سنتز و مشخصه یابی نانو ذرات TiB2 به روش سل-ژل

محورهای موضوعی : سرامیک ها و مواد نسوز

ابوالحسن نجفی ^{1 *} , غلامرضا خلج ² , فرزاد سلیمانی ³

1 - دانشیار، گروه مهندسی مواد، واحد ساوه، دانشگاه آزاد اسلامی، ساوه، ایران.
2 - دانشیار، گروه مهندسی مواد، واحد ساوه، دانشگاه آزاد اسلامی، ساوه، ایران.
3 - گروه فنی و مهندسی ، دانشگاه پیام نور، تهران، ایران

تاریخ دریافت : 1403/04/30 تاریخ پذیرش : 1403/08/14 تاریخ انتشار : 1404/04/17

کلید واژه: تیتانیم دی بوراید, سنتز, سل - ژل, نانو ذرات, مزومتخلخل,

چکیده مقاله :

در این تحقیق، ذرات TiB₂ از طریق روش سل-ژل در ابعاد نانومتری سنتز شد. ابتدا سُل در سیستم چهار جزئی آلکوکسید- افزودنی- آب- حلال بر پایه فرآیند شیمیایی سل-ژل تحت شرایط اسیدی آماده شد. تیتانیوم تترا ایزو پروپوکساید و تری­متیل بورات به عنوان مواد اولیه مورد استفاده قرار گرفت. پس از فرآیند هیدرولیز و تشکیل ژل و به دنبال عملیات حرارتی، محصول نانو پودر TiB₂ تهیه گردید. برای ارزیابی سازوکار تشکیل محصول در فرآیند سل-ژل از روش­های آنالیز SEM، TEM، DTA/TG، XRD،Raman، FTIR استفاده گردید. داده­های FTIR نشان داد که پودر تهیه شده در دمای ºC900 دارای پیوندهای حاوی بور و تیتانیوم بوده و در محدوده عدد موج­های cm^-11650-600 پیوندهای حاوی کربن شناسایی گردیدند. آنالیز DTA نشان داد که جوانه­های اولیه ذرات TiB₂ در محدوده ºC1300 تشکیل گردیده است. در بررسی­های الگوی پراش اشعه ایکس تشکیل فاز بلوری TiB₂ تأیید گردید و با افزایش دما تا ºC 1430 این فاز کامل شد. آنالیز سطحی ذرات سنتز شده، سطح ویژه m²/g 42/153 با سطوح متخلخل و با ابعاد مزو را نمایان کرد. نتایج Raman حضور Ti-B در محصول نهایی را نشان داد. نتایج PSA نشان داد که توزیع اندازه ذرات زیر 50 نانومتر است. تصاویر ریزساختاری SEM و TEM نشان داد که ذرات TiB₂ سنتز شده در محدوده زیر 100 نانومتر با دامنه توزیع باریک و یکنواخت صورت گرفته است.

چکیده انگلیسی:

In this research, TiB₂ particles were synthesized through the sol-gel method in nanometer dimensions. First, sol was prepared in the four-component system of alkoxide-dispersant-water-solvent based on the sol-gel chemical process under acidic conditions. Titanium tetraisopropoxide and trimethyl borate were used as raw materials. After the process of hydrolysis and gel formation and following heat treatment, TiB₂ nano powder product was prepared. SEM, TEM, DTA/TG, XRD, Raman, and FTIR analysis methods were used to evaluate the mechanism of product formation in the sol-gel process. FTIR data showed that the powder prepared at the temperature of 900 ºC has bonds containing boron and titanium, and bonds containing carbon were identified in the wave number range of 600-1650 cm^-1. DTA analysis showed that the initial buds of TiB₂ particles were formed in the range of 1300 ºC. The formation of the TiB₂ crystalline phase was confirmed in X-ray diffraction pattern studies, and this phase was completed by increasing the temperature to 1430 ºC. The surface analysis of the synthesized particles revealed the specific surface area of 153.42 m²/g with porous surfaces and meso dimensions. Raman results showed the presence of Ti-B in the final product. PSA results showed that the particle size distribution is below 50 nm. The microstructure images of SEM and TEM showed that the synthesized TiB₂ particles were in the range below 100 nm with a narrow and uniform distribution range.

منابع و مأخذ:

[1] A. Rabiezadeh, A. Ataie & A. M. Hadian, "Sintering of Al₂O₃–TiB₂ Nano-Composite Derived from Milling Assisted Sol–Gel Method", International Journal of Refractory Metals and Hard Materials, vol. 33, pp. 58-64, 2012.

[2] S. Guo, "Densification of ZrB₂-Based Composites and Their Mechanical and Physical Properties: A Review", Journal of the European Ceramic Society, vol. 29, no. 6, pp. 995-1011, 2009.

