Skip to main content
SUPERVISOR
Mohammad Hassan Abbasi,Ahmad KermanPour
محمدحسن عباسي (استاد راهنما) احمد کرمانپور (استاد راهنما)
 
STUDENT
Majid Vaghayenegar
مجيد وقايع 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 روي و اکسيد روي به دليل خواص منحصر بفردشان درکاربردهاي متنوعي مورد استفاده قرار مي گيرند. اين امر لزوم شناسايي و ارائه روش هاي توليد با قابليت تجاري سازي را آشکار مي سازد. در پژوهش حاضر از يک روش تحت عنوان چگالش بخار تعليق الکترومغناطيسي جهت توليد نانوذرات روي و اکسيد روي استفاده شد. طراحي کويل مناسب جهت تعليق روي به کمک شبيه سازي المان محدود انجام گرديد. تاثير دبي گاز خنثي، دبي اکسيژن، دماي گاز خنثي، نوع گاز خنثي و فشار محفظه روي اندازه، توزيع اندازه و مورفولوژي نانوذرات روي و اکسيد روي مورد ارزيابي قرار گرفت. مشخصه يابي نانوذرات حاصل به کمک روش هاي پراش پرتو ايکس، پراکنش ديناميکي نور، ميکروسکوپ هاي الکتروني روبشي و عبوري انجام شد. نحوه تشکيل مورفولوژي هاي مختلف نانوذرات به کمک مکانيزم هاي ترموديناميکي و بلورشناسي مورد بحث قرار گرفت. نتايج نشان داد که در فشار يک اتمسفر، اندازه ذرات روي در حد زيرميکرون است، هر چند که افزايش دبي گازهاي Ar و He-20%Ar باعث کاهش ميانگين اندازه مي گردد. ميانگين اندازه ذرات در فشار يک اتمسفر با گاز Ar در دبي هاي 15، 20 و lit.min -1 25 به ترتيب برابر 79±793، 84±649 و nm4±121 و با مخلوط He-20%Ar در دبي هاي 10، 15، 20 و lit.min -1 25 به ترتيب برابر 96±782، 90±521، 150±375 و nm10±199 بدست آمد. کاهش دماي گاز خنثي در حدود 75 درجه باعث تغيير موفولوژي ذرات از شکل کروي به بلورهاي پخ خورده گرديد. اين تغيير مورفولوژي به افزايش ميزان فوق اشباع و تغييرات انتروپي در اين حالت نسبت داده شده است. چگالش ذرات در فشارهاي کمتر از يک اتمسفر منجر به کاهش ميانگين اندازه ذرات روي شد. ذرات چگالش شده در فشارهاي 460، 380 و mmHg 300 در گاز Arکروي بودند و به ترتيب ميانگين اندازه هاي4±131، 7±110 و nm5±107 داشتند. ميانگين اندازه ذرات چگالش شده در فشار mmHg 300 با گاز He-20%Ar ، nm7/2±5/39 بود. پيشنهاد هايي بر نحوه اثرگذاري کاهش فشار و نوع گاز چگالنده در فشار کاهش يافته، روي ميانگين اندازه ذرات ارائه شد. ذرات اکسيد روي با تزريق گاز اکسيژن به درون محفظه توليد شدند. نسبت مولي اکسيژن به گاز خنثي لازم براي توليد اکسيدروي در حالت هاي چگالش در فشار يک اتمسفر با Ar، He-20%Ar، He-20%Ar خنک شده و در فشار mmHg 330 با He-20%Ar تعيين شد. اين نسبت ها به ترتيب برابر 12/0، 177/0، 177/0 و 211/0 بود. مورفولوژي ذرات در تمامي حالات به صورت ميله اي شکل و تتراپاد بود. ميانگين اندازه ذرات چگالش شده در فشار يک اتمسفر با Ar، He-20%Ar، He-20%Ar خنک شده و در فشار mmHg 330 با He-20%Ar در جهت طولي به ترتيب برابر 6/290، 5/94، 0/79 و nm 1/82 و در جهت عرضي به ترتيب برابر 4/132، 7/54، 0/33 و m 6/26 بود. تشکيل مورفولوژي ميله ايي شکل ذرات به مرجح تر بودن رشد ذرات در جهت [0001] نسبت به جهات ديگر بلوري در اکسيد روي نسبت داده شد. کار حاضر نشان مي دهد که فرايند چگالش بخار تعليق الکترومغناطيسي به نحو مطلوبي قادر به توليد نسبتا سريع نانوذرات فلزي روي و اکسيد روي به صورت بلوري و با توزيع اندازه نسبتا يکنواخت مي باشد.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی