Skip to main content
SUPERVISOR
Rahmatollah Emadi,Ahmad Monshi
رحمت اله عمادي (استاد راهنما) احمد منشي (استاد راهنما)
 
STUDENT
Mohammad Javanmardi Ghahderijani
محمد جوانمردي قهدريجاني

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1388

TITLE

Synthesis and characterization of nickel aluminate nanospinel by mechanical activation
In recent years, some Ni and Al containing ceramics have drawn interests in the development of industrial catalyst and anode in SOFC. Nickel Aluminate (NiAl 2 O 4 ), is such materials which introduce previously as a catalyst and recently as a anode for SOFC. Furthermore, nickel aluminate nanopowder has shown better catalytic behavior in comparison with micronize nickel aluminate. The objective of present research was to provide and characterize of nickel aluminate nanocrystalline powder by mechanical activation. In this study, aluminum, alumina, nickel oxide, nickel carbonate, magnesium carbonate, ammonium fluoride and ammonium chloride powders were used as initials materials. Ammonium fluoride and ammonium chloride powders were utilize as the speedup reagent of the process. The influence of different factors such as mechanical activation time, heat treatment temperature and time, using calcined initial materials, ammonium fluoride and ammonium chloride powders on the phase structure and crystallite size of prepared powders was investigated. Various techniques were employed to evaluate and characterize the produced product. To evaluate the phase structure and support of appearance of desirable phases in obtained composition, X-ray diffraction (XRD) technique was used. Thermal gravimetry analysis (TGA) was used to evaluate the thermal behavior of produced product. To investigate the morphology and particle size distribution of starting and obtained powders, Scanning electron microscopy (SEM) was employed. Also, morphology and crystallite size nanocrystalline nickel aluminate powders were characterized by Transition electron microscopy (TEM). Energy dispersive x-ray (EDX) was used to investigate the solution while mechanical activation. Considering performed experiments and thermodynamic evaluation of the system, some mechanisms was proposed to explain reactions which were done in the procedure of producing nanocrystalline nickel aluminate powder as a hypothesis. nanocrystalline nickel aluminate powder could be provided by 5 h mechanical activation of aluminum and nickel carbonate after post annealing at 1300 o C for 1 hour with crystallite size of 18 nm. Results showed that the presence of fluorine ions increased the reaction rate of single phase nanocrystalline nickel aluminate powder after 3 h mechanical activation and 1 h heat treatment at 1200 o C. But the presence of colorine ions had vice versa effect. In another route, nanostructure nickel aluminate powder with 53 nm crystallite size obtained by 5 h mechanical activation alumina and nickel carbonate powders and then 1 h heat treatment at 1300 o C. Key words Nickel Aluminate, Nanostructure materials, Mechanical activation, Heat treatment, Spinel.
چکيده در سال هاي اخير برخي از سراميک هاي شامل نيکل و آلومينيم در توسعه کاتاليزورهاي صنعتي مورد توجه قرار گرفته اند. آلومينات نيکل از جمله اين مواد بوده که از سال ها پيش به عنوان يک کاتاليزور و در سالهاي اخير به عنوان آند پيل هاي سوختي مطرح شده است. علاوه بر اين، نانو پودرآلومينات نيکل رفتار کاتاليستي بهتري در مقايسه با آلومينات نيکل ميکروني نشان داده است. هدف از پژوهش حاضر، تهيه و مشخصه يابي پودر نانوساختار آلومينات نيکل به روش فعال سازي مکانيکي است. مواد اوليه مورد استفاده در اين تحقيق شامل پودر آلومينيم، آلومينا، کربنات نيکل، اکسيد نيکل، آمونيوم فلورايد، آمونيوم کلرايد و کربنات منيزيم است. از پودرهاي آمونيوم فلوريد و آمونيوم کلريد به عنوان عوامل تسريع کننده فرايند استفاده شد. مواد اوليه با نسبت مولي منطبق بر ترکيب آلومينات نيکل آسياکاري شده و سپس تحت عمليات آنيل قرار گرفت. تأثير عوامل مختلف از جمله زمان فعال سازي، دماي عمليات حرارتي، استفاده از پودرهاي اوليه مختلف و پودرهاي آمونيوم فلورايد و آمونيوم کلرايد بر ساختار فازي و اندازه کريستاليت هاي پودرهاي توليدي بررسي شد. از روش هاي مختلفي براي ارزيابي و مشخصه يابي محصولات توليدي استفاده شد. از روش پراش پرتو ايکس (XRD) به منظور بررسي ساختار فازي و تأييد حضور فازهاي مطلوب در ترکيب بدست آمده و از آناليز حرارتي همزمان (STA) براي ارزيابي حرارتي محصول توليدي استفاده شد. به منظور بررسي مورفولوژي و توزيع اندازه ذرات و آگلومره هاي پودرهاي اوليه و توليدي از ميکروسکوپ الکتروني روبشي (SEM) استفاده شد. همچنين مورفولوژي و اندازه کريستاليت هاي پودر آلومينات نيکل نانوساختار به کمک ميکروسکوپ الکتروني عبوري (TEM) ارزيابي شد. آناليز عنصري با تفکيک انرژي پرتو ايکس (EDS) جهت بررسي انحلال عناصر در حين فعال سازي مکانيکي مورد استفاده قرار گرفت. با توجه به آزمون هاي صورت گرفته و نيز بررسي ترموديناميکي سيستم، مکانيزم هايي جهت توضيح واکنش هاي صورت گرفته حين تشکيل پودر نانوساختار آلومينات نيکل به روش هاي مختلف، به عنوان فرضيه مطرح شد. پودر آلومينات نيکل نانوساختار با 5 ساعت فعال سازي مکانيکي پودرهاي کربنات نيکل و آلومينيم و 1 ساعت عمليات حرارتي بعدي در 1300 درجه سانتي گراد با اندازه کريستاليت هاي حدود 30 نانومتر حاصل شد. نتايج نشان داد، حضور يون هاي فلوئور سرعت تشکيل پودر تک فاز نانوساختار آلومينات نيکل را پس از 3 ساعت فعال سازي مکانيکي پودرهاي کربنات نيکل و آلومينيم و يک ساعت عمليات حرارتي بعدي در 1300 درجه سانتي گراد زياد کرد. اما حضور يون هاي کلر اثر معکوس داشت. در روشي ديگر پودر آلومينات نيکل نانوساختار پس از 20 ساعت فعال سازي مکانيکي پودرهاي کربنات نيکل و آلومينا و يک ساعت عمليات حرارتي در 1300 درجه سانتيگراد با اندازه کريستاليت هاي 63 نانومتر بدست آمد. در روش سوم با فعال سازي مکانيکي پودرهاي آلومينيم و اکسيد نيکل تا 60 ساعت و عمليات حرارتي بعدي تا دماي 1400 درجه سانتيگراد پودر آلومينات نيکل خالص حاصل نشد. کلمات کليدي : آلومينات نيکل، مواد نانوساختار، فعال سازي مکانيکي، عمليات حرارتي، اسپينل

ارتقاء امنیت وب با وف بومی