واکنش مکانوشیمیایی آلومینیوم و ترکیبات آلی chn برای سنتز نیترید آلومینیوم نانوساختار و نانولوله های کربنی

در تحقیق حاضر، سیستم مکانوشیمیایی جدیدی جهت سنتز نیترید آلومینیوم نانوساختار با اندازه کریستالیت¬های حدود nm 18-16 ارائه می¬شود. طی این روش پودرهای آلومینیوم و ترکیبات آلی حاوی chn توسط آسیای ماهواره¬ای پر انرژی آسیاکاری شدند. محصولات پس از آسیاکاری برای مدت زمان¬های مشخص، مورد مطالعه و آنالیز قرار گرفته و مکانیزم واکنش با جزئیات ارائه گردید. بر اساس نتایج شبیه¬سازی، مشخص شد که ملامین از طریق گروه¬های آمین متصل به حلقه تری آزین، تمایل شدیدی برای جذب بر روی سطح آلومینیوم دارد. در اثر این اندرکنش، گروه¬های آمین در زمان¬های اولیه آسیاکاری شکسته می¬شوند و ساختار باقیمانده با مولکول¬های مجاور، شبکه¬های کوچک پلیمری cnx را تولید می¬کند. اتم¬های نیتروژن جدا شده از مولکول ملامین به درون شبکه آلومینیوم نفوذ کرده و مکان¬های اکتاهدرال شبکه را اشغال می¬کنند. با ادامه نفوذ نیتروژن به درون شبکه آلومینیوم، ساختار fcc به حالت فوق اشباع رسیده و ادامه فرایند نفوذ تنها با استحاله شبکه fcc به hcp امکان¬پذیر است. جابجایی اتم¬های نیتروژن و تحولات ساختاری ملامین حین واکنش توسط آنالیزxps (x-ray photoelectron spectroscopy) مورد بررسی قرار گرفت. در نتیجه این مطالعات، حضور شبکه¬های کربنی با اندازه کریستالیت¬های حدود nm 2 در کنار ذرات aln شناسایی گردید. در مرحله بعد، با حرارت¬دادن محصولات آسیاکاری تحت اتمسفر آرگون نانوکامپوزیت جدیدی از ذرات نیترید آلومینیوم و نانولوله¬های کربنی چند جداره سنتز گردید. بیشترین مقدار نانولوله¬های کربنی توسط حرارت¬دهی نمونه 5 ساعت آسیاکاری شده، بدست آمد. مشخص شد که نانولوله¬های کربنی در محدوده دمایی °c 1000-800 و تنها طی چند دقیقه سنتز شده¬اند. مشاهده ذرات کاربید آهن درون نانولوله¬ها، تشکیل آن¬ها را به کمک مکانیزم کاتالیزوری این ذرات تایید نمود. کاهش شدید مقدار نانولوله¬های کربنی در نمونه¬هایی که برای مدت زمان¬های طولانی آسیاکاری شده بودند، توسط تفاوت ساختار کربنی این نمونه¬ها توجیه شد و مشخص گردید که ساختار کربنی در نمونه¬های مراحل میانی آسیاکاری (5 ساعت)، از 2 تا 8 حلقه کربنی حاوی نیتروژن تشکیل شده است. این حلقه¬های کربنی به راحتی به داخل ذرات کاتالیزور نفوذ کرده و نانولوله¬های کربنی را تولید می¬کنند. حداکثر مقدار کربن نانولوله سنتز شده نیز به کمک روش¬های شیمیایی کمتر از wt% 10 تخمین زده شد.