Nanoparticle interfacial layer
નેનોપાર્ટિકલ ઇન્ટરફેસિયલ સ્તર એ નેનોપાર્ટિકલની આસપાસ સામાન્ય રીતે કાર્બનિક અણુઓનું સારી રીતે સંરચિત સ્તર છે. આ અણુઓને સ્ટેબિલાઇઝર્સ, કેપિંગ અને સરફેસ લિગાન્ડ્સ અથવા નિષ્ક્રિય એજન્ટો તરીકે ઓળખવામાં આવે છે. ઇન્ટરફેસિયલ સ્તર નેનોપાર્ટિકલના ગુણધર્મો પર નોંધપાત્ર અસર કરે છે અને તેથી તેને ઘણીવાર નેનોપાર્ટિકલનો અભિન્ન ભાગ માનવામાં આવે છે. ઇન્ટરફેસિયલ સ્તરની લાક્ષણિક જાડાઈ 0.1 અને 4 એનએમ વચ્ચે હોય છે, જે સ્તરના અણુઓના પ્રકાર પર આધારિત હોય છે. કાર્બનિક અણુઓ કે જે ઇન્ટરફેસિયલ સ્તર બનાવે છે તે ઘણીવાર એમ્ફીફિલિક અણુઓ હોય છે, જેનો અર્થ છે કે તેમની પાસે બિન-ધ્રુવીય પૂંછડી સાથે સંયુક્ત ધ્રુવીય માથું જૂથ હોય છે. આંતરક્રિયાઓ નેનોપાર્ટિકલ્સ વચ્ચેની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓમાં ઇન્ટરફેસિયલ સ્તરની અસર સ્પષ્ટ રીતે જોવા મળે છે. આ ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓને ડી. એલ. વી. ઓ. સિદ્ધાંતનો ઉપયોગ કરીને તૈયાર કરી શકાય છે. શાસ્ત્રીય રીતે આ સિદ્ધાંત જણાવે છે કે કણની સંભવિતતા એ ઇલેક્ટ્રોસ્ટેટિક અને વેન ડેર વાલ્સની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાનો સરવાળો છે. આ સિદ્ધાંત લગભગ તમામ કોલોઇડલ કણો માટે ખૂબ જ સચોટ સાબિત થયો છે, પરંતુ નેનોપાર્ટિકલ્સ માટે માપવામાં આવેલી તમામ ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓનું વર્ણન કરી શકતો નથી. તેથી આ સિદ્ધાંતને કહેવાતા બિન-ડી. એલ. વી. ઓ. શબ્દો સાથે વિસ્તૃત કરવામાં આવ્યો છે. આ વિસ્તરણમાં હાઇડ્રેશન બળ, હાઇડ્રોફોબિક બળ, સ્ટેરિક બળ અને બ્રિજિંગ બળને પણ ધ્યાનમાં લેવામાં આવે છે, જેના પરિણામે કુલ સંભવિતતા નીચે મુજબ છેઃ આ છેલ્લી શરતો મોટે ભાગે ઇન્ટરફેસિયલ સ્તર દ્વારા નક્કી કરવામાં આવે છે કારણ કે આ કણનો સૌથી બાહ્ય ભાગ છે, જેનાથી સપાટીની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓ નક્કી થાય છે. ઉદાહરણ તરીકે, બ્રિજિંગ શબ્દ ત્યારે જ ભૂમિકા ભજવે છે જ્યારે ઇન્ટરફેસિયલ સ્તરમાંના અણુઓ પોલિમરાઇઝ થવાનું વલણ ધરાવે છે. સ્ફટિકથી બનેલા નેનોપાર્ટિકલ્સના કિસ્સામાં, ક્વોન્ટમ યાંત્રિક ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓ અપેક્ષિત હશે, પરંતુ ઇન્ટરફેસિયલ સ્તરને કારણે કોર એકબીજાની પૂરતી નજીક ન આવી શકે, અને તેથી આ ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓ અવગણી શકાય તેવી છે. એક દૃષ્ટાંતરૂપ મર્યાદા-કેસ એ આદર્શ પ્રવાહીમાં બિન-ચાર્જ અર્ધચાલક ક્વોન્ટમ બિંદુઓ (ક્યુ. ડી.) છે. આદર્શ પ્રવાહીને કારણે ક્યુડી-ક્યુડી ક્રિયાપ્રતિક્રિયા અને ક્યુડી-પ્રવાહી ક્રિયાપ્રતિક્રિયા વચ્ચે કોઈ તફાવત નથી. માત્ર VDW ક્રિયાપ્રતિક્રિયા માટે ઇન્ટરફેસિયલ સ્તરો વચ્ચેની ક્રિયાપ્રતિક્રિયામાં મહત્વ છે, જે સુપરફ્લુઇડ અને અન્ય ઇન્ટરફેસિયલ સ્તરો અથવા દ્રાવકથી બનેલા હોય છે. આનો અર્થ એ છે કે કણો વચ્ચે કોઈ આકર્ષણ નથી, તેથી તેમને હાર્ડ સ્ફીઅર મોડેલનો ઉપયોગ કરીને સચોટ રીતે વર્ણવી શકાય છે. ઓપ્ટિકલ ગુણધર્મો ઇન્ટરફેસિયલ સ્તરના કાર્બનિક લિગાન્ડ્સ વિવિધ પદ્ધતિઓ દ્વારા નેનોપાર્ટિકલના ફોટોલ્યુમિનેસન્સ (પી. એલ.) ને પ્રભાવિત કરી શકે છે, જેમાંથી બે સપાટી નિષ્ક્રિયતા અને વાહક ટ્રેપિંગ છે. સપાટી પર નિષ્ક્રિયતાઃ ખુલ્લા નેનોપાર્ટિકલની સપાટી પર (ઇન્ટરફેસિયલ સ્તર વિના) લટકતા અણુઓ જોવા મળે છે. આ બંધ HOMO-LUMO અંતર વચ્ચે ઊર્જાનું સ્તર બનાવે છે, જેનાથી બિન-કિરણોત્સર્ગી છૂટછાટ તરફ દોરી જાય છે. લટકતા ભ્રમણકક્ષાઓ સાથે લિગાન્ડ અણુઓના બંધનને કારણે, આ સ્થિતિઓની ઊર્જા HOMO-LUMO અંતરથી દૂર ખસેડવામાં આવે છે. આ બિન-કિરણોત્સર્ગી છૂટછાટને અટકાવે છે અને આમ વધુ પી. એલ. માં પરિણમે છે. આ અસરની મજબૂતાઈ મજબૂત રીતે લિગાન્ડ્સના પ્રકાર પર આધાર રાખે છે. સામાન્ય રીતે, નાના, રેખીય લિગાન્ડ્સ, વિશાળ લિગાન્ડ્સ કરતાં વધુ સારી રીતે કામ કરે છે, કારણ કે તેઓ સપાટીના આવરણની ઊંચી ઘનતા તરફ દોરી જાય છે, તેથી વધુ લટકતા ભ્રમણકક્ષાઓને નિષ્ક્રિય થવાની મંજૂરી આપે છે. બીજી સપાટીની અસર વાહક ટ્રેપિંગ છે. અહીં લિગાન્ડ્સ નેનોપાર્ટિકલમાં ઇલેક્ટ્રોન (છિદ્રો) ને સાફ કરી શકે છે, જેનાથી કિરણોત્સર્ગી પુનઃસંયોજનને અટકાવી શકાય છે અને આમ પી. એલ. માં ઘટાડો તરફ દોરી જાય છે. આવા લિગાન્ડનું જાણીતું ઉદાહરણ થાયોલ્સ છે. પ્રકાશ રૂપાંતરણ કાર્યક્ષમતામાં ઇન્ટરફેસિયલ સ્તરનો ઉપયોગ કરીને પણ સુધારો કરી શકાય છે જે સંયોજનો અસ્તિત્વમાં છે જે વિશાળ ઊર્જા શ્રેણીમાં શોષી લે છે અને નેનોપાર્ટિકલની શોષણ ઊર્જા પર ઉત્સર્જન કરે છે. સી. એસ. ઇનાગાકી અને