ΣΥΝΘΕΣΗ ΚΑΙ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΜΟΣ ΝΑΝΟΣΩΜΑΤΙΔΙΩΝ Cu ΚΑΙ ΟΞΕΙΔΙΩΝ ΤΟΥ: ΚΑΤΑΛΥΤΙΚΗ ΚΑΙ ΑΝΤΙΜΙΚΡΟΒΙΑΚΗ ΔΡΑΣΗ

Μέγεθος: px
Εμφάνιση ξεκινά από τη σελίδα:

Download "ΣΥΝΘΕΣΗ ΚΑΙ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΜΟΣ ΝΑΝΟΣΩΜΑΤΙΔΙΩΝ Cu ΚΑΙ ΟΞΕΙΔΙΩΝ ΤΟΥ: ΚΑΤΑΛΥΤΙΚΗ ΚΑΙ ΑΝΤΙΜΙΚΡΟΒΙΑΚΗ ΔΡΑΣΗ"

Transcript

1 ΣΥΝΘΕΣΗ ΚΑΙ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΜΟΣ ΝΑΝΟΣΩΜΑΤΙΔΙΩΝ Cu ΚΑΙ ΟΞΕΙΔΙΩΝ ΤΟΥ: ΣΑΡΑΦΙΔΗΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ Επιβλέπουσα: Αικ. Δενδρινού-Σαμαρά, Αναπληρώτρια Καθηγήτρια

2 ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΣΧΟΛΗ ΘΕΤΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ ΤΜΗΜΑ ΧΗΜΕΙΑΣ ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΟ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΣΠΟΥΔΩΝ ΑΝΟΡΓΑΝΗ ΧΗΜΕΙΑ ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΣΑΡΑΦΙΔΗΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ, ΧΗΜΙΚΟΣ ΣΥΝΘΕΣΗ ΚΑΙ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΜΟΣ ΝΑΝΟΣΩΜΑΤΙΔΙΩΝ ΧΑΛΚΟΥ ΚΑΙ ΟΞΕΙΔΙΩΝ ΤΟΥ: εκπονήθηκε στο Εργαστήριο Ανόργανης Χημείας του Τομέα Γενικής και Ανόργανης Χημείας του Τμήματος Χημείας του Αριστοτελείου Πανεπιστημίου Θεσσαλονίκης ΤΡΙΜΕΛΗΣ ΕΞΕΤΑΣΤΙΚΗ ΕΠΙΤΡΟΠΗ Αναπλ. Καθηγήτρια ΑΙΚΑΤΕΡΙΝΗ ΔΕΝΔΡΙΝΟΥ-ΣΑΜΑΡΑ-Επιβλέπουσα Καθηγήτρια Καθηγητής ΠΑΡΑΣΚΕΥΑΣ ΑΣΛΑΝΙΔΗΣ-Μέλος εξεταστικής επιτροπής Επίκ. Καθηγήτρια ΦΩΤΕΙΝΗ ΝΟΛΗ- Μέλος εξεταστικής επιτροπής Η τριμελής εξεταστική επιτροπή που ορίστηκε σύμφωνα με τη Γ.Σ.Ε.Σ. 267/ , για τη κρίση της Διπλωματικής Εργασίας του Σαραφίδη Γεώργιου, Χημικού, συνήλθε σε συνεδρίαση στο Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης την 10/07/2014, όπου παρακολούθησε την υποστήριξη της εργασίας με τίτλο ΣΥΝΘΕΣΗ ΚΑΙ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΜΟΣ ΝΑΝΟΣΩΜΑΤΙΔΙΩΝ ΧΑΛΚΟΥ ΚΑΙ ΟΞΕΙΔΙΩΝ ΤΟΥ: και την ενέκρινε με βαθμό 10. 2

3 Αφιερώσεις Η εργασία αυτή αφιερώνεται: Στη μνήμη του Δασκάλου και Παππού μου, Γεωργίου Γηραλέα 3

4 Ευχαριστίες Καθώς ολοκληρώνεται η συγγραφή της παρούσας διπλωματικής εργασίας, μου δίνεται η ευκαιρία να εκφράσω τις ευχαριστίες μου σε όλους όσους με βοήθησαν για να την πραγματοποιήσω. Πρώτα απ όλα οφείλω ένα μεγάλο ευχαριστώ στην οικογένεια μου για τη στήριξη που μου παρείχε. Στη συνέχεια, θα ήθελα να εκφράσω ένα πολύ μεγάλο ευχαριστώ στην υποψήφια Διδάκτορα Γιαννούση Κλεονίκη για την απεριόριστη στήριξη και βοηθειά της, καθώς και για την εξαιρετική συνεργασία που αναπτύξαμε. Πολλά ευχαριστώ, στη Μεταδιδακτορικό Ερευνητή του τμήματος Χημείας, Μενελάου Μελίτα, στον υποψήφιο Διδάκτορα Βαμβακίδη Κοσμά και στην υποψήφια Διδάκτορα Γεωργιάδου Βιολέτα, για όλες τις απορίες που μου έλυσαν, για τις αμέτρητες συζητήσεις που αναπτύξαμε και για το εξαιρετικό κλίμα που συνάντησα στο εργαστήριο. Το μεγαλύτερο μου ευχαριστώ το οφείλω στην επιβλέπουσα της διπλωματικής μου και αναπληρώτρια Καθηγήτρια του τμήματος Χημείας, κυρία Δενδρινού-Σαμαρά Αικατερίνη, που με τις παρενέσεις, τις συμβουλές και την καθοδήγηση που μου έδωσε, βοήθησε στην πρόοδο μου. Την ευχαριστώ ολόψυχα για την υπέροχη συνεργασία που σε πολλές περιπτώσεις ξεπέρασε αυτή του φοιτητή επιβλέποντα. 4

5 Περίληψη Στην παρούσα διπλωματική εργασία έγινε η σύνθεση και ο χαρακτηρισμός νανοσωματιδίων χαλκού και οξειδίων, διαφορετικών μεγεθών και συστάσεων, με σκοπό τη μελέτη τους ως προς τις αντιμικροβιακές και καταλυτικές τους ιδιότητες. Για τη σύνθεση των νανοσωματιδίων επιλέχθηκε η σολβοθερμική μέθοδος, λόγω των πλεονεκτημάτων που διαθέτει, όπως ο μεγάλος βαθμός κρυσταλλικότητας των προϊόντων, η απλή διαδικασία, το μικρό κόστος και η χρήση αντιδραστηρίων φιλικών προς το περιβάλλον. Ως πρόδρομη ένωση για όλες τις παρασκευές χρησιμοποιήθηκε ο τριένυδρος νιτρικός χαλκός Cu(NO 3 ) 2.3H 2 O. Σαν ισχυρό αναγωγικό μέσο χρησιμοποιήθηκε η υδραζίνη γιατί το αναγωγικό μέσο επηρεάζει τόσο το σχήμα των νανοσωματιδίων όσο και το PH της αντίδρασης. Ως επιφανειοδραστικά χρησιμοποιήθηκαν οι ουσίες, τετρααιθυλενογλυκόλη (TEG), πολυαιθύλενο γλυκόλη bis καρβοξυμεθυλαιθέρας (COOH-PEG-COOH) και ολεϋλαμίνη (ΟΑm), σε ορισμένες περιπτώσεις όμως μπορεί να θεωρηθεί και η ολεϋλαμίνη ως ήπιο αναγωγικό. Η τετρααιθύλενο γλυκόλη (TEG) χρησιμοποιήθηκε ως ένα επιφανειοδραστικό μικρού Μ.Β., ώστε να μην έχουμε μεγάλη κάλυψη του πυρήνα στα συγκεκριμένα νανοσωματίδια, με αποτέλεσμα το μέταλλό μας να είναι εύκολα προσβάσιμο κάτι που κάνει τα συγκεκριμένα νανοσωματίδια κατάλληλα για εφαρμογές κατάλυσης. Επίσης η ολεϋλαμίνη (OAm) χρησιμοποιήθηκε για τη μελέτη νανοσωματιδίων ως μηκυτοκτόνα και για τη σύζευξη νανοσωματιδίων διαφορετικών μετάλλων που προσδίδουν στα νανοσωματίδια χαλκού καινούργιες ιδιότητες (π.χ μαγνητισμός). Τέλος η πολυαιθύλενο γλυκόλη bis καρβοξυμεθυλαιθέρας (COOH-PEG-COOH) χρησιμοποιήθηκε ώστε να φανεί ο τρόπος σύνδεσης του συγκεκριμένου μορίου με το μέταλλό μας κάτω από ορισμένες συνθήκες. Ο χαρακτηρισμός των δειγμάτων έγινε με τις τεχνικές: Περίθλαση Ακτίνων-Χ (XRD), Φασματοσκοπία υπερύθρου μετασχηματισμού Fourier (FT-IR), Θερμοσταθμική ανάλυση TG, Ηλεκτρονικό μικροσκόπιο (TEM). 5

6 Abstract Similar to other nanomaterials, copper of nanometer-sized dimensions shows remarkable activity in applications spanning from medicine to catalysis. The availability of copper has made it a better choice to work with, because it shares properties similar to those of other expensive noble metals, including silver and gold. Cu-based NPs are endowed with several features of an efficient catalyst including green aspects useful for organic transformations. High surface area can provide better dispersion of the active sites and easy diffusion of the reactants and hence, makes them suitable for catalytic activity. Moreover, we and others previously reported that Cubased NPs exhibit a wide spectrum of antimicrobial activity against different species of microorganisms, including fungi, Gram-positive and Gram-negative bacteria. Herein, by using solvothermal method and tuning the reaction parameters, we synthesized a plethora of Cu-based NPs of different composition within a range of sizes (30-60 nm). Specifically, in the presence of tetraethylene glycol (TEG) and in water, at 120 o C by monitoring time (2-14 h) and by using the proper amount of reducing agent, Cu, Cu oxalate and Cu/Cu 2 O composite NPs were isolated. Meanwhile, in case of using oleylamine (OAm) as surfactant, at 200 o C for 24 h, altering the ph and polarity of solvent, selectively Cu/Cu 2 O and Cu 2 O NPs were formed. Moreover by using polyethylene glycol bis carboxymethyl ether (COOH-PEG-COOH) as a surfactant, and with the same experimental conditions as reported in TEG, we managed to synthesize Cu and Cu oxalate NPs. The NPs of desired characteristics were depicted and further tested for their catalytic activity, either in oxidative and reductive reactions. The results clearly indicated that Cu and Cu oxalate NPs coated with TEG can be used as catalysts, since the reactions exhibited selectivity in the product. Furthermore, concerning antimicrobial properties, Cu/Cu 2 O and Cu 2 O NPs were tested against yeast Saccharomyces cerevisae cells while enhanced antifungal activity found for Cu 2 NPs. 6

7 Περιεχόμενα ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1: ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΟ ΝΑΝΟΚΟΣΜΟ ΤΟ ΜΕΓΕΘΟΣ ΣΤΗ ΝΑΝΟΚΛΙΜΑΚΑ ΤΟ ΣΧΗΜΑ ΣΤΗ ΝΑΝΟΚΛΙΜΑΚΑ.13 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2: ΣΥΝΘΕΣΗ ΝΑΝΟΣΩΜΑΤΙΔΙΩΝ ΓΕΝΙΚΕΣ ΑΡΧΕΣ ΜΟΝΤΕΛΟ LA MER ΠΥΡΗΝΟΠΟΙΗΣΗ ΚΑΙ ΑΝΑΠΤΥΞΗ ΣΤΑΘΕΡΟΠΟΙΗΣΗ ΜΕΤΑΛΛΙΚΩΝ ΝΑΝΟΣΩΜΑΤΙΔΙΩΝ ΜΕΘΟΔΟΙ ΣΥΝΘΕΣΗΣ "ΥΓΡΗΣ ΧΗΜΕΙΑΣ" Συγκαταβύθιση Θερμική διάσπαση Μικρογαλακτώματα Υδροθερμική-Διαλυτοθερμική σύνθεση..21 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3: ΤΕΧΝΙΚΕΣ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΜΟΥ ΤΩΝ ΝΑΝΟΣΩΜΑΤΙΔΙΩΝ ΒΑΣΙΚΕΣ ΜΕΘΟΔΟΙ Περίθλαση ακτίνων-χ (XRD) Μικροσκόπιο Διερχόμενης Δέσμης (TEM) Μικροσκόπιο Ατομικής Δύναμης (AFM) Φασματοσκοπία Υπερύθρου Μετασχηματισμού Fourier (FTIR) Θερμοβαρυμετρική Ανάλυση (TG) Φασματομετρία Ατομικής Εκπομπής Επαγωγικά Συζευγμένου Πλάσματος (ICP-AES) Ηλεκτρονική Μικροσκοπία Σάρωσης (SEM) Φασματοσκοπία Υπεριώδους-Ορατού (UV- VIS) 33 7

8 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4: ΧΑΛΚΟΣ ΚΑΙ ΟΞΕΙΔΙΑ-ΧΗΜΕΙΑ ΚΑΙ ΚΡΥΣΤΑΛΛΟΓΡΑΦΙΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΧΑΛΚΟΣ Cu OΞΕΙΔΙΟ TΟΥ MΟΝΟΣΘΕΝΟΥΣ XΑΛΚΟΥ (Cu 2 O) ΟΞΕΙΔΙΟ ΤΟΥ ΔΙΣΘΕΝΟΥΣ ΧΑΛΚΟΥ (CuO) ΒΙΟΛΟΓΙΚΗ ΣΗΜΑΣΙΑ ΤΟΥ ΧΑΛΚΟΥ...40 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5: ΝΑΝΟΣΥΝΘΕΣΕΙΣ ΧΑΛΚΟΥ ΚΑΙ ΟΞΕΙΔΙΩΝ...41 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6: ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΚΑΤΑΛΥΣΗ ΑΝΤΙΜΙΚΡΟΒΙΑΚΕΣ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ..56 ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 7: ΣΚΟΠΟΣ-ΑΝΤΙΔΡΑΣΤΗΡΙΑ-ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗ ΔΙΑΤΑΞΗ-ΑΠΟΜΟΝΩΣΗ ΚΑΘΑΡΙΣΜΟΣ-ΠΡΟΕΤΟΙΜΑΣΙΑ ΔΕΙΓΜΑΤΩΝ ΣΚΟΠΟΣ ΑΝΤΙΔΡΑΣΤΗΡΙΑ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗ ΔΙΑΤΑΞΗ ΑΠΟΜΟΝΩΣΗ ΚΑΘΑΡΙΣΜΟΣ ΠΡΟΕΤΟΙΜΑΣΙΑ ΔΕΙΓΜΑΤΩΝ ΓΙΑ ΤΕΧΝΙΚΕΣ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΜΟΥ Φασματοσκοπία Υπερύθρου Μετασχηματισμού Fourier (FTIR) Θερμοβαρυμετρική Ανάλυση (TG).65 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 8: ΠΑΡΑΣΚΕΥΗ ΚΑΙ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΜΟΣ ΔΕΙΓΜΑΤΩΝ ΜΕ ΕΠΙΦΑΝΕΙΟΔΡΑΣΤΙΚΟ ΤΗΝ ΤΕΤΡΑΑΙΘΥΛΕΝΟ ΓΛΥΚΟΛΗ (TEG) ΠΑΡΑΣΚΕΥΗ ΔΕΙΓΜΑΤΩΝ GS1, GS2, GS4, GS ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΜΟΣ ΔΕΙΓΜΑΤΩΝ GS1, GS2, GS4, GS ΠΑΡΑΣΚΕΥΗ ΔΕΙΓΜΑΤΩΝ GS3, GS16, GS15, GS ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΜΟΣ ΔΕΙΓΜΑΤΩΝ GS3, GS16, GS15, GS ΣΥΝΟΠΤΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΔΕΙΓΜΑΤΩΝ ΜΕ ΕΠΙΦΑΝΕΙΟΔΡΑΣΤΙΚΟ TEG...84 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 9: ΠΑΡΑΣΚΕΥΗ ΚΑΙ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΜΟΣ ΔΕΙΓΜΑΤΩΝ ΜΕ ΕΠΙΦΑΝΕΙΟΔΡΑΣΤΙΚΟ ΤΗΝ ΟΛΕΫΛΑΜΙΝΗ (OAm)

9 9.1 ΠΑΡΑΣΚΕΥΗ ΔΕΙΓΜΑΤΩΝ GS9, GS10, GS ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΜΟΣ ΔΕΙΓΜΑΤΩΝ GS9, GS10, GS ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ...95 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 10: ΠΑΡΑΣΚΕΥΗ ΚΑΙ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΜΟΣ ΔΕΙΓΜΑΤΩΝ ΜΕ ΕΠΙΦΑΝΕΙΟΔΡΑΣΤΙΚΟ ΤHN ΠΟΛΥΑΙΘΥΛΕΝΟ ΓΛΥΚΟΛΗ BIS ΚΑΡΒΟΞΥΜΕΘΥΛΑΙΘΕΡΑ (COOH-PEG-COOH) ΠΑΡΑΣΚΕΥΗ ΔΕΙΓΜΑΤΩΝ GS17, GS18, GS19, GS20, GS ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΜΟΣ ΔΕΙΓΜΑΤΩΝ GS17, GS18, GS20, GS ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ 107 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 11: ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΣΥΝΤΕΘΕΙΜΕΝΩΝ ΝΑΝΟΣΩΜΑΤΙΔΙΩΝ ΚΑΤΑΛΥΣΗ ΑΝΤΙΜΥΚΗΤΙΑΚΗ ΔΡΑΣΗ..116 ΤΕΛΙΚΑ ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ ΑΝΑΦΟΡΕΣ

10 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΟ ΝΑΝΟΚΟΣΜΟ Τα νανοσωματίδια και οι μοναδικές ιδιότητές τους δεν αποτελούν ακριβώς ανακάλυψη της σημερινής εποχής. Σήμερα η τεχνολογία μας έδωσε τη δυνατότητα να τα προσδιορίσουμε και να τα μελετήσουμε καλύτερα. Έτσι κολλοειδής χρυσός, δηλαδή νανοσωματίδια χρυσού χρησιμοποιούνταν από τον 10 ο αιώνα π.χ. ως επικαλύψεις κεραμικών και γυαλιού, όπου ανάλογα με το μέγεθός τους τα νανοσωματίδια αποκτούσαν διαφορετικό χρώμα [99]. Η πρώτη επιστημονική έρευνα του κολλοειδούς χρυσού ξεκίνησε από τον Michael Faraday το Ο Wilhelm Ostwald, βραβευμένος με Νόμπελ για τις εργασίες του, που αφορούσαν την κατάλυση και τη χημική σύνθεση, έθεσε πρώτος την έννοια της «παραμελημένης διάστασης» (neglected dimension), εννοώντας τα κολλοειδή συστήματα αποτελούμενα από σωματίδια μεταξύ μορίων και bulk υλικού, με μέγεθος από 1nm μέχρι 1μm σε διασπορά, και ανέφερε τις ξεχωριστές ιδιότητες που παρουσιάζουν (μηχανικές, ηλεκτρικές, οπτικές) (The world of unattended dimension, 1919) [100]. Το 1959, ο επίσης βραβευμένος με Νόμπελ, Richard Feynman εισήγαγε την έννοια της νανοτεχνολογίας χωρίς να χρησιμοποιήσει αυτόν τον όρο, στη διάλεξη του (There s plenty room at the bottom), όπου αναφέρθηκε για πρώτη φορά στην δυνατότητα μεταχείρισης οντοτήτων ατομικών διαστάσεων. Ο όρος «νανοτεχνολογία» χρησιμοποιήθηκε πρώτη φορά από τον καθηγητή του Πανεπιστημίου του Τόκιο Norio Taniguchi το 1974 στην διατριβή του με τίτλο «Σχετικά με την βασική έννοια της Νανοτεχνολογίας», αλλά ο πρωτεργάτης στον τομέα αυτόν και για αρκετούς ο πατέρας της νανοτεχνολογίας με την σημερινή της μορφή υπήρξε ο Εric Drexler, που έθεσε τα θεμέλια των νανοσυστημάτων και των νανοκατασκευών. Το 1986 εκδόθηκε το βιβλίο του με τίτλο: «Μηχανές Δημιουργίας: Η επερχόμενη εποχή της Νανοτεχνολογίας», όπου περιέγραψε την ικανότητα αυτό-συναρμολόγησης των ατόμων σε λειτουργικές δομές και ανέφερε τις πιθανές επιπτώσεις αλλά και τους κινδύνους στο περιβάλλον και την οικονομία από τη διάδοση της νανοτεχνολογίας [101]. Ως νανοϋλικό ονομάζεται ένα φυσικό υλικό που έχει ελάχιστο μέγεθος 1 nm, δεν είναι μεγαλύτερο από 100 nm και διαφέρει, όσον αφορά στις ιδιότητες του, με ένα συμπαγές (bulk) υλικό. Το μεγαλύτερο πλεονέκτημα που εμφανίζουν τα υλικά, σε αυτήν την κλίμακα μεγεθών, 10

11 είναι ο μεγάλος αριθμός των ατόμων στην επιφάνειά τους. Αυτό σημαίνει πολύ υψηλή ενεργή επιφάνεια για κάθε είδους φυσική, χημική, ή βιολογική αλληλεπίδραση. Ένα άλλο πλεονέκτημα των νανοϋλικών είναι η ικανότητά τους να μεταβάλλουν τις ιδιότητές τους, όπως μαγνητικές, οπτικές, ηλεκτρικές, μηχανικές κτλ, σε σχέση με την μακροσκοπική μορφή τους (bulk), χωρίς να αλλάζει η χημική τους σύσταση. Αποτέλεσμα των παραπάνω είναι τα νανοϋλικά να έχουν ένα ευρύτατο φάσμα εφαρμογών. Η ηλεκτρονική, η ιατρική, η φαρμακευτική, η αποκατάσταση του περιβάλλοντος, η παραγωγή ενέργειας και η κατάλυση είναι μερικοί από τους τομείς στους οποίους σήμερα συναντάμε αξιόλογη έρευνα για την παραγωγή νέων υλικών. Σχήμα 1.1: Ένα νανόμετρο 1nm ισοδυναμεί με ένα δισεκατομμυριοστό του μέτρου 1/ m. Η νανοτεχνολογία μπορεί να οριστεί ως η τεχνολογία που έχει αντικείμενο έρευνας τα νανοσωματίδια τόσο σαν μονάδες όσο και σαν τα υλικά και τις συσκευές που βασίζονται σε αυτά αλλά και τις διεργασίες που λαμβάνουν χώρα στη νανοκλίμακα. Τα νανοϋλικά είναι τα υλικά αυτά των οποίων τα φυσικά χαρακτηριστικά, που παρουσιάζουν ενδιαφέρον για τη νανοτεχνολογία, καθορίζονται από τα νανοσωματίδια που περιέχουν. Τα νανοϋλικά μπορεί να είναι είτε συμπαγή είτε σε μορφή νανοδιασποράς. Η πρώτη περίπτωση περιλαμβάνει τα νανοδομημένα υλικά [1], δηλαδή, ισοτροπικά υλικά όσον αφορά τη μακροσκοπική τους σύσταση, που αποτελούνται από συνδεδεμένες μονάδες νανοκλίμακας ως επαναλαμβανόμενα δομικά στοιχεία [2]. Αντίθετα οι νανοδιασπορές περιλαμβάνουν ένα ομογενές μέσο διασποράς (κενό, αέριο, υγρό ή στερεό) στο οποίο διασπείρονται οι νανοδομές 11

12 και απομονώνονται μεταξύ τους. Η απόσταση ανάμεσα στις νανοδομές, σε αυτές τις διασπορές, μπορεί να διαφέρει μέσα σε ένα εύρος από δεκάδες νανόμετρα μέχρι κλάσματα του ενός νανομέτρου. Στην τελευταία περίπτωση, έχουμε να κάνουμε με νανοσκόνες των οποίων οι κόκκοι διαχωρίζονται μεταξύ τους από λεπτά στρώματα ελαφρών ατόμων, που αποτρέπουν την συσσωμάτωση. Τα νανοϋλικά χωρίζονται σε τρεις κατηγορίες σύμφωνα με τις διαστάσεις τους, στα μαγνητικά πολυστρωματικά υμένια που αποτελούν υλικά μοναδιαίας διάστασης (1D), στους νανοσωλήνες (νανοσωλήνες άνθρακα, nanorods, nanotubes, κλπ.), που αποτελούν υλικά δύο διαστάσεων (2D) και στα υλικά τριών διαστάσεων (3D) όπως τα ανόργανα μαγνητικά νανοσωματίδια που μπορεί να είναι σφαιρικά κ.ά. Τα νανοσωματίδια προκαλούν τεράστιο επιστημονικό ενδιαφέρον, εξαιτίας του γεγονότος ότι αποτελούν τη γέφυρα ανάμεσα στα συμπαγή (bulk) υλικά και στα μόρια και τις δομές σε ατομικό επίπεδο. 1.1 ΤΟ ΜΕΓΕΘΟΣ ΣΤΗ ΝΑΝΟΚΛΙΜΑΚΑ Ως νανοσωματίδιο ορίζεται κάθε στερεό που και οι τρεις διαστάσεις του βρίσκονται κάτω από τα 100nm [3]. Θεωρητικά, ως κατώτατο όριο στο μέγεθός του μπορεί να θεωρηθεί το 1nm, ενώ για ακόμη μικρότερα συστήματα, είναι ορθότερο να χρησιμοποιείται ο όρος μοριακό συσσωμάτωμα (cluster). Στην περίπτωση που τα νανοσωματίδια εμφανίζουν κρυσταλλική ατομική δομή, συνήθως χαρακτηρίζονται ως νανοκρύσταλλοι (nanocrystals) και ως νανοσκόνη (nanopowder) όταν αυτά είναι άμορφα χωρίς ομοιογένεια στο σχήμα και το μέγεθός τους. Η επόμενη κλίμακα είναι η μικροκλίμακα (100nm-1μ) και από εκεί και πάνω μιλάμε πλέον για μακροσκοπικά υλικά "όγκου" (bulk). Ο όρος κβαντική τελεία (quantum dot) περιγράφει ημιαγώγιμα νανοσωματίδια, συνήθως κάτω από τα 10nm, με βασικό τους γνώρισμα το μεγάλο ενεργειακό χάσμα μεταξύ της ζώνης σθένους και της ζώνης αγωγιμότητας, που οδηγεί σε πολύ καλά διαχωρισμένες ενεργειακές καταστάσεις. 12

13 Σχήμα 1.2: Κλίμακα και ονομασία υλικού 1.2 ΤΟ ΣΧΗΜΑ ΣΤΗ ΝΑΝΟΚΛΙΜΑΚΑ Το σχήμα των νανοσωματιδίων μπορεί να ποικίλει μεταξύ συμμετρικών σχημάτων όπως η σφαίρα, ο κύβος, τα πολύεδρα και ανισότροπων όπως ραβδιά, διακλαδισμένα συστήματα και διάφορες ακόμη πιο σύνθετες δομές. Οι παράγοντες που επηρεάζουν την τελική δομή μπορούν να εντοπιστούν στην κρυσταλλική φάση στην οποία σχηματοποιούνται οι αρχικοί πυρήνες των νανοσωματιδίων και στα χαρακτηριστικά κάθε μοναδιαίας κυψελίδας [4]. Θεωρητικά ο αρχικός πυρήνας μπορεί να κρυσταλλωθεί σε διάφορες φάσεις, αλλά αυτή που εμφανίζεται τελικά ως πιο σταθερή καθορίζεται από θερμοδυναμικούς παράγοντες όπως η θερμοκρασία, η πίεση κτλ. Καθοριστικό στάδιο είναι επίσης εκείνο της ανάπτυξης των πυρήνων όπου μπορεί να γίνει 13

14 επιλογή στο ποιες κρυσταλλογραφικές διευθύνσεις θα αναπτυχθούν ρυθμίζοντας έτσι την τελική αρχιτεκτονική τους. Ένας από τους τρόπους ώστε να γίνει αυτό, είναι η χρήση κατάλληλων οργανικών μορίων τα οποία δένονται με ισχυρό ή πιο ασθενή τρόπο σε συγκεκριμένα κρυσταλλογραφικά επίπεδα μειώνοντας ή και μηδενίζοντας το ρυθμό της επιπλέον ανάπτυξής τους. Στα επίπεδα όμως που δεν προσδέθηκαν τα μόρια η ανάπτυξη συνεχίζεται, οπότε το νανοσωματίδιο "μεγαλώνει" πλέον ανισότροπα. Σχήμα 1.3: Διαφορετικές μορφολογίες νανοσωματιδίων 14

15 2.1 ΓΕΝΙΚΕΣ ΑΡΧΕΣ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ΣΥΝΘΕΣΗ ΝΑΝΟΣΩΜΑΤΙΔΙΩΝ Μέχρι σήμερα έχουν αναπτυχθεί διάφοροι τρόποι σύνθεσης και επεξεργασίας νανοδομών. Αυτοί οι τρόποι μπορούν γενικά να κατηγοριοποιηθούν συνθετικά ως προσεγγίσεις «top-down» ή «bottom-up». Η «top down» σύνθεση στηρίζεται στη μείωση του μεγέθους για την δημιουργία υλικών νανομετρικής διάστασης. Υπάρχουν διάφορες top-down μέθοδοι για τη σύνθεση νανοδομών. Αυτές περιλαμβάνουν διάφορες μεθόδους λιθογραφίας, όπως λιθογραφία ηλεκτρονικής ακτινοβολίας, λιθογραφία με X-ray, λιθογραφία με laser, εγχάραξη εστιασμένης ιοντικής ακτινοβολίας υπερύθρου, UV-λιθογραφία, βομβαρδισμός με σωματίδια, και άλλες φυσικές μεθόδους. Αντίθετα οι διαδικασίες bottom-up, οδηγούν από την ατομική διάσταση σε νανοδομημένα υλικά και βασίζονται στη χημική σύνθεση και στην οργάνωση της δομής από τη «φυσική» σκοπιά και στο φαινόμενο της αυτοοργάνωσης. Και οι δύο τρόποι σύνθεσης έχουν πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα. Οι top-down μέθοδοι, θεωρούνται αποτελεσματικές σε εφαρμογές όπως η λιθογραφία και αποτελούν τη βάση της βιομηχανίας μικροηλεκτρονικών συστημάτων, χάρη στην οποία είναι διαθέσιμα πλέον στο εμπόριο τρανζίστορ με πολύ μικρό μήκος πύλης (κάτω από 100nm). Η λιθογραφία όμως έχει αρκετούς περιορισμούς στην παραγωγή νανοσωματιδίων με χαρακτηριστικά μικρότερα από 10 nm. Γενικά το κόστος της top-down επεξεργασίας γίνεται πολύ υψηλό, σχεδόν απαγορευτικό, όσο μικραίνει η κλίμακα μεγέθους των παραγόμενων προϊόντων. Οι bottom-up μέθοδοι επιτυγχάνουν ικανοποιητικότατο έλεγχο του μεγέθους, της σύστασης και της μορφολογίας, πλεονεκτήματα τα οποία είναι πολύ σημαντικά για τη δημιουργία νανοδομημένων υλικών. Επίσης δεν έχουν μεγάλο κόστος και μπορεί να γίνει μεγαλύτερη παραγωγή νανουλικών. Αυτές οι μέθοδοι έχουν τη δυνατότητα να δώσουν νανοσωματίδια με διαστάσεις μικρότερες από 10 nm, σε μεγάλες ποσότητες και με χαμηλό κόστος. Με τις bottom up μεθόδους δημιουργούνται νανοσωματίδια, είτε γυμνά είτε επικαλυμμένα, ανάλογα με τις 15

16 εφαρμογές που πρόκειται να χρησιμοποιηθούν. Ένα ακόμη πλεονέκτημα της bottom-up προσέγγισης είναι ότι μπορούν να παρασκευαστούν λειτουργικά νανοσωματίδια μέσω ανταλλαγής των υποκαταστατών. Σχήμα 2.1: Σχηματική προσέγγιση μεθόδων top-down, bottom up 2.2 ΜΟΝΤΕΛΟ LA MER Οι μέθοδοι της "υγρής" χημείας είναι οι πιο μελετημένες και διαδεδομένες διεθνώς στη σύνθεση των μεταλλικών νανοσωματιδίων, μιας και πετυχαίνουν υψηλή ομοιογένεια και έλεγχο στην τελική μορφολογία και είναι επαναλήψιμες πειραματικά. Ο μηχανισμός σχηματισμού ομοιόμορφων κολλοειδών σωματιδίων ξεκίνησε τη δεκαετία 1940-'50 [5]. O La Mer και οι συνεργάτες του καινοτόμησαν συνθέτοντας με επιτυχία διάφορα αεροζόλ λαδιού και θειικά υδρολύματα. Η μελέτη τους κατέληξε στο συμπέρασμα ότι για τη σύνθεση μονοδιασπαρμένων νανοκρυστάλλων απαιτείται ένα σύντομο στάδιο πυρηνοποίησης, που ακολουθείται από ένα αργό στάδιο ανάπτυξης. Όσο καλύτερα διαχωρισμένα είναι τα παραπάνω στάδια τόσο πιο ομοιογενή προϊόντα παράγονται. 16

