Skip to main content
SUPERVISOR
Rahmatollah Emadi,Ahmad Monshi
رحمت اله عمادی (استاد راهنما) احمد منشی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Mohammad Javanmardi Ghahderijani
محمد جوانمردی قهدریجانی

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.
در سال های اخیر برخی از سرامیک های شامل نیکل و آلومینیم در توسعه کاتالیزورهای صنعتی مورد توجه قرار گرفته اند. آلومینات نیکل از جمله این مواد بوده که از سال ها پیش به عنوان یک کاتالیزور و در سالهای اخیر به عنوان آند پیل های سوختی مطرح شده است. علاوه بر این، نانو پودرآلومینات نیکل رفتار کاتالیستی بهتری در مقایسه با آلومینات نیکل میکرونی نشان داده است. هدف از پژوهش حاضر، تهیه و مشخصه یابی پودر نانوساختار آلومینات نیکل به روش فعال سازی مکانیکی است. مواد اولیه مورد استفاده در این تحقیق شامل پودر آلومینیم، آلومینا، کربنات نیکل، اکسید نیکل، آمونیوم فلوراید، آمونیوم کلراید و کربنات منیزیم است. از پودرهای آمونیوم فلورید و آمونیوم کلرید به عنوان عوامل تسریع کننده فرایند استفاده شد. مواد اولیه با نسبت مولی منطبق بر ترکیب آلومینات نیکل آسیاکاری شده و سپس تحت عملیات آنیل قرار گرفت. تأثیر عوامل مختلف از جمله زمان فعال سازی، دمای عملیات حرارتی، استفاده از پودرهای اولیه مختلف و پودرهای آمونیوم فلوراید و آمونیوم کلراید بر ساختار فازی و اندازه کریستالیت های پودرهای تولیدی بررسی شد. از روش های مختلفی برای ارزیابی و مشخصه یابی محصولات تولیدی استفاده شد. از روش پراش پرتو ایکس (XRD) به منظور بررسی ساختار فازی و تأیید حضور فازهای مطلوب در ترکیب بدست آمده و از آنالیز حرارتی همزمان (STA) برای ارزیابی حرارتی محصول تولیدی استفاده شد. به منظور بررسی مورفولوژی و توزیع اندازه ذرات و آگلومره های پودرهای اولیه و تولیدی از میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) استفاده شد. همچنین مورفولوژی و اندازه کریستالیت های پودر آلومینات نیکل نانوساختار به کمک میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM) ارزیابی شد. آنالیز عنصری با تفکیک انرژی پرتو ایکس (EDS) جهت بررسی انحلال عناصر در حین فعال سازی مکانیکی مورد استفاده قرار گرفت. با توجه به آزمون های صورت گرفته و نیز بررسی ترمودینامیکی سیستم، مکانیزم هایی جهت توضیح واکنش های صورت گرفته حین تشکیل پودر نانوساختار آلومینات نیکل به روش های مختلف، به عنوان فرضیه مطرح شد. پودر آلومینات نیکل نانوساختار با 5 ساعت فعال سازی مکانیکی پودرهای کربنات نیکل و آلومینیم و 1 ساعت عملیات حرارتی بعدی در 1300 درجه سانتی گراد با اندازه کریستالیت های حدود 30 نانومتر حاصل شد. نتایج نشان داد، حضور یون های فلوئور سرعت تشکیل پودر تک فاز نانوساختار آلومینات نیکل را پس از 3 ساعت فعال سازی مکانیکی پودرهای کربنات نیکل و آلومینیم و یک ساعت عملیات حرارتی بعدی در 1300 درجه سانتی گراد زیاد کرد. اما حضور یون های کلر اثر معکوس داشت. در روشی دیگر پودر آلومینات نیکل نانوساختار پس از 20 ساعت فعال سازی مکانیکی پودرهای کربنات نیکل و آلومینا و یک ساعت عملیات حرارتی در 1300 درجه سانتیگراد با اندازه کریستالیت های 63 نانومتر بدست آمد. در روش سوم با فعال سازی مکانیکی پودرهای آلومینیم و اکسید نیکل تا 60 ساعت و عملیات حرارتی بعدی تا دمای 1400 درجه سانتیگراد پودر آلومینات نیکل خالص حاصل نشد. کلمات کلیدی : آلومینات نیکل، مواد نانوساختار، فعال سازی مکانیکی، عملیات حرارتی، اسپینل

ارتقاء امنیت وب با وف بومی