ارائه روشی برای مطالعه تغییر نانوذرات در حین انجام واکنش !

[∆ MeRzaD ∆]

محققان موسسه استاندارد و فناوری آمریکا (NIST) با ترکیب دو روش آزمایشگاهی مختلف – پراش نوترونی و اندازه‌گیری الکتروشیمیایی – موفق شدند تغییرات ساختاری را در نانوذراتی که در حال واکنش شیمیایی هستند، مشاهده کنند. با این روش جدید می‌توان به‌صورت مستقیم اندازه ذرات، شکل و تجمع آنها را در تمام نمونه یکسان کرد. همچنین این روش محققان را قادر می‌سازد تا نانوذرات با کاربردهای ویژه را طراحی کنند و یا نانوذراتی برای مطالعات سم شناسی تولید کنند.

نانوذرات دارای فرصت‌ها و چالش‌های مهندسی منحصر به‌فردی هستند، دلیل این امر ابعاد کوچک آنها است که موجب می‌شود خواص فیزیکی متفاوتی نسبت به مواد توده‌ای داشته باشند. یکی از دغدغه‌های پژوهشگران آن است که بفهمند این تغییر خواص چه چیز‌هایی بوده و چگونه می‌توان آنها را به اندازه و ساختار ذره نسبت داد.
 
محققان مرکز NIST به واکنش اکسیداسیون و احیاء نانوذرات روی علاقه نشان دادند. این ماده به‌وفور در حوزه‌های مختلف استفاده می‌شود. واکنش اکسیداسیون و احیاء یکی از بخش‌ها در تقسیم‌بندی واکنش‌ها است که در آن الکترون از یک اتم یا مولکول به دیگری انتقال می‌یابد. ویژگی‌های واکنش اکسیداسیون و احیاء تعیین کننده مسیر یک واکنش شیمیایی است. خیلی از واکنش‌های زیستی مبتنی بر این سیستم هستند. واکنش اکسیداسیون و احیاء‌های بیوشیمیایی متعددی وجود دارند که بسیار معروف هستند. اطلاعات زیادی در باره این واکنش‌های وجود دارد اما هیچ اطلاعاتی درباره تاثیر نانوذرات روی واکنش اکسیداسیون و احیاء وجود ندارد.

پژوهشگران NIST می‌دانستند که می‌توان با استفاده از "پراش نوترونی زاویه کم" اندازه، شکل و پراکندگی نانوذرات را درون یک محلول مشاهده کنند. با این روش علاوه بر اطلاعات فوق، می‌توان اطلاعات ساختاری درباره خود محلول به‌دست آورد. همه این کارها به‌صورت زنده قابل رصد است.

مشکلی که این روش دارد آن است که اندازه‌گیری‌ها را به‌صورت توده‌ای انجام می‌دهد اما واکنش‌های الکتروشیمیایی به‌صورت منطقه‌ای انجام می‌شود بنابراین باید محدوده کار اندازه‌گیری را در روش پراش نوترونی زاویه کم، افزایش داد. برای این کار محققان از کربن شیشه‌ای شبکه‌ای استفاده کردند، این ماده به‌صورت اسنفجی و متخلخل است بنابراین می‌توان سطحی که واکنش در آن رخ می‌دهد را افزایش دهد. از آنجایی که این ماده در برابر نوترون شفاف است بنابراین نویز زیادی را به کار اضافه نمی‌کند. از سوی دیگر این شبکه متخلخل کربنی در آب پایدار است بنابراین می‌توان واکنش‌های آبی نانوذرات را با آن مطالعه کرد.