ساخت نانوساختارهای توخالی

Transcript

1 مقاالت مروری بر روشهاي ساخت نانوساختارهای توخالی ۵ لیال شیری ۱ نغمه ستاراحمدی ۲ و ۳ و ۴ و حسین هلی ۱. دانشجوی کارشناسی ارشد گروه شیمی دانشگاه آزاد اسالمی واحد علوم و تحقیقات فارس. ۲. گروه فناوری نانو پزشکی دانشکده علوم و فناوریهای نوین پزشکی دانشگاه علوم پزشکی شیراز. ۳. استادیار گروه فیزیک و مهندسی پزشکی دانشکده پزشکی دانشگاه علوم پزشکی شیراز. ۴. مرکز تحقیقات علوم دارویی دانشکده داروسازی دانشگاه علوم پزشکی شیراز. ۵. استادیار گروه شیمی دانشگاه آزاد اسالمی واحد علوم و تحقیقات فارس. نانوساختارهای توخالی بهدلیل کاربردهای متنوع در علم و فناوری مانند حبس یا رهاسازی زیستمولکولها و داروها تشخیصهای پزشکی کاتالیزورها و مواد پالسمونی 1 توجه زیادی را به خود معطوف داشتهاند. در این مقاله روشهای مختلف ساخت نانوساختارهای توخالی و پیشرفتهای اخیر در این زمینه مرور شده است. روشهای ساخت شامل روشهای معمول با استفاده از قالبهای سخت و نرم و روشهای جدیدتر با استفاده از قالبهای فداشونده است. مزایا و معایب هر یک از روشها ارائه شده است. کلمات کلیدی: نانوماده ساختار توخالی راهبرد ساخت. 22 سال يازدهم آذر 91 شماره 9 پياپي 182

2 توخالی. نانوساختارهای ساخت برای سخت الگوي از استفاده مراحل ۱. شکل توخالي. ساختارهاي ساخت براي الیه به الیه تجمع روش ۲. شکل زیرا میشود استفاده التکس پلیمر کلوییدهای تولید روش سادگی مانند ویژگیهایی مواد این توزیع انبوه نسبتا مقادیر برای دسترسبودن در طیف در آسان دسترسپذیری و اندازه محدود دیگری مواد از که هرچند دارند اندازهها از وسیعی اکسید و فلزات نانوذرات و کروی نانوکربنهای مثل در میشود. استفاده سخت قالب بهعنوان هم فلزات روی بر پیوستهای پوسته ۳ و ۲ مراحل در ۱ شکل روش سوم مرحله در میگردد. تشکیل قالب ذرات بهکار قالب روی بر پوسته مواد رسوب برای موثری حالل در انحالل با چهارم مرحله در میشود. برده حذف قالب باال دمای در کلسینهکردن یا مناسب هب گرفتهشده بهکار روشهای از یک هر میشود. پوسته فروریختن مانع تا دارند نیاز خاصی مراقبت از استفاده هنگام مثال شوند. قالب حذف طی در متورمشدن التکس قالب حذف برای آلی حالل توخالی ساختارهای ترکیدن باعث میتواند پلیمر روشهای شامل قالب به پوششدهی نحوه گردد. ]۷[. است زیر مختلف الیه به الیه تجمع روش ۱.۱.۲ جاذبه طریق از رسوبگذاری روش این در و سیلیکا نانوذرات منفی بارهای الکترواستاتیک ابتدا روش این میگیرد. انجام پلیمر مثبت بارهای کپسولهای و معدنی توخالی سیلیکاهای تهیه برای استفاده کلی روش شکل ۲ میرفت. بهکار هیبریدی نشان قالب بهعنوان را پلیاستیرن التکس ذرات از تکرار مرتبه چندین میتواند فرایند این میدهد. مورد دیواره ضخامت با چندالیه ساختارهای تا شود تهیه در گسترده بهطور روش این از آید. بهدست نظر )مانند معدنی کامپوزیتی مواد توخالی ساختارهای ]۸[. است شده استفاده مگنتیت و زئولیتها( متخلخل پوستههای با کپسولهایی تهیه برای آمین پلیآلیل با پوشیدهشده SiO 2 از نانومتری و کاتیونی پلیمر بهعنوان )PAH( هیدروکسید پلیمر بهعنوان )PSS( اسید سولفونیک پلیاستیرن روی بر اینها از الیه چندین و استفاده آنیونی میشود. داده رسوب )MF( فرمالدهید مالنین ذرات حذف HF با SiO 2 و HCl با MF هسته سپس نانومتری متخلخل پوستههای بنابراین میشود. تشکیل متناوبا که PAH و PSS از الیه چندین با میآید. بهوجود شدهاند ذرات عبوری الکترونی میکروسکوپ تصاویر در کروی توخالی کپسولهای ۳( )شکل ساختهشده اکسید ساخت در روش این از ]۹[. میشود مشاهده استفاده نیز متخلخل پوسته با توخالی آلومینیوم و تنوع شامل: روش این مزایای ]۱۰[. است شده کپسولهای اندازه کنترل امکان باال تطبیقپذیری آنها پوسته یکنواختی و بهدستآمده پلیمری کاربرد روزافزون افزایش باعث عوامل این است. رد روش این از بهدستآمده پلیمری کپسولهای داروها و DNA جمله از گوناگونی مواد کپسولهکردن است. شده دشواری به میتوان الیه به الیه روش معایب از نانومتر ۲۰۰ از کوچکتر توخالی ساختارهای تهیه بازدهی پوسته تجزیه بدون قالب حذف سختی کرد. اشاره زبر سطوح ایجاد و پایین نسبتا شیمیایی مستقیم ترسیب 2.۱.