અન્યોના જણાવ્યા અનુસાર ધાતુના નેનોપાર્ટિકલના શોષણ બેન્ડની પહોળાઈમાં ભારે વધારો જોવા મળ્યો હતો, જે ઇન્ટરફેસિયલ સ્તરમાં સંક્રમણોના ઓવરલેપ અને નેનોપાર્ટિકલના પ્લાઝમોન રેઝોનન્સ બેન્ડને કારણે થાય છે. આ ઘટનાનો ઉપયોગ એલઇડી અને સૌર કોષો જેવા વ્યવહારુ કાર્યક્રમોમાં થઈ શકે છે. આ તકનીકોમાં કાં તો શોષણ અથવા ઉત્સર્જનની કાર્યક્ષમતા નિર્ણાયક છે અને ઇન્ટરફેસિયલ સ્તરવાળા નેનોપાર્ટિકલ્સનો ઉપયોગ ઊર્જાની વિશાળ શ્રેણીમાં શોષણ અથવા ઉત્સર્જન કરીને આ કાર્યક્ષમતામાં સુધારો કરવા માટે થઈ શકે છે. પ્લાઝમોન રેઝોનન્સ નેનોપાર્ટિકલ્સ દ્વારા પ્રદર્શિત પ્લાઝમોન રેઝોનન્સ, સોનાના કણો મોટાભાગે ઉદાહરણ તરીકે ઉપયોગમાં લેવાય છે, જેને ઇન્ટરફેસિયલ સ્તરનો ઉપયોગ કરીને બદલી શકાય છે. ઉદાહરણ તરીકે, જ્યારે સોનાના બનેલા નેનોપાર્ટિકલ સાથે બંધાયેલા આયનીય અથવા કેશનિક લિગાન્ડ્સની લંબાઈમાં વધારો થાય છે, ત્યારે પ્લાઝમોન રેઝોનન્સની તરંગલંબાઇ લાલ થઈ જશે. અન્ય અસરનું ઉદાહરણ, જે તાજેતરમાં એમેન્ડોલા એટ અલ દ્વારા જોવામાં આવ્યું છે. 10 એનએમ કે તેથી ઓછા સોનાના નાના નેનોપાર્ટિકલ્સ પર, તે છે કે ગાઢ મોનોલેયર્સ કે જેમાં ચોક્કસ ચોક્કસ ટૂંકી સાંકળના લિગાન્ડ્સ હોય છે તે સપાટીના પ્લાઝમોન રેઝોનન્સ અસરોને ઘટાડવાનું વલણ ધરાવે છે. પ્લાઝમોન રેઝોનન્સનો ઉપયોગ નેનોપાર્ટિકલના સર્ફેક્ટન્ટ્સનું વિશ્લેષણ કરવા માટે થઈ શકે છે. આ સિદ્ધાંત કહેવાતી ફ્રોલીક સ્થિતિ પર આધારિત છે જે જણાવે છે કે નેનોપાર્ટિકલના આસપાસના માધ્યમના રીફ્રેક્ટિવ ઇન્ડેક્સનો ઉપયોગ સપાટીના પ્લાઝમોન રેઝોનન્સની આવર્તનને ટ્યુન કરવા અથવા બદલવા માટે થઈ શકે છે. બંને ગુણધર્મોને સંબંધિત સમીકરણ નીચે મુજબ છેઃ જેમાં તરંગલંબાઇ છે જેના પર પ્લાઝમોન પ્રતિધ્વનિ આવર્તન ટોચ પર છે, તે પર્યાવરણનો રીફ્રેક્ટિવ ઇન્ડેક્સ છે, જે માધ્યમના ડાઇલેક્ટ્રિક અચળાંક સાથે નીચે મુજબ સંબંધિત છેઃ વધુમાં પ્લાઝમોન રેઝોનન્સની આવર્તન છે અને તે શૂન્યાવકાશમાં પ્રકાશની ઝડપ છે. તરંગલંબાઇ અને પર્યાવરણના રીફ્રેક્ટિવ ઇન્ડેક્સ વચ્ચેનો સંબંધ સખત રીતે રેખીય નથી પરંતુ સૈદ્ધાંતિક આગાહીઓના નાના મૂલ્યો માટે પ્રાયોગિક પરિણામો સાથે સંરેખિત થાય છે. આમ આ સંબંધનો ઉપયોગ નેનોપાર્ટિકલના વાતાવરણનું વિશ્લેષણ કરવા માટે થઈ શકે છે, એટલે કે. પ્લાઝમોન રેઝોનન્સની