آن حد است که یکی از گرایش‌های رشته شیمی با عنوان شیمی آلی به‌طور کامل به بررسی ترکیبات این عنصر از جدول تناوبی می‌پردازد. پیوند کوالانسی هر اتم کربن با انواع دیگر اتم‌ها یا اتم‌های کربن دیگر، ساختا­رهای نامحدود و بسیار متنوعی را ایجاد می­کند.

از جهت دیگر بسیاری از ترکیباتی که در طبیعت طی روش‌های طبیعی سنتز، ساخته می‌شوند نیز از خانواده ترکیبات آلی (کربنی) هستند. گستره وسیعی از ترکیبات شامل ترکیبات متنوع نفتی تا مواد دارویی و بسپارهای آلی زیرمجموعه ترکیبات کربن قرار می‌گیرند. در نانوفناوری نیز، ترکیبات کربنی دسته مهم و مشخصی را به خود اختصاص می‌دهند که با عنوان نانوساختارهای کربنی خوانده می‌شوند.

نانوساختارهای کربنی خصوصیات فیزیکی-شیمیایی منحصر به فردی از خود نشان می‌دهند و نقش گسترده‌ای در زمینه فناوری‌های نوین و پیشرفته دارند. مطالعه شیمی پایه ترکیبات کربنی می‌تواند راهگشای درک بسیاری از خصوصیات نانوساختارهای کربنی و همچنین اصلاح ساختاری آن­ها باشد.

ساختارهای کربنی گستره وسیعی از تنوع و کاربرد را در شیمی به خود اختصاص داده‌اند. این گستردگی به‌دلیل شیمی خاص اتم‌های کربن است. کربن در انواع میکروسکوپی مختلفی وجود دارد، ترکیباتی همچون گرافیت، الماس، کربن‌های بی‌شکل (آمورف)، فولرن (Fullerene)، نانوالیاف کربنی  (Carbon Nanofibers, CNFs)، نانولوله‌های کربنی (Carbon Nanotubes, CNTs)  و گرافن (Graphene) از این دسته‌اند. گرافن جدیدترین عضو خانواده مواد کربنی گرافیتی چند بعدی است.

فولرن به‌عنوان یک نانوماده صفر بعدی (D)، نانولوله‌های کربنی به‌عنوان نانوماده یک بعدی (1D) و گرافیت به‌عنوان یک ماده سه بعدی (3D) در نظر گرفته می‌شوند. فرم‌های مختلف کربنی می­‌توانند از نظر ساختار و خصوصیات بسیار متفاوت باشند.

کربن و مشتقات آن از گرافیت تا نانولوله کربن و فولرن، و دو عضو جدید خانواده کربن، گرافن و مواد کربن لومینسیستی در سال  2004، به­عنوان یکی از عناصر ضرووری ارگانیسم­های زنده، صنعت و جامعه، همیشه در زمینه توسعه علم و فناوری مدرن نقش مهمی دارند. گرافن به دلیل خواص عالی الکتریکی، مکانیکی و نوری، در دهه گذشته موجب توجه فراوانی شده است.

کوانتوم دات

هنگامی که ابعاد یک ماده به صورت پیوسته از مقیاس بزرگ به مقیاس کوچک کاهش یابد، خواص ماده در ابتدا ثابت می‌ماند، اما به تدریج با نزدیک شدن این ابعاد به محدوده‌ی نانو (محدوده‌ی بین ۱ تا ۱۰۰ نانو متر) خواص ماده تغییرات چشم‌گیری می‌یابد. همان طور که می‌دانیم همه‌ی مواد پیرامون ما دارای سه بعد هستند. اگر یک بعد ماده تا مقیاس نانو کوچک شود اما دو بعد دیگر در مقیاس بزرگ باشد، ساختاری پدید می‌آید که آن را چاه کوانتومی می‌گوییم. هر گاه دو بعد ماده تا مقیاس نانو کوچک شود اما یک بعد دیگر در مقیاس بزرگ باشد، ساختار حاصل را سیم کوانتومی می‌گوییم. و در نهایت، هر گاه هر سه بعد ماده در مقیاس نانومتری قرار گیرد، ساختار حاصل را نقطه‌ی کوانتومی می‌نامیم. در واقع؛ نقاط کوانتومی کریستال‌هایی در حد نانو هستند که ویژگی اصلی آن انتشار نور است. البته باید توجه کنیم که فقط ورود یک یا دو یا سه بعد از ابعاد یک ماده به محدوده‌ی نانومتری، موجب نمی‌شود که ما آن ساختار را کوانتومی بنامیم؛ بلکه این ابعاد باید آن قدر کوچک شوند که خواص ماده از قوانین فیزیک کلاسیک قابل توجیه نباشند و فقط فیزیک کوانتوم بتواند رفتار ماده را توجیه کند.

