پایان نامه تهیه نانو ذرات لانتانیوم اکسید و لانتانیوم اکسید دوپ شده

چکیده

در این پژوهش سنتز نانو ذرات لانتانیوم اکسید مورد بررسی قرار گرفت. انواع مواد اولیه‘ از جمله یک پلیمر کوٸوردینه شده از لانتانیوم با تارتاریک اسید و یا پیریدین 2 و 6 دی کربوکسیلیک اسید برای سنتز La(OH)₂NO₃ مورد استفاده قرار گرفت. طیف سنجی زیر قرمز‘ پراش اشعه X‘ میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) و میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM) برای مشخص کردن ساختار و مورفولوژی پودر سنتز شده مورد استفاده قرار گرفت. نتایج XRD نشان میدهد که تجزیه حرارتی کمپلکس لانتانیوم با تارتاریک اسید منجر به شکل گیری La₂O₃ و از تجزیه محصول پیریدین 2 و 6 دی کربوکسیلیک اسید با لانتانیوم نیترات و سریم نیترات  Ce_x La_2-xO₃به دست آمد.

درآمدی بر نانوذرات

نانوذرات از ده­ها یا صدها اتم یا مولکول و با اندازه­ها و مورفولوژی­های مختلف (آمورف، کریستالی، کروی شکل، سوزنی شکل و …) ساخته شده است. اغلب نانوذرات که به طور تجاری مورد استفاده قرار می‌گیرند، به شکل پودر خشک و یا به صورت پخش درفاز مایع می‌باشند. البته نانوذرات ترکیب شده در یک محلول آلی یا آبی که به شکل سوسپانسیون یا خمیری شکل است نیز مورد توجه می‌باشد. این ذرات در شکل­ها و مورفولوژی­های گوناگونی یافت می‌شوند . نانوذرات ساختارهایی از کروی گرفته تا فلسی، ورقه­­­ای، شاخه­ای، لوله­ای و میله­ای دارند.

1-2- تاریخچه نانوذرات

نانوذرات از زمان­های بسیار دور مورد استفاده قرار گرفته است. شاید اولین استفاده آن­ها در لعاب­های چینی وسرامیک­های تزئینی سلسله­های ابتدایی چین بوده است (قرن 4و5). در یک جام رومی موسوم به جام لیکرگوس از نانو ذرات طلا استفاده شده است تا رنگ­های متفاوتی از جام برحسب نحوه­ی تابش نور (از جلو یا عقب) پدید آید، البته علت چنین اثراتی برای سازندگان آن­ها ناشناخته بوده است. کربن سیاه یا کربن بلک مشهورترین مثال از نانو

ذراتی است که ده­ها سال به طور انبوه تولید شده است و در لاستیک­های اتومبیل به منظورافزایش طول عمر آن­ها به کار رفته است و علت رنگ سیاه لاستیک هم، وجود این افزودنی سیاه رنگ است. گذشته از آن در دهه 1930 برای اولین بار روش­های فرآوری بخار جهت تولید نانو ذرات بلوری مورد استفاده قرار گرفته شد. در سال­های اخیر پیشرفت­های بسیار بزرگی در زمینه امکان ساخت نانوذرات از مواد گوناگون و کنترل شدید بر روی اندازه، ترکیب و یکنواختی آن­ها صورت گرفته است.

1-3- تعریفی از نانو ذرات

اصطلاح نانو ذرات، انواع مختلف مواد دارای ساختار نانو که حداقل يک بعد آن در محدوده­ی نانو می‌باشد را در بر می­گيرد. که شامل نانوساختارهای دارای بعد صفر نظير نانوذرات فلزی، نيمه رسانايی و سراميکی، نانو ساختارهای يک بعدی نظير نانوسيم‌ها،‌ نانولوله‌ها‌، و نانوميله‌ها‌، نانوساختارهای دو بعدی نظير فيلم‌ها يا لايه‌های نازک می‌باشد. علاوه بر اين نانوساختارهای منحصر به فرد، مجموعه‌ها‌يی از اين نانوساختارها آرايه‌ها، مجموعه‌ها‌ و ابرشبکه‌ها‌ی دارای ابعاد بالا را تشکيل می‌دهند.

