بخشی از مقاله
چکیده
در این تحقیق نانوپودر پایه تیتانیا به همراه افزودنی 0-7 - Ce درصد مولی - Ceبه روش سل- ژل سنتز شده است. تاثیرات Ceروي ساختار نانوذرات به وسیلهي آنالیز XRD بررسی شد. نتایجبدستآمدهازآنالیزXRDنشانمی دهدCe از استحاله فازي آناتاز به روتایل همچنین رشد دانه ها جلوگیري می کند. تمامی پیک هاي بدست آمده با الگوي فاز آناتاز تیتانیا مطابقت دارد.انرژي باندگپ تیتانیا بعد از افزودن دوپنت سریم از 3/21 به 3/08 تغییر کرد.
مقدمه
در سالهاي اخیر،نانو ذرات سرامیکی به علت خواص نوري، الکترونیکی و قابلیت چگالش بهتر، مورد توجه قرار گرفته اند. در این میان نانو ذرات دياکسید تیتانیوم خواص الکتریکی، نوري و فتوکاتالیستی خوبی از خود نشان داده است.[1] کاربرد و کارآیی TiO2 به شدت تحت تاثیر ساختار بلوري، شکل و اندازهي ذرات آن است.[2] تیتانیا دارایسهپلیمرف اصلیآناتاز1، روتایل 2و بروکیت3است. تشکیلاینسهنوع ساختارشدیدا وابستهبهدمااست. با توجه به گزارشات،فازآناتازدردمایحدود300°C شروع به جوانهزنی کرده و با افزایش دما تا حوالی600°C به طور کامل تشکیل می شود. باافزایشبیشتردما، تحت شرایط
خواص اپتیکی و ساختاري نانوذرات آناتاز دوپ شده با سریم
معمولی فاز آناتاز به صورت برگشتناپذیر و طی پروسه گرمازایی تحت مکانیزم جوانه زنی و رشد، در دماي حدود 600°C به فاز روتایل تبدیل میشود .[5-3] به لحاظ ترمودینامیکی روتایل پایدارترین فاز TiO2 در فشار معمولی بوده و دو فاز دیگر، فازهاي نیمه پایدار این سیستم به شمار میروند. شکل - - 1 نشان دهنده دیاگرام دما- فشار مربوط به استحاله فازي دي اکسید تیتانیوم می باشد.[6]حضور دوپنت تاثیر بسیار مهمی بر استحاله فازي آناتاز به روتایل میگذارد.این مطالعات نشان میدهد که دوپنت میتواند باعث ممانعت یا حضور بیشتر فاز روتایل گردد، که این عوامل بیشتر بستگی به شعاع کاتیون و چگونگی قرارگیري آن در شبکه فضایی TiO2 دارد.[8] طبق مطالعات انجام شده افزودن فلزات واسطه به ساختار تیتانیوم در اکسید سبب کند شدن انتقالات فازي آناتاز به روتایل میگردد .[9]طبق گزارشات لبه جذب غیر مستقیم براي فاز روتایل 3eV و آناتاز 3/2eV اندازهگیري شده است .[10]در این تحقیق، اثر افزودن Ce3+بر خواص ساختاري نانوذرات تیتانیا مورد بررسی قرار گرفته است.
مواد و روش تحقیق
مواد اولیه مورد استفاده براي سنتز نانوذرات TiO2 در جدول - - 1 گزارش شدهاست.در این تحقیق از دستگاه آنالیز حرارتی مدلSTA 1460استفاده شد.براي تعیین ساختار از دستگاه تفرق اشعه ایکس - XRD, - Unisantis-XMD300 با طول موج 1/54 A° ،جریان 80MA و ولتاژ45KV استفاده شد.براي مشاهده دقیق ریزساختار از میکروسکوپ الکترونی روبشی گسیل میدانیFE-SEM1مدلTESCANاستفاده شد. همچنینEDS2که بر روي دستگاه-FE SEMنصب بود، براي آنالیز کمی عناصر مورد استفاده قرار گرفت. از دستگاهUV-Visساخت شرکتperkinelmerامریکا مدلLambda 25براي تعیین خواص اپتیکی استفاده شد.
نتایج و مباحث
نتایج حاصل از آنالیزحرارتی
نتایج حاصل از آنالیز TG-DTA حاصل از ژل تیتانیا از دماي اتاق تا دماي 700℃ با سرعت گرمایش ℃ minدر شکل 2 نشان داده شده است. کاهش وزن نمونه به تدریج با افزایش دما تا حدود 600℃ افزایش یافته ولی بالاتر از این دما با افزایش دما و افزایش تیتانیوم، تغییرات در کاهش وزن خیلی جزیی بوده است. پیک گرماگیر در محدوده دمایی 20-120℃، مربوط به تبخیر حلال، مواد فرار موجود در بدنه ژل و همچنین احتمالا مربوط به تجزیه فازهاي آلی موجود در بدنه ژل باشد. اولین پیک گرمازا در محدوده - 129℃ - 120-140 احتمالا به احتراق ترکیبات آلی باقیمانده موجود در بدنه ژل نسبت داده میشود. زیرا پیش مادههاي مورد استفاده در روش سل-ژل آلکوکسیدي بوده که طی فرآیند هیدرولیز، چگالش و تبدیل به محصول اکسیدي، مقداري ترکیبات آلی از خود برجاي میگذارند. پیک در محدوده دمایی - 298℃ - 290-340 احتمالا مربوط به
