Nanoparticle interfacial layer
एक नैनोपार्टिकल इंटरफैशियल परत एक नैनोपार्टिकल के चारों ओर आम तौर पर कार्बनिक अणुओं की एक अच्छी तरह से संरचित परत है। इन अणुओं को स्टेबलाइज़र, कैपिंग और सतह लिगेंड या निष्क्रिय एजेंट के रूप में जाना जाता है। इंटरफैशियल परत का नैनोपार्टिकल के गुणों पर महत्वपूर्ण प्रभाव पड़ता है और इसलिए इसे अक्सर नैनोपार्टिकल का एक अभिन्न अंग माना जाता है। अंतरफलक परत की एक विशिष्ट मोटाई 0.1 और 4 एनएम के बीच होती है, जो परत के अणुओं के प्रकार पर निर्भर करती है। अंतरफलक परत को बनाने वाले कार्बनिक अणु अक्सर एम्फीफिलिक अणु होते हैं, जिसका अर्थ है कि उनके पास एक गैर-ध्रुवीय पूंछ के साथ संयुक्त ध्रुवीय शीर्ष समूह होता है। अंतःपृष्ठीय परत का प्रभाव नैनोपार्टिकल्स के बीच अंतःक्रिया में स्पष्ट रूप से देखा जाता है। इन अंतःक्रियाओं को डी. एल. वी. ओ. सिद्धांत का उपयोग करके मॉडल किया जा सकता है। शास्त्रीय रूप से यह सिद्धांत बताता है कि एक कण की क्षमता स्थिरविद्युत और वैन डेर वाल्स अंतःक्रिया का योग है। यह सिद्धांत लगभग सभी कोलॉइडल कणों के लिए बहुत सटीक साबित हुआ है, लेकिन नैनोकणों के लिए मापी गई सभी अंतःक्रियाओं का वर्णन नहीं कर सकता है। इसलिए इस सिद्धांत को तथाकथित गैर-डी. एल. वी. ओ शब्दों के साथ विस्तारित किया गया है। इस विस्तार में हाइड्रेशन बल, हाइड्रोफोबिक बल, स्टेरिक बल और ब्रिजिंग बल पर भी विचार किया जाता है, जिसके परिणामस्वरूप कुल क्षमता निम्नानुसार होती हैः ये अंतिम शब्द ज्यादातर इंटरफैशियल परत द्वारा निर्धारित किए जाते हैं क्योंकि यह कण का सबसे बाहरी हिस्सा है, जिससे सतह की अंतःक्रिया का निर्धारण होता है। उदाहरण के लिए, ब्रिजिंग शब्द केवल तभी भूमिका निभाता है जब अंतरफलक परत में अणु बहुलक बन जाते हैं। एक क्रिस्टल से बने नैनोकणों के मामले में, क्वांटम मैकेनिकल इंटरैक्शन की उम्मीद की जाएगी, लेकिन इंटरफैशियल परत के कारण कोर एक दूसरे के काफी करीब नहीं जा सकते हैं, और इसलिए ये इंटरैक्शन उपेक्षित हैं। एक उदाहरणात्मक सीमा-स्थिति एक आदर्श द्रव में गैर-आवेशित अर्धचालक क्वांटम बिंदु (क्यू. डी.) हैं। आदर्श द्रव के कारण क्यू. डी.-क्यू. डी. अंतःक्रिया और क्यू. डी.-द्रव अंतःक्रिया के बीच कोई अंतर नहीं है। केवल वी. डी. डब्ल्यू. के लिए अंतरफलक परतों, जो अतिद्रव से बनी होती हैं, और अन्य अंतरफलक परतों या विलायक के बीच अंतःक्रिया में अंतःक्रिया महत्वपूर्ण है। इसका मतलब है कि कणों के बीच कोई आकर्षण नहीं है, इसलिए उन्हें हार्ड स्फेयर मॉडल का उपयोग करके सटीक रूप से वर्णित किया जा सकता है। ऑप्टिकल गुण इंटरफैशियल परत के कार्बनिक लिगेंड विभिन्न तंत्रों के माध्यम से एक नैनोकण के फोटोल्यूमिनेसेंस (पी. एल.) को प्रभावित कर सकते हैं, जिनमें से दो सतह निष्क्रियता और वाहक ट्रैपिंग हैं। सतह निष्क्रियताः एक अनकवर्ड नैनोपार्टिकल की सतह पर (एक इंटरफैशियल परत के बिना) लटकते हुए परमाणु पाए जाते हैं। ये बंधन एच. ओ. एम. ओ.