امواج فرابنفش

اشعه فرابنفش محدوده ای از طیف نور خورشید را شامل می شود که پس از عبور از مسیری به طول میلیون ها کیلومتر به سطح زمین می رسد. البته جو زمین همچون یک سپر محافظ عمل کرده و شدت این اشعه را تا حدودی کاهش می دهد.

در این مسیر عوامل دیگری ازجمله ابرها و ذرات گرد و غبار نیز می تواند شدت تابش امواج را کاهش دهد، اما در نهایت همه ساکنان زمین به ناچار در معرض پرتوهای مضر این اشعه هستند و اشعه فرابنفش همواره تهدیدی برای بشر بوده است. این امواج با توجه به انرژی بالایی که دارد می تواند اثرات مخربی بر حیات اعمال کند و سلامت انسان را در معرض خطر قرار دهد. گروهی از محققان دانشگاه شهید رجایی در انجام یک طرح تحقیقاتی با هدف تولید نانوساختارهایی از اکسیدهای فلزی به نتایج جالب توجهی درباره ویژگی های این نانوساختارها در جذب امواج فرابنفش دست یافته اند. با توجه به این که نفوذ پرتوهای فرابنفش در پوست زمینه ساز ابتلا به سرطان های پوستی است استفاده از نانوساختارهای جاذب پرتوهای مضر فرابنفش نقش بسیار مهمی در بهبود سلامت افراد خواهد داشت. از سوی دیگر به دام انداختن این ذرات می تواند کارایی صفحات خورشیدی را به میزان قابل توجهی افزایش دهد.

از کرم های ضدآفتاب تا صفحات خورشیدی

دکتر مریم صباغان، عضو هیات علمی دانشگاه شهید رجایی و مجری این طرح تحقیقاتی درباره ویژگی های این طرح این طور توضیح می دهد: ما با استفاده از روشی که نسبتا ساده و کم هزینه است نانوساختارهای دوبعدی اکسید روی را در محیط یون مایع ایجاد کرده ایم. ویژگی منحصربه فرد این نانوساختارها این است که زیست سازگار بوده و تهدیدی علیه محیط زیست نخواهد بود. ویژگی که شاید در بسیاری از روش های مشابه وجود نداشته باشد.

وی با اشاره به کاربردهای مختلفی که این نانوساختارها می تواند داشته باشد، می افزاید: یکی از کاربردهای این ساختارهای فلزی استفاده از آنها در صنایع آرایشی ـ بهداشتی یا به عبارتی در حوزه پزشکی است. این ذرات می توانند اشعه مضر فرا بنفش خورشید را به دام بیندازند و به عنوان یک سپر حفاظتی در برابر تابش نور خورشید عمل کنند. با توجه به این ویژگی می توان از این ذرات در ساخت و تولید پمادهای سوختگی و همچنین کرم های ضدآفتاب استفاده کرد. یکی دیگر از کاربردهای نانوساختارهای اکسید روی استفاده از آن در ساخت سلول های خورشیدی است. علاوه بر این می توان از نانوساختارهای اکسید روی به عنوان حسگر گازهای منواکسیدکربن، آمونیاک، ازت و هیدروژن در ساخت فتوکاتالیست هایی که در حذف گازهای آلاینده محیط کاربرد دارد هم استفاده کرد.

فرآیندی که سبز است

استفاده از مایعات یونی یا به عبارتی محیط یون مایع به عنوان قالب یا بستر ایجاد نانوساختارهای فلزی در این فرآیند یک روش سبز و دوستدار محیط زیست است و هیچ گونه آلودگی به جای نمی گذارد. صباغان در ادامه این طور توضیح می دهد: ما در این تحقیقات متوجه شدیم اگر نانوساختارهای اکسید روی در محیط یون مایع شکل ساختاری متفاوتی به خود بگیرند از خواص نوری متفاوتی برخوردار می شوند. از آنجا که در این روش نانوساختارهای فلزی در مدت زمان بسیار کوتاهی در حدود نیم ساعت تولید می شوند انرژی مصرفی مورد نیاز در این فرآیند کاهش می یابد و این در حالی است که در مقابل بازده تولید به میزان قابل توجهی افزایش پیدا می کند و فرآیند تولید بسیار کم هزینه تر خواهد شد. در این طرح تحقیقاتی که بخشی از یک طرح جامع است نانواکسید های فلزی با ساختارهای متفاوت مورد بررسی قرار گرفته و کارایی آنها در ساخت صفحات خورشیدی مقایسه می شود.

