بخشی از مقاله
در میان روشهای شیمیایی، سنتز احتراقی محلولی، تکنیکی ساده، کم هزینه و سریع می باشد که قابلیت تولیداکسیدهای چند جزئی - به صورت تک فاز - را دارا می باشد. در این پژوهش پودرنانوبلورین -αکوردریت با استفاده از فرآیند سنتز احتراقی وبا به کارگیری تترااتیلنتترامین به عنوان سوخت تهیه شد. و پودر تولید شده توسط آنالیزهای XRD، Ramany و SEM مورد بررسی قرار گرفته است. پودر حاصله نشان داد که SiO2 در واکنش شرکت نکرده و مانع از تشکیل مستقیم -αکوردریت از واکنش احتراقی می شود و -αکوردریت بطور غیر مستقیم توسط واکنشهای حالت جامد بین اسپینل و کریستوبالیت تشکیل می شود.
کلید واژه-سنتز احتراقی محلولی، تترااتیلنتترامین، اسپینل، کریستوبالیت
-1 مقدمه
شکل عمومی کوردریت به ترکیب جامد سه گانه MgO-Al2O3-SiO2 اطلاق می شود .[1] 2MgO·2Al2O3·5SiO2تقریبا در دمای 1460 c ذوب شده و به فاز مولیت و مایع تبدیل می شود. کوردریت دارای دو شکل شیمیایی می باشد:
-کوردریت؛ که به عنوان ایندیالیت نیز شناخته می شود، که دارای تقارن هگزاگونال می باشد و در دمای بالای 1300 cکریستالیزه می شود . عضو یا موجود چند شکلی از آن در دماهای بالا ممکن است در طبیعت و همچنین در انواع محصولات سرامیکی پیدا شود.[2]-کوردریت؛ که دارای تقارن لوزی گونه است که در دماهای زیر 950 c کریستالیزه می شود.[3] باید توجه داشت که ساختارهای مابین -کوردریت و -کوردریت نیز وجود دارد.در کنار دو شکل واقعی کوردریت وجود شکل دیگری از ان به نام -کوردریت نیز در مقالات گزارش شده است که یک شکل اصلاح شده معتبر از کوردریت نمی باشد. معمولا تبدیل کامل -کوردریت به -کوردریت در دماهای بالای 1100 c اتفاق می افتد.[4]
در میان تمام پلی مورفهای آن ; -کوردریت خواص ارزشمند زیادی از خود نشان می دهد - مقاوت عالی در برابر شک های حرارتی ، سختی و نسوزی ، عایق الکتریکی و غیره. - و بصورت گسترده در موارد زیر استفاده می شود :تولید قطعات برای موتورهای احتراق داخلی ، پوشش های نسوز ، عایق الکتریکی ، قطعات میکروالکترونیک ، شیشه سرامیک ایندیالیت ، غشاء با توابع میکرو فیلتراسیونی، فیلتر برای حفظ ذرات جامد، دماغه مخروطی موشک ها و غیره.[5] یکی از مهم ترین برنامه های کاربردی از کوردریت تولید کاتالیزورهای لانه زنبوری برای کاهش تولید گازهای گلخانه ای وسایل نقلیه است[6]بخاطر مشکلات فراوان برای تهیه این نوع سرامیک ها ، محققان تصمیم گرفتند برای کم کردن دما و زمان عملیاتحرارتی، از روشهای شیمیایی برای تولید این نانو پودر استفاده کنند :
از جمله این روشها می توان به روش پچینی [7] سل-ژل[8] اسپری کردن پلاسما [9] و روش احتراق اشاره کرد.[10] در این مقاله هدف این است که -کوردریت را به روش احتراق تولید کنیم که تا کنون در کشور صورت نگرفته است و میتوان زمان تولید محصول را به یک پنجم مقدار فعلی در روش پچینی رساند.مدل اصلاح شده روش پچینی، سنتز احتراقی است. سنتز احتراقی - CS - یا سنتز خود فروزان با دمای بالا روشی موثر و ارزان قیمت برای تهیه انواع مختلف نانو مواد است. سنتز احتراقی محلولی یک روش تطبیق پذیر، ساده و بسیار سریع است که بوسیله آن میتوان تعداد زیادی از مواد نانویی مختلف را بصورت موثر منتشر کرد. این روش شامل واکنشهایی متکی به خودیا خود نگه دارنده در محلول همگنی از اکسید کننده ها - مانند نیتراتهای فلزی - و سوخت - مانند اوره،گلیسین - می باشد.
