شش روش اصلاح عمده نانو اکسید روی
نانو اکسید روی نوع جدیدی از مواد شیمیایی معدنی ریز کاربردی است. به دلیل اندازه ذرات کوچک و سطح ویژه بزرگ، دارای خواص فیزیکوشیمیایی منحصر به فردی در شیمی، اپتیک، زیست شناسی و الکترونیک است. این ماده به طور گسترده در افزودنی‌های ضد میکروبی، کاتالیزورها، لاستیک، رنگ‌ها، جوهرها، پوشش‌ها، شیشه، سرامیک‌های پیزوالکتریک، اپتوالکترونیک و کاربردهای شیمیایی روزانه استفاده می‌شود و نویدبخش توسعه و بهره‌برداری است.
با این حال، به دلیل سطح ویژه بزرگ و انرژی سطحی ویژه بالا، نانو اکسید روی قطبیت سطحی قوی، مستعد خود-انباشتگی از خود نشان می‌دهد و پراکندگی یکنواخت آن در محیط‌های آلی دشوار است و به طور قابل توجهی اثر نانویی آن را محدود می‌کند. بنابراین، پراکندگی و اصلاح سطح پودرهای نانو اکسید روی، قبل از استفاده از نانومواد در ماتریس‌ها، از روش‌های ضروری هستند.
1. اصلاح سورفکتانت
اصلاح سورفکتانت شامل برهمکنش الکترواستاتیک سورفکتانت‌ها برای تشکیل یک پوشش آلی روی سطح نانومواد است و در نتیجه سازگاری آنها را با ماتریس‌های آلی بهبود می‌بخشد.
اگرچه اصلاح سورفکتانت یک فرآیند ساده است، اما اثربخشی آن عموماً ضعیف است و تشکیل یک پوشش پایدار و مقاوم روی سطح نانومواد را دشوار می‌کند.
۲. اصلاح مکانوشیمیایی
اصلاح مکانوشیمیایی از نیروهای مکانیکی برای تغییر خواص فیزیکی و شیمیایی نانومواد استفاده می‌کند و در نتیجه میل ترکیبی و واکنش‌پذیری آنها با سایر مواد را افزایش می‌دهد.
با این حال، اصلاح مکانوشیمیایی معمولاً زمان زیادی طول می‌کشد و عموماً نتایج ضعیفی برای نانومواد دارد.
۳. اصلاح پرانرژی
اصلاح پرانرژی شامل پلیمریزاسیون مونومرهای ترکیبات آلی با استفاده از پلاسما یا عملیات تابشی است که سپس سطح نانومواد را می‌پوشاند.
اصلاح پرانرژی عموماً نتایج بهتری نسبت به دو روش قبلی به دست می‌آورد، اما معایبی مانند مصرف انرژی بالا و دشواری فنی دارد.
۴. اصلاح استری
استری کردن یک روش اصلاح سطح است که از گروه‌های اسید کربوکسیلیک در اصلاح‌کننده‌هایی مانند اسیدهای چرب بالاتر یا اسیدهای آلی غیراشباع برای واکنش با گروه‌های هیدروکسیل روی سطح نانومواد برای دستیابی به استری شدن استفاده می‌کند.
روش استری‌سازی ساده است، اما اثر اصلاح آن ضعیف است و معمولاً باید همراه با یک عامل اتصال استفاده شود.
5. پیوند پلیمری
پیوند پلیمری شامل ابتدا پیوند یک مونومر پلیمری روی سطح یک نانوماده، سپس شروع یک واکنش پلیمریزاسیون برای گسترش زنجیره کربن و در نهایت اجازه دادن به پلیمر برای پوشاندن کل نانوماده است.
روش پیوند پلیمری از نظر عملیاتی پیچیده است و اثر اصلاح تحت تأثیر عوامل مختلفی قرار می‌گیرد که دستیابی به کاربرد گسترده را دشوار می‌کند.
6. اصلاح عامل اتصال
یک عامل اتصال بر اساس یک عنصر سیلیکون یا فلز است که دو گروه مختلف در دو طرف آن وجود دارد که می‌توانند به ماتریس‌های معدنی و آلی متصل شوند. این سه جزء با هم کار می‌کنند تا اصلاح شیمیایی نانوماده حاصل شود. نانواکسید روی با عامل اتصال سیلان APS اصلاح شد. هر دو نانواکسید روی اصلاح شده و اصلاح نشده در اتانول بی‌آب پراکنده شدند تا جوهرهای چاپ برای استفاده به عنوان مواد لایه انتقال الکترون در سلول‌های فتوولتائیک تهیه شوند. سپس عملکرد دو جوهر مقایسه شد. نتایج نشان داد که نانواکسید روی اصلاح‌شده در اتانول بی‌آب بهتر پراکنده شد و به مدت ۱۲ ماه به صورت آگلومره باقی ماند. ماده لایه انتقال الکترون تهیه‌شده با این عامل، راندمان انتقال الکترون بالاتری را نشان داد و توانست استانداردهای عملکرد دستگاه را در ضخامت‌های نازک‌تر برآورده کند.
نانواکسید روی با استفاده از عوامل جفت‌کننده سیلان حاوی گروه‌های عاملی گلیسیلوکسی و آمینو به صورت شیمیایی اصلاح شد. هر دو نانواکسید روی اصلاح‌شده و اصلاح‌نشده برای آزمایش مقاومت در برابر هوازدگی در پوشش‌های اپوکسی گنجانده شدند. نتایج نشان داد که پوشش‌های اپوکسی حاوی نانواکسید روی اصلاح‌شده با عامل جفت‌کننده سیلان گلیسیلوکسی، تغییرات بسیار کمتری در زاویه تماس، رنگ و گروه‌های کربونیل پس از ۴۵۰ ساعت هوازدگی تسریع‌شده نشان دادند که نشان‌دهنده بهبود قابل توجه مقاومت در برابر هوازدگی در مقایسه با پوشش‌های اپوکسی حاوی نانواکسید روی اصلاح‌نشده است.
روش عامل جفت‌کننده به دلیل فرآیند ساده، اثر اصلاح خوب و هزینه کم، امیدوارکننده‌ترین روش اصلاح است.
با مقایسه روش‌های مختلف اصلاح سطح ذکر شده در بالا، و با در نظر گرفتن اثر اصلاح و سختی آن، می‌توان دریافت که روش استری کردن و روش عامل جفت‌کننده برای اصلاح سطح نانومواد مناسب‌تر هستند.