دانلود مقاله روش های سنتز نانو ذرات اکسید

بخشی از مقاله

چکیده

اکسید نیکل کاربردهای فراوانی در حوزههای کاتالیستی است، مغناطیس، باطریهای قلیایی، حسگرهای گازی، و علیالخصوص صنعت الکتروکرومیک دارد.((K. Nakaoka, 2004 اکسید نیکل نسبت به سایر مواد ارزانتر است و روش های سنتز متداولی دارد. تهیه و دسترسی به آن نیز امکان پذیر است. روش سنتز نقش بسزایی در ویژگیهای کاتالیستی نانو ذرات دارد. لذا باید از میان روشهای گوناگون سنتز ذرات اکسیدی حاوی نیکل روشی را انتخاب کنیم که هم قابلاجرا باشد و هم صرفه اقتصادی داشته باشد. کسید نیکل به روش های مختلفی سنتز میشود مانند سل-ژل، رسوب الکتروشیمیایی، رسوبشیمیایی، پاشش ذرات و ... . در این مقاله به بررسی روشهای: سل_ژل، رسوب الکتروشیمیای و رسوب شیمیایی برای سنتز نانو ذرات اکسید نیکل می پردازیم.

کلید واژه: نانوذره، اکسید نیکل، سل-ژل، رسوب شیمیایی، رسوب الکتروشیمیایی

مقدمه

نانو ذره اکسید نیکل به روش های متعددی سنتز می شود. که در ادامه به بررسی سه روش الکتروشیمیایی، شیمیایی و سل-ژل می پردازیم برای بدست آمدن نانو ذره مناسب متناسب با خواص مورد نیاز باید روش مناسبی را بر اساس معایب و مزایای آن برگزینیم. روش سـل- ژل یکی از روش های متعددی است که با استفاده از آن می توان نانوذرات مختلف را سنتز نمود. این روش با ساخت یک سل همگـن از مـواد آغازگر شروع می شود و سپس با شک تحریک شیمیایی سل به ژل تبدیل می شود. سپس به یکی از روش های معمول، حلال را از ساختار ژل بیرون کشیده و آن را خشک می کنند. بسته به نوع روش خشک کردن، محصول به دسـت آمـده همچنـین ویژگـی هـای آن متفـاوت خواهد بود. متناسب با کاربردی که ژل برای آن مقصود سنتز می شود، روش حلال زدایی می تواند متفاوت باشد. انواع این ژل های خشک کابردهای متنوعی در پوشش دهی سطوح، عایق کاری ساختمان، لباس های ویژه و ... دارد. ضـمنا،ً اگـر ژل را بوسـیله آسـیاب هـای ویـژه پودر کنیم، می توانیم به ذراتی در مقیاس نانو دست یابیم.((M. Jlassi a, 2014 سنتز شیمیایی نانوذرات در برگیرنده روشهای ترسیب محصول از محلولی حاوی پیش ماده هاست. ترسیب محصول (و به صورت ویژه فرآیندهای سنتز همرسـوبی) بـر پایـه واکـنشهـای رسـوبی (جانشــینی)، اکســایش-کــاهش، گرماکافــت، آبکافــت، بســپارش و تــراکم اتفــاق مــیافتــد.((K. Nakaoka, 2004 در انباشــت الکتروشیمیایی از محلول های یونی استفاده می گردد. در این روش که الکتروپلیتینگ (Electroplating) یا بطـور سـاده الکتروانباشـت

نامیده می شود، ازطریق یک جریان الکتریکی، لایه ای اصولاً فلزی بر روی سطح نشانده می شود. انباشـت یـک لایـه ی فلـزی روی یـک جسم، با برقراری بار منفی روی جسمی که لایه نشانی می شود (کاتد) و فرو بردن در محلولی که شامل یـک نمـک فلـز مـورد نظـر جهـت انباشت است، انجام می گیرد. وقتی یون های فلزی با بار مثبت درون محلول به جسم با بار منفی می رسـند، جسـم الکتـرون هـایی را جهـت کاهش بار مثبت یون ها، جهت تشکیل حالت فلزی فراهم می کند. این روش می تواند مانند روش های سل-ژل جهت پرکردن قالب هـایی با حفره های نانومتری نیز استفاده گردد(. (Wei Feng Chen, 2006
روش سل-ژل