انواع کوانتوم دات ها

1) کوانتوم دات­های فلزی

موادی از قبیل سولفید سرب، سولفید روی، فسفات ایندیوم، آرسنیک ایندیوم، تلورید کاد میوم، سلنید کادمیوم،سولفید کادمیوم هستند که این مواد بسته به اندازه وطول موج معینی از نور،پس از تحریک الکترونها با استفاده از یک منبع خارجی از خود نور ساطع می کنند.

برخی نقاط کوانتومی نیزبه صورت ساختارهای هسته- پوسته هستند؛ نظیر نقاط کوانتومی  CdSe(سلنید کادمیوم) که در هسته قرار داشته وبه وسیله پوسته ای از جنس  ZnS(سولفید روی) پوشیده می­شود و توانایی نشر نور به رنگ­های مختلف را دارد.ویا از فرم­های ویژه ای از سیلیکا به نام ormosil که هسته وپوسته به وسیله لایه ای پلیمری پوشیده می­شوند.

2)کوانتوم دات­های کربنی

این دسته از کوانتوم دات­ها شامل سه دسته گرافن کوانتوم دات، کربن نانو دات و پلیمردات­ها هستند.

کوانتوم دات­های کربنی (CQDs) یک کلاس جذاب از نانوکربن­های  به تازگی کشف شده­اند که شامل نانوذرات شبه کروی گسسته با اندازه کمتر از 10نانومتر را تشکیل می­دهند. آن­ها دارای چند ویژگی مطلوب هستند مانند انتشار نور و وابسته به اندازه و طول موج ، سهولت تولید، زیست سازگاری و مواد اولیه ارزان و فراوان هستند.

در این حوزه به­طور مکرر پیشرفت­های قابل توجهی در طول چند سال گذشته صورت گرفته است. دلیل اصلی گسترش کربن نانودات­ها که اخیرا توجهات بسیاری را به خود جلب نموده اند، فلوئورسانس بسیار قوی آن­ها می­باشد به همین دلیل به آن­ها کربن­های فلوئورسنت نیز اطلاق می­شود.

از زمان کشف اولیه کربن نانودات­ها، مطالعات بسیاری در زمینه روش­های تهیه این نانوساختارها صورت پذیرفته است و گروه­های تحقیقاتی متعددی در تلاش­اند تا به درک بهتری از جایگاه و رفتار نوری این ترکیبات همراه با دست یابی به روش­های سنتز بهتر و گسترش کاربردهای این نانو مواد تازه ظهور دست یابند.

خصوصیات منحصر به فرد کربن نانوکریستال­ها در پزشکی قابل استفاده است، زمینه­هایی مانند تصویربرداری زیستی و حسگرهای نوری. ابعاد کوچک و ویژگی­های زیست سازگاری آن­ها را قادر می­سازد تا به­طور موثر به عنوان حامل­های مؤثر برای تحویل دارو عمل کنند، همچنان که خواص کاتالیزوری و فیزیک­وشیمیایی آنها در چندین زمینه زیست پزشکی کاربرد دارد. همچنین با توجه به این­که اندازه ذرات کربن نانودات­ها کمتر از nm10 می­باشد، باعث افزایش خواص کاتالیزوری به دلیل دارابودن سطح ویژه بالا می­باشند.

مطالعات انجام شده در کربن کوانتوم­دات­ها در جنبه های شیمی، فیزیک، مواد، زیست شناسی و علوم میان رشته­ای در دهه گذشته مورد توجه بوده است. اجزای ساختار کوانتومی، ساختار و ویژگی­های متنوع آن­ها را مشخص می­کنند، به طور معمول، کربن کوانتوم­دات­ها­ حاوی گروه­های کربوکسیلیک اسید روی سطح هستند، بنابراین آن­ها دارای حلالیت عالی در آب و مناسب برای عامل دارکردن با گونه­های مختلف آلی، پلیمری، معدنی یا بیولوژیکی هستند. همچنین نقاط کوانتومی پلیمری، پلیمرهای شبکه­ای یا مجتمع  تهیه شده از مونومر خطی یا پلیمری هستند. این نوع نقاط از تجمع هسته کربن و زنجیر پلیمری متصل شکل می­گیرند.