۲ ذرات روی بر پوسته مواد رسوب شامل روش این هیدرولیز میتواند انجامشده واکنش است. قالب قالب روی سطحی جذب و شیمیایی احیای باشد کلسینهکردن میتواند بعدی مرحله باشد. مثال میکند. تولید بههمفشردهای پوستههای که مقدمه 1 مواد از ویژهای گروه توخالی نانوساختارهای متفاوتی شیمیایی و فیزیکی خصوصیات که هستند میدهند. نشان خود مشابه ترکیبات به نسبت ترکیب و اندازه شکل بهوسیله خصوصیات این یکپارچه ذرات با مقایسه در میشود. تعیین آنها بهدلیل توخالی نانوساختارهای مشابه اندازه با ویژگیهای خود درون در توخالی فضاهای داشتن سطح پایین چگالی جمله: از دارند منحصربهفردی ضریب کم حرارتی انبساط ضریب زیاد فعال هزینه حجم به سطح باالی نسبت کم شکست که ویژگیها این متنوع. ساخت روشهای و کم است شده باعث است مواد این ویژه ساختار از ناشی اخیر سالهای در توخالی نانوساختارهای ساخت مقاله این در کند. معطوف خود به را بسیاری توجه توخالی نانوساختارهای ساخت کلی راهبردهای میشود. ارائه غیرکروی و 2 راتل کروی کروی توخالی نانوساختارهای 2 مورفولوژی با کروی توخالی نانوساختارهای ساخت آن با محققان که است چالشی کنترلشده اندازه و نقش توخالی نانوساختارهای ابعاد زیرا دارند سروکار آنها کاربردهای و مواد ویژگیهای تعیین در مهمی روشهای از که است مهم بنابراین میکند. ایفا توخالی نانوساختارهای ساخت در ساده و مطمئن نانوساختارهای کاربردهای از یکی شود. استفاده بخش که آنجا از است. پزشکی در کروی توخالی است توخالی ساختارها این درونی فضای از بزرگی ظرفیت این از درآیند کپسول بهصورت میتوانند و در میشود. استفاده دارویی مواد کپسولهکردن برای زوال و واکنش از دارویی کوچک مولکولهای نتیجه پوسته بهوسیله زیستی محیطهای در زودهنگام ویژگی از همچنین میشوند. محافظت نانوذرات توخالی نانوساختارهای بهوسیله مواد انتشار کنترل دارورسانی دارورسانی ژن/ سرطان درمان در کروی استفاده درمانی تاثیر باالترین به رسیدن و هدفمند نانوساختارها این کاربردهای دیگر از ]۱[. میشود لیتیم یون باتریهای ]۴-۲[ کاتالیزورها به میتوان روشهای کرد. اشاره ]۷[ گازی حسگرهای و ]۵[ گروه چهار به کروی توخالی نانوساختارهای ساخت عبارتند گروه چهار این میشود. طبقهبندی اصلی ساخت 2 سخت قالبهای کمک با ساخت 1 از: قالبهای کمک با ساخت 3 نرم قالبهای کمک با قالب. از استفاده بدون ساخت 4 و فداشونده سخت قالبهای از استفاده.1 2 قالبهای بهوسیله توخالی نانوساختارهای ساخت شامل روش این است. ممکن بهآسانی سخت مراحل این ۱(. )شکل است اصلی مرحله چهار اصالح 2 سخت قالب آمادهسازی 1 از: عبارتند نظر مورد ویژگیهای به رسیدن برای قالب سطح پیشسازها یا نظر مورد مواد با قالب پوشاندن 3 قالب گزینشی حذف 4 و مختلف روشهای با و سیلیکا ذرات از معموال قالب بهعنوان سخت. 23 پياپي شماره آذر 91 يازدهم سال

3 مقاالت هیدرولیز با SiO 2 TiO 2 کروی توخالی اکسیدهای قالب حضور در آنها الکوکسید پیشساز کنترلشده اینجا در میشود. ساخته قالب حذف آن بهدنبال و صاف پوشش ایجاد برای هیدرولیز سرعت کنترل هیدرولیز ابتدا TiO 2 مورد در است. الزم پوسته پلیوینیل بهوسیله تیتانیوم پروپوکسید تتراایزو انجام پلیاستایرن کاتیونی قالب و پیرولیدون TiO 2 ذرات همزمان بهطور آن در که میگیرد در میگردد. حذف پلیمری قالب و شده متبلور گازهای خروج احتماال و تبلور طی در انقباض اثر بر حفرههایی پلیمری قالب پیرولیز اثر در تولیدشده ۴(. )شکل میشود ایجاد توخالی ذرات سطح روی بهدستآمده تیتانیوم توخالی ساختارهای نتیجه در هستند. شکننده معموال روش این از شیمیایی احیای بهوسیله توخالی کروی AuPt آلیاژ و میشود ایجاد سیلیکا سخت قالب حضور در اجزا حذف HF محلول در سیلیکا قالب ذرات آخر در میآید. بهدست توخالی کروی AuPt و میشود روی بر فلزی کاتیون پیشسازهای ابتدا کلی بهطور در کلسینهکردن و میشوند داده رسوب قالب سطح میکند. ایجاد را فلز اکسید یا فلز هوا شیمیایی سطحی جذب 3.۱.۲ سپس قالب سطح در عاملی گروههای ایجاد با نهایت در و سطحی جذب مرحله یک انجام ساخته توخالی کروی ذرات محصول کلسینهکردن الزم قالب پیشآمادهسازی روش این در میشوند. پاالدیومی توخالی کروی ذرات مورد یک در است. نانومتر ۱۵ پوسته ضخامت و نانومتر ۳۰۰ اندازه با سه شامل که شد ساخته سطحی جذب بهروش گروههای با سیلیکا قالب ابتدا بود. اصلی مرحله پاالدیوم پیشساز دوم مرحله در شد. عاملدار SH جذب عاملدارشده سیلیکای قالب سطح روی بر با پاالدیوم پوسته تشکیل نهایت در شد سطحی در ایجادشده کربن مونواکسید گاز بهوسیله احیا نیز سیلیکا قالب گردید. ایجاد کلسینهکردن مرحله ۵ شکل در شد. حذف HF محلول در قراردادن با ارائه پاالدیومی توخالی و کروی ذرات ساخت مراحل است. شده است این شیمیایی سطحی جذب روش معایب از حذف از بعد کامل پوسته تشکیل معموال که توخالی کروی ذرات همچنین و است مشکل قالب زبری سطوح و نازک خیلی دیوارههای بهدستآمده ]۱۱[. دارند را آنها پلیاستیرن ذرات بارهای بین الکترواستاتیک این ساخت طی در و میگذارد باقی مجزا بهصورت هنگامی میشود. پر سل-ژل پیشساز محلول با فضاها محیط هوای رطوبت معرض در حاصل مخلوط که هیدرولیز بهسرعت سل-ژل پیشساز میگیرد قرار فلزات اکسید تشکیل حالل تبخیر از پس و شده ذرات چسبناک سطح روی بر که میدهد را مربوطه بهدستآمده اکسید میکند. رسوب پلیاستیرن با که دارد پلیاستیرن ذرات روی بر یکسانی پوشش پوسته ضخامت عمدتا شرایط دیگر نگهداشتن ثابت میشود. تعیین سل-ژل پیشساز غلظت بهوسیله بین ویژگیهای مناسب کنترل به روش این موفقیت سرعت همچنین و سل-ژل پیشساز و پلیمر دانههای روشهای برخالف دارد. بستگی پیشساز هیدرولیز مقدار بهوسیله را یکسانی پوشش روش این قبلی قرار قالب ذرات اختیار در پیشساز جسم از محدودی شدهاند. ساخته روش این با SnO 2 و TiO 2 میدهد. تنوع آن ظرافت به میتوان روش این محاسن از پوسته تشکیل و بهدستآمده توخالی ساختارهای مانند معایبی روش این اما کرد. اشاره یکنواخت پایین بازدهی و نیاز مورد مراحل زیاد نسبتا تعداد مرحله هر دقیق کنترل طرفی از دارد. مرحله هر بهدستآمده ساختارهای از مطمئنبودن برای برای بهآسانی روش این بنابراین است. ضروری برای انبوه مقیاس در توخالی ساختارهای تولید نمیشود. برده بهکار تجاری کاربردهای شیمیایی بخار رسوبگیری 6.۱.۲ بخار تا میشود گرم آنقدر پیشساز روش این در ماده یک صورت به خال تحت معموال سپس و شود این با میشود. رسوبگذاری سطح روی بر جامد سولفیدها اکسیدها از نانوپودرهایی بهآسانی روش مثال میآید. بهدست فلزات کاربیدهای و سلنیدها با که توخالی فولرین شکل با MoS 2 و MoSe 2 بهوسیله میآید بهدست بهسختی دیگر روشهای مرحله در میشود. تهیه شیمیایی بخار رسوب Mo (CO) 6 فلزی آلی ترکیب شیمیایی بخار اول در میدهند. واکنش سلنیوم یا سولفور عناصر و اتمسفر در واکنش مخلوط گرمادهی با دوم مرحله شکل با MoS 2 و MoSe 2 نانوساختارهای آرگون روش این مزایای از میشود. تولید توخالی فولرین ضخامت آسان کنترل آن سادگی به میتوان توخالی نانوساختارهای یکسان مورفولوژی پوسته بهدستآمده پوستههای سختبودن بهدستآمده محصول باالی خلوص انبوه مقیاس در ساخت مراحل آسان کنترل و واکنش کوتاه زمان باال بازده ]۱۴[. کرد اشاره واکنش انعقادناهمگنوهیدرولیزکنترلشده 7.۱.۲ و قالب بار بین الکترواستاتیک جاذبه روش این در واکنش جلوبرنده نیروی کلوییدی ذرات مخالف بار این در الیه به الیه روش با روش این تفاوت است. یکمرحلهای پوشش روند روش این در که است روند الیه به الیه روش در که حالی در است و )a( قبل )PSS/PAH@silica( کپسول عبوری الکترونی میکروسکوپ تصاوير ۳. شکل پوسته. درون از سیلیکا ذرات حذف از )b( بعد استفادهازپوستههایمزوپوربهعنوانقالب 4.۱.۲ میتوان را مزوپور پوستههای با توخالی کروی ذرات این کرد. تهیه مزوپور سطوح با کروی قالبهای با در کامال پیشساز مواد که است آن مستلزم روش سیلیکا قالب از معموال شود. اشباع مزوپور پوسته سخت قالب بهعنوان مزوپور سطح و جامد توده با پوسته با توخالی کروی کربن میشود. استفاده درون مختلف پلیمرهای کربندارشدن از مزوپور سطح و جامد توده با کروی سیلیکا مزوپور قالب ]۱۲[. است شده تهیه مزوپور فضای درون به سل-ژل نفوذ روش 5.۱.۲ پلیمر خالی سل-ژل پیشساز محلول نفوذ شامل روش این ]۱۳[. است خشک پلیاستیرنهای درون به اب بههمپیوسته و فشرده بهصورت پلیاستیرن دافعه میشود. تشکیل اندک خالی فضاهای میكروسكوپ عكسهاي ۴. شكل كلسينهكردن از بعد TiO 2 الكتروني.PS با پوشيدهشده تيتانياي پياپي شماره آذر 91 يازدهم سال 24