17 2.3 ΠΥΡΗΝΟΠΟΙΗΣΗ ΚΑΙ ΑΝΑΠΤΥΞΗ Η σύνθεση των σωματιδίων σε διάλυμα γίνεται με χημικές αντιδράσεις, οι οποίες καταλήγουν στον σχηματισμό ενός σταθερού πυρήνα και στη συνέχεια σε σωματιδιακή ανάπτυξη. Ο όρος καταβύθιση συχνά χρησιμοποιείται για να περιγραφεί μία σειρά σταδίων. Τα αντιδρώντα μπορεί να είναι στερεά, υγρά και μερικές φορές αέρια, σε υδατικούς ή μη υδατικούς διαλύτες που μπορούν να έχουν μεγάλη ποικιλία διηλεκτρικών σταθερών. Το φαινόμενο της καταβύθισης των στερεών στο διάλυμα έχει μελετηθεί εκτενώς [6]. Μπορούν να καταβυθιστούν στοιχειακά και πολυστοιχειακά σωματίδια. Για την παρασκευή ενός πολυστοιχειακού υλικού, απαιτείται ειδική προσοχή στον έλεγχο των συνθηκών συγκαταβύθισης, ώστε να επιτευχθεί χημική ομογένεια στο τελικό προϊόν. Αυτό γίνεται λόγω των διαφορετικών ιόντων που συχνά καταβυθίζονται υπό διαφορετικές συνθήκες ph και θερμοκρασιών, και έχουν διαφορετικές σταθερές διαλυτότητας στα προϊόντα [7]. Ο υπερκορεσμός μπορεί να επιτευχθεί με αύξηση της θερμικής ενέργειας ή με τη χρήση ενός οξειδωτικού/αναγωγικού αντιδραστηρίου. Με την έκρηξη της πυρήνωσης το χημικό σύστημα οδηγείται σε αύξηση της ενέργειας του από την ελάχιστη ελεύθερη ενέργεια σχηματισμού. Η κατάσταση θερμοδυναμικής ισορροπίας του συστήματος επανέρχεται από την ανάπτυξη των πυρήνων που σχηματίστηκαν. Δύο τύποι πυρήνωσης μπορούν να πραγματοποιηθούν: i. Η Ομογενής Πυρήνωση (Homogeneous nucleation), που δεν περιλαμβάνει ξένα αντιδραστήρια σαν βοηθούς πυρήνωσης ii. Η Ετερογενής Πυρήνωση (Heterogeneous nucleation), η οποία επιτρέπει τον σχηματισμό πυρήνων πάνω σε είδη-ξενιστές. Οι κινητικοί παράγοντες συναγωνίζονται με τους θερμοδυναμικούς του συστήματος που βρίσκεται στη διαδικασία της ανάπτυξης [8]. Οι κινητικοί παράγοντες όπως η ταχύτητα της αντίδρασης, οι ταχύτητες μεταφοράς των αντιδρώντων, η απομάκρυνση και αναδιανομή του υλικού ανταγωνίζονται με την επιρροή των θερμοδυναμικών στην ανάπτυξη των σωματιδίων. Οι ταχύτητες της αντίδρασης και μεταφοράς επηρεάζονται από τη συγκέντρωση των αντιδρώντων, τη θερμοκρασία, το ph, τη σειρά με την οποία γίνεται η προσθήκη των αντιδραστηρίων στο διάλυμα, και την ανάμειξη. Η δομή και η κρυσταλλικότητα του σωματιδίου μπορεί να επηρεαστεί από τις ταχύτητες (ρυθμούς) της αντίδρασης και από τις ανεπιθύμητες προσμίξεις. Γενικά, ο υπερκορεσμός, δηλαδή η κινητήρια δύναμη της πυρήνωσης, θεωρείται ότι έχει 17

18 κυρίαρχη επίδραση στη μορφολογία των υλικών που απομονώνονται. Σε χαμηλό βαθμό υπερκορεσμού τα σωματίδια είναι μικρά συμπαγή και καλοσχηματισμένα, και το σχήμα εξαρτάται από την κρυσταλλική δομή και από τις επιφανειακές ενέργειες. Σε υψηλό βαθμό υπερκορεσμού, σχηματίζονται μεγάλα και δενδριτικά (διακλαδωμένα) σωματίδια. Σε ακόμα υψηλότερο βαθμό υπερκορεσμού, σχηματίζονται μικρότερα αλλά συμπιεσμένα, συσσωματωμένα σωματίδια. Η ανάπτυξη των κρυστάλλων στο διάλυμα είναι διεπιφανειακά ελεγχόμενη όταν τα σωματίδια είναι μικρά, από τη στιγμή που τα σωματίδια αποκτήσουν ένα κρίσιμο μέγεθος, η ανάπτυξη γίνεται ελεγχόμενη μέσω της διάχυσης [9]. 2.4 ΣΤΑΘΕΡΟΠΟΙΗΣΗ ΜΕΤΑΛΛΙΚΩΝ ΝΑΝΟΣΩΜΑΤΙΔΙΩΝ Τα γυμνά νανοσωματίδια, λόγω του ότι οι ηλεκτροστατικές απώσεις δεν είναι αρκετές, έχουν την τάση να συσσωματώνονται. Επομένως, θα πρέπει με κάποια διεργασία η επιφάνειά τους να τροποποιηθεί κατάλληλα, ώστε να αποφευχθούν οι έντονες αλληλεπιδράσεις μεταξύ τους, που οδηγούν σε συσσωμάτωση, καθώς και να αποτρέπονται οξειδωτικά φαινόμενα. Σχήμα 2.2: α) Στερεοχημική απώθηση, β) Δυναμικά έλξης μεταξύ δύο νανοσωματιδίων (μπλε γραμμή), άπωσης (κόκκινη γραμμή), ολικό δυναμικό (ροζ γραμμή). Αυτό πετυχαίνεται με τη χρήση, συνήθως μεγάλου μοριακού βάρους οργανικών ενώσεων, όπως επιφανειοδραστικών ή πολυμερών που μπορούν να σταθεροποιηθούν στην επιφάνεια είτε ισχυρά μέσω ομοιοπολικών δεσμών, είτε πιο χαλαρά με δεσμούς Wan der Walls και δεσμούς υδρογόνου. Μέσω ηλεκτροστατικής ή στερεοχημικής άπωσης μεταξύ των μορίων του επιφανειοδραστικού αντισταθμίζεται η έλξη μεταξύ των νανοσωματιδίων λόγω διαμοριακών 18

19 δυνάμεων ανάμεσα τους, οπότε η απόσταση μεταξύ των νανοσωματιδίων παραμένει ικανή ώστε να μη συσσωματώνονται. Οι ενώσεις που επιλέγονται συνήθως έχουν κάποια δοτική λειτουργική ομάδα η οποία μπορεί να "δεθεί" στην επιφάνεια όπως η καρβοξυλική, η υδροξυλική, η αμινική, η θειική και άλλες. Το μακρομόριο μπορεί να εκτείνεται από την επιφάνεια του νανοσωματιδίου ή να σχηματίζει ένα συμπαγές περίβλημα που να περικλείει το νανοσωματίδιο [10]. Άλλη στρατηγική για την προστασία των νανοσωματιδίων είναι η ελεγχόμενη οξείδωση της επιφάνειάς τους. Το οξείδιο που αναπτύσσεται προφυλάσσει τον πυρήνα του μετάλλου από περαιτέρω οξείδωση. Στην πραγματικότητα το σύστημα έχει πλέον δομή πυρήνα-φλοιού, με νέες ιδιότητες. Εκτός από οργανικές επιφανειοδραστικές ενώσεις χρησιμοποιούνται συχνά και ανόργανες όπως το διοξείδιο του πυριτίου (SiO 2 ) εξαιτίας της χαμηλής του κυτταροτοξικότητας και της δυνατότητας τροποποίησης της επιφάνειας καθώς και ο άνθρακας (C) που είναι πιο σταθερός. 2.5 ΜΕΘΟΔΟΙ ΣΥΝΘΕΣΗΣ "ΥΓΡΗΣ ΧΗΜΕΙΑΣ" Παρακάτω αναλύονται οι πιο συχνά απαντώμενες βιβλιογραφικά μέθοδοι σύνθεσης bottom up ή αλλιώς συνθέσεις υγρής χημείας Συγκαταβύθιση Η μέθοδος αυτή είναι η πιο απλή και γρήγορη στην εφαρμογή της και περιλαμβάνει τη διάλυση των πρόδρομων ενώσεων των μετάλλων σε κάποιο πολικό διαλύτη, που συνήθως είναι το νερό, παρουσία κάποιου αναγωγικού μέσου [11]. Η διαδικασία λαμβάνει μέρος σε συνθήκες εργαστηρίου με χαμηλή θερμοκρασία και κρατάει από μερικά λεπτά μέχρι μερικές ώρες. Ως πρόδρομες ενώσεις επιλέγονται ιοντικές ενώσεις, όπως τα άλατα των μετάλλων, επειδή χρησιμοποιείται πολικός διαλύτης. Μετά την αναγωγή των μετάλλων σχηματίζονται οι πυρήνες των νανοσωματιδίων, οι οποίοι αφού αναπτυχθούν, καταβυθίζονται στο διάλυμα ως ίζημα, το οποίο συλλέγεται με φυγοκέντριση. Το μεγάλο πλεονέκτημα αυτής της μεθόδου είναι η υψηλή απόδοση στο τελικό προϊόν, αφού με αυτόν τον τρόπο παράγονται μεγάλες ποσότητες νανοσωματιδίων. Παρουσιάζει όμως σοβαρά μειονεκτήματα, όπως πολυδιασπορά, μη εννιαία σύσταση, έλλειψη κρυσταλλικότητας και είναι δύσκολο να υπάρξει έλεγχος στο σχήμα, γιατί μόνο κινητικοί παράγοντες μπορούν να τροποποιηθούν κατά τη διάρκεια της ανάπτυξης. 19

20 2.5.2 Θερμική διάσπαση Η μέθοδος αυτή στηρίζεται στην διάσπαση σε υψηλή θερμοκρασία πρόδρομων ενώσεων, όπως άλατα σύμπλοκα μετάλλων και οργανομεταλλικές ενώσεις. Οι αντιδράσεις γίνονται μέσα σε οργανικούς διαλύτες παρουσία επιφανειοδραστικών, που πολύ συχνά είναι κάποιο λιπαρό οξύ ή κάποια αμίνη. Απαιτούνται περισσότερο πολύπλοκες διατάξεις από τη συγκαταβύθιση, που λειτουργούν υποχρεωτικά σε αδρανή ατμόσφαιρα, πράγμα που αυξάνει το κόστος, επίσης τα νανοσωματίδια παράγονται ως υδρόφοβα οπότε για βιοεφαρμογές χρειάζεται η περαιτέρω επεξεργασία της επιφάνειά τους. Παρόλ' αυτά όμως επιτυγχάνεται πολύ καλή μονοδιασπορά στο μέγεθος των νανοσωματιδίων, ομοιογένεια στο σχήμα με αποτέλεσμα οι ιδιότητες να είναι καλύτερες. Οι παράγοντες από τους οποίους εξαρτάται η τελική μορφολογία είναι οι συγκεντρώσεις των πρόδρομων και του διαλύτη, η θερμοκρασία και ο χρόνος αντίδρασης. Μειονέκτημα της μεθόδου αποτελεί η επαναληψιμότητα των αποτελεσμάτων της, λόγω των πολλών παραμέτρων που υπεισέρχονται κατά τη σύνθεση Μικρογαλακτώματα Το μικρογαλάκτωμα είναι μία θερμοδυναμικά σταθερή διασπορά δύο μη αναμίξιμων υγρών. Η διεπιφάνεια μεταξύ τους σταθεροποιείται από κάποιο επιφανειοδραστικό. Στην περίπτωση μικρογαλακτωμάτων νερού-σε-λάδι η υδάτινη φάση είναι διασκορπισμένη σε μικροσταγόνες, με διάμετρο 1-50nm, που περιβάλλονται από ένα στρώμα μορίων του επιφανειοδραστικού, που τις διαχωρίζει από την οργανική φάση. Αυτό συμβαίνει ώστε το υδρόφιλο μέρος του επιφανειοδραστικού να βρίσκεται στο περιβάλλον του νερού, ενώ το υδρόφοβο στο οργανικό μέρος με αποτέλεσμα των σχηματισμό μικκυλίων. Το μέγεθος του μικκυλίου καθορίζεται από το μοριακό κλάσμα του νερού προς το επιφανειοδραστικό. Τα μικκύλια αποτελούν εξαιρετικά μέσα αντίδρασης αφού είναι ικανά να αυξήσουν τη διαλυτότητα των αντιδρώντων και να τα οργανώσουν στο εσωτερικό τους. Αυτό το πετυχαίνουν με τη συνεχή κινητικότητα που παρουσιάζουν, όταν συγκρούονται μεταξύ τους, ενώνονται και επαναδιαλύονται. Έτσι, σχηματίζεται στερεό στο εσωτερικό τους που στη συνέχεια απομονώνεται με φυγοκέντριση. Αν και πολλά είδη νανοσωματιδίων έχουν συντεθεί με αυτήν τη μέθοδο, τα μικρογαλακτώματα δεν προσφέρουν καλό έλεγχο στο σχήμα και στο μέγεθος, καθώς επίσης μειονέκτημα αποτελεί η μικρή απόδοση που πετυχαίνεται με αυτή τη μέθοδο. 20

21 2.5.4 Υδροθερμική-Διαλυτοθερμική σύνθεση Ως διαλυτοθερμική σύνθεση θεωρούνται οι ετερογενείς αντιδράσεις που συμβαίνουν μέσα σε διαλύτη, σε κλειστό σύστημα (autoclave), όταν η θερμοκρασία είναι μεγαλύτερη από 100 C και η πίεση πάνω από 1 bar [12]. Στην περίπτωση που ο διαλύτης είναι το νερό η μέθοδος ονομάζεται υδροθερμική. Ο όρος "υδροθερμία" όμως έχει γεωλογική καταγωγή. Χρησιμοποιήθηκε για πρώτη φορά από το γεωλόγο Roderick Murchison ( ) για να περιγράψει τη δράση του νερού σε συνθήκες υψηλής θερμοκρασίας και πίεσης που επικρατούν στο φλοιό της γης και που οδηγούν στο σχηματισμό διαφόρων πετρωμάτων και ορυκτών [13]. Το μεγάλο πλεονέκτημα της υδροθερμικής μεθόδου είναι ο μεγάλος βαθμός κρυσταλλικότητας που εμφανίζουν τα νανοσωματίδια. Οι υψηλές πιέσεις που αναπτύσσονται ευνοούν το σχηματισμό πολύπλοκων δομών με την επιθυμητή κρυσταλλική δομή, σε σχετικά χαμηλή θερμοκρασία. Όλα αυτά συμβαίνουν μέσα από μία ιδιαίτερα απλή διαδικασία, με μικρό κόστος και με χρήση φιλικών προς το περιβάλλον αντιδραστηρίων. Η επαναληψιμότητα της μεθόδου είναι ικανοποιητική, όμως οι αποδόσεις της συγκεκριμένης μεθόδου δεν είναι ιδιαίτερα υψηλές. Στην περίπτωση που αντί για νερό χρησιμοποιηθεί κάποιος οργανικός διαλύτης η μέθοδος αναφέρεται ως σολβοθερμική ή διαλυτοθερμική [14]. Βασικό πλεονέκτημα των δύο μεθόδων είναι ότι τα αντιδρώντα συστατικά βρίσκονται μέσα σε διαλύτη και αυτό επιταχύνει την αντίδραση μεταξύ τους, αφού αυξάνεται η διαλυτότητά τους και μειώνεται η μέση απόσταση μεταξύ τους. Επίσης, οι ιδιότητες του διαλύτη [15-16] (πυκνότητα, επιφανειακή τάση, ιξώδες, διηλεκτρική σταθερά) αλλάζουν δραστικά, ώστε να διευκολύνει σημαντικά τις αντιδράσεις επιτρέποντας το σχηματισμό ακόμα και περίπλοκων δομών. Υπάρχει ακόμα η δυνατότητα ο διαλύτης να αντιδρά με τις πρόδρομες ενώσεις σχηματίζοντας σύμπλοκα ως ενδιάμεσο στάδιο για τη σύνθεση του τελικού προϊόντος. Η σολβοθερμική μέθοδος σύνθεσης νανοσωματιδίων ανήκει στην κατηγορία των οξειδoαναγωγικών μεθόδων σε διάλυμα υπό αυτογενή πίεση και αυξημένη θερμοκρασία. Η μέθοδος αυτή, χρησιμοποιείται τα τελευταία χρόνια για τη σύνθεση νανοσωματιδίων με θεαματικά αποτελέσματα. Οι επιστήμονες αξιοποιώντας την, εκμεταλλεύονται τα σημαντικά πλεονεκτήματά της, που διακρίνονται σε ποιοτικού, οικονομικού αλλά και περιβαλλοντικού χαρακτήρα. Τα προϊόντα που προκύπτουν διακρίνονται για την καθαρότητα και την ομοιογένεια, τη συμμετρία, τις μοναδικές ιδιότητες που παρουσιάζουν οι μετασταθείς ενώσεις των προϊόντων, 21

22 την ομοιοκατανομή των μεγεθών των σωματιδίων, τη μικρή συσσωμάτωση. Το σημαντικότερο πλεονέκτημα της μεθόδου είναι ο έλεγχος του σχήματος των σωματιδίων μέσω των διαφορετικών συνθηκών σύνθεσής τους. Στο οικονομικό και περιβαλλοντικό επίπεδο πολύ σημαντική είναι η εύκολη σύνθεση σε λίγα ή ένα μόνο στάδιο, η χρήση απλού εξοπλισμού, οι μικροί χρόνοι αντιδράσεων, η μικρή ποσότητα διαλυτών που χρησιμοποιούνται και η χαμηλή κατανάλωση ενέργειας. Αξίζει να σημειωθεί ότι μικρές μεταβολές σε μεταβλητές μιας αντίδρασης, όπως είναι η διάρκεια, η θερμοκρασία, το ph, η στοιχειομετρία, ή σειρά με την οποία προστίθενται τα αντιδραστήρια στο διάλυμα μπορούν να επηρεάσουν το προϊόν. Κατά συνέπεια δεν είναι δυνατή η ποσοτική ή ποιοτική πρόβλεψη των προϊόντων. Για τον λόγο αυτό τα πειράματα σχεδιάζονται με βάση προηγούμενες εμπειρίες. Για όλους τους παραπάνω λόγους η συγκεκριμένη μέθοδος έχει χρησιμοποιηθεί σε πολλές συνθέσεις νανοσωματιδίων [17-21]. Σχήμα 2.3: Αυτόκλειστο (autoclave) ή βόμβα Αν και η ακριβής γνώση των αντιδράσεων που λαμβάνουν χώρα κατά την υδροθερμικήσολβοθερμική σύνθεση είναι πολύ δύσκολη, σε πρώτη προσέγγιση μπορούν να ταξινομηθούν στις παρακάτω κατηγορίες [22]: i. αντιδράσεις οξειδοαναγωγής ii. υδρόλυση 22

23 iii. θερμόλυση iv. αντιδράσεις σχηματισμού συμπλόκου v. αντιδράσεις μετάθεσης Οι παράμετροι που επηρεάζουν τη σύνθεση μπορούν να χωριστούν σε δύο κατηγορίες: χημικές και θερμοδυναμικές. Οι χημικές παράμετροι έχουν να κάνουν με τη φύση των αντιδρώντων και του διαλύτη. Η χημική σύνθεση των αρχικών ενώσεων θα πρέπει αρχικά να είναι η κατάλληλη σύμφωνα με την τελική ένωση που θέλουμε να σχηματιστεί, όπως και η συγκέντρωσή τους η οποία πιστεύεται ότι επηρεάζει το μέγεθος των νανοσωματιδίων. Η επιλογή του διαλύτη καθορίζεται από το μοριακό του βάρος, το σημείο βρασμού του, τη διηλεκτρική του σταθερά, τη διπολική του ροπή και από την πολικότητά του. Υπάρχει ακόμα η περίπτωση να φτάσει σε υπερκρίσιμη κατάσταση όπου εκεί οι ιδιότητές του κυμαίνονται μεταξύ των αερίων και των υγρών. Οι θερμοδυναμικές παράμετροι τέλος, αφορούν στη θερμοκρασία, την πίεση και το χρόνο αντίδρασης και η μεταβολή τους επηρεάζει τη μορφολογία αλλά και τη σύσταση των προϊόντων. 23

24 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ΤΕΧΝΙΚΕΣ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΜΟΥ ΤΩΝ ΝΑΝΟΣΩΜΑΤΙΔΙΩΝ Για να χαρακτηριστούν τα νανοσωματίδια, ανάλογα με το είδος τους χρησιμοποιείται πληθώρα τεχνικών. 3.1 ΒΑΣΙΚΕΣ ΜΕΘΟΔΟΙ Περίθλαση ακτίνων-χ (XRD) Όταν μία δέσμη ακτίνων-χ προσπίπτει σε μια τρισδιάστατη πλεγματική διάταξη ατόμων, δηλαδή σε έναν κρύσταλλο, τότε το κάθε άτομο σκεδάζει την ακτινοβολία. Τα σκεδαζόμενα κύματα διαδίδονται σφαιρικά προς όλες τις κατευθύνσεις στο χώρο και συμβάλλουν μεταξύ της. Λόγω της περιοδικότητας της δομής, σε συγκεκριμένες διευθύνσεις οι διαφορές φάσεως μεταξύ των σκεδαζόμενων είναι μηδέν και άρα αυτές συμβάλλουν εποικοδομητικά και δημιουργούν δέσμη μέγιστης έντασης. Η συνθήκη για τη σύμφωνη σκέδαση εκφράζεται στο νόμο του Bragg: όπου n η τάξη της ανάκλασης που συνήθως είναι η πρώτη, λ το μήκος κύματος των ακτίνων-χ, d η απόσταση μεταξύ των ατομικών επιπέδων του πλέγματος και θ η γωνία πρόπτωσης. Για όλες τις υπόλοιπες διευθύνσεις οι ακτίνες συμβάλλουν καταστρεπτικά και αλληλοαναιρούνται. Το σύνθετο αυτό φαινόμενο, της σκέδασης της προσπίπτουσας δέσμης από περιοδικό ατομικό πλέγμα και της συμβολής των σκεδαζόμενων ακτίνων ονομάζεται περίθλαση των ακτίνων-χ. Η συσκευή που εκμεταλλεύεται την παραπάνω αλληλεπίδραση ονομάζεται περιθλασίμετρο (σχ. 5.1 ) και μπορεί να δώσει πληροφορίες για τη δομή του υλικού χωρίς να το καταστρέφει. Στην πραγματικότητα ένα φάσμα ακτίνων-χ είναι ένα είδος δακτυλικού αποτυπώματος για κάθε κρυσταλλική ουσία, αφού κάθε στοιχείο όπως και κάθε ένωση περιθλά την ακτινοβολία διαφορετικά. Ο τρόπος καθορίζεται από την ατομική δομή και τα είδη συμμετρίας και περιοδικότητας που εμφανίζει το εκάστοτε κρυσταλλικό πλέγμα. 24

25 Σχήμα 3.1: Περιστρεφόμενο περιθλασίμετρο και παραγωγή φάσματος. Το δείγμα τοποθετείται σε σταθερό υποδοχέα και η ακτινοβολία -συνήθως η Κα του χαλκού-,που παράγεται σε λυχνία ακτίνων-χ, προσπίπτει πάνω υπό σταθερή γωνία. Στρεφόμενος ανιχνευτής σε κατάλληλη απόσταση μετράει την ένταση των ανακλάσεων και μεταφέρει τα δεδομένα σε ηλεκτρονικό υπολογιστή, που παράγει το συνολικό φάσμα της έντασης σε συνάρτηση με τη γωνία της προσπίπτουσας. Οι κορυφές που σχηματίζονται στην περίπτωση των νανοσωματιδίων αναμένονται διευρυμένες εξαιτίας του μικρού μεγέθους D το οποίο μπορεί να υπολογιστεί από τη σχέση Debye-Scherrer:, όπου Κ σταθερά που αφορά τη μορφολογία των νανοσωματιδίων και λαμβάνεται ίση με 0.9, λ το μήκος κύματος της προσπίπτουσας, b ή FWHM (full width at half maximum) είναι το εύρος της κορυφής στο μισό της έντασής της. Το περιθλασίμετρο που χρησιμοποιήθηκε για τα συγκεκριμένα δείγματα ήταν το μοντέλο της Philips PW 1820 με γωνιακό εύρος 2θ και βήμα 0.05 ανά 3sec. 25

26 3.1.2 Μικροσκόπιο Διερχόμενης Δέσμης (TEM) Το ηλεκτρονικό μικροσκόπιο εκμεταλλεύεται την κυματική φύση των ηλεκτρονίων καθώς αυτά αλληλεπιδρούν με την ύλη. Μπορεί να διακρίνει αντικείμενα μέχρι 1000 φορές καλύτερα από τα συμβατικά οπτικά μικροσκόπια χωρίς απώλειες στη λεπτομέρεια. Η διάταξη αποτελείται από ένα ηλεκτρονικό κανόνι για την θερμιονική παραγωγή των ηλεκτρονίων τα οποία στη συνέχεια επιταχύνονται από διαφορά δυναμικού, που συνήθως είναι της τάξης kV. Κατόπιν η δέσμη εστιάζεται από δύο συμπυκνωτές φακούς και στη συνέχεια διέρχεται από το δείγμα.. Το σχηματιζόμενο είδωλο εστιάζεται και μεγεθύνεται από ένα αντικειμενικό και δύο προβολικούς φακούς και προβάλλεται σε μία φθορίζουσα οθόνη. Οι φακοί που χρησιμοποιούνται είναι στην πραγματικότητα ηλεκτρομαγνητικά πηνία στα οποία μεταβάλλεται η ένταση του ρεύματος που τα διαρρέει, ώστε να αλλάζει το μαγνητικό τους πεδίο, που επηρεάζει με τη σειρά του την τροχιά των ηλεκτρονίων. Το όλο σύστημα βρίσκεται σε υψηλό κενό ώστε η κίνηση των ηλεκτρονίων να μένει ανεπηρέαστη. Σχήμα 3.2: Τομή και συστατικά μέρη ηλεκτρονικού μικροσκοπίου. 26

27 Πέρα όμως από εικόνες του δείγματος το μικροσκόπιο είναι σε θέση να παρέχει και εικόνα περίθλασης, η οποία αποτελεί το μετασχηματισμό Fourier των κρυσταλλικών χαρακτηριστικών του δείγματος και άρα παρέχει πληροφορίες, όπως οι αποστάσεις των ατομικών επιπέδων και η μορφή της κυψελίδας. Υπάρχουν και τα ηλεκτρονικά μικροσκόπια των 200kVolt που είναι ακόμα πιο ισχυρά παρέχοντας εικόνες υψηλής ανάλυσης (high resolution) και λέγονται μικροσκόπια υψηλής διακριτικής ικανότητας (HRTEM). Τα σύγχρονα ΤΕΜ έχουν πολύ μεγάλη διακριτική ικανότητα που θεωρητικά φτάνει μέχρι τα nm αν και για λόγους σφαλμάτων που υπεισέρχονται τελικά φτάνει το 1nm. Για τα δείγματα της εργασίας χρησιμοποιήθηκε το μοντέλο JEOL 100Cx που λειτουργεί στα 100kV Μικροσκόπιο Ατομικής Δύναμης (AFM) Το μικροσκόπιο ατομικής δύναμης (AFM) επίσης εφευρέθηκε από Binning et al. το1986 και μετρά τις δυνάμεις που ασκούνται μεταξύ μιας λεπτής μύτης και του δείγματος. Το tip συνδέεται με το ελεύθερο άκρο ενός προβόλου και φέρεται πολύ κοντά σε ένα επιφάνεια. Ελκτικές ή αποθητικές δυνάμεις που προκύπτουν από αλληλεπιδράσεις μεταξύ του άκρου και της επιφάνειας θα προκαλέσουν μια θετική ή αρνητική κάμψη του προβόλου. Η κάμψη αυτή ανιχνεύεται με τη βοήθεια μιας ακτίνας λέιζερ, η οποία ανακλάται από τη πίσω πλευρά του προβόλου. Το Σχήμα παρακάτω δείχνει τη βασική ιδέα του AFM. Σχήμα 3.3: ατομικό μικροσκόπιο δύναμης με ακτίνα ανίχνευσης εκτροπής. 27

28 Τα μέρη του ηλεκτρονικού μικροσκοπίου AFM είναι τα εξής: α)piezocrystals είναι τα κεραμικά υλικά που συστέλλονται και διαστέλλονται με την παρουσία της τάσης κλίσης και αντιστρόφως, αναπτύσσοντας ένα ηλεκτρικό δυναμικό που ανταποκρίνεται στη μηχανική πίεση. Με τον τρόπο αυτό, οι κινήσεις σε χ, y και z κατεύθυνση είναι πιθανές συνιστώσες του μικροσκοπίου. β)probe-καθετήρας αποτελεί μικροεπεξεργασμένο πρόβολο με ένα αιχμηρό tipάκρο σε ένα τελείωμα το οποίο έρχεται σε αλληλεπίδραση με την επιφάνεια του δείγματος. Κάθε ανιχνευτής έχει διαφορετικές προδιαγραφές και σχήμα. γ) Δέσμη ανίχνευσης Εκτροπής, για την ανίχνευση της μετατόπισης του προβόλου, ένα λέιζερ αντανακλάται από το πίσω μέρος του προβόλου και συλλέγεται σε μια φωτοδίοδο Φασματοσκοπία Υπερύθρου Μετασχηματισμού Fourier (FTIR) Η φασματοσκοπία υπερύθρου βασίζεται στην αλληλεπίδραση (απορρόφηση) της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας με την ύλη και χρησιμοποιείται συχνότατα στην οργανική χημεία. Στα μήκη κύματος του υπερύθρου, η ενέργεια της ακτινοβολίας είναι ικανή να προκαλέσει δονήσεις και περιστροφές στα μόρια των οργανικών ενώσεων. Τότε συμβαίνει απορρόφηση της ενέργειας της ακτινοβολίας και άρα ελάττωση της έντασής της που μπορεί να ανιχνευτεί. Η περιοχή που γίνεται η μέτρηση είναι από τα 4000cm -1 μέχρι τα 250cm -1, ενώ για μικρότερες τιμές κυματάριθμου χρησιμοποιείται η φασματοσκοπία Ramman. Η καταγραφή του φάσματος υπερύθρου γίνεται με συμβολομετρικές μετρήσεις που υπερτερούν των κοινών μηχανισμών σάρωσης του φάσματος. Η πηγή, που είναι ειδικό laser, εκπέμπει μια σειρά από μονοχρωματικές ακτινοβολίες που διαπερνούν το δείγμα. 28

29 Σχήμα 3.4: Τυπικό φασματόμετρο υπερύθρων και πορεία δέσμης σε αυτό Θερμοβαρυμετρική Ανάλυση (TG) Στη θερμοβαρυμετρική ανάλυση καταγράφεται συνεχώς η μάζα του δείγματος καθώς αυξάνει η θερμοκρασία. Αποτελείται από έναν ευαίσθητο αναλυτικό ζυγό που βρίσκεται στο εσωτερικό ενός φούρνο και ένα σύστημα καθαρισμού με διαβίβαση αερίου που εξασφαλίζει αδρανή ή μερικές φορές δραστική ατμόσφαιρα. Η θερμοκρασία μπορεί να φτάσει μέχρι τους 1000 C. Το όλο σύστημα συνδέεται με ηλεκτρονικό υπολογιστή για τη συλλογή και την καταγραφή των δεδομένων. Σχήμα 3.5: Συσκευή θερμοβαρυμετρικής ανάλυσης. 29

30 Η μέθοδος χρησιμοποιείται για τη μελέτη των ιδιοτήτων πολυμερών, τον προσδιορισμό θερμοκρασιών αποσύνθεσης καθώς και την εύρεση της αναλογίας οργανικών/ανόργανων ενώσεων. Στην περίπτωση των νανοσωματιδίων η μέθοδος δείχνει τις περιοχές θερμοκρασίας κατά τις οποίες τα επιφανειοδραστικά καίγονται αφήνοντας τον πυρήνα ακάλυπτο. Έτσι το ποσοστό απώλειας μάζας που ανιχνεύεται συνήθως συνδέεται με την ποσότητα του επιφανειοδραστικού που κάηκε. Μπορούν ακόμα να ανιχνευτούν στα διαγράμματα TGA αλλαγές φάσης που συμβαίνουν σε υψηλές θερμοκρασίες. Η μέθοδος βέβαια είναι καταστρεπτική για τα νανοσωματίδια αφού μπορεί να αλλάξουν δομή και κυρίως να συσσωματωθούν χάνοντας την αρχική τους μορφολογία και διασπορά Φασματομετρία Ατομικής Εκπομπής Επαγωγικά Συζευγμένου Πλάσματος (ICP-AES) Η φασματομετρία ατομικής εκπομπής με πηγή διέγερσης επαγωγικά συζευγμένο πλάσμα έχει αποδειχτεί ως μία από τις καλύτερες μεθόδους για τον ταυτόχρονο προσδιορισμό κύριων και δευτερευόντων στοιχείων καθώς και ιχνοστοιχείων. Στηρίζεται στη διέγερση των ατόμων με πλάσμα και την καταγραφή της έντασης της ακτινοβολίας που εκπέμπουν, όταν αποδιεγείρονται. Το αρχικό υγρό δείγμα μετατρέπεται σε αερόλυμα με έναν εκνεφωτή και στη συνέχεια εισέρχεται μέσα στο πλάσμα, το οποίο συντηρείται από την ισχύ, που παρέχεται από γεννήτρια ραδιοσυχνότητας. Το αερόλυμα μέσα στο πλάσμα ατομοποιείται και διεγείρεται. Τα διεγερμένα άτομα εκπέμπουν χαρακτηριστικές φασματικές γραμμές, οι οποίες αναλύονται σε οπτικό σύστημα και μετά ενισχύονται και καταγράφονται ως σήματα έντασης ακτινοβολίας. 30

31 Σχήμα 3.6: Αρχή λειτουργίας ανάλυσης ICP-AES Ηλεκτρονική Μικροσκοπία Σάρωσης (SEM) Το ηλεκτρονικό μικροσκόπιο σάρωσης είναι ένα όργανο που λειτουργεί όπως περίπου και ένα οπτικό μικροσκόπιο μόνο που χρησιμοποιεί δέσμη ηλεκτρονίων υψηλής ενέργειας αντί για φως, για να εξετάσει αντικείμενα σε λεπτομερή κλίμακα. Τα ηλεκτρόνια παράγονται συνήθως από νήμα βολφραμίου, το οποίο λειτουργεί σαν κάθοδος, και κατευθύνονται προς την άνοδο στην οποία εφαρμόζεται ένα δυναμικό 1-30kV. Τα ηλεκτρόνια επιταχύνονται από την άνοδο και περνούν μέσα από έναν ηλεκτρομαγνητικό φακό συμπύκνωσης, που τα μετατρέπει σε δέσμη. Η ισχύς αυτού του φακού καθορίζει την διάμετρο της δέσμης. Η δέσμη ηλεκτρονίων σαρώνει την επιφάνεια του δείγματος, και από την αλληλεπίδραση αυτή εκπέμπονται κυρίως δευτερογενή και οπισθοσκεδαζόμενα ηλεκτρόνια καθώς και ακτίνες Χ. Η ένταση των εκπεμπόμενων ηλεκτρονίων επηρεάζεται από τα χαρακτηριστικά της επιφάνειας. Όταν τα ηλεκτρόνια της δέσμης φθάσουν στην επιφάνεια του δείγματος διεισδύουν σε βάθος που εξαρτάται από τον ατομικό αριθμό. Τα ηλεκτρόνια ταξιδεύουν προς τυχαίες κατευθύνσεις μέσα στο δείγμα και συγκρούονται με τα άτομα του δείγματος. Τα ηλεκτρόνια συγκρούονται ελαστικά με τον πυρήνα του ατόμου (ειδικά σε μεγάλα άτομα) και σκεδάζονται προς 31

