تاثیر دما و pH بر شکل، اندازه و رنگ نانوصفحه‌‌های هماتیت سنتز شده به روش هیدروترمال

فرآیندهای نوین در مهندسی مواد

مقاله 6، دوره 16، شماره 4 - شماره پیاپی 63، دی 1401، صفحه 69-78   

نوع مقاله: علمی-پژوهشی

نویسندگان

نجمه متولی زاده اردکانی¹؛ سعید باغشاهی^{* 2}؛ صبا پی رزم¹؛ امیرتیمور علی آبادی زاده¹

¹گروه مهندسی مواد، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد علوم و تحقیقات، تهران، ایران

²گروه مهندسی مواد، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه بینالمللی امام خمینی (ره)، قزوین، ایران

چکیده

با کنترل شرایط سنتز می‌توان به ذرات هماتیت با شکل‌‌های هندسی مختلف و در نتیجه خواص نوری و مغناطیسی متفاوتی دست یافت. در این پژوهش، از روش هیدروترمال به دلیل پتانسیل بالای آن برای سنتز طیف گسترده‌‌ای از ذرات با شکل‌ها و اندازه‌‌های متفاوت، برای سنتز ذرات هماتیت استفاده شد. در این تحقیق بدون استفاده از حلال‌‌های آلی رایج و بر خلاف اکثر تحقیقات پیشین که بر روی خواص مغناطیسی هماتیت متمرکز بوده، به کنترل شکل ذرات هماتیت و سنتز این ذرات به شکل نانو‌‌صفحه جهت افزایش خواص رنگی این ماده در نور مرئی پرداخته شده است. نمونه‌‌ها در دمای 180 و 250 درجه سانتی‌‌گراد و pH برابر 5، 7 و 11 سنتز شدند. ترکیب فازی، شکل ذرات و خواص نوری ذرات حاصل با استفاده از روش‌ها‌‌ی XRD، SEM، FTIR و DRS مورد بررسی قرار گرفت. با افزایش pH، رنگ پودر هماتیت حاصل به دلیل کوچک‌‌تر شدن اندازه ذرات و در نتیجه جذب نور بیش‌‌‌‌تر تیره‌‌تر شد. تصاویر SEM مشخص کرد با افزایش pH تمایل به صفحه‌‌ای شدن ذرات هماتیت کاهش و با کاهش pH تمایل به صفحه‌‌‌ای شدن ذرات افزایش یافت. افزایش دما تمایل به پولکی شدن را کاهش داد و باعث کروی‌‌تر شدن شکل ذرات هماتیت شد و با کاهش اندازه ذرات، جذب نور بیشتر شده و رنگ ذرات تیره‌‌تر شد.

کلیدواژه‌ها

هماتیت؛ رنگدانه قرمز؛ سنتز؛ هیدروترمال؛ رنگ سنجی

مراجع

6- مراجع

[1] K. Shaw, "Ceramic colours and pottery decoration", Maclaren And Sons, London, 1968.

 

[2] R. Cornell & U. Schwertmann, "The iron oxides: Structures, properties, reactions, occurrences, uses", VCH Verlagsgesellshaft GMBH, Weinheim, Germany, 1996.

 

[3] M. Ozaki, N. Ookoshi, E. Matijević, "Preparation and magnetic properties of uniform hematite platelets", J. Colloid Interface Sc, 137 [2], 1990.

 

[4] M. Tadic, L. Kopanja, M. Panjan, S. Kralj, J. Nlkodinovic-Runic & Z. Stojanovic "Synthesis of core-shell hematite (α-Fe₂O₃) nano plates: Quantitative analysis of the particle structure and shape, high coercivity and low cytotoxicity", Appl. Surf. Sci, vol. 403, no. 1, 2017.

 

[5] R. M. Cornell, U. Schwertmann, "The iron oxides: structure, properties, reactions, occurrences and uses", John Wiley & Sons, 2003.

 

[6] A. Kay, I. Cesar & M. Grätzel, "New benchmark for water photooxidation by nanostructured α-Fe₂O₃ films", J. Am. Ceram. Soc, vol. 128, no. 49, 2006.

 

[7] Q. Liu, Zh. Cui, Zh. Ma, Sh. Bian, W. Song  & L. Wan, "Morphology control of Fe₂O₃ nanocrystals and their application in catalysis", Nanotechnology, vol. 18, no. 38, 2007.

 

[8] Y. Zheng, Y. Cheng, Y. Wang, F. Bao, L. Zhou, X. Wei, Y .Zhang & Q. Zhengl., "Quasicubic α-Fe₂O₃ nanoparticles with excellent catalytic performance", J. Phys. Chem. B, vol. 110, no. 7, 2006.

 

[9] X. Hu, J. C. Yu, J. Gong, Q. Li & G. Li, "α‐Fe₂O₃ nanorings prepared by a microwave‐assisted hydrothermal process and their sensing properties", Adv. Mater, vol. 17, no. 19, 2007.

