تولید نانو پودر ترکیب هادی پروتون Ba0.85K0.15ZrO3-δ به روش سنتز مکانیکی

فصلنامه علمی - پژوهشی مواد نوین

مقاله 4، دوره 5، شماره 20، مرداد و شهریور 1394، صفحه 43-56   

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

زهرا شرافت^{* 1}؛ محمد حسین پایدار²

¹دانشجوی دکترا، بخش مهندسی مواد دانشگاه شیراز.

²استاد بخش مهندسی مواد دانشگاه شیراز.

تاریخ دریافت: 29 شهریور 1394،  تاریخ پذیرش: 29 شهریور 1394 

چکیده

در این پژوهش،تولید نانو پودر ترکیب هادی پروتونBa_0.85K_0.15ZrO_3-δ به روش سنتز مکانیکی گزارش شده است. بدین منظور، از آسیای سیاره‌ای با قابلیت اعمال سرعت rpm650، محفظه زیرکونیایی و مواد اولیه BaO₂، ZrO₂ و KO₂استفاده شد. آسیاکاری به مدت 420 دقیقه در محیط خشک انجام گرفت و پس از هر 60 دقیقه آسیاکاری مقدار پیشرفت واکنش با انجام آنالیز XRD مورد بررسی قرار گرفت. با استفاده از نتایج XRD درصد فاز پرووسکایت، اندازه کریستال‌ها و کرنش موثر شبکه محاسبه گردید. ریز ساختار و یکنواختی ترکیب تولیدی با استفاده از میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM) و انجام آنالیز EDS مورد بررسی قرار گرفت. نتایج XRD نشان دادند که در مراحل اولیه آسیاکاری ترکیب تشکیل شده است. کریستال‌های پودر تولیدی، کروی شکل با میانگین اندازه nm20 تعیین شد. اندازه کریستال‌های محاسبه شده با استفاده از نتایج XRD تطابق خوبی با تصاویر TEM پودر تولیدی نشان دادند. نتایج آنالیز EDS نیز نشان داد که یکنواختی مناسبی در پودر تولیدی وجود دارد.

کلیدواژه‌ها

سنتز مکانیکی؛ نانو پودر؛ ساختار پروسکایت؛ زیرکونات باریم؛ سرامیک هادی پروتون

مراجع

1-H. Iwahara, T. Esaka, H. Uchida and N. Maeda,"Proton Conduction in Sintered Oxides and Its Application to Steam Electrolysis for Hydrogen Production.", Solid State Ionics, Vol. 3-4, pp. 359-363, 1981.

2- H. Iwahara, H. Uchida, and N. Maeda,"High Temperature Fuel and Steam Electrolysis Cells Using Proton Conductive Solid Electrolytes.",Journal of Power Sources, Vol. 7, pp. 293-301, 1982.

3- H. Iwahara, "High Temperature Proton Conducting Oxides and Their Applications to Solid Electrolyte Fuel Cells and Steam Electrolyzer for Hydrogen Production.", Solid State Ionics, Vol. 28–30, pp. 573-578, 1988.

4- T. Kobayashi, K. Abe, Y. Ukyo, and H. Matsumoto, "Study on current efficiency of Steam Electrolysis Using a Partial Protonic Conductor SrZr_0.9Yb_0.1O_3−α.", Solid State Ionics, Vol. 138, pp. 243-251, 2001.

5- K. D. Kreuer, S. Adams, W. Munch, A. Fuchs, U. Klock, and J. Maier, "Proton conducting Alkaline Earth Zirconates and Titanates for High Drain Electrochemical Applications.", Solid State Ionics, Vol. 145, pp. 295-306, 2001.

6- Y. Yamazaki, R. Hernandez-Sanchez and S. M. Haile, "High Total Proton Conductivity in Large-Grained Yttrium-Doped Barium Zirconate.",Chemistry of Materials, Vol. 21, pp.2755-2762, 2009.

7- زهرا شرافت و محمد حسین پایدار، "بررسی تاثیر افزودنی اکسید مس بر روند زینترینگ، ریز ساختار و هدایت پروتونی ترکیبزیرکونات باریم"مجله مواد نوین، جلد 1، شماره 4، صفحه 75، تابستان 1390.

8- H. Matsumoto, S. Okada, S. Hashimoto, K. Sasaki, R. Yamamoto, M. Enoki and T. Ishihara, "Hydrogen Separation from Syngas Using High-Temperature Proton Conductors", Ionics, Vol. 13, pp. 93-99, 2007.

9- S. Tao, and J.T.S. Irvine, "Conductivity studies of Dense Yttrium-Doped BaZrO₃ Sintered at 1325 °C.",Journal of Solid State Chemistry, Vol. 180, pp. 3493-3503, 2007.

10- J.S. Park, J.H. Lee, H.W. Lee, and B.K. Kim, "Low Temperature Sintering of BaZrO₃-Based Proton Conductors for Intermediate Temperature Solid Oxide Fuel Cells.",Solid State Ionics, Vol. 181, pp. 163-167, 2010.

