بخشی از مقاله
چکیده
در این مقاله، نانوذرات اکسیدنیکل به روش تخلیه قوسالکتریکی با استفاده از دو الکترود از جنس نیکل در محیط اکسیژن و با استفاده از یک راکتور تحقیقاتی دههزار واتی ساخته شده در گروه فیزیک دانشگاه شهید چمران اهواز تولید شدند. جریانهای عبوری 10 و 50 آمپر، از الکترودها و فشارهای 1 و 2 اتمسفر اکسیژن درون راکتور آزمایش شدند تا تاثیر جریانها و فشارهای مختلف بر اندازه نانوذرات اکسیدنیکل بررسی شود و امکان بررسی ایده کنترل اندازه بهروش تغییر جریان و فشار تحقیق شود. نانوذرات اکسیدنیکل بوسیله پراش اشعهایکس - XRD - و میکروسکوپ الکترونیروبشیاثرمیدانی - - FESEM مشخصهیابی شدند. نتایج نشان دادند که در تمام جریانها و فشارها نانوذرات اکسیدنیکل تکفاز و خالص تولید شدند. همچنین کمترین اندازه متوسط نانوذرات، مقدار 42 نانومتر برای نانوذراتی که با جریان 50 آمپر و فشار 2 اتمسفر تولید شدند، اندازهگیری شد.
مقدمه
امروزه گستره وسیع فعالیتها و کاربردهای فنآوری نانو توجه بسیاری از محققین و دانشمندان را بهخود معطوف کرده است. ویژگیهای ذرات بسیار ریز نسبت بهذرات تودهای باعث کاربردهای متنوع در صنایع الکترونیکی بهعنوان ریزپردازندهها،حسگرها، نیمرساناها و دیگر صنایع شده است. در پزشکی وبیوشیمی بهعنوان ذراتی که اندازه آنها کوچکتر از ابعاد یک سلول زندهاند - 1-10ʽm - ، میتوانند به درون سلول وارد شوند و تغییرات مؤثری را بهوجود آورند. در صنایع کاتالیستی بهدلیل اهمیت بالا بودن نسبت سطح بهحجم نانوکاتالیزورها، این نانوذراتمیتوانند کاربردهای بیشتری در این زمینه داشته باشند. اکسیدنیکلیک نیمرسانای نوع p است که میتواند بهعنوان گیرنده الکترون عمل کند.
از همینرو، این ماده میتواند در کاتالیستها، باتریهای کاتدی، حسگرهای گازی، مواد مغناطیسی، فیبرهای فعال نوری،پیلهای سوختی و ... استفاده شود .[1] تاکنون، روشهای مختلفی از جمله سلژل [2]، هیدروترمال [3]، آسیایمکانیکی [4] وقوسالکتریکی [5] برای تولید انواع بسیاری از نانوذرات استفادهشده است. با مطالعه این روشها بهنظر میرسد روش تخلیهقوسالکتریکی مزیتهایی از قبیل خلوص بالا، توزیع اندازه یکنواخت و امکان کنترل اندازه ذرات تولید شده را بهخوبی دارد.[6] همچنین کم هزینه بودن روش و تولید محصول بهمیزان مناسب در مقایسه با روشهای دیگر، مزایای این روش را بارزترمیکند .[9-7] در این مقاله هدف تهیه نانو ذرات اکسیدنیکل بهروش تخلیه قوسالکتریکی تحت فشارها و جریانهای الکتریکیمختلف و بررسی اندازه ذرات آنها میباشد.
روش کار
نانوذرات اکسیدنیکل با استفاده از یک رآکتور استیلی ساخته شدهدر گروه فیزیک که نمایی از آن در شکل 1 دیده میشود تولیدشدند .[10] از دو قطعه میله از جنس نیکل با قطر 6/5 mm و
طول8 cm و با خلوص 99/9 درصد به عنوان الکترودهای آند وکاتد استفاده شد؛ در ضمن گاز اکسیژن با فشارهای مورد نظر، به راکتور تزریق گردید. به دلیل مصرف شدن آند حین ایجاد قوس الکتریکی، بهوسیله یک سیستم کنترل فاصله الکترودها، الکترود آندرا به الکترود کاتد نزدیک کرده تا قوسالکتریکی تشکیل شود.هنگام تشکیل پلاسما، نیکل تبخیر شده در اثر واکنشهای اکسایشو کاهش با اکسیژن درون رآکتور ترکیب و نانوذرات اکسیدنیکلتهیه میشوند. با تغییر فشار اکسیژن درون رآکتور و تغییر جریان پلاسما، شرایط مناسب تشکیل نانوذرات اکسیدنیکل ایجاد می شود.در این پروژه از جریانهای 10 و 50 آمپر ، با فشارهای 1 و 2اتمسفر برای تولید نانوذرات اکسیدنیکل استفاده شد.
شکل 2 الگوی پراش اشعه ایکس نمونههای تولید شده در شرایط مختلف را نشان میدهد. جهت بررسی میزان خلوص نمونهها، الگوها بوسیله نرمافزار X'PertHighScore آنالیز شدند. تمام نمونه-ها با کارت استاندراد 00-001-1239 مطابقت داشتند. این موضوع نشان میدهد که با روش تخلیه قوس الکتریکی میتوان نانوذرات اکسیدنیکل با خلوص بالا تولید نمود.سپس از نمونههای تولید شده تصاویر FESEM گرفته شد، واندازه ذرات بوسیله نرم افزار DIGIMIZER مورد بررسی قرار گرفتند. در شکل 3 تصاویر گرفته شده به همراه منحنیهای درصد فراوانی مشاهده میشوند. اغلب نانوذرات به شکل مکعبی هستند ودر بعضی از نمونهها تعداد اندکی نانوذره به شکل کروی وجوددارد.در همه نمونهها تعداد ذرات با اندازه بین 20 تا 60 نانومتربیشترین فراوانی را دارد. نمونهای که با جریان 50 آمپر و در فشار2 اتمسفر تولید شده است، از لحاظ اندازه دارای ذرات یکنواخت-تری میباشد.در جدول 1 متوسط اندازه نمونههای تولید شده در شرایط مختلفنشان داده شده است. متوسط اندازه نمونهها بین 40 تا 53 نانومتراست.
نتیجه گیری
در این مقاله نانوذرات اکسیدنیکل - - NiO بهروش تخلیه قوس الکتریکی در شرایط مختلف ساخته شدهاند.با توجه به خلوص بالای نانوذرات تولید شده، روش تخلیه قوسالکتریکی،روشی بسیار مناسب جهت تولید این محصول میباشد.با بررسی تصاویرFESEM گرفته شده از نمونهها، اغلب نانوذرات به شکل مکعبی هستند. در همه نمونهها تعداد ذرات با اندازه بین 20 تا 60 نانومتربیشترین فراوانی را دارد. متوسط اندازه ذرات در نمونههای تولید شده بین 40 تا 53 نانومتر است. کمترین اندازه برابر با 42 نانومتر برای نمونههای تولید شده با جریان 50 آمپر و در فشار 2 اتمسفر به دست آمد. این نمونه دارای توزیع یکنواختتر ذرات نیز بود.
سپاسگزاری
از راهنماییهای ارزنده استاد بزرگوارم جناب آقای دکتر منصور فربد صمیمانه تشکر میکنم.
