تبدیل آهن قراضه‌ به نانوذرات ارزشمند سوپرپارامغناطیس

به گزارش گروه آموزش خبرگزاری برنا، کاربرد وسیع نانوذرات مغناطیسی در صنایع مختلف از جمله صنایع تولید تجهیزات ذخیره اطلاعات، حسگرها و همچنین مصارف پزشکی از قبیل تصویربرداری MRI موجب شده تا مطالعات بسیاری در حیطه تولید، کنترل ابعاد، ساختار و خواص ویژه این مواد صورت گیرد. روش شیمیایی از جمله روش‌های رایج تولید نانوذرات مغناطیسی است، اما معایب زیاد این شیوه، مسیر تولید نانوذرات مغناطیسی را به سمت تولید زیستی آن‌ها متمایل کرده است.

دکتر سید محمد رئوف حسینی تجمع نانوذرات، توزیع ابعادی وسیع و عدم پایداری را از مهم‌ترین معایب روش‌های تولید شیمیایی نانوذرات برشمرد و افزود: تولید زیستی نانوذرات نیز در کنار ویژگی‌های مثبت، دارای عیوبی از جمله بازدهی اندک و سرعت پایین است. این موضوع موجب شده تا تولید زیستی نانوذرات در مقیاس صنعتی، غیرممکن باشد.

وی افزود: در طرح حاضر که در مقیاس آزمایشگاهی صورت گرفته است، روشی ارائه شده که باوجود اینکه از روش زیستی جهت تولید نانوذرات مغناطیسی استفاده می‌شود، از سرعت و بازدهی بالایی نیز برخوردار است. عضو هیئت علمی دانشگاه صنعتی اصفهان تصریح کرد: از یک سو استفاده از ضایعات آهن به‌عنوان مواد اولیه و از سوی دیگر، عدم استفاده از مواد شیمیایی گران‌قیمت و آلاینده در فرایند زیستی ابداع‌شده، طرح حاضر را از هر لحاظ مقرون‌به‌صرفه کرده است.

مگنتیک به‌خودی‌خود دارای خاصیت فرومغناطیس است، اما زمانی که ابعاد ذرات آن کوچک شود و به سمت نانو میل کند، خواص سوپرپارامغناطیس آن نمایان می‌گردد. این خاصیت موجب می‌شود تا المان‌های مغناطیسی ماده در کسری از ثانیه در حضور میدان مغناطیسی خارجی جهت‌گیری کرده و پس از قطع میدان خارجی، به همان سرعت به حالت اولیه بازگردند. این خاصیت، که کاربردهای بسیاری در حوزه پزشکی و غیرپزشکی دارد، تنها در این نوع از نانوذرات مشاهده شده است. بنابراین کنترل ابعاد نانوذرات سنتز شده جهت حفظ خاصیت مذکور بسیار حائز اهمیت است.

در طرح حاضر، کنترل ابعاد ذرات سنتز شده توسط عوامل فعال سطحی سبز انجام می‌شود، که توسط باکتری‌های تجزیه‌کننده اوره تولید می‌شوند.

به گفته محقق طرح، پس از سنتز نانوذرات، از روش پراش پرتو ایکس (XRD) جهت تعیین فازهای تشکیل‌شده و از روش ریتولد جهت اندازه‌گیری کمی آن‌ها استفاده شده است. خواص مغناطیسی نانوذرات به‌وسیله مگنومتر ارتعاشی (VSM) سنجیده شده و توزیع ابعاد آن‌ها توسط آنالیز DLS ترسیم شده است. نتایج آزمون FT-IR جهت تعیین نوع و نحوه اتصال عوامل فعال سطحی سبز به سطح ذرات به کار گرفته شده است. ضمن اینکه بررسی شکل و مورفولوژی ذرات، توسط میکروسکوپ الکترونی عبوری انجام شده است.

نتایج، حاکی از مغناطیس پذیری emu/g 130 و ابعاد زیر ۱۰۰ نانومتری ذرات سنتز شده است. ضمن اینکه زمان سنتز از یک ماه به چند دقیقه کاهش یافته است.

دکتر سید محمد رئوف حسینی عضو هیئت علمی و مجید دانشور دانش‌آموخته مقطع کارشناسی ارشد دانشگاه صنعتی اصفهان در انجام این تحقیقات همکاری داشته‌اند.

نتایج این کار، در مجله Journal of Hazardous Materials با ضریب تأثیر ۶.۴۳۴ (جلد ۳۵۷، سال ۲۰۱۸، صفحات ۳۹۳ تا ۴۰۰) به چاپ رسیده است.