سنتز سبز، شناسایی و اندازه گیری خواص نوری نانوذرات سریا

نانوذرات به علت خواص مکانیکی، فیزیکی و شیمیایی, بسیار متفاوت از همتاهای توده ی خود عمل می کنند و در حوزه ی مواد مورد توجه زیادی قرار گرفته اند. این تفاوت به دلیل تعداد قابل توجه اتم های سطحی که در مقایسه با نمونه های توده، خواص الکترونی و ساختاری متفاوت دارند، می باشد. در میان نانوذرات با ماهیت های متفاوت، نانوبلورهای نیمه هادی به علت تغییر خواص نوری و الکترونیکی آن ها از طریق محدودیت سه بعدی حامل های بار، بسیار مورد توجه قرار گرفته اند. یکی از ویژگی های نیمه هادی ها در مقیاس نانو، افزایش گاف انرژی آن ها با کاهش اندازه ی آن هاست. بنابراین، انعطاف پذیری گاف انرژی در نانو نیمه هادی ها آن ها را به ابزار مناسبی برای زمینه های مختلف کاربردی تبدیل می کند. اکسید سریم، سریا، یکی از نانو ذرات مورد توجه است که دارای خواص جذاب بسیاری است. سریا یک ماده ی دیر گداز شناخته شده با ساختار مکعبی فلوریت است. سریا می تواند به عنوان ماده ی هادی یون اکسیژن عمل کند. در سریا، جای خالی ذاتی از طریق حضور یون های ce3+ در شبکه ی فلوریت به علت تعادل کاهشی ce4+/ce3+، تشکیل می شود، در حالی که جای خالی عارضی از طریق جانشینی یون ها در شبکه ی سریا ایجاد می شود. خاصیت ویژه ی اکسید سریم برای تبادل برگشت پذیر اکسیژن یک ویژگی کلیدی برای اکثر کاربرد های آن است. نقطه ی ذوب بالا (oc 2400)، مزیت دیگری برای کاربرد های سریا در دمای بالا است. همچنین سریا در دماهای بالا پایدار است و سختی زیادی دارد. نانوذرات سریا با این خواص قابل توجه، در پزشکی، شیمی، محیط زیست، انرژی، اطلاعات، صنعت و غیره قابل کاربرد هستند. روش های متفاوتی برای تهیه ی این ماده ی ارزشمند نظیر سنتز الکتریکی، تراکم گاز، روش گداختن، هیدروترمال، رسوب گیری، روش مکانوشیمیایی، روش های سل- ژل، روش های مایکروویو، روش های سونوشیمیایی و غیره وجود دارد. در کار حاضر، از روش حرارت دهی توسط مایکروویو برای بدست آوردن نانو ذرات سریا استفاده شده است. حرارت دهی مایکروویو یک نوع حرارت دهی یکنواخت است و استفاده از این روش منجر به تهیه ی محصولات خالص می شود. در بین روش های متفاوت حرارت دهی، مایکروویو مزیت هایی نظیر حرارت دهی سریع، سرعت های واکنش بالاتر، انتخاب پذیری بیشتر، بهره ی بالاتر محصول و صرفه جویی در مصرف انرژی دارد. در این کار مایعات یونی 1- اتیل 3- متیل ایمیدازولیوم بیس (تری فلوئورومتیل سولفونیل) ایمید، 1- بوتیل 3- متیل ایمیدازولیوم بیس (تری فلوئورومتیل سولفونیل) ایمید و 1- هگزیل 3- متیل ایمیدازولیوم بیس (تری فلوئورومتیل سولفونیل) ایمید به علت خواص جالب نظیر پایداری حرارتی خوب، فشار بخار ناچیز، هدایت یونی بالا و غیره در محیط واکنش استفاده شدند. مایعات یونی فشار بخار ناچیزی دارند و بنابراین محیط سبزی برای واکنش ایجاد می کنند. هدف اصلی کار اخیر استفاده ی همزمان از مزیت های مایعات یونی و مایکروویو برای تهیه ی بلورهای نانو سریا با میانگین اندازه ی 7 نانومتر است. خواص نوری نانوذرات تهیه شده توسط طیف سنجی ماوراء بنفش-مرئی و طیف سنجی نشری انعکاسی مورد بررسی قرار گرفت. طیف سنجی ماوراء بنفش-مرئی یک روش مناسب و راحت برای برآورد گاف انرژی است ولی نقاط ضعفی نیز دارد. در نمونه های کلوییدی چون سطح بیشتری در معرض تابش نور است، اثرات پراکندگی افزایش می یابد. بنابراین، نور پراکنده شده به عنوان نور جذب شده به حساب می آید و روش جذب نوری بین این دو پدیده، جذب وپراکندگی، هیچ تفاوتی قائل نمی شود. به علاوه، اگر اندازه ی ذره در نمونه به اندازه ی کافی کوچک نباشد، رسوب می کند و تفسیر طیف جذبی بسیار مشکل می شود. استفاده از طیف سنجی نشری انعکاسی به منظور جلوگیری از این پیچیدگی ها مناسب است. روش طیف-سنجی نشری انعکاسی به نمونه ی پودری که در محیط مایع پراکنده شده باشد نیازی ندارد بنابراین ماده آلوده یا مصرف نمی شود. گاف های انرژی نمونه های نانوسریا با هر دو روش طیف سنجی ماوراء بنفش-مرئی و طیف سنجی نشری انعکاسی تعیین شد و با هم مقایسه شدند. هر دو روش روند مشابهی برای تغییرات گاف انرژی با اندازه ی نانو ذرات برای نمونه های مختلف نشان دادند