بخشی از مقاله
چکیده
امروزه نانوساختارهای یک بعدی سرامیکی مانند نانوالیاف، نانومیلهها و نانولولهها به دلیل کاربردهای بالقوه در بسیاری فن آوریها توجه زیادی را به خود معطوف داشتهاند. در میان روشهای موجود برای تولید این مواد، الکتروریسی روشی ساده، کمهزینه و پرکاربرد است که امکان تولید مورفولوژیهای مختلفی از نانوالیاف را فراهم میآورد. نانوالیاف متخلخل سرامیکی از جمله مورفولوژیهایی است که به هدف افزایش سطح مخصوص نانوالیاف که نقشی تعیینکننده بر خواص آنها در کاربردهای مختلف دارد، تولید میشود. در این پژوهش نانوالیاف متخلخل دیاکسید تیتانیوم الکتروریسی شده به سه روش تولید و خواص آنها مورد ارزیابی قرار گرفت.
در این راستا نانوالیاف متخلخل از طریق حذف جزء گلیسیرین با حرارت، حذف نانوذرات اکسیدروی به روش اچکردن و با الکتروریسی در رطوبت بالا تولید شد. تصاویر FESEM نشان از وجود تخلخل برای تمام نانوالیاف دارد اما مطابق با نتایج BET سطح مخصوص نانوالیاف تولیدی در رطوبت %65 نزدیک به 128m2/g است که اختلافی 2 برابری را نسبت به دیگر نانوالیاف متخلخل نشان میدهد. نتایج حاصل از آزمون تخریب رنگ متیلن آبی نیز این مسأله را تأیید نمود. مطابق با شدت پیک جذب رنگ اندازهگیری شده با اسپکتروفوتومتر جذبی برای محلول حاوی نانوالیاف متخلخل تولیدی در رطوبت %65 طی یک ساعت ابتدایی کاهش 80 درصدی مشاهده شد، در حالی که این میزان برای سایر نمونهها در حدود %50 بود.
کلید واژه- الکتروریسی، تخلخل، سطح مخصوص، نانوالیاف دی اکسید تیتانیوم
-1مقدمه
در سال های اخیر دی اکسید تیتانیوم - TiO2 - به میزان زیادی مورد توجه پژوهشگران بودهاست، زیرا طیف وسیعی از حوزههای کاربردی نظیر الکترونیک، حسگرها، سلولهای خورشیدی، باتریها و فوتوکاتالیستها را دربر میگیرد.[1] در این میان بسیاری از قابلیتهای کاربردی TiO2 مانند فعالیت فوتوکاتالیستی به شدت متأثر از ساختار مورفولوژیکی و سطح مخصوص این ماده است و از اینرو امروزه نانوذرات مورد توجه هستند.[1-4] امروزه با گسترش تولید و بهکارگیری نانوذرات سرامیکی و شناخت بیشتر نسبت به آنها، محققان برای افزایش بهرهوری این مواد در کاربردهای مختلف در پی تولید ساختارهای نوینی مانند نانومواد یک بعدی شامل نانوالیاف، نانومیلهها و نانولولهها هستند.[1-4]
نانوالیاف الکتروریسی شده با دارا بودن خواص مکانیکی و ساختاری خوب، انعطاف پذیری زیاد، قابلیت گذردهی بالا و امکان تولید مورفولوژی متنوع با درنظر داشتن سادگی و کم هزینه بودن روش الکتروریسی از جایگاه ویژهای برخوردار هستند5]و.[6 با این حال در مقایسه با نانوذرات TiO2، سطح مخصوص نانوالیاف کمتر است که با سنتز نانوالیافی متخلخل این کاهش قابل جبران است.[2-4] با توجه به سطح فوقالعاده بالا، این نانوالیاف در فیلتراسیون، سلولهای سوختی، داربست مهندسی بافت، کاتالیستها و سلولهای خورشیدی رنگحساس توسط محققان به کار گرفته میشوند.[7]
-2تجربیات/تئوری
از اتانول، اسید استیک، گلیسیرین و پلیمر پلیوینیل پیرولیدون - - PVP با وزن مولکولی 1,300,000 گرم بر مول و پیشماده معدنی تیتانیوم ایزو پروپوکساید - - TTIP و نیز نانوذرات اکسید روی در محلولها استفاده شد.جهت آمادهسازی محلول الکتروریسی پایه 4 درصد وزنی از PVP به مخلوطی از اتانول و اسید استیک - با نسبت 78 به - 22 افزوده و برای 4 ساعت با همزن مغناطیسی همزده شد. با انحلال کامل پلیمر، TTIP با 5 درصد وزنی به محلول افزوده و برای 6 ساعت همزده شد. جهت آمادهسازی محلول نانوالیاف متخلخل در یک روش یک درصد وزنی گلیسیرین و در روشی دیگر 0/5 درصد وزنی نانوذرات اکسید روی به محلول پایه افزوده شد. محلول حاوی نانوذرات ZnO به مدت20 دقیقه به روش فراصوت نیز همزده شد.
پس از تهیه محلول به سرنگ الکتروریسی منتقل و الکتروریسی با نرخ تغذیه محلول 0/7 میلیلیتر بر ساعت - 0/5 میلیلیتر برای نانوالیاف حاوی - ZnO و ولتاژ اعمالی 18 کیلوولت در فاصله ریسندگی 20 سانتیمتر انجامشد. همچنین برای اولین بار جهت تولید نانوالیاف متخلخل TiO2 الکتروریسی محلول پایه در رطوبت نسبی 65 درصد انجام شد. در نهایت نانوالیاف را در کوره الکتریکی تحت دمای 560 درجه سانتیگراد برای 4 ساعت قرار گرفت تا نانوالیاف سرامیکی نهایی بهدست آید. جهت حذف ZnO، نانوالیاف حاوی آن در محلول 2 مولار سود برای 24 ساعت به روش مغناطیسی همزده شد.
جهت بررسی ساختار سطحی و مورفولوژی از میکروسکوپ الکترونی روبشی انتشار میدان - - FESEM، برای بررسی ساختار بلوری از آزمون XRD، به منظور اندازهگیری سطح مخصوص از آزمون BET و نیز از آزمون تخریب رنگ متیلن آبی برای ارزیابی فعالیت فوتوکاتالیستی نانوالیاف متخلخل استفاده شد.
-3بحث و نتایج
تصاویر FESEM نانوالیاف الکتروریسی شده پیش از عملیات حرارتی چنانکه در شکل - 1 - نشان داده شده است حاکی از یکنواختی قطری نانوالیاف و عدم وجود اشکالات ساختاری نظیر بید در لایههاست. قطر نانوالیاف نیز در محدوده 90nm تا 140nm و نسبتا یکنواخت است که نشان از اجرای مطلوب عملیات الکتروریسی دارند.مطابق طیف XRD به منظور تعیین ساختار بلوری نانوالیاف سرامیکی با شناسایی پیکهایی در زاویههای 25/0، 37/8، 47/7، 53/3 و 54/6 تشکیل فاز آناتاز TiO2 اثبات شد.تصاویر FESEM شکل - 3 - مقادیری از تخلخل را در سطح تمام نانوالیاف TiO2 تولیدی ن شان میدهد. در جدول 1 ظرافت الیاف و نیز مقادیر سطح مخصوص آن ارائه شده است.
