نقره

یکی از فلزات گرانبهای پوسته زمین است. مردم از نقره بیشتر برای ساخت جواهرات و کارهای هنری از هزاران سال پیش تا کنون استفاده می کردند.

نقره در جدول تناوبی در دسته فلزات واسطه است و با نماد Ag که بر گرفته از کلمه یونانی “Argentum” است، نشان داده می شود. عدد اتمی آن ۴۷ و دارای وزن اتمی ۸۷/۱۰۷ است. نقره دارای ساختار کریستالی مکعبی وجوه مرکز پر (FCC) با پارامتر شبکه nm ۴۰۹/۰ است [۱, ۲]. نقره، درخشان، نرم، خیلی شکل پذیر و چکش خوار است. نقره بیشترین هدایت الکتریکی را در بین تمامی فلزات دارد اما به علت گران قیمت بودن، در مصارف الکتریکی خیلی به کار نمی رود. نقره از نظر شیمیایی فلز فعالی نیست البته با اسید نیتریک و اسید سولفوریک غلیظ و با دمای بالا واکنش می دهد. نقره و همچنین طلا کمتر از مس میل ترکیبی با اکسیژن دارند و به همین دلیل اکسید نقره از نظر حرارتی تقریبا ناپایدار است [۳].

۲- خواص

نانو ذرات نقره خواص حرارتی، الکتریکی و نوری عالی و همچنین قابلیت مقابله با ویروس، باکتری و قارچ را دارند که این خواص باعث شده در گستره وسیعی از کاربردها از جمله اپتوالکترونیک، پراش بهبود یافته رامان، کاتالیزورها، بهبود تابش فلوئورسانس، طیف سنجی و پزشکی مورد استفاده قرار گیرد. باید به این نکته توجه داشت که بیشتر خواص و به ویژه کاربردهای نقره برای عملکرد و بازده مطلوب، نیازمند شکل و ابعاد مشخصی از نانو ذرات هستند [۷].

۲- ۱- خواص الکتریکی و حرارتی

نقره به علت دارا بودن تعداد الکترون های آزاد زیاد در ساختارش نسبت به سایر فلزات، هدایت عالی دارد. زمانی که نقره در ابعاد نانو متری است، هدایت بالاتری می توان از آن گرفت. به عنوان مثال می توان با استفاده از مسیرهای باریک تر به هدایت الکتریکی بالاتری در بردهای الکترونیکی دست یافت [۸].

۲- ۲- خواص نوری

رنگ های محلول های نقره ناشی از رزونانس پلاسمای سطحی[۱] است. در نقره، باند هدایت و ظرفیت بسیار نزدیک به یکدیگر است که باعث می شود الکترون آزادانه حرکت کند. زمانی که نانو ذرات نقره در معرض طول موج مشخصی از نور قرار می گیرند، نوسان میدان الکترومغناطیسی نور، یک مجموجه نوسان هم سیما با الکترون های آزاد ایجاد می کند. این امر باعث جدایش بار و تشکیل دو قطبی در جهت میدان الکتریکی نور می شود. افزایش نوسانات تا رسیدن به حداکثر در یک فرکانس مشخص، رزونانس پلاسمای سطحی نامیده می شود [۹].

خواص جذب و پراش نانو ذرات نقره می تواند با کنترل اندازه و شکل ذرات تغییر کند. برای مثال نانو ذرات کوچ تر نور بیشتری را جذب می کنند و پیکی در نزدیکی nm ۴۰۰ دارند در حالی که نانو ذرات بزرگ تر پراش بیشتری نشان می دهند و پیک هایی با پهنای بیشتر و با طول موج بالاتری دارند. علاوه بر این، خواص نوری نانو ذرات نقره همچنین می تواند با تجمع ذرات تغییر کند و الکترون های آزاد نزدیک سطح هر ذره جابجا شوند [۱۰].

بر طبق مطالعات مندیس و همکاران [۷]، کلوئيد نانو ذرات کروی نقره با ابعاد nm ۱۰-۳۰ زرد رنگ، nm ۵ بنفش رنگ، بیشتر ذرات nm ۱۰ و با کمی ذرات درشت تر نارنجی رنگ، گستره ای از ذرات تا اندازه nm ۶۵ سبز رنگ و nm ۱۸ قرمز رنگ دیده می شود.

