سنتز استرانسیم تیتانات از کنسانتره سلستیت

فصلنامه علمی - پژوهشی مواد نوین

مقاله 8، دوره 10، شماره 37 - شماره پیاپی 1، آبان 1398، صفحه 105-118   

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

لیلا احرام باف¹؛ نادر ستوده^{* 2}؛ محمد علی عسکری زمانی³؛ راضیه حیاتی⁴

¹دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه یاسوج،یاسوج،ایران

²گروه مهندسی مواد- دانشکده فنی و مهندسی- دانشگاه یاسوج- یاسوج- ایران

³استادیار- گروه مهندسی مواد، دانشکده فنی و مهندسی،دانشگاه یاسوج، یاسوج،ایران

⁴گروه مهندسی مواد، دانشکده مهندسی، دانشگاه یاسوج

تاریخ دریافت: 26 فروردین 1398،  تاریخ بازنگری: 04 شهریور 1398،  تاریخ پذیرش: 11 شهریور 1398 

چکیده

دراین پژوهش ازکنسانتره سلستیت (سولفات استرانسیم) برای تهیه فاز پروسکایت استرانسیم تیتانات استفاده شد. در مرحله اول، با استفاده از روش مکانوشیمیایی، پیش ماده کربنات استرانسیم از مخلوط کنسانتره سلستیت-کربنات سدیم تهیه شد. در مرحله دوم با استفاده از مخلوط کربنات استرانسیم-دی‏اکسید تیتانیم، محصول نهایی استرانسیم تیتانات بدست آمد. آزمایش­ها نشان داد فرآیندآسیاکاری پر انرژی نقش موثری در انجام واکنش­های شیمیایی و کاهش دمای فرآیند حرارتی برای تولید استرانسیم تیتانات دارد. آسیاکاری مخلوط کربنات استرانسیم-دی اکسید تیتانیم تا ده ساعت منجر به انجام واکنش شیمیایی نشد اگرچه برخی از نشانه‏های فاز روتیل باکربنات استرانسیم همپوشانی داشتند. نتایج آزمون­های TGA بیانگرکاهش چشمگیری در دمای تشکیل فاز پروسکایت استرانسیم تیتانات درمخلوط‏های آسیاکاری بود. نشانه‏های فاز پروسکایت استرانسیم تیتانات پس از گرمایش در دمای 600 درجه سانتیگراد به مدت یک ساعت برای مخلوط پنج ساعت آسیاکاری دیده شد درحالی­که در مخلوط‏های بدون آسیاکاری، نشانه‏های مواد اولیه (دی اکسیدتیتانیم و کربنات استرانسیم) نیز در این دما وجود داشت. نشانه­های فاز استرانسیم تیتانات در دمای گرمایش900 درجه سانتیگراد در نمونه­های بدون آسیاکاری و نمونه­های آسیاکاری مشاهده شد. نتایج آنالیزهای XRD وFT-IR نشان داد، امکان تهیه فاز پروسکایت استرانسیم تیتانات از کنسانتره سلستیت (سولفات استرانسیم) به روش مکانوشیمیایی در دماهای به مراتب کم­تر وجود دارد. تصاویرSEM نشان دهنده ذرات بسیار ریز محصول استرانسیم تیتانات (SrTiO₃) درنمونه‏های آسیاکاری بود.

کلیدواژه‌ها

آسیاکاری؛ آناتاز؛ پروسکایت؛ سلستیت؛ SrTiO3

عنوان مقاله [English]

Synthesis of strontium titanate from celestite concentrate

نویسندگان [English]

Leila Ehrambaf¹؛ Nader Setoudeh²؛ Mohammad Ali Askari Zamani³؛ raziye hayati⁴

¹Materials Engineering Department- School of Engineering-Yasouj University, Yaouj, Iran

²Materials Engineering Department- School of Engineering- Yasouj University- Yasouj- Iran

³Materials Engineering Department- School of Engineering-Yasouj University, Yaouj, Iran

⁴Department of Materials science, Faculty of Engineering, Yasouj University, Yasouj, Iran

چکیده [English]

