بخشی از مقاله
چکیده
در این مقاله، نانو ذرات هسته- پوسته مگنتیت/ دی اکسید تیتانیوم به منظور مطالعهی ویژگیهای ساختاری تهیه شدند. در این راستا نخست نانو ذرات هسته - پوسته به کمک روش هم رسوبی تهیه شد و خواص ساختاری آن مورد بررسی قرار گرفته است. سپس محصول بدست آمده با استفاده از الگوهای پراش پرتو ایکس - XRD, - و بیناب سنجی فروسرخ تبدیل فوریه - FT-IR - مورد مطالعه قرار گرفت. تحلیلهای پراش پرتو ایکس - XRD - حضور فاز خالص مگنتیت - Fe3O4 - و دی اکسید تیتانیوم TiO2 - - را در نمونهها هسته- پوسته - Fe3O4-TiO2 - تأیید کرد. درصد فازی مگنتیت - Fe3O4 - و دی اکسید تیتانیوم TiO2 - - در ساختار نانوذرات هسته- پوسته - Fe3O4-TiO2 - با استفاده از فرمول کلاگ تخمین زده شد. بررسی بیناب سنجی فروسرخ تبدیل فوریه - FT-IR - نشان از تشکیل پیوندهای آلی و معدنی در نمونهها دارد.
.1 مقدمه
نانوذرات هسته-پوسته نوع خاصی از نانو ساختارها میباشند که شامل پوستههایی هستند که ذرهای 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 کردهاند . در این میان، نانو ذرات مغناطیسیعمدتاً به دلیل بروز رفتارهای فیزیکی و شیمیایی ویژه که بر خاسته از اثرات کوانتومی و سطحی آنهاست از موضوعات رایج پژوهشی محسوب میشوند.
امروزه نانو ذرات مغناطیسی مگنتیت - 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 میتوان به عنوان حاملهای دارو به منظور انتقال کنترل شده عوامل درمانی به موضع بیماری در پزشکی [1]، جاذب فلزات سنگین و مواد آلوده کننده محیط زیست در فرایند تصفیه پسابهای صنعتی، در تهیه وسایل الکترونیکی و اپتوالکترونیکی و سرامیکها، در ضبط کنندههای مغناطیسی ودر فرایند ذخیره سازی اطلاعات، در جوهرههای چاپی، در تولید مایعات مغناطیسی در صنعت اشاره نمود.
از طرفی نانوذرات دی اکسید تیتانیوم به دلیل خواص نوری، الکتریکی و کاتالیستی بسیار عالی، دارای کاربردهای بسیار مهمی در صنایع مختلف میباشند. دی اکسید تیتانیم یکی از مهمترین اکسیدهای فلزی است که در زمینههای گوناگونی چون رنگها، پلاستیکها، مواد آرایشی، جوهرها، کاغذها، سنسورها و به ویژه در تصفیه آب و هوا و پاکسازی محیط زیست کاربرد دارد. [5-4] این نیم رساناغالباً دارای دو شکل بلوری آناتاز و روتایل میباشد. از دیدگاه ترمودینامیکی روتایل پایدارترین فاز TiO2 در فشار معمولی بوده و آناتاز فاز نیمه پایدار این سیستم به شمار میرود [6]
دی اکسید تیتانیوم یکی از مهمترین نیمه هادیهایی میباشد که بطور گسترده در بسیاری از زمینهها از جمله فعالیتهای الکتروشیمیایی [7]، کاتالیزور نوری [9-8]، سلولهای خورشیدی [11-10]، دتکتورهای uv، حسگرهای فراصوتی و غیره کاربرد دارد . در این پژوهش نانوذرات دی اکسید تیتانیوم و نانوذرات مغناطیسی مگنتیت در شکل هسته- پوسته - مگنتیت-دی اکسید تیتانیوم - ترکیب شده و ویژگیهای ساختاری آنها مورد بررسی و مقایسه قرار گرفته است.
.2 ساخت هسته-پوسته نانو ساختار Fe3O4/TiO2
ابتدا مقدار معینی از نمکهای آهن - II - و - III - به ترتیب با نسبتهای 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 تاکاملاً 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 وسیلهی آهنربا جمع آوری شد و چندین بار با آب مقطر و اتانول شستشو داده شد. رسوب تهیهی شده همان Fe3O4 است.
سپس ml 20 پلی اتیلن گلیکول و 5 گرم تترابوتیل تیتانات به مگنتیت Fe3O4 اضافه شد و حجم آن به 1000 ml میرسانیم و به مدت سه ساعت در دمای 80° C گرمادهی شد تاکاملاً همگن گردد. در نهایت رسوب تولید شده به وسیلهی آهنربا جمع آوری شد و چندین بار با آب مقطر شستشو داده شد و تحت خلأ 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 مدل Rigaku Ultima IV استفاده گردید. الگوی پراش نمونههای سنتز شده در شکل 1 آورده شده است. با توجه به تحلیلهای صورت گرفته با استفاده از کارتهای استاندارد - - Fe3O4:JCPDS NO.19-0629 و - TiO2:JCPD NO. 21-1272 - میتوان نتیجه گرفت فازهای Fe3O4 و TiO2 بدون حضور ناخالصی تشکیل شدهاند. شکل .1 درصد فازی مگنتیت و دی اکسید تیتانیوم در ساختار هسته-پوسته با استفاده از فرمول کلاگ - 1 - تخمین زده شد.
