روش اندازه گيري بلورها
از روش آزمايشگاهي پراش اشعهx برا ي ايجاد الگويپراش اين اشعه اسـتفاده مـي شـود. سـپس مـي تـوان بـااستفاده ازفرمول دباي- شرر (فرمـول 3)، انـدازه بلورهـا راگزارش كرد.
D=

(3)

در اين فرمول،λ طول مـوج اشـعهβ ،X پهنـاي
پيــــــك اصــــــلي در نــــــصف ارتفــــــاع آن (full width at half maximum FWHM) و θ زاويه پراش مي باشد.
بـ راي ايجـ اد پـ راش اشـ عهX از تـ ابش Cu-Kα
(0λ=1.54 A) استفاده مي شود.

3- Orthogonal array
نتايج و بحث
تعيين شرايط بهينه
جدول 3 آرايه ارتوگونال مورد استفاده و اندازه بلورهاي مربوط به هر مرحله را به همراه مقادير S/N مربوط به هر آزمايش نشان ميدهد. در ادامه، S/N متوسط براي هر متغير در هر سطح محاسبه گرديد. نتايج در جدول 4 نمايش داده شده اند. مقادير متوسط S/N در نمودار 1 نشان داده شده است. بر اساس معادله 4، مقدار R محاسبه مي شود. با محاسبه R، به هر كدام از متغيرها يك رتبه تعلق مي گيرد. بزرگترين مقدار R، نشان دهنده اثرگذارترين متغير است. افزون بر اين، بالاترين مقادير S/N مربوط به هر متغير، شرايط آزمايش بهينه را نشان مي دهد[13].
R= (high S/N – low S/N) (4)
بر اساس شكل 2 ، بيشترين مقدار R براي متغير A گزارش شده است. بنابراين، متغير نسبت مولي مواد واكنش دهنده، بيشترين تأثير را بر اندازه بلورهاي سنتز شده گذاشته است. با توجه به نتايج بدست آمده از جدول 4 شرايط بهينه براي ساخت نانو ذرات اكسيد قلع با كوچكترين اندازه ممكن حالتي است كه متغيرهاي عملياتي نسبت مولي مواد واكنش دهنده در سطح 2 مقدار گرفته باشند و اين مقدار براي زمان و دماي كلسينه شدن در سطح 1 باشد (A2B1C1).
با استفاده از شرايط بهينه بدست آمده براي ساخت نانو ذرات اكسيد قلع به روش تجزيه حرارتي، اندازه بلورهاي بدست آمده nm2 است.

انجام آزمون تاييد كننده
بمنظور تاييد شرايط بهينه پيشنهادي با روش تاگوچي، آزمايش تاييد كننده با شرايط عملياتي به صورت A2B1C1 انجام گرفت. نتايج نشان دادند كه در اين شرايط اندازه بلورهاي اكسيد قلع ساخته شده به روش تجزيه حرارتي nm2 است كه بيان كننده بهبود شرايط ساخت نانو بلورهاي اكسيدي به مقدار قابل ملاحظه اي است.

