به گزارش ایسنا به نقل از ساینس بلاگ، نانومواد مبتنی بر کربن به لطف سمیت کم، پایداری شیمیایی و خواص الکتریکی و نوری قابل توجه، کاربردهای بیشتری در تجهیزات الکترونیکی، تبدیل و ذخیره انرژی، کاتالیز و زیست پزشکی دارند. "نانو پیازهای کربنی" (CNOs) یقینا از این قاعده مستثنی نیستند. اولین بار در سال ۱۹۸۰ گزارش شد که نانو پیازهای کربنی، نانوساختارهایی متشکل از پوسته های متحدالمرکز فولرن هستند که به قفس هایی درون قفس های دیگر شباهت دارند. آنها کیفیت های جذاب متعددی را مانند رسانایی الکتریکی و حرارتی بالا ارائه می دهند.
روش های مرسوم برای تولید نانو پیازهای کربنی، مشکلات جدی دارند. برخی از آنها به شرایط تولید دشواری مانند دمای بالا یا خلأ نیاز دارند؛ در حالیکه برخی دیگر نیازمند زمان و انرژی زیادی هستند. بعضی از روش ها میتوانند این محدودیت ها را دور بزنند اما در عوض به کاتالیزورهای پیچیده، منابع کربن پرهزینه و شرایط اسیدی یا بازي خطرناک نیاز دارند. این امر، توانایی نانو پیازهای کربنی را تا اندازه زيادي محدود می کند.
جمعی از پژوهشگران "مؤسسه فناوری ناگویا" (Nitech) در ژاپن، راهی ساده و راحت برای تبدیل کردن ضایعات ماهی به نانو پیازهای کربنی با کیفیت بالا یافته اند. آن ها یک روش تولید ابداع کرده اند که در آن، فلس های استخراج شده از ضایعات ماهی بعداز تمیز کردن ، در عرض چند ثانیه از طریق "پیرولیز مایکروویو" (Microwave Pyrolysis) به نانو پیازهای کربنی تبدیل می شوند.
ولی چگونه می توان فلس های ماهی را به این راحتی به نانو پیازهای کربنی تبدیل کرد؟ اگرچه دلیل دقیق آن کاملاً مشخص نیست ولی پژوهشگران بر این باور هستند که این امر به کلاژن موجود در فلس های ماهی مربوط می شود که می تواند تشعشعات مایکروویو کافی را برای افزایش سریع دما جذب کند. این فرآیند به تجزیه حرارتی یا پیرولیز می انجامد و گازهای خاصی را تولید می کند که از تولید نانو پیازهای کربنی پشتیبانی می کنند. نکته قابل توجه در مورد روش مذکور این است که به کاتالیزورهای پیچیده، شرایط سخت و زمان انتظار طولانی نیاز ندارد. فلس های ماهی را می توان در کمتر از ۱۰ ثانیه به نانو پیازهای کربنی تبدیل کرد.
به علاوه، این فرآیند می تواند نانو پیازهای کربنی با بلورینگی بسیار بالا تولید کند. دستیابی به این امر در فرآیندهایی که از ضایعات زیست توده بعنوان ماده اولیه استفاده می کنند، بسیار دشوار است. نتیجه این کار در تضاد کامل با سطح نانو پیازهای کربنی است که با روش های مرسوم تهیه میشوند و تولید آن ها باید از طریق مراحل اضافی صورت بگیرد.
این عملکرد خودکار، پیامدهای مهمی را برای کاربرد نانو پیازهای کربنی دارد. زمانی که سطح نانو پیازهای کربنی عملکردی نداشته باشد، نانوساختارها به دلیل یک تعامل جذاب تمایل دارند به هم بچسبند. این امر، پراکندگی آنها را در حلال ها دشوار می کند که در هر برنامه ای که به فرآیندهای مبتنی بر راه حل نیاز دارد، ضروری است. با وجود این، از آنجا که فرآیند پیشنهادی به تولید نانو پیازهای کربنی اصلاح شده می پردازد، امکان پراکندگی در حلال های مختلف را فراهم می کند.
یکی دیگر از مزیت های مرتبط با عملکرد و بلورینگی بالا، ویژگی های نوری استثنایی است. دکتر "تاکاشی شیرای" (Takashi Shirai)، از پژوهشگران این پروژه گفت:نانو پیازهای کربنی، تابش نور مرئی با بازدهی ۴۰ درصد را نشان می دهند. این مقدار که پیشتر هرگز به دست نیامده بود، حدود ۱۰ برابر بیشتر از عملکرد نانو پیازهای کربنی پیشین است که از طریق روش های مرسوم تولید شده اند.
این گروه پژوهشی برای نمایش برخی از کاربردهای عملی نانو پیازهای کربنی خود، استفاده از آن ها را در لامپ های ال ای دی و لایه های نازک ساطع کننده نور آبی نشان دادند. نانو پیازهای کربنی، انتشار بسیار پایداری را هم در دستگاه های جامد و هم زمانی که در حلال های مختلف از جمله آب، اتانول و ایزوپروپانول پراکنده شدند، تولید کردند.
شیرای ادامه داد: خواص نوری پایدار میتوانند به ما کمک کنند تا لایه های انعطاف پذیر تابشی و دستگاه های LED را بسازیم. این یافته ها، روزنه های جدیدی را برای توسعه نمایشگرهای نسل بعدی و نورپردازی حالت جامد خواهند گشود.
روش تولید پیشنهادی، سازگار با محیط زیست است و راه ساده ای را برای تبدیل کردن ضایعات ماهی به مواد بی نهایت سودمند ارائه می دهد. پژوهشگران باور دارند که پژوهش آنها به تحقق چندین هدف سازمان ملل در جهت توسعه پایدار کمک می کند. علاوه بر این ، اگر نانو پیازهای کربنی به نسل بعدی نورپردازی LED و نمایشگرهای QLED راه پیدا کنند، می توانند هزینه های ساخت خود را کاهش دهند.
این پژوهش، در مجله "Green Chemistry" به چاپ رسید.
- 15
- 1
