بخشی از مقاله
چکیده
در این پژوهش نانو رنگدانههای سبز اکسید کروم و اکسیدکروم- سیلیکا به روش سرامیکی ساخته و مشخصهیابی شدند. پخت نمونهها در دمای بالا بیانگر مقاومت رنگی زیاد آنهاست. نمونههای آماده شده با آنالیز پراش پرتو X، میکروسکوپ الکترونی روبشی - SEM - و آزمون رنگ سنجی ارزیابی شدند. تصاویر SEM نشان میدهد، میانگین اندازه نانورنگدانههای اکسیدکروم- سیلیکا 80 نانومتر و نانورنگدانه اکسیدکروم 120نانومتر است. آزمون رنگ سنجی نمونهها نشان دهنده پارامترهای رنگی هستند که نمونه اکسیدکروم- سیلیکا ساخته شده از پارامتر رنگی a*=-15,32 و اکسید کروم از a*=-10,65 برخوردار است. آنالیز XRD بیانگر دو فازی بودن رنگدانه اکسیدکروم- سیلیکا و تک فازی بودن رنگدانه اکسید کروم است.
مقدمه
چاپگرهای سرامیکی جوهرافشان با اینکه قدمت کمی دارند کاربردهای زیادی در صنعت سرامیک دارند. یکی از موضوعهای مهم در این دستگاهها تهیه جوهر مناسب است که باید حامل رنگدانههایی در محدوده 600-200 نانومتر باشند.[1] رنگدانههای استفاده شده در این جوهرها معدنی میباشد و دارای مقاومت حرارتی بالا هستند. از جمله رنگدانههای سبز مورد استفاده در این جوهرها ترکیبات بر پایه کروم شامل اکسیدکروم، کرومات کبالت و اکسیدآلومینیوم-اکسیدکروم هستند2]و3و.[5 اکسیدکروم دارای ساختار رومبوهدرال با ثابتهای شبکه b=a=4,958 و c=13,593 است. زوایای فضایی این ساختار بهترتیب 90 و120 است. روشهای متعددی برای ساخت این رنگدانهها در ابعاد نانومتری وجود دارد.[4] روشهای شیمیایی مانند: سلژل، پلیاول و هیدروترمال و روشهای غیرشیمیایی مانند روش سرامیکی. در این پژوهش دو رنگدانه اکسید کروم و اکسید کروم- سیلیکا به روش سرامیکی ساخته شده است.
روش تجربی
مواد مورد استفاده در این پژوهش شامل اکسید سیلیسیوم - SiO2 - ، نیترات کروم - Cr - NO3 - 3.9H2O - و آب مقطر می- باشد. در این قسمت مراحل ساخت نانورنگدانه های اکسید کروم و اکسید کروم- سیلیکا به روش سرامیکی گزارش میشود. برای ساخت نمونه اکسید کروم در ابتدا یک محلول 70 درصد جرمی آب مقطر و30 درصد جرمی نیترات کروم آماده کرده و برای همگن سازی به مدت یک ساعت بر روی همزن مغناطیسی قرار گرفت. پس از آنکه محلول به خوبی همگن شد. محلول حرارت دیده، رسوب خشکی بدست آمد. پس از خشک شدن به مدت یک ساعت در دمای 105 & قرار داده شد.
سپس پودر خشک شده تیره رنگ در کوره قرار میگیرد و دمای کوره با نرخ 10 درجه بر دقیقه تا دمای 1200 & افزایش مییابد. نمونه به مدت 2ساعت در دمای 1200 & در شرایط اتمسفر محیط پخت شد. در نهایت پودر پخت شده دو بار با استون شستشو شد. نمونه اکسیدکروم با نام CR برچسب گرفت. برای نمونه اکسیدکروم-سیلیکا مقداری نیترات کروم و اکسید سیلیسیوم را با نسبت مولی برابر برداشته به همراه مقداری آب مقطر محلول 30 درصد جرمی بدست آمد. محلول روی همزن مغناطیسی قراردادهشد و پس از یک ساعت محلولی یکسان پدید آمد که دیگر رسوبی نداشت.
برای جلو گیری از رسوب سیلیس محلول را روی همزن مغناطیسی در دمای 105 C حرارت دادیم تا خشک شود. پودر سیاه بدست آمده درون کوره قرار میگیرد ودمای کوره با نرخ 10 درجه بر دقیقه تا دمای 1200 & افزایش مییابد. نمونه به مدت دو ساعت در دمای 1200 & در شرایط اتمسفر محیط پخت شد. پودر سبز رنگ بدست آمده دو بار با استون شستشو شد . نمونه ساخته شده با نام CS برچسب گرفت. برای مشخصه یابی و آنالیز پودرها از روشهای زیر استفاده شد. برای بررسی ساختار کریستالی رنگدانهها پراش پرتو X با دستگاه X'Pert - 40 KV, 30mA - و تابش &X. - =1 . 54 Å - صورت گرفت. نمایش ریز ساختارها بوسیله میکروسکوپ الکترونی روبشی - SEM - ، با استفاده از دستگاه VEGA3 TESCAN انجام شد. پارامترهای رنگی رنگدانهها با استفاده از آزمون رنگسنجی با استاندارد CIE L*a*b* آزمایش شد.
