سنتز نانوذرات اكسيد سرب در حضور امواج اولتراسونيك

[pesare baba 2,250]

نانوذرات اكسيد سرب(II)ازواكنش نيترات سرب با كربنات سديم در حضور امواج اولتراسونيك و افزودني پلي وينيل پيروليدون (PVP) به عنوان جهت دهنده سنتز شد. با فزايش كربنات سديم به نيترات سرب، رسوب كربنات سرب تشكيل مي شود كه پس از جداسازي، در دماي C° 320 براي دو ساعت قرار گرفته تا بعد از دست دادن CO2 تبديل به PbO شود. اثر عوامل مختلف نظير غلظت واكنشگرها، دماي سنتز و اثر چند افزودني مختلف به روش "يك عامل در يك زمان" بررسي شد. سنتز اكسيد سرب در شرايط بهينه شده شامل نيترات سرب M 1/0، كربنات سديم M 2/0، دماي ºC40 وPVP با غلظت g/l 6 منجر به تشكيل نانوذرات اكسيد سرب با يك ساختار بسيار متخلخل مي شود. مورفولوژي و اندازه ذرات سنتز شده بوسيله دستگاه ميكروسكوپ الكترني (SEM) بررسي شد.

مقدمه

اكسيدهاي سرب به دليل كاربرد متنوع مورد توجه فراوان قرار دارد( بخصوص PbO و PbO2) كه در اين ميان دي اكسيد سرب به روش هاي متفاوتي توليد شده است اما توليد نانو ذرات اكسيد سرب PbO) ) به صورت محدود مورد بررسي قرار گرفته است كه از آن جمله ميتوان به توليد نانو ساختاربه روش اسپري كه هدف آن افزايش سطح تماس آن در باتريهاي همراه با يون ليتيم ]1[ ميباشد را نام برد.

2. بخش تجربي

2-1- مواد

براي توليد نانوذرات اكسيد سرب از نيترات سرب وكربنات سرب وPVP كه ساخت كمپاني Loba Chemie از كشور هند ميباشد، استفاده شد.

2-2- دستگاهها

براي سنتزاز دستگاه اولتراسونيك با مدل TECNO_GAZ ،TECNA6 از كشور ايتاليا استفاده شد. براي بررسي مورفولوژي و اندازه ذرات از دستگاه ميكروسكوپ الكتروني (SEM) مدل XL30 ساخت كمپاني فيليپس ازكشور هلند استفاده شد. روكش دهي نانوذرات با طلا به منظور تهيه عكسهاي الكتروني با دستگاه لايه گذاري طلا ساخت شركت Bal-Tek كشور سوئيس استفاده شد.

2-3- روش

ابتدا نيترات سرب را با غلظت 1/. مولار تهيه كرده مقدارcc100 از آن را داخل بالن cc 500 ريخته ومقدار 10 گرم PVP بدان اضافه كرده وپس از حل شدن داخل اولتراسونيك قرار داده ودر دماي C°40 مقدار cc100 كربنات سديم 2/. مولار به آن اضافه شد. رسوب كربنات سرب سفيد رنگ بسرعت تشكيل شد كه بعد از يك ساعت، با آب مقطر و اتانول شستشو داده شده و سپس صاف شد. به مدت يك ساعت در داخل اتانول با امواج اولتراسونيك هم زده شد. آنگاه دوباره صاف شده و به مدت 2 ساعت درداخل كوره C°320 گذاشته شد تا با آزاد شدن CO2 تبديل به PbO شود. بعد از سنتز هر نمونه، ساختار و اندازه ذرات سنتز شده توسط دستگاه ميكروسكوپ الكتروني مشاهده و بررسي شد.

3. نتايج وبحث

بهينه سازي شرايط سنتز نانو ذرات اكسيد سرب به منظور دسترسي به نانو ساختار منظم با بررسي اثر غلظت واكنشگرها، دما ومقدار PVP بررسي شد.