[3] M. Rahmani-Azad, A. Najafi, N. Rahmani-Azad & G. Khalaj, "Improvement of ZrB₂ Nanopowder Synthesis by Sol-Gel Method via Zirconium Alkoxide/Boric Acid Precursors", Journal of Sol-Gel Science and Technology, vol. 103, no. 1, pp. 87-96, 2022.

[4] S. Mayakannan, R. Rathinam, R. Saminathan, R. Deepalakshmi, M. Gopal, J. Hillary, S. Nanthakumar, V. Y. Ganvir & P. Singh, "Analysis of Spectroscopic, Morphological Characterization and Interaction of Dye Molecules for the Surface Modification of TiB₂ Nanoparticles", Journal of Nanomaterials, vol. 2022, 2022.

[5] W. Tang, Z. Zheng, Y. Wu, J. Wang, L. Jun & J. Liu, "Synthesis of TiB₂ Nanocrystalline Powder by Mechanical Alloying", Transactions of Nonferrous Metals Society of China, vol. 16, no. 3, pp. 613-617, 2006.

[6] Ľ. Bača & N. Stelzer, "Adapting of Sol–Gel Process for Preparation of TiB₂ Powder from Low-Cost Precursors", Journal of the European Ceramic Society, vol. 28, no. 5, pp. 907-911, 2008.

[7] Z. Qin, J. Zhang, J. Wang & C. Ke, "Novel Sustainable Silicothermic Synthesis of Phase-Pure TiB₂ Fine Powder", Journal of Alloys and Compounds, vol. 834, p. 155213, 2020.

[8] G. Brahma Raju, A. Mukhopadhyay, B. Basu, S. Kumar & Thimmappa, "Review on Ultra-High Temperature Boride Ceramics", Ceramics International, vol. 111, 2020.

[9] J. Yu, M. Li, Y. Zhang, H. Gong & L. Zhou, "Synthesis of TiB₂ Powders via Carbothermal Reduction of TiO₂, HBO₂, and Carbon Black", Ceramics International, vol. 42, no. 4, pp. 5512-5516, 2016.

[10] J. Yu, M. Li, A. Abbas, Y. Zhang, H. Gong, X. Wang, L. Zhou & H. Liu, "Carbothermal Reduction Synthesis of TiB₂ Ultrafine Powders", Ceramics International, vol. 42, no. 3, pp. 3916-3920, 2016.

[11] A. Nozari, A. Ataie & S. Heshmati-Manesh, "Synthesis and Characterization of Nano-Structured TiB₂ Processed by Milling Assisted SHS Route", Materials Characterization, vol. 73, pp. 96-103, 2012.

[12] L. Ma, J. Yu, X. Guo, B. Xie, H. Gong, Y. Zhang, Y. Zhai & X. Wu, "Preparation and Sintering of Ultrafine TiB₂ Powders", Ceramics International, vol. 44, no. 4, pp. 4491-4495, 2018.

[13] Z. Fu & R. Koc, "Sintering Properties of TiB₂ Synthesized from Carbon Coated Precursors", in Mechanical Properties and Performance of Engineering Ceramics and Composites XI, Hoboken: John Wiley & Sons, pp. 171-182, 2017.

[14] V. Moradi, L. Nikzad, I. Mobasherpour & M. Razavi, "Low Temperature Synthesis of Titanium Diboride by Carbothermal Method", Ceramics International, vol. 44, pp. 19421-19426, 2018.

[15] S. Song, T. Zhang, C. Xie, J. Zhou, R. Li & Q. Zhen, "Growth Behavior of TiB₂ Hexagonal Plates Prepared via a Molten-Salt-Mediated Carbothermal Reduction", Journal of the American Ceramic Society, vol. 103, pp. 719-723, 2020.

[16] V. B. O. P. Raman, O. P. Bahl & U. Dhawan, "Synthesis of Silicon Carbide through the Sol-Gel Process from Different Precursors", Journal of Materials Science, vol. 30, pp. 2686-2693, 1995.

[17] F. Sharifi, Z. Mahmoodi, S. M. Mesgari-Abbasi, A. Najafi & G. Khalaj, "Synthesis and Characterization of Mesoporous TiC Nanopowder/Nanowhisker with Low Residual Carbon Processed by Sol–Gel Method", Journal of Materials Research and Technology, vol. 22, pp. 2462-2472, 2023.

[18] O. Fakhimi, A. Najafi & G. Khalaj, "A Facile Route to Obtain Al₂O₃ Nanopowder via Recycling Aluminum Cans by Sol-Gel Method", Materials Research Express, vol. 7, no. 4, p. 045008, 2020.

[19] Y. Tong, Z. Hu, M. Wang, C. Yang & J. Xu, "Higher Ablative Resistance Performance of CF-ZrO₂/ZrC Composites by an In-Situ Sol-Gel Method", Composites Science and Technology, vol. 227, p. 109625, 2022.

