تعيين شرايط بهينه‌ سنتز نانوذرات آلياژي آمورف Fe-B به روش احياي شيميايي با استفاده از طراحي تاگوچي

Optimizing Parameters for Chemical Synthesis of Fe-B Alloy Nanoparticles by Taguchi Method

هدف از اين پژوهش، بهينه‌سازي عامل‌هاي موثر بر سنتز نانوذرات آلياژي آمورف Fe-B با روش احياي شيميايي از مواد اوليه سولفات آهن آبدار (FeSO4.7H2O) به عنوان منبع آهن و بوروهيدريد سديم (NaBH4) به عنوان عامل احيا كننده است. براي اين منظور، از طراحي تاگوچي با ماتريس تركيبي L9 استفاده و پارامتر اندازه‌گيري شده درصد آمورف شدن آلياژ تعيين شد. چهار پارامتر تاثيرگذار در واكنش احيا به صورت سرعت افزودن محلول، غلظت محلول آبي حاوي يون آهن، دما و مقدار pH واكنش، در سه سطح در نظر گرفته شدند. از آناليز واريانس براي دست‌يابي به بالاترين درصد فاز آمورف استفاده شد و شرايط بهينه براي واكنش به صورت افزودن محلول با سرعت mlit/min 5، دماي 0C10، غلظت محلول يون آهن mol/lit 1/0 و مقدار pH 7 معرفي گرديد. در شرايط ياد شده، نتيجه مورد انتظار 7/96 درصد بدست آمد و آزمون تاييد نيز 100 درصد آمورف شدن را نشان داد. هم‌چنين، غلظت محلول آبي يون آهن با مشاركت 31/55 درصد به عنوان موثرترين پارامتر تعيين شد.

The aim of this work is to optimize the factors affecting amorphization in synthesis of Fe-B alloy nanoparticles through chemical reduction with iron sulfate hydrated (FeSO4.7H2O) as a source of iron and sodium borohydride (NaBH4) as a reducing agent. Taguchi method with combined L9 orthogonal array was implemented and amorphization degree was considered as the property to be optimized. Four effective factors were determined such as addition rate, reaction temperature, Fe2+ ions concentration, and pH in three levels. Analysis of variance (ANOVA) was carried out over the test results and the optimal condition was determined as, follows; adding rate: 5 mlit/min, reaction temperature: 10 °C, Fe2+ ions concentration: Addition of Solution at rate of 5 mlit/min, Reaction temperature 10 °C, Fe2+ ions concentration 0.1 mol/lit and reaction pH of 7. In the foregoing condition, the expected result was 96.7% and the confirmation test reached 100% amorphization degree. Moreover, Fe2+ ions concentration with 55.31% contribution percent was stated as the most effective factor.