جداسازی مولکولی نانو لوله های فلزی نیمه هادی SWCNT و  SWCNTs (بر پایه دکترای نانو _ میکرو الکترونیک) (دکترای آموزشی _ پژوهشی)

پژوهشگر و نویسنده: دکتر (  افشین رشید )


نکته : در جداسازی نانو لوله های SWCNTs و SWCNT تکنیک هایی که از همه بیشتر استفاده میشوند، کروماتوگرافی مایع ، الکترو فورز  یا دیالکترو فورز ، سانتریفوژ و سانتریفوژ گرادیان چگالی  (DGC)  هستند. 

جداسازی نانو لوله های فلزی نیمه هادی بیشتر  با روش منجمد کردن و فشار دادن انجام میگیرد . به این روش که (ژل آگاروز) منجمد شده حاوی SWCNTs  متفرق شده با SDS است که با دست پیچانده و فشار داده شده است.

جدا سازی مولکولی نانو لوله ها به روش کروماتوگرافی

کروماتوگرافی مایع یک روش جداسازی است که در صنایع و آزمایشگاه های شیمی و بیوشیمی بسیار استفاده میشود. با استفاده از DNA ،سه نوع کروماتوگرافی برای جداسازی SWCNTs انجام میگردد:

 کروماتوگرافی نفوذژل(GPC(20 ؛ کروماتوگرافی تعویض یون (IEX(19 ؛  کروماتوگرافی براساس اندازه (SEC(18

با استفاده از SEC جداسازی نانو لوله بر اساس طول به خوبی انجام میشود. GPC هم میتواند برای دسته بندی SWCNTs بر اساس طول استفاده  گردد. IEX بیشتر برای نانو لوله های پیچیده شده با DNA به کار میرود و برای جداسازی SWCNTs فلزی و نیمه هادی مناسب است. با ترکیب روشهای IEX  و SEC ، جداسازی بر اساس طول نانولوله ها دقیقتر انجام میگردد. نتایج جداسازی SWCNT-DNA با IEX بسیار جالب است و افزایش مقیاس هم مشکلی ندارد. اشکال این روش قیمت بالای DNA ویژه با خلوص بالا و نیز طول عمر محدود ستونهای IEX است.

جدا سازی مولکولی نانو لوله ها به روش سانتریفوژ 

سانتریفوژ براساس ضرایب رسوب دهی نانو لوله در سوسپانسیون است. ضریب رسوب دهی بستگی به چگالی و وزن مولکولی دارد. برهمکنش مولکول های مهمان با SWCNTs ویژه، موجب تشدید پایداری برخی از SWCNTs در سوسپانسیون میشود. در این حالت با یک روش ساده ی سانتریفوژ میتوان گروهی از نانو لوله ها را استخراج نمود. سانتریفوژ گرادیان چگالی (DGC) بازده جداسازی را افزایش میدهد در بیشتر موارد نشان داده شده است که در DGC گرادیان چگالی در لوله ی سانتریفوژ به صورت لایه های مجاور هم تشکیل میشود ، در حالی که سانتریفوژ فقط دو چگالی متفاوت یعنی رسوب و مادهی محلول دارد. با استفاده از DGC ،جداسازی SWCNTs علاوه بر نوع قطر و طول، براساس اختلاف ساختار الکتریکی نیز امکانپذیر است. با این روش، لایه های متعدد سوسپانسیون با رنگ های متفاوت و جمعیت متفاوت از نانو لوله ها به دست میآید. روش DGC ارزان قیمت و افزایش مقیاس آن راحت است. 

جدا سازی مولکولی نانو لوله ها به روش ژل

الکتروفورز ، ماکرو مولکول ها را بر اساس تحرکشان در یک ژل ، لوله موئین یا محلول تحت تأثیر جریان مستقیم را دسته بندی میکند. . SWCNTs نوع خاصی از ماکرو مولکول ها هستند که میتوانند با تکنیک الکتروفورز جدا شوند. الکتروفورز معمولی، الکتروفورز در لوله ی موئین و ژل الکتروفورز مورد بررسی قرار گرفته اند. الکتروفورز در لوله موئین موجب دسته بندی بر اساس اندازه و باردار نمودن SWCNTs باعث تفکیک کلی آنها بر اساس ساختار الکتریکی با استفاده از الکتروفورز معمولی میگردد. ژل الکتروفورز موجب دسته بندی بر اساس طول و قطر میشود. در این روش ، یک قطعه ژل آگارز حاوی SWCNTs و SDS منجمد شده، پیچانده سپس فشار داده میشود. به این روش ساده، محلول حاوی SWCNTs فلزی با خلوص 70 درصد و ژل حاوی SWCNTs نیمه هادی با خلوص 95 درصد به دست میآید. با این تکنیک جداسازی بر پایه ی ژل، میتوان تولید صنعتی SWCNTs فلزی و نیمه هادی را انجام داد. در این روش اگر فرآیند جداسازی تکرار شود، خلوص نمونه ها بالاتر میرود. به دلیل سادگی دستگاه، فرآیندهای جداسازی بر پایه ی ژل میتواند به صورت پیوسته انجام گیرد که این عمل باعث افزایش خلوص نمونه ها ، در نهایت افزایش بازده میگردد. 

پژوهشگر و نویسنده: دکتر (  افشین رشید )