14216

14216

اعمال پوشش‌هاي نانوساختار تيتانيا بر روي سطح فولاد زنگ نزن 304 به روش پاشش سل و بررسي خواص مكانيكي و فوتوكاتاليستي آن‌ها

كارشناسي ارشد

شناسايي و انتخاب مواد فلزي

اسفند ماه 1393

اسفند ماه 1393

دكتر فرهاد گلستاني‌فرد - دكتر حسن ثقفيان

مواد و متالورژي

چكيده امروزه مواد نيمه‌هادي فوتوكاتاليست از جمله تيتانيا، كاربردهاي بسيار گسترده‌اي در زمينه ها و صنايع مختلف پيدا كرده اند. تيتانيا تنها قادر به جذب نور فرابنفشو انجام واكنش هاي فوتوكاتاليستي تحت تابش اين نور مي باشد، از اين رو كاربردهاي آن در محيط هاي بسته كه ميزان نور فرابنفش تقريبا در حد صفر است، بسيار محدود مي شود. در اين پروژه، پوشش هاي نانوساختار تيتانيا دوپ شده با نيتروژن با ضخامت هاي مختلف و پوشش هاي كامپوزيتي تيتانيا(دوپ شده با نيتروژن)-20% مولي سيليكا، با استفاده از روش سل-ژل و به وسيله پاشش سل بر روي فولاد زنگ نزن 304 ايجاد شده و در محدوده دمايي 400 تا 600 درجه سانتيگراد كلسينه شدند.به منظور شناسايي تركيب فازي پوشش ها از نمونه ها آناليز اشعه ايكس و آناليز اشعه ايكس با زاويه كم (Grazing incidence XRD) گرفته شد. همچنين براي بررسي ضخامت، خواص نوري پوشش ها و ريزساختار آن ها به ترتيب از آزمون هاي اليپسومتري، DRS و ميكروسكوپالكتروني روبشي-گسيل ميداني (FE-SEM) استفاده شد. به منظور بررسي خواص فوتوكاتاليستي پوشش ها، تجزيه محلول متيلن بلو توسط آن ها در زير تابش نور مريي اندازه گيري شد. چسبندگي و خواص مكانيكي پوشش ها نيز با استفاده از آزمون نانوخراش مورد ارزيابي قرار گرفت. نتايج آزمايش ها نشان داد كه پوشش هاي نانوساختار تيتانيا با ريزساختاري يكنواخت و با ضخامت هاي 30 تا 330 نانومتر بر روي زيرلايه فولادي تشكيل شده اند و بر اثر افزايش ضخامت و دماي كلسينه كردن پوشش ها، ترك هاي شكل گرفته در آن ها افزايش يافته است. انرژي نوار ممنوعه نمونه ها در اثر دوپ نيتروژن تا 57/2 الكترون ولت كاهش پيدا كرده و لبه جذب نوري آن ها به طور كامل به سمت امواج مريي انتقال پيدا كرده است.پوشش تيتانيا دوپ شده با نيتروژنبا ضخامت 150 نانومتر و كلسينه شده در دماي 500 درجه سانتيگراد بهترين خاصيت فوتوكاتاليستي را از خود نشان داد و نسبت به نمونه دوپ نشده با نيتروژن، به ميزان 22 درصد در تجزيه محلول متيلن بلو موفق تر عمل كرد. همچنين سطح اين نمونه پس از قرارگيري در زير تابش نور مريي به يك سطح فوق آبدوست تبديل شد. افزايش سيليكا به اين پوشش ها باعث بهبود خاصيت فوق آبدوستي و از طرف ديگر تخريب خاصيت فوتوكاتاليستي آن ها گرديد. نتايج حاصل از آزمون نانوخراش نشان داد كه پوشش ها از چسبندگي بالايي برخوردار هستند و هيچكدام از آن ها در اين آزمون مردود نشدند. كلمات كليدي: پوشش نانوساختار تيتانيا، تيتانيا فعال در نور مريي، سطح خود تميزشونده، سل-ژل