Nano çinko oksitin altı ana modifikasyon yöntemi
Nano çinko oksit, yeni bir tür fonksiyonel ince inorganik kimyasal malzemedir. Küçük partikül boyutu ve geniş özgül yüzey alanı sayesinde kimya, optik, biyoloji ve elektronikte benzersiz fizikokimyasal özelliklere sahiptir. Antimikrobiyal katkı maddeleri, katalizörler, kauçuk, boyalar, mürekkepler, kaplamalar, cam, piezoelektrik seramikler, optoelektronik ve günlük kimyasal uygulamalarda yaygın olarak kullanılır ve geliştirme ve kullanım açısından büyük umut vaat eder.
Ancak, geniş özgül yüzey alanı ve yüksek özgül yüzey enerjisi nedeniyle nano çinko oksit, güçlü yüzey polaritesi gösterir, kendiliğinden aglomerasyona eğilimlidir ve organik ortamlarda eşit şekilde dağılması zordur; bu da nano etkisini önemli ölçüde sınırlar. Bu nedenle, nano çinko oksit tozlarının dispersiyonu ve yüzey modifikasyonu, nanomalzemelerin matrislere uygulanabilmesi için gerekli işlemlerdir.
1. Yüzey Aktif Madde Modifikasyonu
Yüzey aktif madde modifikasyonu, nanomalzemelerin yüzeyinde organik bir kaplama oluşturmak için yüzey aktif maddelerin elektrostatik etkileşimini içerir ve böylece organik matrislerle uyumluluklarını artırır.
Yüzey aktif madde modifikasyonu basit bir işlem olmasına rağmen, etkinliği genellikle zayıftır ve nanomalzemelerin yüzeyinde kararlı ve sağlam bir kaplama oluşturmayı zorlaştırır.
2. Mekanokimyasal Modifikasyon
Mekanokimyasal modifikasyon, nanomalzemelerin fiziksel ve kimyasal özelliklerini değiştirmek için mekanik kuvvetler kullanır ve böylece diğer maddelerle afinitelerini ve reaktivitelerini artırır.
Ancak, mekanokimyasal modifikasyon genellikle uzun zaman alır ve nanomalzemeler için genellikle zayıf sonuçlar verir.
3. Yüksek Enerjili Modifikasyon
Yüksek enerjili modifikasyon, plazma veya radyasyon işlemi kullanılarak organik bileşik monomerlerinin polimerizasyonunu ve ardından nanomalzemenin yüzeyinin kaplanmasını içerir.
Yüksek enerjili modifikasyon genellikle önceki iki yöntemden daha iyi sonuçlar verir, ancak yüksek enerji tüketimi ve teknik zorluk gibi dezavantajları vardır.
4. Esterleşme Modifikasyonu
Esterleşme, yüksek yağ asitleri veya doymamış organik asitler gibi modifiye edicilerdeki karboksilik asit gruplarını, bir nanomalzemenin yüzeyindeki hidroksil gruplarıyla reaksiyona sokarak esterleşmeyi sağlayan bir yüzey modifikasyon yöntemidir.
Esterleşme yöntemi basittir, ancak modifikasyon etkisi zayıftır ve genellikle bir bağlayıcı ajan ile birlikte kullanılması gerekir.
5. Polimer Aşılama
Polimer aşılama, önce bir polimer monomerinin bir nanomalzemenin yüzeyine aşılanmasını, ardından karbon zincirini uzatmak için bir polimerizasyon reaksiyonunun başlatılmasını ve son olarak polimerin tüm nanomalzemeyi kaplamasını içerir.
Polimer aşılama yönteminin uygulanması karmaşıktır ve modifikasyon etkisi çeşitli faktörlerden etkilendiğinden, yaygın uygulama elde etmek zordur.
6. Bağlayıcı Ajan Modifikasyonu
Bir bağlayıcı ajan, her iki tarafında inorganik ve organik matrislere bağlanabilen iki farklı grup bulunan bir silikon veya metal elemente dayanır. Bu üç bileşen, nanomalzemenin kimyasal modifikasyonunu sağlamak için birlikte çalışır. Nano-çinko oksit, APS silan bağlayıcı ajanı ile modifiye edilmiştir. Hem modifiye edilmiş hem de modifiye edilmemiş nano-çinko oksit, fotovoltaik hücrelerde elektron taşıma katmanı malzemesi olarak kullanılmak üzere baskı mürekkepleri hazırlamak için susuz etanolde dağıtılmıştır. Daha sonra iki mürekkebin performansı karşılaştırılmıştır. Sonuçlar, modifiye edilmiş nano-çinko oksidin susuz etanolde daha iyi dağıldığını ve 12 ay boyunca aglomere kaldığını göstermiştir. Bu ajanla hazırlanan elektron taşıma katmanı malzemesi daha yüksek elektron transfer verimliliği sergilemiş ve daha ince kalınlıklarda cihaz performans standartlarını karşılayabilmiştir.
Nano-çinko oksit, glisiloksi ve amino fonksiyonel grupları taşıyan silan bağlayıcı ajanlar kullanılarak kimyasal olarak modifiye edilmiştir. Hem modifiye edilmiş hem de modifiye edilmemiş nano-çinko oksit, hava koşullarına dayanıklılık testi için epoksi kaplamalara dahil edilmiştir. Sonuçlar, glisiloksi silan bağlayıcı ajan ile modifiye edilmiş nano-çinko oksit içeren epoksi kaplamaların, 450 saatlik hızlandırılmış hava koşullarına maruz kalma sonrasında temas açısı, renk ve karbonil gruplarında önemli ölçüde daha küçük değişiklikler gösterdiğini ve modifiye edilmemiş nano-çinko oksit içeren epoksi kaplamalara kıyasla önemli ölçüde iyileştirilmiş hava koşullarına dayanıklılık sergilediğini göstermiştir.
Bağlayıcı ajan yöntemi, basit süreci, iyi modifikasyon etkisi ve düşük maliyeti nedeniyle en umut verici modifikasyon yöntemidir.
Yukarıda belirtilen çeşitli yüzey modifikasyon yöntemleri karşılaştırıldığında ve hem modifikasyon etkisi hem de zorluk göz önünde bulundurulduğunda, esterifikasyon yöntemi ve bağlayıcı ajan yönteminin nanomalzemelerin yüzey modifikasyonu için daha uygun olduğu görülebilir.