In this research perovskite phase of strontium titanate was produced from celestite concentrate (strontium sulphate). At first stage, the precursor of strontium carbonate was prepared from celestite-sodium carbonate mixture using mechanochemical process. Strontium titanate was synthesized using strontium carbonate-TiO2 mixture in the second stage. The results indicated that high energy ball milling plays a significant role in the chemical reaction and results in decreasing the temperature of post-heat treatment for producing of strontium titanate. Although some traces of rutile phase were overlapped with strontium carbonate, however no sign of chemical reaction observed in the10 hours milled mixtures of strontium carbonate-TiO2. TGA results showed that milling results in decreasing the formation temperature of perovskite strontium titanate phase in the milled mixtures. Although the traces of strontium titanate phase were revealed in the 5 hours milled mixture after isothermal heating at temperature of 600℃, the signs of un-reacted raw materials (TiO2 and SrCO3) were observed in un-milled mixture at this temperature. The traces of SrTiO3 were observed in un-milled and milled mixtures after heating at temperature of 900℃. XRD and FT-IR results indicated that strontium titanate can be synthesized form celestite concentrate (SrSO4) at lower temperatures using mechanochemical process. SEM micrographs showed that the ultrafine particles of strontium titanate (SrTiO3) can be formed in the milled samples.

کلیدواژه‌ها [English]

Anatase, Celestite, Milling, Perovskite, SrTiO3

مراجع

1-T. Wanjun and C. Donghua, “Synthesis of strontium titanate nanometer crystallites using a peroxide-based route”, Int. J. Appl. Ceram. Technol., Vol. 4(6), pp.549–553, 2007.

2-P. Balaya, M. Ahrens, L. Kienle, and J. Maier,” Synthesis and characterization of nanocrystalline SrTiO₃”, Journal of American Ceramic Society, Vol. 89(9), pp.2804–2811, 2006.

3-W.Y. Jeng, J.Hassan, M.Hashim, W.S. Yin and L.C. Yan, “Effect of milling time on microstructure, crystallite size and dielectric properties of SrTiO₃ ceramic synthesized via mechanical alloying method”, Advanced Materials Research, Vol. 364, pp. 388-392, 2012.

4-H. Liu, X. Sun, Q. Zhao, J. Xiao and Sh. Ouyang, “The syntheses and microstructures of tabular SrTiO₃ crystal”, Solid-State Electronics, Vol. 47, pp. 2295–2298, 2003.

5- J. Lee, H.C. Shin, J.C. Choi and S.C. Choi, “The electric properties of SrTiO₃ varistor prepared by co-precipitation process”, Journal of Micro Packaging Society, Vol.7 (3), pp. 7–11, 2000.

6- W. Xuewen, Zh. Zhiyong and Zh. Shuixian.“Preparation of nano-crystalline SrTiO₃ powder in sol-gel process”, Materials Science and Engineering B, Vol. 86, pp. 29-33, 2001.

7- S. J. Lee, P. Thiyagarajan and M. J. Lee, “Synthesis and characterization of strontium titanate powder via a simple polymer solution route”, Journal of Ceramic Processing Research. Vol. 9, No. 4, pp. 385-388, 2008.

8- Q. A. Zhu, J.G. Xu, Sh. Xiang, L. X. Chen and Zh. G. Tan, “Preparation of SrTiO₃ nanoparticles by the combination of solid phase grinding and low temperature calcining”, Materials Letters, Vol.65, pp. 873-875, 2011.

9- R. Ashiri and R. Ajami, “Sonochemical Synthesis of SrTiO₃ Nanocrystals at Low Temperature”, International Journal of Applied Ceramic Technology, Vol. 12, No. S2, pp. E202–E206, 2015.

10- C. Suryanarayana, Mechanical alloying and milling, Marcel Dekker New York, 2004.

11- N. Behmanesh, S. Heshmati-Manesh and A. Ataie, “Role of mechanical activation of precursors in solid state processing of nano-structured mullite phase”, Journal of Alloys and Compounds, Vol.450, pp.421–425, 2008.