-एल. यू. एम. ओ. अंतराल के बीच ऊर्जा स्तर बनाते हैं, जिससे गैर-विकिरणशील विश्राम होता है। लटकते हुए कक्षीयों के साथ लिगैंड अणुओं के बंधन के कारण, इन अवस्थाओं की ऊर्जा HOMO-LUMO अंतराल से दूर स्थानांतरित हो जाती है। यह गैर-विकिरणशील विश्राम को रोकता है, और इस प्रकार अधिक पी. एल. में परिणाम देता है। इस प्रभाव की ताकत दृढ़ता से लिगेंड के प्रकार पर निर्भर करती है। सामान्य तौर पर, छोटे, रैखिक लिगेंड, भारी लिगेंड की तुलना में बेहतर करते हैं, क्योंकि वे एक उच्च सतह कवरेज घनत्व की ओर ले जाते हैं, इसलिए अधिक झूलते कक्षों को निष्क्रिय होने की अनुमति देते हैं। एक अन्य सतह प्रभाव वाहक ट्रैपिंग है। यहां लिगेंड नैनोपार्टिकल में इलेक्ट्रॉन (छेद) की सफाई कर सकते हैं, जिससे विकिरण पुनर्संयोजन को रोका जा सकता है और इस प्रकार पी. एल. में कमी हो सकती है। इस तरह के लिगेंड का एक प्रसिद्ध उदाहरण थायोल्स है। एक अंतरफलक परत का उपयोग करके प्रकाश रूपांतरण दक्षता में भी सुधार किया जा सकता है जो यौगिकों की मौजूद है जो एक व्यापक ऊर्जा सीमा में अवशोषित होती है और नैनोकणों की अवशोषण ऊर्जा पर उत्सर्जित होती है। सी. एस. इनागाकी और अन्य के अनुसार एक धातु के नैनोकणों के अवशोषण बैंड की चौड़ाई में भारी वृद्धि देखी गई थी, जो इंटरफैशियल परत और नैनोकणों के प्लाजमोन अनुनाद बैंड में संक्रमणों के ओवरलैप के कारण हुई थी। इस घटना का उपयोग एलईडी और सौर कोशिकाओं जैसे व्यावहारिक अनुप्रयोगों में किया जा सकता है। इन प्रौद्योगिकियों में या तो अवशोषण या उत्सर्जन की दक्षता महत्वपूर्ण है और एक अंतरफलक परत वाले नैनोकणों का उपयोग ऊर्जा की एक विस्तृत श्रृंखला को अवशोषित या उत्सर्जित करके इस दक्षता में सुधार करने के लिए किया जा सकता है। प्लाजमोन अनुनाद नैनोकणों द्वारा प्रदर्शित प्लाजमोन अनुनाद, सोने के कणों का अक्सर एक उदाहरण के रूप में उपयोग किया जाता है, जिसे अंतरफलक परत का उपयोग करके बदला जा सकता है। उदाहरण के लिए जब सोने से बने नैनोकणों से बंधे आयनिक या कैशनिक लिगेंड की लंबाई बढ़ जाती है, तो प्लाजमोन अनुनाद की तरंग दैर्ध्य लाल हो जाएगी। एक अन्य प्रभाव का एक उदाहरण, जिसे हाल ही में अमेंडोला एट अल द्वारा देखा गया है। 