امواج فرابنفش در دام نانوساختارهای فلزی

در این مسیر عوامل دیگری ازجمله ابرها و ذرات گرد و غبار نیز می‌تواند شدت تابش امواج را کاهش دهد، اما در نهایت همه ساکنان زمین به ناچار در معرض پرتوهای مضر این اشعه هستند و اشعه فرابنفش همواره تهدیدی برای بشر بوده است. این امواج با توجه به انرژی بالایی که دارد می‌تواند اثرات مخربی بر حیات اعمال کند و سلامت انسان را در معرض خطر قرار دهد. گروهی از محققان دانشگاه شهید رجایی در انجام یک طرح تحقیقاتی با هدف تولید نانوساختارهایی از اکسیدهای فلزی به نتایج جالب توجهی درباره ویژگی‌های این نانوساختارها در جذب امواج فرابنفش دست یافته‌اند. با توجه به این که نفوذ پرتوهای فرابنفش در پوست زمینه‌ساز ابتلا به سرطان‌های پوستی است استفاده از نانوساختارهای جاذب پرتوهای مضر فرابنفش نقش بسیار مهمی در بهبود سلامت افراد خواهد داشت. از سوی دیگر به دام انداختن این ذرات می‌تواند کارایی صفحات خورشیدی را به میزان قابل توجهی افزایش دهد.

از کرم‌های ضدآفتاب تا صفحات خورشیدی

دکتر مریم صباغان، عضو هیات علمی دانشگاه شهید رجایی و مجری این طرح تحقیقاتی درباره ویژگی‌های این طرح این طور توضیح می‌دهد: ما با استفاده از روشی که نسبتا ساده و کم‌هزینه است نانوساختارهای دوبعدی اکسید روی را در محیط یون مایع ایجاد کرده‌ایم. ویژگی منحصربه‌فرد این نانوساختارها این است که زیست‌سازگار بوده و تهدیدی علیه محیط‌زیست نخواهد بود. ویژگی که شاید در بسیاری از روش‌های مشابه وجود نداشته باشد.

وی با اشاره به کاربردهای مختلفی که این نانوساختارها می‌تواند داشته باشد، می‌افزاید: یکی از کاربردهای این ساختارهای فلزی استفاده از آنها در صنایع آرایشی ـ بهداشتی یا به عبارتی در حوزه پزشکی است. این ذرات می‌توانند اشعه مضر فرا بنفش خورشید را به دام بیندازند و به عنوان یک سپر حفاظتی در برابر تابش نور خورشید عمل کنند. با توجه به این ویژگی می‌توان از این ذرات در ساخت و تولید پمادهای سوختگی و همچنین کرم‌های ضدآفتاب استفاده کرد. یکی دیگر از کاربردهای نانوساختارهای اکسید روی استفاده از آن در ساخت سلول‌های خورشیدی است. علاوه بر این می‌توان از نانوساختارهای اکسید روی به عنوان حسگر گازهای منواکسیدکربن، آمونیاک، ازت و هیدروژن در ساخت فتوکاتالیست‌هایی که در حذف گازهای آلاینده محیط کاربرد دارد هم استفاده کرد.

فرآیندی که سبز است

استفاده از مایعات یونی یا به عبارتی محیط یون مایع به عنوان قالب یا بستر ایجاد نانوساختارهای فلزی در این فرآیند یک روش سبز و دوستدار محیط زیست است و هیچ‌گونه آلودگی به جای نمی‌گذارد. صباغان در ادامه این طور توضیح می‌دهد: ما در این تحقیقات متوجه شدیم اگر نانوساختارهای اکسید روی در محیط یون مایع شکل ساختاری متفاوتی به خود بگیرند از خواص نوری متفاوتی برخوردار می‌شوند. از آنجا که در این روش نانوساختارهای فلزی در مدت زمان بسیار کوتاهی در حدود نیم ساعت تولید می‌شوند انرژی مصرفی مورد نیاز در این فرآیند کاهش می‌یابد و این در حالی است که در مقابل بازده تولید به میزان قابل توجهی افزایش پیدا می‌کند و فرآیند تولید بسیار کم‌هزینه‌تر خواهد شد. در این طرح تحقیقاتی که بخشی از یک طرح جامع است نانواکسید‌های فلزی با ساختارهای متفاوت مورد بررسی قرار گرفته و کارایی آنها در ساخت صفحات خورشیدی مقایسه می‌شود.