11- J. Brzezinska-Miecznik, K. Haberko, and M.M. Bucko, "Barium Zirconate Ceramic Powder Synthesis by the Coprecipitation– Calcination Technique.   " ,Materials Letters, Vol. 56, pp. 273-278, 2002.

12-F. Boschini, B. Robertz, A. Rulmont, and R. Cloots, "Preparation of nanosized Barium Zirconate Powder by Thermal Decomposition of Urea in an Aqueous Solution Containing Barium and Zirconium, and by Calcination of the Precipitate.", Journal of the European Ceramic Society, Vol. 23, pp. 3035-3042, 2003.

13-M.D. Gonçalves and R. Muccillo, "Properties of Yttrium-Doped Barium Zirconate Ceramics Synthesized by the Oxidant-Peroxo Method.",Ceramics International, Vol. 40, pp. 911-917, 2014.

14- P. Babilo, and S.M. Haile, "Enhanced Sintering of Yttrium-Doped Barium Zirconate by Addition of ZnO.",Journal of American Ceramic Society, Vol. 88, pp. 2362-2368, 2005.

15- P. Babilo, T.UdaandS.M. Haile,"Processing of Yttrium-Doped barium zirconate for high proton Conductivity.",Journal of Materials Research, Vol. 22, pp. 1322-1330, 2007.

16- E. Fabbri, L. Bi, H. Tanaka, D. Pergolesi and E.Traversa, "Chemically Stable Pr and Y Co-Doped Barium Zirconate Electrolytes with High Proton Conductivity for Intermediate-Temperature Solid Oxide Fuel Cells.",Advanced Functional Materials,Vol. 21, pp. 158-166, 2011.

17- M.M. Bucko, and J. Oblakowski, "Preparation of BaZrO₃ Nanopowders by Spray Pyrolysis Method.",Journal of the European Ceramic Society, Vol. 27, pp. 3625-3628, 2007.

18- P.A. Stuart, T.Unno, R. Ayres-Rocha, E.D. jurado. and S.J. Skinner, "The Synthesis and Sintering Behaviour of BaZr_0.9Y_0.1O_3−δ Powders Prepared by Spray Pyrolysis.", Journal of the European Ceramic Society, Vol. 29, pp. 697-702, 2009.

19- H.J. Park, "Electrical Properties of the Protonic Conductor 1 mol% Y-Doped BaZrO_3-δ.",Journal of Solid State Electrochemistry, Vol. 15, pp. 2205-2211, 2011.

20- A. MagrezandT. Schober, "Preparation, sintering, and Water Incorporation of Pproton Conducting Ba_0.99Zr_0.8Y_0.2O_3−δ: Comparison between Three Different Synthesis Techniques.",Solid State Ionics, Vol. 175, pp. 585-588, 2004.

21- G. Taglieri, M. Tersigni, P.L. VillaandC. Mondelli, "Synthesis by the Citrate Route and Characterisation of BaZrO₃, a High Tech Ceramic Oxide: Preliminary Results.",International Journal of Inorganic Materials, Vol. 1, pp. 103-110, 1999.

22- V.V. Zyryanov, V.A. Sadykov, N.F. Uvarov, G.M. Alikina, A.I. Lukashevich, S. Neophytides, and J.M. Criado, "Mechanosynthesis of Complex Oxides with Fluorite and Perovskite-Related Structures and Their Sintering into Nanocomposites with Mixed Ionic -Electronic Conductivity.",Solid State Ionics, Vol. 176, pp. 2813-2818, 2005.

23- P. Gonçalves, and F.M. Figueiredo, "Mechanosynthesis of La_1-xSr_xGa_1-yMg_yO₃ Materials.",Solid State Ionics, Vol. 179, p. 991-994, 2008.

24- A. Moure, A. Castro, J. Tartaj, and C. Moure, "Mechanosynthesis of perovskite LaGaO₃ and Its Effect on the Sintering of ceramics.",Ceramics International, Vol. 35, pp. 2659-2665, 2009.

25- I. Antunes, A.Brandao, F.M. Figueiredo, J.R. Frade, J. Gracio, and D.P. Fagg, "Mechano Synthesis of Nanopowders of the Proton-Conducting Electrolyte Material Ba(Zr,Y)O_3-δ.",Journal of Solid State Chemistry, Vol. 182, pp. 2149-2156, 2009.

26-M.J. Sayagues, J.M. Cordoba, and F.J. Gotor, "Room Temperature Mechano Synthesis of the La_1−xSr_xMnO_3±δ(0≤x≤1) System and Microstructural Study.", Journal of Solid State Chemistry, Vol. 188, pp. 11-16, 2012.

27-J. I. Langford, Defect and Microstructure Analysis by Diffraction, in:P. Snyder, F. Fiala, H. Bunge (Eds.), in: IUCr Monographs on Crystallography, Vol. 10, Oxford Univ. Press, Oxford, pp. 59–81, 1999.

28- E. Rodrỉguez-Reyna, A .F. Fuentes, M .Maczka, J. Hanuza, K. Boulahya, and U.  Amador, "Structural, Microstructural and Vibrational Characterization of Apatite-Type Lanthanum Silicates Prepared by Mechanical Milling.",Journal of Solid State