روشهای سنتز نانو ذرات اکسید تیتانیوم
مقدمه ای کامل و جامع و بسیار مناسب برای پایان نامه های رشته فیزیک، شیمی، نانوفیزیک،نانوشیمی، مهندسی مواد و ...
حاصل از ترجمه مقالات ISI با 47 رفرنس معتبر - 40 صفحه فایل word با فهرست مطالب، جدولها و شکلها و با رعایت تمام نکات نگارشی
_______________________________________________________________________________________
لینک عضویت در کانال تلگرامی نفیس بازار:
جهت اطلاع از آخرین و تمام فایلهای تحقیقاتی موجود، شما می توانید با کلیک بر روی لینک زیر و سپس کلیک بر روی join در پایین صفحه در کانال عضو شوید
https://telegram.me/nafisbazar
_______________________________________________________________________________________
payannameht@gmail.com
---------------------------------------------------------------------
فایلهای مرتبط :
خواص و کاربردهای نانو ذرات اکسید تیتانیوم
اثر پارامترهای سنتز بر روی خواص ساختاری و اپتیکی نانوساختارهای اکسید تیتانیوم
----------------------------------------------------------------------
خواص و کاربردهای نانوساختارهای دیاکسید تیتانیوم بهشدت به اندازه ذرات، ساختار، مساحت سطح موثر و خواص سطحی آن وابسته است. از آنجایی که، این خواص بهنوبه خود تحت تاثیر روشهای سنتز میباشند، در این فصل مروری بر روشهای مختلف سنتز نانوذرات و لایههای نازک TiO2 خواهیم داشت.
واکنشهای شیمیایی برای سنتز مواد میتواند در حالت گاز، مایع یا جامد انجام شود. سرعت نفوذ واکنشگرها در فاز گاز یا مایع، چندین برابر از فاز جامد بیشتر است. از اینرو روشهای سنتز نانوساختارها را میتوان به دو دستهی کلی، روشهای سنتز از فاز مایع (محلول) و سنتز از فاز بخار تقسیم کرد.
2-1- روشهای سنتز از فاز مایع
در طی فرایندهای رسوبدهی از فاز مایع یا محلول، مواد از طریق چگالش به حالت جامد تبدیل میگردند. از این رویکرد، معمولاً برای سنتز لایهها و پودرهایی با خلوص بالا استفاده میشود.
2-1-1- روش سلژل (Sol-gel)
فرآیند"سل-ژل" اولین بار در اواخر قرن نوزدهم کشف شد و از اوایل دهه 40 بهطور گستردهای مورد استفاده قرار گرفت. سلژل یک روش شیمیاییتر برای ساخت لایههای نازک[1]، پودرها و غشاءها[2]میباشد. با توجه به روند سنتز مواد در این روش، اکسیدهایی با خواص فیزیکی و شیمیایی مختلف بدست میآیند. روش سل-ژل نسبت به دیگر روشها مزیتهایی دارد که سبب شده از آن بهعنوان یک روش مناسب، با دقت زیاد در تهیه نانوذرات و لایههای نازک استفاده شود. از جمله مزیتهای این روش: سادگی روش، قابل کنترل بودن مراحل سنتز، خلوص و همگنی محصول، کنترل تناسب عنصری[3]، واکنشپذیری شیمیایی بالا، دمای واکنش پایین و تهیه پوششها در مقیاس بزرگ را میتوان نام برد.
در اینجا لازم میدانیم ابتدا به شرح روش سلژل پرداخته و سپس مراحل دستیابی به محصول نهایی را تشریح میکنیم.
2-1-1-1- روش سلژل برای تهیه نانوذرات TiO2
فرآیند سل-ژل در دو مسیر آلکوکسیدی[4]و غیر آلکوکسیدی رایج است. در روش غیرآلکوکسیدی از نمکهای غیرآلی (از قبیل نیتراتها، کلریدها، استاتها، کربناتها، استیلاستناتها[5]و...) [3-1] به عنوان ماده اولیه استفاده میشود. در سنتز غیر آلکوکسیدی نیاز به مواد اضافی برای حذف آنیونهای غیرآلی است. چون در این مسیر اغلب هالیدها، در اکسیدهای نهایی باقی میمانند و حذف آنها بسیار مشکل است.
مهمترین و متداولترین روش فرایند سل-ژل، در تهیه مواد معدنی اعم از شیشهها، پایههای کاتالیست و سرامیکها، مسیر آلکوکسیدی میباشد. در این روش از ترکیبات آلی- فلزی مانند ....
.
.