[20] S. N. Katea, L. Riekehr & G. Westin, "Synthesis of Nano-Phase ZrC by Carbothermal Reduction Using a ZrO₂–Carbon Nano-Composite", Journal of the European Ceramic Society, vol. 41, no. 1, pp. 62-72, 2021.

[21] A. Najafi, M. Khoeini, G. Khalaj & A. Sahebgharan, "Synthesis of Silver Nanoparticles from Electronic Scrap by Chemical Reduction", Materials Research Express, vol. 8, no. 12, p. 125009, 2021.

[22] F. Zhan, H. Zhang, K. Xv, M. Zhu, Y. Zheng & P. La, "Review on Preparation of Zirconium Carbide and Boride Ceramic Powders", Journal of Ceramic Processing Research, vol. 23, no. 5, pp. 694-708, 2022.

[23] F. Arianpour, F. Kazemi & H. R. Rezaie, "Thermodynamic Study of Zirconium Carbide Synthesis via a Low-Temperature Pyrovacuum Method", Journal of the Australian Ceramic Society, vol. 56, pp. 969-977, 2020.

[24] Y. Zhang & H. Sun, "Effects of Gelation Temperature, Water, Polyethylene Glycol on Morphology of ZrB₂ Particles Synthesized by Sol-Gel Method", Journal of Ceramic Processing Research, vol. 19, no. 4, pp. 355-359, 2018.

[25] A. Najafi, F. Golestani-Fard, H. R. Rezaie & N. Ehsani, "Synthesis and Characterization of Silicon Carbide Nano Powder by Sol-Gel Processing", Iranian Journal of Materials Science & Engineering, vol. 8, no. 2, 2011.

[26] M. Arabi, A. Ostovan, J. Li, X. Wang, Z. Zhang, J. Choo & L. Chen, "Molecular Imprinting: Green Perspectives and Strategies", Advanced Materials, vol. 33, no. 30, p. e2100543, 2021.


[27] M. Arabi, A. Ostovan, A. R. Bagheri, X. Guo, J. Li, J. Ma & L. Chen, "Hydrophilic Molecularly Imprinted Nanospheres for the Extraction of Rhodamine B Followed by HPLC Analysis: A Green Approach and Hazardous Waste Elimination", Talanta, vol. 215, p. 120933, 2020.

[28] A. Ostovan, M. Arabi, Y. Wang, J. Li, B. Li, X. Wang & L. Chen, "Greenificated Molecularly Imprinted Materials for Advanced Applications", Advanced Materials, vol. 34, no. 42, p. e2203154, 2022.

[29] C. Zeng, K. Tong, M. Zhang, Q. Huang, Z. Su, C. Yang ... & W. Song, "The Effect of Sol-Gel Process on the Microstructure and Particle Size of ZrC–SiC Composite Powders", Ceramics International, vol. 46, no. 4, pp. 5244-5251, 2020.

[30] Y. Miao, X. Wang, P. Firbas et al., "Ultra-Fine Zirconium Diboride Powders Prepared by a Combined Sol–Gel and Spark Plasma Sintering Technique", Journal of Sol-Gel Science and Technology, vol. 77, pp. 636-641, 2016.

[31] C. J. Brinker & G. W. Scherer, "Sol-Gel Science: The Physics and Chemistry of Sol-Gel Processing", Academic Press, 1990.

[32] G. Khalaj, F. Soleymani, F. Sharifi & A. Najafi, "Evaluation of APC Impact on Controlling Precursors Properties in the Sol for Synthesizing Meso Porous ZrC Nanopowder through Sol-Gel Process", Journal of Materials Research and Technology, vol. 26, pp. 6182-6192, 2023.

[33] A. Najafi, F. Sharifi, S. M. Mesgari-Abbasi & G. Khalaj, "Influence of pH and Temperature Parameters on the Sol-Gel Synthesis Process of Meso Porous ZrC Nanopowder", Ceramics International, vol. 48, no. 18, pp. 26725-26731, 2022.

[34] H. Zarrinpour, S. Firoozi & V. Milani, "Ignition and Chemical Mechanisms of Volume Combustion Synthesis of Titanium Diboride", Ceramics International, vol. 42, no. 9, pp. 11217-11223, 2016.

[35] A. Kamali & M. Boolurian, "Mechanical Routes in TiB₂ Synthesis", Scientific Student Congress of Material and Metallurgy, pp. 642-647, 2010.

[36] Z. Sabouri, H. Abdizadeh & H. Baharvandi, "Characterization of Barium Titanate-Bore Carbide Ceramic Nanocomposite Films by a Sol-Gel Process", 6th Iranian Ceramic Congress, pp. 1-14, 2008.



[37] I. S. Seog & C. H. Kim, "Preparation of Monodispersed Spherical Silicon Carbide by the Sol-Gel Method", Journal of Materials Science, vol. 28, pp. 3277-3282, 1993.