32 οποιαδήποτε κατεύθυνση χωρίς σημαντική απώλεια της ενέργειάς τους (κρατούν το 50 με 80% της αρχικής ενέργειας). Εκείνα τα ηλεκτρόνια που σκεδάζονται προς τα πίσω με γωνία 180 λέγονται οπισθοσκεδαζόμενα (BSE). Έχουν μεγαλύτερη ενέργεια και εκπέμπονται από μεγαλύτερο βάθος από το δείγμα. Το ποσοστό των ηλεκτρονίων που εκπέμπονται οπισθοσκεδαζόμενα, εξαρτάται από τον ατομικό αριθμό του ατόμου του δείγματος. Για τα ελαφρά στοιχεία είναι ~6% ενώ για τα βαρύτερα~50%. Επομένως η αλλαγή του ποσοστού των ΒSΕ δίνει διαφοροποίηση στην εικόνα ανάλογα με τον ατομικό αριθμό. Οι βαρύτερες φάσεις φαίνονται λαμπρότερες από τις ελαφρύτερες. Έτσι έχουμε πληροφορίες για την σύσταση του δείγματος. Όταν τα ηλεκτρόνια της δέσμης συγκρούονται με τα ηλεκτρόνια του ατόμου μερικά από τα χαλαρά συγκρατούμενα ηλεκτρόνια μπορεί να φύγουν από το άτομο και αυτά είναι που ονομάζονται δευτερογενή ηλεκτρόνια. Κάθε ηλεκτρόνιο που εγκαταλείπει το άτομο μετά από σύγκρουση με άλλο υψηλής ενέργειας είναι θεωρητικά ένα δευτερογενές ηλεκτρόνιο. Τα δευτερογενή ηλεκτρόνια είναι χαμηλής ενέργειας (50eV) και εκπέμπονται κοντά στην επιφάνεια του δείγματος αφού αυτά που εκπέμπονται από μεγαλύτερο βάθος, απορροφούνται εύκολα από την μάζα του δείγματος. Γι αυτό και είναι χρήσιμα για την απεικόνιση της επιφάνειας του δείγματος. Σχήμα 3.7: Σχηματικό διάγραμμα λειτουργίας ενός SEM. 32

33 Έτσι, το SEM δίνει πληροφορίες που αφορούν κυρίως στη μορφολογία και στη σύσταση της επιφάνειας. Εφαρμόζοντας, επιπλέον, ένα σύστημα ανίχνευσης της διασποράς των ενεργειών των ακτίνων Χ, που δημιουργούνται στην επιφάνεια από την προσπίπτουσα δέσμη, μπορεί να γίνει ημιποσοτική στοιχειακή ανάλυση του υλικού Φασματοσκοπία Υπεριώδους-Ορατού (UV- VIS) Οι απορροφήσεις ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας στην περιοχή υπεριώδους (Ultra Violet, UV) και ορατού (Visible, VIS) τμήματος του φάσματος είναι αποτέλεσμα των ενεργειακών μεταβολών στην ηλεκτρονική δομή των μορίων. Στο είδος αυτό φασματοσκοπίας τα εξωτερικά ηλεκτρόνια είναι εκείνα, που με την ανύψωση ή πτώση από τη μια τροχιά σε μια άλλη, προκαλούν απορρόφηση ενέργειας σε διακεκριμένες, κβαντωμένες ποσότητες. Οι αλλαγές της ηλεκτρομαγνητικής ενέργειας του μορίου μιας χημικής ένωσης προκαλούν μεταβολές της διπολικής ροπής του, και ακριβώς αυτή η μεταβολή είναι υπεύθυνη για την αλληλεπίδραση του χημικού μορίου και της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας. Η περιοχή υπεριώδους είναι μεταξύ 10 και 380 nm μήκους κύματος και η περιοχή ορατού μεταξύ 380 και 780 nm. Τα νεώτερα φασματόμετρα UV-VIS αποτελούνται από την πηγή ακτινοβολίας (λάμπα δευτερίου για UV και λάμπα μη νήμα βολφραμίου για VIS). Η ανομοιογενής ακτινοβολία που παράγεται περνάει μέσα από ένα μονοχρωμάτορα που επιλέγει τα διάφορα μήκη κύματος και συνδέεται άμεσα με το καταγραφικό (ηλεκτρονική οθόνη). Η δέσμη του φωτός, μετά το μονοχρωμάτορα, διαχωρίζεται σε δύο παράλληλες δέσμες, από τις οποίες η μία περνάει μέσα από την κυψελίδα του δείγματος (sample cell) που περιέχει το διάλυμα της ουσίας στο διαλύτη (1-2%) και η δεύτερη μέσα από μια παρόμοια κυψελίδα που περιέχει μόνο διαλύτη. Οι εντάσεις των δύο δεσμών φωτός μετά την απορρόφηση συγκρίνονται ηλεκτρονικά. Οι κυψελίδες του δείγματος για το ορατό φάσμα κατασκευάζονται από γυαλί, ενώ για την περιοχή του υπεριώδους, επειδή οι προσμίξεις του γυαλιού απορροφούν μέρος της υπεριώδους ακτινοβολίας, χρησιμοποιούνται κυψελίδες κατασκευασμένες από κρυσταλλικό πυρίτιο. Τα περισσότερα φασματόμετρα UV-VIS λειτουργούν στην περιοχή nm. Η ορατή περιοχή είναι μεταξύ nm (ιώδες-ερυθρό) και η υπεριώδης περιοχή από nm. Η παρουσίαση των φασμάτων UV-VIS των οργανικών και ανόργανων ενώσεων γίνεται αυτόματα σε κατάλληλα βαθμολογημένο χαρτί (ανάλογα με το όργανο ή σε οθόνη Η/Υ με 33

34 γραφική παράσταση της ε ή logε στον άξονα των x προς το μήκος κύματος στον άξονα των y (όπου ε ο μοριακός συντελεστής απόσβεσης), είτε της logio/i, γνωστής ως οπτικής πυκνότητας (optical density) ως προς το μήκος κύματος. Σχήμα 3.8: Διάγραμμα και φωτογραφία τυπικού φασματοφωτομέτρου UV-ορατού. 34

35 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ΧΑΛΚΟΣ ΚΑΙ ΟΞΕΙΔΙΑ-ΧΗΜΕΙΑ ΚΑΙ ΚΡΥΣΤΑΛΛΟΓΡΑΦΙΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ 4.1 ΧΑΛΚΟΣ Cu Ο χαλκός είναι ένα φυσικό στοιχείο. Η μέση αφθονία του στη γη είναι 50(ppm). Είναι ένα μεταβατικό μέταλλο και εμφανίζεται στη φύση σε τέσσερις οξειδωτικές βαθμίδες : ως μεταλλικός Cu 0 καθώς και στις βαθμίδες +1, +2 και πολύ σπάνια +3. Τα κανονικά δυναμικά του Cu φαίνονται στον παρακάτω πίνακα: Πίνακας 4.1: Κυριότερα κανονικά δυναμικά Cu O χαλκός είναι επίσης ένα ιχνοστοιχείο που απαιτείται για τη σωστή λειτουργία πολλών ενζύμων στα βιολογικά συστήματα. Είναι γνωστά τουλάχιστον 21 ένζυμα που περιέχουν χαλκό τα οποία λειτουργούν ως καταλύτες οξειδοαναγωγής (π.χ κυτοχρωμική οξειδάση, αναστολείς της μονοαμίνοξειδάσης) ή μεταφορείς διοξυγόνου (π.χ αιμοκυανίνη). Υπερβολικές συγκεντρώσεις χαλκού από την άλλη επιβραδύνουν ζωτικής σημασίας διαδικασίες για τον οργανισμό αδρανοποιούν ένζυμα και προκαλούν την μεταβολή των κυτταροπλασματικών πρωτεϊνών σε μείγματα μεταλλικών πρωτεϊνών. Η έκθεση σε ενώσεις που περιέχουν χαλκό 35

36 προηγείται της σύγχρονης εποχής, καθώς αποτελούσε βασικό συστατικό σε κύπελλα και βραχιόλια. Επίσης ουσίες που περιέχουν χαλκό χρησιμοποιούνται ως εντομοκτόνα για αιώνες και σήμερα χρησιμοποιούνται σε διάφορα μυκητοκτόνα, ζιζανιοκτόνα, αλγοκτόνα και μαλακιοκτόνα σκευάσματα. Όπως φαίνεται στην παρακάτω εικόνα ο μεταλλικός χαλκός κρυσταλλώνεται σε ένα εδροκεντρωμένο κυβικό κρυσταλλικό πλέγμα fcc (πλεγματική σταθερά a l = Å). Σχήμα 4.1: Μοναδιαία κυψελίδα χαλκού 4.2 OΞΕΙΔΙΟ TΟΥ MΟΝΟΣΘΕΝΟΥΣ XΑΛΚΟΥ (Cu 2 O) Το oξείδιο του μονοσθενούς χαλκού συναντάται ως το κοκκινωπό ορυκτό κιουπρίτης και είναι ένα από τα κύρια οξείδια του χαλκού. Έχει ερυθρό χρώμα ως στερεό και είναι συστατικό μερικών υφαλοχρωμάτων. Η ένωση μπορεί να εμφανιστεί με κίτρινο ή κόκκινο χρωματισμό, ανάλογα με το μέγεθος των σωματιδίων, αλλά και οι δύο μορφές αποικοδομούνται σε οξείδια του δισθενούς χαλκού. Το οξείδιο του μονοσθενούς χαλκού μπορεί να παραχθεί με διάφορες μεθόδους. Η πιο απλή, είναι μέσω της μερικής οξείδωσης του μετάλλικού χαλκού: 4 Cu + O 2 2 Cu 2 O Το νερό και τα οξέα επηρεάζουν τον ρυθμό αυτής της διαδικασίας, καθώς και την περαιτέρω οξείδωση σε οξείδιο του δισθενούς χαλκού (CuO). Εμπορικά παράγεται με αναγωγή των διαλυμάτων δισθενούς χαλκού με διοξείδιο του θείου (SO 2 ). Σε όλες τις διαδικασίες παραγωγής το χρώμα επηρεάζεται από την πειραματική διαδικασία. 36

37 Ο σχηματισμός του οξειδίου του μονοσθενούς χαλκού είναι η βάση της δοκιμής των Fehling και Benedict για τα αναγωγικά σάκχαρα. Αυτά τα σάκχαρα ανάγουν ένα αλκαλικό διάλυμα άλατος χαλκού(ii), δίνοντας ένα κόκκινο ίζημα Cu 2 O. Το στερεό οξείδιο του μονοσθενούς χαλκού είναι διαμαγνητικό και διαλύεται σε πυκνό διάλυμα αμμωνίας για να σχηματίσει το άχρωμο σύμπλοκο [Cu(NH 3 ) 2 ] +, το οποίο οξειδώνεται εύκολα στον αέρα στο χρωματισμένο μπλε σύμπλοκο [Cu(NH 3 ) 4 (H 2 O) 2 ] 2+. Είναι διαλυτό σε υδροχλωρικό οξύ και δίνει διαλύματα CuCl - 2. Αραιό θειικό (H 2 SO 4 ) και νιτρικό οξύ (HNO 3 ) δίνουν προϊόντα θειϊκού χαλκού (CuSO 4 ) και νιτρικού χαλκού (Cu(NO 3 ) 2 ), αντιστοίχως. Το Cu 2 O κρυσταλλώνεται σε μια κυβική δομή πλέγματος, όπως φαίνεται στο παρακάτω σχήμα. Τα άτομα Cu οργανώνονται σε ένα fcc υπόπλεγμα, τα άτομα οξυγόνου σε ένα χωροκεντρομένο bcc υπόπλεγμα (πλεγματική σταθερά a l = Å). Σχήμα 4.2: Μοναδιαία κυψελίδα για το οξείδιο του μονοσθενούς χαλκού. Το οξείδιο του μονοσθενούς χαλκού χρησιμοποιείται συνήθως ως χρωστική ουσία, ως μυκητοκτόνο, και σαν παράγοντας αντι-ρύπανσης για τα θαλάσσια χρώματα. Το υλικό αυτό έχει χρησιμοποιηθεί σε βιομηχανική κλίμακα από το Τα οξείδια του χαλκού (Ι) είναι επίσης υπεύθυνα για το ροζ χρώμα στο τεστ Benedict όταν είναι θετικό. 37

38 4.3 ΟΞΕΙΔΙΟ ΤΟΥ ΔΙΣΘΕΝΟΥΣ ΧΑΛΚΟΥ (CuO) Το οξείδιο του δισθενούς χαλκού (CuΟ) είναι γνωστό ως το ορυκτό τενορίτης (tenorite). Είναι ένα μαύρο στερεό με μια ιοντική δομή η οποία τήκεται άνω των 1200 C, με κάποια απώλεια οξυγόνου. Μπορεί να σχηματιστεί με θέρμανση του χαλκού στον αέρα: 2 Cu + O 2 2 CuO αν και σε αυτή την περίπτωση σχηματίζεται επίσης οξείδιο του μονοσθενούς χαλκού. Καθαρό οξείδιο του χαλκού (ΙΙ) παρασκευάζεται καλύτερα με θέρμανση του νιτρικού χαλκού (Cu(NO 3 ) 2 ) ή του υδροξείδιου του χαλκού (Cu(OH) 2 ) ή του ανθρακικού χαλκού (CuCO 3 ): 2 Cu(NO 3 ) 2 2 CuO + 4 NO 2 + O 2 Cu(OH) 2 (s) CuO (s) + H 2 O (l) CuCO 3 CuO + CO 2 Αντιδρά με πυκνό άλκαλι για να σχηματίσουν τα αντίστοιχα άλατα χαλκού: π.χ 2 KOH + CuO + H 2 O K 2 [Cu(OH) 4 ] Μπορεί επίσης να αναχθεί σε μεταλλικό χαλκό χρησιμοποιώντας υδρογόνο ή μονοξείδιο του άνθρακα: CuO + H 2 Cu + H 2 O CuO + CO Cu + CO 2 Μια εργαστηριακή μέθοδος για την παρασκευή του οξειδίου του δισθενούς χαλκού είναι με ηλεκτρόλυση νερού που περιέχει όξινο ανθρακικό νάτριο σε μέτρια τάση με μία άνοδο χαλκού, συλλέγουν το μείγμα του υδροξειδίου του χαλκού, βασικό ανθρακικό χαλκό, και ανθρακικό χαλκό που παράγεται, και στη συνέχεια θερμαίνεται. Το οξείδιο του δισθενούς χαλκού ανήκει στο μονοκλινές κρυσταλλικό σύστημα, με μια κρυσταλλογραφική ομάδα σημείου των 2/m ή C 2h, όπως φαίνεται στο παρακάτω σχήμα. 38

39 Σχήμα 4.3: μοναδιαία κυψελίδα για το οξείδιο του δισθενούς χαλκού Το οξείδιο του δισθενούς χαλκού προκαλεί ερεθισμούς και μπορεί να προκαλέσει ζημιά στο ενδοκρινικό και το νευρικό σύστημα. Η εισπνοή των αναθυμιάσεων κατά τη διάρκεια της τήξης του σε σκόνη μπορεί να οδηγήσει σε μια ασθένεια που ονομάζεται μέταλλικός -πυρετός από ατμούς, η οποία μπορεί να οδηγήσει σε συμπτώματα που μοιάζουν με γρίπη. Το οξείδιο του δισθενούς χαλκού επίσης σχετίζεται με τη νόσο του Wilson. Ο χειρισμός του σε μορφή σκόνης πρέπει να γίνεται σε καλά αεριζόμενο χώρο, και πρέπει να λαμβάνεται μέριμνα για την αποφυγή επαφής με το δέρμα ή τα μάτια. Το οξείδιο του δισθενούς χαλκού χρησιμοποιείται σε βιταμίνες σε συμπληρώματα σαν μια ασφαλή πηγή χαλκού και σε θεραπείες. Χρησιμοποιείται επίσης σε καταναλωτικά προϊόντα όπου εκμεταλευόμαστε τις κοσμιτικές και αντι-μικροβιακές του ιδιότητες. Επιπλέον χρησιμοποιείται ως χρωστική ουσία σε κεραμικά, ώστε να παράγει διάφορες χρωματικές αποχρώσεις. Είναι ημιαγωγός τύπου-ρ, επειδή έχει ένα στενό διάκενο ζώνης των 1.2eV. Χρησιμοποιείται επίσης για τη λείανση οπτικού εξοπλισμού και για τη συγκόλληση με κράματα χαλκού. Μια άλλη χρήση για το οξείδιο του δισθενούς χαλκού είναι ως υποκατάστατο για το οξείδιο του σιδήρου σε θερμίτη. Αυτό μπορεί να μετατρέψει το θερμίτη σε ελάχιστα εκρηκτικό. Τέλος μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την ασφαλή αποθήκευση των επικίνδυνων υλικών όπως κυάνιο, υδρογονάνθρακες, αλογονωμένους υδρογονάνθρακες και διοξίνες. 39

40 4.4 ΒΙΟΛΟΓΙΚΗ ΣΗΜΑΣΙΑ ΤΟΥ ΧΑΛΚΟΥ Ο χαλκός είναι κατανεμημένος σε ίχνη στους ζωντανούς οργανισμούς. Στον άνθρωπο βρέθηκε σε υψηλά επίπεδα στο συκώτι, στον εγκέφαλο, στους πνεύμονες και σε μειωμένες ποσότητες στα νεφρά. Υψηλές συγκεντρώσεις βρέθηκαν επίσης σε χρωστικές ουσίες του ματιού που σχετίζονται με τη μελανίνη. Είναι απαραίτητο ιχνοστοιχείο, τόσο στα ζώα όσο και στα φυτά. Βρίσκεται σε πολλά ενζύμα, όπως την υπεροξειδάση του Κυτοχρώματος C και την υπεροξειδισμουτάση. Ορισμένα μαλάκια και αρθρόποδα έχουν ως μεταφορική ουσία των αναπνευστικών αερίων την αιμοκυανίνη (αντί της αιμοσφαιρίνης), η οποία περιέχει χαλκό. H υπερβολική απόθεση χαλκού στους ιστούς προκαλεί την Νόσο του Wilson, ενώ χρόνια έλλειψη χαλκού προκαλεί δυσλειτουργία στην σύνθεση ντοπαμίνης, καθώς και δυσλειτουργίες στον μεταβολισμό των λιπών και των τριγλυκεριδίων. Δυσλειτουργία στο μεταβολισμό του Cu προκαλεί την ασθένεια Menkes, η οποία είναι γενετική ασθένεια με πιθανή διάρκεια ζωής για τον ασθενή λιγότερο από τρία χρόνια. Τα κλινικά συμπτώματα της ασθένειας οφείλονται στη χαμηλή δραστικότητα των ενζύμων του Cu. Τα περισσότερα θανατηφόρα κρούσματα προέρχονται από έλλειψη του Cu στον εγκέφαλο [23]. 40

41 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 ΝΑΝΟΣΥΝΘΕΣΕΙΣ ΧΑΛΚΟΥ ΚΑΙ ΟΞΕΙΔΙΩΝ Νανοσωματίδια Cu καθώς και οξειδίων, διαφόρων μεγεθών και σχημάτων, συνθέτονται στη νανοκλίμακα με ποικίλες μεθόδους. Παρακάτω γίνεται μια βιβλιογραφική ανασκόπηση, εργασιών σύνθεσης νανοσωματιδίων Cu(0) Cu 2 O, και CuO, με βάση το σχήμα. Οι διαφορές στα σχήματα παρουσιάζουν μεγάλο ενδιαφέρον καθώς από αυτά εξαρτώνται πολλές ιδιότητες. Ο Chang παρασκεύασε εξαγωνικές, οκταγωνικές και δωδεκαγωνικές υψηλής συμμετρίας νανοδομές χρησιμοποιώντας σε διάφορες αναλογίες διαλύματα Cu(NO 3 ) 2, μίγμα νερού αιθανόλης για διαλύτη, και φορμικό οξύ. Τα πειράματα έλαβαν χώρα σε συνθήκες θερμοκρασίας ο C και χρόνου 1,25-5h [24]. Ράβδοι χαλκού και Cu 2 O συντέθηκαν από τον Wei M. από θειϊκό χαλκό (CuSO 4 ) ή πενταένυδρο θειϊκό χαλκό (CuSO 4 5Η 2 Ο) και υδροξείδιο του νατρίου (ΝaOH) σε αιθανόλη, στους 140 o C σε αυτογενή πίεση [25]. Οι Choon Hwee Bernard Ng και Wai Yip Fan το 2006 συνέθεσαν σωματίδια Cu 2 O με αργή αναγωγή χαλκού σε συνθήκες περιβάλλοντος σε εξαγωνική και τριγωνική μορφή [26]. Κούφια νανοσφαιρίδια (Hollow spheres) CuO/Cu 2 O παρασκευάσθηκαν από Cu(CH 3 COO) 2 H 2 O χωρίς τη χρήση επιφανειοδραστικών. Διαπιστώθηκε ότι αυξάνοντας τη συγκέντρωση του άλατος από 0,02Μ ως 0,2Μ αυξάνονταν και η ακτίνα των σφαιρών από 500nm μέχρι τα 2μm. Επίσης βρέθηκε ότι με αύξηση του χρόνου πειράματος μεγάλωνε η αναλογία του Cu 2 O σε σχέση με το CuO στις μικροσφαίρες [27]. Ακόμα χωρίς τη χρήση οργανικών μορίων ως επιφανειοδραστικά, μέσω υδροθερμικής μεθόδου σύνθεσης στους 140 ο C, παρασκευάστηκαν σφαιρικά νανοσωματίδια Cu και Cu 2 O με μεγέθη από 9-60nm [28]. Επίσης κούφια νανοσφαιρίδια συντέθηκαν χρησιμοποιώντας σαν διαλύτη 2-προπανόλη και υδραζίνη σαν αναγωγικό [29]. Εκτός από κούφιες σφαίρες έχει γίνει σύνθεση και κενών κύβων CuO/Cu 2 O [30]. 41

42 Στη συνέχεια θα συνεχίσουμε τη βιβλιογραφική ανασκόπηση εντοπίζοντας συνθέσεις νανοσωματιδίων Cu και οξειδίων του, με βάση την παρουσία οργανικών ενώσεων/επιφανειοδραστικών. Η ολεϋλαμίνη (OAm) είναι μια οργανική ένωση, που χρησιμοποιείται σαν επιφανειοδραστικό για τη σταθεροποίηση και τη προστασία από την οξείδωση των παραγόμενων νανοσωματιδίων Cu. Οι C.R. Bhattacharjee et al. προχώρησαν στη σύνθεση νανοσωματιδίων Cu με τη μέθοδο της θερμικής διάσπασης, τα οποία εμφάνισαν δεκαεδρικό σχήμα, χρησιμοποιώντας επιφανειοδραστικά ολεϋλαμίνη (OAm) και τριφαινυλοφωσφίνη (PPh 3 ) [31]. Με την ίδια μέθοδο και τη χρήση της ολεϋλαμίνης OAm σαν επιφανειοδραστικό οι M. Salavati-Niasari et al. παρασκεύασαν νανοσωματίδια Cu σφαιρικού και κυβικού σχήματος [32] και οι X. Liu et al. προχώρησαν στην σύνθεση νανοσωματιδίων CuO, Cu 2 O, Cu σχήματος ελιψοειδούς σφαιρικού και σφαιρικού σε θερμοκρασίες και 220 ο C αντίστοιχα [33]. Σε μια άλλη εργασία μελετήθηκε η επίδραση του αναγωγικού που χρησιμοποιείται κατά τη σύνθεση στη σύσταση των νανοσωματιδίων. Με τη χρήση ενός ασθενούς όπως η OAm τα παραγόμενα νανοσωματίδια ήταν οξείδια, ενώ με πολυβινυλοχλωρίδιο (PVP) και NaBH 4 σταθεροποιημένα νανοσωματίδια Cu [34]. Τέλος οι Nasirian et al. συνέθεσαν σφαιρικά νανοσωματίδια Cu με επιφανειοδραστικό την OAm και μελέτησαν την καταλυτική τους συμπεριφορά στην αντίδραση παρασκευής διφαινυλίου από ιοδοβενζόλιο [35]. 42

43 Πίνακας 5.1: Χαλκός και οξείδια με τη χρήση OAm Precursor Shape size Comp. Method No Cu(acac) 2 Sphere/rods 9-34/13-64 Cu Thermal [36] decomposition Cu(acac) 2 Ellipsoidal/sphere/ sphere 90*50/2-4/6 CuO/Cu 2 O/Cu Thermal [33] decomposition Cu(acac) 2 Flowerlike/sphere/cubes 5/25/200 Cu Thermal [37] rods tetrahedrons spheres decomposition CuCl Nanowires Cu Thermal [38] decomposition Copper malonate Twinned copper Cu Thermal [31] decomposition [bis(2-hydroxy- Sphere-cube Cu Thermal [32] 1naphthadehydato)] decomposition CuCl Wires 50 Cu Thermal [39] decomposition Tetraoctylammonium bromide Sphere 6 Cu Toluene water system [40] Στη βιβλιογραφία αναφέρονται πολλές συνθέσεις του Cu 2 O που βασίζονται στην αναγωγή πρόδρομων ουσιών σε διάλυμα με τη χρησιμοποίηση του δωδέκυλο θειικού νατρίου (SDS) ως οργανικής/επιφανειοδραστικής ουσίας. Το 2007 οι C.-H. Kuo, C.-H. Chen, M.H.Huang συνέθεσαν Cu 2 O από CuSO 4 με χρήση SDS, ασκορβικού νατρίου και NaOH σε θερμοκρασία δωματίου [41]. Το 2008 οι Chun-Hong Kuo and Michael H. Huang συνέθεσαν οκταεδρικά σωματίδια Cu 2 O από διάλυμα CuCl 2, SDS ως επιφανειοδραστική ουσία, υδροξυλαμίνη NH 2 OH ως αναγωγική ουσία και NaOH σε θερμοκρασία περιβάλλοντος [42]. Συμπέραναν ότι η ποσότητα του επιφανειοδραστικού επηρέαζε την μορφολογία των σωματιδίων ενώ η ποσότητα του NaOH το μέγεθος των σωματιδίων. Δωδεκαεδρικής ρομβικής μορφής σωματίδια συντέθηκαν από CuCl 2, (SDS) ως επιφανειοδραστική ουσία, NH 2 OH HCl ως αναγωγικό μέσω, HCl και NaOH από τους Chun-Hong Kuo and Michael H. Huang το 2008 [43]. Το 2009 οι Jin- Yi Ho και Michael H. Huang κάνοντας παρόμοια πειράματα με τους Chun-Hong Kuo και Michael H. Huang έδειξαν ότι μεγάλη σημασία στο σχήμα και το μέγεθος των σωματιδίων έχει 43

44 και η σειρά με την οποία προστίθενται τα αντιδραστήρια στο διάλυμα [44]. Τέλος το 2011 σχηματίστηκαν νανοσωματίδια Cu 2 O, με υδροθερμική μέθοδο, τα οποία εμφάνισαν συμμετρικά πολυεδρικά σχήματα 26 εδρών παρατηρώντας διαφορά αυτών των σχημάτων ανάλογα με το επιφανειοδραστικό [45]. Συνθέσεις νανοσωματιδίων Cu και οξειδίων έχουν επιτευχθεί με τη χρήση του πολυβίνυλοχλωριδίου (PVP) ως οργανική ένωση/επιφανειοδραστικό. Νανοκύβοι Cu 2 O σχηματίστηκαν, μέσω σολβοθερμικής μεθόδου σύνθεσης, χρησιμοποιώντας αιθανόλη σαν διαλύτη και πολυβίνυλοχλωρίδιο (PVP) σαν επιφανεοδραστικό. Παρατηρήθηκε ότι, σε χαμηλές θερμοκρασίες αντίδρασης και με χαμηλές συγκεντρώσεις NaOH το προϊόν είναι νανοκύβοι Cu 2 O, ενώ σε υψηλότερες θερμοκρασίες και συγκεντρώσεις NaOH είναι σφαιρικά νανοσωματίδια Cu [46]. Οι Xia et al με θέρμανση διαλύματος αιθυλενογλυκόλης (EG) στους C με προσθήκη NaCl, Cu(NO 3 ) 2 και πολυβινυλοχλωρίδιο συνέθεσαν κυβικά σωματίδια Cu 2 O μεγέθους ακμή 410nm [47]. Επίσης με την μέθοδο polyol σχηματίστηκαν νανοσωματίδια Cu 2 O διαφόρων σχημάτων, κυβικά, σφαιρικά και κουτιά έχοντας σαν διαλύτη αιθύλενο γλυκόλη (EG) και πολυβίνυλοχλωρίδιο (PVP) [48]. Ακόμη μια σύνθεση σφαιρικών νανοσωματιδίων Cu 2 O και CuO έγινε με τη χρήση του PVP μαζί με διαλύτη DMF και χρησιμοποιώντας ως αναγωγικό NaBH 4 [49]. Τέλος αρκετά διαφορετικά σχήματα, όπως σφαίρες, κύβοι, οκτάεδρα, πολύεδρα παρατηρούνται στην μελέτη των Y. Bai et al., με τη χρησιμοποίηση ασκορβικού οξέος σαν αναγωγικό και NaOH ως βάση [50]. Επίσης αξίζει να αναφέρουμε ορισμένες εργασίες όπου χρησιμοποιούνται διαφορετικές οργανικές ενώσεις ως επιφανειοδραστικά από αυτές που αναφέρθηκαν προηγουμένως. Κούφια νανοσωματίδια σχηματίστηκαν με τη χρησιμοποίηση της αιθύλενοδιαμίνης (EDA) σαν επιφανειοδραστικό και της υδραζίνης σαν αναγωγικό στην μελέτη των Feng et al.. Παρατηρήθηκε πως με τη χρήση του επιφανειοδραστικού σχηματιζόταν κούφια νανοσωματίδια, ενώ απουσία του το σχήμα άλλαζε και είχαμε συμπαγή. Επίσης αλλαγές στο σχήμα παρατηρήθηκαν ανάλογα με τις χρησιμοποιούμενες συγκεντρώσεις NaOH και EDA [51]. Με επιφανειοδραστικό πολυαιθύλενογλυκόλη (PEG) και χωρίς αναγωγικό σχηματίστηκαν νανοσωματίδια Cu 2 O μεγέθους 70nm, των οποίων το σχήμα διαμορφώνεται ανάλογα με την ποσότητα του επιφανειοδραστικού που χρησιμοποιείται και είναι σφαιρικό σε μικρές ποσότητες PEG, ενώ σε μεγαλύτερες κυβικό [52]. Επιπλέον με Tween-60 και ασκορβικό οξύ σαν αναγωγικό, δημιουργήθηκαν κούφιες σφαίρες Cu 2 O [53]. Ενδιαφέρον παρουσιάζει και η 44

45 χρησιμοποίηση του αμύλου σαν επιφανειοδραστικό και αναγωγικό, καθώς ανάλογα με τη θερμοκρασία παράγονται, σε χαμηλές, σφαιρικά και σε υψηλές δενδριτικά νανοσωματίδια Cu 2 O [54]. Η τετρααιθύλενογλυκόλη (TEG) χρησιμοποιείται βιβλιογραφικά κυρίως σαν διαλύτης για το σχηματισμό νανοσωματιδίων Cu. Η μορφολογία των νανοσωματιδίων ποικίλει ανάλογα με το σύστημα του διαλύτη που χρησιμοποιείται, με την polyol μέθοδο σύνθεσης, και τα νανοσωματίδια Cu με διαλύτη TEG έχουν σχήμα ράβδου (rods) [55]. Τέλος η ηλεκτραπόθεση είναι μια μέθοδος σύνθεσης νανοσωματιδίων Cu 2 O που προσφέρει έλεγχο του σχήματος των παραγόμενων σωματιδίων. Οι Choi et al έδειξαν ότι κυβικά σωματίδια Cu 2 O μετά από διπλή ηλεκτραπόθεση λαμβάνουν οκταεδρικό σχήμα όταν βρίσκονται σε διάλυμα νιτρικού χαλκού [Cu(NO 3 ) 2 ] που περιέχει και θειϊκό αμμώνιο [(NH 4 ) 2 SO 4 ][56]. Πολλές διαφορετικές μορφολογίες μπορούν να σχηματιστούν μεταβάλλοντας τη διάρκεια, και τις συνθήκες της ηλεκτραπόθεσης. 45

46 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6 ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ Σχήμα 6.1: Εφαρμογές νανοσωματιδίων Τα νανοσωματίδια Cu έχουν πλέον πολλές εφαρμογές και όσο επεκτείνεται η μελέτη και η κατανόηση των μηχανισμών και ιδιοτήτων τους, τόσο διευρύνεται το εύρος των εφαρμογών τους [102]. Τα νανοσωματίδια Cu δρουν ως αντιβιοτικοί, αντιμικροβιακοί και αντιμυκητιακοί παράγοντες όταν εισάγονται σε πλαστικά, σε επικαλύψεις και σε υφάσματα. Επίσης χρησιμοποιούνται σε συμπληρώματα διατροφής Cu με ικανοποιητικά χαρακτηριστικά απορρόφησης, σε μέταλλα υψηλής αντοχής και κράματα, σε θωρακίσεις ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας (κινητά τηλέφωνα) και σε θερμοϋποδοχείς και υψηλά θερμικά αγώγιμα υλικά. Επιπλέον χρησιμοποιούνται ως αποτελεσματικοί καταλύτες για χημικές αντιδράσεις και για τη 46

47 σύνθεση μεθανόλης και γλυκόλης, πρόσθετα υλικά σε πυκνωτές, για την αγώγιμη επιφανειακή επεξεργασία επικάλυψης μετάλλων και μη σιδηρούχων μετάλλων και ως νανομεταλλικά πρόσθετα λιπαντικών. Επίσης αγώγιμα μελάνια και πολτοί που περιέχουν νανοσωματίδια Cu μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως υποκατάστατα των πολύ ακριβών ευγενών μετάλλων που χρησιμοποιούνται σε οθόνες και σε εφαρμογές λεπτών φιλμ. Στην παρούσα εργασία θα αναφερθούμε εκτενέστερα στις εφαρμογές της κατάλυσης και των αντιμικροβιακώναντιμυκητιακών εφαρμογών. 6.1 ΚΑΤΑΛΥΣΗ Ο Cu είναι ένα μέταλλο το οποίο χρησιμοποιείται εκτενώς σε καταλυτικές εφαρμογές καθώς συγκεντρώνει ορισμένα σημαντικά πλεονεκτήματα έναντι άλλων μετάλλων. Τα σημαντικότερα πλεονεκτήματά του έναντι των άλλων χρησιμοποιούμενων μετάλλων, όπως ο Au, το Pd, ο Zn, το Mg είναι η χαμηλή του τιμή και το ότι είναι πιο φιλικός προς το περιβάλλον με τις σύγχρονες πράσινες μεθόδους που χρησιμοποιούμε. Το κανονικό δυναμικό είναι μικρό με αποτέλεσμα να έχουμε εύκολη αναγωγή/οξείδωση, άρα εύκολη μετατροπή της μιας βαθμίδας οξείδωσης στην άλλη, ιδιότητα που το κάνει καλό μέταλλο για κατάλυση. Ορισμένα πλεονεκτήματα που εμφανίζουν τα νανοσωματίδια και τα καθιστούν ιδανικά για τη συγκεκριμένη εφαρμογή είναι: τα υψηλά ποσοστά επιφάνειας προς όγκο που έχουν τα νανοσωματίδια με αποτέλεσμα την αύξηση της ενεργής επιφάνειας [57] η καλύτερη κολλοειδή διασπορά των νανοσωματιδίων (μεγαλύτερο z potential) έναντι των αντίστοιχων bulk υλικών, κάτι που αποτρέπει τη συσσωμάτωση [58] τα χαμηλά δυναμικά αναγωγής των νανοσωματιδίων, τα οποία διευκολύνουν τις οξειδωτικές προσθήκες σε οργανομεταλλικές αντιδράσεις τη μεγάλη δραστικότητα των μεταλλικών νανοσωματιδίων, όπου αποφεύγεται η χρήση ligand [59] ο εύκολος διαχωρισμός και η επαναχρησιμοποίηση των μεταλλικών νανοσωματιδίων, που τα καθιστά φθηνά στη χρήση και αποφεύγονται οι προσμίξεις του καταλύτη με το προϊόν [60]. 47

