Skip to main content
SUPERVISOR
Mehran Ghiaci,S.Mohammad Ghoreshi,Mohammad Hosein Fathi
مهران غیاثی (استاد راهنما) سیدمحمد قریشی (استاد راهنما) محمدحسین فتحی (استاد مشاور)
 
STUDENT
Mitra Shirani
میترا شیرانی

FACULTY - DEPARTMENT

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

TITLE

Synthesis of Energetic Nanocomposite via Sol-Gel Method and Investigation of Effective Parameters
In this research, the nano-iron oxide via sol-gel method was synthesized, Using Fe(NO 3 ).9H 2 O, ethanol and propylene oxide as gelation agent. The produced gel was washed with ethanol via Soxhelt method for 4 days. Then gel was dried in vacum oven for 6 days at 70? C.Subsequently, the synthesized gel was characterized using SEM, EDX, TEM, FTIR, BET and TG / DTA. The results of these analyses confirm the existance of amorph iron oxide, water, ?-Fe 2 O 3 , ?-Fe 2 O 3 , ?-FeO(OH) and Fe(OH) 3 in this mixture. The morphology of these particles show that they are spherical and agglomerate because of high reactivity and high surface area. In order to enhance the purity of oxidizer, some of the powder was heat treated at 410? C but the particle enlargement was observed. According to TG analysis, the purity of nano oxide is reported to be 96 % consisting of mainly ?-Fe 2 O 3 . At the same time, some of the powder was dried at 120? C and particle size in this temperature was smaller than those obtained at 410? C. But the impurity of the nano particles was higher at 120? C with respect to 410?C. According to BET analysis, heat treatment resulted in a growth of particle size and a reduction in surface area. The oxidizer purity was calculated to be 79 % at 120? C consisting of ?-Fe 2 O 3 and a little ?-Fe 2 O 3 . The two synthesized oxidizers at 120? C and 410? C were separately mixed with 100nm Al via ultrasonification using -Hexane for 60 sec. The mixing process was carried out with different stoichiometric ratios of oxidizer and fuel as follows: (1) 1: 2, (2) 1: 2.4 (3) 1: 3 and (4) 1: 4,respectively. Thus, the number with nano-Fe 2 O 3 and different percentages of nano-Al as 20 % results of TEM analysis demonstrated that the morphology of produced nanocomposites are spherical with particle size of less than 200 nm. The results of DTA showed that the reaction temperature was in the range of 500-600 ? C and XRD analysis indicated that the final products of this reaction are Fe and Al 2 O 3 . The combustion velocity experimentation proved that the stoichiometric ratios of (a) 1: 2.2, (b) 1: 2.9 had much higher combustion velociy compared to (c) 1: 2, (d) 1: 4. Obviously, increasing the amount of nano-Al in the synthesized nanocomposite with bimodal fuel led to higher combustion velocity. Keywords : Sol –gel, Nano iron oxide, Nano Al, Energetic nanocomposite
: در این تحقیق نانو ذرات اکسید آهن با روش سل ژل با بکار بردن نمک آهن 9 آبه Fe(NO 3 ) 3 .9H 2 O ،اتانل با خلوص بسیار بالا و پروپیلن اکساید به عنوان عامل ژلاسیون سنتز شدند، سپس ژل حاصل شده با اتانل خالص به وسیله سوکسله به مدت 4 روز شستشو داده شد. بعد ژلهای حاصله به مدت 6 روز در آون خلا در دمای C°70 خشک شدند. بر روی پودر حاصله آزمایشات SEM، TEM، EDX، FTIR، BET وآنالیز حرارتی انجام شد، که با انجام این آزمایشات حضور آب ،اکسید آهن آمورف، ?- Fe 2 O 3 ، Fe(OH) 3 ، -FeO(OH) ? و مقداری Fe 2 O 3 -? نیز تائید می شود. این 96% است و ترکیب بیشتر شامل Fe 2 O 3 -? می باشد. مقداری نانو اکسید نیز در دمای C °120خشک شده، این کار برای خروج تنها آبهای پیوندی که در ذات روش سل ژل هستند، انجام شد. در این حالت پودر حاصل شده دارای ذراتی کوچکتر از اکسیدایزرC°410 هستند، ولی ناخالصیهای بیشتری نسبت به آن دارد و ترکیب بیشتر شامل Fe 2 O 3 -? است. درشتتر شدن ذرات با افزایش دما، از طریق تست BET اثبات میگردد. خلوص نانو اکسید سنتز شده در دمایC°120 حدود 79% می باشد. این دو نوع نانو اکسید با نانو ذرات آلومینیم با اندازه ذرات حدود 100 نانومتر از طریق اولتراسونیک پراب دار به مدت 60 ثانیه در نرمال هگزان مخلوط شدند و با این دو نوع اکسیدایزر(نانو اکسید آهن)سه حالت نسبت استوکیومتری، سوخت کمی غنی و سوخت غنی تهیه و بررسی شد.آزمایشات SEM، TEM، DTA وXRD جهت بررسی نحوه پراکنده شدن ، مورفولوژی و سایز ذرات ،دمای واکنش و محصولات نهائی واکنش انجام شد. همینطور نانو کامپوزیتهائی با سوخت دوسایزی میکرو ونانوآلومینیم سنتز و بررسی شد. بر روی کلیه کامپوزیتهای سنتز شده ،آزمون EMانجام شد که مشخص میشود کامپوزیتی که سوختش 100% نانو باشد بهتر و یکنواختتر در همدیگر پراکنده میشوند ، نسبت به وقتی که سوخت با سایز میکرون نیز موجود باشد. همینطور ذرات نانو اکسید آهن که در دماهای C °120 و C°410 حرارت دیدند، ساختارشان از آمورف کروی به کریستالهای مکعبی و گوشه دار تغییر میکند، که در تصویر SEM نانو کامپوزیت مشخص هستند. با انجام تست TEM ،که از ساختار داخل نمونه عکس گرفته میشود، مشخص میگرددکه سایز ذرات سنتزشده در دمای C °120 ، زیر nm 200 هستند و در اثر حرارت دهی این ذرات تجمع میکنند و توده هائی با شکلهای مکعبی و گوشه دار را تشکیل میدهند. با آزمون DTA ، مشخص میشود دمای واکنش نانو آلومینیم با اکسیدایزر بینC ? 600-500 است وبا انجام تست XRD محصولات اصلی واکنش، آهن و اکسید آلومینیم ارزیابی میشوند. با انجام تست آتشزائی و طول شعله حاصل شده ، مشخص میگردد که کامپوزیتهائی با سوخت کمی غنی طول شعله بیشتر و سرعت سوزش بالاتری دارند. و در مورد کامپوزیتهائی با سوخت دو سایزی هر چه درصد نانو آلومینیم در سوخت بیشتر میشود،سرعت سوزش افزایش می یابد. کلمات کلیدی: سل ژل – نانو اکسید آهن-نانو آلومینیم -نانو کامپوزیت انرژی زا

ارتقاء امنیت وب با وف بومی