تولید نانو ذرات اکسید روی به روش سنتز احتراقی در محلول

فناوری نانو یکی از مدرن ترین فناوری های روز دنیاست که دارای خصوصیاتی منحصر به فرد با کاربردهایی در تمام زمینه های علم و فناوری می باشد. همین کاربردهای وسیع فناوری نانو، عامل مهمی در فراگیر شدن این پدیده جدید شده است. با تولید ساختارهایی در مقیاس نانو، امکان کنترل و هدایت خواص ذاتی مواد از جمله دمای ذوب، خواص مغناطیسی و رنگ مواد، بدون تغییر در ترکیب شیمیایی و بسیاری از رفتارها و خواص دیگر به وجود می آید [1]. اکسید روی (zno) یک نیمه رسانا از نوع ورتزیت است که دارای پهنای گاف انرژی بالا (ev 37/3 در دمای اتاق) و انرژی برانگیختگی بسیار بزرگ (mev 60) می باشد. اخیراً، توجه خاصی به مورفولوژی zno، اختصاص یافته است، زیرا نانوساختارهای مختلفی از اکسید روی می تواند شکل گیرد. پایداری حرارتی، مقاومت به تابش و انعطاف پذیری نانوساختارهای مختلف شکل گرفته مزایایی هستند که به کاربردهای متنوع بالقوه zno در فوتودتکتورها، وسایل موج صوتی سطحی ، نانولیزر فرابنفش، وریستورها، سلول های خورشیدی، سنسورهای گازی، بیوسنسورها، سرامیک ها و نانوژنراتور سرعت می بخشند. ذرات اکسید روی نانوساختار توسط روش های فیزیکی و شیمیایی متعددی ساخته شده اند. به علاوه، روش های گوناگونی وجود دارند که می توانند برای کنترل اندازه ذرات zno در مقیاس نانومتری مورد استفاده قرار گیرند. از جمله این روش ها شامل تجزیه حرارتی، سنتز هیدورترمال، سل-ژل، روش شیمیایی تر، پیرولیز پاششی، رسوب فیزیکی بخار می باشد. اما تمام این روش ها احتیاج به اعمال دمای بالا و یا زمان های طولانی دارند [2، 3]. سنتز احتراقی در محلول (scs) ، فرایندی ساده و سریع است که اخیرا گسترش یافته و سنتز نانومواد گوناگونی را در پی دارد. این روند شامل یک واکنش گرمازای ردوکسی (اکسیداسیون-احیا) بین محلول همگن اکسید کننده ها (به طور مثال نیترات های فلزی) و سوخت های (به طور مثال اوره، گلایسین و هیدرازیدها) مختلف می باشد و به طور موفقیت آمیزی برای سنتز اکسیدهای فلزی نانوساختار مورد استفاده قرار می گیرد. بسته به نوع ماده اولیه و نیز شرایط مورد استفاده برای سازمان دهی فرایند، scs ممکن است به دو صورت احتراق لایه به لایه و احتراق حجمی صورت گیرد [4]. به طور خلاصه مزایای روش سنتز احتراقی در محلول شامل موارد زیر است [5]: (1) به علت حل شدن مواد اولیه در آب، اختلاط مواد اولیه در مقیاس مولکولی امکان پذیر است. بنابراین، تشکیل ترکیب مورد نظر در مقیاس نانومتری امکان پذیر می باشد. (2) دمای بالای واکنش باعث تولید ماده ای خالص و بلوری می شود. ضمن اینکه دمای بالا به همراه سرعت سرمایش سریع، باعث می شود تا بتوان به فازهای دما بالا دست پیدا کرد. (3) زمان کوتاه فرآیند و تشکیل محصولات گازی در حین واکنش احتراق، مانع از رشد ذرات شده و باعث تشکیل پودر با اندازه نانومتری و سطح ویژه بالا می شود. (4) ساده بودن تجهیزات مورد استفاده در این روش، هزینه نسبتا کم مواد اولیه، تک مرحله ای بودن فرایند سنتز و صرفه جویی در انرژی از مزیت های مهم دیگر می باشد. هدف از انجام این پژوهش سنتز و بررسی نانو اکسید روی به روش سنتز احتراقی در محلول با استفاده از نیترات روی به عنوان اکسیدکننده و گلایسین، اوره و ترکیب گلایسین/اوره به عنوان سوخت می باشد. پارامترهای موثر بر سنتز احتراقی در محلول شامل نسبت سوخت به اکسید کننده f/o، نوع سوخت، غلظت محلول اولیه، دمای هات پلیت، سرعت حرارت دهی و سیکل کلسیناسیون پس از احتراق می باشند. این پارامترها تاثیر به سزایی در خواص فیزیکی و ساختار پودر به دست آمده نهایی دارند [6]. به همین دلیل در تحقیق حاضر به منظور مطالعه تاثیر پارامتر نسبت سوخت به اکسید کننده (f/o) بر روی اندازه کریستالیت ها و تشکیل فازهای کریستالی، نمونه های مختلف با نسبت f/o متفاوت سنتز گردیده و مورد ارزیابی های مختلف قرار می گیرند. در ادامه در فصل دوم به ترتیب، ابتدا توضیحاتی در مورد نانومواد، روش های تولید آن ها، فرایند سنتز احتراقی در محلول و معرفی اکسید روی گرداوری شده اند. در فصل سوم به ارائه روند انجام آزمایش ها پرداخته خواهد شد. در نهایت امر در فصل چهارم به ذکر نتایج حاصله و بحث بر روی آن ها پرداخته شده و در فصل آخر نتیجه گیری و پیشنهادهای مربوط به این پژوهش بیان شده است.