48 Παρακάτω θα παραθέσουμε ορισμένες χαρακτηριστικές οργανικές αντιδράσεις οι οποίες έχουν καταλυθεί με νανοσωματίδια Cu, καθώς και τα πλεονεκτήματα που προσέδωσε η χρήση των νανοσωματιδίων στην κάθε αντίδραση. 1. ΑΝΤΙΔΡΑΣΗ ULLMANN (ΔΗΜΙΟΥΡΓΙΑ ΔΕΣΜΟΥ C-C) [61] ΠΛΕΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ: Χρησιμοποιήθηκαν νανοσωματίδια Cu μεγέθους 5-33nm. Αυξημένη απόδοση μέχρι και 95% ανάλογα με το σχήμα και το μέγεθος των νανοσωματιδίων. Χρησιμοποιήθηκαν νανοσωματίδια Cu φιλικά προς το περιβάλλον 2. ΑΝΤΙΔΡΑΣΗ STILLE(ΔΗΜΙΟΥΡΓΙΑ ΔΕΣΜΟΥ C-C) [62] ΠΛΕΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ: Μεγάλη απόδοση με αρκετούς υποκαταστάτες Χαμηλό κόστος Επαναχρησιμοποιούμενα Cu 2 O NPs άρα πράσινη κατάλυση 48

49 Πίνακας 6.1: αποτελέσματα της αντίδρασης STILLE με βάση τη βιβλιογραφία [62] 3. ΑΝΤΙΔΡΑΣΗ SONOGASHIRA [63] ΠΛΕΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ: Αντικατάσταση Pd με nanoclusters Cu με μέγεθος πυρήνα 1,6-2,5nm. Ανακυκλώσιμα μέχρι 3 κύκλους χωρίς μειωμένη απόδοση Πίνακας 6.2: αποτελέσματα της αντίδρασης SONAGASHIRA με βάση τη βιβλιογραφία [63] 49

50 4. ΑΝΤΙΔΡΑΣΗ ΕΙΣΑΓΩΓΗΣ ΔΥΟ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΚΩΝ ΟΜΑΔΩΝ [64] ΠΛΕΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ: Χρησιμοποιήθηκαν νανοκύβοι Cu 2 O μεγέθους 45,1nm. Απλή μέθοδος Αύξηση απόδοσης λόγω των Cu 2 O nanocubes. Πίνακας 6.3: αποτελέσματα της αντίδρασης με βάση τη βιβλιογραφία [64] 50

51 5. ΑΝΤΙΔΡΑΣΗ Ν-ΑΡΥΛΙΩΣΗΣ (ΔΗΜΙΟΥΡΓΙΑ ΔΕΣΜΟΥ C-N) [65] ΠΛΕΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ: Νανοσωματίδια CuO εμπορίου. Υψηλή απόδοση. Επαναχρησιμοποίηση των CuO NPs, με αποτέλεσμα να μειώνονται τα απόβλητα καταλύτη που είχαμε με άλλους καταλύτες. Πίνακας 6.4: αποτελέσματα της αντίδρασης N-Αρυλίωσης με βάση τη βιβλιογραφία [65] 6. ΑΝΤΙΔΡΑΣΗ HUISGEN (1,3 ΔΙΠΟΛΙΚΗ ΚΥΚΛΟΠΡΟΣΘΗΚΗ)(ΔΗΜΙΟΥΡΓΙΑ ΔΕΣΜΟΥ C-N) [66-67] 51

52 ΠΛΕΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ: Χρησιμοποιήθηκαν σφαιρικά νανοσωματίδια Cu και νανοκρύσταλλοι CuI μεγέθους nm τα οποία ήταν διεσπαρμένα σε ενεργό άνθρακα. Μεγάλη καταλυτική δράση. 1,4 στεροεκλεκτικότητα στο νερό. Απόδοση 91%, 100 ο C, 45min Πίνακας 6.5: αποτελέσματα της αντίδρασης HUISGEN με βάση τη βιβλιογραφία [66-67] 52

53 Επίσης εξετάστηκε και η παρακάτω αντίδραση με τη χρησιμοποίηση μαγνητικά διαχωριζόμενων νανοσωματιδίων: ΠΛΕΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ: Χρησιμοποιήθηκαν μικροσφαίρες Cu 3 N/Fe 3 2 μεγέθους 500nm. Click χημεία Ανακυκλώσιμα Μη κυτταροτοξικά Θερμοκρασία δωματίου σε 3h. Πίνακας 6.6: αποτελέσματα της αντίδρασης HUISGEN με βάση τη βιβλιογραφία [66-67] 7. Ο-ΑΡΥΛΙΩΣΗ ΦΑΙΝΟΛΩΝ ΜΕ ΧΛΩΡΟΒΕΝΖΟΛΙΟ (ΔΗΜΙΟΥΡΓΙΑ ΔΕΣΜΟΥ C-Ο) [68] 53

54 ΠΛΕΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ: Χρησιμοποιήθηκαν νανοσωματίδια CuI. Φιλικός προς το περιβάλλον καταλύτης Φθηνός Ήπιες συνθήκες Υψηλή απόδοση Πίνακας 6.7: αποτελέσματα της αντίδρασης με βάση τη βιβλιογραφία [68] 8. ΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΣ ΑΡΥΛΑΙΘΕΡΩΝ ΚΑΙ ΕΤΕΡΟΚΥΚΛΙΚΩΝ ΟΞΥΓΟΝΟΥ ΧΡΗΣΙΜΟΠΟΙΩΝΤΑΣ CU 2 O NANOCUBES (ΔΗΜΙΟΥΡΓΙΑ ΔΕΣΜΟΥ C-Ο) [69] ΠΛΕΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ: Χρησιμοποιήθηκαν κυβικά νανοσωματίδια Cu 2 O, μεγέθους 48nm. Απλή και οικονομική διαδικασία Θερμικά και στον αέρα σταθερά κυβικά νανοσωματίδια Cu 2 O 54

55 9. ΣΤΕΡΕΟΕΙΔΙΚΗ ΣΥΝΘΕΣΗ ΒΙΝΥΛΙΚΩΝ ΣΟΥΛΦΙΔΙΩΝ (ΔΗΜΙΟΥΡΓΙΑ ΔΕΣΜΟΥ C-S) [70] ΠΛΕΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ: Αγοράστηκαν CuO NPs. ligand-free συνθήκες Στους 80 ο C η μεγαλύτερη απόδοση ΚΟΗ η ιδανική βάση Μεγάλη εξάρτηση της απόδοσης με την θερμοκρασία, τη βάση, το διαλύτη και τη φύση του καταλύτη. Ανακυκλώσιμος καταλύτης και επαναχρησιμοποιούμενος Για το βρωμίδιο χρειάζεται μεγαλύτερος χρόνος Πίνακας 6.8: αποτελέσματα της αντίδρασης με βάση τη βιβλιογραφία [70] 55

56 10. ΑΝΤΙΔΡΑΣΕΙΣ ΟΞΕΙΔΩΣΗΣ [71] ΠΛΕΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ: Χρησιμοποιήθηκαν Cu NPs, μεγέθους 4,3-7,5nm, διεσπαρμένα σε υδροταλκίτη Υψηλή απόδοση Μεγάλο εύρος ενώσεων Πίνακας 6.9: αποτελέσματα της αντίδρασης οξείδωσης με βάση τη βιβλιογραφία [71] 6.2 ΑΝΤΙΜΙΚΡΟΒΙΑΚΕΣ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ Η ανθεκτικότητα των μικροοργανισμών στους αντιβιοτικούς παράγοντες τα τελευταία χρόνια παρουσιάζει μια σημαντική ανάπτυξη, με αποτέλεσμα να υπάρχουν επιπτώσεις στην ανθρώπινη υγεία. Γι αυτό το λόγο οι επιστήμονες επικεντρώνονται στην ανάπτυξη και σύνθεση νέων ενώσεων και τομέων με αντιμικροβιακές ιδιότητες, όπως τα νανοσωματίδια τα οποία εμφανίζουν σημαντικές ιδιότητες για τη χρησιμοποίησή τους στη μάχη ενάντια των 56

57 μικροοργανισμών. Η νανοτεχνολογία είναι ένα πεδίο με πολλές εφαρμογές στη φαρμακευτική, καθώς σε συνδιασμό με τη βιολογία μπορούν να δώσουν λύσεις στην μάχη εναντίων μικροοργανισμών, αλλά μπορούν επίσης να συμβάλλουν στην αλλαγή της οπτικής ως προς την αντιμετώπιση μολυσματικών ασθενειών [72]. Αυτό έχει σαν αποτέλεσμα τη χρησιμοποίηση νανοσωματιδίων κατά ασθενειών όπως ο καρκίνος και η ρευματοειδής αρθρίτιδα [73-74]. Έχει επίσης διαπιστωθεί ότι ορισμένα μεταλλικά νανοσωματίδια παρουσιάζουν ένα ευρύ φάσμα αντιμικροβιακών ιδιοτήτων εναντίων διαφορετικών μικροοργανισμών, όπως μύκητες και βακτήρια Gram+ και Gram- όπως στα βακτήρια Escherichia coli και Staphylococcus aureus [75-78]. Η διαθεσιμότητα του χαλκού Cu είναι ένα μεγάλο πλεονέκτημα καθώς έχει παρόμοιες ιδιότητες με τα υπόλοιπα ακριβά ευγενή μέταλλα (Au, Ag), ενώ επίσης παρουσιάζει αντιμικροβιακές ικανότες ενάντια σε στελέχη βακτηρίων και μυκήτων. Όπως φαίνεται σε ορισμένες μελέτες ο χαλκός έχει αντιμικροβιακή δράση ενάντια σε είδη E.coli και Staphylococcus [79-80] και παρόμοια αντιμυκητιακή δράση [81]. Επίσης έχει διαπιστωθεί αντιμικροβιακή δράση εναντίων δύο Gram+ ειδών, παθογόνο στέλεχος του MRSA και B.subtilis, εναντίων δύο Gram- ειδών, S.choleraesuis και P.aeruginosa και ενός ζυμομύκητα, C.albicans [82]. Ωστόσο υπάρχουν ορισμένα μειωνεκτήματα όσον αφορά τη χρησιμοποίηση και τη χρήση του χαλκού. Στο ανθρώπινο σώμα η χρησιμοποίησή του μπορεί να οδηγήσει στη δημιουργία ριζών υδροξυλίου, που θεωρούνται οι πιο δραστικές ρίζες [83]. Επίσης οι περιορισμοί του χαλκού στη σύνθεση νανοσωματιδίων είναι μεγάλοι, καθώς οξειδώνεται εύκολα στα αντίστοιχα οξείδια και μετατρέπεται σε ιόντα κατά τη διάρκεια της σύνθεσης και της αποθήκευσης, κάτι το οποίο καθιστά τη διαδικασία αρκετά δύσκολη. Ωστόσο με τη χρήση κατάλληλων πολυμερών και οργανικών μορίων σαν επιφανειοδραστικά, πετυχαίνεται σταθεροποίηση των νανοσωματιδίων και αντοχή ενάντια στην οξείδωση. Θα ήταν παράλειψη εκτός των ευεργετικών δράσεων να μην αναφερθεί και η κυτταροτοξικότητα που εμφανίζεται σύμφωνα με ορισμένες μελέτες με τη χρήση των νανοϋλικών. «Οι νάνο-κίνδυνοι είναι διαφορετικοί γιατί τα νανοϋλικά δεν συμπεριφέρονται με κάποιον προβλέψιμο τρόπο. Είναι κάτι σαν τον Jekyll και Hyde της επιστήμης υλικών, δινοντάς μας μοναδικές χημικές, ηλεκτρικές, οπτικές και φυσικές ιδιότητες, καθώς και νέου είδους δηλητηριάσεις, αλλεργίες και καρκινογεννέσεις». 57

58 Πολλές νανοδομές έχουν την ικανότητα να διαπεράσουν μεμβράνες των οργανισμών και να ταξιδέψουν σε όλο το σώμα ή να συσσωρευτούν σε κάποιο ιστό. Κάτι τέτοιο μπορεί να επιφέρει προβλήματα τοξικότητας στα κύτταρα με αποτέλεσμα να διαταραχθεί η αναπαραγωγή τους ή ακόμα και να σταματήσει τελείως. Επίσης, η απελευθέρωσή τους στο περιβάλλον και η μετέπειτα διάδοσή τους στην ατμόσφαιρα αποτελεί θέμα έντονης συζήτησης, ενώ ελάχιστη γνώση υπάρχει ακόμα πάνω σε αυτό το θέμα. Αναφέρεται, τέλος, ότι μία ολοκληρωμένη αποτίμηση των κινδύνων των προϊόντων της νανοτεχνολογίας θα απαιτούσε τουλάχιστον χρόνια για να καταλήξει σε ασφαλή συμπεράσματα, ενώ μέχρι τότε τα νανοϋλικά θα πρέπει να αντιμετωπίζονται ως υλικά άγνωστης τοξικότητας [84]. Παρότι δεν μπορούμε να γενικεύσουμε ότι τα νανοσωματίδια είναι πάντα πιο τοξικά από τα μικροσωματίδια σύμφωνα με μελέτες [85], τα νανοσωματίδια CuO είναι πολύ πιο κυτταροτοξικά, γονιδιοτοξικά και έχουν μεγαλύτερη ικανότητα να προκαλέσουν μιτοχονδριακή εκπόλωση. Τα νανοσωματίδια CuO προκάλεσαν οξειδωτικό στρες, μετρούμενο σαν αύξηση στην οξειδωτική καταστροφή του DNA, αντίθετα με τα μικροσωματίδια. Ο Cu είναι ένα μέταλλο που συναντάται στον αέρα σε σταθμούς μετρό. Τα νανοσωματίδια Cu επίσης είναι συστατικά πολυμερών, πλαστικών, μελανιών, και βιοενεργών επιστρώσεων που αποτρέπουν την ανάπτυξη μικροοργανισμών. Επίσης αρκετές κρέμες περιποίησης περιέχουν νανοσωματίδια Cu με αποτέλεσμα την έκθεση του δέρματος και των πνευμόνων, αφού υπάρχει και η μορφή των spray. Η τοξικότητα μπορεί καλύτερα να εξηγηθεί από την υψηλή επιφανειακή δραστικότητα ή από την απελευθέρωση ιόντων Cu που είναι τοξικά στα κύτταρα. Ένας κύριος μηχανισμός που εξηγεί την τοξικότητα μπορεί να είναι η ικανότητα του Cu να προκαλεί βλάβες στα μιτοχόνδρια. Μια άλλη μελέτη [86], η οποία εξετάζει τις τοξικολογικές επιπτώσεις νανοσωματιδίων Cu in vitro, έδειξε σύμφωνα με παθολογικές εξετάσεις σε όργανα ποντικιών, ότι τα νεφρά, το συκώτι και η σπλήνα αποτελούν όργανα στόχους για τα νανοσωματίδια Cu, πράγμα που φαίνεται από τις παθολογικές αλλαγές και τους σοβαρούς τραυματισμούς τους όταν τα πειραματόζωα εκτέθηκαν σε νανοσωματίδια Cu διάστασης 23,5nm. Επιπλέον η τοξικότητα εξαρτάται και από το φύλο, καθώς τα αρσενικά πειραματόζωα εμφάνισαν πιο σοβαρά συμπτώματα τοξικότητας και υπέφεραν περισσότερο από την έκθεση τους σε νανοσωματίδια Cu. Επίσης έχει συγκριθεί και η τοξικότητα ανάμεσα σε νανοσωματίδια και σωματίδια μεγαλύτερου μεγέθους, bulk, σε συγκεκριμένα βακτήρια και αστρακόδερμα [87]. Η τοξικότητα 58

59 των νανοσωματιδίων CuO στο βακτήριο V. fischeri ήταν 48 φορές υψηλότερη από αυτή των bulk CuO, και ο CuSO 4 ήταν 100 φορές πιο τοξικός από τα νανοσωματίδια CuO. Η 8ωρη επώαση έδειξε μεγάλες διαφορές μεταξύ των συγκεντρώσεων ανασταλτικής ανάπτυξης (MIC). Στα οστρακόδερμα το Τ. platyurus ήταν πιο ευαίσθητο από το D. magna. Τα σωματίδια οξειδίων μετάλλων δεν χρειάζεται να εισχωρήσουν στα κύτταρα για να γίνουν τοξικά. Πιο σημαντική είναι η στενή επαφή μεταξύ των κυττάρων και των σωματιδίων. Αυτό μπορεί να προκαλέσει αλλαγές του μικροπεριβάλλοντος στην περιοχή της επαφής του σωματιδίου με τα κύτταρα και είτε να αυξήσει τη διαλυτοποίηση των μετάλλων, είτε να δημιουργήσει εξωκυτταρικές ROS που μπορεί να προκαλέσουν βλάβες στις μεμβράνες των κυττάρων. Συνήθως τα νανοσωματίδια έχουν μεγαλύτερη τοξικότητα από τα bulk, όμως αυτό δεν είναι απόλυτο, οπότε πρέπει η κάθε περίπτωση να εξετάζεται διαφορετικά. Τα αποτελέσματα της επίδρασης των νανοσωματιδίων στους υδρόβιους οργανισμούς δεν έχουν μελετηθεί επαρκώς. Υφιστάμενες μελέτες δείχνουν ότι η τοξικότητα του χαλκού εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό το μέγεθος των σωματιδίων. Καθώς μειώνεται το μέγεθος των σωματιδίων, αυξάνει την τοξικότητα. Μεταξύ των υπάρχουσων μελετών υπάρχει μία τάξη της 15 ως 65 αύξησης της τοξικότητας των νανοσωματιδίων χαλκού ανάλογα με το μέγεθος που έχουν. Στις περισσότερες μελέτες η αύξηση της τοξικότητας έχει να κάνει με την αύξηση της διαλυτότητας και ως εκ τούτου της βιοδιαθεσιμότητας [88-90]. Οι Kasemets et al.(2009) [91] ανέφεραν ότι τα διαλυτά ιόντα χαλκού εξηγούν κατά το 50% την τοξικότητα των νανοσωματιδίων χαλκού σε ζυμομύκητες. Σε in vitro μελέτες παρείχαν στοιχεία που να αποδεικνύουν ότι τα νανοσωματίδια χαλκού έχουν την ικανότητά να προκαλούν μιτοχονδριακές DNA βλάβες [92]. Παρά το γεγονός ότι οι μηχανισμοί της τοξικότητας των νανοσωματιδίων δεν είναι κατανοητοί, τα ευρήματα μέχρι σήμερα δείχνουν ότι τόσο τα ιόντα του χαλκού όσο και των νανοσωματιδίων είναι υπεύθυνα για την τοξικότητα που παράγεται. 59

60 ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 7 ΣΚΟΠΟΣ-ΑΝΤΙΔΡΑΣΤΗΡΙΑ-ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗ ΔΙΑΤΑΞΗ-ΑΠΟΜΟΝΩΣΗ ΚΑΘΑΡΙΣΜΟΣ- ΠΡΟΕΤΟΙΜΑΣΙΑ ΔΕΙΓΜΑΤΩΝ 7.1 ΣΚΟΠΟΣ Στόχος της διπλωματικής εργασίας ήταν η παρασκευή νανοσωματιδίων χαλκού, ώστε να διαφορετικής σύστασης μεγέθους και ιδιοτήτων, προκειμένου να χρησιμοποιηθούν στις κατάλληλες εφαρμογές, ανάλογα με την εμφανιζόμενη ιδιότητα. Ως μέθοδος σύνθεσης επιλέχθηκε η σολβοθερμική μέθοδος, λόγω των πλεονεκτημάτων που διαθέτει, όπως ο μεγάλος βαθμός κρυσταλλικότητας των προϊόντων, η απλή διαδικασία, το μικρό κόστος και η χρήση αντιδραστηρίων φιλικών προς το περιβάλλον. Ως πρόδρομη ένωση για όλες τις παρασκευές χρησιμοποιήθηκε ο τριένυδρος νιτρικός χαλκός Cu(NO 3 ) 2.3H 2 O. Σαν ισχυρό αναγωγικό μέσο χρησιμοποιήθηκε η υδραζίνη γιατί το αναγωγικό μέσο επηρεάζει τόσο το σχήμα των νανοσωματιδίων όσο και το PH της αντίδρασης. Οι παράγοντες που μελετήθηκαν για να βρεθεί η εξάρτηση της σύστασης, του μεγέθους και των ιδιοτήτων των νανοσωματιδίων από αυτούς ήταν: 1) Θερμοκρασία: Η θερμοκρασία παίζει σημαντικό ρόλο στην σύνθεση νανοσωματιδίων, λόγω του ότι σταθεροποιεί μια τελική δομή του προϊόντος και μπορεί να τροποποιήσει την κατάσταση οξείδωσης των μεταβατικών στοιχείων, κυρίως με την αύξησή της. 2) Χρόνος αντίδρασης: 60

61 Με το χρόνο αντίδρασης συνήθως τροποποιείται η κατάσταση οξείδωσης και το μέγεθος αυξάνοντας τη διάρκεια της αντίδρασης σε συγκεκριμένη θερμοκρασία. Στην εργασία μας μελετάται διεξοδικά η συγκεκριμένη παράμετρος. 3) Τα επιφανειοδραστικά: Τα επιφανειοδραστικά είναι σταθεροποιητικοί παράγοντες και το Μ.Β. τους παίζει σημαντικό ρόλο στην προστασία του πυρήνα. Στην συγκεκριμένη μελέτη χρησιμοποιήθηκαν επιφανειοδραστικά ώστε να μελετηθούν συγκεκριμένες ιδιότητες με σκοπό τη χρησιμοποίηση των παραγόμενων νανοσωματιδίων στις κατάλληλες εφαρμογές. Έτσι χρησιμοποιήθηκε η τετρααιθύλενο γλυκόλη (TEG) ως ένα επιφανειοδραστικό μικρού Μ.Β., ώστε να μην έχουμε μεγάλη κάλυψη του πυρήνα στα συγκεκριμένα νανοσωματίδια, με αποτέλεσμα το μέταλλό μας να είναι εύκολα προσβάσιμο κάτι που κάνει τα συγκεκριμένα νανοσωματίδια κατάλληλα για εφαρμογές κατάλυσης. Επίσης χρησιμοποιήθηκε η ολεϋλαμίνη (OAm) για τη μελέτη νανοσωματιδίων ως μηκυτοκτόνα και για τη σύζευξη νανοσωματιδίων διαφορετικών μετάλλων που προσδίδουν στα νανοσωματίδια χαλκού καινούργιες ιδιότητες (π.χ μαγνητισμός). Το τελευταίο επιφανειοδραστικό που χρησιμοιήθηκε είναι η πολυαιθύλενο γλυκόλη bis καρβοξυμεθυλαιθέρας (COOH-PEG-COOH), ώστε να φανεί ο τρόπος σύνδεσης του συγκεκριμένου μορίου με το μέταλλό μας κάτω από ορισμένες συνθήκες. 4) Η αναλογία πρόδρομης ένωσης σε σχέση με το επιφανειοδραστικό: Οι σχετικές αναλογίες παίζουν μεγάλο ρόλο, καθώς έχει διαπιστωθεί πως αυξάνοντας τη συγκέντρωση του άλατος προκαλείται μεταβολή στο μέγεθος της ακτίνας των νανοσωματιδίων και ως εκ τούτου έχουμε σχηματισμό μεγαλύτερων νανοσωματιδίων. Η συγκεκριμένη ιδιότητα μελετήθηκε στη συγκεκριμένη εργασία με τη χρήση της τετρααιθύλενο γλυκόλης (TEG) ως επιφανειοδραστικό σε 1:1 αναλογία στη μία σειρά δειγμάτων και σε περρίσεια στην άλλη, με τα αποτελέσματα να έχουν σημαντικές διαφοροποιήσεις. Ο χαρακτηρισμός των δειγμάτων έγινε με τις εξής τεχνικές Περίθλαση Ακτίνων-Χ (XRD), Φασματοσκοπία υπερύθρου μετασχηματισμού Fourier (FT-IR), Θερμοσταθμική ανάλυση (TGA), Ηλεκτρονικό μικροσκόπιο ΤΕΜ και Φασματομετρία ατομικής εκπομπής επαγωγικά συζευγμένου πλάσματος (ICP-AES). 61

62 7.2 ΑΝΤΙΔΡΑΣΤΗΡΙΑ Στη συνέχεια ακολουθεί πίνακας με τα χαρακτηριστικά των αντιδραστηρίων που χρησιμοποιήθηκαν για τις συνθέσεις νανοσωματιδίων. Tριένυδρος νιτρικός χαλκός Cu(NO 3 ) 2. 3Η 2 Ο Μοριακό βάρος: g/mol Πυκνότητα: 2.32 g/cm 3 Σημείο τήξης: C Σημείο βρασμού: 170 C Υδραζίνη (hydrazinium hydroxide) H 6 N 2 O Μοριακό βάρος: g/mol Πυκνότητα: 1.03 g/cm 3 Σημείο τήξης: C Σημείο βρασμού: C πολυαιθύλενογλυκόλη bis καρβοξυμεθυλαιθέρας (Poly(ethylene glycol) bis(carboxymethyl) ether) HOOCCH 2 (OCH 2 CH 2 ) n OCH 2 COOH Μέσο Μοριακό βάρος: 600 g/mol Πυκνότητα: g/ml Σημείο βρασμού: 113 C Ελαϋλική αμίνη (OAm) C 18 H 37 N Μοριακό βάρος: Πυκνότητα: 0.813g/cm 3 Σημείο τήξης: 22 C Σημείο βρασμού: 349 C Προμηθευτής: Aldrich 62

63 Τετρααιθυλενoγλυκόλη/ TEG C 8 H 18 O 5 Μοριακό βάρος: Πυκνότητα: 1.125g/cm 3 Σημείο τήξης: -5.6 C Σημείο βρασμού: 324 C Προμηθευτής: Aldrich Διφαινυλαιθέρας C 12 H 10 O Μοριακό βάρος: Πυκνότητα: 1.073g/cm 3 Σημείο τήξης: C Σημείο βρασμού: 259 C Προμηθευτής: Aldrich Πίνακας 7.1: αντιδραστήρια που χρησιμοποιήθηκαν 7.3 ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗ ΔΙΑΤΑΞΗ Το αυτόκλειστο (autoclave) που χρησιμοποιήθηκε προέρχεται από την εταιρία Parr Instrument Company και είναι τύπου Parr Acid Digestion Vessel (4749), με εσωτερικό υποδοχέα από Teflon χωρητικότητας 23ml. Στο σχήμα παρακάτω φαίνονται αναλυτικά τα μέρη από τα οποία αποτελείται. Η ανώτερη θερμοκρασία στην οποία το συγκεκριμένο μοντέλο μπορεί να λειτουργήσει χωρίς μηχανική βλάβη είναι 250 o C και για την πίεση ως ανώτατο όριο θεωρούνται οι 130 ατμόσφαιρες. 63

64 Σχήμα 7.1: Αυτόκλειστο (autoclave) ή βόμβα. Η διαδικασία της σύνθεσης περιλαμβάνει την εισαγωγή των πρόδρομων ενώσεων, του διαλύτη και του επιφανειοδραστικού μέσα στο Teflon, το σφράγισμα της βόμβας και τέλος, την τοποθέτησή της στο φούρνο. Στη συνέχεια, η θερμοκρασία του φούρνου αυξάνεται μέχρι την επιθυμητή θερμοκρασία και διατηρείται σε αυτήν την τιμή για ορισμένες ώρες ανάλογα με το πείραμα. Ακολουθεί η ελεγχόμενη ψύξη του φούρνου και η τελική έξοδος της βόμβας. Ανάλογα με το δείγμα οι πειραματικές συνθήκες της θερμοκρασίας και του χρόνου παραμονής της βόμβας στο φούρνο διαφοροποιήθηκαν, όπως αναφέρεται παρακάτω. 7.4 ΑΠΟΜΟΝΩΣΗ ΚΑΘΑΡΙΣΜΟΣ Μετά το τέλος της αντίδρασης, το περιεχόμενο της βόμβας τοποθετείται σε Falcon με προσθήκη διαλύτη πλύσης και φυγοκεντρείται στις 5000 στροφές/λεπτό για 15min. Η φυγοκέντρηση έγινε σε συκευή SCANSPEED Με το πέρας της φυγοκέντρησης το υπερκείμενο υγρό αποχύνεται και η συγκεκριμένη διαδικασία επαναλαμβάνεται τουλάχιστον τρεις φορές. Οι πλύσεις γίνονται με διάφορους διαλύτες, ο συνηθέστερος των οποίων είναι η αιθανόλη και η μεθανόλη. Ακολουθεί ξήρανση του προϊόντος σε περιστρεφόμενο συμπυκνωτή (rotary evaporator) της εταιρίας Heidolph. Τέλος μετά τη ξήρανση γίνεται ζύγιση του στερεού προϊόντος για εύρεση της απόδοσης και τα νανοσωματίδια τοποθετούνται σε eppendorf. 64

65 7.5 ΠΡΟΕΤΟΙΜΑΣΙΑ ΔΕΙΓΜΑΤΩΝ ΓΙΑ ΤΕΧΝΙΚΕΣ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΜΟΥ Φασματοσκοπία Υπερύθρου Μετασχηματισμού Fourier (FTIR) Η προετοιμασία του δείγματος περιλαμβάνει την ανάμειξη περίπου 1mg σκόνης νανοσωματιδίων με 100mg βρωμιούχου καλίου και στη συνέχεια την πίεση του μείγματος σε πρέσα ώστε να σχηματιστεί στερεό δισκίο. Οι ακτινοβολίες αφού διαπεράσουν το δείγμα δημιουργούν στον ανιχνευτή ένα περίπλοκο μίγμα ακτινοβολιών με εναλλασσόμενες εντάσεις. Με τη βοήθεια του μετασχηματισμού Fourier το μείγμα μετατρέπεται στο αναμενόμενο φάσμα IR. Οι απορροφήσεις χαρακτηριστικών ή δραστικών ομάδων εμφανίζονται συνήθως στην περιοχή cm -1 και οι απορροφήσεις σκελετού εμφανίζονται στην περιοχή κάτω των 1500cm -1, που λέγεται περιοχή δακτυλικών αποτυπωμάτων, αλλά η ακριβής εκτίμησή τους είναι πιο δύσκολη. Με τη μέθοδο αυτή μπορεί να διαπιστωθεί η ύπαρξη του επιφανειοδραστικού στην επιφάνεια του νανοσωματιδίου από τις απορροφήσεις του φάσματος. Το φασματόμετρο που χρησιμοποιήθηκε ήταν το μοντέλο Nicolet FT-IR Θερμοβαρυμετρική Ανάλυση (TG) Οι μετρήσεις στα συγκεκριμένα δείγματα έγινε με το μοντέλο SETA-RAM SetSys-1200, με ανώτατη θερμοκρασία τους 800 C και ρυθμό θέρμανσης 10 C/min σε αδρανή ατμόσφαιρα αζώτου. 65

66 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 8 ΠΑΡΑΣΚΕΥΗ ΚΑΙ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΜΟΣ ΔΕΙΓΜΑΤΩΝ ΜΕ ΕΠΙΦΑΝΕΙΟΔΡΑΣΤΙΚΟ ΤΗΝ ΤΕΤΡΑΑΙΘΥΛΕΝΟ ΓΛΥΚΟΛΗ (TEG) 8.1 ΠΑΡΑΣΚΕΥΗ ΔΕΙΓΜΑΤΩΝ GS1, GS2, GS4, GS14 Η παρασκευή των παραπάνω δειγμάτων έγινε μεταβάλοντας το χρόνο και κρατώντας σταθερούς τους υπόλοιπους παράγοντες που επηρεάζουν τη σύνθεση των νανοσωματιδίων όπως ο διαλύτης, το αναγωγικό, η θερμοκρασία και η αναλογία πρόδρομης ένωσης με την οργανική ένωση/επιφανειοδραστικό. Για το δείγμα GS2 σε ποτήρι ζέσεως των 50ml τοποθετούνται 1g Cu(NO 3 ) 2. 3H 2 O και 12ml Η 2 Ο, τα οποία αναμυγνύονται με 0,2g N 2 H 4 και 0.715ml τετρααιθύλενο γλυκόλης (TEG). Η ποσότητα του επιφανειοδραστικού που χρησιμοποιήθηκε υπολογίστηκε έτσι ώστε η αναλογία του με το χαλκό να είναι 1:1. Το γκρι χρώματος μείγμα αναδεύεται για 15min και μεταφέρεται στον υποδοχέα Teflon της βόμβας, που τοποθετείται στο φούρνο ο οποίος έχει ρυθμιστεί στη θερμοκρασία των C για 2h. Μετά το πέρας της αντίδρασης, το περιεχόμενο της βόμβας φυγοκεντρείται στις 5000 στροφές/λεπτό για 15min. Το υπερκείμενο υγρό αποχύνεται και η συγκεκριμένη διαδικασία επαναλαμβάνεται τουλάχιστον τρεις φορές μέχρι να πλυθεί ικανοποιητικά το δείγμα μας. Οι πλύσεις γίνονται με disolol. Ακολουθεί ξήρανση του προϊόντος σε περιστρεφόμενο συμπυκνωτή (rotary evaporator) και συλλογή των νανοσωματιδίων. Τελικά, παραλαμβάνονται 0,088g νανοσωματιδίων και η απόδοση της αντίδρασης είναι 9%. Η πειραματική διαδικάσία που ακολουθήθηκε για το GS1 ήταν η ίδια με του παραπάνω δείγματος με τη διαφορά ότι ο χρόνος αντίδρασης ήταν 4h. Ο όγκος γεμίσματος της βόμβας έφτανε και σε αυτή τη πειραματική διαδικασία τα 14ml και στο τελικό δείγμα έγιναν πέντε πλύσεις με disolol. Η ζύγιση του τελικού προϊόντος έδειξε πως η μάζα του ήταν 0,07g και η απόδοση της αντίδρασης είναι ίση με 7%. 66