-1-2- روش همرسوبی[1]
روش تهیه کلوئید مواد از فاز مایع، همرسوبی نامیده میشود و شامل تهیه رسوب، با اضافه کردن یک محلول پایه ( ,NaOH ,NH4OHاوره) به ماده آغازین و هیدرولیز آنها میباشد. که با بازپخت رسوب حاصل، اکسید موردنظر تهیه میشود. واکنش تشکیل رسوب نسبتاً سریع انجام میشود، بههمین علت، عدم کنترل اندازه ذرات و توزیع آنها یکی از عیوب این روش میباشد. در روش همرسوبی برای تهیه نانوذرات TiO2، معمولاً از TiCl4 ...
.
-1-3- روش سولوترمال[1]
در این روش واکنشهای شیمیایی در یک محلول آبی (هیدروترمال) و یا در یک محلول غیرآبی (روش سولوترمال) با چند ماده آلی از قبیل متانول، 1و4 بوتانول و تولوئن [17,18] تحت فشار بالا و دماهای پایین (معمولاً کمتر از C˚25) انجام میشود. دمای انجام واکنش، بستگی به واکنش مورد نیاز برای بهدست آوردن ماده نهایی دارد. معمولاً برای بلوری شدن مواد نهایی، نیاز به بازپخت مواد زیر نقطه ذوب ضرورت دارد. در صورت استفاده از محلولهای آبی بهعنوان حلال، فناوری هیدروترمال مورد استفاده قرار میگیرد. فرآیند هیدروترمال بهدلیل استفاده از آب بهعنوان حلال، بیشتر در تهیه هیدروکسیدها، اکسی هیدروکسیدها یا اکسیدها مناسب است. برای تهیه مواد غیراکسیدی (بهخصوص نیتریدها، کالگوگنیدها و ...) نیازمند استفاده از فرایندهایی هستیم که از حلالهای غیر آبی استفاده میکنند. دما و فشار در اکثر موارد حلالیت را بهبود میبخشد. افزایش این فاکتورها، افزایش غلظت پیشماده را در حلال القا میکند که این خود به فرایند رشد (به خصوص میکرو یا نانوبلورها ...
.
.
2-3- مروری بر مقالات بینالمللی در زمینه خواص ساختاری و اپتیکی نانوذرات و لایههای نازک اکسید تیتانیوم
2-3-1- سنتز نانوذرات TiO2به روش سلژل
سلژل که شامل واکنشهای هیدرولیز و چگالش پیشمادههای آلکوکسیدی است، روشی مطمئن برای سنتز اکسیدهای فلزی بسیار ریز میباشد [38]. محققان روش سل- ژل را به صورتهای مختلفی مورد استفاده قرار دادهاند. وانگ[1] و همکارانش [39]، تترا n- بوتیل تیتانات را به آب دییونیزه افزوده و با اضافهکردن اسید هیدروکلریک یا آمونیاک، ژلی تهیه کردهاند که پس از خشک کردن، آسیاب کردن و کلسینهکردن در دماهای مختلف، نانوپودر TiO2 حاصل شد. طیفهای XRD تهیه شده از پودرهای بازپخت شده در دماهای مختلف (شکل 2-14) نشان میدهد که ...
.
.
2-3-4- سنتز نانوپودر تیتانیا به روش CVC[1]
Yuو همکاران [40] با استفاده از فرآیند CVC، تیتانیوم تتراایزوپروپکساید (TTIP)[2] را با سرعت معینی به داخل لوله راکتوری با دیواره داغ تغذیه کردند. طی واکنش، ذرات TiO2 از فاز گازی روی سطح میلهی کوارتزی که به طور افقی در مرکز لوله راکتور قرار گرفته است، رسوب کردهاند. ذرات تولید شده از 4 منطقه مختلف روی میله جمعآوری شدند (شکل2-21) ...
.
.
-3-5- خواص ساختاری و اپتیکی لایههای نازک اکسیدتیتانیوم به روش اسپری پایرولیزیز
- خواص ساختاری:
در این گزارش Patil و همکاران [41]، لایههای نازک TiO2را بر روی زیرلایه شیشه به روش اسپری پایرولیزیز و با پیشماده تیتانیل استیل استنات[1]و حلال اتانول تهیه کردند. لایهنشانی در سه دمای زیرلایه 350، 400 و C˚450 انجام شده است. پارامترهای بهینه لایهنشانی در جدول 2-2 گزارش شده است. واکنشهای انجام شده بر روی سطح داغ بهصورت زیر اتفاق میافتند...
.
.