4 چندمرحلهای برای کپسولهکردن انجام میشود. بنابراین زمان پوشش کوتاه مزیت اصلی این روش است و ضخامت دیواره را میتوان با کنترل غلظت پیشساز تنظیم کرد. بار سطحی قالب و ذرات کلوییدی پوششدهنده باید خیلی دقیق طراحی شود تا پوشش یکنواخت و تکرارپذیری حاصل شود. از هیدرولیز کنترلشده برای کپسولهکردن بر روی قالبهای خنثی یا دارای بار جزیی میتوان استفاده کرد. اگر سرعت هیدرولیز زیاد باشد معموال منجر به تهنشینشدن ذرات مجزا میشود. بنابراین سرعت واکنش هیدرولیز باید کم باشد. تیتانیوم کروی توخالی با این روش ساخته شد. در فرایند ساخت این ماده ph پارامتر مهمی است که واکنش هیدرولیز را کنترل میکند ]۱۵[. شکل ۵. مراحل ساخت Pd کروی توخالی. Fe 3 کروی توخالی از طریق امولسیون. شکل ۶. مکانیسم تشکیل.2 2 استفاده از قالبهای نرم معموال قالبهای نرم )مواد مایع یا گاز( کارایی باالتر و عمومیت بیشتری دارند و برای ساخت میکروساختارها و نانوساختارهای توخالی بهکار میروند. قالبهای سخت چند اشکال اصلی دارند: 1 بازده پایین محصول از مراحل ساخت چندمرحلهای 2 فقدانساختارمحکمپوستههابعد از حذف قالب و 3 نبود دسترسی آسان به فضای داخلی ساختارهای توخالی. این اشکاالت باعث شده است که به استفاده از قالبهای نرم توجه ویژهای شود. قالبهای نرم مشتمل بر قطرات امولسیون سوپرامولکولهای وزیکول و میسل وزیکولهای متراکم پلیمری و حبابهای گازی هستند ]۱۶[. Fe 3 کروی توخالی مجزا بعد از حذف میشود. فاز آلی و سورفکتانت بهوسیله شستوشو با آب و استن بهدست میآید ]۱۷[. پوستههای توخالی تیتانیوم در امولسیون وارونه با افزودن اتوکسید تیتانیوم به امولسیون آب-فرمامید در هگزادکان تشکیل شده و پوستههای توخالی تیتانیوم بهدست آمده است. شکل ۷ ذرات کروی تیتانیوم توخالی را که با کمک این روش ساخته شدهاند نشان میدهد. پوستههای بهدستآمده سطح داخلی صاف و سطح بیرونی زبر دارند ]۱۸[. ذرات کروی توخالی نیکل با ابعاد نانومتری از طریق NaH 2 در سیستم امولسیون P NiS با واکنش پلیاتیلن گلیکول-آب-سیکوهگزان تهیه شدهاند. پلیاتیلن گلیکول در تهیه نانوساختارها بهعنوان عامل شکلدهنده عمل میکند. این ماده با داشتن دو سر آبدوست و آبگریز بهعنوان پلی بین قطرات سیکوهگزان و آب عمل میکند و تشکیل سیستم امولسیون میدهد. سازوکار احتمالی تشکیل نیکل کروی توخالی در شکل ۸ آمده است ]۱۹[. از معایب این روش میتوان به مواردی مانند سختی تشکیل قطرات امولسیون یکنواخت بهدلیل بههم پیوستن قطرات اشاره کرد. ویژگی مایع و تغییر شکلپذیری قطرات امولسیون مزیت مهمی برای ساخت ذرات توخالی فراهم میکند. در مقایسه با قالبهای جامد هستههای مایع را میتوان بهآسانی بهوسیله فرایندهایی مانند تبخیر مالیم یا انحالل در حالل بعد از تشکیل پوسته حذف کرد. 2.۲.۲ سوپرامولکولهایوزیکول-میسل هنگامیکهغلظتمولکولهاییمثلسورفکتانتها در محلول از مقدار بحرانی بیشتر شود میسلهای کروی تشکیل میشود. در غلظتهای باالتر از غلظت بحرانی میسل میسل به وزیکول تغییر شکل میدهد که متشکل از یک ساختار دوالیه بسته است. طیف گستردهای از ذرات توخالی مواد معدنی با استفاده از میسل و وزیکول تهیه شدهاند. از سدیم دودسیل بنزن سولفونات و اسید ترفتالیک در محلولی از اتانول در آب استفاده شده است. سدیم شکل ۷. نانوذرات کروی تیتانیوم با امولسیون وارونه فرمامید-آب در روغن. ۱.۲.۲ قطرات امولسیون وقتی دو مایع غیر قابل امتزاج از طریق نیروی مکانیکی با هم مخلوط شوند قطرات مایع یک فاز در فاز بههمپیوسته دیگر بهصورت پراکنده درمیآید و تشکیل امولسیون میدهد. بهطور کلی امولسیونها از نظر ترمودینامیکی ناپایدارند. بنابراین سورفکتانتها یا پلیمرهای دوگانهدوست )که بهصورت خودتجمعی حد واسط بین قطرات و فازپیوستههستند(باعث افزایشپایداریسینتیکی امولسیون میشوند. از این رو قطرات امولسیون میتوانند بهعنوان میکرورآکتور عمل کنند. فرایند سل-ژل برای الکوکسیدهای فلزی معموال در قالب امولسیون برای ساخت اکسیدهای فلزی کروی Fe 3 TiO 2 بهکار میرود. توخالی مانند سیلیکا و کروی توخالی با اندازه ۴۰۰-۲۰۰ نانومتر و اندازه یکسان از طریق امولسیون ساخته شدهاند. سازوکار Fe 3 کروی توخالی درشکل احتمالی تشکیل ۶ نشان داده شده است. در این روش ساخت اگر قطرات درونی امولسیون بتوانند کامال یکی شوند و قطرات کوچکتر روغن در درون قطرات آب تشکیل بدهند امولسیونهای چندالیه پایدار با ساختار روغن-آب-روغن میدهند. بنابراین فاز آبی بین دو Fe 3 درون فاز آلی محدود میشود. ابتدا تعدادی از فاز آبی تولید و در ژل جامد تغلیظ میشود. سپس پوستهها بین فاز درونی و بیرونی فاز آلی تشکیل 25 سال يازدهم آذر 91 شماره 9 پياپي 182

