بخشی از مقاله
مقدمه
فسفیدهای فلزات واسطه به خاطر خواص نیمههادی و مغناطیسی [1]، کاربرد در ذخیرهی دادهها، در مواد الکترونیکی، مغناطیسی، فسفرسانس و همچنین استفاده به عنوان کاتالیزگر مورد توجه زیادی قرار گرفتهاند .[2] در بسیاری از فلز فسفیدها انرژی شکاف نوار بین صفر تا 3 ev میباشد. در این تحقیق نیکل و کبالت فسفیدها به منظور تهیه انتخاب شدهاند. کبالت فسفیدها به دلیل خاصیت مغناطیسی، استفاده به عنوان کاتالیزگر در تهیهی نانولولههای کربنی و ... مورد توجه قرار گرفتهاند .[3] نیکل فسفیدها از نیمههادیهای نوع n بوده شکاف نوار بالک در آنها 1 ev میباشد. نانوساختارهای نیکل فسفید در سلولهای خورشیدی، به عنوان کاتالیزگر و ... کاربرد دارند .[4]
در این تحقیق TPP به عنوان یک منبع فسفر استفاده شده و با دارا بودن ساختار زنجیری بلند که فراهم کنندهی فضایی بالایی است، نقش سورفکتانت را نیز دارا میباشد. اولئیل آمین نیز به عنوان سورفکتانت دوم در این تحقیق مورد توجه قرار گرفته است. حضور سورفکتانت در یک سیستم، در کنترل اندازه و مورفولوژی محصولات نقش بهسزایی دارد .[5] در مقولهی کاربرد نانوتکنولوژی، خواص نانوساختارها را که وابسته به اندازه، شکل و حالت سطحی نانوذرات میباشد، میتوان با توجه به روش تهیه و شرایط واکنش اصلاح نمود. در این پژوهش با استفاده از روشی ساده و ارزان نانوساختارهایی منظم و یکنواخت تهیه میگردند. وقتگیر نبودن این روش، عدم نیاز به دستگاههای خاص و گران قیمت و همچنین شرایط بهخصوص و سخت، سنتز با بازده و خلوص بالا، از مزایای پژوهش ما بوده و ما را به آن علاقهمند نموده است.
واژه های کلیدی: تخریب حرارتی، نانوساختارها، نانوکامپوزیتها، پیشماده معدنی، فلز فسفید
بخش تجربی
ابتدا چهار پیشماده [M - sal - 2]، [M - Hsal - 2]،[M - O4C2 - .4H2O] و M - CH3COO - 2.4H2O تهیه و شناساییشدند .[6−8] سپس مقدار مناسبی از اولئیل آمین و پیشمادهی معدنی با هم مخلوط و ریفلاکس شدند. بعد از 60 دقیقه مقدار معینی از TPP به مخلوط اضافه شد و عمل ریفلاکس در دمای بالاتری ادامه یافت. بعد از تغییر رنگ مخلوط به سیاه و اتمام واکنش، محصول سانتریفوژ، چندین مرتبه با آب مقطر و اتانول شسته و در آون خلأ خشک گردید. در این پروژه اثر نوع پیش-ماده بر روی انداره و مورفولوژی نانوساختارها/نانوکامپوزیتها بررسی شد. سپس شرایط بهینه برای تهیهی آنها بهدست آمد.