તરંગલંબાઇને માપવા દ્વારા ઇન્ટરફેસિયલ સ્તર. ઉષ્મીય વાહકતા એ ઉષ્મા વહન કરવાની સામગ્રીની ક્ષમતાનું માપ છે. નેનોફ્લુઇડમાં આ વાહકતા દ્રાવણમાં લટકેલા નેનોપાર્ટિકલ્સ દ્વારા પ્રભાવિત થાય છે. એક સરળ મોડેલ માત્ર પ્રવાહી અને સ્થગિત ઘન પદાર્થોની ઉષ્મીય વાહકતાને ધ્યાનમાં લે છે. આને મેક્સવેલ-ગાર્નેટ મોડેલ (1891) કહેવામાં આવે છે અને તેને આ રીતે વ્યાખ્યાયિત કરવામાં આવે છેઃ જેમાં, અનુક્રમે અસરકારક થર્મલ વાહકતા, પ્રવાહીની થર્મલ વાહકતા અને કણની થર્મલ વાહકતા છે અને તે કણોના પેકિંગ અપૂર્ણાંક છે. આ મોડેલ નેનોપાર્ટિકલ્સ માટે ખૂબ સચોટ નથી કારણ કે તે નેનોપાર્ટિકલ્સની આસપાસ પ્રવાહી દ્વારા રચાયેલા ઇન્ટરફેસિયલ સ્તરને ધ્યાનમાં લેતું નથી. 2006માં કે. સી. લેઓંગ અને અન્યોએ એક નવું મોડેલ રજૂ કર્યું હતું, જેમાં ઇન્ટરફેસિયલ સ્તરના અસ્તિત્વને ધ્યાનમાં લેવામાં આવ્યું હતું. તેઓએ નેનોપાર્ટિકલની આસપાસના વિસ્તારને ધ્યાનમાં લઈને અને તે ત્રણ અલગ-અલગ પ્રદેશોમાં અસ્તિત્વમાં હોવાનું કહીને આમ કર્યું. તેમાંના દરેક ચોક્કસ પરંતુ અલગ થર્મલ વાહકતા ધરાવે છે. આનું પરિણામ નીચેના નમૂનામાં આવ્યુંઃ જેમાં અસરકારક ઉષ્મીય વાહકતા છે, અને અનુક્રમે કણ, પ્રવાહી અને આંતરપૃષ્ઠીય સ્તરની ઉષ્મીય વાહકતા છે. તે પ્રવાહીનો પેકિંગ અપૂર્ણાંક છે અથવા. અને અને અનુક્રમે છે અને, ઇન્ટરફેસિયલ સ્તરની જાડાઈ અને કણોના કદના ગુણોત્તર સાથે છે. આ મોડેલ પ્રાયોગિક પરિણામો સાથે વધુ સંમત હોવાનું દર્શાવવામાં આવ્યું હતું, પરંતુ તેની લાગુ પાડવામાં મર્યાદિત છે કારણ કે થર્મલ વાહકતા અથવા આ સ્તરની જાડાઈ સ્થાપિત કરવાની હજી સુધી કોઈ સૈદ્ધાંતિક રીત નથી. દ્રાવ્યતા નેનોપાર્ટિકલ્સનો બીજો ગુણધર્મ કે જે સર્ફેક્ટન્ટ્સથી ભારે પ્રભાવિત હોય છે તે નેનોપાર્ટિકલ્સની દ્રાવ્યતા છે. કોઈ કલ્પના કરી શકે છે કે ધાતુના નેનોપાર્ટિકલ કાર્બનિક દ્રાવકોમાં સારી રીતે ઓગળશે નહીં. સર્ફેક્ટન્ટ્સ ઉમેરવાથી નેનોપાર્ટિકલ્સ સમગ્ર દ્રાવકમાં વધુ સમાનરૂપે વિખેરાઈ જશે. આ ઘણીવાર સર્ફેક્ટન્ટ્સની એમ્ફીફિલિક પ્રકૃતિને કારણે છે. ઇન્ટરફેસિયલ સ્તરનો ઉપયોગ વિવિધ માધ્યમોમાં નેનોપાર્ટિકલ્સની દ્રાવ્યતાને આવશ્યકપણે ટ્યુન કરવા માટે થઈ શકે છે, જે અત્યંત હાઇડ્રોફિલિકથી હાઇડ્રોફોબિક સુધીની હોઇ શકે છે. સ્થિરતા નેનોપાર્ટિકલની સ્થિરતા