3-1- اثر حضور امواج اولتراسونيك

با سنتز يك نمونه در حضور امواج اولتراسونيك و يك نمونه ديگر بدون حضور اين امواج مشاهده شد كه تابش امواج اولتراسونيك بر محلول سنتز اكسيد سرب منجر به تشكيل ساختار منظم و ريزتري مي شود.

3-2- اثر غلظت واكنشگرها

غلظت نيترات سرب از M 01/0 تا M 1 و غلظت كربنات سديم از M 02/0 تا M 2 تغيير داده شد و اثر اين تغييرات با تهيه عكس ميكروسكوپ الكتروني از هر نمونه مشاهده شد. به عنوان نمونه تغييرات ساختار در 2 مورد از نمونه ها نشان داده مي شود. هنگامي كه سنتز در محلول شامل M 1 نيترات سرب و M 2 مولار كربنات سديم در دماي C°40 و بدون حضور افزودني انجام مي شود ساختاري مطابق شكل 1 بدست مي آيد. همان طور كه در شكل 1 ديده مي شود، ذرات ساختاري ناهماهنگ و اندازه هاي بزرگتر از 100 نانومتر دارند.

وقتي از محلول سنتز با غلظت 1/. مولار از نيترات سرب و 2/0 مولار كربنات سديم در دماي C°40 و بدون حضور افزودني استفاده مي شود، ساختار نمونه به سمت تشكيل نانوذرات سوق داده مي شود كه تصوير SEM اين نمونه در شكل 2 نشان داده شده است.

نتايج حاصل از آزمايشات اين قسمت نشان داد كه اگر اكسيد سرب در محلول حاوي M 1/. از نيترات سرب و M 2/. كربنات سديم سنتز شود، ساختارهاي منظم با اندازه ذراتي كمتر از 100 نانومتر حاصل مي شود.

3-3- اثر دماي سنتز

سنتز اكسيد سرب در غلظت M 1/. از نيترات سرب و M 2/. كربنات سديم و بدون حضور افزودني در چند دماي مختلف در گستره C°0 تا C°70 انجام شد. نتايج نشان داد كه در دماي سنتز C°40 ساختار منظم تر با اندازه ريزتر بدست مي آيد. براي نشان دادن اثر دما، تصاوير SEM دو نمونه از سنتزها در شكل 3 و 4 نشان داده شده است.

3-4- بررسي اثر افزودني هاي مختلف

پس از بهينه سازي اثر غلظت واكنشگرها و دما، سنتز در حضور افزودني هاي سديم دودسيل سولفات (SDS)، سديم بنزن سولفونات (SDBS)، ستيل تري متيل آمونيوم برميد (CTAB)، پلي وينيل الكل (PVA) و پلي وينيل پيروليدون (PVP) ]4[ انجام شد. با بررسي تصاوير ميكروسكوپ الكتروني نمونه هاي حاصل، مشخص شد كه بهترين كارآيي مربوط به PVP است به همين ديل اين افزودني به عنوان يك افزودني جهت دهنده ساختار انتخاب شده و اثر تغيير غلظت آن بر روي مورفولوژي و اندازه ذرات حاصل بررسي شد. غلظت PVP از g/l 5/0 تا g/l 6 تغيير داده شد. تصاوير ميكروسكوپ الكتروني سه مورد از نمونه هاي تهيه شده در حضور مقادير مختلف PVP در شكلهاي 5 تا 7 نشان داده شده است. شكل 5 و 6 تصاوير ميكروسكوپ الكتروني نمونه هايي را نشان مي دهند كه به ترتيب در غلظت g/l 5/0 (كمتر از مقدار بهينه) و g/l 6 (بيشتر از مقدار بهينه) سنتز شده اند. با مقايسه ين دو تصوير با تصوير نشان داده شده در شكل 7 مشخص مي شود كه در غلظت g/l 1 از جهت دهنده ساختاري PVP پودر اكسيد سرب با يك ساختار بسيار منظم و متخلخل و با اندازه ذرات در كستره 20 تا 40 نانومتر بدست مي آيد.