نتایج و بحث نانوساختارهای نیکل فسفید:
نانوساختارهای نیکل فسفید از چهار پیشماده مختلف تهیه شدند. در این پروژه از [Ni - sal - 2]، [Ni - Hsal - 2]،[Ni - O4C2 - .4H2O] و Ni - CH3COO - 2.4H2O به عنوان پیش-
ماده استفاده شد. تصاویر میکروسکوپ الکترونی SEM از چهار محصول در شکل 1 آمده است. همان طور که در شکل مشاهده میشود نانوذرات تجمع یافته با مورفولوژی کروی و سطح یکنواخت ازدو پیشمادهی [Ni - sal - 2] و [Ni - Hsal - 2] به دست میآید. اندازه ذرات و تجمع آنها در محصول به دست آمده از [Ni - Hsal - 2] بیشتر میباشد. نانوساختارهای گل مانند و ساختارهای بالک و تودهای، به ترتیب محصول به دست آمده از[Ni - O4C2 - .4H2O] و Ni - CH3COO - 2.4H2O میباشند.علاوه بر تصاویر SEM، تصویر میکروسکوپ الکترونی TEM از نمونهی نیکل فسفید تهیه شده از [Ni - sal - 2 ] گرفته شد. این تصویر در شکل 2 نشان داده شده است و تشکیل نانوذرات کوچکتر از 10 nm را نشان میدهد. الگوی XRDنانوساختارهای نیکل فسفید در شکل - b - 2، مخلوط وNi12P5 را نشان میدهد. پیکهای پراش مربوط به صفحات - 112 - ، - 400 - ، - 240 - و - 312 - نشاندهندهی تشکیل Ni12P5 و پیکهای پراش در - 111 - و - 201 - مربوط به Ni2P5 میباشند.
نانوکامپوزیتهای کبالت/کبالت فسفید:
نانوکامپوزیتهای کبالت فسفید تهیه شده از پیشمادههای مختلف، به کمک میکروسکوپ الکترونی SEM و پراش پرتو X شناسایی شده و مورفولوژی، اندازه ذرات، ساختار کریستالی و خلوص آنها تعیین گردید. در ادامه شرایط بهینه برای تهیهی این نانوساختارها و همچنین خواص مغناطیسی آنها تعیین شد. تصاویر SEM از چهار نمونه تهیه شده از [Co - sal - 2]،[Co - Hsal - 2]، [[Co - O4C2 - .4H2O و Co - CH3COO - 2.4H2Oدر شکل 3 نشان داده شده است. همان طور که مشاهده میشود نانوذرات شبه کروی و تجمع یافته محصول به دست آمده از دوپیشمادهی Co - CH3COO - 2.4H2O و [Co - sal - 2] میباشند.هنگامی که از پیشمادهی [Co - Hsal - 2] استفاده میشود نانوذراتی با اندازهی بزرگتر - قطر میانگین - 150 nm و میزان تجمع بیشتر به دست میآیند.
تجمع جهتدار ذرات در این مورد ساختارهای مخروطی شکل ایجاد میکند. تشکیل مخلوطی از نانوذرات و ساختارهای مکعب مستطیلی محصول به دست آمده از پیشمادهی [Co - O4C2 - .4H2O] است. در شرایط واکنش تخریب حرارتی ما [Co - sal - 2] به عنوان پیشمادهی ایدهآل انتخاب شد.برای بررسی خواص مغناطیسی کبالت فسفیدها در این پروژه، منحنی مغناطش بر حسب میدان به کار رفته، به کمک دستگاه VSM ترسیم گردید. این منحنی در شکل 5، رفتار فرومغناطیسی را برای نانوکامپوزیتها نشان میدهد .تصویر TEM از محصول به دست آمده از [Co - sal - 2] در شکل 4 تشکیل نانوذرات کروی با قطر 50 تا 130 نانومتر را نشان می-دهد. به منظور تعیین ساختارکریستالی، نوع محصول، ترکیب و خلوص آن، الگوی XRD گرفته شد. الگوی XRD در شکل 4، تشکیل مخلوطی از Co2P اورتورومبیک و Co مکعبی را نشان میدهد.
نتیجهگیری
در این پژوهش، نانوساختارهای نیکل فسفید و نانوکامپوزیت-های کبالت/کبالت فسفید به روش تخریب حرارتی پیشمادهی معدنی تهیه، سپس شناسایی میشوند. اثر پیشمادههای مختلف بر روی اندازه، مورفولوژی و نوع محصول بررسی میگردد. به منظور تعیین مورفولوژی و اندازه ذرات محصولات از میکروسکوپهای الکترونی SEM و TEM استفاده میشود. الگوی XRD برای تعیین نوع محصول، ترکیب و میزان خلوص آن به کار گرفته می-شوند. در ادامه شرایط بهینه در تهیهی این محصولات به دست میآید. همچنین خواص مغناطیسی نانوکامپوزیتهای کبالت/کبالت فسفید با استفاده از دستگاه VSM بررسی میشود.