67 Η μόνη διαφοροποίηση που έγινε στη σύνθεση του GS14 ως προς τα προηγούμενα αφορούσε το χρόνο αντίδρασης, όπου εδώ είχαμε χρόνο αντίδρασης 8h. Η μάζα των νανοσωματιδίων που παραλήφθηκαν ήταν ίση με 0,05g και η απόδοση της αντίδρασης 5%. Ίδια πειραματική διαδικασία εφαρμόστηκε και για το GS4 με το χρόνο αντίδρασης εδώ να είναι στις 14h. Το τελικό προϊόν ζυγίστηκε και η μάζα του ήταν 0.04g και η απόδοση της αντίδρασης υπολογίστηκε 4%. Πίνακας 8.1: σύνθεση με οργανικό μέρος/επιφανειοδραστικό TEG, με βάση το χρόνο TEG/H 2 O/Hydrazine ΔΕΙΓΜΑ ΧΡΟΝΟΣ (h) GS2 2 GS1 4 GS14 8 GS ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΜΟΣ ΔΕΙΓΜΑΤΩΝ GS1, GS2, GS4, GS14 Η ταυτοποίηση του υλικού μέσω των φασμάτων XRD γίνεται ηλεκτρονικά, συγκρίνοντας το εκάστοτε φάσμα, με τη βάση δεδομένων ICDD (International Center for Diffraction Data), που υπάρχει στο software του προγράμματος Jade Materials Data. Όσο καλύτερη είναι η ταύτιση των πειραματικών κορυφών των ανακλάσεων με τις θεωρητικές, τόσο μεγαλύτερη είναι και η βεβαιότητα για τη δομή του τελικού προϊόντος. Μικρές μετατοπίσεις της τάξης του 2% είναι αποδεκτές, αλλά δεν ισχύει το ίδιο για μεγαλύτερες αποκλίσεις. Μέσω των φασμάτων XRD μπορούμε να υπολογίσουμε το μέσο μέγεθος των νανοσωματιδών με τη βοήθεια της εξίσωσης Scherrer. H εξίσωση αυτή συνδέει την διαπλάτυνση των κορυφών του φάσματος με το μέσο μέγεθος ως εξής: Όπου: D: Μέγεθος νανοσωματιδίων (nm) K: 0,9 (σταθερός συντελεστής) 67

68 λ: Μήκος κύματος της ακτινοβολίας (0,15406nm) Β: πλάτος κορυφής στο μισό του ύψους της (FWHM-Full Width at Half Maximum) (rad) cosθ: το συνημίτονο της γωνίας περίθλασης. Η παραπάνω εξίσωση εφαρμόζεται μόνο για σωματίδια με μεγέθος μικρότερο του 1μm. Το μέγεθος που προκύπτει από την εξίσωση είναι το μέσο μέγεθος ογκομετρικά σταθμισμένο. Με τη συγκεκριμένη εξίσωση υπολογίζεται ουσιαστικά το μέγεθος των κρυσταλλιτών των νανοσωματιδίων και όχι το φυσικό τους μέγεθος, το οποίο υπολογίζεται από το TEM. Έτσι είναι φυσιολογικό και αναμενόμενο να υπάρχουν αποκλίσεις στα υπολογισθέντα μεγέθη που προκύπτουν από αυτές τις δύο τεχνικές. Σχήμα 8.1: Φάσμα ακτίνων Χ του GS2 Σύμφωνα με το παραπάνω φάσμα περίθλασης ακτίνων-χ προκύπτει ότι για το GS2 εμφανίζεται μία φάση στοιχειακού χαλκού, με χαρακτηριστικές ανακλάσεις τις (111), (200), (220) και (311) σύμφωνα με την κάρτα αναφοράς: pdf Το μέγεθος των νανοσωματιδίων υπολογίστηκε σύμφωνα με την εξίσωση Scherrer και βρέθηκε 39nm. 68

69 Σχήμα 8.2: Φάσμα ακτίνων Χ του GS1 Ομοίως στο δείγμα GS1 εμφανίζεται μία φάση στοιχειακού χαλκού, με χαρακτηριστικές ανακλάσεις τις (111), (200), (220) και (311) σύμφωνα με την κάρτα αναφοράς: pdf Το μέγεθος των νανοσωματιδίων υπολογίστηκε σύμφωνα με την εξίσωση Scherrer και βρέθηκε 41nm. Σχήμα 8.3: Φάσμα ακτίνων Χ του GS4 69

70 % (mass loss) ΣΥΝΘΕΣΗ ΚΑΙ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΜΟΣ ΝΑΝΟΣΩΜΑΤΙΔΙΩΝ Cu ΚΑΙ ΟΞΕΙΔΙΩΝ ΤΟΥ: Όπως προκύπτει από το φάσμα του δείγματος GS4 προκύπτουν δύο φάσεις, στοιχειακού χαλκού και οξειδίου του μονοσθενούς χαλκού με κύρια κορυφή την (111) που δίνει κυρίαρχη φάση αυτή του στοιχειακού χαλκού. Οι βασικές ανακλάσεις της δομής για το στοιχειακό χαλκό είναι η (200), η (220),και η (311) σύμφωνα με τη καρτέλα: pdf Οι υπόλοιπες ανακλάσεις για το οξείδιο του μονοσθενούς χαλκού είναι η (111) και η (220) σύμφωνα με την καρτέλα pdf: Για το δείγμα GS4 το υπολογισθέν μέγεθος είναι 37nm για τη φάση του στοιχειακού χαλκού και 19nm για τη φάση του οξειδίου του μονοσθενούς χαλκού. Συνεχίζοντας το χαρακτηρισμό των δειγμάτων, παρουσιάζονται τα διαγράμματα θερμοβαρυμετρικής ανάλυσης (TG) και της πρώτης παραγώγου (DTG) 6 4 DTG GS2 TG o C Σχήμα 8.4: Διάγραμμα TG/DTG του GS2 Η ποσότητα του επιφανειοδραστικού στην επιφάνεια βρέθηκε από τη θερμοσταθμική ανάλυση TGA που έγινε στο δείγμα GS2. Από το διάγραμμα της ανάλυσης προκύπτει μία μικρή απώλεια μάζας από τους 200 μέχρι τους 350 C, που οφείλεται στην απομάκρυνση του TEG. Παρατηρείται, όμως, μια απότομη αύξηση μάζας μετά τους 400 C, που αποδίδεται στην οξείδωση του δείγματος. Συνολικά, φαίνεται ότι η ολική μάζα που χάνει το νανοσωματίδιο φτάνει το 3% της αρχικής του. 70

71 % (mass loss) % (mass loss) ΣΥΝΘΕΣΗ ΚΑΙ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΜΟΣ ΝΑΝΟΣΩΜΑΤΙΔΙΩΝ Cu ΚΑΙ ΟΞΕΙΔΙΩΝ ΤΟΥ: DTG 2 0 GS1 TG o C Σχήμα 8.5: Διάγραμμα TG/DTG του GS1 Παρόμοια αποτελέσματα εμφανίστηκαν και στο δείγμα GS1. Η απώλεια μάζας είναι και εδώ πάρα πολύ μικρή, της τάξης του 2% και επίσης εμφανίζεται οξείδωση του δείγματος μετά τους 350 ο C. 2 1 DTG 0 GS14 TG o C Σχήμα 8.6: Διάγραμμα TG/DTG του GS14 71

72 % (mass loss) ΣΥΝΘΕΣΗ ΚΑΙ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΜΟΣ ΝΑΝΟΣΩΜΑΤΙΔΙΩΝ Cu ΚΑΙ ΟΞΕΙΔΙΩΝ ΤΟΥ: Ομοίως και στο δείγμα GS14. Η απώλεια μάζας είναι ελάχιστη, της τάξης του 1% και επίσης εμφανίζεται οξείδωση του δείγματος μετά τους 350 ο C. 3 2 DTG 1 0 GS4 TG o C Σχήμα 8.7: Διάγραμμα TG/DTG του GS4 Τέλος ίδια αποτελέσματα είχαμε και για το τελευταίο δείγμα της σειράς αυτής. Παρατηρείται πάλι μικρή απώλεια μάζας μέχρι τους 450 ο C και μετέπειτα οξείδωση του δείγματος. 72

73 % transm. % transm. % transm. % transm. ΣΥΝΘΕΣΗ ΚΑΙ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΜΟΣ ΝΑΝΟΣΩΜΑΤΙΔΙΩΝ Cu ΚΑΙ ΟΞΕΙΔΙΩΝ ΤΟΥ: 60 GS1 60 GS cm cm -1 GS GS cm cm -1 Σχήμα 8.8: Φάσματα IR των δειγμάτων GS1, GS2, GS4, GS14 σε σύγκριση με το TEG Από τα φάσματα υπερύθρου IR φαίνεται η παρουσία του επιφανειοδραστικού τετρααιθύλενο γλυκόλη (TEG). Για λόγους σύγκρισης στα παραπάνω φάσματα υπερύθρου δίνεται και το φάσμα της τετρααιθύλενο γλυκόλης (TEG). Σε όλα τα δείγματα εμφανίζονται οι δονήσεις που αποδίδονται στις ασύμμετρες (v as ) και συμμετρικές (v s ) δονήσεις των μεθυλενικών ομάδων (-CH 2 ) και ταυτοποιούνται στα 2920 και 2850 cm -1. Χαρακτηριστική είναι και μια ευρεία δόνηση τάσης στα 1635cm -1 που παρατηρείται σε όλα τα δείγματα και αποδίδεται στους δεσμούς υδρογόνου (Η...Η). Τέλος η δόνηση κοντά στα 1300 cm -1 αποδίδεται στη δόνηση του δεσμού C-O των αιθέρων. Ωστόσο ιδιαίτερο ενδιαφέρον παρουσιάζεται στα δείγματα GS4 και GS14, όπου εμφανίζεται στην περιοχή των 625cm -1 δόνηση που αποδίδεται στην εμφάνιση του δεσμού Cu(I)-O [93]. 73

74 Σχήμα 8.9: Εικόνες ΤΕΜ για το GS2 Όπως φαίνεται από τις εικόνες ΤΕΜ του δείγματος GS2, τα νανοσωματίδια εμφανίζονται με ένα κυβικό σχήμα, όμως γενικά παρατηρείται μια έλλειψη κρυστάλλικότητας, η οποία αποδίδεται στο μικρό χρόνο ωρίμανσης του δείγματος, που είναι δύο ώρες. Το μέγεθος των νανοσωματιδίων βρέθηκε να είναι λίγο μεγαλύτερο από αυτό που υπολογίστηκε με τη εξίσωση Scherrer και είναι ίσο με 56nm. Σχήμα 8.10: Εικόνες ΤΕΜ για το GS4 Στο δείγμα GS4 τα νανοσωματίδια φαίνεται να έχουν αποκτήσει ένα σφαιρικό σχήμα και το μέγεθός τους φαίνεται μεγαλύτερο από αυτό του XRD και υπολογίστηκε 100nm, η φάση του οξειδίου δεν είναι διακριτή και χρειάζεται περαιτέρω μελέτη με εικόνες HRTEM. 74

75 8.3 ΠΑΡΑΣΚΕΥΗ ΔΕΙΓΜΑΤΩΝ GS3, GS16, GS15, GS5 Η παρασκευή των παραπάνω δειγμάτων έγινε μεταβάλοντας το χρόνο και κρατώντας σταθερούς τους υπόλοιπους παράγοντες που επηρεάζουν τη σύνθεση των νανοσωματιδίων όπως ο διαλύτης, το αναγωγικό, η θερμοκρασία και η αναλογία πρόδρομης ένωσης με την οργανική ένωση/επιφανειοδραστικό. Για το δείγμα GS3 σε ποτήρι ζέσεως των 50ml τοποθετούνται 1g Cu(NO 3 ) 2. 3H 2 O και 4ml Η 2 Ο, τα οποία αναμυγνύονται με 0,2g N 2 H 4 και 10ml τετρααιθύλενο γλυκόλης (TEG). Το γκρι χρώματος μείγμα αναδεύεται για 15min και μεταφέρεται στον υποδοχέα Teflon της βόμβας, που τοποθετείται στο φούρνο ο οποίος έχει ρυθμιστεί στη θερμοκρασία των C για 2h. Μετά το πέρας της αντίδρασης, το περιεχόμενο της βόμβας μεταφέρεται σε Teflon και φυγοκεντρείται στις 5000 στροφές/λεπτό για 15min. Το υπερκείμενο υγρό αποχύνεται και η συγκεκριμένη διαδικασία επαναλαμβάνεται τουλάχιστον τρεις φορές μέχρι να πλυθεί ικανοποιητικά το δείγμα μας. Οι πλύσεις γίνονται με disolol. Ακολουθεί ξήρανση του προϊόντος σε περιστρεφόμενο συμπυκνωτή (rotary evaporator) και συλλογή των νανοσωματιδίων. Τελικά, παραλαμβάνονται 0,18g νανοσωματιδίων και η απόδοση της αντίδρασης είναι ίση με 18%.. Η πειραματική διαδικάσία που ακολουθήθηκε για το GS16 ήταν η ίδια με του παραπάνω δείγματος με τη διαφορά ότι ο χρόνος αντίδρασης ήταν 4h. Ο όγκος γεμίσματος της βόμβας έφτανε και σε αυτή τη πειραματική διαδικασία τα 14ml και στο τελικό δείγμα έγιναν πέντε πλύσεις με disolol. Η ζύγιση του τελικού προϊόντος έδειξε πως η μάζα του ήταν 0,2g και η απόδοση της αντίδρασης είναι ίση με 20%.. Η μόνη διαφοροποίηση που έγινε στη σύνθεση του GS15 ως προς τα προηγούμενα αφορούσε το χρόνο αντίδρασης, όπου εδώ είχαμε χρόνο αντίδρασης 8h. Η μάζα των νανοσωματιδίων που παραλήφθηκαν ήταν ίση με 0,4g και η απόδοση της αντίδρασης υπολογίστηκε ίση με 40%.. Ίδια πειραματική διαδικασία εφαρμόστηκε και για το GS5 με το χρόνο αντίδρασης εδώ να είναι στις 14h. Το τελικό προϊόν ζυγίστηκε και η μάζα του ήταν 0.45g και η απόδοση της αντίδρασης βρέθηκε ίση με 45%.. 75

76 Πίνακας 8.2: Σύνθεση με οργανικό μέρος/επιφανειοδραστικό TEG, με βάση το χρόνο TEG/H 2 O/Hydrazine ΔΕΙΓΜΑ ΧΡΟΝΟΣ (h) GS3 2 GS16 4 GS15 8 GS ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΜΟΣ ΔΕΙΓΜΑΤΩΝ GS3, GS16, GS15, GS5 Ο χαρακτηρισμός θα ξεκινήσει αναλύοντας τα φάσματα περίθλασης ακτίνων Χ (XRD) των δειγμάτων που παρασκευάστηκαν. Σχήμα 8.11: Φάσμα ακτίνων Χ του GS3 Όπως προκύπτει από το φάσμα του δείγματος GS3 προκύπτουν δύο φάσεις, στοιχειακού χαλκού και οξειδίου του μονοσθενούς χαλκού με κύρια κορυφή την (111) που δίνει κυρίαρχη φάση αυτή του στοιχειακού χαλκού. Οι βασικές ανακλάσεις της δομής για το στοιχειακό χαλκό είναι η (200), η (220),και η (311) σύμφωνα με τη καρτέλα: pdf Οι υπόλοιπες ανακλάσεις για το οξείδιο του μονοσθενούς χαλκού είναι η (110), (111), (200) και η (220) 76

77 σύμφωνα με την καρτέλα pdf: Για το δείγμα GS3 το υπολογισθέν μέγεθος είναι 38nm για τη φάση του στοιχειακού χαλκού και 25nm για τη φάση του οξειδίου του μονοσθενούς χαλκού. Σχήμα 8.12: Φάσμα ακτίνων Χ του GS5 Σύμφωνα με το φάσμα περίθλασης ακτίνων-χ προκύπτει ότι για το GS5 εμφανίζεται μία φάση οξαλικού χαλκού, με χαρακτηριστικές ανακλάσεις τις (110), (-110), (002), (111), (112), (020) και (004) σύμφωνα με την κάρτα αναφοράς: pdf: Επίσης εμφανίζεται και μια δεύτερη φάση, υδροξειδίου του νιτρικού χαλκού, με ανακλάσεις τις (001), (100), (002), (120), (121), (013), (202) και (221) σύμφωνα με την κάρτα αναφοράς: pdf: Το μέγεθος των νανοσωματιδίων υπολογίστηκε σύμφωνα με την εξίσωση Scherrer και βρέθηκε 38nm. Η εμφάνιση των νιτρικών επιβεβαιώνεται από τα φαινόμενα οξείδωσης που εμφανίζονται στο συγκεκριμένο δείγμα τόσο στο μέταλλο, αφού ο χαλκός βρίσκεται στην υψηλότερη οξειδωτική του βαθμίδα Cu +2, όσο και στο επιφανειοδραστικό αφού έχουμε την εμφάνιση οξαλικών σύμφωνα με τις παρακάτω αντιδράσεις (Σχήμα 8.13). 77

78 % (mass loss) ΣΥΝΘΕΣΗ ΚΑΙ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΜΟΣ ΝΑΝΟΣΩΜΑΤΙΔΙΩΝ Cu ΚΑΙ ΟΞΕΙΔΙΩΝ ΤΟΥ: Σχήμα 8.13: Αντιδράσεις σχηματισμού οξαλικών από τετρααιθύλενο γλυκόλη (TEG) Στη συνέχεια παραθέτονται τα διαγράμματα θερμοβαρυμετρικής ανάλυσης (TG) και αυτά της πρώτης παραγώγου της (DTG). 0-5 DTG GS3 TG o C Σχήμα 8.14: Διάγραμμα TG/DTG του GS3 Από το διάγραμμα της ανάλυσης στο GS3 προκύπτει ότι το επιφανειοδραστικό (TEG) απομακρύνεται σε τρία στάδια από τους 200 μέχρι τους 550 ο C. Η μάζα που χάνει το νανοσωματίδιο φτάνει το 16% της αρχικής του. 78

79 % (mass loss) % (mass loss) ΣΥΝΘΕΣΗ ΚΑΙ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΜΟΣ ΝΑΝΟΣΩΜΑΤΙΔΙΩΝ Cu ΚΑΙ ΟΞΕΙΔΙΩΝ ΤΟΥ: 0 DTG GS16 TG o C Σχήμα 8.15: Διάγραμμα TG/DTG του GS16 Από το παραπάνω διάγραμμα του δείγματος GS16 προκύπτει μια μεγάλη απώλεια μάζας στους 250 ο C, της τάξης του 35% η οποία συντελείται σε δύο στάδια. Επίσης παρατηρείται και μια μικρή απώλεια μάζας, περίπου 5%, από τους ο C. 0 DTG GS15 TG o C Σχήμα 8.16: Διάγραμμα TG/DTG του GS15 Παρόμοια αποτελέσματα παρατηρούνται και στο δείγμα GS15. Η συνολική απώλεια μάζας του δείγματος φτάνει το 45%. 79

80 % mass loss ΣΥΝΘΕΣΗ ΚΑΙ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΜΟΣ ΝΑΝΟΣΩΜΑΤΙΔΙΩΝ Cu ΚΑΙ ΟΞΕΙΔΙΩΝ ΤΟΥ: 0 DTG GS5 TG o C Σχήμα 8.17: Διάγραμμα TG/DTG του GS5 Τέλος στο δείγμα GS5 παρατηρείται μια συνολική απώλεια μάζας, περίπου 45%, η οποία συμβαίνει σε τρία στάδια. Το δύο πρώτα και μεγαλύτερα στάδια παρατηρούνται στη περιοχή θερμοκρασιών ο C και το τρίτο στην περιοχή ο C. 80

81 % transm. % transm. % transm. % transm. ΣΥΝΘΕΣΗ ΚΑΙ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΜΟΣ ΝΑΝΟΣΩΜΑΤΙΔΙΩΝ Cu ΚΑΙ ΟΞΕΙΔΙΩΝ ΤΟΥ: GS3 60 GS TEG 40 TEG cm GS cm GS TEG 40 TEG cm cm -1 Σχήμα 8.18: Φάσματα IR των δειγμάτων GS3, GS16, GS15, GS5 σε σύγκριση με το TEG Από τα φάσματα υπερύθρου IR φαίνεται η παρουσία του επιφανειοδραστικού τετρααιθύλενο γλυκόλη (TEG). Για λόγους σύγκρισης στα παραπάνω φάσματα υπερύθρου δίνεται και το φάσμα της τετρααιθύλενο γλυκόλης (TEG). Σε όλα τα δείγματα εμφανίζονται οι δονήσεις που αποδίδονται στις ασύμμετρες (v as ) και συμμετρικές (v s ) δονήσεις των μεθυλενικών ομάδων (-CH 2 ) και ταυτοποιούνται στα 2920 και 2850 cm -1. Στο δείγμα GS3 παρατηρούμε τη χαρακτηριστική δόνηση στα 625 cm -1 που αποδίδεται στην ύπαρξη του δεσμού Cu(I)-O [93], επίσης στο ίδιο δείγμα στα 1635cm -1 παρατηρούμε τη δόνηση που αποδίδεται στους δεσμούς υδρογόνου (Η...Η) και τέλος κοντά στα 1300cm -1 εμφανίζεται η δόνηση που αποδίδεται στο δεσμό C-O-C των αιθέρων. Στα δείγματα GS5 GS16 GS15 παρατηρούμε τις δονήσεις που αντιστοιχούν στην παρουσία νιτρικών (-ΟΝΟ 2 ) στα 1436, 1325, 1046, 817, 798 cm -1 και υδρόξυ νιτρικών στα 1375 cm -1, την εξασθενημένη δόνηση του καρβοξυλικού δεσμού C-O των οξέων στα 1620cm -1, και τέλος μια χαρακτηριστική οξεία δόνηση στα 500 cm -1 που οφείλεται στο δεσμό Cu-OCCO [94-95]. 81

82 Σχήμα 8.19: Εικόνες ΤΕΜ για το GS3 Από τις παραπάνω εικόνες ΤΕΜ διακρίνεται μία πολύ καλή διασπορά των νανοσωματιδίων του δείγματος GS3, τα οποία εμφανίζουν σφαιρικό σχήμα και το μέγεθος τους είναι κοντά στα 7nm. Φαίνεται ότι σε ορισμένα από τα νανοσωματίδια που σχηματίστηκαν υπάρχουν περιοχές που εμφανίζονται πιο ανοιχτόχρωμες σε σχέση με άλλες, κάτι που αποδίδεται σε φαινόμενα οξείδωσης, που οδηγούν στη δημιουργία core shell (b) (c), με πυρήνα χαλκό και φλοιό οξειδίου, κάτι που επιβεβαιώνεται και από τη σύσταση του δείγματος από το XRD. 82

83 Σχήμα 8.20: Εικόνες ΤΕΜ για το GS15 Επίσης στο δείγμα GS15 φαίνονται σφαιρικά νανοσωματίδια μεγέθους 35nm τα οποία έχουν καλή διασπορά. Επίσης εμφανίζονται και NPs πολύ μικρού μεγέθους. Σχήμα 8.21: Εικόνες ΤΕΜ για το GS5 Τέλος στο GS5 διακρίνονται σφαιρικά τρίδυμα νανοσωματίδια ετερογενούς σύστασης, τα οποία εμφανίζουν πολύ καλή διασπορά. Το μέγεθος των νανοσωματιδίων μετρήθηκε 33nm και είναι μικρότερο από αυτό που υπολογίστηκε από την εξίσωση Scherrer. 83

84 8.5 ΣΥΝΟΠΤΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΔΕΙΓΜΑΤΩΝ ΜΕ ΕΠΙΦΑΝΕΙΟΔΡΑΣΤΙΚΟ TEG Παρασκευάστηκαν δύο σειρές δειγμάτων, στις οποίες μελετήθηκε η σύσταση και τα χαρακτηριστικά των νανοσωματιδίων που απομονώθηκαν με χρήση του επιφανειοδραστικού τετρααιθύλενο γλυκόλη (TEG), διαφοροποιώντας το χρόνο της αντίδρασης από 2, 4, 8, και 14h και για αναλογία πρόδρομης ένωσης και επιφανειοδραστικού, δηλαδή Cu(NO 3 ) 2 :TEG, 1:1 (πρώτη σειρά) και 1:5 (δεύτερη σειρά). Η σύσταση των νανοσωματιδίων φαίνεται στους πίνακες 8.4 και 8.5 και προκύπτει ότι είναι διαφορετική και για τις δύο πειραματικές σειρές. Στην πρώτη σειρά των δειγμάτων βρέθηκε ότι αρχικά σχηματίζεται μεταλλικός Cu και καθώς αυξάνεται ο χρόνος αντίδρασης/ωρίμανσης σχηματίζεται επιπλέον οξείδιο του μονοσθενούς χαλκού. Από τις εικόνες TEM (σχήμα 8.10) οι δύο φάσεις (Cu/Cu 2 O) δεν είναι διακριτές, δηλαδή δεν μπορούν να αποδοθούν σε δομές πυρήνα/φλοιού, ούτε όμως βρέθηκαν και μεμονωμένα νανοσωματίδια Cu και Cu 2 O, ώστε να θεωρούμε ότι έχουμε δύο ξεχωριστές φάσεις. Χρειάζεται περαιτέρω μελέτη με HRTEM για να αποδοθεί η μεικτή σύσταση. Αντίθετα στη δεύτερη σειρά, ακόμη και σε χρόνο ωρίμανσης ίσο με 2h σχηματίζονται νανοσωματίδια σύστασης Cu/Cu 2 O, που αποδίδεται σε φαινόμενα οξείδωσης λόγω της μεγάλης ποσότητας του επιφανειοδραστικού που χρησιμοποιήθηκε. Στη συνέχεια προτείνεται ένας μηχανισμός σύνθεσης των νανοσωματιδίων. Το TEG, ως πολυαλκοόλη σε συνδυασμό με την υδραζίνη δρουν ως αναγωγικά του Cu +2, μέσω ενός ενδιάμεσου συμπλόκου Cu + -TEG, κάτι που επιβεβαιώνεται και από το καφέ χρώμα του διαλύματος της αντίδρασης, πριν αυτό μεταφερθεί στο αυτόκλειστο σύστημα (βόμβα). Στη συνέχεια κατά τη διάρκεια της αντίδρασης το ενδιάμεσο σύμπλοκο Cu + -TEG διαλυτοποιείται, με την πάροδο του χρόνου και την αύξηση της θερμοκρασίας και σχηματίζονται πυρήνες χαλκού, οπως φαίνεται στην παρακάτω αντίδραση (Σχήμα 8.22). Στη συνέχεια η οξειδωτική ατμόσφαιρα της βόμβας, λόγω του υπάρχοντος οξυγόνου, καθώς και η παρουσία νιτρικών ιόντων (NO - 3 ) οδηγεί στην οξείδωση της επιφάνειας και την εμφάνιση του οξειδίου του μονοσθενούς χαλκού στη σύσταση των νανοσωματιδίων. Τα νανοσωματίδια, όπως φαίνεται από τις εικόνες TEM (Σχήμα 8.19), εμφανίζουν δομές πυρήνα/φλοιού με την ύπαρξη του μεταλλικού Cu στον πυρήνα και του οξειδίου του μονοσθενούς χαλκού στο φλοιό. Με την πάροδο του χρόνου αντίδρασης/ωρίμανσης, λόγω του υδατικού περιβάλλοντος καθώς και του όξινου PH της 84

85 αντίδρασης, που είναι περίπου ίσο με 3, στην δεύτερη σειρά δειγμάτων, τα φαινόμενα οξείδωσης συνεχίζονται με αποτέλεσμα την εμφάνιση νανοσωματιδίων οξαλικού Cu, λόγω υδρόλυσης και οξείδωσης του αιθερικού ΤEG σύμφωνα με τις αντιδράσεις του παρακάτω σχήματος (Σχήμα 8.23). Επίσης ταυτοποιείται και η φάση (Cu 2 OH 3 NO 3 ) σύμμφωνα με την περίθλαση ακτίνων Χ (XRD). Το άλας Cu 2 (OH) 3 NO 3 είναι ένα βασικό άλας του Cu(II) με δομή διαστρωματωμένη, αποτελούμενη από οκτάεδρα με στοιχειομετρία [Cu 2 (OH) 3 ] + και ιόντα NO - 3 που βρίασκονται μεταξύ των στρωμάτων και συνδέονται με δεσμούς υδρογόνου εξισορροπώντας το φορτίο [95]. Σχήμα 8.22: Προτεινόμενος μηχανισμός σύνθεσης Σχήμα 8.13: Αντιδράσεις σχηματισμού οξαλικών από τετρααιθύλενο γλυκόλη (TEG) Μεγάλες διαφορές εμφανίζονται και στην ποσότητα της οργανικής ένωσης που βρέθηκε στην επιφάνεια των νανοσωματιδίων, σύμφωνα με τις μετρήσεις θερμοβαρυμετρικής ανάλυσης. Στην πρώτη σειρά δειγμάτων, όπου η αναλογία πρόδρομης ένωσης με επιφανειοδραστικό ήταν 1:1, σχηματίζονται νανοσωματίδια με ελάχιστο, σχεδόν μηδενικό, ποσοστό επιφανειοδραστικού. Από την άλλη στη δεύτερη σειρά δειγμάτων όπου χρησιμοποιήθηκε περίσσεια TEG το ποσοστό επιφανειοδραστικού έφτασε το 45%. Επειδή η ύπαρξη ικανής ποσότητας επιφανειοδραστικού σταθεροποιεί τα νανοσωματίδια και αποτρέπει τη συσσωμάτωση, η δεύτερη σειρά δειγμάτων 85

86 εμφανίζει πολύ καλύτερες εικόνες ΤΕΜ με σταθερές διασπορές και καλά διαμορφωμένα κυκλικά σχήματα νανοσωματιδίων. Με την αύξηση του χρόνου αντίδρασης τα νανοσωματίδια μεγαλώνουν σε μέγεθος, σύμφωνα και με τη θεωρία La Mer παρατηρείται επίσης και αλλαγή της σύστασης. Στην πρώτη σειρά δειγμάτων το σχήμα των νανοσωματιδίων είναι κυβικό και σφαιρικό, ενώ στη δεύτερη σειρά όλα τα νανοσωματίδια φαίνεται να έχουν σφαιρικό σχήμα, ωστόσο με βάση βιβλιογραφικά δεδομένα όπου το TEG χρησιμοποιήθηκε σε διπλό ρόλο επιφανειοδραστικού/διαλύτη τα νανοσωματίδια βρέθηκε να έχουν σχήμα ράβδου [55]. Πίνακας 8.3: σύνθεση και αποτελέσμάτα 1 ης σειράς δειγμάτων TEG/H 2 O/Hydrazine ΔΕΙΓΜΑ ΧΡΟΝΟΣ (h) Τ/ o C ΑΝΑΛΟΓΙΑ ΣΥΣΤΑΣΗ ΜΕΓΕΘΟΣ XRD (nm) GS :1 Cu 39 GS :1 Cu 41 GS :1 Cu/Cu 2 O * GS :1 Cu/Cu 2 O 37/19 Πίνακας 8.4: σύνθεση και αποτελέσμάτα 2 ης σειράς δειγμάτων *αναμένονται αποτελέσματα TEG/H 2 O/Hydrazine ΔΕΙΓΜΑ ΧΡΟΝΟΣ (h) Τ/ o C ΑΝΑΛΟΓΙΑ ΣΥΣΤΑΣΗ ΜΕΓΕΘΟΣ XRD (nm) GS :5 Cu/Cu 2 O 38/26 GS :5 Cu(C 2 O 4 )/ Cu 2 (OH) 3 NO 3 * GS :5 Cu(C 2 O 4 )/ Cu 2 (OH) 3 NO 3 * GS :5 Cu(C 2 O 4 )/ Cu 2 (OH) 3 NO 3 38/52 86

87 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 9 ΠΑΡΑΣΚΕΥΗ ΚΑΙ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΜΟΣ ΔΕΙΓΜΑΤΩΝ ΜΕ ΕΠΙΦΑΝΕΙΟΔΡΑΣΤΙΚΟ ΤΗΝ ΟΛΕΫΛΑΜΙΝΗ (OAm) 9.1 ΠΑΡΑΣΚΕΥΗ ΔΕΙΓΜΑΤΩΝ GS9, GS10, GS23 Η παρασκευή των παραπάνω δειγμάτων έγινε μεταβάλοντας το διαλύτη και το αναγωγικό και κρατώντας σταθερούς τους υπόλοιπους παράγοντες που επηρεάζουν τη σύνθεση των νανοσωματιδίων όπως ο χρόνος, η θερμοκρασία και η αναλογία πρόδρομης ένωσης με την οργανική ένωση/επιφανειοδραστικό. Για το δείγμα GS9 σε ποτήρι ζέσεως των 50ml τοποθετούνται 1g Cu(NO 3 ) 2. 3H 2 O και 10ml διφαινυλαιθέρας, τα οποία αναμυγνύονται με 4ml ολεϋλαμίνης (OAm). Το μπλε χρώματος μείγμα αναδεύεται για 15min και μεταφέρεται στον υποδοχέα Teflon της βόμβας, που τοποθετείται στο φούρνο ο οποίος έχει ρυθμιστεί στη θερμοκρασία των C για 24h. Μετά το πέρας της αντίδρασης, το περιεχόμενο της βόμβας φυγοκεντρείται στις 5000 στροφές/λεπτό για 15min. Το υπερκείμενο υγρό αποχύνεται και η συγκεκριμένη διαδικασία επαναλαμβάνεται τουλάχιστον πέντε φορές μέχρι να πλυθεί ικανοποιητικά το δείγμα μας. Οι πλύσεις γίνονται με disolol και με tolouol. Ακολουθεί ξήρανση του προϊόντος σε περιστρεφόμενο συμπυκνωτή (rotary evaporator) και συλλογή των νανοσωματιδίων. Τελικά, παραλαμβάνονται 0,125g νανοσωματιδίων και η απόδοση της αντίδρασης είναι ίση με 13%.. Η πειραματική διαδικάσία που ακολουθήθηκε για το GS10 ήταν η ίδια με του παραπάνω δείγματος με τη διαφορά ότι χρησιμοποιήθηκε και ποσότητα υδραζίνης, 0,2g N 2 H 4, ως αναγωγικό οδηγώντας στο σχηματισμό ενός καφέ διαλύματος. Στο τελικό δείγμα έγιναν πέντε πλύσεις με disolol και toluol. Η ζύγιση του τελικού προϊόντος έδειξε πως η μάζα του ήταν 0,220g και η απόδοση της αντίδρασης βρέθηκε ίση με 22%.. Ίδια πειραματική διαδικασία εφαρμόστηκε και για το GS23 χρησιμοποιώντας όμως σαν διαλύτη το νερό H 2 O αντί του φαινυλαιθέρα που χρησιμοποιήθηκε στα προηγούμενα δείγματα. Τοποθετήθηκε ίδια ποσότητα νερού, δηλαδή 10ml και προέκυψε ένα διφασικό σύστημα νερού- 87