-2 نحوه انجام آزمایش
-1-2 مواد اولیه:
در این تحقیق از از مواد اولیه زیر که همگی از شرکت مرک خریداری شده استفاده شده است. نیترات منیزم/استات منیزیم ، نیترات آلومینیوم تری اتیلن تترامین و اکسید سلیسیوم. استکیومتری نیتراتهای فلزی در برابر سوخت در جدول1 آمده است.
-2-2 روش آزمایش:
مواد اولیه را در آب مقطر ریخته و روی همزن مغناطیسی در دمای 85 c قرار داده و تا حل شدن کامل آن صبر میکنیم، پس از آن محلول بدست آمده را در ظروف مشخصی قرار داده و برای شروع واکنش احتراقی درون کوره از قبل گرم شده در 300 c قرار می دهیم.وقتی واکنش احتراق به طور کامل انجام شد پودر بدست آمده را آسیاب نموده و دوباره در 1300 c به مدت یک ساعت حرارت می دهیم . ترکیب فازی نمونه توسط دستگاه پراش پرتو X ساخت کارخانه فیلیپس مدل 1480;ʼ3HUW موجود در دانشگاه تربیت مدرس مورد بررس خواهد گرفت. اندازه و شکل نانوپودر هم توسط SEM مطالعه خواهد شد. طیف رامان نمونههای مختلف نانو پودر شیشه-سرامیک 18O5Si4Al2Mg در دماهای مختلف نیز توسط طیف سنجی رامان مطالعه خواهد شد.
-3-2 بحث و نتایج
شرایط ایده آل زمانی پیش می آمد که می توانستیم نانو پودر کوردریت را مستقیما توسط واکنش احتراق بدست آوریم ، که این فرضیه تا زمانی که SiO2 در واکنش شرکت نمی کند اتفاق نمی افتد. طبق نتایج SiO2 در واکنش اکسایش- کاهش ما شرکت نمی کند و به صورت یک عامل جنبی برای کاهش دمای واکنش احتراق عمل می کند.با توجه به استفاده ما از تری اتیلن تترامین بعنوان سوخت خواهیم داشت واکنش احتراقی در این حالت از نوع سوختن بدون شعله بوده و نتیجه آن پودری سیاه و آمورف خواهد بود. بعد از آن آسیاب و عملیات حرارتی در 1300 c به مدت یک ساعت بر روی نمونه انجام خواهد شد که نتیجه ان شکل گیری نانو پودر -کوردریت خواهد بود .
الگوی پراش پرتوی x نمونه تولید شده با روش احتراق محلولی در شکل 1 نشان داده شده که نمونه 1 را بصورت عادی و نمونه 2 را به سرعت حرارت دادیم تا به 1300 c برسند و حدود یک ساعت در این دما حرارت دادیم.با مقایسه شدت پیک ایندیالیت - - 10.42 تولید شده با نمونه مشابه توسط روش سل- ژل که در همین آزمایشگاهصورت گرفت نتیجه می شود که نمونه تولید شده توسط سنتز احتراق محلولی دارای کریستالیزاسیون قوی تری بوده و علاوه بر آن، تعدادی از فرایندها و پدیده های ناخواسته که معمولا در طی واکنش های حالت جامد رخ دهد - تبلورمجدد، رشد دانه ها، ترمیم نقص های ساختاری و بهبود درجه بلورین، از بین بردن استرس باقی مانده - ، بطور قابل توجهی به حداقل رسیده و یا حتی اجتناب می شود.
طیف رامان نانوپودر مورد نظر در آزمایشگاه اسپکتروسکوپی گروه اتمی و مولکولی بخش فیزیک دانشگاه تربیت مدرس توسط دستگاه Thermo Nicolet Almega که با طول موج 532nm در دومین هماهنگ هارمونیک لیزر Nd:YLF کار می کند، گرفته شده است.با تطابق آنالیز رامان با آنالیزهای متقارن و استاندارد موجود می توان مدهای فعال نمونه را شناسایی کرد . ساختار پودر -کوردریت شش گوشه بوده و دارای گروه فضاییp6/mcc می باشد.قویترین مد رامان در 566cm-1 ظاهر می شود و با افزایش دما این پیک تیز تر می شود. طیف رامان نمونههای مختلف نانو پودر شیشه- سرامیک Mg2Al4Si5O18 برای تکلیس در دمای1300 c برای مدت زمان یک ساعت در شکل - 2نمونه - 1 نشان داده شده است. نمونه 1 یک ساعت در 1300 c و نمونه 2 دو ساعت در 1300 c
