ویژگی‌ها و کاربردهای نانوذرات دوفلزی

به تازگی نانوذرات دوفلزی (bimetallic) بسیار مورد توجه جامعه علمی قرار گرفته است. این یک حوزه مطالعه علمی نسبتاً جدید است که طیف گسترده‌ای از کاربردها در زمینه‌های مختلف علوم و فناوری را در برمی‌گیرد.

ویژگی‌ها و کاربردهای نانوذرات دوفلزی

همانطور که از نام آن پیداست، نانوذرات دوفلزی با ترکیب دو نانوذره فلزی مختلف سنتز می‌شوند. ویژگی‌های نانوذره دوفلزی به نانوذرات فلزی تشکیل‌دهنده و اندازه نانومتری آنها بستگی دارد.

در حال حاضر دانشمندان در حال آزمایش سنتز این نانوذرات با استفاده از روش‌های ابتکاری متفاوت هستند. آن‌ها همچنین بر توسعه نانوذرات دوفلزی به صورت اشکال مختلف مانند پوسته-هسته، آلیاژ و سنگدانه تماسی (contact aggregate) تمرکز دارند. دلیل اینکه این نانوذرات مورد توجه بسیاری از مجامع علمی قرار گرفته این است که می‌توان با استفاده از دوفلزی شدن (bimetallization)، درجه آزادی دیگری ایجاد کرد.

ویژگی‌های نانوذرات دوفلزی

خواص نانوذرات دوفلزی می‌تواند به طور قابل‌توجهی با نانوذرات تک‌فلزی عنصری متفاوت باشد. برخی از این ویژگی‌ها در زیر توضیح داده می‌شوند؛

 

ویژگی‌های کاتالیزوری

ترکیب نانوذرات فلزی مختلف منجر به تشکیل نانوذرات دوفلزی با خواص کاتالیزوری بیشتر می‌شود. چنین خصوصیاتی برای پیشرفت‌های علمی و فناوری بسیار مفید هستند. به عنوان مثال، ترکیبی از غلظت اتمی یکسان از نانوذرات طلا و نانوذرات نقره در واکنش‌های کاتالیزوری مختلف برای افزایش مساحت سطح و کاهش چگالی استفاده می‌شود.

 

ویژگی‌های نوری

جفت شدن پلاسمونی بین نانوذرات ویژگی نوری جالبی را بوجود می‌آورد. الکترون‌های برانگیخته سطح، جذب مشخصه‌ای را نشان می‌دهند که منجر به پراکندگی نانوذرات رنگی می‌شود. طول‌موج جذب تشدید پلاسمون سطحی (SPR) به عناصر منفرد وابسته است. SPR نانوذرات دوفلزی، توزیع داخلی عناصر را نشان می‌دهد.

 

ویژگی‌های آنتی‌باکتریال

مهم‌ترین ویژگی مشخصه نانوذرات این است که آن‌ها می‌توانند به سلول‌ها نفوذ کرده و یون‌های فعال زیستی را آزاد نمایند. نانوذرات دوفلزی طلا-نقره علیه باکتری‌های بیماری‌زا مانند مانند استافیلوکوکوس اورئوس و کلبسیلا پنومونیه فعالیت آنتی‌باکتریالی با کیفیت بالاتری را نشان می‌دهند.

 

رسانایی گرمایی

نانوسیالات، متشکل از نانوذرات دوفلزی طلا -نقره در آب، رسانایی گرمایی سیالات را افزایش می‌دهند.

 

مثال‌هایی از نانوذرات دوفلزی

دانشمندان در حال توسعه نانوذرات دوفلزی جدید با ویژگی‌های مطلوب هستند. برخی از نمونه‌های این نانوذرات در زیر بحث شده است؛

 

نانوذرات دوفلزی مبتنی بر پلاتین

نانوذرات پلاتین (Pt) کاتالیزورهای مهمی هستند که به طور گسترده به صورت تجاری مورد استفاده قرار می‌گیرند. این مواد به ویژه در مبدل کاتالیزوری خودرو برای نسبت سطح به حجم بالای خود استفاده قرار می‌شوند. با این حال، پژوهشگران برای افزایش کارایی الکترودهای مبتنی بر پلاتین، کاتالیزورهای نانوذره‌ای دوفلزی مبتنی بر پلاتین را توسعه داده‌اند. آلیاژهای Pt-X (-X طلا، نقره، مس و غیره) دارای بازده کاتالیزوری بسیار بالایی هستند.

 

نانوذرات دوفلزی مبتنی بر نیکل

نانوذرات نیکل به دلیل کم هزینه بودن، پایداری زیاد و ویژگی‌های مغناطسی و کاتالیزوری خود مورد استفاده قرار می‌گیرند. بسیاری از این ویژگی‌های شگفت‌انگیز هنگامی بدست می‌آید که نیکل به فلزات دیگر متصل شود. پژوهشگران دریافته‌اند که با تغییر نسبت‌های استوکیومتری نیکل و فلزات در یک نانوذره دوفلزی مبتنی بر نیکل، مانند نیکل-قلع و نیکل-مس می‌توان بازده واکنش‌های مختلف را به طور چشمگیری بهبود بخشید.