5 مقاالت است آنیونی سورفکتانت سولفونات بنزن دودسیل چون دارد. توده تشکیل و خودتجمعی به تمایل که بنزن دودسیل سدیم میسلی سیستمهای از بسیاری مهمی نقش که ترفتالیک اسید ناپایدارند سولفونات افزوده دارد پایدار خیلی تودههای ساخت تسهیل در پوستهای بهعنوان اسید پلیمتاآکریلیک از میشود. شود جذب هسته سطح روی بر است ممکن که قالب بهعنوان میسلهایی چنین میشود. استفاده فراهم SnO 2 رشد و هستهشدن برای مکانی نرم واکنش بهوسیله SnO 2 روش این در میکنند. و آب محلول در KClO 3 و SnCl 2 بین شیمیایی هسته محل ترفتالیک اسید میشود. تهیه اتانول از ناشی که میکند فراهم را SnO 2 تبلور برای همین است. Sn +2 و ترفتالیک اسید برهمکنش محیط روی بر Sn +2 اشباع فوق حالت ایجاد به منجر روی بر هسته مکان از SnO 2 تبلور میشود. میسل بیرون سمت به تبلور و شده آغاز میسل سطح کلویید هم با آنها که زمانی تا مییابد گسترش ]۲۰[. آید بهدست توخالی ساختار نهایت در و شوند واکنش طریق از نیکل نانومتری توخالی کرههای سیستم در NaH 2 PO 2 با سولفات دودسیل نیکل است. شده ساخته سولفات دودسیل نیکل میسل کروی مسیلهای تشکیل آب در سولفات دودسیل واکنش NaH 2 PO 2 اب Ni +2 یونهای سپس میدهد بعد میشود. تشکیل نیکل اتمهای و میدهند ساختار بهتدریج و شده جمع هم با نیکل اتمهای طریق از نیز Sb 2 Se 3 ]۲۱[. میدهند تشکیل کروی کروی Cu 2 O ]۲۲[. است شده ساخته میسل ستیل چندالیه وزیکول کمک با چندالیه توخالی ساخته نرم قالب بهعنوان برمید آمونیوم اتیل تری توخالی کروی Cu 2 O تشکیل مکانسیم است. شده الکترونی میکروسکوپ شکل و ۹ شکل در چندالیه ۱۰ شکل در سهالیه توخالی کروی Cu 2 O عبوری ]۲۳[. است شده ارائه دوتایی فلزات آلیاژهای ساخت در وزیکولها از استفاده گسترده بهطور توخالی چهارتایی و سهتایی وزیکول سطح روی بر مختلف فلزات ابتدا میشود. شامل توخالی کروی آلیاژهای سپس و شده آلیاژ ]۲۴[. میشوند ساخته فلز دو از بیش فراصوت امواج از میآیند. وجود به صوتی امواج ایجاد برای سیلیکا پیشساز و سورفکتانتها آبی محلول در دیوارههای با سیلیکا توخالی کروی ذرات ساخت تجمع فراصوت امواج است. شده استفاده مزوپور گاز-مایع مشترک سطح در پیشساز مولکولهای که میدهد را نرمی قالب تشکیل و داده افزایش را میکند. تعیین را کروی ذرات نهایی ابعاد مستقیما را دارویی مولکولهای بهآسانی است قادر روش این ]۲۵[. درآورد کپسول بهصورت 3 فداشونده قالبهای از استفاده.3 2 گذرا بهصورت فرایند یک طی در که مادهای به قالب روش این در میگویند. فداشونده شود استفاده مواد ساخت فرایند در واکنشدهنده بهعنوان خود قالبهای سخت قالبهای مشابه میشود. وارد حفره تقریبی اندازه و شکل مستقیما فداشونده اما میکنند. تعیین را حاصله توخالی ساختارهای ساختاری چارچوب نقش همزمان بهطور قالب بنابراین میکند. بازی پوسته برای را پیشساز و پوسته تشکیل فرایند طی در فداشونده قالبهای از برخی میشوند. مصرف کامل یا جزیی بهطور 4 کرکندال اثر مثل روش این با تشکیل سازوکارهای این که شدهاند شناخته گالوانی جانشینی واکنش و توخالی ذرات ساخت اصول فهمیدن در میتواند ]۲۵[. باشد موثر فداشونده قالبهای بهوسیله کرکندال اثر ۱.۳.۲ کرکندال اثر بهوسیله بهآسانی توخالی نانومواد در حفره تشکیل نحوه اثر این میشوند. ساخته در متفاوت فلز دو )مانند ماده دو مشترک سطح آنها انتشار سرعت در تفاوت اساس بر را آلیاژ( یک انتشار نانوذرات حاوی سیستم یک در میکند. بیان در شکل تغییر به منجر خارج سمت به گونه یک میشود. آنها مرکز در حفره تشکیل و ذرات سطح نانوذرات هوا در آهن نانوذرات اکسیداسیون از اکسیداسیونباعث ادامه میشود. تشکیل Fe/Fe 3 و شده Fe/Fe 3 پوسته-هسته واسط حد تشکیل تشکیل ۱۲( شکل )مطابق توخالی نانوذرات ادامه در بیشتری سرعت با فلزی آهن اینجا در میشوند. میشود منتشر بیرون سمت به اکسیژن به نسبت تماس سطح روی بر داخلی هسته بهجای Fe 3 و واکنش پیشرفت با میکند. تجمع فلزی اکسید تا بیرون به آهن اتمهای انتقال روند اکسیداسیون سبب و میکند پیدا ادامه آهن هسته کامل تخلیه از ]۲۸-۲۶[. میشود توخالی ساختارهای تشکیل باال بازده مانند مواردی به میتوان روش این مزایای کرد. اشاره ۱۰۰ درصد تقریبا خلوص و گالوانی جانشینی واکنش 2.۳.۲ آنهایی فداشونده قالبهای از دیگر ویژه گروه یک میدهند انجام واکنشجانشینیگالوانی هستندکه توخالی نانوساختارهای تهیه برای معموال روش این در میرود. بهکار گوناگون انواع و اشکال در فلزی )A( دیگر فلز نانوذرات با )B( فلز یک نمک اینجا امولسیون. قطرات با توخالی کروی Ni تشکیل مکانیسم ۸. شکل چندالیه. وزیکول کمک با چندالیه توخالی کروی Cu 2 O تشکیل مکانیسم 9. شکل گازی حبابهای 3.۲.۲ ساخت برای نرم قالب بهعنوان گاز حبابهای از است. شده استفاده توخالی ذرات از زیادی تعداد مراحل این دارد. مرحله سه فرایند این کلی بهطور زیر موارد شامل و شدهاند داده نشان ۱۱ شکل در گازی حبابهای و نانوذرات تشکیل 1 هستند: گاز- مشترک سطح روی بر نانوذرات تجمع 2 اطراف در متراکم پوستههای تشکیل 3 و مایع گازی. حبابهای درون به گاز یک دمیدن از کروی توخالی ذرات گازی حبابهای از میشود. تهیه پیشساز محلول اکسیدهای و توخالی کروی سولفیدهای تولید برای از گازی حبابهای میشود استفاده توخالی کروی میکروسکوپ تصاویر ۱۰. شکل کروی Cu 2 O از عبوری الکترونی سهالیه. توخالی پياپي شماره آذر 91 يازدهم سال 26