کوانتوم دات های پایه کربنی به دلیل زیست سازگاری، انعطاف پذیری شیمیایی، هدایت حرارتی و الکتریکی بالا و فلورسانس قوی آن­ها در صنایع مختلف الکتریکی، شیمیایی، تصویربرداری زیستی، دارورسانی، حسگرهای نوری و به عنوان کاتالیزور در واکنش­های شیمیایی کاربرد دارد. از این ترکیبات می­توان به عنوان آنتی یووی در صنایع بسته بندی و همچنین به دلیل خاصیت انتی باکتریال آن­ها در محصولات گندزدا مورد استفاده قرار گیرد. با توجه به خواص نوری این ترکیبات در مونیتورینگ دارورسانی و همچنین در صنعت در تولید محصولات نوری مانندLEDها مورد استفاده قرار گیرد. با توجه به خواص هدایت الکتریکی و حرارتی این ترکیبات می­توان از آن­ها به عنوان افزودنی برای تولید رنگ های هادی و رنگ های ضد رادار استفاده کرد. از جمله کاربردهای دیگر این ترکیبات به دلیل وجود ویژگی­های هدایتی می­توان در رسانا کردن پلیمرهای عایق در صنایع لاستیک سازی و یا پلیمرهای بافت مصنوعی استفاده نمود. همچنین با توجه به این خواص هدایتی نانومواد می توان به عنوان افزودنی در روغن های صنعتی برای فزایش راندمان ضریب انتقال حرارتی استفاده نمود

این ترکیبات از روش­هایی که به اصطلاح بالا به پایین  نامیده می­شوند، تهیه می شدند که در آن­ها با استفاده از روش­های برش لایه های گرافیتی در حضور اکسنده های قوی کوانتوم دات­ها حاصل می­­شدند. در سال­های بعد از روش­های جدیدتری از جمله روش­های  الکتروشیمیایی و پلاسمایی برای تهیه این ترکیبات استفاده شد که البته تمامی روش­های ذکرشده به­دلیل هزینه­های بالا و صرف مدت زمان طولانی باعث محدودیت استفاده از این نانوذرات در صنایع مختلف شده است و از آن­جایی که این نانو ذرات ارزشمند به دلیل خواص منحصر به فرد خود جایگاه ویژه­ای در نانوتکنولوژی پیدا کرده اند و می توان گفت آینده نانوتکنولوژی در انحصار کوانتوم دات­هاست، وارد نشدن صنایع مختلف کشور در این حوزه باعث دور افتادن از این  علم پیشرفنه خواهد شد. ولی در سال­های اخیر خوشبختانه روش­های ساده و ارزان تر که به اصطلاح روش­های پایین به بالا نامیده می شوند، طراحی شده­اند که در این روش­ها  از مواد اولیه کربنی برای تولید کوانتوم دات­های پایه کربنی استفاده می­شود، البته این روش­ها هنوز در مقیاس آزمایشگاهی هستند و تولید این کوانتوم دات ها در مقیاس صنعتی می­تواند کمک بسیاری به استفاده از نانوتکنولوژی در صنایع مختلف کشور کند، چرا که تمایل به استفاده از این ترکیبات به دلیل کاربردهای گسترده در صنایع مختلف و پزشکی روز به روز در حال افزایش است.

شرکت شیمی صنعت رشد سهند با داشتن سال ها تجربه در زمینه سنتز و تولید صنعتی کوانتوم دات های پایه کربنی اولین شرکت تولید کننده صنعتی این محصول با تاییدیه نانو مقیاس از معاونت علمی فناوری ریاست جمهوری در کشور می باشد. همچنین با توجه به کاربردهای بسیار وسیع این ترکیب در زمینه های مختلف، موفق به کاربردی کردن این نانودرات در زمینه سنسورهای زیستی، تصویربرداری زیستی، پلیمر و مهندسی بافت و تولید انواع کاتالیزورهای شیمیایی شده است.

جهت مشاهده بیشتر مطالب اینجا کلیک کنید

www.shimisanat.com