88 ολεϋλαμίνης (OAm) καφέ χρώματος. Το τελικό προϊόν ζυγίστηκε και η μάζα του ήταν 0,13g και η απόδοση της αντίδρασης υπολογίστηκε ίση με 13%. Πίνακας 9.1: Σύνθεση με οργανικό μέρος/επιφανειοδραστικό OAm, με βάση το διαλύτη και το αναγωγικό OAm ΔΕΙΓΜΑ ΔΙΑΛΥΤΗΣ ΑΝΑΓΩΓΙΚΟ GS9 διφαινυλαιθέρας - GS10 διφαινυλαιθέρας Υδραζίνη GS23 H 2 O Υδραζίνη 9.2 ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΜΟΣ ΔΕΙΓΜΑΤΩΝ GS9, GS10, GS23 Ο χαρακτηρισμός των δειγμάτων που παρασκευάστηκαν θα ξεκινήσει με την ανάλυση των φασμάτων περίθλασης ακτίνων Χ (XRD) Σχήμα 9.1: Φάσμα ακτίνων Χ του GS9 88

89 Σύμφωνα με το φάσμα του δείγματος GS9 προκύπτουν δύο φάσεις, στοιχειακού χαλκού και οξειδίου του μονοσθενούς χαλκού με κύρια κορυφή την (111) που δίνει κυρίαρχη φάση αυτή του οξειδίου του μονοσθενούς χαλκού. Οι βασικές ανακλάσεις της δομής για το στοιχειακό χαλκό είναι η (111) και η (200) σύμφωνα με τη καρτέλα: pdf Οι υπόλοιπες ανακλάσεις για το οξείδιο του μονοσθενούς χαλκού είναι η (110), (111), (200), (211), (220), (311) και η (222) σύμφωνα με την καρτέλα pdf: Το μέγεθος που υπολογίστηκε είναι με την εξίσωση Scherrer είναι 54nm για τη φάση του στοιχειακού χαλκού και 31nm για τη φάση του οξειδίου του μονοσθενούς χαλκού. Σχήμα 9.2: Φάσμα ακτίνων Χ του GS10 Από το φάσμα XRD προκύπτει ότι για το GS10 εμφανίζεται μία φάση οξειδίου του μονοσθενούς χαλκού, με χαρακτηριστικές ανακλάσεις τις (110), (111), (200), (220) και (311) σύμφωνα με την κάρτα αναφοράς: pdf: Το μέγεθος των νανοσωματιδίων υπολογίστηκε ότι ισούται με 33nm. 89

90 Σχήμα 9.3: Φάσμα ακτίνων Χ του GS23 Ομοίως από το φάσμα XRD προκύπτει ότι για το GS23 εμφανίζεται μία φάση οξειδίου του μονοσθενούς χαλκού, με χαρακτηριστικές ανακλάσεις τις (110), (111), (200), (211), (220), (311) και (222) σύμφωνα με την κάρτα αναφοράς: pdf: Αυτή τη φορά το μέγεθος των νανοσωματιδίων υπολογίστηκε 32nm. Συνεχίζοντας τον χαρακτηρισμό των δειγμάτων παρακάτω παρουσιάζονται τα διαγράμματα θερμοβαρυμετρικής ανάλυσης (TG) και της πρώτης παραγώγου της (DTG). 90

91 % (mass loss) % (mass loss) ΣΥΝΘΕΣΗ ΚΑΙ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΜΟΣ ΝΑΝΟΣΩΜΑΤΙΔΙΩΝ Cu ΚΑΙ ΟΞΕΙΔΙΩΝ ΤΟΥ: 10 0 DTG GS9 TG o C Σχήμα 9.4: Διάγραμμα TG/DTG του GS9 Από το διάγραμμα της ανάλυσης στο δείγμα GS9 φαίνεται ότι το επιφανειοδραστικό (ΟΑm) απομακρύνεται σε τέσσερα στάδια από τους 150 μέχρι τους 600 ο C. Φαίνεται ότι η μάζα που χάνει το νανοσωματίδιο φτάνει περίπου στο 50% της αρχικής του. 5 0 DTG GS10 TG o C Σχήμα 9.5: Διάγραμμα TG/DTG του GS10 91

92 % mass loss ΣΥΝΘΕΣΗ ΚΑΙ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΜΟΣ ΝΑΝΟΣΩΜΑΤΙΔΙΩΝ Cu ΚΑΙ ΟΞΕΙΔΙΩΝ ΤΟΥ: Στο δείγμα GS10 παρατηρείται την απομάκρυνση του επιφανειοδραστικού να συντελείται σε δύο στάδια από τους ο C. Η συμπεριφορά του δείγματος μέχρι αυτή τη θερμοκρασία είναι παρόμοια με αυτή του προηγούμενου δείγματος, σε αυτή την περίπτωση όμως παρατηρείται απώλεια μάζας σε ποσοστό 25%. Μετά τους 300 ο C ακολουθεί μία αύξηση της μάζας που αποδίδεται σε περαιτέρω οξείδωση του δείγματος. 0 DTG GS23 TG o C Σχήμα 9.6: Διάγραμμα TG/DTG του GS23 Τέλος στο GS23 μέχρι τους 400 ο C παρατηρείται συνολική απώλεια μάζας της τάξης του 12% η οποία συντελείται σε δύο στάδια και στη συνέχεια εμφανίζονται φαινόμενα οξείδωσης. 92

93 % transm. % transm. % transm. ΣΥΝΘΕΣΗ ΚΑΙ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΜΟΣ ΝΑΝΟΣΩΜΑΤΙΔΙΩΝ Cu ΚΑΙ ΟΞΕΙΔΙΩΝ ΤΟΥ: 80 GS9 80 GS OAm 40 OAm cm cm GS OAm cm -1 Σχήμα 9.7: Φάσματα IR των δειγμάτων GS9, GS10, GS23, σε σύγκριση με την OAm Από τα φάσματα υπερύθρου IR φαίνεται η παρουσία του επιφανειοδραστικού ολεϋλαμίνη (OAm). Για λόγους σύγκρισης στα παραπάνω φάσματα υπερύθρου δίνεται και το φάσμα της ολεϋλαμίνης (OAm). Σε όλα τα δείγματα εμφανίζονται οι δονήσεις που αποδίδονται στις ασύμμετρες (v as ) και συμμετρικές (v s ) δονήσεις των μεθυλενικών ομάδων (-CH 2 ) και ταυτοποιούνται στα 2920 και 2850 cm -1. Επίσης φαίνεται η ισχυρή δόνηση κοντά στα 1630 cm -1 που αποδίδεται στο διπλό δεσμό άνθρακα (C=C) του μορίου της OAm και οι δονήσεις κοντά στα 1100 cm -1 που αποδίδονται στο δεσμό C-N. Τέλος παρατηρούμε τη χαρακτηριστική δόνηση του δεσμού Cu(I)-O στα 625 cm -1 [93] και εμφανίζεται σε όλα τα δείγματα που παρασκευάστηκαν στη συγκεκριμένη σειρά πειραμάτων. 93

94 Σχήμα 9.8: Εικόνες ΤΕΜ για το GS9 Όπως φαίνεται από τις παραπάνω εικόνες ΤΕΜ στο δείγμα GS9 δημιουργήθηκαν νανοράβδοι (nanorods) πλάτους 170nm. Όπως παρατηρούμε τον χρωματισμό, φαίνονται σημάδια οξειδίου, κάτι που επιβεβαιώνει η σύσταση που βρέθηκε από το XRD. Σχήμα 9.9: Εικόνα ΤΕΜ για το GS10 Αντίθετα στο GS10 σχηματίστηκαν σφαιρικά νανοσωματίδια μεγέθους, με ορισμένες ατέλειες, κοντά στα 30nm. 94

95 Σχήμα 9.10: Εικόνες ΤΕΜ για το GS23 Ομοίως στο δείγμα GS23 σχηματίστηκαν σφαιρικά νανοσωματίδια, χωρίς ατέλειες και το μέγεθος που προκύπτει από τις εικόνες ΤΕΜ είναι πολύ μεγαλύτερο από του GS10 και κυμαίνεται από nm. 9.3 ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Στην παραπάνω σειρά δειγμάτων μελετήθηκε η επίδραση του διαλύτη, καθώς και η παρουσία/απουσία αναγωγικού, στο σχηματισμό νανοσωματιδίων με επιφανειοδραστικό την OAm στον ίδιο χρόνο αντίδρασης, 24h. Με τη χρήση αναγωγικού σε μη πολικό διαλύτη σχηματίστηκαν ομοιόμορφα, σφαιρικά νανοσωματίδια Cu 2 O μεγέθους 33nm. Η αναγωγική δράση της ολεϋλαμίνης δεν είναι αρκετή για να σχηματιστεί μεταλλικός Cu όπως φαίνεται στο δείγμα GS9. Η παρουσία νερού ως διαλύτη και επιπλέον αναγωγικού παράγοντα οδήγησε στο σχηματισμό και πάλι νανοσωματιδίων Cu 2 O περίπου ίδιας διάστασης και σχήματος, δηλαδή ο διαφορετικός διαλύτης δεν οδήγησε σε διαφορετικά νανοσωματίδια. Σε όλες τις συνθέσεις εκτιμάται πως με την αύξηση της θερμοκρασίας σχηματίζεται το ενδιάμεσο σύμπλοκο Cu + -OAm [96]. Στο δείγμα GS9 η διαλυτοποίηση του συμπλόκου, μέσω μιας αντίδρασης αυτοοξειδοαναγωγής (disproportionation) στην οποία ο χαλκός από την οξειδωτική βαθμίδα Cu +1 στην οποία βρίσκεται στο σύμπλοκο ανάγεται και οξειδώνεται σε μεταλλικό χαλκό και Cu +2, οδήγησε στη δημιουργία μεταλλικού Cu, ο οποίος λόγω της οξειδωτικής ατμόσφαιρας που επικρατεί στο αυτόκλειστο σύστημα οξειδώθηκε και σχηματίστηκαν ράβδοι σύστασης Cu/Cu 2 O. Το ποσοστό των φάσεων στις ετερογενείς ράβδους είναι 87,2% για το οξείδιο του μονοσθενούς χαλκού (Cu 2 O) και 12,8% για το μεταλλικό Cu. Παρόμοιες ράβδοι ως σχήματα εμφανίζονται και σε άλλες μελέτες [97]. 95

96 Ωστόσο με την προσθήκη της υδραζίνης (αναγωγικό) και του H 2 O το σύστημα οδηγήθηκε αποκλειστικά στη δημιουργία σφαιρικών Cu 2 O NPs, μέσω μιας αντίδρασης (comproportionation) στην οποία στα αντιδρώντα οι δύο οξειδωτικές βαθμίδες του χαλκού μετατρέπονται σε ένα προϊόν που έχει την ενδιάμεση οξειδωτική βαθμίδα (Cu +1 ) (Σχήμα 9.11). Ως προς το επιφανειοδραστικό παρατηρούμε ότι η απομάκρυνσή του και στα τρία δείγματα είναι παρόμοια μέχρι τους 400 ο C αφού έχουμε εμφάνιση δύο σταδίων. Στο πρώτο στάδιο απομακρύνονται οι μεθυλενικές ομάδες ενώ στο δεύτερο οι αμινικές [98]. Μετά από αυτή τη θερμοκρασία παρατηρούνται διαφορές ανάμεσα στα τρία δείγματα με το GS9 να εμφανίζει ακόμα ένα στάδιο απώλειας μάζας, το οποίο αποδίδεται στην ύπαρξη διπλής επικάλυψης (double layer) επιφανειοδραστικού [33], δηλαδή εκτός από την αμίνη που συνδέεται στον μεταλλικό πυρήνα με υδρόφοβες αλληλεπιδράσεις (Van Der Waals) συνδέεται και άλλο μόριο OAm δημιουργώντας ελεύθερες αμινοομάδες προς τα έξω, όπως φαίνεται στο σχήμα Επίσης το ποσοστό του επιφανειοδραστικού που απομακρύνεται συνολικά, στο δείγμα GS9 αγγίζει το 50% ενώ στο GS10 το ποσοστό του επιφανειοδραστικού είναι 25% κάτι το οποίο συνηγορεί στην ύπαρξη διπλής επικάλυψης. Διαφορές εμφανίστηκαν και στο σχήμα των παραπάνω δειγμάτων με τα δείγματα στα οποία χρησιμοποιήθηκε η υδραζίνη ως αναγωγικό να εμφανίζουν σχεδόν σφαιρικό σχήμα ενώ στο δείγμα χωρίς την υδραζίνη σχηματίστηκαν ράβδοι. Σχήμα 9.11: Προτεινόμενος μηχανισμός σύνθεσης 96

97 Σχήμα 9.12: Διπλή επικάλυψη (double layer) Πίνακας 8.2 σύνθεση και αποτελέσματα με οργανικό μέρος/επιφανειοδραστικό OAm OAm ΔΕΙΓΜΑ ΧΡΟΝΟΣ (h) ΔΙΑΛΥΤΗΣ ΑΝΑΓΩΓΙΚΟ ΣΥΣΤΑΣΗ ΜΕΓΕΘΟΣ XRD (nm) GS9 24 Διφαινυλαιθέρας - Cu/Cu 2 O 54/31 GS10 24 Διφαινυλαιθέρας Υδραζίνη Cu 2 O 33 GS23 24 H 2 O Υδραζίνη Cu 2 O 32 97

98 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 10 ΠΑΡΑΣΚΕΥΗ ΚΑΙ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΜΟΣ ΔΕΙΓΜΑΤΩΝ ΜΕ ΕΠΙΦΑΝΕΙΟΔΡΑΣΤΙΚΟ ΤHN ΠΟΛΥΑΙΘΥΛΕΝΟ ΓΛΥΚΟΛΗ BIS ΚΑΡΒΟΞΥΜΕΘΥΛΑΙΘΕΡΑ (COOH-PEG-COOH) 10.1 ΠΑΡΑΣΚΕΥΗ ΔΕΙΓΜΑΤΩΝ GS17, GS18, GS19, GS20, GS22 Η παρασκευή των παραπάνω δειγμάτων έγινε μεταβάλοντας το χρόνο και κρατώντας σταθερούς τους υπόλοιπους παράγοντες που επηρεάζουν τη σύνθεση των νανοσωματιδίων όπως ο διαλύτης, το αναγωγικό, η θερμοκρασία και η αναλογία πρόδρομης ένωσης με την οργανική ένωση/επιφανειοδραστικό. Για το δείγμα GS17 σε ποτήρι ζέσεως των 50ml τοποθετούνται 1gr Cu(NO 3 ) 2. 3H 2 O και 10ml Η 2 Ο, τα οποία αναμυγνύονται με 0,2gr N 2 H 4 και 2.1ml πολυαιθύλενο γλυκόλη bis καρβοξυμεθυλαιθέρα (COOH-PEG-COOH). Η ποσότητα του επιφανειοδραστικού που χρησιμοποιήθηκε υπολογίστηκε έτσι ώστε η αναλογία του με το χαλκό να είναι 1:1. Το διάλυμα, πράσινου χρώματος, αναδεύεται για 15min και μεταφέρεται στον υποδοχέα Teflon της βόμβας, που τοποθετείται στο φούρνο ο οποίος έχει ρυθμιστεί στη θερμοκρασία των C για 2h. Μετά το πέρας της αντίδρασης, το περιεχόμενο της βόμβας φυγοκεντρείται στις 5000 στροφές/λεπτό για 15min. Το υπερκείμενο υγρό αποχύνεται και η συγκεκριμένη διαδικασία επαναλαμβάνεται τουλάχιστον τρεις φορές μέχρι να πλυθεί ικανοποιητικά το δείγμα μας. Οι πλύσεις γίνονται με disolol. Ακολουθεί ξήρανση του προϊόντος σε περιστρεφόμενο συμπυκνωτή (rotary evaporator) και συλλογή των νανοσωματιδίων. Τελικά, παραλαμβάνονται 0,065g νανοσωματιδίων και η απόδοση της αντίδρασης είναι ίση με 7%.. 98

99 Η πειραματική διαδικάσία που ακολουθήθηκε για το GS18 ήταν η ίδια με του παραπάνω δείγματος με τη διαφορά ότι ο χρόνος αντίδρασης ήταν 4h. Ο όγκος γεμίσματος της βόμβας έφτανε και σε αυτή τη πειραματική διαδικασία τα 14ml και στο τελικό δείγμα έγιναν πέντε πλύσεις με disolol. Η ζύγιση του τελικού προϊόντος έδειξε πως η μάζα του ήταν 0,05g και η απόδοση της αντίδρασης βρέθηκε να είναι ίση με 5%.. Η μόνη διαφοροποίηση που έγινε στη σύνθεση του GS19 ως προς τα προηγούμενα αφορούσε το χρόνο αντίδρασης, όπου εδώ είχαμε χρόνο αντίδρασης 8h. Η μάζα των νανοσωματιδίων που παραλήφθηκαν ήταν πάρα πολύ μικρή, σχεδόν μηδαμινή. Ίδια πειραματική διαδικασία εφαρμόστηκε και για το GS22 με το χρόνο αντίδρασης εδώ να είναι στις 12h. Το τελικό προϊόν ζυγίστηκε και η μάζα του ήταν 0.065g και η απόδοση της αντίδρασης ισούται με 7%.. Τέλος παρόμοια πειραματική διαδικασία και ρύθμιση του χρόνου στις 14h χρησιμοποιήθηκε στο GS20 το οποίο ζυγίστηκε 0,07g με απόδοση αντίδρασης 7%. Πίνακας 10.1: Σύνθεση με οργανικό μέρος/επιφανειοδραστικό PEG bis(carboxylmethyl)ether, με βάση το χρόνο PEG bis(carboxylmethyl)ether/h 2 O/Hydrazine ΔΕΙΓΜΑ ΧΡΟΝΟΣ (h) GS17 2 GS18 4 GS19 8 GS22 12 GS

100 10.2 ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΜΟΣ ΔΕΙΓΜΑΤΩΝ GS17, GS18, GS20, GS22 Ο χαρακτηρισμός των δειγμάτων θα ξεκινήσει παραθέτοντας και αναλύοντας τα φάσματα περίθλασης ακτίνων Χ (XRD). Σχήμα 10.1: Φάσμα ακτίνων Χ του GS18 Στο παραπάνω φάσμα περίθλασης ακτίνων-χ προκύπτει ότι για το GS18 εμφανίζεται μία φάση στοιχειακού χαλκού, με χαρακτηριστικές ανακλάσεις τις (111), (200), (220), (311), (222) και (400) σύμφωνα με την κάρτα αναφοράς: pdf Το μέγεθος των νανοσωματιδίων υπολογίστηκε σύμφωνα με την εξίσωση Scherrer και βρέθηκε 46nm. 100

101 Σχήμα 10.2: Φάσμα ακτίνων Χ του GS20 Σύμφωνα με το φάσμα XRD προκύπτει ότι για το GS20 εμφανίζεται μία φάση οξαλικού χαλκού, με χαρακτηριστικές ανακλάσεις τις (110), (020), (120), (210), (011), (111), (220), (121), (130), (031), (301), (321), (002), και (420) σύμφωνα με την κάρτα αναφοράς: pdf: Το μέγεθος των νανοσωματιδίων υπολογίστηκε σύμφωνα με την εξίσωση Scherrer και βρέθηκε 58nm. 101

102 % (mass loss) % mass loss ΣΥΝΘΕΣΗ ΚΑΙ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΜΟΣ ΝΑΝΟΣΩΜΑΤΙΔΙΩΝ Cu ΚΑΙ ΟΞΕΙΔΙΩΝ ΤΟΥ: DTG GS17 TG o C Σχήμα 10.3: Διάγραμμα TG/ DTG του GS17 Στο δείγμα GS17 παρατηρείται η απομάκρυνση του επιφανειοδραστικού σε τρία στάδια από τους ο C. Τα δύο πρώτα συμβαίνουν στο θερμοκρασιακό εύρος ο C, ενώ το τρίτο και μεγαλύτερο στο εύρος ο C. Η συνολική απώλεια μάζας αγγίζει το 14% DTG -15 GS18 TG o C Σχήμα 10.4: Διάγραμμα TG/ DTG του GS18 102

103 % mass loss ΣΥΝΘΕΣΗ ΚΑΙ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΜΟΣ ΝΑΝΟΣΩΜΑΤΙΔΙΩΝ Cu ΚΑΙ ΟΞΕΙΔΙΩΝ ΤΟΥ: Στο δείγμα GS18 παρατηρείται αρχικά απομάκρυνση H 2 O κοντά σους 100 ο C. Η απομάκρυνση του επιφανειοδραστικού συντελείται σε τρία στάδια από τους ο C. Το πρώτο συμβαίνει στο θερμοκρασιακό εύρος ο C, ενώ το δεύτερο και το τρίτο στάδιο κυμαίνονται στην ίδια θερμοκρασιακή περιοχή με του προηγούμενου δείγματος (GS17), ο C και ο C αντίστοιχα. Η συνολική απώλεια μάζας είναι κοντά στο 18% DTG GS20 TG o C Σχήμα 10.5: Διάγραμμα TG/ DTG του GS20 Η απώλεια μάζας στο δείγμα GS20 φτάνει το 70% και παρατηρείται ένα στάδιο από τους ο C. 103

104 % mass loss ΣΥΝΘΕΣΗ ΚΑΙ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΜΟΣ ΝΑΝΟΣΩΜΑΤΙΔΙΩΝ Cu ΚΑΙ ΟΞΕΙΔΙΩΝ ΤΟΥ: 10 0 DTG GS22 TG o C Σχήμα 10.6: Διάγραμμα TG /DTG του GS22 Παρόμοια εικόνα με το προηγούμενο δείγμα έχουμε και στο δείγμα GS22. Η απώλεια μάζας φτάνει το 60% και συντελείται σε ένα στάδιο από τους ο C. 104

105 % transm. % transm. % transm. % transm. ΣΥΝΘΕΣΗ ΚΑΙ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΜΟΣ ΝΑΝΟΣΩΜΑΤΙΔΙΩΝ Cu ΚΑΙ ΟΞΕΙΔΙΩΝ ΤΟΥ: GS17 GS cm cm GS22 60 GS cm cm -1 Σχήμα 10.7: Φάσματα IR των δειγμάτων GS17, GS18, GS22, GS20 Από τα φάσματα υπερύθρου IR φαίνεται η παρουσία του επιφανειοδραστικού πολυαιθύλενο γλυκόλη bis καρβοξυμεθυλαιθέρας (COOH-PEG-COOH). Για λόγους σύγκρισης στα παραπάνω φάσματα υπερύθρου παρακάτω δίνεται και το φάσμα της πολυαιθύλενο γλυκόλης bis καρβοξυμεθυλαιθέρα (COOH-PEG-COOH) από την παρασκευάστρια εταιρία (Σχήμα 10.8). Σε όλα τα δείγματα εμφανίζονται οι δονήσεις που αποδίδονται στις ασύμμετρες (v as ) και συμμετρικές (v s ) δονήσεις των μεθυλενικών ομάδων (-CH 2 ) και ταυτοποιούνται στα 2920 και 2850 cm -1. Στα δείγματα GS17 και GS18 παρατηρούνται στα 1630 και 1465 cm -1 οι δονήσεις που αποδίδονται στην καρβοξυλομάδα των δεσμών CΟ - 2 και στα 1740 cm -1 η δόνηση που αποδίδεται στη ύπαρξη του όξινου πρωτονίου. Η διαφορά της ασύμμετρης και συμμετρικής - δόνησης των δεσμών CO 2 υπολογίστηκε 165cm -1 (Δ= =165), που δείχνει ότι η καρβοξυλομάδα ενώνεται διδοτικά. Επίσης στα 1110cm -1 εμφανίζεται η δόνηση που αποδίδεται 105

106 στο δεσμό C-O των αιθέρων. Στα δείγματα GS20 και GS22 παρατηρείται η εξασθενημένη δόνηση του καρβοξυλικού δεσμού C-O των οξέων στα 1610 cm -1 και μια οξεία δόνηση κοντά στα 500 cm -1 που αποδίδεται στο δεσμό Cu-OCCO [94]. Επίσης παρατηρούνται οι δονήσεις συνδυασμού που αποδίδονται στους δεσμούς ν s(c-o) + δ (O-C=O) στα 1317,1361 cm -1 και τους δεσμούς (O-C=C)+ν (Μ-Ο) στα 820 cm -1. Σχήμα 10.8: Φάσμα IR του HOOC-PEG-COOH Συνεχίζοντας το χαρακτηρισμό των δειγμάτων που παρασκευάστηκαν παρουσιάζονται οι εικόνες ΤΕΜ. Σχήμα 10.9: Εικόνα ΤΕΜ για το GS18 106

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΦΥΣΙΚΗΣ ΧΗΜΕΙΑΣ ΤΜΗΜΑΤΟΣ ΦΑΡΜΑΚΕΥΤΙΚΗΣ

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΦΥΣΙΚΗΣ ΧΗΜΕΙΑΣ ΤΜΗΜΑΤΟΣ ΦΑΡΜΑΚΕΥΤΙΚΗΣ ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΣΧΟΛΗ ΘΕΤΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ ΤΜΗΜΑ ΧΗΜΕΙΑΣ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΦΥΣΙΚΟΧΗΜΕΙΑΣ Γραφείο 211 Επίκουρος Καθηγητής: Δ. Τσιπλακίδης Τηλ.: 2310 997766 e mail: dtsiplak@chem.auth.gr url:

Διαβάστε περισσότερα

ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΙΣ ΦΑΣΜΑΤΟΜΕΤΡΙΚΕΣ ΤΕΧΝΙΚΕΣ (SPECTROMETRIC TECHNIQUES)

ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΙΣ ΦΑΣΜΑΤΟΜΕΤΡΙΚΕΣ ΤΕΧΝΙΚΕΣ (SPECTROMETRIC TECHNIQUES) ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΙΣ ΦΑΣΜΑΤΟΜΕΤΡΙΚΕΣ ΤΕΧΝΙΚΕΣ (SPECTROMETRIC TECHNIQUES) ΑΘΗΝΑ, ΟΚΤΩΒΡΙΟΣ 2014 ΦΑΣΜΑΤΟΜΕΤΡΙΚΕΣ ΤΕΧΝΙΚΕΣ Στηρίζονται στις αλληλεπιδράσεις της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας με την ύλη. Φασματομετρία=

Διαβάστε περισσότερα

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΟΡΓΑΝΙΚΗΣ ΧΗΜΕΙΑΣ. Άσκηση 2 η : Φασματοφωτομετρία. ΓΕΩΠΟΝΙΚΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΑΘΗΝΩΝ Γενικό Τμήμα Εργαστήριο Χημείας

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΟΡΓΑΝΙΚΗΣ ΧΗΜΕΙΑΣ. Άσκηση 2 η : Φασματοφωτομετρία. ΓΕΩΠΟΝΙΚΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΑΘΗΝΩΝ Γενικό Τμήμα Εργαστήριο Χημείας Άσκηση 2 η : ΑΣΚΗΣΕΙΣ 1. Εκχύλιση - Διήθηση Διαχωρισμός-Απομόνωση 2. Ποσοτικός Προσδιορισμός 3. Ποτενσιομετρία 4. Χρωματογραφία Ηλεκτροχημεία Διαχωρισμός-Απομόνωση 5. Ταυτοποίηση Σακχάρων Χαρακτηριστικές

Διαβάστε περισσότερα

Νέα Οπτικά Μικροσκόπια

Νέα Οπτικά Μικροσκόπια Νέα Οπτικά Μικροσκόπια Αντίθεση εικόνας (contrast) Αντίθεση πλάτους Αντίθεση φάσης Αντίθεση εικόνας =100 x (Ι υποβ -Ι δειγμα )/ Ι υποβ Μικροσκοπία φθορισμού (Χρησιμοποιεί φθορίζουσες χρωστικές για το

Διαβάστε περισσότερα

ΤΟ ΦΩΤΟΜΕΤΡΟ. Διάφοροι τύποι σύγχρονων φωτόμετρων. Βασική αρχή λειτουργίας

ΤΟ ΦΩΤΟΜΕΤΡΟ. Διάφοροι τύποι σύγχρονων φωτόμετρων. Βασική αρχή λειτουργίας ΤΟ ΦΩΤΟΜΕΤΡΟ Το φασματοφωτόμετρο αποτελεί το πιο διαδεδομένο όργανο των βιοχημικών εργαστηρίων. Χρησιμοποιείται για την μέτρηση της συγκέντρωσης ουσιών μέσα σε ένα υγρό διάλυμα π.χ. για την μέτρηση του

Διαβάστε περισσότερα

ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ. Επιµέλεια: Οµάδα Φυσικών της Ώθησης

ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ. Επιµέλεια: Οµάδα Φυσικών της Ώθησης ΕΘΝΙΚΕΣ ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ 0 ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ Επιµέλεια: Οµάδα Φυσικών της Ώθησης ΘΕΜΑ A ΕΘΝΙΚΕΣ ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ 0 Παρασκευή, 0 Μαΐου 0 Γ ΛΥΚΕΙΟΥ ΓΕΝΙΚΗΣ ΠΑΙ ΕΙΑΣ ΦΥΣΙΚΗ Στις ερωτήσεις Α -Α να γράψετε στο τετράδιό σας τον

Διαβάστε περισσότερα

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ 2 ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΗ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑ

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ 2 ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΗ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ 2 ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΗ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑ 1. Εισαγωγή. Η ενέργεια, όπως είναι γνωστό από τη φυσική, διαδίδεται με τρεις τρόπους: Α) δι' αγωγής Β) δια μεταφοράς Γ) δι'ακτινοβολίας Ο τελευταίος τρόπος διάδοσης

Διαβάστε περισσότερα

Οργανική Χημεία. Κεφάλαια 12 &13: Φασματοσκοπία μαζών και υπερύθρου

Οργανική Χημεία. Κεφάλαια 12 &13: Φασματοσκοπία μαζών και υπερύθρου Οργανική Χημεία Κεφάλαια 12 &13: Φασματοσκοπία μαζών και υπερύθρου 1. Γενικά Δυνατότητα προσδιορισμού δομών με σαφήνεια χρησιμοποιώντας τεχνικές φασματοσκοπίας Φασματοσκοπία μαζών Μέγεθος, μοριακός τύπος

Διαβάστε περισσότερα

ΟΡΓΑΝΟΛΟΓΙΑ ΦΑΣΜΑΤΟΜΕΤΡΙΚΩΝ ΟΡΓΑΝΩΝ ΜΕΤΡΗΣΗΣ: ΑΠΟΡΡΟΦΗΣΗΣ ΦΘΟΡΙΣΜΟΥ, ΦΩΣΦΩΡΙΣΜΟΥ, ΣΚΕΔΑΣΗΣ ΕΚΠΟΜΠΗΣ, ΧΗΜΕΙΟΦΩΤΑΥΓΕΙΑΣ

ΟΡΓΑΝΟΛΟΓΙΑ ΦΑΣΜΑΤΟΜΕΤΡΙΚΩΝ ΟΡΓΑΝΩΝ ΜΕΤΡΗΣΗΣ: ΑΠΟΡΡΟΦΗΣΗΣ ΦΘΟΡΙΣΜΟΥ, ΦΩΣΦΩΡΙΣΜΟΥ, ΣΚΕΔΑΣΗΣ ΕΚΠΟΜΠΗΣ, ΧΗΜΕΙΟΦΩΤΑΥΓΕΙΑΣ ΟΡΓΑΝΟΛΟΓΙΑ ΦΑΣΜΑΤΟΜΕΤΡΙΚΩΝ ΟΡΓΑΝΩΝ ΜΕΤΡΗΣΗΣ: ΑΠΟΡΡΟΦΗΣΗΣ ΦΘΟΡΙΣΜΟΥ, ΦΩΣΦΩΡΙΣΜΟΥ, ΣΚΕΔΑΣΗΣ ΕΚΠΟΜΠΗΣ, ΧΗΜΕΙΟΦΩΤΑΥΓΕΙΑΣ ΠΗΓΕΣ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑΣ ΣΥΝΕΧΕΙΣ ΠΗΓΕΣ ΠΗΓΕΣ ΓΡΑΜΜΩΝ ΚΟΙΛΗΣ ΚΑΘΟΔΟΥ & ΛΥΧΝΙΕΣ ΕΚΚΕΝΩΣΕΩΝ

Διαβάστε περισσότερα

Το φως διαδίδεται σε όλα τα οπτικά υλικά μέσα με ταχύτητα περίπου 3x10 8 m/s.

Το φως διαδίδεται σε όλα τα οπτικά υλικά μέσα με ταχύτητα περίπου 3x10 8 m/s. Κεφάλαιο 1 Το Φως Το φως διαδίδεται σε όλα τα οπτικά υλικά μέσα με ταχύτητα περίπου 3x10 8 m/s. Το φως διαδίδεται στο κενό με ταχύτητα περίπου 3x10 8 m/s. 3 Η ταχύτητα του φωτός μικραίνει, όταν το φως

Διαβάστε περισσότερα

ΦΥΣΙΚΗ ΓΕΝΙΚΗΣ ΠΑΙΔΕΙΑΣ

ΦΥΣΙΚΗ ΓΕΝΙΚΗΣ ΠΑΙΔΕΙΑΣ 5 ΧΡΟΝΙΑ ΕΜΠΕΙΡΙΑ ΣΤΗΝ ΕΚΠΑΙΔΕΥΣΗ ΦΥΣΙΚΗ ΓΕΝΙΚΗΣ ΠΑΙΔΕΙΑΣ ΘΕΜΑΤΑ ΘΕΜΑ Α Στις ερωτήσεις Α-Α να γράψετε στο τετράδιό σας τον αριθμό της ερώτησης και δίπλα το γράμμα που αντιστοιχεί στη σωστή φράση, η οποία

Διαβάστε περισσότερα

ΜΑΘΗΜΑ: Τεχνολογία Μετρήσεων ΙΙ

ΜΑΘΗΜΑ: Τεχνολογία Μετρήσεων ΙΙ ΜΑΘΗΜΑ: Τεχνολογία Μετρήσεων ΙΙ ΔΙΔΑΣΚΩΝ: Αν. Καθ. Δρ Μαρία Α. Γούλα ΤΜΗΜΑ: Μηχανικών Περιβάλλοντος & Μηχανικών Αντιρρύπανσης 1 Άδειες Χρήσης Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό υπόκειται σε άδειες χρήσης Creative

Διαβάστε περισσότερα

Ύλη ένατου µαθήµατος. Οπτικό µικροσκόπιο, Ηλεκτρονική µικροσκοπία σάρωσης, Ηλεκτρονική µικροσκοπία διέλευσης.