6 است. A بر B رسوب آن نتیجه و میدهند واکنش توخالی ساختارهای A فلز کامل مصرف از بعد بهدست کنترلشده شرایط تحت میتوان را B فلزی توخالی ساختارهای حفره اندازه و شکل آورد. میشود. تعیین A بهوسیله عمدتا بهدستآمده روی ذرات کمک با نیکل توخالی نانوساختارهای ]۲۹[. شدهاند ساخته گالوانی جانشینی واکنش با گازی. حبابهای کمک با توخالی کروی ذرات تشکیل مراحل ۱۱. شکل.Fe/Fe 3 نانوذرات از توخالی Fe 3 نانوذرات تشکیل ۱۲. شکل توخالی. کروی ذرات تشکیل برای استوالد فرایند مراحل ۱۳. شکل ساختنانوراتلهابهروشباالبهپایین 2. 3 بهدنبال و شده ساخته پوسته ابتدا روش این در مرحله دو در ۱۴(. )شکل میشود تشکیل هسته آن ات میشوند وارد پوسته درون به واکنشدهندهها نانوراتلهای بدهند. هسته تشکیل و داده واکنش هیدرازین با مس کاتیون احیای از سیلیکا-مس احیا چون میشود. تهیه سیلیکا پوسته درون حاوی که میگیرد انجام مس نیترات محلول از بیرون عمدتا مس ذرات است سیلیکا پوستههای چرخه تکرار با میشوند. تشکیل سیلیکا پوسته مس هسته میزان اشباعکردن-کاهش-جداسازی وجود با داد. افزایش میتوان را سیلیکا پوسته درون غالبا روش این که است تصور قابل بهسادگی این دارد. طوالنی مراحل و پایین بازده چون معایبی نانوراتلها ساخت در استوالد فرایند.3 3 مبتنی نانوراتلها ساخت برای دیگر مهم راهبرد فرایند از مختلف حالت دو است. استوالد فرایند بر است. شده ارائه ۱۵ شکل در استوالد راتل نوع توخالی ساختارهای 3 توخالی پوستههای به راتل نوع توخالی ساختارهای در بینابینی توخالی فضای و جامد هسته ذرات با دارد. اشاره آن میان ساختنانوراتلهابهروشپایینبهباال 1. 3 ساخت روش نانوراتلها ساخت روش آسانترین بهطور آن در پوسته و هسته که است باال به پایین این در میشود. ساخته خارج به داخل از منظم آن روی بر و شده ساخته هسته ذرات ابتدا روش ایجاد سیلیکا مثل موادی با الیهای پوشش یک سادهای روشهای بهوسیله معموال که میشود سپس میشود. حذف کلسینهکردن یا انحالل مثل اکسید یا پلیمر )مثال نظر مورد مواد از بیرونی الیه فضای گزینشی انحالل نهایت در و شده ایجاد فلز( الیهای میشود.فضای الیهایمنجربهتولیدنانوراتل معدنی مواد و پلیمر سیلیکا پلیاستیرن از میتواند اب نیز کپسولهشده چندهستهای نانوراتلهای باشد. میشود. ساخته روش این کروی توخالی نانوساختارهای ساخت.4 2 قالب از استفاده بدون جمله: از دارند معایبی قالب بر مبتنی روشهای بعضا و خستهکننده ساخت روشهای و باال هزینه و یکنواختی و اندازه کنترل دشواری پیچیده بهمنظورغلبهبراینمشکالت اخیرا ضخامتدیواره. ساختارهای تهیه برای قالب بدون روش تعدادی توخالیتوسعهیافتهاند. ترسیبالکتروشیمیایی ۱.۴.۲ ساخت در الکتروشیمیایی روشهای به امروزه در است. شده ویژهای توجه توخالی نانوساختارهای میتوان را دیواره ضخامت و ذرات اندازه روش این مثل الکتروشیمیایی پارامترهای تغییر با بهآسانی الکترودی رسوب زمان و دما ولتاژ جریان چگالی با توخالی کروی نیکل نانوساختارهای کرد. کنترل روش این بهوسیله سطح روی بر کوچکی حفرات به میتوان روش این مزایای از شدهاند. ساخته و اندازه آسان کنترل و ۹۹/۹ درصد باالی خلوص ]۳۰[. کرد اشاره دیواره ضخامت استوالد فرایند 2.۴.۲ و است خودبهخودی فرایندی استوالد فرایند توخالی ساختارهای ساخت در موفقیتآمیز بهطور کی میرود. بهکار مواد از گستردهای طیف در در استوالد فرایند برای پیشنهادشده ساده سازوکار نشاندادهشدهاست.براساساینفرایند شکل ۱۳ کروی جامدات سطح روی بر اولیه رسوب یک ابتدا متبلور اطراف( محلول با تماس اثر )در بیشکل یک به اولیه سطحی الیه زمان گذشت با میشود. میشود. تبدیل ترمودینامیکی پایدار خیلی شکل تمایل جامد کروی ذرات بیشکل هسته نتیجه در محرکه نیروی این که دارند انحالل برای شدیدی انحالل فرایند این در میکند. فراهم را استوالد نانوذرات اولیه نانوذرات قرارگیری نحوه به بسته ایجاد توخالی پوسته-هسته ذرات یا جامد کروی نیروی سطح انرژی کاهش کلی بهطور میشود. ذرات مجموعه یک درون در را استوالد محرکه میکند. فراهم حرارتی تجزیه 3.۴.۲ کروی ذرات تهیه برای فلزات پیشساز حرارتدادن از کروی ذرات مثال میشود. استفاده آنها توخالی حرارتی تجزیه از استفاده با نیکل اکسید توخالی درجه ۶۰۰ در توخالی کروی نیکل هیدروکسید ]۳۱[. میآید بهدست ساعت دو بهمدت سانتیگراد 27 پياپي شماره آذر 91 يازدهم سال

