سنتز کربوترمال اکسیدهای فرعی تیتانیوم با استفاده از عوامل احیا کننده کربن بلک و پلی وینیل الکل مقالة

اخیرا، اکسیدهای فرعی یا اکسیدهای غیراستوکیومتری تیتانیوم با فرمول کلی TinO2n-1 به دلیل مقاومت خوردگی و رسانایی بالا، به عنوان مواد الکترودهای سرامیکی و پشتیبان مواد در پیل­های سوختی مورد توجه می­باشند. این اکسیدها که به نام فازهای ماگنلی تیتانیوم نیز شناخته می­شوند به روش­های متعددی، بویژه با احیای دی­اکسیدتیتانیوم با هیدروژن و کربن تولید و با عنوان ایبونکس نامیده شده­اند. در این پژوهش، ابتدا چگونگی انجام واکنش­ها بوسیله نرم افزار ترمودینامیکیHSC Chemistry ­بررسی گردید، نتایج نشان داد که دستیابی به بیشترین مقدار فازهای مورد نظر(Ti4O7، Ti5O9 و Ti6O11) در بازه دمایی بین 1100 تا C°1200 حاصل می­شود. سپس فازهای رسانای Ti4O7 و Ti5O9 و Ti6O11 به طور موفقیت آمیزی به روش کربوترمال و با استفاده از کربن­بلک و پلی­وینیل­الکل در اتمسفر آرگون سنتز شدند. محصولات بدست آمده با پراش اشعه X و میکروسکوپ الکترونی روبشی مورد بررسی قرارگرفتند. همچنین مقاومت الکتریکی نمونه­ها به روش چهار پروب اندازه­گیری شد. نتایج تجربی نشان داد، کمترین مقاومت الکتریکی در نمونه محتوی 7 درصد وزنی پلی­وینیل­الکل که در دمای C° 1150 به مدت 2 ساعت سنتز شده است، بدست می­آید. مشاهدات ریزساختاری شکلی یکنواخت، آگلومره کم و ساختاری شکننده را از سطح محصول بدست آمده نشان می­دهد.

این اکسیدها که به نام فازهای ماگنلی تیتانیوم نیز شناخته میشوند به روش های متعددی، بویژه با احیای دیاکسیدتیتانیوم با هیدروژن و کربن تولید و با عنوان ایبونکس نامیده شده اند. در این پژوهش ، ابتدا چگونگی انجام واکنش ها بوسیله نرم افزار ترمودینامیکی HSC Chemistry بررسی گردید، نتایج نشان داد که دستیابی به بیشترین مقدار فازهای مورد نظر(TiO٤٧، TiO٥٩ و TiO٦١١) در بازه دمایی بین ١١٠٠ تا C°١٢٠٠ حاصل میشود. سپس فازهای رسانای TiO٤٧ و TiO٥٩ و TiO٦١١ به طور موفقیت آمیزی به روش کربوترمال و با استفاده از کربن بلک و پلیوینیل الکل در اتمسفر آرگون سنتز شدند. نتایج تجربی نشان داد، کمترین مقاومت الکتریکی در نمونه محتوی ٧ درصد وزنی پلیوینیل الکل که در دمای C° ١١٥٠ به مدت ٢ ساعت سنتز شده است ، بدست میآید. تانگ و همکارانش جهت تامین گاز هیدروژن ، با استفاده از تجزیه سریع گاز آمونیاک(NH٣) به گازهای N٢ و H٢ توسط کوره هایی خاص ، در دماهای بین ١٢٧٣ تا C° ١٣٧٣ و در زمان حدودی ٢/٥ ساعت ، موفق به سنتز فازهای TiO٤٧ ، TiO٥٩ و TiO٦١١ بوسیله احیای TiO٢ با ساختار روتایل شدند. نتیجه گیری پودرهای ایبونکسی به طور موفقیت آمیزی بوسیله روش احیای کربوترمال TiO٢ با کربن بلک و PVA در دمای C°١١٥٠ و به مدت ٢ ساعت در اتمسفر آرگون تولید شدند. Zhang "Magneli phase Ti4O7 powder from carbothermal reduction method: formation, conductivity and optical properties" Journal of Materials Science, Vol. 24, pp. Zhang "Synthesis and characterization of Magneli phases: Reduction of TiO2 in a decomposed NH3 atmosphere" Journal of Materials Letters, Vol. 79, pp.