1-4- انواع نانو ذرات

رايج ترين نانو ذرات٬ نانوذرات نيمه رسانا (فلز اکسیدها)، نانوذرات سراميكی، پليمری و فلزی هستند.

1-4-1- نانوذرات نيمه رسانا (نقاط كوانتمی)

نقطه كوانتومی، یک ناحيه از بلور نيمه رسانا است كه الكترون­ها ، حفره­ها يا هر دو آن­ها (كه اگزيستون ناميده می‌شوند) را درسه بعد در برمی­گيرد. اين ناحيه از چند نانومتر تا چند صد نانومتر را شامل می­شود.

در نقاط كوانتومی الكترون­ها درست مثل وضعيت یک اتم، ترازهای مختلف انرژی را اشغال می‌كنند، به همين علت به آن­ها لفظ اتم­های مصنوعی نيز اطلاق می‌شود. در مقايسه با سيم كوانتمی كه در یک بعد و لايه­های كوانتومی كه در دو بعد نانو هستند، نقاط كوانتومی٬  نانوساختارهای سه بعدی هستند. اين تركيبات به دليل بازده كوانتومی بالا در زمينه­های اپتيكی كاربرد زيادی دارند. سه روش عمده برای ساخت نقاط كوانتومی وجود دارد، يكی از روش­ها شامل رشد نقاط كوانتومی در ظرف واكنش است. در دو روش ديگر، نقاط كوانتومی را در روی سطح يک بلور نيمه هادی يا در نزديک آن پديد می‌آوردند.

نقاط كوانتومی نيمه هادی با تحريک الكتريكی يا تابش طول موج­های مختلف فلورسانس می‌كنند. اين ذرات همچنين می‌توانند بر حسب ولتاژ اعمال شده، به انعكاس، انكسار يا جذب نور بپردازند. اين ويژگی باعث شده است كه اين تركیبات در مواد فتوكرومیک و الكتروكروميک (موادی كه به ترتيب بر اثر اعمال نور يا الكتريسيته تغيير رنگ می‌دهند) و پيل­های خورشيدی كاربرد داشته باشند. علاوه بر اين ، از اسپين يک الكترون در يک نقطه كوانتومی می‌توان برای نمايش يک بيت كوانتومی- يا كيوبيت در يک رايانه كوانتومی استفاده كرد.

كاربردهای بالقوه برای نقاط كوانتومی عبارتند از:

