بخشی از مقاله
چکیده
دی اکسید تیتانیوم دارای سه ساختار روتایل، آناتاز و بروکایت است که پایدارترین ساختار آن در دماهای بالا ساختار روتایل است. با ورود عناصری به عنوان ناخالصی به این ساختار میتوان رنگدانه سرامیکی زرد ساخت. برای ورود ناخالصی به ساختار روتایل از آنتیموان و کروم استفاده شده است. فرایند کلسینه شدن رنگدانه در دمای 1000 درجه سانتیگراد انجام شده است. رنگدانه تولید شده با استفاده از آنالیز پراش پرتو X و میکروسکوپ الکترون روبشی - SEM - مشخصه یابی شد.
تصاویر SEM نشان می دهد که اندازه ذرات بین 130 تا 170 نانومتر است که برای چاپ جوهر افشان مناسب می باشد. آنالیز XRD نشان می دهد که ترکیب تکفاز روتایل است. از رنگدانه تولید شده، با روش آسیابکاری، نانوجوهری برای چاپ بر روی کاشی سرامیکی بدست آمد و پس از چاپ بر روی کاشی سرامیکی، در دمای 1080 درجه سانتیگراد پخت شد و پارامترهای رنگی نمونه با آزمون رنگسنجی اندازهگیری شدند. آزمون رنگسنجی نشان دهنده زرد بودن نمونه چاپ شده بر روی کاشی است.
مقدمه:
دیاکسیدتیتانیوم در طبیعت دارای سه شکل کریستالی روتایل، آناتاز و بروکایت است. در دماهای بالا روتایل فاز پایدار و آناتاز و بروکایت ناپایدارند.[1] روتایل رایج ترین شکل طبیعی و معمول از TiO2 است، زیرا کمترین حجم در میان سه ساختار را دارد. همچنین یکی از بالاترین ضرایب شکست را در میان فازهای بلوری شناخته شده نشان میدهد .[2] روتایل دارای ساختار کریستالی تتراگونال با گروه فضایی P42/mnm و ساختارهای شبکه a=b=4.594œA و c=2.959œA است. زوایای فضایی این ساختار = = = 90œ است.[3] با ورود ناخالصی در ساختار بلوری تیتانیوم دی اکسید، منجر به تغییر در باند انتقال بار - Ti4+ O2- - به علت تغییر در زمینه کریستال در اطراف یون کروموفور میشود.
این باند انتقال بار بر ترازهای انرژی تاثیر گذاشته و تراز انرژی جدید ایجاد می کند. بازتاب نور از ترازهای جدید عامل ایجاد رنگ رنگدانه است.[2] برای ساخت نانورنگدانه از روش های سلژل، پلیاول، هیدروترمال، حالت جامد، سرامیک کلاسیک و غیره می توان بهره برد. روش سرامیک کلاسیک دارای مزایایی از جمله ساده بودن فرایند است.[4] در این مقاله ابتدا با استفاده از روش سرامیک کلاسیک نانورنگدانه زرد سنتز شده و پس از تبدیل آن به جوهر با استفاده از آسیاب کاری بر روی کاشی سرامیکی چاپ شده است.
فعالیت های تجربی:
برای تولید رنگدانه Sb0.015Cr0.015Ti0.97O2 ابتدا 427 میلیگرم آنتیموانتریکلرید به آرامی به 60 میلی لیتر آب مقطر اضافه شده تا در شرایط بهم خوردن کاملا حل شوند. در حالتی که محلول بر روی همزن قرار دارد 750 میلیگرم نیتراتکروم آبپوشیده به آن اضافه شد. پس از انحلال کامل این دو ماده، 9/685 گرم پیشماده دیاکسیدتیتانیوم به صورت نانوپودر با محلول مخلوط شد. سپس مقدار لازم از محلول آمونیا 25 درصد جرمی قطره قطره به محلول اضافه شده تا pH محلول به 8 برسد.
تمام مراحل بالا بر روی همزن در حال هم خوردن صورت گرفتند. محلول بدست آمده درون منتل در دمای 110 درجه سانتیگراد قرار گرفته تا فاز مایع آن بخار شده و پس از مدتی پودر جامد به رنگ آبی آسمانی کاملا خشک حاصل شود. پودر حاصل پس از شستوشو در دمای محیط خشک شد. پودر خشک شده به مدت دوساعت در دمای 1000 درجه سانتی گراد و با نرخ افزایش دمای 10 درجه سانتی گراد بر دقیقه پخت گردید. رنگدانه زرد بدستآمده با حلال مناسب به مدت 2 ساعت درون آسیاب قرار گرفته و جوهر زرد رنگ حاصل گردید. جوهر حاصل به روش اسپری بر روی کاشی سرامیکی چاپ شد.
پس از چاپ بر روی کاشی، نمونه درون کوره با دمای 1080 درجه سانتیگراد پخت گردید. برای بررسی ساختار کریستالی رنگدانه های سنتز شده دستگاه پراش پرتو ;ʼ3HUW X - 40KV,30mA - و تابش - &X. - 1.54 مورد استفاده قرار گرفت. همچنین نمایش ریزساختار رنگدانه بعد از سنتز و بعد از چاپ برروی کاشی بوسیله میکروسکوپ الکترونی روبشی - SEM - با استفاده از دستگاه VEGA3 TESCAN انجام شد. برای تشخیص کمی رنگ رنگدانه چاپ شده برروی کاشیسرامیکی از طیف بازتاب و پارامترهای رنگی با استفاده از آزمون رنگسنجی، با استاندارد CIE L*a*b* انجام گرفت.
بحث و نتیجه گیری:
تصویر SEM مربوط به پودر دیاکسیدتیتانیوم اولیه در شکل.1الف و تصویر SEM مربوط به رنگدانه پخت شده در شکل .1ب مشاهده می شود. با توجه به شکل1 میتوان دریافت که با حرارت دهی و ورود ناخالصی به درون ساختار دیاکسیدتیتانیوم اندازه ذرات رنگدانه نسبت به پودر اولیه بزرگتر شده است. رنگدانه پخت شده در حالت کلی کمتر است. میانگین اندازه ذرات اولیه 130نانومتر و میانگین اندازه ذرات رنگدانه پخت شده 155 نانومتر است.
شکل :2 نمودار ستونی الف - اندازه ذرات نانوپودر دیاکسیدتیتانیوم اولیه ب - اندازه ذرات رنگدانه پخت شده. در شکل 3 تصاویر SEM مربوط به سطح کاشیسرامیکی بدون رنگ و سطح کاشیسرامیکی رنگ شده مشاهده میشود. بطورکلی سطح کاشیسرامیکی صاف است ولی با توجه به شکل .3الف می توان دید که سطح کاشی در اندازههای نانومتری دارای پستی و بلندی هایی با اندازه کمتر از 100 نانومتر است. همانطور که در شکل.3ب قابل مشاهده است اندازه ذرات جوهر چاپ شده روی سطح زیر 100 نانومتر است. این پدیده می تواند به علت فرآیند آسیبابکاری باشد که باعث نفوذ جوهر در لعاب کاشیسرامیکی شده است.
