بخشی از مقاله
چکیده
در این کار، کامپوزیت جدیدی از کربن و اکسید جیوه با ساختار هسته-پوسته توسط روش رسوب گذاری بخار شیمیایی، تهیه گردید. در این ساختار که اکسید جیوه به عنوان هسته و کربن به عنوان پوسته کربنی آن به شمار میرود، توانستیم با استفاده از عملیات حرارتی، ترکیب یاد شده تبدیل به کربنهای کروی کپسوله شده گرددد. نانوکرههای کربنی، توسط تکنیکهای میکروسکوپ الکترونی عبوری، تفرق پراش اشعه ایکس، میکروسکوپ الکترونی روبشی و میکروسکوپ نیروی اتمی، مشخصهیابی و مورد آنالیز و بررسی قرار گرفتند. نانوکره های کربنی به دست آمده از این روش، دارای توزیع اندازهایی در محدوده 150 الی 250 نانومتر بوده و از یک ساختار توخالی برخوردار میباشند.
مقدمه
پیشرفت در روشهای فیزیکی با درک روابط ساختاری که اغلب درسالهای اخیر تلاشهای زیادی برای طراحی، ساخت و ایجاد وابسته به اندازه، ترکیب و نحوه آرایش ساختار مواد میباشد، حاصل خواهد شد. سنتز نانوذرات توخالی به روش حذف سیستمهای نانوساختاری باخواص کاربردی انجام شده است هسته، کاربرد مهمی از نانوذرات هسته پوسته به شمار میرود جهت سنتز آن از هر دو نوع هسته آلی و غیرآلی استفاده میشود، چنانکه در بعضی موارد از مواد کامپوزیتی نیز جهت حذف هسته بهره میگیرند. در روش مذکور جهت ایجاد ساختار توخالی، هسته میتواند از ذرات ترکیب هسته پوسته بواسطه تجزیه با استفاده از حلال مناسب، اسید یا محلول قلیایی و یا توسط کلسینه کردن در دمای بالاتر، حذف گردد.
در این میان، نانوکرههای کربنی توخالی به سبب ساختار ویژه آنها نظیر چگالی پایین، نسبت سطح به حجم بالا، عایق حرارتی، مشخصات الکترونیکی،وجود حجم بالایی از منافذ، نفوذپذیری بالای سطحی، استحکاممکانیکی خوب و بیاثری بالا از لحاظ شیمیایی مورد توجه بیشتری بوده و به خاطر نسبت بالای انتقال الکترونی - به دلیل فراوانی الکترونهای آزاد سطح - در پوسته کربنی آن و کاهش طول انتقال بار، کاربردهای زیادی در نگهدارندههای کاتالیستی لکترودهای پیل سوختی و سلولهای خورشیدی، سنسورها و باتریها دارند.
از روشهای استفاده شده برای ساخت و سنتز کرههای کربنی توخالی میتوان به رسوب بخار شیمیایی، روش کاهش کاتالیزوری، روش سل-ژل، شیوه الگوی جامدو روش عملیات حرارتی اشاره کرد.در این مطالعه ازروش مؤثری برای ساخت و توسعه نانوساختار کامپوزیتی جدید، جهت ایجاد نانوساختار هسته پوسته و به دست آوردن نانوکرههای کربنی توخالی استفادهشده است. برای این منظور، نانوکامپوزیت کربن جیوه با یک ساختار هسته پوسته، طی فرآیندی توسط روش نشست بخار شیمیایی تهیه شد و سپس برای ایجاد نانوکرههای کربنی توخالی، از عملیات حرارتی بهینه شده استفاده گردید.
ایجاد نانوکرههای کربنی
پس از تشکیل ترکیب کربن/اکسیدجیوه، در ادامه طی یک فرآیند عملیات حرارتی توسط همان کوره تیوپی افقی، در دمابالای بهینه شده به مدت 90 دقیقه، با حذف شدن هسته داخل ساختار، نانوکرههای کربنی کپسوله شده باقی ماندند. نمونه ایجاد شده توسط تکنیکهای مورد آنالیز و بررسی قرار گرفتند.
شماتیکی از سیستم به کار گرفته شده تفاوت واضح مابین پوسته کمرنگ وهسته تیره، ساختار هسته پوسته کپسولهای کربنی را تأیید میکند. ذرات جیوه در کپسولهای کربنی بصورت مایع بوده و شبیه گلاین مقاله به شرط در دسترس بودن در وبگاه معتبر است. های قاصدکی هستند که قطر آنها در حدود 250 نانومتر می باشد. این کرههای کربنی بصورت زنجیروار در کنار یکدیگر قرار میگیرند و متوسط طول آنها تقریباً به 10 میکرومتر میرسد.
الگوی مربوط به پوسته کربنی نانوکرهها، آنالیزعنصری مربوط به نانوکرههای کربنی مطابق تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی، میتوان مشاهده کرد که کرههای کربنی کپسوله شده از یک مورفولوژی کروی برخوردار بوده و دارای قطری در حدود 250 نانومتر می باشند. همچنین با استفاده از میکروسکوپ نیروی اتمی، تصویر توپوگرافی از ذرات کروی نمایش داده شدهاند.
