بخشی از مقاله
چکیده
در این مقاله، نانو ذرات هسته- پوسته مگنتیت/ دی اکسید تیتانیوم به منظور مطالعه ی ویژگی های ساختاری ، مغناطیسی و نوری تهیه شد. در این راستا نخست نانو ذرات هسته - پوسته Fe3O4/TiO2 به کمک روش هم رسوبی تهیه شد. سپس محصول بدست آمده با استفاده از الگوهای پراش پرتو ایکس - XRD - و مغناطش سنج لرزه ای - - VSM و بیناب سنجی فروسرخ تبدیل فوریه - FT-IR - و بیناب سنجی دیدگانی- فرابنفش - uv- vis - مورد مطالعه قرار گرفت.
تحلیل های پراش پرتو ایکس - XRD - حضور فاز خالص مگنتیت - - Fe3O4 و دی اکسید تیتانیوم - TiO2 - را در نمونه ها تایید کرد. درصد فازی مگنتیت - Fe3O4 - و دی اکسید تیتانیوم - - TiO2 در ساختار نانوذرات هسته- پوسته با استفاده از فرمول کلاگ تخمین زده شدبررسی بیناب سنجی فروسرخ تبدیل فوریه - FT-IR - نشان از تشکیل پیوندهای شیمیایی در نمونهها دارد. حلقه های پسماند مغناطیسی نانوذرات هسته- پوسته - - Fe3O4/TiO2 بوسیله مغناطش سنج ارتعاشی - VSM - نشان داد که با افزایش ضخانت پوسته اندازه ی مغناطش کاهش می یابد. بررسی بیناب سنجی دیدگانی-فرابنفش - UV - نشان می دهد که این انتقال به سمت سطوح انرژی کمتر - طول موج بیشتر - است.
مقدمه:
نانوذرات هسته-پوسته نوع خاصی از نانو ساختارها می باشند که شامل پوسته هایی هستند که ذره ای را به عنوان هسته داخل فضای درون شبکه خود نگهداری میکنند و نسبت به نانوذرات با ساختار یکنواخت واکنش پذیری بیشتری دارند. امروزه، نانوذرات به دلیل خواص ویژه و همچنین کاربردهای تکنولوژیکی فراوانی که دارند، توجه بسیاری از پژوهشگران را به خود جلب کرده اند. در این میان، نانو ذرات مغناطیسی عمدتا به دلیل بروز رفتارهای فیزیکی و شیمیایی ویژه که بر خاسته از اثرات کوانتومی و سطحی آنهاست از موضوعات رایج پژوهشی محسوب می شوند.
. نانوذرات نیمه رسانا دی اکسید تیتانیوم - TiO2 - به دلیل ویژگیهای نوری، الکتریکی، فوتاکاتالیستی و آبدوستی بسیار خوب دارای کاربردهای صنعتی گوناگون در تصفیه آب و هوا [2-1]، پاکسازی محیط زیست، موادتابناک [4-3]، سلولهای خورشیدی [6-5]، حسگرهای گازی [7]الکتریکها، رنگدانه های صنعتی و بسیاری موارد دیگر میباشند. فاز آناتاز آن دارای فعالیت فوتاکاتایستی فوق العاده است [9-8]، با این وجود ویژگی عایق الکتریکی بودن - Tio2 - مانع از بازیافت و استفاده دوباره از آن میشود. ترکیب دی اکسید تیتانیوم - Tio2 - با مواد مغناطیسی و استفاده از پمپهای مغناطیسی جهت جمع آوری دی اکسید تیتانیوم - Tio2 - از راهکارهای حل این مشکل است که در سالهای اخیر بسیار مورد توجه قرار گرفته است.