به گفته صباغان، یون مایع ها محیط هایی ایجاد می کنند که می توان در این محیط ترکیبات اکسید فلزی را تولید کرد. از آنجا که محیط های یون مایع قالب هایی سبز هستند و هیچ مشکلی را برای محیط زیست ایجاد نمی کنند به عنوان یکی از بهترین محیط ها برای تولید نانوساختارهای فلزی به شمار می آیند. در محیط های یون مایع می توان ساختارهای مختلفی از ترکیبات اکسید فلزی تهیه کرد. این ساختارها می تواند کاربردهای مختلفی داشته باشد مثلا از نوعی از این ساختارها می توان در سلول های خورشیدی استفاده کرد که یکی از کاربردهای مهم نانوساختارهای فلزی است. با توجه به خواص اکسیدی که بعضی از این ترکیبات پیدا می کنند و همچنین ساختارهای متفاوتی که دارند کاربرد آنها هم می تواند متنوع باشد.

صباغان با اشاره به نتایج به دست آمده در این تحقیقات می گوید: علاوه بر این من در این تحقیقات متوجه شده ام گذشته از تغییراتی که در ساختار و اندازه آنها تحت تاثیر محیط ایجاد می شود، در یون مایع ها که به عنوان قالب از آنها استفاده می شود نیز تغییراتی ایجاد می شود که شکاف انرژی را تغییر می دهد البته هنوز علت ایجاد چنین تغییراتی در یون مایع مشخص نشده و باید تحقیقات بیشتری در این زمینه انجام شود تا بتوان عامل اصلی بروز چنین تغییراتی را شناسایی کرده و آن را تحت کنترل قرار داد.

توجه به بایدها و نبایدهای ایمنی ضروری است

البته باید توجه داشت این نخستین بار نیست که تغییرات ایجاد شده در نانوساختارهای فلزی مورد توجه قرار می گیرد و درباره آن تحقیق می شود، پیش از این نیز این ساختارها به دست آمده و محققان دیگری نیز در این زمینه تحقیق کرده و به یافته های مشابهی در این زمینه دست یافته اند، اما به گفته مجری این طرح تحقیقاتی آنچه در این تحقیقات جالب بوده این که این ساختارها شکاف انرژی را به میزان قابل توجهی کاهش می دهد. حقیقت این است که هنوز دلایل این ویژگی هم به طور منطقی شناخته نشده است، اما وقتی شکاف انرژی کم باشد انتقال از تراز پایین انرژی به تراز بالاتر راحت تر انجام می شود و در سطوح پایین تر انرژی این انتقال براحتی امکان پذیر است و بر این اساس انرژی مورد نیاز برای تولید این ساختارهای فلزی کاهش پیدا می کند. ما این کار را در مورد اکسیدهای مس هم انجام داده ایم. نانوساختارهای اکسید مس هم جاذب قوی امواج فرابنفش هم ناحیه فرابنفش است و هم می تواند امواج مرئی را جذب کند. بدون تردید یکی از مهم ترین کاربردهای اکسیدهای فلزی تولید شده در محیط یون مایع، ساخت سلول های خورشیدی است که با استفاده از این نانوساختارها جذب این سلول ها به میزان چشمگیری افزایش خواهد یافت. ویژگی منحصربه فرد این کار تحقیقاتی این است که روش و قالب یا همان یون مایعی که ما از آن استفاده کرده ایم سبز است و هیچ پیامدی برای محیط زیست به همراه ندارد.

صباغان با اشاره به ضرورت توجه به جنبه های ایمنی در کاربرد این نانوساختارها می گوید: وقتی اندازه ذرات تغییر می کند خواص آنها هم تغییر می کند. پمادهای سوختگی و کرم های ضدآفتاب در تماس مستقیم با سطح پوست هستند و بنابراین ورود این ذرات به پوست می تواند سلامت بدن را تحت تاثیر قرار دهد. بنابراین باید این موارد آزمون های ایمنی را هم با موفقیت پشت سر بگذارد تا بتوان در صنایع غذایی یا صنایع آرایشی بهداشتی از این نانوساختارها استفاده کرد. در این مرحله این مواد فقط سنتز شده و تاکنون مطالعاتی به منظور بررسی ایمنی روی آنها انجام نشده است. در زمینه استفاده از نانوذرات در صنایع غذایی و آرایشی و بهداشتی نظرات متفاوت و متعددی وجود دارد و هنوز باید ها و نبایدهای این کار در سطح دنیا درحال تحقیق و بررسی است.