ي

3

زم

ستان

در این سایت فقط تکه هایی از این مطلب با شماره بندی انتهای صفحه درج می شود که ممکن است هنگام انتقال از فایل ورد به داخل سایت کلمات به هم بریزد یا شکل ها درج نشود

شما می توانید تکه های دیگری از این مطلب را با جستجو در همین سایت بخوانید

ولی برای دانلود فایل اصلی با فرمت ورد حاوی تمامی قسمت ها با منابع کامل

اینجا کلیک کنید

1391

كليد واژه: نانو رنگدانه، اسپينل، آلومينات روي- كبالت، احتراق ژل.
1- مقدمه
اسپينل آلوم ينات كبالت (4CoAl2O) كه به آبي تنارد نيز معروف است، يكي از متداولترين رنگدانههاي سراميكي اسـت [1] كـهدر برابر عوامل حرارتي و شيميايي، اسيدها، قلياها، نور و عوامل اتمسفري پايدار است كه اين امر آن را براي كاربردهـاي صـنعتيمانند رنگ كردن سراميك ها، شيشه، پلاستيك ها، رنگ، كاغذ، لاستيك و لامپ تلويزيون رنگي و غيره مناسب ميسازد [2-5].
ساختار اسپينل با فرمول 4AB2O داراي 64 موضع چهاروجهي و 32 موضع هشتوجهي است . از بين اين مواضع، فقط 8 موضـعچهاروجهي و 16 موضع هشتوجهي توسط كاتيونهاي دو و سه ظرفيتي اشغال ميشوند. اسپينل دو نوع نرمال و معكـوس دارد[6،7]. علاوه بر اين دو ساختار ايدهآل اسپينل ميتواند بهصورت مخلوط نيز تشكيل شود كه در آن توزيع كـاتيونهـا در مواضـعچهار و هشت وجهي نامنظم است [8].
استفاده از رنگدانههايي با ساختار اسپينل باعث افزايش استحكام مكانيكي، پايداري حرارتي، دماي سـينتر پـايين و سـهولت واردكردن يونهاي رنگي مختلف در شبكه ميشود كه در نتيجه ميتوان رنگدانههايي با رنگهاي مختلـف ايجـاد كـرد [6-11]. در اين ميان آلومينات كبالت داراي ساختار اسپينل نرمال است ولي كبالت گران قيمت است و مـشكلات زيـستمحيطـي زيـادي راايجاد ميكند. بنابراين محققين سعي كردهاند آن را در ساختارهاي مختلف از جمله 4ZnAl2O (گاهنيت) وارد كنند تـا مـشكلاتزيست محيطي را كاهش دهند [12-16].
-9140761801

