20679

۲۰۶۷۹

سنتز احتراقي و بررسي رفتار ترموالكتريكي پودر نانوساختار هگزابورايد استرانسيم

كارشناسي ارشد

مهندسي فناوري نانو - نانو مواد

۱۳۹۵

۱۳۹۷/۱۱/۱۷

دكتر ميثم جلالي

فناوري هاي نوين

هگزابورايد استرانسيم داراي سلول واحد مكعبي بوده كه از مشخصه‌هاي آن مي‌توان به نقطه ذوب بالا، سختي بالا، پايداري شيميايي بالا و همچنين ويژگي‌هاي خاص ديگر نظير ضريب انبساط حرارتي پايين در برخي از محدوده‌هاي دمايي، جذب بالاي نوترون و آرايش مغناطيسي گوناگون اشاره كرد. همه اين خصوصيات برجسته در گستره وسيعي از كاربردها به كار گرفته مي‌شوند كه نمونه‌هايي از آن‌ها استفاده در منابع انرژي راديوايزوتوپ ها، عايق‌هاي دما بالا، ميله‌هاي كنترل راكتور هسته‌اي و… مي‌باشد. هدف در پژوهش حاضر، دستيابي به پودر نانو ساختار هگزابورايد استرانسيم (SrB6) و ارزيابي خواص آن مي‌باشد. به‌منظور سنتز پودر هگزابورايد استرانسيم از روش سنتز احتراقي حالت جامد استفاده شد. فرآيند آسياكاري مكانيكي جهت تحريك مواد اوليه براي آغاز و ايجاد احتراق در ميان مواد پودري مورداستفاده قرار گرفت. مكانيزم تشكيل هگزابورايد استرانسيم در روش سنتز احتراقي مورد بررسي قرار گرفت. براي اين منظور زير سيستم‌هاي دوتايي احياي اكسيدهاي بور و استرانسيم توسط منيزيم جداگانه بررسي شدند. مشخص شد كه منيزيم مي‌تواند به‌راحتي در 27 دقيقه آسياكاري B2O3 را در يك رژيم احتراقي احيا كند، اما احتراق در سيستم Mg-SrO رخ نمي‌دهد و احيا ماهيت تدريجي دارد لذا در سيستم سه تايي Mg-B2O3-SrO، احياي احتراقي اكسيد بور توسط منيزيم كليد آغاز فرايند كلي است كه در اثر آن بور عنصري و گرماي زياد توليد شده، و در دماي بالا اكسيد استرانسيم هم احيا مي‌شود و نهايتاً SrB6 توليد مي‌شود. اين مكانيزم توسط آناليز حرارتي نيز تأييد شد. آناليزهاي مشخصه يابي گوناگوني همچون XRD، SEM و TEM و بررسي خواص ترموالكتريكي همچون مقاومت الكتريكي و رسانايي حرارتي در اين كار مورداستفاده قرار گرفت. پودر حاصل از احتراق با استفاده از روش SPS در دو دماي 1250 و 1450 درجه سانتي‌گراد متراكم شد تا بتوان رفتار ترموالكتريكي ماده را بررسي كرد. تحليل خواص ترموالكتريكي در محدوده دمايي K 900-300 نشان داد كه هگزابورايد استرانسيم توليدي از ضريب سيبك بالا و هدايت حرارتي كوچكي در دماهاي بالا برخوردار مي‌باشد. مقدار ضريب سيبك نمونه‌هايي كه در دماهاي 〖1250 〗^° C و 〖1450 〗^° C تفجوشي شده بودند به ترتيب برابر با 6/104- و µV/K 200- در دماي K 900 به دست آمد و همچنين مقدار هدايت حرارتي نمونه‌هايي كه در دماهاي 〖1250 〗^° C و 〖1450 〗^° C تفجوشي شده بودند به ترتيب برابر با 1/4 و W/m K 7/5 در دماي K 900 به دست آمد. هدايت الكتريكي SrB6 حاصله تا حدودي پايين بود كه موجب شد معيار شايستگي ترموالكتريكي ماده (zT) نهايتاً افت كند كه اين امر به وجود ناخالصي‌هاي موجود در محصول نسبت داده شد. مقدار zT در دماي K900 براي نمونه‌هايي كه در دماهاي 〖1250 〗^° C و 〖1450 〗^° C تفجوشي شده بودند به ترتيب برابر با 002/0 و 014/0 حاصل شد، كه مقدار آن با افزايش دماي تفجوشي بيشتر شده است.

1398/04/01

Combustion synthesis and investigation of thermoelectrical behavior of strontium Hexabayd powder

2/6/2019 12:00:00 AM

The nanoparticles of strontium hexaboride (SrB6) were synthesized by a mechanically induced magnesiothermic combustion in the Mg/B2O3/SrO system. Ignition time in this system was recorded to be 23 min of milling. X-ray diffraction (XRD), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), and high-resolution transmission electron microscopy (HRTEM) techniques were used to characterize the combustion product. Thermal analysis was employed to assess the formation mechanism. It was revealed that Mg initially reduced B2O3 in a combustive manner to generate elemental boron and a large amount of heat, resulting in the reduction of SrO by Mg at high temperature. The in-situ formed elemental Sr and B react immediately to generate SrB6. Thermoelectric properties of consolidated SrB6, including thermal conductivity, Seebeck coefficient, electrical conductivity, and figure-ofmerit were evaluated at the temperature range of 300–873 K.