[38] الف. نجفی، م. خوئینی و م. امانی، "سنتز و مشخصه‌یابی خواص نانو ذرات مزومتخلخل سیلیکاتی توخالی با استفاده از قالب پلی استایرن"، فرآیندهای نوین در مهندسی مواد، دوره 14، شماره 1، صفحه 45-54، 1399.

[39] الف. نجفی، غ. ر. خلج و م. رحمانی آزاد، "سنتز و مشخصه یابی نانو ذرات ZrB2 با استفاده از روش سل- ژل"، فرآیندهای نوین در مهندسی مواد، دوره 16، شماره 5، صفحه 41-52، 1401.

متن کامل:



فرآیندهای نوین در مهندسی مواد، سال نوزدهم –  شماره اول –  بهار 1404 (شماره پیاپی 72)، ص­ص. 75-84
	فصلنامه علمی پژوهشی فرآیندهای نوین در مهندسی مواد ma.iaumajlesi.ac.ir

 سنتز و مشخصه یابی نانو ذرات TiB2 به روش سل-ژل 

 

مقاله پژوهشی

ابوالحسن نجفی۱*، غلامرضا خلج1، فرزاد سلیمانی2

 

1- دانشیار، گروه مهندسی مواد، واحد ساوه، دانشگاه آزاد اسلامی، ساوه، ایران.

2- استادیار، گروه فنی و مهندسی، دانشگاه پیام نور، تهران، ایران.

*  [e-mail]

 

 

اطلاعات مقاله		چکیده
دریافت: 30/04/1403 پذیرش: 14/08/1403		در این تحقیق، ذرات TiB2 از طریق روش سل-ژل در ابعاد نانومتری سنتز شد. ابتدا سُل در سیستم چهار جزئی آلکوکسید- افزودنی- آب- حلال بر پایه فرآیند شیمیایی سل-ژل تحت شرایط اسیدی آماده شد. تیتانیوم تترا ایزو پروپوکساید و تری­متیل بورات به عنوان مواد اولیه مورد استفاده قرار گرفت. پس از فرآیند هیدرولیز و تشکیل ژل و به دنبال عملیات حرارتی، محصول نانو پودر TiB2 تهیه گردید. برای ارزیابی سازوکار تشکیل محصول در فرآیند سل-ژل از روش­های آنالیز SEM، TEM، DTA/TG، XRD،Raman، FTIR استفاده گردید. داده­های FTIR نشان داد که پودر تهیه شده در دمای ºC900 دارای پیوندهای حاوی بور و تیتانیوم بوده و در محدوده عدد موج­های cm-11650-600 پیوندهای حاوی کربن شناسایی گردیدند. آنالیز DTA نشان داد که جوانه­های اولیه ذرات TiB2 در محدوده ºC1300 تشکیل گردیده است. در بررسی­های الگوی پراش اشعه ایکس تشکیل فاز بلوری TiB2 تأیید گردید و با افزایش دما تا ºC 1430 این فاز کامل شد. آنالیز سطحی ذرات سنتز شده، سطح ویژه m²/g 42/153 با سطوح متخلخل و با ابعاد مزو را نمایان کرد. نتایج Raman حضور Ti-B در محصول نهایی را نشان داد. نتایج PSA نشان داد که توزیع اندازه ذرات زیر 50 نانومتر است. تصاویر ریزساختاری SEM و TEM نشان داد که ذرات TiB2 سنتز شده در محدوده زیر 100 نانومتر با دامنه توزیع باریک و یکنواخت صورت گرفته است.
کلید واژگان: تیتانیم دی­بوراید، سنتز، سل - ژل، نانو ذرات، مزومتخلخل.

 

Synthesis and Characterization of TiB2 Nanoparticles by Sol-Gel Method

 

Abolhasan Najafi1*, Gholamreza Khalaj1, Farzad Soleymani2

 

1- Department of Materials Engineering, Saveh Branch, Islamic Azad University, Saveh, Iran.

2- Department of Engineering, Payame Noor Unvierstiy, Tehran, Iran.

* [e-mail]

 

Abstract		Article Information
In this research, TiB2 particles were synthesized through the sol-gel method in nanometer dimensions. First, sol was prepared in the four-component system of alkoxide-dispersant-water-solvent based on the sol-gel chemical process under acidic conditions. Titanium tetraisopropoxide and trimethyl borate were used as raw materials. After the process of hydrolysis and gel formation and following heat treatment, TiB2 nano powder product was prepared. SEM, TEM, DTA/TG, XRD, Raman, and FTIR analysis methods were used to evaluate the mechanism of product formation in the sol-gel process. FTIR data showed that the powder prepared at the temperature of 900 ºC has bonds containing boron and titanium, and bonds containing carbon were identified in the wave number range of 600-1650 cm-1. DTA analysis showed that the initial buds of TiB2 particles were formed in the range of 1300 ºC. The formation of the TiB2 crystalline phase was confirmed in X-ray diffraction pattern studies, and this phase was completed by increasing the temperature to 1430 ºC. The surface analysis of the synthesized particles revealed the specific surface area of 153.42 m²/g with porous surfaces and meso dimensions. Raman results showed the presence of Ti-B in the final product. PSA results showed that the particle size distribution is below 50 nm. The microstructure images of SEM and TEM showed that the synthesized TiB2 particles were in the range below 100 nm with a narrow and uniform distribution range.		Original Research Paper Doi:
		Keywords: Titanium Diboride, Synthesis, Sol-Gel, Nanoparticles, Mesoporous.