بررسي نانو ذرات اكسيد قلع بدست آمده در شرايط بهينه
شكل 3 نشان دهنده مورفولوژي نانو ذرات اكسيد قلع ميباشد كه با استفاده از ميكروسكوپ الكتروني عبوري ((TEM تهيه شده است. با توجه به اين شكل مشاهده مي شود، نانو ذرات حاصل پايدار نبوده و تمايل به توده اي شدن دارند. مطالعات زيادي در راستاي جلوگيري از اين فرايند نامطلوب انجام شده است. بر اساس مطالعات انجام شده، انواع گوناگوني از افزودنيهاي آلي براي بهبود ساخت نانو ذرات اكسيدهاي فلزي بكار گرفته شده است
[14و15].
اندازه تخميني بلورها در شكل 3 با استفاده از قانون دباي- شرر و به كمك روش XRD تأييد مي شوند. طيف پراش اشعه X مربوط به نانو بلورهاي بدست آمده از شرايط بهينه در شكل 4 نمايش داده شده است. در اين تصوير پيكها بر اساس صفحات بلوري اكسيد قلع، انديس گذاري شده اند. اين صفحات بلوري بر اساس الگوهاي
پراش مرجع (1445-JCPDS 41)، مربوط به شبكه چهار وجهي روتايل هستند. پهناي پيكها كه ناشي از ريز شدن بلورهاست، اساس تعيين اندازه آنها در معادله دباي- شرر مي باشد. شكل 5 الگوي پراش نانو بلورهاي اكسيد قلع كه در دماهاي گوناگون كلسينه شده اند را نشان ميدهد. با مقايسه اين الگوهاي پراش مي توان دريافت، افزايش دماي كلسينه شدن موجب افزايش بلورينگي است و با مقدار تهي جاها نسبت عكس دارد. بنابراين، انتظار ميرود كه نانو پودر ساخته شده در شرايط بهينه ذكر شده، با وجود داشتن كمترين سايز بلوري، داراي بيشترين مقدار تهي جا و ثابت شبكه اي باشد [16].
در شكل 6 طيف نورسنجي نانو ذرات اكسيد قلع نشانداده شده است. لبه جذب نمونه تهيه شـدهeV 4 انـدازهگيري مي شود. اين در حالي است كه لبه جذب يك تـودهحجيم از جنس اكسيد قلع،eV 6/3 گزارش شـده اسـت.
لبه جذب يك نيمه هادي به صورت يك انتقال شـاخص ازطول موجهاي كوچك به طول موجهاي بزرگ در طيف نور سنجي تعريف مي شود. اين پارامتر به اندازه ذرات پـودرينمونه وابسته است و با كوچكتر شدن اندازه ذرات به طول موجهاي بزرگتر انتقال مي يابد [17]. در شـكل 6 مقـداراين انتقال در طول موجnm 312 تعيـين مـي شـود كـهمعادل انرژيeV 4 مي باشد. اين شيفت در جهـت طـولموجهاي بلندتر، نشان دهنده ريـز شـدن بلورهـاي نمونـهنسبت به نمونه حجيم اين نوع اكسيدي است.
نتيجه گيري براي بهينه سازي ساخت نانو ذرات اكسيد قلع به روش تجزيه حرارتي از طراحي تاگوچي استفاده شد. در اين

K.D. Kim, T.J. Lee, H.T. Kim, “Optimal conditions for synthesis of TiO2 nanoparticles in semi-batch reactor”, Colloids Surf. A, vol.
224, pp. 1-9, 2003
J. R. A. Sietsma, J. D. Meeldijk, J. P. den
Breejen, M. Versluijs-Helder, A. J. Dillen, P.
E. de Jongh, and K. P. de Jong, The Preparation of Supported NiO and Co3O4 Nanoparticles by the Nitric Oxide Controlled Thermal Decomposition of Nitrates, Angew. Chem. Int. Ed., vol. 46, pp.4547-4549, 2007.
P.J. Ross, G. Taguchi, Techniques for Quality Engineering, McGraw-Hill, New York, 1988.
N. Belavendram, Quality by Design, Prentice-Hall, New York, 1995.
P.J. Ross, Taguchi Techniques for Quality Engineering, second ed. McGraw-Hill,
Singapore, 1996.
Qian Yitai, Hu Yuan, Wang Chengyun, Chen Zuyao, “On the Thermal Stability of Pure and Doped SnO2 Ultrafine Particles”,
Nanostrucured Materials 1 347-353, 1992.
L´aszl´o K˝or¨osi, Szilvia Papp, Vera Meynen, Pegie Cool, Etienne F. Vansant, Imre D´ek´any, “Preparation and characterization of SnO2 nanoparticles of enhanced thermal stability: The effect of phosphoric acid treatment on SnO2·nH2O”, Colloids and
Surfaces A: Physicochem. Eng. Aspects 268 147-154, 2005.
J.A. Toledo-Antonio, R. Gutie´rrez-Baez, P.J. Sebastian and A. Va´ zquez, “Thermal stability and structural deformation of rutile SnO2 nanoparticles”, J. Sol. St. Chem. 174
241-248, 2003.
Feng Gu, Shu Fen Wang, Meng Kai Lu, Yong Xin Qi, Guang Jun Zhou, Dong Xu, Duo Rong Yuan, “Synthesis and Luminescence
آزمايشها سه متغير نسبت مولي مواد واكنش دهنده، دما و زمان كلسينه شدن به عنوان فاكتورهاي تأثيرگذار بر اندازه بلورها انتخاب شدند. با استفاده از انجام آزمايشها بر اساس طراحي تاگوچي، نسبت مولي مواد واكنش دهنده به عنوان موثرترين فاكتور عملياتي تعيين گرديد. با توجه به شرايط بهينه بدست آمده، كم ترين اندازه بلورهاي اكسيد قلع سنتز شده nm2 محاسبه شدند. منابع
1- D.F. Zhang, Sun, L.D. X.Gang, C.H.Yan, “Size-controllable one-dimensinal SnO2 nanocrystals: synthesis, growth”, Physical
Chemistry Chemical Physics, Vol. 8, pp. 4874–4880, 2006. 2- J. Jimenez, Arbiol, G. Dezanneau, A. Cornet, J.R. Morante, “Crystalline structure, defects and gas sensor response to NO2 and H2S of tungsten trioxide nanopowders”,
Sensors and Actuators B, Vol. 93, pp. 475– 485, 2003.
B. Baruwati, D.K. S.V. Kumar,
Manorama,“Hydrothermal synthesis of highly crystalline ZnO nanoparticles: A competitive sensor for LPG and EtOH”, Sensors and
Actuators B,Vol. 119, pp. 676-682, 2006.
X. Congkang, X. Guoding, L. Yingkai, Z. Xiaolin, W. Guanghou, “Preparation and characterization of SnO2 nanorods by thermal decomposition of SnC2O4 precursor”, Scripta
Materialia, vol. 46, pp. 789–794, 2002. 5- K. Fujita, K. Matsuda, S. Mitsuzawa, “Formation of Zinc Oxide by Homogeneous Precipitation Method”, Bull. Chem. Soc. Jpn. vol. 65, pp. 2270-2271, 1992. 6- K.D. Kim, D.N. Han, J.B. Lee, H.T. Kim, “Formation and characterization of Agdeposited TiO2 nanoparticles by chemical reduction method”, Scr. Mater. vol. 54, pp.143-146, 2006.
W.J. Li, E.W. Shi, Y.Q. Zheng, Z.W. Yin, “Hydrothermal preparation of nanometer ZnO powders”, J. Mater. Sci. Lett. vol. 20, pp.1381-
1383, 2001
K.D. Kim, H.T. Kim,” Formation of Silica Nanoparticles by Hydrolysis of TEOS Using a Mixed Semi-Batch/Batch Method”, J. Sol–Gel
Sci. Technol. Vol. 25, pp. 183-189, 2002