– ليزرهای دارای طول موج­های بسيار دقيق

– كامپيوترهای كوانتومی

– نشانگرهای زيستی

فهرست مطالب
عنوان صفحه
چکیده……………………………………………………………………………………………..1

فصل: اول مقدمه
1-1 درامدی بر نانو ذرات ……………………………………………………………………..3
1-2 تاریخچه نانو ذرات ………………………………………………………………………..3
1-3 تعریفی از نانو ذرات ………………………………………………………………………3
1-4 انواع نانو ذرات ……………………………………………………………………………4
1-4-1 نانو ذرات نیمه رسانا(نقاط کوانتومی) ………………………………………………..4
1-4-2 نانو ذرات سرامیکی ……………………………………………………………………4
1-4-3 نانو ذرات فلزی …………………………………………………………………………5
1-5 اصلاح سطوح نانو ذرات …………………………………………………………………5
1-6 سنتز نانو ذرات ……………………………………………………………………………5
1-6-1 چگالش بخار (رسوب شیمیایی فاز بخار) …………………………………………….5
1-6-2 سنتز شیمیایی (فرایند سل- ژل) ……………………………………………………….6
1-6-3 روش میکرو امولسیون و مایسل معکوس …………………………………………….6
1-6-4 روش رسوبگذاری ……………………………………………………………………..8
1-7 لانتانیدها ……………………………………………………………………………………9
1-7-1 تاریخچه ……………………………………………………………………………….11
1-7-2 خصوصیات لانتانیدها ………………………………………………………………..12
1-7-3 موارد کاربرد …………………………………………………………………………12
1-7-4 اثرات لانتانیدها بر روی سلامتی انسان …………………………………………….13
1-7-5 جذب و توزیع لانتانیدها در موجودات زنده …………………………………………14
1-7-6 اثرات زیست محیطی لانتانیدها……………………………………………………….14
1-7-7 نقش بیولوژیکی لانتانیدها ……………………………………………………………15
1-8 لانتانیوم …………………………………………………………………………………..15
1-8-1 تاریخچه ……………………………………………………………………………….15
1-8-2 خصوصیات …………………………………………………………………………..15
1-8-3 ایزوتوپ ها ……………………………………………………………………………16
1-8-4 ترکیبات لانتانیوم ……………………………………………………………………..16
1-8-5 کاربردها ………………………………………………………………………………18
1-9 سریم ……………………………………………………………………………………..18
1-9-1 تاریخچه ……………………………………………………………………………….18
1-9-2 خصوصیات …………………………………………………………………………..18
1-9-3 ایزوتوپ ها ……………………………………………………………………………21
1-9-4 ترکیبات سریم …………………………………………………………………………21
1-9-5 کاربردها ………………………………………………………………………………21
1-10 اکسیدهای خاک های کمیاب …………………………………………………………..22
1-10-1 لانتانیوم اکسید ………………………………………………………………………22
1-10-2 سریم اکسید ………………………………………………………………………….22
1-10-3 کاربردها …………………………………………………………………………….22
1-11 روش های تهیه اکسیدهای خاکهای کمیاب ……………………………………………23
1-11-1 تهیه نانو ذرات لانتانیوم هیدروکسید و لانتانیوم اکسید به روش اولتراسونیک ….23
1-11-2 روش رفلاکس ………………………………………………………………………27
1-11-2-1 تهیه پودر نانو ذرات لانتانیوم اکسید در 100 درجه سانتی گراد ……………..27
1-11-3 روش مایسل معکوس ……………………………………………………………….27
1-11-3-1 سنتز نانو ذرات لانتانیوم به روش مایسل معکوس……………………………..29
1-12 هدف…………………………………………………………………………………….29

فصل دوم: بخش تجربی
2-1 دستگاه های مورد استفاده ……………………………………………………………….30
2-2 مواد شیمیایی مورد استفاده ………………………………………………………………30
2-3 تهیه لانتانیوم اکسید ………………………………………………………………………32
2-3-1 استفاده از تارتاریک اسید به عنوان لیگاند آلی برای تهیه لانانیوم اکسید ………….32
2-3-2 استفاده از پیریدین 2 و6 دی کربوکسیلیک اسید‘ لانتانیوم نیترات و سریم نیترات برای تهیه لانتانیوم اکسید دوپ شده …………………………………………………………..32

فصل سوم: بحث و نتیجه گیری
3-1-1 بررسی طیف FT-IR نانو ذرات حاصل از تارتاریک اسید ………………………..34
3-1-2 بررسی الگوی تفرق XRDنانو ذرات حاصل از تارتاریک اسید …………………36
3-1-3 برررسی الگوی SEM نانو ذرات حاصل از تارتاریک اسید ………………………38
3-1-4 بررسی الگوی TEM نانو ذرات حاصل از تارتاریک اسید ……………………….39
3-2-1 بررسی طیف FT-IR نانو ذرات حاصل از پیریدین 2 و6 دی کربوکسلیک اسید‘ لانتانیوم نیترات‘ سریم نیترات ……………………………………………………………….40
3-2-2 بررسی الگوی تفرق XRDنانو ذرات حاصل از پیریدین 2 و6 دی کربوکسیلیک اسید‘ لانتانیوم نیترات و سریم نیترات ……………………………………………………….42
3-2-3 بررسی الگوی SEM نانو ذرات حاصل از پیریدین 2 و6 دی کربوکسیلیک اسید‘ لانتانیوم نیترات و سریم نیترات ………………………………………………………………43
3-3 نتیجه گیری کلی ………………………………………………………………………….44

مراجع ………………………………………………………………………………………….46