بخشی از مقاله
چکیده
نانوذرات بیسموت دارای کاربردهای گستردهای به عنوان مواد الکترواپتیک، ترموالکتریک، لعابهای سرامیکی و روانساز هستند. روشهای فیزیکی و شیمیای مختلفی برای سنتز نانوذرات بیسموت وجود دارد. روش تخلیه الکتریکی جریان مستقیم در محیط مایع، یک روش سریع با بازدهی سنتز بالا است. در این پژوهش نانوذرات بیسموت به وسیله تخلیه الکتریکی جریان مستقیم در نیتروژن مایع سنتز شدند. مطالعه ساختار بلوری نانوذرات سنتز شده توسط پراش پرتو ایکس نشاندهنده تشکیل نانوذرات بیسموت با درجه بلورینگی بالا است و اثری از تشکیل ساختارهای دیگری ازجمله اکسید بیسموت یا نیترید بیسموت مشاهده نمی شود.
خواص نوری نانوذرات بیسموت سنتز شده به روش طیف سنجی مریی فرابنفش مطالعه شد. طیف اندازهگیری شده افزایش تدریجی شدت جذب را در طول موجهای کوتاه نشان میدهد. مشاهده نشدن لبه جذب و افزایش تدریجی شدت جذب نشان میدهد نانوذرات بیسموت سنتز شده است. مورفولوژی و اندازه ذرات نیز توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی به دست آمد. تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی نشان میدهد که نانوذرات کروی با نسبت ابعادی نزدیک به یک سنتز شدهاند، همچنین متوسط اندازه نانوذرات سنتز شده 29 نانومتر به دست آمد. نتایج این پژوهش میتواند روش سریع با بازدهی بالا را برای سنتز نانوذرات بیسموت خالص فراهم نماید.
مقدمه
امروزه نانوذرات بیسموت با ساختارها و مورفولوژیهای گوناگون استفادههای گستردهای در زمینههای مختلف از جمله الکترونیک، اپتیک و علوم زیستی پیدا کردهاند.>1@ نانوذرات بیسموت به دلیل داشتن خواص منحصر به فرد از جمله جرم موثر کوچک، سطح فرمی ناهمسانگرد و گاف انرژی کوچک برای کاربردهایی الکترونیکی و الکترونیک نوری مناسب هستند.[2] تاکنون روشهای مختلفی برای سنتز نانوذرات بیسموت بهکار رفته است. پژوهشها نشان داده است که ساختار و ویژگی های نانوذرات بستگی به روش انتخاب شده برای سنتز این ذرات دارد.
از مهمترین روشهای مورد استفاده برای سنتز نانوذرات بیسموت میتوان به کندو سوز لیزری، احیای الکتروشیمیایی نانوذرات اکسید بیسموت، کندوپاش توسط شعله و سنتز هیدروترمال نانوذرات بیسموت به کمک مایکروویو اشاره کرد.[3-6] در بین روشهای شیمیایی و فیزیکی ارئه شده برای سنتز نانوذرات، تخلیه الکتریکی جریان مستقیم در محیط مایع به دلیل داشتن ویژگیهایی از جمله بازدهی بالا، خلوص بالای محصول، زیست سازگاری و تک مرحله بودن مورد توجه قرار گرفته است.
7] همچنین در این روش به تجهیزات خلاء و سامانه جمع آوری نانوذرات نیاز نیست. در این پژوهش از روش تخلیه الکتریکی جریان مستقیم در محیط نیتروژن مایع برای سنتز نانوذرات بیسموت استفاده شده است. نیتروژن مایع میتواند به عنوان یک محیط مناسب و زیست سازگار برای سنتز نانوذرات بیسموت خالص مورد استفاده قرار گیرد. ساختار بلوری، شکل، مورفولوژی و خواص نوری نانوذرات بیسموت سنتز شده ارزیابی شدند. نتایج نشان میدهند که نانوذرات بیسموت خالص سنتز شدهاند و ساختارهای دیگری مانند اکسید بیسموت یا نیترید بیسموت تشکیل نشدهاند. نتایج این پژوهش روشی سریع را برای سنتز نانوذرات بیسموت با خلوص بالا فراهم می آورد.
مواد و روش تحقیق
نانوذرات بیسموت توسط تخلیه الکتریکی جریان مستقیم بین دو الکترود از جنس بیسموت با خلوص 99/9 درصد سنتز شدند. برای هردو الکترود میلههایی از جنس بیسموت با قطر 4 میلیمتر و طول 30 میلیمتر استفاده شد. همانطورکه در شکل1 نشان داده شده الکترودها به صورت عمودی با فاصله 3-2 میلیمتر از هم قرار گرفتهاند. برای سنتز نانوذرات جریان الکتریکی 40 آمپر بهکار گرفته شد. هر فرآیند تخلیه الکتریکی در 3 ثانیه انجام گرفت. به هنگام تخلیه الکتریکی جریان مستقیم بین دو الکترود نور پر شدت به رنگ آبی روشن گسیل گردید.
در هر فرآیند در اثر نزدیک شدن الکترودها و افزایش میدان الکتریکی بین دو الکترود تخلیه الکتریکی با جریان بالا انجام گرفته و سطح الکترودها در دمای بالا تبخیر شده و ذرات بیسموت در محیط نیتروژن مایع پراکنده شدند، به این ترتیب نانوذرات بیسموت طی یک مرحله تشکیل می شوند. جوانه زنی در نتیجه به هم پیوستن اتمها و گونههای بیسموت تبخیر شده و رشد ذرات، دو سازوکار اساسی در سنتز نانوذرات بهشمار میروند. ساختار بلوری ذرات سنتز شده توسط الگوی پراش اشعه ایکس مورد بررسی قرار گرفت. خواص نوری ذرات توسط دستگاه طیف سنج نوری مطالعه شد. همچنین مورفولوژی و توزیع اندازه ذرات توسط تصویر برداری به کمک میکروسکوپ الکترونی روبشی به دست آمدند.