نتایج و بحث
میکروسکوپ الکترونی روبشی یک وسیله قدرتمند در راستای نشان دادن چگونگی شکل، توزیع و اندازه نانوذرات است. با استفاده از آن میتوان از توپوگرافی و پستی و بلندیهای سطح نیز اطلاعاتی بدست آورد. تصاویر نمونههای پخت شده در دمای 1200 & در شکل 1 آمده است. در شکل .1الف تصویر رنگدانه اکسیدکروم- سیلیکا و در شکل .1ب تصویر نانورنگدانه اکسید کروم نشان داده میشود. همانطور که مشاهده میشود اندازه ذرات نمونه اکسیدکروم-سیلیکا در محدوده 100-60 نانومتر و اندازه ذرات نمونه اکسیدکروم در محدوده 150-80 نانومتر است. نانورنگدانه اکسیدکروم- سیلیکا از ساختار کوچکتری نسبت به اکسید کروم برخوردار است.
حضور نانو ذرات اکسید سیلیسیوم در بین ذرات اکسیدکروم مانع از تشکیل ذرات اکسید کروم در ابعاد بزرگتر شده. یعنی وجود کریستالهای اکسید سیلیسوم در رنگدانه اکسیدکروم- سیلیکا از بهم چسبیدن کریستالهای اکسید کروم تا حدی جلوگیری می-کند.با اینکه بهنظر میرسد پیوندها در دو ملکول اکسیدکروم و اکسیدسیلیسیوم شکسته نشدند و ملکول جدیدی ساخته نشده اما بلورکهای آنها در ساختاری همشکل و منظم کنار هم قرار گرفتهاند که از اندازه ذرات کوچکتری نسبت به رنگدانه اکسیدکروم برخوردار است. کلوخگی بوجود آمده میان ذرات و بزرگ شدن اندازه ذرات در هر دو نمونه به دلیل پخت در دمای 1200 & است.
در این رابطه طول موج پرتوی X تابیده شده، زاویه براگ، پهنای بلندترین قله در نصف ارتفاع بیشینه و t اندازه بلورکها است. براساس این رابطه و با استفاده از طیفهای پراش پرتو X بدست آمده اندازه بلورکهای رنگدانه اکسید کروم در نمونه CR بطور میانگین 38 نانومتر است. اندازه میانگین بلورکهای اکسیدکروم در نمونه CS، 43 نانومترو اندازه میانگین بلورکهای اکسیدسیلیسیوم در این نمونه 32 نانو متر است.
در این آزمون +a* بیانگری میزان سبزی، -a* میزان قرمزی، + b* زردی و -b* آبی بودن نمونه است، و L* که در بازه 100-0 قرار دارد، روشنایی نمونه را بیان میکند. در این جدول سطر CR مربوط به نمونه اکسید کروم و سطر CS مربوط به نمونه اکسید کروم- سیلیکا است . مشاهده میشود که رنگدانه اکسید کروم سیلیکا دارای پارامتر a*= -15,39 و نمونه اکسید کروم دارای پارامتر a*= -10,65 است. در کل علت سبز رنگی نمونهها بدلیل وجود اکسید کروم است.
یونهای کروم - Cr3+ - در این ترکیب علت این رنگ سبز است، جابجاییهای یونها در نوارهای 4A2g به 4T2g و 4A2g به 4T1g عامل طیف جذبی در ناحیه مرئی رنگ سبز است .[1] مشاهده میشود که حضور نانو ذرات اکسید سیلیسیوم تاثیر مثبتی در این راستا دارد. وجود این نانو دزات به نظم و کلوخگی کمتر نانو ذرات اکسیدکروم کمک کرده و نانوذرات اکسیدکروم در اندازه کوچتر طیف جذبی در ناحیه سبز را تقویت و باعث افزایش پارامتر رنگی a* در جهت منفی شدهاند.
نتیجه گیری
در این تحقیق دو نانورنگدانه سبز بر پایه کروم اکسیدکروم و اکسیدکروم- سیلیکا ساخته شدند. با توجه به آنالیز XRD نمونه اکسیدکروم سیلیکا دارای دو فاز کریستالی اکسید کروم و اکسید سیلیسوم میباشد و نمونه اکسید کروم تک فاز است. اندازه بلورکهای نمونههای اکسید کروم 38 نانومتر و بلورکهای اکسید سیلیسیم واکسیدکروم در نمونه اکسیدکروم- سیلکا به ترتیب 32 و 46 نانومتر است.