Ύλη ένατου µαθήµατος. Οπτικό µικροσκόπιο, Ηλεκτρονική µικροσκοπία σάρωσης, Ηλεκτρονική µικροσκοπία διέλευσης. ιάλεξη 9 η Ύλη ένατου µαθήµατος Οπτικό µικροσκόπιο, Ηλεκτρονική µικροσκοπία σάρωσης, Ηλεκτρονική µικροσκοπία διέλευσης. Μέθοδοι µικροσκοπικής ανάλυσης των υλικών Οπτική µικροσκοπία (Optical microscopy)

Διαβάστε περισσότερα

ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΑ ΣΤΗ ΦΥΣΙΚΗ ΓΕΝ. ΠΑΙΔΕΙΑΣ Γ' ΛΥΚΕΙΟΥ

ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΑ ΣΤΗ ΦΥΣΙΚΗ ΓΕΝ. ΠΑΙΔΕΙΑΣ Γ' ΛΥΚΕΙΟΥ 05 2 0 ΘΕΡΙΝΑ ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΑ ΣΤΗ ΦΥΣΙΚΗ ΓΕΝ. ΠΑΙΔΕΙΑΣ Γ' ΛΥΚΕΙΟΥ ΘΕΜΑ ο Οδηγία: Να γράψετε στο τετράδιό σας τον αριθμό καθεμιάς από τις παρακάτω ερωτήσεις -4 και δίπλα το γράμμα που αντιστοιχεί στη σωστή απάντηση..

Διαβάστε περισσότερα

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ 8 (ΦΡΟΝΤΙΣΤΗΡΙΟ) ΦΑΣΜΑΤΟΦΩΤΟΜΕΤΡΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ 8 (ΦΡΟΝΤΙΣΤΗΡΙΟ) ΦΑΣΜΑΤΟΦΩΤΟΜΕΤΡΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ 8 (ΦΡΟΝΤΙΣΤΗΡΙΟ) ΦΑΣΜΑΤΟΦΩΤΟΜΕΤΡΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ Με τον όρο αυτό ονοµάζουµε την τεχνική ποιοτικής και ποσοτικής ανάλυσης ουσιών µε βάση το µήκος κύµατος και το ποσοστό απορρόφησης της ακτινοβολίας

Διαβάστε περισσότερα

ΕΝΩΣΗ ΚΥΠΡΙΩΝ ΦΥΣΙΚΩΝ

ΕΝΩΣΗ ΚΥΠΡΙΩΝ ΦΥΣΙΚΩΝ ΕΝΩΣΗ ΚΥΠΡΙΩΝ ΦΥΣΙΚΩΝ 28 Η ΠΑΓΚΥΠΡΙΑ ΟΛΥΜΠΙΑΔΑ ΦΥΣΙΚΗΣ Γ ΛΥΚΕΙΟΥ (Δεύτερη Φάση) Κυριακή, 13 Απριλίου 2014 Ώρα: 10:00-13:00 Οδηγίες: Το δοκίμιο αποτελείται από έξι (6) σελίδες και έξι (6) θέματα. Να απαντήσετε

Διαβάστε περισσότερα

ΟΜΟΣΠΟΝ ΙΑ ΕΚΠΑΙ ΕΥΤΙΚΩΝ ΦΡΟΝΤΙΣΤΩΝ ΕΛΛΑ ΟΣ (Ο.Ε.Φ.Ε.) ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΑ ΘΕΜΑΤΑ ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΑ ΘΕΜΑΤΑ 2014

ΟΜΟΣΠΟΝ ΙΑ ΕΚΠΑΙ ΕΥΤΙΚΩΝ ΦΡΟΝΤΙΣΤΩΝ ΕΛΛΑ ΟΣ (Ο.Ε.Φ.Ε.) ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΑ ΘΕΜΑΤΑ ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΑ ΘΕΜΑΤΑ 2014 ΤΑΞΗ: ΜΑΘΗΜΑ: Γ ΓΕΝΙΚΟΥ ΛΥΚΕΙΟΥ ΦΥΣΙΚΗ / ΓΕΝΙΚΗΣ ΠΑΙ ΕΙΑΣ ΘΕΜΑ Α Ηµεροµηνία: Κυριακή 13 Απριλίου 2014 ιάρκεια Εξέτασης: 3 ώρες ΕΚΦΩΝΗΣΕΙΣ 1. ύο µονοχρωµατικές ακτινοβολίες Α και Β µε µήκη κύµατος στο κενό

Διαβάστε περισσότερα

Εξετάσεις Φυσικής για τα τμήματα Βιοτεχνολ. / Ε.Τ.Δ.Α Ιούνιος 2014 (α) Ονοματεπώνυμο...Τμήμα...Α.Μ...

Εξετάσεις Φυσικής για τα τμήματα Βιοτεχνολ. / Ε.Τ.Δ.Α Ιούνιος 2014 (α) Ονοματεπώνυμο...Τμήμα...Α.Μ... Εξετάσεις Φυσικής για τα τμήματα Βιοτεχνολ. / Ε.Τ.Δ.Α Ιούνιος 2014 (α) Ονοματεπώνυμο...Τμήμα...Α.Μ... Σημείωση: Διάφοροι τύποι και φυσικές σταθερές βρίσκονται στην τελευταία σελίδα. Θέμα 1ο (20 μονάδες)

Διαβάστε περισσότερα

ΑΡΧΗ 1ΗΣ ΣΕΛΙΔΑΣ ΤΕΛΟΣ 1ΗΣ ΣΕΛΙΔΑΣ

ΑΡΧΗ 1ΗΣ ΣΕΛΙΔΑΣ ΤΕΛΟΣ 1ΗΣ ΣΕΛΙΔΑΣ ΑΡΧΗ 1ΗΣ ΣΕΛΙΔΑΣ ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΑ ΕΝΔΟΦΡΟΝΤΙΣΤΗΡΙΑΚΗΣ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗΣ Γ ΤΑΞΗΣ ΗΜΕΡΗΣΙΟΥ ΓΕΝΙΚΟΥ ΛΥΚΕΙΟΥ ΣΑΒΒΑΤΟ 3 ΙΑΝΟΥΑΡΙΟΥ 2009 ΕΞΕΤΑΖΟΜΕΝΟ ΜΑΘΗΜΑ: ΦΥΣΙΚΗ ΓΕΝΙΚΗΣ ΠΑΙΔΕΙΑΣ ΣΥΝΟΛΟ ΣΕΛΙΔΩΝ: ΕΞΙ (6) ΘΕΜΑ 1ο Α. Στις

Διαβάστε περισσότερα

ΑΡΧΗ 1ΗΣ ΣΕΛΙ ΑΣ Γ ΗΜΕΡΗΣΙΩΝ ΕΣΠΕΡΙΝΩΝ

ΑΡΧΗ 1ΗΣ ΣΕΛΙ ΑΣ Γ ΗΜΕΡΗΣΙΩΝ ΕΣΠΕΡΙΝΩΝ ΑΡΧΗ ΗΣ ΣΕΛΙ ΑΣ Γ ΗΜΕΡΗΣΙΩΝ ΕΣΠΕΡΙΝΩΝ ΠΑΝΕΛΛΑΔΙΚΕΣ ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ Γ ΤΑΞΗΣ ΗΜΕΡΗΣΙΟΥ ΚΑΙ Δ ΤΑΞΗΣ ΕΣΠΕΡΙΝΟΥ ΓΕΝΙΚΟΥ ΛΥΚΕΙΟΥ ΠΑΡΑΣΚΕΥΗ 0 ΜΑΪΟΥ 204 - ΕΞΕΤΑΖΟΜΕΝΟ ΜΑΘΗΜΑ: ΦΥΣΙΚΗ ΓΕΝΙΚΗΣ ΠΑΙΔΕΙΑΣ ΣΥΝΟΛΟ ΣΕΛΙΔΩΝ:

Διαβάστε περισσότερα

Ακτίνες επιτρεπόμενων τροχιών (2.6)

Ακτίνες επιτρεπόμενων τροχιών (2.6) Αντικαθιστώντας το r με r n, έχουμε: Ακτίνες επιτρεπόμενων τροχιών (2.6) Αντικαθιστώντας n=1, βρίσκουμε την τροχιά με τη μικρότερη ακτίνα n: Αντικαθιστώντας την τελευταία εξίσωση στη 2.6, παίρνουμε: Αν

Διαβάστε περισσότερα

ΦΑΣΜΑΤΟΣΚΟΠΙΑ ΟΡΓΑΝΙΚΩΝ ΕΝΩΣΕΩΝ

ΦΑΣΜΑΤΟΣΚΟΠΙΑ ΟΡΓΑΝΙΚΩΝ ΕΝΩΣΕΩΝ ΑΘ.Π.ΒΑΛΑΒΑΝΙΔΗΣ ΦΑΣΜΑΤΟΣΚΟΠΙΑ ΟΡΓΑΝΙΚΩΝ ΕΝΩΣΕΩΝ ΦΑΣΜΑΤΟΣΚΟΠΙΑ ΥΠΕΡΥΘΡΟΥ ΠΥΡΗΝΙΚΟΥ ΜΑΓΝΗΤΙΚΟΥ ΣΥΝΤΟΝΙΣΜΟΥ ΦΑΣΜΑΤΟΜΕΤΡΙΑ ΜΑΖΩΝ ΥΠΕΡΙΩΔΟΥΣ-ΟΡΑΤΟΥ, RΑΜΑΝ, ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΟΥ ΠΑΡΑΜΑΓΝΗΤΙΚΟΥ ΣΥΝΤΟΝΙΣΜΟΥ Τμήμα Χημείας

Διαβάστε περισσότερα

ΣΥΝΘΕΣΗ ΝΑΝΟΣΩΛΗΝΩΝ ΑΝΘΡΑΚΑ ΜΕΣΩ ΘΕΡΜΟΛΥΣΗΣ ΟΡΓΑΜΟΜΕΤΑΛΛΙΚΗΣ ΕΝΩΣΗΣ ΣΕ ΣΤΕΡΕΑ ΚΑΤΑΣΤΑΣΗ

ΣΥΝΘΕΣΗ ΝΑΝΟΣΩΛΗΝΩΝ ΑΝΘΡΑΚΑ ΜΕΣΩ ΘΕΡΜΟΛΥΣΗΣ ΟΡΓΑΜΟΜΕΤΑΛΛΙΚΗΣ ΕΝΩΣΗΣ ΣΕ ΣΤΕΡΕΑ ΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΣΥΝΘΕΣΗ ΝΑΝΟΣΩΛΗΝΩΝ ΑΝΘΡΑΚΑ ΜΕΣΩ ΘΕΡΜΟΛΥΣΗΣ ΟΡΓΑΜΟΜΕΤΑΛΛΙΚΗΣ ΕΝΩΣΗΣ ΣΕ ΣΤΕΡΕΑ ΚΑΤΑΣΤΑΣΗ Α.Μ. Νέτσου 1, Ε. Χουντουλέση 1, Μ.Περράκη 2, Α.Ντζιούνη 1, Κ. Κορδάτος 1 1 Σχολή Χημικών Μηχανικών, ΕΜΠ 2 Σχολή

Διαβάστε περισσότερα

Α1. Πράσινο και κίτρινο φως προσπίπτουν ταυτόχρονα και µε την ίδια γωνία πρόσπτωσης σε γυάλινο πρίσµα. Ποιά από τις ακόλουθες προτάσεις είναι σωστή:

Α1. Πράσινο και κίτρινο φως προσπίπτουν ταυτόχρονα και µε την ίδια γωνία πρόσπτωσης σε γυάλινο πρίσµα. Ποιά από τις ακόλουθες προτάσεις είναι σωστή: 54 Χρόνια ΦΡΟΝΤΙΣΤΗΡΙΑ ΜΕΣΗΣ ΕΚΠΑΙΔΕΥΣΗΣ ΣΑΒΒΑΪΔΗ-ΜΑΝΩΛΑΡΑΚΗ ΠΑΓΚΡΑΤΙ : Φιλολάου & Εκφαντίδου 26 : Τηλ.: 2107601470 ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΑ : ΦΥΣΙΚΗ ΓΕΝΙΚΗΣ ΠΑΙΔΕΙΑΣ Γ ΛΥΚΕΙΟΥ 2014 ΘΕΜΑ Α Α1. Πράσινο και κίτρινο φως

Διαβάστε περισσότερα

ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗ ΜΙΚΡΟΣΚΟΠΙΑ

ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗ ΜΙΚΡΟΣΚΟΠΙΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗ ΜΙΚΡΟΣΚΟΠΙΑ ΔΡ. ΒΑΣΙΛΕΙΟΣ ΜΠΙΝΑΣ Post Doc Researcher, Chemist Τμήμα Φυσικής, Πανεπιστήμιο Κρήτης Email: binasbill@iesl.forth.gr Thl. 1269 Crete Center for Quantum Complexity and Nanotechnology

Διαβάστε περισσότερα

Νανο-τεχνολογία. Νανο-Επιστήμη. Προσέγγιση από κάτω προς τα πάνω

Νανο-τεχνολογία. Νανο-Επιστήμη. Προσέγγιση από κάτω προς τα πάνω Νανο-τεχνολογία Ο σχεδιασμός, ο χαρακτηρισμός, η παραγωγή και η εφαρμογή των δομών, συσκευών και συστημάτων, ελέγχοντας τη μορφή και το μέγεθος σε κλίμακα νανόμετρου Νανο-Επιστήμη Η μελέτη των φαινομένων

Διαβάστε περισσότερα

6. Ατομικά γραμμικά φάσματα

6. Ατομικά γραμμικά φάσματα 6. Ατομικά γραμμικά φάσματα Σκοπός Κάθε στοιχείο έχει στην πραγματικότητα ένα χαρακτηριστικό γραμμικό φάσμα, οφειλόμενο στην εκπομπή φωτός από πυρωμένα άτομα του στοιχείου. Τα φάσματα αυτά μπορούν να χρησιμοποιηθούν

Διαβάστε περισσότερα

Ερωτησεις στη Βιοφυσική & Νανοτεχνολογία. Χειμερινό Εξάμηνο 2012

Ερωτησεις στη Βιοφυσική & Νανοτεχνολογία. Χειμερινό Εξάμηνο 2012 Ερωτησεις στη Βιοφυσική & Νανοτεχνολογία. Χειμερινό Εξάμηνο 2012 1) Ποιο φυσικό φαινόμενο βοηθάει στην αυτοσυναρμολόγηση μοριακών συστημάτων? α) Η τοποθέτηση μοριων με χρήση μικροσκοπίου σάρωσης δείγματος

Διαβάστε περισσότερα

Οι ακτίνες Χ είναι ηλεκτροµαγνητική ακτινοβολία µε λ [10-9 -10-12 m] (ή 0,01-10Å) και ενέργεια φωτονίων kev.

Οι ακτίνες Χ είναι ηλεκτροµαγνητική ακτινοβολία µε λ [10-9 -10-12 m] (ή 0,01-10Å) και ενέργεια φωτονίων kev. Οι ακτίνες Χ είναι ηλεκτροµαγνητική ακτινοβολία µε λ [10-9 -10-12 m] (ή 0,01-10Å) και ενέργεια φωτονίων kev. To ορατό καταλαµβάνει ένα πολύ µικρό µέρος του ηλεκτροµαγνητικού φάσµατος: 1,6-3,2eV. Page 1

Διαβάστε περισσότερα

ΟΞΕΙΔΟΑΝΑΓΩΓΙΚΕΣ ΑΝΤΙΔΡΑΣΕΙΣ

ΟΞΕΙΔΟΑΝΑΓΩΓΙΚΕΣ ΑΝΤΙΔΡΑΣΕΙΣ ΟΞΕΙΔΟΑΝΑΓΩΓΙΚΕΣ ΑΝΤΙΔΡΑΣΕΙΣ Σκοπός Εργαστηριακής Άσκησης Η παρατήρηση και η κατανόηση των μηχανισμών των οξειδοαναγωγικών δράσεων. Θεωρητικό Μέρος Οξείδωση ονομάζεται κάθε αντίδραση κατά την οποία συμβαίνει

Διαβάστε περισσότερα

ΠΟΥ ΔΙΑΔΙΔΕΤΑΙ ΤΟ ΦΩΣ

ΠΟΥ ΔΙΑΔΙΔΕΤΑΙ ΤΟ ΦΩΣ 1 ΦΩΣ Στο μικρόκοσμο θεωρούμε ότι το φως έχει δυο μορφές. Άλλοτε το αντιμετωπίζουμε με τη μορφή σωματιδίων που ονομάζουμε φωτόνια. Τα φωτόνια δεν έχουν μάζα αλλά μόνον ενέργεια. Άλλοτε πάλι αντιμετωπίζουμε

Διαβάστε περισσότερα

ΟΙ ΕΠΙΠΤΩΣΕΙΣ ΤΗΣ ΟΞΙΝΗΣ ΒΡΟΧΗΣ ΣΤΟ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ

ΟΙ ΕΠΙΠΤΩΣΕΙΣ ΤΗΣ ΟΞΙΝΗΣ ΒΡΟΧΗΣ ΣΤΟ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ !Unexpected End of Formula l ΟΙ ΕΠΙΠΤΩΣΕΙΣ ΤΗΣ ΟΞΙΝΗΣ ΒΡΟΧΗΣ ΣΤΟ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ ΘΕΩΡΗΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ Παραδεισανός Αδάμ ΠΡΟΛΟΓΟΣ Η εργασία αυτή εκπονήθηκε το ακαδημαϊκό έτος 2003 2004 στο μάθημα «Το πείραμα στη

Διαβάστε περισσότερα

ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΚΥΠΡΟΥ ΣΧΟΛΗ ΓΕΩΤΕΧΝΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ ΚΑΙ ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΗΣ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ. Πτυχιακή διατριβή

ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΚΥΠΡΟΥ ΣΧΟΛΗ ΓΕΩΤΕΧΝΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ ΚΑΙ ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΗΣ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ. Πτυχιακή διατριβή ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΚΥΠΡΟΥ ΣΧΟΛΗ ΓΕΩΤΕΧΝΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ ΚΑΙ ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΗΣ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ Πτυχιακή διατριβή ΜΕΛΕΤΗ ΤΗΣ ΑΝΤΙΔΡΑΣΗΣ ΚΑΤΑΛΥΤΙΚΗΣ ΑΝΑΓΩΓΗΣ ΝΙΤΡΙΚΩΝ ΚΑΙ ΝΙΤΡΩΔΩΝ ΙΟΝΤΩΝ ΣΕ ΝΕΡΟ ΜΕ ΧΡΗΣΗ ΥΔΡΟΓΟΝΟΥ

Διαβάστε περισσότερα

ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΙΣ ΦΑΣΜΑΤΟΜΕΤΡΙΚΕΣ ΤΕΧΝΙΚΕΣ ΚΥΜΑΤΙΚΕΣ ΠΑΡΑΜΕΤΡΟΙ

ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΙΣ ΦΑΣΜΑΤΟΜΕΤΡΙΚΕΣ ΤΕΧΝΙΚΕΣ ΚΥΜΑΤΙΚΕΣ ΠΑΡΑΜΕΤΡΟΙ ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΙΣ ΦΑΣΜΑΤΟΜΕΤΡΙΚΕΣ ΤΕΧΝΙΚΕΣ ΦΑΣΜΑΤΟΜΕΤΡΙΑ: Μέτρηση της έντασης της (συνήθως) ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας με (φωτοηλεκτρικούς ήάλλους κατάλληλους) μεταλλάκτες, μετάτην αλληλεπίδραση της με

Διαβάστε περισσότερα

Πείραμα 2 Αν αντίθετα, στο δοχείο εισαχθούν 20 mol ΗΙ στους 440 ºC, τότε το ΗΙ διασπάται σύμφωνα με τη χημική εξίσωση: 2ΗΙ(g) H 2 (g) + I 2 (g)

Πείραμα 2 Αν αντίθετα, στο δοχείο εισαχθούν 20 mol ΗΙ στους 440 ºC, τότε το ΗΙ διασπάται σύμφωνα με τη χημική εξίσωση: 2ΗΙ(g) H 2 (g) + I 2 (g) Α. Θεωρητικό μέρος Άσκηση 5 η Μελέτη Χημικής Ισορροπίας Αρχή Le Chatelier Μονόδρομες αμφίδρομες αντιδράσεις Πολλές χημικές αντιδράσεις οδηγούνται, κάτω από κατάλληλες συνθήκες, σε κατάσταση ισορροπίας

Διαβάστε περισσότερα

Φύση του φωτός. Θεωρούμε ότι το φως έχει διττή φύση: διαταραχή που διαδίδεται στο χώρο. μήκος κύματος φωτός. συχνότητα φωτός

Φύση του φωτός. Θεωρούμε ότι το φως έχει διττή φύση: διαταραχή που διαδίδεται στο χώρο. μήκος κύματος φωτός. συχνότητα φωτός Γεωμετρική Οπτική Φύση του φωτός Θεωρούμε ότι το φως έχει διττή φύση: ΚΥΜΑΤΙΚΗ Βασική ιδέα Το φως είναι μια Η/Μ διαταραχή που διαδίδεται στο χώρο Βασική Εξίσωση Φαινόμενα που εξηγεί καλύτερα (κύμα) μήκος

Διαβάστε περισσότερα

ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΑ ΚΥΜΑΤΑ

ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΑ ΚΥΜΑΤΑ ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΑ ΚΥΜΑΤΑ Συζευγμένα ηλεκτρικά και μαγνητικά πεδία τα οποία κινούνται με την ταχύτητα του φωτός και παρουσιάζουν τυπική κυματική συμπεριφορά Αν τα φορτία ταλαντώνονται περιοδικά οι διαταραχές

Διαβάστε περισσότερα

ΕΡΓΑΣΙΑ ΒΙΟΛΟΓΙΑΣ 3.1 ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΚΑΙ ΟΡΓΑΝΙΣΜΟΙ

ΕΡΓΑΣΙΑ ΒΙΟΛΟΓΙΑΣ 3.1 ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΚΑΙ ΟΡΓΑΝΙΣΜΟΙ ΕΡΓΑΣΙΑ ΒΙΟΛΟΓΙΑΣ 3.1 ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΚΑΙ ΟΡΓΑΝΙΣΜΟΙ Οι οργανισμοί εξασφαλίζουν ενέργεια, για τις διάφορες λειτουργίες τους, διασπώντας θρεπτικές ουσίες που περιέχονται στην τροφή τους. Όμως οι φωτοσυνθετικοί

Διαβάστε περισσότερα

Ατομικές θεωρίες (πρότυπα)

Ατομικές θεωρίες (πρότυπα) Ατομικές θεωρίες (πρότυπα) 1. Αρχαίοι Έλληνες ατομικοί : η πρώτη θεωρία που διατυπώθηκε παγκοσμίως (καθαρά φιλοσοφική, αφού δεν στηριζόταν σε καμιά πειραματική παρατήρηση). Δημόκριτος (Λεύκιπος, Επίκουρος)

Διαβάστε περισσότερα

Μοριακή Φασματοσκοπία I. Παραδόσεις μαθήματος Θ. Λαζαρίδης

Μοριακή Φασματοσκοπία I. Παραδόσεις μαθήματος Θ. Λαζαρίδης Μοριακή Φασματοσκοπία I Παραδόσεις μαθήματος Θ. Λαζαρίδης 2 Τι μελετά η μοριακή φασματοσκοπία; Η μοριακή φασματοσκοπία μελετά την αλληλεπίδραση των μορίων με την ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία Από τη μελέτη

Διαβάστε περισσότερα

ΤΕΣΤ 30 ΕΡΩΤΗΣΕΩΝ ΓΝΩΣΤΙΚΟΥ ΧΗΜΕΙΑΣ

ΤΕΣΤ 30 ΕΡΩΤΗΣΕΩΝ ΓΝΩΣΤΙΚΟΥ ΧΗΜΕΙΑΣ ΤΕΣΤ 30 ΕΡΩΤΗΣΕΩΝ ΓΝΩΣΤΙΚΟΥ ΧΗΜΕΙΑΣ ο αριθμός Avogadro, N A, L = 6,022 10 23 mol -1 η σταθερά Faraday, F = 96 487 C mol -1 σταθερά αερίων R = 8,314 510 (70) J K -1 mol -1 = 0,082 L atm mol -1 K -1 μοριακός

Διαβάστε περισσότερα

Βρέντζου Τίνα Φυσικός Μεταπτυχιακός τίτλος: «Σπουδές στην εκπαίδευση» ΜEd Email : stvrentzou@gmail.com

Βρέντζου Τίνα Φυσικός Μεταπτυχιακός τίτλος: «Σπουδές στην εκπαίδευση» ΜEd Email : stvrentzou@gmail.com 1 2.4 Παράγοντες από τους οποίους εξαρτάται η αντίσταση ενός αγωγού Λέξεις κλειδιά: ειδική αντίσταση, μικροσκοπική ερμηνεία, μεταβλητός αντισ ροοστάτης, ποτενσιόμετρο 2.4 Παράγοντες που επηρεάζουν την

Διαβάστε περισσότερα

Φασματοσκοπία SIMS (secondary ion mass spectrometry) Φασματοσκοπία μάζης δευτερογενών ιόντων

Φασματοσκοπία SIMS (secondary ion mass spectrometry) Φασματοσκοπία μάζης δευτερογενών ιόντων Φασματοσκοπία SIMS (secondary ion mass spectrometry) Φασματοσκοπία μάζης δευτερογενών ιόντων Ιόντα με υψηλές ενέργειες (συνήθως Ar +, O ή Cs + ) βομβαρδίζουν την επιφάνεια του δείγματος sputtering ουδετέρων

Διαβάστε περισσότερα

ΔΙΔΑΚΤΕΑ ΥΛΗ ΣΤΟΧΟΙ ΔΡΑΣΤΗΡΙΟΤΗΤΕΣ

ΔΙΔΑΚΤΕΑ ΥΛΗ ΣΤΟΧΟΙ ΔΡΑΣΤΗΡΙΟΤΗΤΕΣ ΑΝΑΛΥΤΙΚΟ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΧΗΜΕΙΑΣ B ΤΑΞΗ ΛΥΚΕΙΟΥ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ ΥΠΟΥΡΓΕΙΟ ΠΑΙΔΕΙΑΣ ΚΑΙ ΠΟΛΙΤΙΣΜΟΥ ΓΡΑΦΕΙΑ ΕΠΙΘΕΩΡΗΤΩΝ ΜΕΣΗΣ ΕΚΠΑΙΔΕΥΣΗΣ ΛΕΥΚΩΣΙΑ ΣΧΟΛΙΚΗ ΧΡΟΝΙΑ 2007-2008 ΔΙΔΑΚΤΕΑ ΥΛΗ ΣΤΟΧΟΙ ΔΡΑΣΤΗΡΙΟΤΗΤΕΣ 1. Ταξινόμηση

Διαβάστε περισσότερα

ΦΥΣΙΚΗ ΓΕΝΙΚΗΣ ΠΑΙΔΕΙΑΣ Γ ΛΥΚΕΙΟΥ

ΦΥΣΙΚΗ ΓΕΝΙΚΗΣ ΠΑΙΔΕΙΑΣ Γ ΛΥΚΕΙΟΥ ΘΕΜΑ ο ΦΥΣΙΚΗ ΓΕΝΙΚΗΣ ΠΑΙΔΕΙΑΣ Γ ΛΥΚΕΙΟΥ Στις ερωτήσεις - να γράψετε στο τετράδιό σας τον αριθμό της ερώτησης και δίπλα το γράμμα, που αντιστοιχεί στη σωστή απάντηση.. Το έτος 2005 ορίστηκε ως έτος Φυσικής

Διαβάστε περισσότερα

Απώλειες των βιταμινών κατά την επεξεργασία των τροφίμων

Απώλειες των βιταμινών κατά την επεξεργασία των τροφίμων Απώλειες των βιταμινών κατά την επεξεργασία των τροφίμων Αποφλοίωση και καθαρισμός Πολλά φυτικά προϊόντα π.χ, μήλα, πατάτες χρειάζονται αποφλοίωση ή καθαρισμό μερικών τμημάτων τους πριν από την κατεργασία.

Διαβάστε περισσότερα

ΤΕΙ Καβάλας, Τμήμα Δασοπονίας και Διαχείρισης Φυσικού Περιβάλλοντος Μάθημα Μετεωρολογίας-Κλιματολογίας Υπεύθυνη : Δρ Μάρθα Λαζαρίδου Αθανασιάδου

ΤΕΙ Καβάλας, Τμήμα Δασοπονίας και Διαχείρισης Φυσικού Περιβάλλοντος Μάθημα Μετεωρολογίας-Κλιματολογίας Υπεύθυνη : Δρ Μάρθα Λαζαρίδου Αθανασιάδου 2. ΗΛΙΑΚΗ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑ ΤΕΙ Καβάλας, Τμήμα Δασοπονίας και Διαχείρισης Φυσικού Περιβάλλοντος Μάθημα Μετεωρολογίας-Κλιματολογίας Υπεύθυνη : Δρ Μάρθα Λαζαρίδου Αθανασιάδου ΗΛΙΑΚΗ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑ Με τον όρο ακτινοβολία

Διαβάστε περισσότερα

ΜΙΑ ΔΙΔΑΚΤΙΚΗ ΠΕΡΙΟΔΟΣ ΤΗ ΒΔΟΜΑΔΑ ΔΙΔΑΚΤΕΑ ΥΛΗ ΣΤΟΧΟΙ ΔΡΑΣΤΗΡΙΟΤΗΤΕΣ ΠΡΩΤΗ ΕΝΟΤΗΤΑ

ΜΙΑ ΔΙΔΑΚΤΙΚΗ ΠΕΡΙΟΔΟΣ ΤΗ ΒΔΟΜΑΔΑ ΔΙΔΑΚΤΕΑ ΥΛΗ ΣΤΟΧΟΙ ΔΡΑΣΤΗΡΙΟΤΗΤΕΣ ΠΡΩΤΗ ΕΝΟΤΗΤΑ ΑΝΑΛΥΤΙΚΟ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΧΗΜΕΙΑΣ Γ ΤΑΞΗ ΓΥΜΝΑΣΙΟΥ ΥΠΟΥΡΓΕΙΟ ΠΑΙΔΕΙΑΣ ΚΑΙ ΠΟΛΙΤΙΣΜΟΥ ΓΡΑΦΕΙΑ ΕΠΙΘΕΩΡΗΤΩΝ ΜΕΣΗΣ ΕΚΠΑΙΔΕΥΣΗΣ ΛΕΥΚΩΣΙΑ ΣΧΟΛΙΚΗ ΧΡΟΝΙΑ 2007-2008 ΜΙΑ ΔΙΔΑΚΤΙΚΗ ΠΕΡΙΟΔΟΣ ΤΗ ΒΔΟΜΑΔΑ ΔΙΔΑΚΤΕΑ ΥΛΗ ΣΤΟΧΟΙ

Διαβάστε περισσότερα

Το υποσύστηµα "αίσθησης" απαιτήσεις και επιδόσεις φυσικά µεγέθη γενική δοµή και συγκρότηση

Το υποσύστηµα αίσθησης απαιτήσεις και επιδόσεις φυσικά µεγέθη γενική δοµή και συγκρότηση Το υποσύστηµα "αίσθησης" απαιτήσεις και επιδόσεις φυσικά µεγέθη γενική δοµή και συγκρότηση Το υποσύστηµα "αίσθησης" είσοδοι της διάταξης αντίληψη του "περιβάλλοντος" τροφοδοσία του µε καθορίζει τις επιδόσεις

Διαβάστε περισσότερα

Ακτίνες Χ (Roentgen) Κ.-Α. Θ. Θωμά

Ακτίνες Χ (Roentgen) Κ.-Α. Θ. Θωμά Ακτίνες Χ (Roentgen) Είναι ηλεκτρομαγνητικά κύματα με μήκος κύματος μεταξύ 10 nm και 0.01 nm, δηλαδή περίπου 10 4 φορές μικρότερο από το μήκος κύματος της ορατής ακτινοβολίας. ( Φάσμα ηλεκτρομαγνητικής

Διαβάστε περισσότερα

6.10 Ηλεκτροµαγνητικά Κύµατα

6.10 Ηλεκτροµαγνητικά Κύµατα Πρόταση Μελέτης Λύσε απο τον Α τόµο των Γ. Μαθιουδάκη & Γ.Παναγιωτακόπουλου τις ακόλουθες ασκήσεις : 11.1-11.36, 11.46-11.50, 11.52-11.59, 11.61, 11.63, 11.64, 1.66-11.69, 11.71, 11.72, 11.75-11.79, 11.81

Διαβάστε περισσότερα

Κεφάλαιο 35 ΠερίθλασηκαιΠόλωση. Copyright 2009 Pearson Education, Inc.