12-نادر ستوده،" تاثیر آسیاب کاری پر انرژی روی دمای تشکیل فازهای محصول در سیستم آلومینیم-آلومینا- زیرکن"، مجله مواد پیشرفته در مهندسی، سال ۳۲ ، شمارة ٢، ص.89-77 ، پاییز 1392.

13- نادر ستوده، محمد علی عسکری زمانی و عباس محصل،"تاثیر فرآیند آسیاکاری مکانیکی بر احیا کربوترمیک زیرکن"، مجله مواد نوین، جلد 3، شماره 3،ص. 99-89، بهار 1392.

14- امین ربیعی زاده، ابوالقاسم عطایی و علی محمد هادیان،" تاثیر روش تولید نانوکامپوزیت آلومینا/دی بوراید تیتانیم بر رفتار تفجوشی و خواص قطعه تولیدشده"، محله مواد نوین، شماره 11، ص.59-45، بهار 1392.

15- R. D. Widodo, A. Manaf, V., Vekky R.R and D. H. Al-Janan, “The Effect of Milling Times and Annealing on Synthesis of Strontium Titanate Ceramics”, International Journal of Innovative Research in Advanced Engineering (IJIRAE), Vol.2, Issue 12, pp.66-70, 2015.

 

16- V. Berbenni, A. Marini and G. Bruni, “Effect of mechanical activation on the preparation of SrTiO₃ and Sr₂TiO₄ ceramics from the solid state system SrCO₃-TiO₂”, Journal of Alloys and Compounds, Vol. 329, pp. 230–238, 2001.

17- Y.M. Rangel-Hernandez, J.C. Rendon-Angeles, Z. Matamoros-Veloza, M.I. Pech-Canul, S. Diaz-de la Torre and K. Yanagisawa, “One-step synthesis of fine SrTiO₃ particles using SrSO₄ ore under alkaline hydrothermal conditions”, Chemical Engineering Journal, Vol. 155, pp. 483–492, 2009.  

18- نادر ستوده و محمد علی عسکری زمانی،"تهیه کربنات استرانسیم از سلستیت به روش مکانوشیمیایی"، طرح پژوهشی مصوب دانشگاه یاسوج، .1388

19- N. Setoudeh, N.J. Welham and S.M. Azami, “Dry mechanochemical conversion of SrSO₄ to SrCO₃”, Journal of Alloys and Compounds, Vol. 492, pp.389–391, 2010.

20- نادر ستوده، محمد علی عسکری زمانی و عباس محصل، "احیای کربوترمیک کنسانتره سلستیت معدن لیکک"، مجله مواد نوین، جلد1، شماره 3،ص. 33-44، بهار 1390.

21- N. Setoudeh, M. Ali Askari Zamani, and N.J. Welham, “Carbothermic Reduction of Mechanically Activated Mixtures of Celestite and Carbon”, World Academy Sci. Eng. and Tech., Vol.74, pp.531-534, 2011.

22- N. Setoudeh and N.J. Welham (2011) “Ball milling induced reduction of SrSO₄ by Al”, International Journal of Minerals Processing, Vol. 98, pp.214–218, 2011.

23- N. Setoudeh and N.J. Welham Mechanochemical reduction of SrSO₄ by Mg, International Journal of Minerals Processing, Vol. 104‑105, pp.49–52, 2012.

24- HSC Chemistry for Windows, version 5.1. 1994, Outokumpu, Oy.

25- S. Begin-Colin, G. Le Caer, A. Mocellin and M. Zandona, “Polymorphic Transformation of Titania Induced by Ball Milling”, Philosophical Magazine Letters, Vol. 69, pp.1-7,1994.

 

26- R.Ren, Z.Yang, and L.L. Shaw, “Polymorphic Transformation and Powder Characteristics of  TiO₂  During High Energy Milling”, Journal of Materials Science, Vol. 35, pp.6015-6026, 2000.

27- نادر ستوده، علی سعیدی، علی شفیعی و نیکلاس جی ولهام، "دگرگونی فازی آناتاز به روتیل در شرایط آسیاکاری و بدون آسیاکاری"،مجله استقلال، سال 25، شماره 1، ص.207-216، شهریور 1385.