7115

سنتز احتراق محلولي اكسيد آهن

كارشناسي

مهندسي مواد - گرايش طراحي مواد مهندسي

1399

دكتر سيد مرتضي مسعودپناه، دكتر مسعود هاشمي نياسري

1399/11/19

مهندسي مواد و متالورژي

Solution Combustion Synthesis of Iron Oxide

با توجه به افزايش روزافزون نياز به سيستم‌هاي ذخيره‌ي انرژي دوستدار محيط زيست مانند ابرخازن‌ها، اكسيد آهن و به‌ويژه مگنتيت به دليل سازگاري با محيط زيست، سميت كم، قيمت پايين و خواص شيمي‌فيزيكي منحصربه‌فرد مورد توجه دانشمندان قرار گرفته است. شيوه‌ي توليد اين ماده از نظر صرفه‌جويي در زمان و انرژي، سادگي و هم‌چنين همگن بودن محصول اهميت بسياري دارد. در اين پژوهش ابتدا اكسيد آهن با نسبت‌هاي سوخت به اكسنده يا φ با مقادير 0.5، 0.75، 1 و 1.5 به روش احتراق محلولي و با استفاده از پيش‌ماده‌ي فلزي نيترات آهن 9 آبه (اكسيد كننده) و سيتريك اسيد و گلايسين (سوخت تركيبي) در محيط بي‌دررو سنتز گرديد. تأثير مقدار نسبت φ بر كنترل مكانيزم واكنش احتراق، مورفولوژي، و تركيب محصولات مورد بررسي قرار گرفت و به اين منظور نمونه‌هاي سنتز شده توسط پراش پرتوي ايكس (XRD) و تصويربرداري ميكروسكوپ الكتروني روبشي (SEM) مشخصه‌يابي شدند. با افزايش نسبت سوخت به اكسنده، ابتدا مگنتيت و سپس مخلوطي از هماتيت و مگنتيت ظاهر شدند. هم‌چنين، با افزايش φ خروج گاز بيشتر شد، دانه‌ها ريزتر شدند و در نسبت‌هاي بالاتر به علت زينتر شدن دانه‌ها در دماي بالا، رشد ذرات و آگلومراسيون روي داد. سپس با ساخت الكترود ابرخازن، خواص الكتروشيميايي با به‌كارگيري تكنيك‌هاي ولتامتري چرخه‌اي (CV) و شارژ-دشارژ گالوانواستاتيكي (GCD) در الكتروليت‌ KOH 6 مولار مورد ارزيابي قرار گرفت؛ كه در اين بررسي‌ها در چگالي جريان ثابت A/g1 مقدار ظرفيت ويژه‌ي 26.5 فاراد بر گرم براي نمونه‌ي اكسيد آهن سنتز شده با نسبت سوخت به اكسنده 0.5، 59.12 فاراد بر گرم براي نسبت 1، و 39.06 فاراد بر گرم براي نسبت 1.5 به دست آمد. با افزايش مقدار φ از 0.5 تا 1 ظرفيت الكترود ساخته شده افزايش و پس از آن تا 1.5 كاهش يافت. بنابراين، اكسيد آهن با نسبت سوخت به اكسنده‌ي 1 بيشترين ظرفيت را ارائه داد، كه دليل آن تخلخل بيشتر و اندازه‌ي ذرات ريزتر بود. در نهايت نيز نانوكامپوزيت اكسيد آهن و گرافن با نسبت 90:10 به روش سنتز احتراق محلولي توليد شد و پس از مشخصه‌يابي، خواص الكتروشيميايي آن مورد بررسي قرار گرفت كه ظرفيت ويژه‌ي آن در چگالي جريان 1 آمپر بر گرم برابر با 59.87 فاراد بر گرم به دست آمد.

سنتز احتراق محلولي , سوخت تركيبي , خازن‌هاي الكتروشيميايي , اكسيد آهن , مگنتيت , Solution combustion synthesis , Fuel mixture , Electrochemical capacitors , Iron oxide , Magnetite