 

 

1- مقدمه

پیشرفت سرامیک­هاي غیر اکسیدی به دلیل تقاضا براي دستیابی به دماهاي بالا و ترکیب خـواص غیرمعمول بوده است. این گروه از لحاظ ماهیت شیمیایی، با سرامیک­هاي اکسیدي تفاوت دارنـد. در ترکیبات اکسیدي پیوندها از نوع یونی بوده و در ساختار شبکه­اي آنها یون­هاي بزرگ اکسیژن حضور دارند و کاتیون­ها در حفره­هاي بین آنها قرار دارند. با این حال ترکیبات غیر اکسیدی از پیوندهای با ویژگی غالب کووالانسی برخوردار بوده و کاتیون­ها و آنیـون­ها با یکدیگر مکـان­های اصلی شبکه بـلوری را پر می­کنند [1-4].

سرامیک­هاي غیر اکسیدی به سه دسته اصلی کاربیـدها، نیتریـدها و بوریـدها تقسـیم­بنـدي می­شوند. مواد سرامیکی غیـر اکسیدی به علت نقطه ذوب بسیار بالاي خود، سرامیک­هاي دمـاي فـوق بالا1 (UHTC) نام گرفته­اند که در این بین بوریدها زیرمجموعه مهم و حائز اهمیتی را تشکیل داده­اند [5-7]. در علم شیمی، بورید یک ترکیب شیمیایی بین عنصر بور و یک عنصر با الکترونگاتیویته کمتر است و در اکثر فلزات بوریـدهایی بـا فرمـول MB، MB2، MB4، MB6، MB12 وجود دارد. در این بین دی­بوریدتیتانیوم یکی از ترکیبات مهم این خانواده به شمار می­رود. این ماده دارای ساختار هگزاگونال بوده [8-10] و به دلیل نقطـه ذوب بسیار بالا، سختی بالا، مقاومت در برابر شوک حرارتی خوب، ثبات حرارتی بالا و هدایت الکتریکی و حرارتی مناسب، در بسیاری از کاربردهای پیشرفته در صنایع مختلف به­عنوان یک کاندید اصلی به شمار می­روند [11-12]. در این راستا یکی از مسائلی کـه همواره در مـورد این ترکیب مطرح و به­عنوان موضوع اصلی به آن پرداخته شده است، ارائه راهکارهای مناسب سنتز ترکیب دی­بوریدتیتانیوم به‌منظور دستیابی به محصولی با ویژگی­های برتر و کنترل شده است. روش­های مختلفی جهت سنتز این ذرات گزارش شده است که در این میان می­توان به روش­های احیای کربوترمیک مخلوط اکسیدبور و اکسیدتیتانیوم، واکنش احتراقی در فاز گازی Na/TiCl4/BCl3، روش­های رسوب­دهی شیمیایی از فاز بخار، روش آلیاژسازی مکانیکی و سنتز خود احتراقی اشاره نمود [6، 13-15]. روش­های مورد اشاره، احتیاج به دمای بالا به همراه دوره طولانی حرارت­دهی دارد [16-17]. به دلیل محدودیت­های بیان شده در روش­های فوق، رویکرد به روش‌های شیمیایی به دلیل دست‌یابی به همگنی ترکیب شیمیایی در مقیاس مولکولی که اهمیت زیادی در ساخت بدنه‌های سرامیکی پیشرفته دارد یکی از اهداف مهم صنعت سرامیک‌ است. در روش‌های شیمیایی، می­توان شیوه‌های دقیقی برای تهیه پودرهای سرامیکی در ابعاد زیر میکرون بدون ایجاد آگلومریزاسیون در نظر گرفت. در این میان، روش سل-ژل به­عنوان یکی از روش‌های معمول شیمیایی مطرح است. در این روش می‌توان پودرهای سرامیکی را در ابعاد 1 تا 100 نانومتر تولید کرد. در این روش، پودرهای ایده­آل که شامل توزیع همگن، اندازه و شکل کنترل شده و خلوص بالا هستند، با استفاده از مواد پیش سازنده غیرآلی یا آلی فلزی (آلکوکسیدها) تولید می‌شوند [18-22].

