تحلیل و کنترل فرایند سنتز نانوساختارهای zno تحت تابش فراصوت و بررسی ویژگی های حسگری گاز و آنتی باکتریال
چکیده
در این رساله اثرات امواج فراصوت بر سنتز نانو ذرات اکسید روی مورد بررسی قرار گرفته است. پروب تیتانیومی به عنوان مولد توان بالا و حمام به عنوان مولد با توانهای متغیر و متنوع مورد آزمایش و برای دستیابی به امواج فراصوتی توان پایین یکنواخت یک راکتور کروی طراحی و ساخته شد. سپس از دو روش الکتروشیمیایی و همرسوبی برای سنتز و رشد نانوذرات اکسید روی جهت مقایسه در حضور و عدم حضور امواج فراصوت استفاده شده است. در حضور فراصوت در روش الکتروشیمیایی، زمان تشکیل هسته اولیه نانوذرات تا 10 برابر کاهش و میزان نانوذرات تولیدی در زمان های سنتز برابر تا 10 برابر افزایش می یابد. در سنتز این نانوساختارها به روش هم رسوبی، نتایج نشان می دهد که تحت تابش امواج فراصوت با توان پایین، مکعب شعاع نانو ذرات با زمان به صورت خطی افزایش می یابد. نرخ رشد در حضور امواج فراصوت با توان پایین و در عدم حضور این امواج، افزایش بیش از 2 برابری را نشان می دهد. در امواج فراصوتی با توان بالا، کمیتی با عنوان "ثابت زمانی رشد" تعریف و رابطه ریاضی آن بدست آمده که بررسی این رابطه رشد نانوذرات با گذشت چند ثابت زمانی رشد، متوقف می گردد. بر حسب وات الکتریکی و حجم تحت تابش این امواج، ثابت زمانی از min11.9 تا min 1.71 متغیر است. روشکرد رشد نانوساختارها و فرموله سازی رشد، با استفاده از پارامترهای مفید فراصوت در این رساله انجام شده است. در ادامه پژوهش کاربرد های حسگری گاز های الکلی و خاصیت آنتی باکتریال دو نوع نانو ساختار سنتز شده کاملاً متمایز با اشکال صفحه و کره و ذرات میکرونی، مورد آزمایش و بحث قرار گرفتند. نتایج حسگری گاز نشان داد که حسگرهای ساخته شده با نانوساختارها، زمان پاسخ و بازیابی سریعتری نسبت به نمونه ساخته شده با ذرات میکرونی دارند. همچنین استفاده از اتصالات اینتردیجیتال منجر به پاسخ حسگر در برابر غلظت های اندک گاز در حدود ppm 75 می شود، در حالیکه اتصالات دو الکتروده در برابر غلظت های بیشتر از ppm 500 حساسیت نشان می دهد. بررسی های انجام شده در مورد خواص آنتی باکتریالی نشان می دهد که نانوساختارها، نسبت به ذرات میکرونی اکسید روی خاصیت ضد میکروبی بهتری در مقابله با باکتری های گرم مثبت دارند. در بین نانوذرات کروی و نانو صفحات، نمونه های ریزتر، عملکرد ضد میکروبی بهتری داشته اند. تفاوت بین نانوذرات کروی و نانو صفحات نیز کم و در این باره نیز نانو ذرات اثر مهار کننده بالاتری دارند. همچنین حضور امولسیون کننده می تواند منجر به افزایش عملکرد ضد میکروبی نانو ذرات تا 2 برابر شود.