Synthesis and Characterization of Bi2O3 Nano-Powder Produced by Microwave Assisted Combustion Method (MWC)

Abstract

في هذه الدراسة، تم إنتاج أكسيد البزموث ذو البنية النانونية باستخدام طريقة الاحتراق بالميكرويف، و للقيام بذلك، تم تعديل جهاز الميكرويف المستخدم في المنازل وكذلك تصميم مسخَّن من مادة كربيد السيليكون (SiC) يسمى الماصّ (susceptor)، حيث تم تبخير معدن البزموث داخل الماص، و الذي له قدرة عالية على امتصاص طاقة الميكرويف و تحويلها إلى حرارة لتسخين المعدن إلى درجة حرارة عالية فيتبخر و يحترق عند خروجه من الماصّ و ملامسته للهواء الموجود في فجوة الميكرويف مكونا أكسيد البزموث (Bi2O3). بعد ذلك، قمنا بفحص و دراسة تأثير ثلاثة متغيرات تجريبية مختلفة على هيئة و شكل الجسيمات النانونية المنتجة بهذه الطريقة، و على خواصها البصرية و الكيميائية. هذه المتغيرات التجريبية هي حرارة الإنتاج وثلاثة غازات حاملة (النيتروجين و الأرجون و الهيليوم) و معدل تدفق كل غاز من هذه الغازات الحاملة. لقد وجدنا أننا باستخدام طاقة الميكرويف قادرين على إنقاص حجم الجسيمات النانوية المنتجة من خلال التحكم بنوع الغاز و معدل تدفق الغاز الحامل و حرارة الإنتاج. تم استخدام جهاز الحيود السيني (XRD) لدراسة البنية البلورية للأكسيد (Bi2O3)، حيث أثبتت نتيجة الفحص ان الأكسيد المنتج عبارة عن أكسيد عديد التبلور في حالتين أو طورين مختلفين هما: الطور الأول (β-Bi2O3) و الطور الثاني (α-Bi2O3) مع هيمنة الطور الأول (β-Bi2O3) ، كما لاحظنا أن تركيز كل طور يتغير مع تغير درجة حرارة الإنتاج. العينات المنتجة من أكسيد البزموث ذات البنية النانونية كانت في المعدل من 19– 86 نانومتر عند استخدام النيتروجين كغاز حامل، بينما عند استخدام الأرجون كغاز حامل كان متوسط السمك بين 25– 175 نانومتر ، و من 18 – 133 نانومتر عند استخدام الهيليوم كغاز حامل. وجدنا أن قيم فجوة الطاقة المباشرة للعينات المنتجة من الأكسيد تتزايد مع زيادة تدفق الغازات الحاملة، و ذلك بسبب نقصان سمك الجسيمات النانونية، حيث وجدنا أنها في المدى 3.38– 3.67 إلكترون فولت في حالة استخدام النيتروجين كغاز حامل، بينما كانت تتراوح من 3.29– 3.65 إلكترون فولت في حالة الأرجون و من 3.25– 3.64 إلكترون فولت في حالة الهيليوم. كما تم فحص شكل العينات المنتجة عند درجة حرارة ثابتة و معدل تدفقات مختلفة للغازات الحاملة باستخدام الميكروسكوب الإلكتروني الماسح الذي يعمل وفق مبدأ إنبعاث للمجال الكهربائي (FESEM)، حيث أظهر الفحص أن المنتج عبارة عن جسيمات على شكل صفائح. تم التأكد من نقاوة المنتج باستخدام جهاز مطياف تشتيت طاقة الأشعة السينية (EDS) حيث وجد أن الأكسيد المنتج يتكون من بزموث و أكسجين فقط ، أما حالة الأكسدة فقد درست بإستخدام مطياف الأشعة السينية الإلكتروضوئي (XPS)، و الذي أكد لنا تشكُّل أكسيد البزموث (Bi2O3)، بالإضافة إلى عدم وجود تأثير يذكرعلى طاقات الربط لمكونات الأكسيد مع تغير نوع و مقدار تدفقات الغازات الحاملة عند درجة حرارة إنتاج ثابتة، حيث وجدنا أن طاقات الربط لمكونات الأكسيد متقاربة جدا في القيمة.