فهرست مطالب
فصل دوم: روش های سنتز نانوذرات و لایه های نازک دی اکسید تیتانیوم.. 1
2-1- روش های سنتز از فاز مایع. 1
2-1-1-1- روش سل ژل برای تهیه نانوذرات TiO2 2
2-1-1-2- مراحل فرایند سل-ژل.. 4
2-1-4- سنتز نانوذرات به روش هیدروترمال.. 11
2-1-5- روش مایسل معکوس یا میکروامولسیون 12
2-2- روش های سنتز از فاز گازی.. 15
2-2-1- لایه نشانی بخار شیمیایی (CVD) 15
2-2-2- لایه نشانی بخار فیزیکی (PVD) 19
2-2-3- کندوپاش (Sputtering) 19
2-2-4- روش چگالش از بخار شیمیایی (CVC) 21
2-2-5- روش لایه نشانی اسپری پایرولیزیز (SPD) 22
2-3-1- سنتز نانوذرات TiO2به روش سل ژل.. 23
2-3-2- سنتز نانوذرات TiO2 در دمای پایین به روش سل-ژل.. 25
2-3-3- سنتز نانوذرات تیتانیا به روش هیدروترمال با امواج فراصوتی.. 27
2-3-4- سنتز نانوپودر تیتانیا به روش CVC.. 28
2-3-5- خواص ساختاری و اپتیکی لایه های نازک اکسیدتیتانیوم به روش اسپری پایرولیزیز. 30
2-3-6- مشخصه یابی لایه های نازک TiO2 تهیه شده به روش کندوپاش (اسپاترینگ) 32
2-3-7- سنتز لایه های نازک TiO2 به روش CVD.. 35
مراجع. 37
فهرست جدولها
عنوان و شماره صفحه
جدول2-1: شرایط فرایند CVD برای رسوب فلزات و نیمرساناها 18
جدول2-2: پارامترهای لایه نشانی با مقادیر بهینه به روش اسپری پایرولیزیز. 31
جدول2-3: تاثیر دمای زیرلایه بر روی خواص لایه های نازک TiO2 سنتز شده به روش اسپری.. 32
فهرست شکلها
عنوان صفحه
شکل2-1: نگاهی به فرایند سل ژل و کاربردهای آن.. 7
شکل2-3: مراحل فرایند سل-ژل.. 8
شکل2-4: مراحل مختلف تهیه ژل (a) سل (b) ژلتر (c) آئروژل (d) اگزروژل 10
شکل2-5: تشکیل مایسل معکوس... 14
شکل2-6: مراحل فرایند سنتز نانوذرات به روش مایسل معکوس 14
شکل2-7: سنتز BaFe12O9به روش احتراقی. شعله از چپ به راست در حال انتشار است 15
شکل2-9: رسوب انتخابی لایه رسوبی.. 19
شکل2-10: مراحل تشکیل لایه نازک در فرایند CVD.. 19
شکل2-12: طرح شماتیکی از دستگاه سنتز نانودرات به روش CVC.. 22
شکل2-13: طرح شماتیک از دستگاه لایه نشانی و پارامترهای موثر به روش اسپری پایرولیزی.. 24
شکل 2-14: طیف های XRD نانوذرات TiO2 در دماهای بازپخت مختلف به مدت 2 ساعت 25
شکل 2-15: منحنی تغییر اندازه نانوذرات با افزایش دمای بازپخت 25
شکل 2-16: تغییرات اندازه ذرات با افزایش مدت زمان بازپخت در دمای (a) C˚350، (b) C˚500، (c) C˚1000 26
شکل2-18: تصویر HRTEM پودر TiO2 پیرسازی شده به مدت 12 ساعت در C˚100 27
شکل2-19: طیف UV-Vis نانوپودر تیتانیا پیر شده در دماهای مختلف بازپخت... 28
شکل2-20: تصاویر TEM پودرهای TiO2 تهیه شده به روش هیدروترمال (a) به کمک امواج فراصوتی (b) معمولی 29
شکل2-21: (a) شماتیکی از محل های جمع آوری ذرات داخل راکتور CVC (b) توزیع دمایی داخل راکتور 30
شکل2-22: طیفهای XRD پودرهای جمع آوری شده در هر منطقه. 30
شکل2-24: طیف عبور اپتیکی لایه های نازک TiO2 در دماهای بستر مختلف... 33
شکل2-25: طیف های پراش پرتو X فیلم TiO2 لایهنشانی شده و بازپخت شده 34
شکل2-26: نمودار گاف اپتیکی (a) مستقیم و (b) غیرمستقیم لایه های تهیه شده به روش RF-Sputtring 35
شکل2-27: (a) ضریب شکست (b) ضریب خاموشی رسم شده برای لایه های تهیه شده به روش اسپاترینگ 35
شکل2-29: تصاویر SEMاز مقطع عرضی لایههای نشانده شده در دمای (a) C˚ 325 (b)C˚362. 37
فایلهای مرتبط :
خواص و کاربردهای نانو ذرات اکسید تیتانیوم
روشهای سنتز نانو ذرات اکسید تیتانیوم