نانوذرات فلزی مانند طلا و نقره به دلیل خواص نوری، الکتریکی و مغناطیسی خاص، در بسیاری از فعالیت‌های تحقیقاتی و صنعتی کاربرد دارند. از میان ویژگی‌های مختلف نانوذرات فلزی، خواص نوری آنها بیشتر مورد توجه قرار گرفته است. این ویژگی‌ها به پدیده‌ای به نام تشدید پلاسمون سطحی مربوط می‌شود که امکان تعیین رنگ نانوذرات را بر اساس اندازه، شکل و گروه‌های سطحی فراهم می‌کند. این نانوذرات علاوه بر خواص نوری، در زمینه‌هایی همچون رسانایی الکتریکی و حرارتی، سنسورها، آشکارسازهای نوری و الکتروشیمیایی، مواد آنتی‌باکتریال، سوپرپارامغناطیس، افزودنی‌های رنگی به شیشه‌ها و کاتالیزورها نیز کاربرد دارند. نانوذرات فلزی مانند طلا، نقره، مس و آلومینیوم با توجه به ویژگی‌های منحصربه‌فردشان، توانسته‌اند تحولات مثبتی در زمینه‌های مختلف ایجاد کنند. یکی از مهم‌ترین خواص نانوذرات فلزی، ویژگی نوری آنهاست که از پدیده تشدید پلاسمونیک سطحی ناشی می‌شود.
پدیده تشدید پلاسمونیک سطحی در نانوذرات فلزی به دلیل حرکت آزاد الکترون‌های سطحی در فلزات رخ می‌دهد. این حرکت الکترون‌ها منجر به خواصی مانند رسانایی بالا می‌شود. در نانوذرات فلزی، به دلیل نسبت سطح به حجم بالا، نوسانات الکترون‌های سطحی به شکلی منظم و هم‌دوس حرکت می‌کنند. این تشدید پلاسمونیک سطحی در نانوذراتی مانند طلا و نقره در محدوده فرکانس نور مرئی دیده می‌شود و باعث ایجاد رنگ‌های خاص بر اساس اندازه و شکل نانوذرات می‌گردد. به عنوان مثال، اگر نور سفید به این نانوذرات بتابد و طول موج‌های قرمز و نارنجی جذب شوند، نانوذرات به رنگ آبی دیده خواهند شد. این خاصیت نوری به همراه دیگر ویژگی‌ها، نانوذرات فلزی را در بسیاری از صنایع و تحقیقات به یک انتخاب مناسب تبدیل کرده است.
توسعه آشکارسازهای مبتنی بر نانوذرات فلزی به دلیل قابلیت تغییر رنگ آنها در اثر تغییر اندازه، کاربردهای گسترده‌ای یافته است. یکی از نمونه‌های برجسته این فناوری، تشخیص ملامین در شیر است که فرآیندی زمان‌بر و پرهزینه به شمار می‌آید. با استفاده از نانوذرات کلویید طلا، می‌توان حضور ملامین را به سرعت و بدون نیاز به تجهیزات پیچیده مشخص کرد.
در این روش، نانوذرات طلا با سیانوریک اسید عامل‌دار می‌شوند. این نانوذرات به رنگ قرمز هستند و سپس به شیر افزوده می‌شوند. اگر ملامینی در شیر وجود نداشته باشد، رنگ نانوذرات طلا قرمز باقی می‌ماند. اما در صورت وجود ملامین، پیوند هیدروژنی بین ملامین و سیانوریک اسید باعث به هم پیوستن نانوذرات طلا می‌شود. این به هم چسبیدن باعث افزایش اندازه نانوذرات و در نتیجه تغییر رنگ آنها می‌گردد. در نهایت، تغییر رنگ از قرمز به مشکی نشان‌دهنده وجود ملامین در شیر است. این روش به عنوان یک ابزار ساده و کارآمد برای تشخیص ملامین در محصولات لبنی محسوب می‌شود.
فلزات به‌طور کلی دارای رسانایی الکتریکی و حرارتی بالایی هستند و این ویژگی در ابعاد نانو نیز به‌ویژه در نانومواد یک‌بعدی با قطرهای خاصی، به‌طور قابل توجهی افزایش می‌یابد. این افزایش رسانایی می‌تواند نسبت به حالت بالک آنها بسیار قابل‌توجه باشد، هرچند در برخی موارد ممکن است شاهد کاهش رسانایی نیز باشیم. از جمله مواد نانویی با رسانایی بالا می‌توان به نانوسیم‌های نقره اشاره کرد.