એ એક શબ્દ છે જેનો ઉપયોગ ઘણીવાર કણના ચોક્કસ, સામાન્ય રીતે કદ-આધારિત, ગુણધર્મની જાળવણીનું વર્ણન કરવા માટે થાય છે. તેનો ઉલ્લેખ કરી શકાય છે દા. ત. : તેનું કદ, આકાર, રચના, સ્ફટિકીય માળખું, સપાટીના ગુણધર્મો અથવા દ્રાવણની અંદર ફેલાવો. નેનોપાર્ટિકલનું ઇન્ટરફેસિયલ સ્તર આ પ્રકારની સ્થિરતાને વિવિધ રીતે મદદ કરી શકે છે. લિગાન્ડ્સ નેનોપાર્ટિકલના વિવિધ પાસાઓ સાથે જોડાઈ શકે છે, જેનું કદ અને પ્રકાર લિગાન્ડ્સને કેવી રીતે ઓર્ડર કરવામાં આવશે તે નક્કી કરશે. અસ્થિબંધન જે રીતે કણો સાથે જોડાયેલા હોય છે, અવ્યવસ્થિત રીતે ગોઠવાયેલા હોય છે અથવા વચ્ચે ક્યાંક હોય છે, તે વિવિધ કણોની ક્રિયાપ્રતિક્રિયામાં નિર્ણાયક ભૂમિકા ભજવે છે. આ બદલામાં નેનોપાર્ટિકલની પ્રતિક્રિયાત્મકતાને અસર કરે છે, જે કણની સ્થિરતાને જોવાની બીજી રીત છે. વિશ્લેષણ ઇન્ટરફેસિયલ સ્તરનું વિશ્લેષણ કરવા માટે વિવિધ પ્રકારની તકનીકોનો ઉપયોગ કરી શકાય છે, ઘણીવાર SAXS, NMR, AFM, STM નો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે, પરંતુ રીફ્રેક્ટિવ ઇન્ડેક્સને માપવા જેવી અન્ય પદ્ધતિઓ પણ માહિતી જાહેર કરી શકે છે. નાના-ખૂણા એક્સ-રે વિવર્તન નેનોપાર્ટિકલ્સના કદ અને વિખેરણ વિશે માહિતી પ્રદાન કરે છે, અને ઇન્ટરફેસિયલ સ્તરની ઘનતા વિશે માહિતી આપે છે. કારણ કે સ્કેટરિંગનું પ્રમાણ ઘનતા સાથે પ્રમાણસર છે. આની ટોચ પર સ્તરની જાડાઈનો અંદાજ લગાવી શકાય છે. જો કે એક ગેરલાભ એ છે કે SAXS વિનાશક છે. એ. એફ. એમ. અને એસ. ટી. એમ. માપન ઇન્ટરફેસિયલ સ્તરની રચના અને આકાર વિશે અણુ રીઝોલ્યુશન પર માહિતી જાહેર કરી શકે છે. આ માહિતી નેનોપાર્ટિકલની સપાટી સુધી મર્યાદિત છે, કારણ કે તમે માત્ર સપાટીની તપાસ કરી શકો છો. એસટીએમની બીજી ખામી એ છે કે તે ત્યારે જ લાગુ પડે છે જ્યારે ઇન્ટરફેસિયલ સ્તર સંચાલિત હોય. (સોલિડ-સ્ટેટ) એન. એમ. આર. નો ઉપયોગ ઇન્ટરફેસિયલ સ્તરમાં રચના, ટૂંકી શ્રેણીના ક્રમ અને ગતિશીલતાનો અભ્યાસ કરવા માટે થઈ શકે છે. ગતિશીલતાનો અભ્યાસ સમયમર્યાદાની વિશાળ શ્રેણી પર કરી શકાય છે, જે આંતરઆણ્વિક ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓ, રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાઓ અને પરિવહન ઘટનાઓનું વિશ્લેષણ કરવાની મંજૂરી આપે છે. સંદર્ભો નેનોપાર્ટિકલ્સ