مدل‌هاي سينتيكي براي تبديل‌هاي فازي حالت جامد نانوذرات TiO2

Kinetic Models for Solid State Phase Transformation in TiO2 Nanoparticles

در اين مقاله، تبديل‌هاي فازي حالت جامد نانوذرات تيتانيا در شرايط گرمادهي متفاوت توسط مدل‌هاي سينتيكي متفاوت بررسي شده است. ميزان تطابق مدل‌هاي سينتيكي ارايه شده، كه شامل تركيبي از مدل هسته‌زايي و رشد هستند، با داده‌هاي تجربي تبديل فاز جامد (آمورف و يا بلوري) به فازهاي ديگر بلوري تيتانيا با اندازه‌هاي نانو در شرايط عملياتي گرمادهي خشك و نيز در محلول بررسي شده‌اند. نتيجه‌ها نشان مي‌دهند كه مدل‌هاي ارايه شده در اين مقاله بنا به شرايط فرايند، قادر به تفسير رفتارهاي تبديل سينتيكي ميان پُلي مورف‌هاي متفاوت تيتانيا هستند. نتيجه‌ها نشان مي‌دهند كه مكانيسم هسته‌زايي فاز آناتاز در تبديل فازي در محلول، از نوع هسته‌زايي سطح1، است و در شرايط گرمادهي خشك در گستره دمايي C° 400 - 300، چنانچه فازهاي در حال تبديل تفاوت‌هاي ساختاري قابل توجهي نداشته باشند، مكانيسم هسته‌زايي تركيبي فصل مشترك و سطح2 است. در تبديل نانوبلورهاي آناتاز به روتيل در گستره دماهاي پايين‌تر از C° 600 كه توسط پژوهشگران فرض شده است كه تبديل تنها با حضور هسته‌زايي فصل مشترك رخ مي‌دهد، نتيجه‌ها نشان مي‌دهند هسته‌زايي سطحي نيز به علت رشد ذرات به سبب گرمادهي براي مدت زمان‌هاي طولاني، مي‌تواند نقش مهمي در سينتيك تبديل فازي داشته باشد. از مهم‌ترين مزيتِ اين مدل‌ها در مقايسه با مدل‌هاي مشابه، مي‌توان به عدم نياز به داده‌هاي تجربي اندازه ذرات در طي آزمايش‌هاي سينتيكي براي تفسير تبديل‌هاي فازي در مقياس نانو اشاره كرد.

In this paper, solid phase transformation of titanium oxide nanoparticles at different heat treatment conditions were investigated using different developed kinetic models. The agreement of the developed models which are a combination of nucleation and growth, with experimental data for solid phase transformation of titania with nanoparticle size at dry heat treatment and hydrothermal conditions were checked and the results show that the developed models are able to predict kinetic transformation of titanium oxide polymorph. Result also shows that nucleation mechanism of Anatase formation from amorphous solid phase in a solution is a surface nucleation and at dry heat treatments at temperatures of 300-400 ?C is of combined interface and surface nucleation. Researchers have stated that in solid transformation of Anatase nanocrystals to Rutile at temperature below 600 ?C, transformation occurs by interface nucleation mechanism. The results of this work show that due to particle growth at dry heat treatment condition at long period of time, surface nucleation can also play an important role. The advantage of the models developed in this work over other models is that, these models can predict the solid phase transformation of TiO2 nanoparticles without the need for data on titanium oxide nanoparticle size.