۳- ۲- آنتی باکتریال

تاثیرات ضد باکتریایی نانو ذرات نقره برای کنترل رشد باکتری ها در کاربردهای زیادی مثل کارهای دندانی، جراحی ها، درمان زخم ها و سوختگی ها و وسایل زیست پزشکی استفاده شده است. یون ها و ترکیبات نقره برای میکروارگانیسم ها کاملا سمی هستند. وارد کردن نانو ذرات نقره در سلول های باکتری قادر به ایجاد تغییرات زیادی در ساختار و مورفولوژی و در نتیجه مرگ سلول می شود [۱۲]. محققین نشان داده اند که تاثیر ضد باکتریایی نانو ذرات نقره بیشتر به علت آزاد شدن مدام یون های آزاد نقره از نانو ذرات است. ابعاد نانو ذرات، فعالیت ضد باکتری آنها را تحت تاثیر قرار می دهد. بر این اساس، نانو ذرات نقره با ابعاد زیر nm ۱۰ اثر ضد باکتری کمتری نسبت به ذرات nm ۴۰-۶۰ با بهترین اثر ضد باکتریایی، دارند [۱۳, ۱۴]. شکل ۴ تاثیر آنتی باکتریال و منطقه اثر نانو ذرات کروی نقره نشان می دهد [۱۵].

۳- کاربردها

۳- ۱- سنسورها

نانو ذرات نقره پایدار شده برای حسگرهای نور سنجی بیشترین مطالعه در سال های اخیر را به خود اختصاص داده که بر طبیعت برهمکنش پایدار کننده و نقره و تاثیر آنبر تشکیل نانو ذره تمرکز شده است. علاوه بر این، بازدهی حسگرهای فلوئورسنس با پایه نانو ذرات نقره بسیار زیاد و قادر به غلبه بر محدودیت های تشخیص است [۱۶].

۳- ۲- پروب های نوری

نانو ذرات نقره به طور گسترده ای به عنوان پروب های پراش بهبود یافته رامان[۱] و فلوئورسنس[۲] استفاده می شود. در مقایسه با سایر فلزات نجیب، نانو ذرات نقره مزایای بیشتری برای پروب دارد مثل: ضریب انقباض بالاتر، باندهای انقباض تیزتر و بهبود سطحی بالاتر [۱۷].

۳- ۳- عامل آنتی باکتریال

نانو ذرات نقره بیشترین نانو ذره استریل کننده مورد استفاده در محصولات مصرفی و پزشکی مثل پارچه ها، بسته های نگهداری مواد غذایی، سطوح یخچال ها و محصولات مراقبت شخصی است [۱۸].

۳- ۴- کاتالیزور

خاصیت کاتالیزوری نانو ذرات نقره در واکنش های اکسایش/کاهش برای عوامل بیولوژیکی مثل رنگ ها و همچنین عوامل شیمیایی مثل بنزن است. محیط شیمیایی نانو ذرات، نقش مهمی در خواص کاتالیزوری آنها ایفا می کند. به علاوه، کاتالیزهای پیچیده با جذب اجزای واکنش دهنده روی سطح کاتالیزور رخ می دهد. زمانی که پلیکرها، لگاندهای پیچیده، یا مواد فعال سطحی به عنوان پایدار کننده یا برای جلوگیری از چسبیدن نانو ذرات به هم استفاده می شود، قابلیت کاتالیزوری معمولا به علت کاهش قابلیت جذب، کاهش می یابد. نانو ذرات نقره به همراه دی اکسید تیتانیم، بیشترین استفاده را به عنوان کاتالیزور واکنش های شیمیایی دارد [۱۹].

۳- ۵- جوهرها و پوشش های رسانا

با توجه به به صرفه و دوستدار محیط زیست بودن فرایند تولید و خواص منحصر به فرد مثل سبک بودن، خمش پذیری و تاپذیری، الکترونیک های پرینت شده توجه بسیاری در زمینه های مختلف مثل الکترودهای منعطف، پیوند دهنده های دمای پایین، رشته های سلول خورشیدی، برچسب های تشخیص فرکانس رادیویی[۳]، ترانسیستورهای فیلم نازک و دیودهای نوری[۴] جلب کرده است. بیشتر جوهرهای رسانا بر اساس نانو ذرات نقره به علت هدایت الکتریکی عالی و مقاومت به خوردگی خوب آنها هستند [۲۰].