کاهش دمای سنتز نانوکامپوزیت‌های سرامیکی و پلیمری با استفاده از نانوبوهمیت‌

محققان گروه پژوهش نسوز دانشگاه علم و صنعت ایران، با استفاده از افزودنی نانوبوهمیت (AlOOH؛به‌عنوان تشویق‌کننده تشکیل اسپینل) توانستند درجه حرارت سنتز این سرامیکی را کاهش دهند.

حمیدرضا زرگر، با بیان این مطلب که اسپینل آلومینا-منیزیا به‌دلیل خواص فیزیکی و شیمیایی مطلوب، قابلیت کاربرد گسترده‌ای در صنایع Hi-Tec و صنایع معمولی (Conventional industries) مانند دیرگدازها را دارد، افزود: «سنتز اسپینل آلومینا-منیزیا، به دماهای بالا نیازدارد و ازطرفی، ماهیت انبساطی واکنش تشکیل آن‌، تولید این ماده مهم صنعتی را پرهزینه می‌کند».

وی در ادامه گفت: «روش‌های متعددی برای تولید اسپینل ارائه شده‌است که می‌توان آن‌ها را به دو دسته شیمیایی و سنتز حالت جامد طبقه‌بندی کرد. البته روش‌های سنتز شیمیایی، به سبب هزینه بالای مواد اولیه و در برخی موارد مشکلات زیست‌محیطی، قابلیت ارتقاء به‌صورت تولید صنعتی را ندارند و تنها برای تولید در مقیاس آزمایشگاهی مورد استفاده قرار می‌گیرند. از این‌رو، مهمترین روشی که امروزه برای تولید صنعتی این ماده مورد استفاده قرار می‌گیرد، روش سنتز حالت جامد است».

اسپینل آلومینا- منیزیا، یک ماده مهم صنعتی است که کاربردهای وسیعی ازجمله در صنعت دیرگداز دارد. این ماده از واکنش منیزیا و آلومینا در کوره‌های صنعتی و در درجه حرارت‌های بالا تولید می‌شود. همچنین اسپینل، به‌عنوان یک حالت مهم در ریزساختار بعضی از مواد سرامیکی، به‌صورت درجا به‌وجود می‌آید که در چنین شرایطی کنترل تشکیل آن می‌تواند نقش مهمی در خواص نهایی قطعه سرامیکی دارد.

مهندس زرگر، در گفتگو با بخش خبری سایت ستاد ویژه توسعه فناوری نانو، گفت: «هدف ما در این پژوهش، استفاده از نانوبوهمیت برای کاهش دمای تشکیل اسپینل است بدون آن‌که خواص نهایی آن تضعیف گردد. در واقع، با افزودن بوهمیت، تنها کاتیون Al+3 به ساختار اضافه می‌شود که در ساختار اصلی اسپینل نیز وجود دارد. از طرف دیگر چون در زمان تجزیه نانوبوهمیت، ساختارهای آلومینای واسط با ساختار اسپینلی ایجاد می‌شوند، از این‌رو دمای تشکیل اسپینل به مقدار قابل ملاحظه‌ای کاهش می‌یابد».

وی، برای انجام این پژوهش، ابتدا مواد اولیه شامل آلومینا، منیزیا را از مواد مصرفی مورد استفاده در صنعت دیرگداز تهیه و سپس ذرات نانوبوهمیت را به مخلوط آنها اضافه نموده و نمونه‌هایی از این مخلوط را به‌صورت قرص‌های فشرده‌شده، مورد عملیات حرارتی قرارداده‌است. یکنواختی مخلوط‌ها و توزیع نانوذرات، با استفاده از آنالیز کمی XRD و FTIR بررسی شده‌است و مطالعات فازی و ریزساختار نمونه‌های مورد بررسی نیز به‌وسیلۀ دستگاه‌های SEM و XRD انجام شد.

کاهش دمای آغاز تشکیل اسپینل از ˚۹۵۰C به ˚۷۰۰C در روش حالت جامد و همچنین مشخص کردن نقش جوانه‌زایی اسپینل به‌دست‌آمده از نانوبوهمیت که در دماهای پایین ایجاد می‌شود، از جمله نتایج پژوهش حاضر است.

قابل ذکر است که در حال حاضر، به‌منظور تجاری‌‌سازی دستاوردهای این پژوهش، مهندس زرگر با همکاری گروه پژوهش نسوز، درحال تحقیق روی امکان استفاده از این نانوافزودنی به‌منطور بهبود کیفیت محصولات دیرگداز مورد استفاده در صنایع فولاد و مس است

جزئیات این پژوهش که به‌عنوان بخشی از پایان‌نامه کارشناسی ارشد حمیدرضا زرگر و با راهنمایی دکتر فرهاد گلستانی‌فرد و مشاوره دکتر حمیدرضا رضایی و دکتر رحیم نقی‌زاده در دانشگاه علم و صنعت ایران انجام شد، در مجله Journal of Ceramic Processing Research (جلد ۹، صفحات ۴۶ -۵۱، سال ۲۰۰۸) منتشر شده‌است.