سل-ژل یک فرآیند شیمیایی است و شدیداً وابسته به عوامل کنترل سنتز است که اگر این عوامل در حین فرآیند به‌خوبی قابل‌کنترل نباشند بر خواص محصول بسیار مؤثر خواهند بود. در هنگام تهیه سل یکی از مهم‌ترین عوامل قابل‌کنترل، عامل pH است [23-30]. به­عنوان مثال در دهه 90 میلادی، برینکر و همکارانش2 [31]، مجموعه‌ای از عوامل مؤثر بر سنتز ذرات اکسیدی به روش سل-ژل تهیه کردند که نقش pH در فرآیند تولید این ذرات به‌خوبی بررسی شده بود. پارامتر دیگری که در سنتز این ذرات بسیار حائز اهمیت است، پارامتر دما است. دما در مراحل مختلف سنتز بر تشکیل ذرات و خواص نهایی آن‌ها نقش تعیین‌کننده‌ای دارد [31-33]. در این راستا، زرین­پور و همکاران [34]، مکانیزم سنتز خود احتراقی بوراید تیتانیوم را مورد بررسی قرار دادند. در این تحقیق، مکانیزم واکنش سنتز خود احتراقی حجمی نانو ذرات بوراید تیتانیوم و از مواد اولیه اکسید تیتانیوم و کاربید بور و احیاکننده منیزیم با استفاده از آنالیز حرارتی DTA، پراش پرتوایکس و مطالعات میکروسکوپی بررسی گردید. در پژوهش دیگری که توسط کمالی و همکاران [35] صورت پذیرفت؛ نانو ذرات TiO2 به روش آلیاژسازی مکانیکی تهیه شد. سنتز ذرات TiB2 می­تواند به کمک احیای اکسید بور و تیتانیوم توسط منیزیم در دمای اتاق صورت پذیرد. واکنش توسط آسیاب مخلوط پودرهای اکسید بور و اکسید تیتانیوم توسط فلز منیزیم در دمای اتاق صورت گرفته که در شرایط مناسب واکنش تبدیل کمتر از 2 ساعت انجام می­پذیرد. پیشرفت واکنش در زمان­های مختلف آسیاب توسط تفرق اشعه­ی ایکس انجام پذیرفت آنالیز تفرق اشعه ایکس وجود ترکیبات TiB2 و MgO را اثبات نمود. در این روش ذرات TiB2 نهایی با اندازه 50 تا 100 نانومتر تهیه شدند. صبوری و همکاران [36]، پودر کامپوزيتي TiB2 و کاربید بور را از روش شيميايي سل ژل سنتز و مورد بررسي قرار دادند. مواد اوليه شامل کاربيدبور، آلکوکسيدتیتانیوم، تترا ايزو پروپوکسايد و آب به عنوان عامل هيدروليز کننده است. با انجام واکنش هيدروليز، تترا ايزوپروپوکسايد تیتانیوم توسط آب به فاز آمورف Ti(OH)4 تبديل می­شود که اين ماده در دماي بيش از ºC100 به اکسید تیتانیوم تبديل مي­شود. پودر حاصل شده با استفاده از روش­هاي تفرق اشعه­ی ایکس و آنالیز حرارتی و SEM مورد بررسي قرار گرفت. حداقل دما جهت شروع واکنش مابين کاربيد بور و اکسید تیتانیوم برابر ºC 650 بود؛ که در اين دما به مدت یک ساعت واکنش مذکور به‌صورت ناقص انجام مي­شود. با افزايش دما تا ºC850 شدت پيک مربوط به فاز TiB2 افزایش‌یافته و از شدت پيک فاز اکسید تیتانیوم کاسته می­شود. با افزايش زمان از يک به سه ساعت اندازه ذرات رشد زيادي يافته و واكنش تبديل TiO2 به TiB2 نیز کامل می­شود. با بررسي پيشرفت واکنش در دماهاي مختلف و در زمان‌های از يک تا سه ساعت مشخص شد که شرايط بهينه لازم جهت پیشرفت و تکميل واکنش زمان دو ساعت در کمينه دماييºC ۶۵۰ است [36].

پژوهش حاضر به بررسی سنتز نانو ذرات TiB2­ با استفاده از مواد پیش سازنده آلکوکسیدی به روش سل-ژل می‌پردازد که یک ایده نو و جدید در حوزه سنتز ذرات نانو بوریدی است. تکنیک سل- ژل در سنتز این نانو ذرات به کاهش انـدازه آنها در مقایسه بـا روش­های رایج کمک بیشتری می­کند. این روش یکنواختی شیمیایی و خلوص را بیشتر کرده و مشکلات افزایش دمای فرآیندهای مشابه را ندارد. بنابراین استفاده از روش شیمیایی سل-ژل به عنوان یک روش پیشرفته جهت رسیدن به محصول با خواص مهندسی بالا در حوزه سنتز نانو مواد، مطرح است و همین‌طور با درک عمیق از پارامترهای pH و دما و تأثیر آنها بر خواص نهایی محصول در سیستم شیمیایی سل-ژل می­توان به مکانیزم­های جدید و فناوری­های نو دست یافت.