7 مقاالت Cu 2 O هشتوجهی بلورهای قالب بهوسیله که (α-fe 2 O 3 ) هماتیت از است. شده تهیه طیف با و انبوه مقیاس در بهآسانی میتواند بهطور شود ساخته اشکال و اندازه از وسیعی شده استفاده سخت قالب بهعنوان گسترده روی بر هیدروترمال روش به TiO 2 مثال است. ذرات تشکیل و داده رسوب هماتیت ذرات میدهد. مجزا TiO -هماتیت 2 پوسته-هسته در گزینشی بهطور هماتیت قالب سپس میشود حذف رقیق هیدروکلریک اسید محلول بهدست TiO 2 غیرکروی توخالی ذرات و سیلیکای قالب روی بر SnO 2 رسوب از میآید. دوجداره دوکیشکل SnO 2 میتوان بیضیشکل سیلیکای نانوقفس ۱۶(. )شکل آورد بهدست تکمرحلهای روش یک طریق از هشتوجهی میشود. ساخته پالتین سخت قالب کمک با میتوان را لولهایشکل توخالی نانوساختارهای مستقیم رشد روشهای از یک هر بهوسیله معدنی فلزات شیمیایی بخار رسوب رشد یا سطح روی بر SiC الیه یک ابتدا مثال ساخت. شیمیایی بخار رسوب طریق از ZnO قالب نانوساختارهای تشکیل و میشود داده رسوب مرحله در میدهد. ZnO-SiC پوسته-هسته محلول به پوسته-هسته نانوساختارهای بعد ZnO هسته تا میشود افزوده HCl رقیق توخالی نانوساختارهای آخر در و شود حذف ]۳۲[. بماند باقی SiC لولهایشکل نرم قالبهای از استفاده با ساخت 2 4. ساختارهای سنتز برای نرم قالبهای از استفاده مقاالت از محدودی تعداد در غیرکروی توخالی کنترلشده شرایط تحت است. شده گزارش روی بر مسطح سیلیکای توخالی ساختارهای برای سولوترمال روش از شدند. ساخته وزیکول ۴۰- اندازه با تکبلوری PbTe نانوجعبه ساخت میسل یک در که شد استفاده نانومتر ۱۸۰ توخالی نانومکعبهای گردید. تشکیل غیرکروی آب-روغن امولسیون سیستم یک در Cu 2 O طریق از پیلهایشکل سیلیس شدند. ساخته Co 3 نانومکعب ]۲۵[. شد ساخته وزیکول پایین. به باال روش با نانوراتلها ساخت مراحل ۱۴. شکل نانوراتلها. تهیه در استوالد فرایند از حالت دو ۱۵. شکل سخت قالبهای از استفاده با ساخت 1 4. از استفاده با غیرکروی توخالی ساختارهای است. تهیه قابل معدنی مواد یا پلیمرها قالب بیضیشکل ذرات به میتوان را پلیمری دانههای بیضیشکل پلیمری دانههای این از و داد تغییر TiO 2 توخالی ذرات ساخت برای قالب بهعنوان هشتوجهی توخالی پلیآنیلین کرد. استفاده دوجداره. دوکیشکل SnO 2 ۱۶. شکل غیرکروی توخالی نانوساختارهای 4 بهطورکلی روشهایساختساختارهایتوخالی غیرکروی توخالی ساختارهای ساخت برای کروی بهدلیل غیرکروی اشکال ساخت نمیشود. اعمال اطراف در یکنواخت پوشش یک تهیه در دشواری برای غیرکروی قالبهای کمبود و متنوع سطوح است. مواجه چالش با آنها ساخت متقارن استوالد الف( نانوراتلها ساخت در نامتقارن استوالد ب( نانوراتلها ساخت در.Au/Ag آلیاژ سهجداره نانولوله و Au/Ag آلیاژ دوجداره نانولوله Au/Ag آلیاژ تکجداره نانولوله Ag نانوسیم چپ: به راست از ۱۷. شکل است. نانومتر ۱۰۰ است نشده مشخص كه مواردي در مقياس پياپي شماره آذر 91 يازدهم سال 28

8 1. Plasmonic materials 2. rattle 1. K. Chen, S. Sun, Nano Today 5 (2010) G. Chen, D. Xia, Z. Nie, Z. Wang, L. Wang, L. Zhang, G. Zhang, Chem. Mater. 19 (2007) Sh. Guo, Sh. Dong, E. Wang, J. Phys. Chem. C 113 (2009) K. Zhong, P. Jin, Q. Chen, J. Nanomater. (2006) J. Zhou, H. Song, X. Chen, L. Zhi, Sh. Yang, J. Huo, W. Yang, Chem. Mater. 21 (2009) Y. Liu, Y. Chu, Y. Zhuo, L. Dong, M. Li, Adv. Fanct. Mater. 17 (2007) R. Nakamura, H. Nakajima, Struct. Mater. (2010) F. Caruso, R.A. Caruso, H. Mohwald, Science (1998) Z. Dai, L. Dahne, H. Mohwald, B. Tiersch, Angew. Chem. 41 (2002) Y. Wang, W.J. Tseng, J. Am. Ceram. Soc. 92 (2009) S S.W. Kim, M. Kim, W.X. Lee, T. Hyeon, J. Am. Chem. Soc. 124 (2002) W. Xing, Sh. Zhuo, X. Gao, Mater. Lett. 63 (2009) A. Imhof, Langmuir 17 (2001) J. Etzkorn, H.A. Therese, F. Rocker, N. Zink, U. Kolb, W. Tremel, Adv. Mater. 