Ανάπτυξη, χαρακτηρισμός και προσομοίωση νανοκόνεων φερρίτη

Abstract

Στην παρούσα μελετήθηκαν συστήματα νανοσωματιδίων οξειδίων του σιδήρου τα οποία συνθέθηκαν με δύο τρόπους: α) Με συγκαταβύθιση δύο αλάτων του FeSO4 και του FeCl3 και β) με θερμική αποικοδόμηση της οργανομεταλλικής ένωσης Fe(CO)5. Και στα δύο είδη νανοσωματιδίων για την προστασία από την οξείδωση αλλά και για την όσο δυνατό μικρή απόκλιση μεγέθους έγινε και επικάλυψη τους με ελαϊκό. Ο χαρακτηρισμός των παραγόμενων νανοκόνεων με περίθλαση ακτινών Χ (Χ-ray diffraction – XRD) έδειξε την νάνο-κρυσταλλικότητα και την σύνθεση των κόνεων και ο τύπος του Debye-Sherrer έδειξε ότι τα νανοσωματίδια που παρασκευάστηκαν με την μέθοδο της συγκαταβύθισης, ήταν κατά 50% μεγαλύτερα από αυτά που παρασκευάστηκαν με την μέθοδο της θερμικής αποικοδόμησης. Από τη φασματοσκοπία υπερύθρου με μετασχηματισμό Fourier ( Fourier Transform Infrared Spectroscopy – FTIR) συμπεράναμε ότι οι δονήσεις σε χαμηλές συχνότητες χαμηλότερα από τα 600cm-1 αφορούν τα πλήγματα σπινελίου. Η συμβολή του ελαϊκού οξέως ήταν εμφανείς σε υψηλότερες συχνότητες κυρίως σε συχνότητες μεγαλύτερες των 1400 cm-1. Με τις προσομοιώσεις DFT έγινε ερμηνεία του συνόλου των δονήσεων από τα νανοσωματίδια. Το φάσμα της θερμικής διαφορικής ανάλυσης έδειξε δυο περιοχές αποβολής βάρους. Οι δύο περιοχές αποδόθηκαν στην αποσύνδεση μορίων ελαϊκού οξέως τα οποία έχουν διαφορετική ενέργεια δεσμού με την επιφάνεια του νάνο-σωματιδίων. Με την βοήθεια της τεχνικής DFT έγινε περεταίρω ανάλυση των δύο περιοχών αποβολής. Συγκεκριμένα διαπιστώθηκε ότι η ενεργειακή στάθμη σύνδεσης του προσομοιωθέντος ελαϊκού οξέως με επιφανειακά μόρια Fe2+-Fe2+ (ferrous-ferrous) είναι η πλέον ασταθής. Εν αντιθέσει, η ενέργειες σύνδεσης τόσο στην περίπτωση του ελαϊκού οξέως με Fe2+–Fe3+ (ferrous–ferric) όσο και ιδίως στην περίπτωση σύνδεσης του ελαϊκού οξέως με Fe3+-Fe3+(ferric-ferric) διαπιστώθηκαν ως εμφανώς υψηλότερες. Επίσης έγινε ανάλυση της μερικής πυκνότητας καταστάσεων (pDOS) των μοριακών συμπλεγμάτων ελαϊκού οξέως με συμπλέγματα Fe2+-Fe2+, Fe2+-Fe3+, Fe3+-Fe3+. Η ανάλυση αυτή έδειξε ότι η αστάθεια της σύνδεσης του ελαϊκού οξέως με το Fe2+-Fe2+ οφείλετε στην μειωμένη επικάλυψη των δεσμικών τροχιακών d του σιδήρου και p του οξυγόνου και την υψηλότερη ενέργεια σε σχέση με τα άλλα δύο συμπλέγματα.

This thesis deals with the synthesis, characterization and simulation and of ferrite nanopowders