 

2- مواد و روش آزمایش

با توجه به حساسیت و دقت موردنیاز در سنتز ذرات TiB2 از طریق مسیر سل-ژل، مواد زیر با خلوص بالا انتخاب شدند: تیتانیم ایزوپزوپوکساید (IV) (TTIP, Sigma-Alderich)، تترامتیل بورات (TMB, Merck Ag Germany)، رزین فنولیک (RIL 800, Resitan Co., Iran)، هیدروکسیدسدیم (NaOH, Merck Ag Germany)، اسید کلرریدریک (Merck Ag,Germany)، ایزپروپیل الکل (Merc Ag,Germany)، DMF (Merck Ag, Germany) و آب دو بار تقطیر.

روش کار به این صورت است که ابتدا محلول تیتانیوم تترا ایزوپروپیل پروپوکساید به ml100 محلول ایزوپروپیل الکل اضافه شد و به مدت 1 ساعت زمان داده شد تا کاملاً پیش سازنده Ti در الکل حل شود سپس ml30 آب به‌آرامی به محلول اضافه گردید. محلول تحت سیستم برگشت­پذیر توسط همزن مغناطیسی کاملاً همگن و یکنواخت گردید. در ادامه با کامل شدن واکنش­های هیدرولیز، ذرات Ti(OH)4 در داخل سل تشکیل شدند. در ادامه 80 میلی­لیتر تری­متیل بورات در 100 میلی­لیتر دی­متیل­فرمالدئید (DMF) حل شد و 2 گرم رزین فنولیک به محلول اضافه گردید. سپس 30 میلی‌لیتر آب مقطر به‌آرامی به محلول اضافه شد. همین­طور سیستم در یک سیستم برگشت­پذیر (دستگاه مبرد) همزن مغناطیسی کاملاً همگن و یکنواخت گردید. سپس سل­های حاوی ذرات جامد Ti(OH)4 و 3(B(OH در هم مخلوط شده و جهت پایدارسازی ذرات و جلوگیری از تشکیل توده، افزودنی APC به مقدار لازم (07/0) به سوسپانسیون اضافه گردید. با افزایش دما و گذشت زمان ذرات به هم پیوسته و تشکیل ژل ­تر می­دهند. ژل به‌دست‌آمده در دمای محیط به مدت 24 ساعت جهت تکمیل مرحله پیرسازی نگهداری و سپس در دمای 50 درجه سانتی‌گراد و در خلأ 10 میلی بار به مدت 5 ساعت خشک شد. به‌منظور حذف آب ساختاری و مواد فرار ژل پودری، در دمای 700 درجه سانتی‌گراد تحت اتمسفر Ar به مدت 1 ساعت پیرولیز شد؛ و در یک کوره الکتریکی (Carbolite1600) در اتمسفر Ar با دبی 100 میلی‌لیتر در دقیقه عملیات حرارتی شد. از آنالیز FTIR برای بررسی و تشخیص نوع پیوندهای موجود بین اجزاء در نمونه‌ها استفاده گردید. دستگاه مورد استفاده در این آزمایش از نوع SHIMADZU 8400s ساخت کشور ژاپن بوده و در محدودۀ طول موج cm-114000-400 به کار گرفته شد. اشعه ایکس تولید شده توسط دستگاه Philips xpert از طریق لامپ Cu-Kα با طول موج Å54/1 تأمین گردید. جهت آنالیز DTA/TG از دستگاه PCSTA 409 ساخت شرکت NETZSCH کشور آلمان استفاده شد. سرعت گرمایش نمونه در این آزمایش ºC/min 10 است. به‌منظور شناسایی پیوندهای موجود در پودرهای سنتز شده از طیف رامان استفاده گردید.

طیف‌های رامان نمونه‌ها توسط دستگاه اسپکترومتررامان (RAMAN, Almega Thermo Nicolet Dispersive) تهیه شد. لیزر مورد استفاده در این دستگاه، لیزر با طول موج nm532 بود. ایزوترم­های جذب و واجذب با استفاده از دستگاه BelsurpII تهیه گردید. کلیه نمونه‌ها در دمای حدود C° 190 و در خلأ گاز زدایی شدند. توزیع اندازه تخلخل‌های موجود در سطح ذرات با استفاده از روش BJH با دستگاه مدل BELSORP Mini II صورت گرفت؛ و در آخر سطح ویژه نمونه‌ها نیز با استفاده از روش BET با دستگاه مدل BELSORP Mini II محاسبه گردید. به‌منظور بررسی شکل ذرات و آنالیز کیفی و کمی سطح، از میکروسکوپ‌های الکترونی روبشی (JSM-7600F) JEOL استفاده شد. با این تکنیک می‌توان اطلاعات دقیقی در مورد اندازه، شکل و توزیع ذرات به دست آورد.

میکروسکوپ الکترونی عبوری مورد استفاده ساخت JEOL(JSM-2100F) بود.