17 (2005) J.H. Lee, Sens. Actuat. B 140 (2009) Y. Ma, L. Qi, J. Colloid Interf. Sci. 335 (2009) D. Zhang, Zh. Tong, Sh. Li, X. Zhang, A. Ying, Mater. Lett. 62 (2008) A.M. Collins, Ch. Spickermann, S. Mann, J. Mater. Chem. 113 (2003) J. Bao, Y. Liang, L. Xu, L. Si, Adv. Mater. 15 (2003) Q. Zhao, Y. Gao, X. Bai, Ch. Wn, Y. Xie, Eur. J. Inorg. Chem. (2006) Q. Liu, H. Liu, M. Han, J. Zha, Y. Liang, Z. Xu, Y. Song, Adv. Mater. 17 (2005) Y. Zhang, G. Li, B. Zhang, L. 3. Sacrificial template 4. Kirkendall effect سولوترمال و هیدروترمال روش دو ترکیب با توخالی نانوساختارهای ]۳۳[. شد ساخته گازی حباب بهوسیله پیلهایشکل مس اکسید اکسید ]۳۴[. شدند ساخته انبوه مقیاس در هشتوجهی ساختار با تکبلوری توخالی نیکل که است شده ساخته کربوترمال روش طریق از دیگر اکسید ساخت برای میتوان را راهبرد این ]۳۵[. برد بهکار نیز فلزات پينوشتها: منابع: Liang, Mater. Lett. 58 (2004) H. Xu, W. Wang, Angew. Chem. 46 (2007) X. Zhang, D. Li, Angew. Chem. 45 (2006) X. Lou, L. Archer, Z. Yang, Adv. Mater. 20 (2008) Sh. Peng, Sh. Sun, Angew. Chem. 46 (2007) A. Cabot, V. Puntes, E. Shevchenko, Y. Yin, L. Balcells, M. Marcus, S.A. Hughes, A.P. Alivisatos, J. Am. Chem. Soc. 129 (2007) K. An, T. Hyeon, Nano Today 4 (2009) N. Sattarahmady, H. Heli, A.A. Moosavi-Movahedid, Biosens. Bioelectron. 25 (2010) G.R. Li, L.G. Kay, G.K. Liu, Y.X. Tong, J. Phys. Chem. B 109 (2005) Y. Wang, Q. Zhu, H. Zhong, Chem. Commum. (2005) J. Zhou, J. Liu, R. Yang, Ch. Lao, P. Gao, R. Tummala, N.S. Xa, Z.L. Wang, Small 11 (2006) J. Hu, Z. Wen, Q. Wang, X. Yao, Q. Zhang, J. Zhou, J. Li, J. Phys. Chem. B 110 (2006) C. Deng, H. Hu, W. Zhu, C. Han, G. Shao, Mater. Lett. 65 (2011) X. Wang, L. Yu, P. Hu, F. Yan, Crys. Growth Des. 12 (2007) H.J. Fun, U. Gosele, M. Zacharias, Small 10 (2007) H.J. Fan, M. Kenz, R. Scholz, D. Hesse, K. Nielsch, M. Zancharias, U. Gosele, Nano Lett. 4 (2007) H.J. Fan, M. Kenz, R. Scholz, K. Nielsch, E. Pippel, D. Hesse, M. Zacharias, U. Gosele, Nature Mater. 5 (2006) X. Lu, H. Tuan, J. Chen, Z. Li, B. Korgel, Y. Xia, J. Am. Chem. Soc. 129 (2007) Y. Sun, Y. Xia, J. Am. Chem. Soc. 126 (2004) Y. Sun, Y. Xia, Adv. Mater. 16 (2004) J. Chen, B.J. Wiley, Y. Xia, Langmuir 23 (2007) فداشونده قالبهای از استفاده 3 4. یکی غیرکروی اشکال با فداشونده قالبهای ذرات ساخت برای متنوع مسیرهای از دیگر غیرکروی مس سولفید است. غیرکروی توخالی پوستههای با گلمانند( و هشتوجهی )مکعبی بهخوبی فداشونده قالبهای طریق از تکبلوری است. شده ساخته اثر بهوسیله نانولولهها و Cu 2 O نانوقفس طیف ]۳۸-۳۶[. میگردد تشکیل کرکندال چندوجهی فلزی نانوجعبههای از گستردهای نانوبلور بین گالوانی جانشینی واکنش بهوسیله است گردیده تهیه نجیب فلزات نمک و Ag و Pd توخالی نانوساختارهای انواع ۴۰[. و ]۳۹ گالوانی جانشینی واکنشهای طریق از Au و Pt شدهاند. تهیه Ag مکعبی نانوبلورهای با بین گالوانی جانشینی واکنش از استفاده با میتوان فلزی یونهای انواع و نقره نانوسیم ار فلزات از چنددیواره و تکدیواره نانولولههای و ضخامت ترکیب کرد. تولید انبوه مقیاس در نانوسیم ابتدا است. کنترل قابل دیوارهها تعداد محلول سپس و میشود ساخته پنجضلعی نقره واکنش بهسرعت میشود. افزوده HAuCl 4 نانوسیم سطوح روی بر گالوانی جانشینی تشکیل لولهای پوشش یک و شده انجام نقره از نازکی الیه با حاصله نانولولههای میشود. شده داده پوشش فلزی آبکاری بهوسیله نقره یکدیواره گالوانی جانشینی واکنش تکرار با و نانولوله تولید به منجر و تشکیل جدید لولهای تعداد با هممحور نانولولههای میشود. دوجداره واکنش مراحل تکرار با میتوان را بیشتر جداره ]۴۱ آورد بهدست ۱۷( )شکل گالوانی جانشینی ۴۲[. و نتیجهگیری 5 ویژگیهای توخالی نانوساختارهای دارند شیمیایی و فیزیکی منحصربهفرد است. آنها ویژه ساختار از ناشی که فراوانی کاربردهای توخالی نانوساختارهای باتریهای هدفمند دارورسانی پزشکی در و حسگرها در سیگنال مبدلهای لیتیمی دارند. غیره و میکرورآکتورها زیستحسگرها ساخت به که است شده باعث عوامل این و شود فراوانی توجه توخالی نانوساختارهای برای متنوعی روشهای گسترش به توجه این است. انجامیده توخالی نانوساختارهای ساخت 29 پياپي شماره آذر 91 يازدهم سال