بررسی نانو ساختارهای ایجاد شده توسط واکنش اگزوترمیک در فرایند آسیاکاری کربن

عنصر کربن با آلوتروپ های مختلف دارای ساختار اتمی، رفتار و پایداری حرارتی مختلفی می باشد که بر روی نوع و دامنه ی کاربرد آنها تأثیر گذار است. آسیاکاری مکانیکی یکی از روش های مفید در اصلاح ساختار مواد کربنی است تا آنجا که تحقیقات زیادی در رابطه با تغییرات ساختاری کربن در طول آسیاکاری انجام شده است. علاوه بر این در سال های اخیر به طور گسترده از فرایند آسیاکاری مکانیکی در جهت تولید مواد نانو در حالت جامد استفاده شده است و این فرایند می تواند باعث انجام واکنش های خود پیش برنده مکانیکی در مخلوط پودریِ به شدت گرمازا شوند. همچنین نشان داده شده است که فرآیند آسیاکاری ِپرانرژی گرافیت یک قدم مهم در جهت هسته گذاریِ ساختارهایِ نانومتری کربن بوده و عملیات آنیلِ بعد از آن گامی ضروری در جهت رشد جوانه های شکل گرفته می باشد، از آنجایی که عملیات حرارتی بعدی بر روی گرافیت آسیاکاری شده نیازمند تجهیزات اضافی و در نتیجه صرف هزینه های بالایی می باشد هدف از این پژوهش حذف عملیات آنیل بعدی برای ماده ی کربنیِ آسیاکاری شده می باشد، به این معنی که در داخل محفظه ی آسیا کاری ماده کربنیِ در حال آسیاب شدن حرارت دهی می شود و رفتار حرارتی و تغییرات ساختاری و مورفولوژی آن مورد بررسی قرار می گیرد. بدین منظور برای حرارت دهی از واکنش معروف ترمیت ( ) استفاده شده است. آزمایشات در دو گروه مختلف که تفاوت آنها در نوع ماده کربنی اولیه استفاده شده است طراحی شده اند، در این رابطه دو نوع مختلف کربن شامل پودر گرافیت خالص و گرافیتی که از قبل 100 ساعت آسیا کاری شده با نسبت های وزنی مختلف به طور جداگانه به واکنش اگزوترم یاد شده اضافه شدند و مخلوط های بدست آمده ی نهایی برای زمان های مختلف در آسیای گلوله ای ماهواره ای با نسبت گلوله به پودر 40:1 آسیا کاری شدند. در پایان جهت بررسی تغییرات بوجود آمده پودر های آسیاکاری شده تحت آزمایش های آنالیز وزن سنجی حرارتی (tga)، پراش اشعه ی ایکس(xrd)، میکروسکوپ الکترونی روبشی (sem) و آنالیز طیف سنج توزیعی اشعه ی ایکس (eds) قرارگرفتند. نتایج بررسی ها نشان می دهد که گرمای آزاد شده از واکنش اگزوترم منجر به رخداد پدیده ی تبلور مجدد جزئی برای کسری از گرافیت آسیا کاری شده در داخل محفظه های آسیاب می شود به نحوی که ماده ی گرافیتی تبلور یافته از لحاظ رفتار شیمیایی و حرارتی مشابه با کربن فعال خواهد شد. ذرات نهایی دارای مورفولوژی کروی و متخلخلی می باشند که کاهش نسبت وزنی ماده ی کربنی اولیه، یکنواختی بیشتر در اندازه ی ذرات را نتیجه می دهد. همچنین به طور خاص در حالت استفاده از گرافیت آسیا کاری شده به عنوان ماده ی کربنی، پس از انجام واکنش اگزوترم اندازه کریستالیتیِ محاسبه شده از رابطه شرر برای آهن و آلومینای حاصله به 8/19 و 2/30 نانومتر خواهد رسید.