بخشی از مقاله
چکیده:در این پژوهش نانو ذرات فریت نیکل روی مس با استفاده از پلی وینیل الکل - PVAو نیترات های آهن ، نیکل ، روی و مس به وسیله فرایند سل ژل تهیه شده است. نمونه های ساخته شده در دماهای مختلف به وسیله طیف های مادون قرمز - FT-IR - و الگوهای پراش پرتوی ایکس XRD مورد بررسی قرار گرفت . این بررسی ها نشان می دهد که ذرات حرارت دیده در دمای 350 درجه و بالاتر دارای ساختار اسپینلی هستند.میانگین اندازه ذرات با استفاده از تصاویر SEM به دست آمد که مشخص میکند ذارای اندازه ذراتی زیر100 نانومتر است.
مقدمه: فریت های نیکل روی مس یکی از مهمترین انواع فریت های نرم با فرمول عمومی MFe2O4 هستند که M یک یون دو ظرفیتی یا مخلوطی از چند یون دو ظرفیتی است که به علت مغناطش اشباع بالا و وادارندگی مغناطیسی پایین و دمای چگالش پایین در هسته های ترانسفورماتور ها ،القاگرها ،وسایل ارتباطی ، ژنراتورها و هدهای ضبط مغناطیسی مورد استفاده قرار می گیرند .[1] روش های ساخت زیادی همانند روش شیمیایی نرم[2] ، هیدرو ترمال[3]، سل ژل احتراقی[4] و... برای بدست آوردن نانو ذرات این مخلوط به کار رفته است. در روش هم رسوبی اضافه کردن یک رسوب ساز به محلولی از ترکیبات آهن ونیکل و روی و مس موجب رسوب همزمان هیدروکسید های این فلزات می شود که با انجام فرایند های گرمایی - کلسینه کردن - این رسوبات، فریت مورد نظر با ساختار اسپینلی تشکیل می شود.
در روش هیدروترمال نیز همین فرآیند تحت فشار انجام می شود که این سبب تشکیل فاز فریت بلافاصله پس از تشکیل رسوب ها می گردد و نیازی به مرحله کلسینه شدن جداگانه ندارد .در این پ ژوهش از روش سل ژل برای تهیه نانو ذرات فریت نیکل روی مس استفاده شده است. این روش از مزایایی از قبیل ارزان بودن ، وبه دست آمدن ذرات همگن در ابعاد نانو متری و در زمان نسبتا پایین برخوردار است .[1]در این مقاله ما ابتدا بر تولید نانو ذرات فریت نیکل روی مس به روش سل ژل با استفاده از ترکیب پلی وینیل الکل - - PVA به عنوان عامل کلاته کننده تمرکز می کنیم.
بخش تجربی:
برای تهیه نانو ذرات فریت نیکل روی مس با ترکیب - - Ni0.3Zn0.6Cu0.1Fe2O4نیتراتهای آبی فلزات مورد نظر بادرجه ی خلوص 99 % محصول شرکت مرک آلمان استفاده شد.ابتدامقادیر لازم از نیترات های مربوطه به نسبت های استوکیومتری برای تهیه ی 5گرم محصول نهایی را به دقت وزن کرده وپس از مخلوط سازی آنها رادر 70 cc آب دی یونیزه حل شدند.سپس به محلول آبی پلی وینیل الکل اضافه شد.نسبت مولی یون های فلزی به واحد های مونومر پلی وینیل الکل در یک به دو - 1:2 - انتخاب شد. محلول حاصل توسط یک همزن مغناطیسی ،همزده شد.
سپس با گرم کردن و تکان دادن آن به طور پیوسته در دمای 70 درجه ، PVA کاملا حل شد و یک محلول شفاف قهوه ای رنگ تولیدگردید.این محلول در دمای 70 درجه تبخیر شد تا اینکه یک سل همگن بدست آمد.آنگاه سل در دمای 90 درجه به مدت 24 ساعت گرم شد تا ژل خشک شده ای حاصل شود .سپس فرایند گرما دهی بر روی ژل خشک شده در دماهای مختلف از 250 درجه تا 1000 درجه به مدت 2 ساعت با آهنگ 5 0 c min در هوا انجام شد فازهای متشکله پودر کلسینه شده توسط دستگاه پراش پرتو ایکس - - XRDتعیین شد وهمچنین مورفولوژی نمونه ها توسط دستگاه میکروسکوپ الکترونی روبشی - SEM - مورد بررسی قرار گرفتند.