روشهای زیادی، از جمله فرآیند سل- ژل (روش محلولی)، تراکم بخار خنثی، آلیاژسازی مکانیکی یا برخورد باگلوله های پر انرژی، روش پلاسما و روش های الکتروشیمیایی از روشهای معمول برای تولید نانو ذرات هستند. اگر چه همه روشهای ذکر شده برای تولید حجم زیادی از نانو مواد استفاده می شوند، اما روش سل- ژل دارای محبوبیت و کاربرد صنعتی بالاتری نسبت به سایر روش های موجود است و این امر بی علت نیست! سل – ژل هم اکنون می تواند نانو ذراتی با کیفیت بالا (تولید ذرات با اندازه یکسان) را در حجمی بالا تولید کند. این روش قادر است همزمان دو یا چند نوع نانو ذره را با هم تولید کند. مفهوم این جمله این است که با مخلوط کردن پیش ماده های سنتز دو یا چند فلز (اکسید فلز) مختلف با نسبت های معین قادر خواهیم بود که محصولات آلیاژی را در یک مرحله سنتز کنیم. البته روش های دیگری هم هستند که قادر به انجام چنین کاری می باشند (روش پلاسما و روش های الکتروشیمیایی و چگالش از فاز) ولی باید خاطر نشان کرد که در مقیاس صنعتی هیچ کدام از آنها قادر به رقابت با روش سل - ژل نیستند. فرآیند سل- ژل روش جدیدی نیست. در سال 0011 »ابلمن« به طور اتفاقی مشاهده کرد که تتراکلرید سیلیکون (SiCl4) که در ظرفی رها شده بود، ابتدا هیدرولیز و سپس به ژل تبدیل شد. در سال 0591 مطالعات گستردهای در زمینه سنتز سرامیکها و ساختارهای شیشهای با استفاده از این روش آغاز شد. شایان ذکر است که با این روش، بسیاری از اکسیدهای غیرآلی مانندTiO2 ، SiO2، ZrO2 سنتز شدند. آئروژل ها یکی از محصولات فرایند سل- ژل هستند. ساده ترین تعریف از یک آئروژل، ژلی خشک است که با حذف رطوبت از یک ژل مرطوب به دست آمده است. بسته به شیوه حذف رطوبت، ساختمان این ژل تا حد زیادی ساختار ژل خیس (ژل اولیه) را حفظ می کند. ژل خیس را می توان با فرایندهای مختلفی آماده

کرد. به این روشها عموماً روشهای سل- ژل اطلاق می شود . مزایای روش سل-ژل:

.1سنتز در دمای پائین

.2 ابزار انجام آن ساده است

.3 تهیه محصولاتی با خلوص بالا

.4راندمان تولید بسیار بالا

.5 تولید قطعات اپتیکی با اشکال پیچیده

.6 سنتز ترکیبات یکنواخت به صورت اکسیدهای کامپوزیتی .7 امکان طراحی ترکیب شیمیایی و بهدست آوردن ترکیب همگن وجود دارد مراحل فرآیند سل-ژل

تهیه محلول همگن:

بـــرای تولیـــد محصـــول بـــه روش ســـل – ژل لازم اســـت ابتـــدا مقـــدمات و شـــرایط لازم بـــرای واکـــنش هـــا را فـــراهم نمـــود.

لازم است تا در ابتدا یک محلول همگن شامل حلال و پیش ماده هایی که قرار است در طول فرآیند، محصول نهایی را شـکل دهنـد آمـاده گردد. برای این کار ابتدا حلال (آب، الکل، حلال های آلی یا نسبتی از آنها) و پیش ماده (Precursor) را در یک ظرف حل می کنیم تا محلول همگن حاصل شود. گاهی لازم است تا از ترکیب دو حلال با نسبت های معین استفاده شود تا پیش ماده ها به طور کامل در آن حل شود و محلول همگن حاصل شود. به عنوان مثال برخی از پیش ماده های آلی فلزی را ابتدا باید در یک حلال آلـی قابـل حـل در آب حـل کرد و سپس محلول حاصل را در آب حل نمود؛ اما در مواردی که پیش ماده مورد نظر نمک فلزی باشد به طور مستقیم در آب قابـل حـل بوده و نیازی به حلال آلی وجود ندارد. پیش ماده های آلکوکسیدی بیشتر مورد استفاده قرار می گیرند اما می توان به طریق دیگری غیـر از مسیر الکوکسیدی نیز روش سل – ژل را پیش برد که به آن مسیر کلوئیدی گفته می شود

تشکیل سل(: (Sol

پس از ساخت یک محلول همگن باید آن را به سل تبدیل کرد. می توان گفت کـه واکـنش هیـدرولیز (Hydrolysis) پایـه ایـن مرحلـه است. اصولا کلمه هیدرولیز از ترکیب دو کلمه هیدرو و لیز تشکیل شده و مفهوم آن تجزیه بوسیله آب است. اصطلاح تجزیه به هر موردی اطلاق می شود که یک حالت پیچیده به حالتی ساده تر تبدیل گردد. در شیمی گاهی آب می تواند مولکولی را شکسته و به مولکـول هـای ساده تری تبدیل کند. به طور خلاصه به دسته ای از واکنش ها کـه در آن آب مولکـولی را شکسـته (بـر اثـر یـک واکـنش شـیمیایی) و بـه مولکول های ساده تر تبدیل می کند اصطلاحا هیدرولیز می گوییم.