10 एनएम या उससे कम के छोटे सोने के नैनोकणों पर, यह है कि घने एकल परतें जिनमें कुछ विशिष्ट लघु श्रृंखला लिगेंड होते हैं, सतह प्लाजमोन अनुनाद प्रभाव को कम करते हैं। प्लाजमोन अनुनाद का उपयोग नैनोपार्टिकल के सर्फैक्टेंट का विश्लेषण करने के लिए किया जा सकता है। यह सिद्धांत तथाकथित फ्रोलिच स्थिति पर आधारित है जिसमें कहा गया है कि एक नैनोकण के आसपास के माध्यम के अपवर्तक सूचकांक का उपयोग सतह प्लाजमोन अनुनाद की आवृत्ति को ट्यून या बदलने के लिए किया जा सकता है। दोनों गुणों से संबंधित समीकरण इस प्रकार हैः जिसमें वह तरंग दैर्ध्य है जिस पर प्लाजमोन अनुनाद आवृत्ति चरम पर होती है, पर्यावरण का अपवर्तक सूचकांक है, जो माध्यम के परावैद्युत स्थिरांक से निम्नानुसार संबंधित हैः इसके अलावा प्लाजमोन अनुनाद की आवृत्ति है और निर्वात में प्रकाश की गति है। तरंगदैर्घ्य और पर्यावरण के अपवर्तक सूचकांक के बीच का संबंध सख्ती से रैखिक नहीं है, लेकिन सैद्धांतिक भविष्यवाणियों के छोटे मूल्यों के लिए प्रयोगात्मक परिणामों के साथ संरेखित होता है। इस प्रकार इस संबंध का उपयोग नैनोकणों के वातावरण का विश्लेषण करने के लिए किया जा सकता है, अर्थात। अंतःपृष्ठीय परत, प्लाजमोन अनुनाद की तरंग दैर्ध्य को मापकर। तापीय चालकता किसी पदार्थ की ऊष्मा का संचालन करने की क्षमता का एक माप है। एक नैनोफ्लूइड में यह चालकता विलयन में निलंबित नैनोकणों से प्रभावित होती है। एक सरल मॉडल में केवल तरल और निलंबित ठोस पदार्थों की तापीय चालकता पर विचार किया जाता है। इसे मैक्सवेल-गार्नेट मॉडल (1891) कहा जाता है और इसे इस प्रकार परिभाषित किया गया हैः जिसमें क्रमशः प्रभावी तापीय चालकता, द्रव की तापीय चालकता और कण की तापीय चालकता होती है और यह कणों का पैकिंग अंश होता है। यह मॉडल नैनोपार्टिकल्स के लिए बहुत सटीक नहीं है क्योंकि यह नैनोपार्टिकल्स के आसपास द्रव द्वारा बनाई गई अंतरपृष्ठीय परत को ध्यान में नहीं रखता है। 2006 में के. सी. लेओंग और अन्य ने एक नए मॉडल का प्रस्ताव रखा, जिसमें एक अंतरफलक परत के अस्तित्व को ध्यान में रखा गया। उन्होंने एक नैनोकण के आसपास के क्षेत्र पर विचार करके और यह कहते हुए ऐसा किया कि यह तीन अलग-अलग क्षेत्रों में मौजूद है। उनमें से प्रत्येक एक विशिष्ट लेकिन अलग तापीय चालकता के साथ। इसके परिणामस्वरूप निम्नलिखित मॉडल सामने आयाः जिसमें प्रभावी तापीय चालकता, और क्रमशः कण, द्रव और अंतःपटल परत की तापीय चालकता है। द्रव का पैकिंग अंश है या। और और क्रमशः हैं और, इंटरफैशियल परत की मोटाई और कण के आकार के अनुपात के साथ हैं। इस मॉडल को प्रयोगात्मक परिणामों के साथ अधिक सहमति में दिखाया गया था, लेकिन इसकी प्रयोज्यता में सीमित है क्योंकि थर्मल चालकता, या इस परत की मोटाई को स्थापित करने का अभी तक कोई सैद्धांतिक तरीका नहीं है। घुलनशीलता नैनोपार्टिकल्स का एक अन्य गुण जो सर्फैक्टेंट्स से बहुत अधिक प्रभावित होता है, वह है नैनोपार्टिकल्स की घुलनशीलता। कोई कल्पना कर सकता है