Properties of SnO2 Nanoparticles”, Inorg. Chem.Communi. 6 882–885, 2003.

پيوستها
جدول 1- متغيرها و سطوح مورد استفاده
متغيرهاي موءثر بر اندازه بلور
سطوح (1) ()2 (3)
نسبت مولي مواد واكنش دهنده
A
[Nitrate solution]/[SnCl4 solution] 1 2 3
دماي كلسينه شدن B (oC) 200 400 600
زمان كلسينه شدنC (hr) 2 4 6

جدول 2- شرايط انجام آزمايش ها بر اساس آرايه ارتوگونال L9.
شماره آزمايش متوسط اندازه بلورها
A B C اعداد اوليه(nm) (dB)نسبتS/N

1# 1 1 1 2/9 -9/24
2# 1 2 2 24/5 -27/8
3# 1 3 3 39/25 -31/8
4# 2 1 2 2/8 -8/9
5# 2 2 3 4/46 -12/9
6# 2 3 1 4/2 -12/4
7# 3 1 3 2/8 -8/9
8# 3 2 1 6/5 -16/2
9# 3 3 2 7 -11/4

جدول 3- ميانگين مقادير S/N محاسبه شده براي اندازه بلورهاي سنتز شده.
متغيرها S/Nمتوسط نسبت

سطح (1)
(dB)
سطح
(2)
سطح(3)
A -22/9

-11/4
-18/9
-16 -12/2
-18/5
-17/8
B -9/01 -12/6 C

شكل 1- مراحل ساخت نانو پودر اكسيد قلع به روش تجزيه حرارتي.

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

شكل 2- نمودار مربوط به ميانگين S/N.

شكل 3- تصوير ميكروسكوپي (TEM) نانو ذرات اكسيد قلع ساخته شده در شرايط بهينه

شكل 4- الگوي پراش نانو ذرات اكسيد قلع ساخته شده در شرايط بهينه

شكل 5- الگوي پراش نانو ذرات اكسيد قلع ساخته شده در دماها و زمانهاي متفاوت كلسينه شدن

شكل 6- طيف نورسنجي (UV-visible spectroscopy) نانو ذرات اكسيد قلع ساخته شده در شرايط بهينه

بهينه سازي عوامل موءثر بر اندازه نانو ذرات اكسيد قلع به روش تاگوچي


دیدگاهتان را بنویسید