 

نانوذرات دوفلزی مبتنی بر طلا

از نانوذرات طلا به طور گسترده به عنوان حسگر زیستی و کاتالیزور استفاده قرار می‌شود. به تازگی، نانوذرات دوفلزی طلا-پالادیوم، ویژگی‌های الکتروشیمیایی، کاتالیزوری و ساختاری امیدوارکننده‌ای از خود نشان داده‌اند. نانوذرات طلا-مس به توسعه حسگرهای مختلف پزشکی و زیست پزشکی کمک می‌کنند. از نانوذرات دوفلزی طلا-نقره برای تشخیص گلوکز در سطح خون و نشان دادن ویژگی نورتابی شیمیایی (chemiluminescence) استفاده می‌شود.

 

نانوذرات دوفلزی مبتنی بر آهن

کاتالیزور دوفلزی مس-آهن فعالیت کاتالیزوری بالایی را نشان می‌دهد.

 

کاربردهای نانو ذرات نانو دوفلزی

کاربردهای پزشکی

سیستم دارورسانی کنترل‌شده نقش مهمی در درمان بیماری‌های مختلف از جمله سرطان ایفا می‌کند. تمرکز اصلی این فرآیند دارورسانی بر حفظ سازگاری زیستی در طول فرآیند درمانی و اختصاصی بودن (specificity) آن است. نانوذرات مغناطیسی دوفلزی در دارورسانی کنترل‌شده مورد استفاده قرار می‌گیرند. این نانوذرات ویژگی اختصاصی بودن بالایی ارائه می‌دهند.

هنگامی که نانوذرات مغناطیسی دوفلزی به بدن تزریق می‌شوند، تحت تأثیر یک میدان مغناطیسی خارجی که در حذف سلول‌های آلوده مشارکت می‌کنند به محل مورد نظر می‌رسند. اضافه کردن پروتئین‌ها یا آنتی‌بادی خاص به سطح نانوذرات دوفلزی، اختصاصی بودن ویژه‌تر و هدف‌گیری جهت‌دار ایمونولوژیکی را فراهم می‌کند. از نانوذرات دوفلزی مبتنی بر آهن می‌توان برای بهبود MRI سلول‌های سرطانی استفاده کرد. نانوذرات دوفلزی حاوی طلا و نقره در روش‌های درمانی نورگرمایی سرطان در شرایط درون‌تنی (in vivo) و برون‌تنی (in vitro) به کار می‌روند.

در علوم داروسازی، این نانوذرات به منظور کاهش سمیت و عوارض جانبی داروها استفاده می‌شوند.

 

کاربردهای مکانیکی

نانوکامپوزیت دوفلزی، در مقایسه با نانوذرات تک‌فلزی خواص مکانیکی مختلفی را ارائه می‌دهند. آن‌ها روشی مؤثر برای اصلاح سطحی فراهم می‌کنند که کیفیت نانوساخت و نانوتولید را افزایش می‌دهد. نانوکامپوزیت‌های دوفلزی که تحت نفوذ نیروی خارجی تهیه می‌شوند، خواص ضد خوردگی ارائه می‌دهند و موجب ایجاد خواص جدید دیگری می‌شوند. ویژگی‌های مکانیکی این نانوذرات به ترکیب شیمیایی، اندازه ذرات، سختی، آرایش اتم‌ها، چسبندگی سطحی، اصطکاک و مدول الاستیسیته بستگی دارد.

 

دستگاه‌های الکترونیکی

نانوذرات دوفلزی در تولید وسایل الکتریکی مورد استفاده قرار می‌گیرند. این امر به دلیل کوچک بودن ذرات نانو است که مساحت سطح بیشتری را فراهم می‌کند، که به نوبه خود، رسانایی بالایی را ارائه می‌دهد.

مساحت سطح زیاد به ساخت ابرخازن‌ها کمک می‌کند. مزایای اصلی استفاده از نانوذرات دوفلزی در دستگاه‌های الکترونیکی عبارتند از؛ کاهش وزن و ضخامت، کاهش اندازه ترانزیستورهای مورد استفاده در مدارهای مجتمع، افزایش تراکم تراشه‌های حافظه، بهبود صفحه‌های نمایش، کاهش مصرف برق، کاهش هزینه و دسترسی آسان.

 

کلرزدایی

نانوذرات دوفلزی حاوی نیکل و آهن به کلرزدایی (dechlorination) مونوکلروبنزن کمک می‌کنند.

 

سنجش الکتروشیمیایی

برای سنجش الکتروشیمیایی پراکسید هیدروژن از نانوکامپوزیت‌های پلاتین/ ایریدیم-کربن (Pt/Ir-C) استفاده می‌شود.

 

محصولات آرایشی-بهداشتی

نانوذرات دوفلزی در بسیاری از ضد آفتاب‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرند.

 

پاکسازی محیط زیست از مواد سمی

از نانوذرات دوفلزی به عنوان کاتالیزور برای پاکسازی محیط زیست از مواد سمی استفاده می‌شود.