خواص آنتی‌باکتریالی
نانوذرات فلزی، به ویژه نقره، دارای قدرت آنتی‌باکتریالی بسیار قوی هستند و می‌توانند باکتری‌ها و سایر میکروارگانیسم‌ها را از بین ببرند. این خاصیت به دو مکانیزم مختلف بستگی دارد که در بخش کاربردها به‌طور مفصل توضیح داده خواهد شد.
با این حال، نکته مهمی که باید مدنظر قرار گیرد، ایمنی نانوذرات نقره است. این نانوذرات می‌توانند برای بدن انسان و سایر موجودات زنده مضر باشند و به سلول‌ها آسیب برسانند. بنابراین، استفاده از این نانوذرات در بسیاری از کاربردها نیاز به تدابیر ایمنی خاص دارد و این موضوع محدودیت‌هایی را برای استفاده از آنها ایجاد کرده است.
کاربردهای مغناطیسی نانوذرات فلزی
نانوذرات فلزی به دلیل نسبت سطح به حجم بالا و وجود پیوندهای شکسته‌شده فراوان در سطح خود، خاصیت مغناطیسی از خود نشان می‌دهند. در حالی که بسیاری از این نانوذرات در حالت بالک، خاصیت مغناطیسی ندارند، در حالت نانو به دلیل عدم جفت‌شدگی اسپین‌های الکترونی در پیوندهای شکسته‌شده، می‌توانند خاصیت مغناطیسی پیدا کنند. همچنین، در نانوذرات فلزی با رسیدن به اندازه‌های بحرانی، می‌توان به حالت سوپرپارامغناطیس دست یافت. جزئیات بیشتر در مورد سوپرپارامغناطیس در بخش خواص مغناطیسی ارائه خواهد شد.
نانوکاتالیزورها
نانوذرات فلزی به‌عنوان کاتالیزورهای مؤثری در بسیاری از صنایع شناخته می‌شوند. به‌عنوان مثال، نانوذرات پلاتین در پیل‌های سوختی به‌کار می‌روند و موجب افزایش قابل‌توجهی در کارایی این سیستم‌ها می‌شوند. این نانوذرات با داشتن نسبت سطح به حجم بالا، توانایی تسریع قابل‌توجهی در واکنش‌های شیمیایی را دارا هستند و به همین دلیل در فرآیندهای صنعتی اهمیت ویژه‌ای دارند.
۴. جمع‌بندی و نتیجه‌گیری
نانوذرات فلزی به دلیل نسبت سطح به حجم بسیار بالا و خواص ذاتی منحصر به فردی که دارند، ویژگی‌های نوری، الکتریکی و مغناطیسی خاصی از خود نشان می‌دهند. خواص نوری این نانوذرات ناشی از پدیده پلاسمونیک سطحی است که رنگ نانوذرات را تعیین می‌کند. این ارتباط بین رنگ و اندازه نانوذرات امکان استفاده از خواص سنسوری آنها را در کاربردهای مختلف فراهم می‌آورد.
علاوه بر این، نانوذرات فلزی مانند نانوپلاتین به عنوان نانوکاتالیست‌های قوی شناخته می‌شوند و در تسریع واکنش‌های شیمیایی مؤثرند. همچنین، این نانوذرات دارای کاربردهای متنوع دیگری نیز هستند، از جمله ویژگی‌های سوپرپارامغناطیس، استفاده به‌عنوان افزودنی رنگی در شیشه‌ها، خواص آنتی‌باکتریالی و رسانایی الکتریکی و حرارتی بسیار بالا. این ویژگی‌ها موجب توجه گسترده به نانوذرات فلزی در صنایع مختلف و تحقیقات علمی شده است.
شرکت سدید کانی به عنوان یکی از پیشگامان صنعت نانوذرات فلزی، با هدف تولید و سرمایه‌گذاری در این مواد با کیفیت و کارایی بالا، به تأمین نیازهای مختلف صنایع پرداخته است. نانوذرات فلزی به دلیل خواص منحصر به فرد خود، از جمله ویژگی‌های نوری، الکتریکی، و مغناطیسی، کاربردهای وسیعی در حوزه‌های مختلف پیدا کرده‌اند.