Κεφάλαιο 35 ΠερίθλασηκαιΠόλωση. Copyright 2009 Pearson Education, Inc. Κεφάλαιο 35 ΠερίθλασηκαιΠόλωση ΠεριεχόµεναΚεφαλαίου 35 Περίθλαση απλής σχισµής ή δίσκου Intensity in Single-Slit Diffraction Pattern Περίθλαση διπλής σχισµής ιακριτική ικανότητα; Κυκλικές ίριδες ιακριτική

Διαβάστε περισσότερα

5. ΤΟ ΠΥΡΙΤΙΟ. Επιμέλεια παρουσίασης Παναγιώτης Αθανασόπουλος Δρ - Χημικός

5. ΤΟ ΠΥΡΙΤΙΟ. Επιμέλεια παρουσίασης Παναγιώτης Αθανασόπουλος Δρ - Χημικός 5. ΤΟ ΠΥΡΙΤΙΟ Επιμέλεια παρουσίασης Παναγιώτης Αθανασόπουλος Δρ - Χημικός Σκοπός του μαθήματος: Να εντοπίζουμε τη θέση του πυριτίου στον περιοδικό πίνακα Να αναφέρουμε τη χρήση του πυριτίου σε υλικά όπως

Διαβάστε περισσότερα

Πρόλογος της ελληνικής έκδοσης... v Πρόλογος...vii Λίγα λόγια για τον συγγραφέα...ix Ευχαριστίες...ix

Πρόλογος της ελληνικής έκδοσης... v Πρόλογος...vii Λίγα λόγια για τον συγγραφέα...ix Ευχαριστίες...ix Περιεχόμενα Πρόλογος της ελληνικής έκδοσης... v Πρόλογος...vii Λίγα λόγια για τον συγγραφέα...ix Ευχαριστίες...ix Κεφαλαιο 1: Eισαγωγή... 1 1. ΕΠΙΣΤΗΜΗ, ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΙ ΒΙΟΛΟΓΙΑ... 1 2. ΜΙΑ ΣΥΝΟΠΤΙΚΗ ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ

Διαβάστε περισσότερα

ΟΜΟΣΠΟΝ ΙΑ ΕΚΠΑΙ ΕΥΤΙΚΩΝ ΦΡΟΝΤΙΣΤΩΝ ΕΛΛΑ ΟΣ (Ο.Ε.Φ.Ε.) ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΑ ΘΕΜΑΤΑ ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΑ ΘΕΜΑΤΑ 2012. Ηµεροµηνία: Κυριακή 1 Απριλίου 2012 ΕΚΦΩΝΗΣΕΙΣ

ΟΜΟΣΠΟΝ ΙΑ ΕΚΠΑΙ ΕΥΤΙΚΩΝ ΦΡΟΝΤΙΣΤΩΝ ΕΛΛΑ ΟΣ (Ο.Ε.Φ.Ε.) ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΑ ΘΕΜΑΤΑ ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΑ ΘΕΜΑΤΑ 2012. Ηµεροµηνία: Κυριακή 1 Απριλίου 2012 ΕΚΦΩΝΗΣΕΙΣ ΤΑΞΗ: ΜΑΘΗΜΑ: ΘΕΜΑ Α Γ ΓΕΝΙΚΟΥ ΛΥΚΕΙΟΥ ΦΥΣΙΚΗ / ΓΕΝΙΚΗΣ ΠΑΙ ΕΙΑΣ Ηµεροµηνία: Κυριακή 1 Απριλίου 01 ΕΚΦΩΝΗΣΕΙΣ Να γράψετε στο τετράδιο σας τον αριθµό καθεµιάς από τις παρακάτω ερωτήσεις 1-4 και δίπλα το

Διαβάστε περισσότερα

Φυσικοί Νόμοι διέπουν Το Περιβάλλον

Φυσικοί Νόμοι διέπουν Το Περιβάλλον Φυσικοί Νόμοι διέπουν Το Περιβάλλον Απαρχές Σύμπαντος Ύλη - Ενέργεια E = mc 2 Θεμελιώδεις καταστάσεις ύλης Στερεά Υγρή Αέριος Χημικές μορφές ύλης Χημικά στοιχεία Χημικές ενώσεις Χημικά στοιχεία 92 στη

Διαβάστε περισσότερα

Θέµατα Φυσικής Γενικής Παιδείας Γ Λυκείου 2000

Θέµατα Φυσικής Γενικής Παιδείας Γ Λυκείου 2000 Θέµατα Φυσικής Γενικής Παιδείας Γ Λυκείου 2 ΕΚΦΩΝΗΣΕΙΣ Ζήτηµα 1ο Στις ερωτήσεις 1-5 να γράψετε στο τετράδιό σας τον αριθµό της ερώτησης και δίπλα το γράµµα που αντιστοιχεί στη σωστή απάντηση. 1. Σύµφωνα

Διαβάστε περισσότερα

Η Φύση του Φωτός. Τα Β Θεματα της τράπεζας θεμάτων

Η Φύση του Φωτός. Τα Β Θεματα της τράπεζας θεμάτων Η Φύση του Φωτός Τα Β Θεματα της τράπεζας θεμάτων Η ΦΥΣΗ ΤΟΥ ΦΩΤΟΣ Θέμα Β _70 Β. Μονοχρωματική ακτίνα πράσινου φωτός διαδίδεται αρχικά στον αέρα. Στη πορεία της δέσμης έχουμε τοποθετήσει στη σειρά τρία

Διαβάστε περισσότερα

Μεταφορά Ενέργειας με Ακτινοβολία

Μεταφορά Ενέργειας με Ακτινοβολία ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΚΗ ΕΠΙΣΤΗΜΗ - ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ Εργαστηριακή Άσκηση: Μεταφορά Ενέργειας με Ακτινοβολία Σκοπός της Εργαστηριακής Άσκησης: Να προσδιοριστεί ο τρόπος με τον οποίο μεταλλικά κουτιά με επιφάνειες διαφορετικού

Διαβάστε περισσότερα

ΑΡΧΗ 1ΗΣ ΣΕΛΙΔΑΣ Δ ΕΣΠΕΡΙΝΩΝ

ΑΡΧΗ 1ΗΣ ΣΕΛΙΔΑΣ Δ ΕΣΠΕΡΙΝΩΝ ΑΡΧΗ 1ΗΣ ΣΕΛΙΔΑΣ Δ ΕΣΠΕΡΙΝΩΝ ΠΑΝΕΛΛΑΔΙΚΕΣ ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ Δ ΤΑΞΗΣ ΕΣΠΕΡΙΝΟΥ ΓΕΝΙΚΟΥ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΤΑΡΤΗ 0 ΜΑΪΟΥ 015 - ΕΞΕΤΑΖΟΜΕΝΟ ΜΑΘΗΜΑ: ΦΥΣΙΚΗ ΓΕΝΙΚΗΣ ΠΑΙΔΕΙΑΣ ΣΥΝΟΛΟ ΣΕΛΙΔΩΝ: ΠΕΝΤΕ (5) Θέμα Α Στις ερωτήσεις Α1-Α4

Διαβάστε περισσότερα

2.1 ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΤΟΥ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΟΥ ΣΤΟ ΑΤΟΜΟ ΤΟΥ ΥΔΡΟΓΟΝΟΥ

2.1 ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΤΟΥ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΟΥ ΣΤΟ ΑΤΟΜΟ ΤΟΥ ΥΔΡΟΓΟΝΟΥ 2-1 Ένας φύλακας του ατομικού ρολογιού καισίου στο Γραφείο Μέτρων και Σταθμών της Ουάσιγκτον. 2-2 Άτομα στην επιφάνεια μιας μύτης βελόνας όπως φαίνονται μεηλεκτρονικόμικροσκό 2.1 ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΤΟΥ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΟΥ

Διαβάστε περισσότερα

2η Εργαστηριακή Άσκηση Εξάρτηση της ηλεκτρικής αντίστασης από τη θερμοκρασία Θεωρητικό μέρος

2η Εργαστηριακή Άσκηση Εξάρτηση της ηλεκτρικής αντίστασης από τη θερμοκρασία Θεωρητικό μέρος 2η Εργαστηριακή Άσκηση Εξάρτηση της ηλεκτρικής αντίστασης από τη θερμοκρασία Θεωρητικό μέρος Όπως είναι γνωστό από την καθημερινή εμπειρία τα περισσότερα σώματα που χρησιμοποιούνται στις ηλεκτρικές ηλεκτρονικές

Διαβάστε περισσότερα

ΜΕΛΕΤΗ ΤHΣ ΘΕΡΜΙΚΗΣ ΙΑΣΠΑΣΗΣ ΚΑΙ ΑΝΑΓΩΓΗΣ ΤΟΥ V 2 O 5 ΚΑΙ TΩΝ ΠΡΟ ΡΟΜΩΝ ΕΝΩΣΕΩΝ ΑΥΤΟΥ ΣΤΗΡΙΓΜΕΝΩΝ ΣΕ TiΟ 2

ΜΕΛΕΤΗ ΤHΣ ΘΕΡΜΙΚΗΣ ΙΑΣΠΑΣΗΣ ΚΑΙ ΑΝΑΓΩΓΗΣ ΤΟΥ V 2 O 5 ΚΑΙ TΩΝ ΠΡΟ ΡΟΜΩΝ ΕΝΩΣΕΩΝ ΑΥΤΟΥ ΣΤΗΡΙΓΜΕΝΩΝ ΣΕ TiΟ 2 ΜΕΛΕΤΗ ΤHΣ ΘΕΡΜΙΚΗΣ ΙΑΣΠΑΣΗΣ ΚΑΙ ΑΝΑΓΩΓΗΣ ΤΟΥ V 2 O 5 ΚΑΙ TΩΝ ΠΡΟ ΡΟΜΩΝ ΕΝΩΣΕΩΝ ΑΥΤΟΥ ΣΤΗΡΙΓΜΕΝΩΝ ΣΕ TiΟ 2 Λ. Ναλµπαντιάν Ινστιτούτο Τεχνικής Χηµικών ιεργασιών, ΕΚΕΤΑ, Τ.Θ. 361, 57001, Θέρµη,Θεσσαλονίκη

Διαβάστε περισσότερα

ΦΑΣΜΑΤΟΜΕΤΡΙΑ ΑΚΤΙΝΩΝ Χ (X-RAY SPECTROMETRY) ΑΘΗΝΑ, ΝΟΕΜΒΡΙΟΣ 2014

ΦΑΣΜΑΤΟΜΕΤΡΙΑ ΑΚΤΙΝΩΝ Χ (X-RAY SPECTROMETRY) ΑΘΗΝΑ, ΝΟΕΜΒΡΙΟΣ 2014 ΦΑΣΜΑΤΟΜΕΤΡΙΑ ΑΚΤΙΝΩΝ Χ (X-RAY SPECTROMETRY) ΑΘΗΝΑ, ΝΟΕΜΒΡΙΟΣ 2014 ΙΣΤΟΡΙΚΗ ΑΝΑΔΡΟΜΗ 1895: Ανακάλυψη ακτίνων Χ (Wilhelm Conrad). 1912: Οι ακτίνες Χ περιθλώνται από τα άτομα ενός κρυστάλλου όπως περιθλάται

Διαβάστε περισσότερα

2. Οι ενεργειακές στάθµες του πυρήνα ενός στοιχείου είναι της τάξης α)µερικών ev γ)µερικών MeV

2. Οι ενεργειακές στάθµες του πυρήνα ενός στοιχείου είναι της τάξης α)µερικών ev γ)µερικών MeV ΙΑΓΩΝΙΣΜΑ Γ ΓΕΝΙΚΗΣ ΘΕΜΑ 1 ο 1. Αν ένα οπτικό µέσο Α µε δείκτη διάθλασης n Α είναι οπτικά πυκνότερο από ένα άλλο οπτικό µέσο Β µε δείκτη διάθλασης n Β και τα µήκη κύµατος του φωτός στα δυο µέσα είναι λ

Διαβάστε περισσότερα

ΜΑΘΗΜΑ: Τεχνολογία Μετρήσεων Ι

ΜΑΘΗΜΑ: Τεχνολογία Μετρήσεων Ι ΜΑΘΗΜΑ: Τεχνολογία Μετρήσεων Ι ΔΙΔΑΣΚΩΝ: Αν. Καθ. Δρ Μαρία Α. Γούλα ΤΜΗΜΑ: Μηχανικών Περιβάλλοντος & Μηχανικών Αντιρρύπανσης 1 Άδειες Χρήσης Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό υπόκειται σε άδειες χρήσης Creative

Διαβάστε περισσότερα

ΥΠΕΡΥΘΡΗ ΦΑΣΜΑΤΟΣΚΟΠΙΑ (IR)

ΥΠΕΡΥΘΡΗ ΦΑΣΜΑΤΟΣΚΟΠΙΑ (IR) ΥΠΕΡΥΘΡΗ ΦΑΣΜΑΤΟΣΚΟΠΙΑ (IR) ΥΠΕΡΥΘΡΗ ΦΑΣΜΑΤΟΣΚΟΠΙΑ (IR) Χαρακτηρίζεται ως φασματοσκοπική τεχνική μοριακής δόμησης (ή περιστροφής), καθώς η ακτινοβολία προκαλεί διέγερση των μορίων σε υψηλότερες στάθμες

Διαβάστε περισσότερα

ΑΡΧΗ LE CHATELIER - ΔΙΑΛΥΤΟΤΗΤΑ

ΑΡΧΗ LE CHATELIER - ΔΙΑΛΥΤΟΤΗΤΑ ΑΡΧΗ LE CHATELIER - ΔΙΑΛΥΤΟΤΗΤΑ Σκοπός Εργαστηριακής Άσκησης Η παρατήρηση και η κατανόηση της Αρχής Le Chatelier και η μελέτη της διαλυτότητας των ιοντικών ενώσεων Θεωρητικό Μέρος Αρχή Le Chatelier Οι

Διαβάστε περισσότερα

Κεφάλαιο 13 Φασματοσκοπία

Κεφάλαιο 13 Φασματοσκοπία Κεφάλαιο 13 Φασματοσκοπία Φασματοσκοπία υπερύθρου Φασματοσκοπία ορατού-υπεριώδους Φασματοσκοπία πυρηνικού μαγνητικού συντονισμού Φασματοσκοπία μάζας 13.1 Οι αρχές της μοριακής φασματοσκοπίας: Ηλεκτρομαγνητική

Διαβάστε περισσότερα

ΓΑΛΒΑΝΙΚΑ ΚΑΙ ΗΛΕΚΤΡΟΛΥΤΙΚΑ ΚΕΛΙΑ

ΓΑΛΒΑΝΙΚΑ ΚΑΙ ΗΛΕΚΤΡΟΛΥΤΙΚΑ ΚΕΛΙΑ ΓΑΛΒΑΝΙΚΑ ΚΑΙ ΗΛΕΚΤΡΟΛΥΤΙΚΑ ΚΕΛΙΑ Σκοπός Εργαστηριακής Άσκησης Η κατανόηση του μηχανισμού λειτουργίας των γαλβανικών και ηλεκτρολυτικών κελιών καθώς και των εφαρμογών τους. Θεωρητικό Μέρος Όταν φέρουμε

Διαβάστε περισσότερα

Άσκηση 5 ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΪΚΟ ΦΑΙΝΟΜΕΝΟ

Άσκηση 5 ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΪΚΟ ΦΑΙΝΟΜΕΝΟ Άσκηση 5 ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΪΚΟ ΦΑΙΝΟΜΕΝΟ 1. ΓΕΝΙΚΑ Τα ηλιακά στοιχεία χρησιμοποιούνται για τη μετατροπή του φωτός (που αποτελεί μία μορφή ηλεκτρομαγνητικής ενέργειας) σε ηλεκτρική ενέργεια. Κατασκευάζονται από

Διαβάστε περισσότερα

ΕΙΔΗ ΚΥΜΑΤΩΝ εγκάρσια διαμήκη

ΕΙΔΗ ΚΥΜΑΤΩΝ εγκάρσια διαμήκη ΕΙΔΗ ΚΥΜΑΤΩΝ Τα οδεύοντα κύματα στα οποία η διαταραχή της μεταβλητής ποσότητας (πίεση, στάθμη, πεδίο κλπ) συμβαίνει κάθετα προς την διεύθυνση διάδοσης του κύματος ονομάζονται εγκάρσια κύματα Αντίθετα,

Διαβάστε περισσότερα

ΔΗΜΙΟΥΡΓΙΑ ΑΚΤΙΝΟΛΟΓΙΚΗΣ ΕΙΚΟΝΑΣ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑ Χ ΑΝΑΤΟΜΙΚΟ ΘΕΜΑ ΕΝΙΣΧΥΤΙΚΕΣ ΠΙΝΑΚΙΔΕΣ ΦΙΛΜ ΧΗΜΙΚΗ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ

ΔΗΜΙΟΥΡΓΙΑ ΑΚΤΙΝΟΛΟΓΙΚΗΣ ΕΙΚΟΝΑΣ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑ Χ ΑΝΑΤΟΜΙΚΟ ΘΕΜΑ ΕΝΙΣΧΥΤΙΚΕΣ ΠΙΝΑΚΙΔΕΣ ΦΙΛΜ ΧΗΜΙΚΗ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΔΗΜΙΟΥΡΓΙΑ ΑΚΤΙΝΟΛΟΓΙΚΗΣ ΕΙΚΟΝΑΣ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑ Χ ΑΝΑΤΟΜΙΚΟ ΘΕΜΑ ΕΝΙΣΧΥΤΙΚΕΣ ΠΙΝΑΚΙΔΕΣ ΦΙΛΜ ΧΗΜΙΚΗ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ Η ακτινοβολία χ που εξέρχεται από το σώμα, αλληλεπιδρά με το φθορίζον στρώμα της ΕΠ, μετατρέπεται

Διαβάστε περισσότερα

ΔΙΔΑΚΤΕΑ ΥΛΗ ΧΗΜΕΙΑΣ Β ΓΥΜΝΑΣΙΟΥ 2015-16

ΔΙΔΑΚΤΕΑ ΥΛΗ ΧΗΜΕΙΑΣ Β ΓΥΜΝΑΣΙΟΥ 2015-16 ΔΙΔΑΚΤΕΑ ΥΛΗ ΧΗΜΕΙΑΣ Β ΓΥΜΝΑΣΙΟΥ 205-6 ΔΕΙΚΤΕΣ ΕΠΙΤΥΧΙΑΣ Οι μαθητές και οι μαθήτριες θα πρέπει να είναι σε θέση: ΔΕΙΚΤΕΣ ΕΠΑΡΚΕΙΑΣ Διδ. περ. Σύνολο διδ.περ.. Η συμβολή της Χημείας στην εξέλιξη του πολιτισμού

Διαβάστε περισσότερα

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 13 LASER. Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation Ενίσχυση Φωτός με Επαγόμενη Εκπομπή Ακτινοβολίας

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 13 LASER. Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation Ενίσχυση Φωτός με Επαγόμενη Εκπομπή Ακτινοβολίας ΚΕΦΑΛΑΙΟ 13 Μαρία Κατσικίνη katsiki@auth.gr users.auth.gr/~katsiki Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation Ενίσχυση Φωτός με Επαγόμενη Εκπομπή Ακτινοβολίας wikipedia Το πρώτο κατασκευάστηκε

Διαβάστε περισσότερα

Σύσταση του αυγού Λευκό Κρόκος Βάρος 38 g 17 g Πρωτείνη 3,9 g 2,7 g Υδατάνθρακες 0,3 g 0,3 g Λίπος 0 6 g Χοληστερόλη 0 213 mg

Σύσταση του αυγού Λευκό Κρόκος Βάρος 38 g 17 g Πρωτείνη 3,9 g 2,7 g Υδατάνθρακες 0,3 g 0,3 g Λίπος 0 6 g Χοληστερόλη 0 213 mg Αυγό Τα αυγά αποτελούνται από το κέλυφος (10 %), το ασπράδι ή λευκό (50-60 %), τον κρόκο ή κίτρινο (30 %). Το κέλυφος αποτελείται κατά 95 % από ανόργανα συστατικά όπως ανθρακικό ασβέστιο, ανθρακικό μαγνήσιο

Διαβάστε περισσότερα

ΟΡΟΣΗΜΟ ΓΛΥΦΑΔΑΣ. 7.1 Τι είναι το ταλαντούμενο ηλεκτρικό δίπολο; Πως παράγεται ένα ηλεκτρομαγνητικό

ΟΡΟΣΗΜΟ ΓΛΥΦΑΔΑΣ. 7.1 Τι είναι το ταλαντούμενο ηλεκτρικό δίπολο; Πως παράγεται ένα ηλεκτρομαγνητικό ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 Ηλεκτρομαγνητικά κύματα. Ηλεκτρομαγνητικά κύματα 7. Τι είναι το ταλαντούμενο ηλεκτρικό δίπολο; Πως παράγεται ένα ηλεκτρομαγνητικό κύμα; 7.2 Ποιες εξισώσεις περιγράφουν την ένταση του ηλεκτρικού

Διαβάστε περισσότερα

Ισορροπία στη σύσταση αέριων συστατικών

Ισορροπία στη σύσταση αέριων συστατικών Ισορροπία στη σύσταση αέριων συστατικών Για κάθε αέριο υπάρχουν μηχανισμοί παραγωγής και καταστροφής Ρυθμός μεταβολής ενός αερίου = ρυθμός παραγωγής ρυθμός καταστροφής Όταν: ρυθμός παραγωγής = ρυθμός καταστροφής

Διαβάστε περισσότερα

Χαρακτηρισμός των στερεών ιζημάτων ανάκτησης φωσφόρου Μελέτη βιοδιαθεσιμότητας του παραγόμενου προϊόντος

Χαρακτηρισμός των στερεών ιζημάτων ανάκτησης φωσφόρου Μελέτη βιοδιαθεσιμότητας του παραγόμενου προϊόντος ΠΡΑΞΗ ΕΘΝΙΚΗΣ ΕΜΒΕΛΕΙΑΣ «Πρόγραμμα Ανάπτυξης Βιομηχανικής Έρευνας και Τεχνολογίας (ΠΑΒΕΤ) 2013» Δευτέρα 25 Μαΐου, 2015 Ημερίδα - Κ.Ε.Δ.Ε.Α. Θεσσαλονίκη Χαρακτηρισμός των στερεών ιζημάτων ανάκτησης φωσφόρου

Διαβάστε περισσότερα

Επίκουρος Καθηγητής Π. Μελίδης

Επίκουρος Καθηγητής Π. Μελίδης Χαρακτηριστικά υγρών αποβλήτων Επίκουρος Καθηγητής Π. Μελίδης Τμήμα Μηχανικών Περιβάλλοντος Εργαστήριο Διαχείρισης και Τεχνολογίας Υγρών Αποβλήτων Τα υγρά απόβλητα μπορεί να προέλθουν από : Ανθρώπινα απόβλητα

Διαβάστε περισσότερα

http://edu.klimaka.gr ΑΡΧΗ 1ΗΣ ΣΕΛΙ ΑΣ

http://edu.klimaka.gr ΑΡΧΗ 1ΗΣ ΣΕΛΙ ΑΣ ΑΡΧΗ 1ΗΣ ΣΕΛΙ ΑΣ ΑΠΟΛΥΤΗΡΙΕΣ ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ Γ ΤΑΞΗΣ ΗΜΕΡΗΣΙΟΥ ΓΕΝΙΚΟΥ ΛΥΚΕΙΟΥ ΕΥΤΕΡΑ 18 MAΪΟΥ 2009 ΕΞΕΤΑΖΟΜΕΝΟ ΜΑΘΗΜΑ: ΦΥΣΙΚΗ ΓΕΝΙΚΗΣ ΠΑΙ ΕΙΑΣ ΣΥΝΟΛΟ ΣΕΛΙ ΩΝ: ΕΞΙ (6) ΘΕΜΑ 1 ο Στις ερωτήσεις 1-4 να γράψετε

Διαβάστε περισσότερα

ΑΤΟΜΙΚΑ ΠΡΟΤΥΠΑ. Θέμα Δ

ΑΤΟΜΙΚΑ ΠΡΟΤΥΠΑ. Θέμα Δ ΑΤΟΜΙΚΑ ΠΡΟΤΥΠΑ Θέμα Δ 4_2149 Άτομο υδρογόνου βρίσκεται σε κατάσταση όπου η στροφορμή του είναι ίση με 3,15 10-34 J s. Δ1) Σε ποια στάθμη βρίσκεται το ηλεκτρόνιο; Δ2) Αν το άτομο έφθασε στην προηγούμενη

Διαβάστε περισσότερα

Χημεία Β Γυμνασίου ΦΥΛΛΑΔΙΟ ΑΣΚΗΣΕΩΝ. Τ μαθητ : Σχολικό Έτος:

Χημεία Β Γυμνασίου ΦΥΛΛΑΔΙΟ ΑΣΚΗΣΕΩΝ. Τ μαθητ : Σχολικό Έτος: Χημεία Β Γυμνασίου ΦΥΛΛΑΔΙΟ ΑΣΚΗΣΕΩΝ Τ μαθητ : Σχολικό Έτος: 1 1.2 Καταστάσεις των υλικών 1. Συμπληρώστε το παρακάτω σχεδιάγραμμα 2 2. Πώς ονομάζονται οι παρακάτω μετατροπές της φυσικής κατάστασης; 3 1.3

Διαβάστε περισσότερα

ΧΗΜΙΚΗ ΑΠΟΣΑΘΡΩΣΗ Σ' όλα τα επίπεδα και σ' όλα τα περιβάλλοντα, η χηµική αποσάθρωση εξαρτάται οπό την παρουσία νερού καθώς και των στερεών και αερίων

ΧΗΜΙΚΗ ΑΠΟΣΑΘΡΩΣΗ Σ' όλα τα επίπεδα και σ' όλα τα περιβάλλοντα, η χηµική αποσάθρωση εξαρτάται οπό την παρουσία νερού καθώς και των στερεών και αερίων ΑΠΟΣΑΘΡΩΣΗ Η αποσάθρωση ορίζεται σαν η διάσπαση και η εξαλλοίωση των υλικών κοντά στην επιφάνεια της Γης, µε τοσχηµατισµό προιόντων που είναι σχεδόν σε ισορροπία µε τηνατµόσφαιρα, την υδρόσφαιρα και τη

Διαβάστε περισσότερα

Πανεπιστήμιο Θεσσαλίας. Πολυτεχνική Σχολή ΘΕΜΑΤΙΚΗ : ΤΗΛΕΠΙΣΚΟΠΗΣΗ

Πανεπιστήμιο Θεσσαλίας. Πολυτεχνική Σχολή ΘΕΜΑΤΙΚΗ : ΤΗΛΕΠΙΣΚΟΠΗΣΗ Πανεπιστήμιο Θεσσαλίας Πολυτεχνική Σχολή Τμήμα Μηχανικών Χωροταξίας Πολεοδομίας και Περιφερειακής Ανάπτυξης ΘΕΜΑΤΙΚΗ : ΤΗΛΕΠΙΣΚΟΠΗΣΗ Ιωάννης Φαρασλής Τηλ : 24210-74466, Πεδίον Άρεως, Βόλος http://www.prd.uth.gr/el/staff/i_faraslis

Διαβάστε περισσότερα

panagiotisathanasopoulos.gr

panagiotisathanasopoulos.gr Χημική Ισορροπία 61 Παναγιώτης Αθανασόπουλος Χημικός, Διδάκτωρ Πανεπιστημίου Πατρών Χημικός Διδάκτωρ Παν. Πατρών 62 Τι ονομάζεται κλειστό χημικό σύστημα; Παναγιώτης Αθανασόπουλος Κλειστό ονομάζεται το

Διαβάστε περισσότερα

ΜΑΘΗΜΑ / ΤΑΞΗ : ΦΥΣΙΚΗ ΓΕΝΙΚΗΣ ΠΑΙΔΕΙΑΣ / Γ ΛΥΚΕΙΟΥ ΣΕΙΡΑ: ΘΕΡΙΝΑ ΗΜΕΡΟΜΗΝΙΑ: 10/11/2013

ΜΑΘΗΜΑ / ΤΑΞΗ : ΦΥΣΙΚΗ ΓΕΝΙΚΗΣ ΠΑΙΔΕΙΑΣ / Γ ΛΥΚΕΙΟΥ ΣΕΙΡΑ: ΘΕΡΙΝΑ ΗΜΕΡΟΜΗΝΙΑ: 10/11/2013 ΜΑΘΗΜΑ / ΤΑΞΗ : ΦΥΣΙΚΗ ΓΕΝΙΚΗΣ ΠΑΙΔΕΙΑΣ / Γ ΛΥΚΕΙΟΥ ΣΕΙΡΑ: ΘΕΡΙΝΑ ΗΜΕΡΟΜΗΝΙΑ: 10/11/2013 ΘΕΜΑ Α Οδηγία: Να γράψετε στο τετράδιό σας τον αριθμό καθεμιάς από τις παρακάτω ερωτήσεις Α1-Α4 και δίπλα το γράμμα

Διαβάστε περισσότερα

ΟΜΟΣΠΟΝ ΙΑ ΕΚΠΑΙ ΕΥΤΙΚΩΝ ΦΡΟΝΤΙΣΤΩΝ ΕΛΛΑ ΟΣ (Ο.Ε.Φ.Ε.) ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΑ ΘΕΜΑΤΑ ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΑ ΘΕΜΑΤΑ 2015 Β ΦΑΣΗ

ΟΜΟΣΠΟΝ ΙΑ ΕΚΠΑΙ ΕΥΤΙΚΩΝ ΦΡΟΝΤΙΣΤΩΝ ΕΛΛΑ ΟΣ (Ο.Ε.Φ.Ε.) ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΑ ΘΕΜΑΤΑ ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΑ ΘΕΜΑΤΑ 2015 Β ΦΑΣΗ ΤΑΞΗ: ΜΑΘΗΜΑ: Β ΓΕΝΙΚΟΥ ΛΥΚΕΙΟΥ ΦΥΣΙΚΗ / ΓΕΝΙΚΗΣ ΠΑΙ ΕΙΑΣ Ηµεροµηνία: Κυριακή 3 Μαΐου 015 ιάρκεια Εξέτασης: ώρες ΕΚΦΩΝΗΣΕΙΣ ΘΕΜΑ A Στις ηµιτελείς προτάσεις Α1 Α4 να γράψετε στο τετράδιό σας τον αριθµό

Διαβάστε περισσότερα

ΕΠΑ.Λ. Β ΟΜΑ ΑΣ ΦΥΣΙΚΗ I ΕΚΦΩΝΗΣΕΙΣ

ΕΠΑ.Λ. Β ΟΜΑ ΑΣ ΦΥΣΙΚΗ I ΕΚΦΩΝΗΣΕΙΣ 1 ΕΠΑ.Λ. Β ΟΜΑ ΑΣ ΦΥΣΙΚΗ I ΕΚΦΩΝΗΣΕΙΣ ΘΕΜΑ 1 ο Να γράψετε στο τετράδιό σας τον αριθµό καθεµιάς από τις παρακάτω ερωτήσεις 1- και δίπλα το γράµµα που αντιστοιχεί στη σωστή απάντηση. 1. Σχετικά µε τις ιδιότητες

Διαβάστε περισσότερα

ΕΝΩΣΗ ΚΥΠΡΙΩΝ ΦΥΣΙΚΩΝ

ΕΝΩΣΗ ΚΥΠΡΙΩΝ ΦΥΣΙΚΩΝ ΕΝΩΣΗ ΚΥΠΡΙΩΝ ΦΥΣΙΚΩΝ 27 η ΠΑΓΚΥΠΡΙΑ ΟΛΥΜΠΙΑΔΑ ΦΥΣΙΚΗΣ Γ ΛΥΚΕΙΟΥ (Δεύτερη Φάση) Κυριακή, 31 Μαρτίου, 2013 Ώρα: 10:00-13:00 Απενεργοποιήστε τα κινητά σας τηλέφωνα!!! Παρακαλώ διαβάστε πρώτα τα πιο κάτω,

Διαβάστε περισσότερα

Εισαγωγή στην Μεταφορά Θερμότητας

Εισαγωγή στην Μεταφορά Θερμότητας Εισαγωγή στην Μεταφορά Θερμότητας ΜΜΚ 312 Μεταφορά Θερμότητας Τμήμα Μηχανικών Μηχανολογίας και Κατασκευαστικής Διάλεξη 1 MMK 312 Μεταφορά Θερμότητας Κεφάλαιο 1 1 Μεταφορά Θερμότητας - Εισαγωγή Η θερμότητα

Διαβάστε περισσότερα

ΟΠΤΙΚΕΣ ΤΕΧΝΙΚΕΣ ΑΝΑΛΥΣΗΣ

ΟΠΤΙΚΕΣ ΤΕΧΝΙΚΕΣ ΑΝΑΛΥΣΗΣ ΟΠΤΙΚΕΣ ΤΕΧΝΙΚΕΣ ΑΝΑΛΥΣΗΣ ΦΑΣΜΑΤΟΣΚΟΠΙΚΕΣ ΤΕΧΝΙΚΕΣ ΑΝΑΛΥΣΗΣ Σύνολο τεχνικών με τις οποίες μετράτε η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία που πηγάζει από την ύλη (άτομα, μόρια ή ιόντα) ή αλληλεπιδρά με αυτήν. Απορρόφηση

Διαβάστε περισσότερα

ΠΥΡΗΝΙΚΟΣ ΜΑΓΝΗΤΙΚΟΣ ΣΥΝΤΟΝΙΣΜΟΣ ΚΑΙ ΔΟΜΗ ΤΟΥ ΑΤΟΜΟΥ. Του Αλέκου Χαραλαμπόπουλου ΕΙΣΑΓΩΓΗ

ΠΥΡΗΝΙΚΟΣ ΜΑΓΝΗΤΙΚΟΣ ΣΥΝΤΟΝΙΣΜΟΣ ΚΑΙ ΔΟΜΗ ΤΟΥ ΑΤΟΜΟΥ. Του Αλέκου Χαραλαμπόπουλου ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΠΥΡΗΝΙΚΟΣ ΜΑΓΝΗΤΙΚΟΣ ΣΥΝΤΟΝΙΣΜΟΣ ΚΑΙ ΔΟΜΗ ΤΟΥ ΑΤΟΜΟΥ Του Αλέκου Χαραλαμπόπουλου ΕΙΣΑΓΩΓΗ Ένα επαναλαμβανόμενο περιοδικά φαινόμενο, έχει μία συχνότητα επανάληψης μέσα στο χρόνο και μία περίοδο. Επειδή κάθε

Διαβάστε περισσότερα

Βασικές αρχές της Φασµατοσκοπίας NMR

Βασικές αρχές της Φασµατοσκοπίας NMR Βασικές αρχές της Φασµατοσκοπίας NMR Φώτης Νταής Καθηγητής Πανεπιστηµίου Κρήτης, Τµήµα Χηµείας Φασµατοσκοπία NMR Ο Πυρηνικός µαγνητικός Συντονισµός (NMR) είναι ένα φαινόµενο που συµβαίνει όταν πυρήνες

Διαβάστε περισσότερα

ΦΥΣΙΚΗ ΓΙΑ ΒΙΟΛΟΓΙΚΕΣ ΕΠΙΣΤΗΜΕΣ

ΦΥΣΙΚΗ ΓΙΑ ΒΙΟΛΟΓΙΚΕΣ ΕΠΙΣΤΗΜΕΣ ΦΥΣΙΚΗ ΓΙΑ ΒΙΟΛΟΓΙΚΕΣ ΕΠΙΣΤΗΜΕΣ Εξάμηνο Υ/Ε Ώρες Θεωρίας Ώρες Ασκήσης Διδακτικές μονάδες ECTS A Υ 3 1 4 6 Διδάσκουσα Ε. Καλδούδη, Αναπληρώτρια Καθηγήτρια Ιατρικής Φυσικής Αντικειμενικοί στόχοι του μαθήματος

Διαβάστε περισσότερα

Θοδωρής Μπεχλιβάνης Αναστασία Συμεωνίδου Κατερίνα Παπά

Θοδωρής Μπεχλιβάνης Αναστασία Συμεωνίδου Κατερίνα Παπά Θοδωρής Μπεχλιβάνης Αναστασία Συμεωνίδου Κατερίνα Παπά έχει σχήμα πεπλατυσμένης σφαίρας Η διάμετρος, στον ενήλικα, είναι περίπου 2,5 cm Αποτελείται από τρεις χιτώνες, το σκληρό, το χοριοειδή και τον αμφιβληστροειδή.

Διαβάστε περισσότερα

Εκπαιδευτικό υλικό στα πλαίσια του Ευρωπαϊκού Προγράμματος Chain Reaction: Α sustainable approach to inquiry based Science Education

Εκπαιδευτικό υλικό στα πλαίσια του Ευρωπαϊκού Προγράμματος Chain Reaction: Α sustainable approach to inquiry based Science Education Εκπαιδευτικό υλικό στα πλαίσια του Ευρωπαϊκού Προγράμματος Chain Reaction: Α sustainable approach to inquiry based Science Education «Πράσινη» Θέρμανση Μετάφραση-επιμέλεια: Κάλλια Κατσαμποξάκη-Hodgetts

Διαβάστε περισσότερα

Ευαισθητοποιημένη χημειοφωταύγεια με νανοδομημένους καταλύτες - Προοπτικές εφαρμογής της μεθόδου στην αναλυτική χημεία

Ευαισθητοποιημένη χημειοφωταύγεια με νανοδομημένους καταλύτες - Προοπτικές εφαρμογής της μεθόδου στην αναλυτική χημεία Ευαισθητοποιημένη χημειοφωταύγεια με νανοδομημένους καταλύτες - Προοπτικές εφαρμογής της μεθόδου στην αναλυτική χημεία Δρ Κυριάκος Παπαδόπουλος Ερευνητής Α Ινστιτούτο Φυσικοχημείας ΕΚΕΦΕ Δημόκριτος Δεκέμβριος

Διαβάστε περισσότερα