نتایج و بحث:
طیف های IR ژل خشک شده و ذرات حرارت دیده : تغییرات شیمیایی و ساختاری که در طی عملیات گرمایی صورت می گیرند را با استفاده از طیف های IR مورد بررسی قرار می دهیم .شکل 1 نشان دهنده ی طیف هایIR ژل خشک شده وذرات گرم شده در محدوده ی cm 1 400-4000 می باشد. ژل خشک شده نشان دهنده باند های مشخص 3400 و 1670 و cm 1 1420 است که به ترتیب متناظر با مد نوسانی کششی و خمشی گروه O-H و یون های NO3-1 می باشند - 1 - .ظاهر شدن باند های مشخص NO3-1 نشان می دهد که NO3-1 به صورت یک گروه در ساختار ژل در طی ژلاتینه شدن محلول ترکیبی وجود دارد.
در نمودارهای فروسرخ شدت ها برای گستره ی فرکانس های متناظر با گروه O-H و NO3-1 کاهش بسیار شدیدی دارند که می توان این را با از بین رفتن آب پسماند و تجزیه PVA و NO3-1 در ژل خشک شده توجیه کرد - . - 5باند جدید 571 cm 1 مد کششی C-O-C می باشد که به عنوان باند جذبی مشخص کننده فریت در نظر گرفته می شود - 6 - بنابراین کاهش یا ناپدید شدن باند های مشخص کننده گروههای کربوکسیل با افزایش دمای گرمادهی نشان دهنده تجزیه بیشتر مواد آلی می باشد و باند های مشخص کننده فریت - Ni0.3Zn0.6Cu0.1Fe2O4 - تشکیل می شود. - - 7
تحلیل فازی و اندازه ذرات پس از فرایند گرمایی: تحقیقات در مورد پراش پرتو ایکس - XRD - بر روی ژل خشک شده و ذرات گرما دیده در دماهای مختلف ، انجام شد.شکل 2 نشان دهنده الگوی پراش پرتو ایکس نمونه های گوناگون است. ژل خشک شده و ذره گرما دیده در دمای 250 درجه کاملا بی شکل و آمورف می باشند.چنانکه از شکل مشاهده می شود نمونه هایی که در دمای 400 درجه و بالاتر برشته شده اند فریتهای تک فازهستندو تنها فاز تشکیل شده متعلق به فریت نیکل روی مس است که دارای ساختار اسپینلی می باشد. می توان مشاهده کرد که افزایش دمای گرما دهی، باعث تیزتر شدن قله های اصلی می شود که این مبین افزایش اندازه دانه ها می باشد.
اندازه ه ی بلورک ها تکلیس شده با استفاده از رابطه ویلیامسون -هال - - Williamson-hallاندازه گیری شده که به ترتیب در دماهای 350 و400 و500و600و700و1000 به ترتیب ,22.88 ,17.82,17.57 ,14,66 56.81 , 44.44 می باشد. اندازه ی دانه ها درنمونه های گرم شده در دماهای350 و 400 و 500و 600 و700 و 1000 با تصاویر SEM به ترتیب 38 و 43 و 48 و 53 و82 و 87 نانومتر هستند در نتیجه می توان گفت که افزایش دمای گرمادهی سبب رشد بیشتر اندازه ذرات و بلورک های فریت نیکل روی مس می شود.قله های های پراش پرتو ایکس این نمونه مشابه با شماره کارت 08-0234 می باشد.
تصاویر SEM گرفته شده نشان می دهدکه ژل ها دارای ساختار ریز چگال هستند و مقدار کمی تخلخل در ساختار آنها وجود دارد.تشکیل ساختار شبکه ای متخلخل می تواند از آزاد سازی گازهایی مانند NO3و NOx وH2O در طی فرآیند خشک کردن باشد.در حقیقت در طی فرایند خشک کردن NH4NO3می تواند تجزیه شودتا گازهای NO3و NOxو بخار آب آزاد کند.بنابراین می توانیم نتیجه گیری کنیم که مقادیر زیادی از گازها درفرایند خشک کردن از پیش ماده ها آزاد می شود،که باعث بوجود آمدن موادی با تخلخل زیاد می گردد. تصاویر نشان دهنده این است که اندازه دانه ها تقریبا یکسان است و پراکندگی ذرات کم می باشد.