27
de Souza و همكارانش [12] يك روش پليمري را براي ساخت رنگدانـه 4CoxZn1-xAl2O بـه كـار بردنـد كـه در آن اسـتاتكبالت، نيتراتهاي آلومينيم و روي، اسيد سـيتريك و اتـيلنگليكـول اسـتفاده و عمليـات حرارتـي نهـايي در 600، 700، 800 و°C900 انجام شد. آنها گزارش كردند كه در نمونه حرارت داده شده در°C 800، افزايش ميزان كبالت پارامتر شبكه را از حـدود
082/8 بهÅ 095/8 افزايش و اندازه بلورك را از 39 بهnm 22 كاهش داد. نمونههاي ساخته شده يك جذب قوي در ناحيـه 570 تاnm 630 (مربوط به رنگهاي زرد، نارنجي و قرمز) و بنابراين يك بازتابش در رنگهاي مكمل يعني بنفش، آبـي و فيـروزهاي به مركزيت آبي نشان دادند. Popovic و همكارانش [13] از روش سل- ژل براي ساخت اين رنگدانهها اسـتفاده كردنـد. آنهـامشاهده كردند كه افزودن كبالت باعث يك افزايش غيريكنواخت در پارامتر شبكه و به وجود آمدن ساختار اسپينل معكوس شد.
Visinescu و همكارانش [14] نانورنگدانههاي 4CoxZn1-xAl2O را با اسـتفاده از نـشاسته بـه عنـوان عامـل ژل كننـده و يـكعمليات حرارتي در°C 800 سنتز كردند. Kurajica و همكارانش [15] اين رنگدانهها را با استفاده از روش سـل- ژل و عمليـاتحرارتي در دماهاي مختلف ساختند. آن ها مشاهده كردند كه با حرارت دادن در دماهاي پايينتر اكسايش جزئـي 2+Co بـه 3+Co رخ داد و يونهاي 3+Co در مواضع هشتوجهي جاي گرفتند كه باعث ايجاد رنگ سبز شد، در حالي كه بـا عمليـات حرارتـي دردماي بالايC 700 يونهاي 3+Co به 2+Co كه مواضع چهاروجهي را اشغال كردند احياء شدند و رنگ از سبز به آبي تغيير كرد.
Osorio و همكارانش [16] نانورنگدانههاي صورتي 4CoxZn1-xAl2O را با استفاده از يك روش هـمرسـوبي و كلـسيناسيون در
C700 سنتز كردند. آنها معتقد بودند كه اندازه ذرات تاثير عميقي بر عدد همسايگي يونهـاي 2+Co دارد. هنگـامي كـه انـدازهذرات بزرگ است عدد همسايگي چهار و هنگامي كه نانوسايز است عدد همسايگي 6 است.
سنتز احتراقي محلول به عنوان روشي مناسب براي توليد پودرهاي سراميكي اكسيدي از جمله كاتاليست هـا، رنگدانـه هـا، اجـزايتشكيل دهنده پيلهاي سوختي و غيره .به كار برده ميشود [17]. از ويژگيهاي بارز روش خود احتراقـي محلـول، سـاده بـودن،سرعت بالا و يكنواختي توزيع افزودنيهاي در رنگدانه است. پارامترهاي گوناگوني براي بهينه كردن خواص پودر حاصل از سـنتزاحتراقي محلول در مراجع گزارش شده است. اين خواص شامل اندازه ذرات و توزيع پودر، سطح ويژه پودر، و ريختشناسي ذراتپودر است كه با بهينه كردن آنها ميتوان خواص مطلوب را ايجاد كـرد [18]. ايـن روش توسـطKingsley [19] بـراي توليـدآلومينات هاي فلزي 4Lin ،(M=Mg, Ni, Sr, Cu) MAl2O و همكاران [20] براي ساخت پـودرLi ، ZnO [21] بـراي تهيـهپودر 4CoAl2O و Ianos و همكاران [22] براي ساخت 4MgAl2O استفاده شده است.
در پژوهش حاضر نانورنگدانههاي 4CoxZn1-xAl2O براي اولين بار با روش ژل احتراقي ساخته شد و تاثير تركيب (1، 8/0، 6/0، 4/0، 2/0، 0 =x) و دماي كلسينه كردن (700، 800، 900، 1000 و°C 1100) بر ويژگيهاي بلورشناختي و خواص رنگدانه هـاي ساخته شده مورد بررسي قرار گرفت.
2- فعاليت هاي تجربي
2-1- مواد و روش ساخت
كلريدهاي آلومينيم، روي و كبالت (با خلوص آزمايشگاهي) به نسبت استوكيومتري توزين و در آب يونزدايـي شـده حـل شـدند. pH طبيعي در محلولهاي صورتي رنگ ساخته شده برابر با 3 بود. سپسml 100 ك ربنات سديم به محلولها اضافه شد. در ايـنمرحله كلريدها واكنش كرده و كربناتهاي حاصل به صورت رسوب تشكيل شدند. رسوبات صاف و چنـد مرتبـه بـا آب مقطـر واستون شسته شدند. آنگاه پودرهاي حاصل در اسيد نيتريك حل شدند تا نيترات تشكيل دهند. سپس از اوره به عنوان سـوخت بـانسبت 5/0 استفاده شد تا واكنش زير صورت گيرد [23]:
Co(NO3)2  Zn(NO3)2  Al(NO3)3 CH 4N2OCoxZn1xAl2O4 CO2  N2  H2O
اوره در هنگام همزدن با همزن مغناطيسي در دماي°C 110 اضافه شد تا محلولي شفاف به دست آيد كه در نهايت بـه يـك ژلارغواني تبديل شد ژل حاصل پس از خشك شدن، در دماي°C 500 براي 15 دقيقه محترق شد تا يك توده متخلخل بـه دسـتآيد. توده حاصل در دماي 700، 800، 900، 1000 و °C1100 براي 1 ساعت حرارت داده شد تا نانورنگدانه آبي به دست آيد.
3- مشخصه يابي
براي بررسي واكنش هاي انجام شده در ژل هاي سـاخته شـده ازPerkin Elmer, Pyri Diamond)) DTA/TG ) بـا سـرعتگرمايش 1-°C.min10 استفاده شد. فازهاي بلوري تـشكيل شـده بـا دسـتگاه پـراش اشـعه ايكـس (XRD, Philips, CuKα) شناسايي شد. اندازه متوسط بلورك ها (d) با استفاده از رابطه دباي- شرر محاسبه شد:
274720650535

d = β0./cos9λθ
در اين رابطه  طول موج اشعه ايكس،  پهناي پيك در نصف ارتفاع و  زاويه پراش است.
ب راي ان دازه گي ري مخت صات رنگ ي *CIEL*a*b از طي ف س نج ن وري (X-Rite SP64 Portable Sphere Based
Spectrophotometer) استفاده شد. براي بررسي ريزساختار ي نمونه هـا از ميكروسـكوپ الكترونـي روبـشي مـدلFE SEM Hitachi S-4160 ساخت ژاپن استفاده شد. براي دستيابي به تصاوير با كيفيت سطح نمونه ها با لايه نازكي از طلا پوشـش دادهشد.
4- نتايج و بحث
شكل 1 منحنيDTA/TG ژلها را نشان ميدهد. واكنش گرماگير مشاهده شده در محدوده°C 100 كه بـا يـك كـاهش وزنهمراه است ناشي از خروج رطوبت و آب مقيد است. پيك گرمازاي ظاهر شده در دماي°C 275 كه آن نيز بـا يـك كـاهش وزنهمراه است، مربوط به احتراق ژل است. پيك گرماگير واقع شده در محدوده°C 670-600 نيز مربوط به تبلور فاز اسپينل اسـت.
به نظر ميرسد با افزايش ميزان كبالت تبلور اسپينل در دماهاي پايين تري رخ ميدهد. كاهش وزن مشاهده شده در اين محـدودهرا ميتوان به تجزيه نيتراتها نسبت داد. در مورد ژلهاي داراي تركيب 4Co0.6Zn0.4Al2O و 4CoAl2O، يـك پيـك گرمـاگيركوچك در حدود°C 900 مشاهده ميشود و پس از آن يك پيك گرمازا آغاز شده است.. در بخشهـاي بعـدي مقالـه بـا كمـكنتايج XRD نشان داده ميشود كه اين رفتار ناشي از تشكيل فازهاي 3Al2O است.


دیدگاهتان را بنویسید