از طرفی نانوذرات ابر پارامغناطیس اکسید آهن - Fe3O4 - به دلیل پایداری شیمیایی و تطبیق پذیری بیولوژیکی در پزشکی و علوم از جمله علوم زیستی بسیار مورد توجه قرار گرفته است از کاربردهای آن به عنوان حاملهای دارو به منظور انتقال کنترل شده عوامل درمانی به موضع بیمار در پزشکی، جاذب فلزات سنگین و مواد آلوده کننده محیط زیست در فرایند تصفیه پسابهای صنعتی به عنوان رنگدانه، کاتالیزور و در تهیه وسایل الکترونیکی و سرامیکها در ضبط کنندههای مغناطیسی و در فرایند ذخیره سازی اطلاعات در جوهرهای چاپ، در تولید مایعات مغناطیسی میتوان اشاره کرد [ 13-12-11-10 ]
بنابرین نانوذرات اکسید آهن - Fe3O4 - انتخاب ایده الی برای ترکیب با نانو ذرات دی اکسید تیتانیوم - Tio2 - به شکل هسته-پوسته جهت بهینه سازی ویژگیها و کاربردهای دی اکسید تیتانیوم - Tio2 - میباشد. در این پژوهش نانوذرات دی اکسید تیتانیوم و نانوذرات مغناطیسی مگنتیت در شکل هسته- پوسته - مگنتیت- دی اکسید تیتانیوم - ترکیب شده و ویژگی های ساختاری و مغناطیسی و نوری آنها مورد بررسی و مقایسه قرار گرفته است.
روش انجام آزمایش
ساخت هسته-پوسته نانو ساختار Fe3O4/TiO2
ابتدا مقدار معینی از نمک های آهن - II - و - - III به ترتیب با نسبت های مولی 1 به 2 به آب مقطر اضافه شد تا محلول شفافی به دست آمد سپس این محلول تحت گاز آرگون به مدت نیم ساعت گرمادهی شد تا کاملا همگن گردد.همزمان با فرایند گرمادهی، آمونیاک به منظور بازی شدن محلول به صورت قطره قطره به آن اضافه شد در نهایت رسوب تولید شده به وسیله ی آهنربا جمع آوری شد و چندین بار با آب مقطر و اتانول شستشو داده شد. رسوب تهیه ی شده همان Fe3O4 است.
سپس20ml پلی اتیلن گلیکول و 5 گرم تترابوتیل تیتانات به مگنتیت Fe3O4 اضافه شد و حجم آن به 1000ml می رسانیم و به مدت سه ساعت در دمای 80 ° C گرمادهی شد تا کاملا همگن گردد. در نهایت رسوب تولید شده به وسیله ی آهنربا جمع آوری شد و چندین بار با آب مقطر شستشو داده شد و تحت خلا و بدون بهره گیری از فرایند گرمایی خشک شد و پودر خاکستری رنگی به دست آمد. در نهایت پودر به دست آمده Fe3O4/TiO2 در دمای 300 درجه سانتی گراد در کوره به مدت 2 ساعت گرمادهی شد.
نتایج و بحث بررسی ساختاری
به منظور بررسی ساختار پودرهای تولید شده از دستگاه پراش پرتو ایکس مدلRigaku Ultima IV استفاده گردید. الگوی پراش نمونه های سنتز شده در شکل 1 آورده شده است. با توجه به
تحلیل های صورت گرفته با استفاده از کارت های استاندارد - - Fe3O4 :JCPDS NO. 19-0629 و - TiO2:JCPD NO. - 21-1272 می توان نتیجه گرفت فازهای Fe3O4 و TiO2بدون حضور ناخالصی تشکیل شده اند. شکل.1 درصد فازی مگنتیت و دی اکسید تیتانیوم در ساختار هسته- پوسته با استفاده از فرمول کلاگ - 1 - تخمین زده شد. جدول [14] 1
بررسی FT-IR
در شکل 2 بیناب فروسرخ نانو ساختارهای هسته-پوسته مگنتیت – اکسید روی دیده میشود. پیکهای موجود در بازهی 400nm تا 700nm را به نوسانات Ti-O و ارتعاشات پیوند Fe-O نسبت داد. در گسترهی 1000 تا 1600 به پیوندهای پلی اتیل گلیکول تعلق دارند. پیکهای موجود در بازهی 2703,84 را میتوان به ارتعاشات کششی O-H نسبت داد. [15]