कि एक धातु के नैनोकण कार्बनिक सॉल्वैंट्स में अच्छी तरह से नहीं घुलेंगे। सर्फैक्टेंट को जोड़ने से नैनोपार्टिकल्स पूरे विलायक में अधिक समान रूप से फैले रहेंगे। यह अक्सर सर्फैक्टेंट्स की एम्फीफिलिक प्रकृति के कारण होता है। अंतरफलक परत का उपयोग विभिन्न माध्यमों में नैनोकणों की घुलनशीलता को अनिवार्य रूप से ट्यून करने के लिए किया जा सकता है, जो अत्यधिक हाइड्रोफिलिक से लेकर हाइड्रोफोबिक तक हो सकता है। एक नैनोपार्टिकल की स्थिरता एक ऐसा शब्द है जिसका उपयोग अक्सर कण के एक विशिष्ट, आमतौर पर आकार-निर्भर, गुण के संरक्षण का वर्णन करने के लिए किया जाता है। यह उदाहरण के लिए संदर्भित कर सकता है। : इसका आकार, आकार, संरचना, क्रिस्टलीय संरचना, सतह के गुण या समाधान के भीतर फैलाव। एक नैनोपार्टिकल की अंतरफलक परत इस प्रकार की स्थिरताओं की विभिन्न तरीकों से सहायता कर सकती है। लिगेंड एक नैनोपार्टिकल के विभिन्न पहलुओं से जुड़ सकते हैं, जिसका आकार और प्रकार यह निर्धारित करेगा कि लिगेंड को कैसे क्रमबद्ध किया जाएगा। जिस तरह से लिगेंड कण से जुड़े होते हैं, अव्यवस्थित क्रम में या बीच में कहीं, विभिन्न कणों के परस्पर क्रिया करने के तरीके में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं। यह बदले में नैनोकणों की प्रतिक्रियाशीलता को प्रभावित करता है, जो कण की स्थिरता को देखने का एक और तरीका है। अंतःपृष्ठीय परत का विश्लेषण करने के लिए विभिन्न प्रकार की तकनीकों का उपयोग किया जा सकता है, अक्सर एसएएक्सएस, एनएमआर, एएफएम, एसटीएम का उपयोग किया जाता है, लेकिन अपवर्तक सूचकांक को मापने जैसे अन्य तरीके भी जानकारी को प्रकट कर सकते हैं। लघु-कोण एक्स-रे विवर्तन नैनोपार्टिकल्स के आकार और फैलाव के बारे में डेटा प्रदान करता है, और अंतरफलक परत के घनत्व के बारे में जानकारी देता है। क्योंकि प्रकीर्णन की मात्रा घनत्व के अनुपात में होती है। इसके ऊपर परत की मोटाई का अनुमान लगाया जा सकता है। हालांकि एक नुकसान यह है कि SAXS विनाशकारी है। ए. एफ. एम. और एस. टी. एम. माप अंतरफलक परत की संरचना और आकार के बारे में परमाणु संकल्प पर जानकारी प्रकट कर सकते हैं। यह जानकारी नैनोकणों की सतह तक सीमित है, क्योंकि आप केवल सतह की जांच कर सकते हैं। एस. टी. एम. की एक और कमी यह है कि यह केवल तभी लागू होता है जब अंतरफलक परत संचालन कर रही हो। (सॉलिड-स्टेट) एन. एम. आर. का उपयोग अंतरफलक परत में संरचना, छोटी दूरी के क्रम और गतिशीलता का अध्ययन करने के लिए किया जा सकता है। गतिकी का अध्ययन समय-सीमा की एक विस्तृत श्रृंखला पर किया जा सकता है, जो अंतर-आणविक अंतःक्रियाओं, रासायनिक प्रतिक्रियाओं और परिवहन घटनाओं का विश्लेषण करने की अनुमति देता है। संदर्भ नैनोपार्टिकल्स