Skip to main content
SUPERVISOR
Mohammad Hassan Abbasi,Ahmad KermanPour
محمدحسن عباسی (استاد راهنما) احمد کرمانپور (استاد راهنما)
 
STUDENT
Majid Vaghayenegar
مجید وقایع نگار

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1386

TITLE

Fabrication and characterization of Zn and ZnO nanoparticles by Electromagnetic Levitational Gas Condensation Method
Zn and ZnO nanoparticles have been the center of attention due to their unique properties. In this study, Zn and ZnO nanoparticles were fabricated by the novel method of Electormagnetic Leviational Gas Condensation. In order to levitate Zn samples successfully, a 2D computer simulation model was developed to design the appropriate coil geometry. The Zn sample was levitated, melted and finally evaporated. Zinc vapours ascending from the high temperature levitated Zn droplet were condensed by appropriate inert gases under atmospheric and reduced pressures. Effects of gas flow rate, oxygen flow rate, gas temperature, gas type and pressure of the system on the mean particle size, size distribution and morphology of Zn and ZnO nanoparticles were investigated. XRD, SEM, TEM, DLS and Image analysis were used to evaluate crystallinity, morphology and mean size of the particles. The particles synthesized at 1 atm were submicron in size, although increasing gas flow rate of Ar and He-20%Ar led to decrease in the mean particle size. Zn particles synthesized using Ar at 1 atm pressure under flow rates of 10, 20 and 25 lit.min -1 were spherical in shape with the mean size of 793±79.6, 649.3±84.3 and 121.4±4.1 nm, respectively. Zn particles synthesized using He-20%Ar gas mixtures at 1 atm pressure under flow rates of 10, 15, 20 and 25 lit.min -1 were spherical in shape with the mean size of 782.3±96.4, 521.1±90, 375.3±150.4 and 199±10.1 nm, respectively. Decreasing temperature of the He-20%Ar gas mixture about 75 degrees led to formation of faceted crystals. This sharp change in morphology from spherical to faceted was attributed to the larger degree of supersaturation and entropy change. Condensation of Zn particles at reduced pressure resulted in formation of smaller particles. Zn particles synthesized at 460, 380 and 300 mmHg using Ar as a carrier gas were spherical in shape with the mean sizes of 130.9±4.0, 110.5±7.7 and 107.2±5.2 nm, respectively. The mean size of the particles synthesized at 300 mmHg using He-20%Ar gas were 39.5±2.7 nm. A mechasnim was proposed to explain the effect of pressure on the mean particle size. In order to synthesize ZnO nanoparticles, oxygen was introduced into the chamber. The required oxygen to inert gas molar ratio at 1 atm pressure using Ar, He-20%Ar, cooled He-20%Ar and at 330 mmHg using He-20%Ar to synthesize ZnO particles were determined to be 0.12, 0.177, 0.177 and 0.211 respectively. The morphology of ZnO particles at all conditions were nanorods and tetrapods. The mean length of the rods synthesized at 1 atm pressure using Ar, He-20%Ar, cooled He-20%Ar and at 330 mmHg using He-20%Ar were 290.6, 94.48, 78.95 and 82.1 nm, respectively and their mean width of them were 132.36, 54.68, 32,96 and 26.61 nm, respectively. A possible justification was proposed to describe formation of rod-like morphology.
نانوذرات روی و اکسید روی به دلیل خواص منحصر بفردشان درکاربردهای متنوعی مورد استفاده قرار می گیرند. این امر لزوم شناسایی و ارائه روش های تولید با قابلیت تجاری سازی را آشکار می سازد. در پژوهش حاضر از یک روش تحت عنوان چگالش بخار تعلیق الکترومغناطیسی جهت تولید نانوذرات روی و اکسید روی استفاده شد. طراحی کویل مناسب جهت تعلیق روی به کمک شبیه سازی المان محدود انجام گردید. تاثیر دبی گاز خنثی، دبی اکسیژن، دمای گاز خنثی، نوع گاز خنثی و فشار محفظه روی اندازه، توزیع اندازه و مورفولوژی نانوذرات روی و اکسید روی مورد ارزیابی قرار گرفت. مشخصه یابی نانوذرات حاصل به کمک روش های پراش پرتو ایکس، پراکنش دینامیکی نور، میکروسکوپ های الکترونی روبشی و عبوری انجام شد. نحوه تشکیل مورفولوژی های مختلف نانوذرات به کمک مکانیزم های ترمودینامیکی و بلورشناسی مورد بحث قرار گرفت. نتایج نشان داد که در فشار یک اتمسفر، اندازه ذرات روی در حد زیرمیکرون است، هر چند که افزایش دبی گازهای Ar و He-20%Ar باعث کاهش میانگین اندازه می گردد. میانگین اندازه ذرات در فشار یک اتمسفر با گاز Ar در دبی های 15، 20 و lit.min -1 25 به ترتیب برابر 79±793، 84±649 و nm4±121 و با مخلوط He-20%Ar در دبی های 10، 15، 20 و lit.min -1 25 به ترتیب برابر 96±782، 90±521، 150±375 و nm10±199 بدست آمد. کاهش دمای گاز خنثی در حدود 75 درجه باعث تغییر موفولوژی ذرات از شکل کروی به بلورهای پخ خورده گردید. این تغییر مورفولوژی به افزایش میزان فوق اشباع و تغییرات انتروپی در این حالت نسبت داده شده است. چگالش ذرات در فشارهای کمتر از یک اتمسفر منجر به کاهش میانگین اندازه ذرات روی شد. ذرات چگالش شده در فشارهای 460، 380 و mmHg 300 در گاز Arکروی بودند و به ترتیب میانگین اندازه های4±131، 7±110 و nm5±107 داشتند. میانگین اندازه ذرات چگالش شده در فشار mmHg 300 با گاز He-20%Ar ، nm7/2±5/39 بود. پیشنهاد هایی بر نحوه اثرگذاری کاهش فشار و نوع گاز چگالنده در فشار کاهش یافته، روی میانگین اندازه ذرات ارائه شد. ذرات اکسید روی با تزریق گاز اکسیژن به درون محفظه تولید شدند. نسبت مولی اکسیژن به گاز خنثی لازم برای تولید اکسیدروی در حالت های چگالش در فشار یک اتمسفر با Ar، He-20%Ar، He-20%Ar خنک شده و در فشار mmHg 330 با He-20%Ar تعیین شد. این نسبت ها به ترتیب برابر 12/0، 177/0، 177/0 و 211/0 بود. مورفولوژی ذرات در تمامی حالات به صورت میله ای شکل و تتراپاد بود. میانگین اندازه ذرات چگالش شده در فشار یک اتمسفر با Ar، He-20%Ar، He-20%Ar خنک شده و در فشار mmHg 330 با He-20%Ar در جهت طولی به ترتیب برابر 6/290، 5/94، 0/79 و nm 1/82 و در جهت عرضی به ترتیب برابر 4/132، 7/54، 0/33 و m 6/26 بود. تشکیل مورفولوژی میله ایی شکل ذرات به مرجح تر بودن رشد ذرات در جهت [0001] نسبت به جهات دیگر بلوری در اکسید روی نسبت داده شد. کار حاضر نشان می دهد که فرایند چگالش بخار تعلیق الکترومغناطیسی به نحو مطلوبی قادر به تولید نسبتا سریع نانوذرات فلزی روی و اکسید روی به صورت بلوری و با توزیع اندازه نسبتا یکنواخت می باشد.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی