سنتز احتراقي و بررسي رفتار ترموالكتريكي پودر نانوساختار هگزابورايد استرانسيم

كارشناسي ارشد

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.

193039

دانشگاه علم و صنعت ايران

مهندسي فناوري نانو - نانو مواد

دكتر ميثم جلالي