 

[10] M. V. Reddy, T. Yu, Ch. Sow, Z. Xiang Shen, Ch. Teck Lim, G.V. Subba Rao & B. V .R. Chowdari "α‐Fe₂O₃ nanoflakes as an anode material for Li‐ion batteries", Adv. Func. Mater, vol. 17, no. 15, 2007.

 

[11] Z. Zheng, L. Liao, B. Yan, J.X. Zhang, H. Gong, Z. Shen & T. Yu, "Enhanced field emission from argon plasma-treated ultra-sharp α-Fe₂O₃ nanoflakes", Nanoscale Res. lett, 4 [9], 2009.

 

[12] Sh. Cao, Y. Zhu, M. Ma & L. Li,"Hierarchically nanostructured α-Fe₂O₃ hollow spheres: preparation, growth mechanism, photocatalytic property, and application in water treatment", J. Phys. Chem. C, vol. 112, no. 16, 2008.

 

[13] Zh. Zheng, Y. Chen, Z. Shen & J. Ma, Ch. Sow, W. Huang & T. Yu, "Ultra-sharp α-Fe₂O₃ nanoflakes: growth mechanism and field-emission", Appl. Phys. A, vol. 89, no. 1, 2007.

 

[14] J. Wang, W. B. White & J. H. Adair, "Optical properties of hydrothermally synthesized hematite particulate pigments", J. Am. Ceram. Soc., vol. 88, no. 12, 2005.

 

[15] T. Sugimoto, Sh. Waki, Hiroyuki Itoh & Atsushi Muramatsu, "Preparation of monodisperse platelet-type hematite particles from a highly condensed β-FeOOH suspension", Colloids Surf. A: Physicochem. Eng. Asp, vol. 109, no. 20, 1996.

 

[16] H. Katsuki & S. Komarneni, "Microwave‐Hydrothermal Synthesis of Monodispersed Nanophase α‐Fe₂O₃", J. Am. Ceram. Soc., vol. 84, no, 10, 2001.

 

[17] L. Chen, X. Yang, J. Chen, J. Liu, H. Wu, H. Zhan, Ch. Liang & M. Wu, "Continuous hcshape-and spectroscopy-tuning of hematite nanocrystals", Inorg. Chem, vol. 49, no. 18, 2010.

 

[18] Q. Wang, Q. Chang, Y. Wang, X. Wang & J. Zhou, "Ultrafine CoAl₂O₄ ceramic pigment prepared by Pechini-sacrificial agent method", Mater. Lett, vol. 173, 2016.

 

[19] B. Ch. K. Ly, E. B. Dyer, J. L. Feig, A. L. Chien & S. Del Bino, "Research Techniques Made Simple: Cutaneous Colorimetry: A Reliable Technique for Objective Skin Color Measurement", J. Invest. Derm, vol. 140, 2020.

 

[20] M. Kerker, P. Scheiner, D. Cooke & J. Kratohvil, "Absorption index and color of colloidal hematite", J. Colloid Interface Sci, vol. 71, no. 1, 1979.

[21] N. P. Ryde & E. Matijević, "Color effects of uniform colloidal particles of different morphologies packed into films", Appl. Opt, vol. 33, no. 31, 1994.

 

[22] H. Katsuki & S. Komarneni, "Role of α‐Fe₂O₃ Morphology on the Color of Red Pigment for Porcelain", J. Am. Ceram. Soc, vol. 86, no. 1, 2003.

 

[23] L. A. Marusak, R. Messier & W. B. White, "Optical absorption spectrum of hematite, α-Fe₂O₃ near IR to UV", J. Phys. Chem. Solids, vol. 41, no. 9, 1980.

[24] X. Hu & J. C. Yu, "Continuous Aspect‐Ratio Tuning and Fine Shape Control of Monodisperse α‐Fe₂O₃ Nanocrystals by a Programmed Microwave- Hydrothermal Method", Adv. Func. Mater, vol. 18, no. 6, 2008.

 

[25] M. Beyhaghi, A. Kiani-Rashid, M. Kashefi, J. Vahdati Khaki & S. Jonsson, "Investigation of in-situ synthesis and consolidation of NiAl–Al₂O₃ composites by reactive spark plasma sintering process using mechanically activated reaction", International Journal of Material Science Innovations (IJMSI), vol. 2, no. 4, pp:100-116, 2014.

 

[26] A. Ledin, S. Karlsson & B. Allard, "Effects of pH, ionic strength and a fulvic acid on size distribution and surface charge of colloidal quartz and hematite", Applied Geochemistry, vol. 8, pp. 409-414, 1993.

 

[27] O. Opuchovic & A. Kareiva, "Historical hematite pigment:Synthesis by anaqueous sol-gel method, characterization and application for the colouration of ceramic glazes", Ceramics international, vol. 4, pp. 4504-4513, 2015.