به گفته صباغان، یون مایع‌ها محیط‌هایی ایجاد می‌کنند که می‌توان در این محیط ترکیبات اکسید فلزی را تولید کرد. از آنجا که محیط‌های یون مایع قالب‌هایی سبز هستند و هیچ مشکلی را برای محیط زیست ایجاد نمی‌کنند به عنوان یکی از بهترین محیط‌ها برای تولید نانوساختارهای فلزی به شمار می‌آیند. در محیط‌های یون مایع می‌توان ساختارهای مختلفی از ترکیبات اکسید فلزی تهیه کرد. این ساختارها می‌تواند کاربردهای مختلفی داشته باشد مثلا از نوعی از این ساختارها می‌توان در سلول‌های خورشیدی استفاده کرد که یکی از کاربردهای مهم نانوساختارهای فلزی است. با توجه به خواص اکسیدی که بعضی از این ترکیبات پیدا می‌کنند و همچنین ساختارهای متفاوتی که دارند کاربرد آنها هم می‌تواند متنوع باشد.

صباغان با اشاره به نتایج به دست آمده در این تحقیقات می‌گوید: علاوه بر این من در این تحقیقات متوجه شده‌ام گذشته از تغییراتی که در ساختار و اندازه آنها تحت تاثیر محیط ایجاد می‌شود، در یون مایع‌ها که به عنوان قالب از آنها استفاده می‌شود نیز تغییراتی ایجاد می‌شود که شکاف انرژی را تغییر می‌دهد البته هنوز علت ایجاد چنین تغییراتی در یون مایع مشخص نشده و باید تحقیقات بیشتری در این زمینه انجام شود تا بتوان عامل اصلی بروز چنین تغییراتی را شناسایی کرده و آن را تحت کنترل قرار داد.

توجه به بایدها و نبایدهای ایمنی ضروری است

البته باید توجه داشت این نخستین بار نیست که تغییرات ایجاد شده در نانوساختارهای فلزی مورد توجه قرار می‌گیرد و درباره آن تحقیق می‌شود، پیش از این نیز این ساختارها به دست آمده و محققان دیگری نیز در این زمینه تحقیق کرده و به یافته‌های مشابهی در این زمینه دست یافته‌اند، اما به گفته مجری این طرح تحقیقاتی آنچه در این تحقیقات جالب بوده این که این ساختارها شکاف انرژی را به میزان قابل توجهی کاهش می‌دهد. حقیقت این است که هنوز دلایل این ویژگی هم به طور منطقی شناخته نشده است، اما وقتی شکاف انرژی کم باشد انتقال از تراز پایین انرژی به تراز بالاتر راحت‌تر انجام می‌شود و در سطوح پایین‌تر انرژی این انتقال براحتی امکان‌پذیر است و بر این اساس انرژی مورد نیاز برای تولید این ساختارهای فلزی کاهش پیدا می‌کند. ما این کار را در مورد اکسیدهای مس هم انجام داده‌ایم. نانوساختارهای اکسید مس هم جاذب قوی امواج فرابنفش هم ناحیه فرابنفش است و هم می‌تواند امواج مرئی را جذب کند. بدون تردید یکی از مهم‌ترین کاربردهای اکسیدهای فلزی تولید شده در محیط یون مایع، ساخت سلول‌های خورشیدی است که با استفاده از این نانوساختارها جذب این سلول‌ها به میزان چشمگیری افزایش خواهد یافت. ویژگی منحصربه‌فرد این کار تحقیقاتی این است که روش و قالب یا همان یون مایعی که ما از آن استفاده کرده‌ایم سبز است و هیچ پیامدی برای محیط زیست به همراه ندارد.

صباغان با اشاره به ضرورت توجه به جنبه‌های ایمنی در کاربرد این نانوساختارها می‌گوید: وقتی اندازه ذرات تغییر می‌کند خواص آنها هم تغییر می‌کند. پمادهای سوختگی و کرم‌های ضدآفتاب در تماس مستقیم با سطح پوست هستند و بنابراین ورود این ذرات به پوست می‌تواند سلامت بدن را تحت تاثیر قرار دهد. بنابراین باید این موارد آزمون‌های ایمنی را هم با موفقیت پشت‌سر بگذارد تا بتوان در صنایع غذایی یا صنایع آرایشی بهداشتی از این نانوساختارها استفاده کرد. در این مرحله این مواد فقط سنتز شده و تاکنون مطالعاتی به منظور بررسی ایمنی روی آنها انجام نشده است. در زمینه استفاده از نانوذرات در صنایع غذایی و آرایشی و بهداشتی نظرات متفاوت و متعددی وجود دارد و هنوز باید‌ها و نبایدهای این کار در سطح دنیا درحال تحقیق و بررسی است.

فرانک فراهانی‌جم / گروه دانش