 

3- نتایج و بحث

در قدم اول لازم بود که پیوندهای سطحی ایجاد شده در ژل که به‌صورت پودر در آمده است بررسی شود زیرا یکی از مواردی که جهت دستیابی به نانو ذرات TiB2 با خواص یکسان موردنیاز است وجود یکنواختی در ساختار ژل تهیه شده است. به­عبارت دیگر اگر اتم­های تیتانیوم، بور و کربن در ساختار ژل به‌طور همگن در کنار یکدیگر قرار نگیرند نمی­توان انتظار داشت که نانو ذرات منتج از ژل تهیه شده از نظر خواص از ویژگی­های یکسانی برخوردار باشند. در این راستا از آنالیز طیف‌سنجی تبدیل فوریه مادون‌قرمز استفاده شد و طیف به‌دست‌آمده از ژل تهیه شده مورد ارزیابی قرار گرفت (شکل 1).

 

 

شکل (1): آنالیز طیف‌سنجی تبدیل فوریه مادون‌قرمز ژل خشک شده.

 

همان‌طور که در این شکل مشاهده می­شود طیف به‌دست‌آمده از ژل حاوی پیش سازنده­های تیتانیوم، بور و کربن از پیک­های متعددی در cm-1 500 الی 4000 تشکیل شده است. با توجه به طیف سل، وجود یک نوار جذبی در عـدد مـوج cm-1 3200 را می­تـوان بـه حالت ارتعاشی گروه­های OH نسبت داد. پیک­ها در عددهای موج cm-1 1400 و 600 و 800 در ارتباط با پیوند Ti-O در ساختار مشاهده می‌شود. سایر قله­های متمایز در 1150-1450 تا 1500-1700 cm-1 در این طیف می­تواند به C-C، C-O، C=C نمایه شود که مربوط به گروه­های رزین فنلی است. پیوندهای B-O-B و B-O مربوط به با اعداد موج 4/881، 7/1195 و 1460 cm-1 است. آنچه مشخص است که یک تعامل متقابل بین پیش­سازهای کربن، بور و اکسیژن وجود دارد که در طول تشکیل ژل گروه پیوندی B-O-C در عدد موج cm-1 ۱۰۳۰ تشکیل داده­اند و همین‌طور در عدد موج محدوده ۱۵۳۰ گروه پیوندی cm-1 Ti-O-C تشکیل شده است. با توجه به اختلاط عناصر اولیه Ti و B در ابعاد مولکولی و در نهایت اندرکنش مناسب در دماهای پایین، به دلیل کوتاه شدن مسیر نفوذ این عناصر، سنتز ذرات TiB2 تحت شرایط آسان­تری از نظر دما و زمان انجام می­شود. جهت تعیین حداقل دمای لازم جهت تشکیل جوانه­های TiB2 از ژل تهیه شده به‌دست‌آمده از پیش سازنده­های مورد استفاده جهت سنتز ترکیب دی بورید تیتانیوم از آنالیز حرارتی DTA/TG استفاده شد (شکل 2).

 

 

شکل (2): آنالیز DTA/TG ژل پودر سنتز شده.

 

همان‌طور که مشاهده می­شود در منحنی DTA به‌دست‌آمده از ژل خشک دو پیک گرماگیر در محدوده دمایی 150 و C°550 مشاهده می­شود که به ترتیب به خروج آب­های ساختاری و مواد فرار است؛ و همراه با کاهش وزن در حدود 40 درصد است. در ادامه با افزایش دما و گذشت زمان در دماهای حدود C°1073 یک استحاله گرماگیر روی می‌دهد؛ که با کاهش وزن حدود 2 درصد همراه است. گزارش­ها نشان می­دهد که این استحاله مربوط به تبدیلات فازی ترکیبات حاوی بور از حالت کندانس به حالت گازی است که البته نقش کربن هم در این تبدیلات مؤثر است [36]. در ادامه با افزایش دما و گذشت زمان در دماهای حدود C°1300 پیک گرماگیری مشاهده می‌گردد که به واکنش‌های گرماگیر تشکیل جوانه‌های TiB2 نسبت داده می‌شود که در نهایت به تولید ذرات TiB2 می‌انجامد.

فرآیندهای احیای کربوترمال اکسیدهای بور و تیتانیوم و به دنبال آن تشکیل جوانه­های TiB2 در دماهای حدود C°1300 اتفاق می­افتد و کریسیتالیزه شدن آنها و رشدشان در زمان و دماهای بالاتر صورت می­گیرد. به‌طوری‌که در دماهای C°1350 و 1400 فازهای TiB2 تشکیل و پایدار گردیده است و فاز اضافه­ای از الگوهای اشعه X مطابق با شکل (3) شناسایی نشده است. لازم به ذکر است قبل از عملیات حرارتی پودر خام، عملیات پیرولیز جهت زدودن مواد فرار نظیر مواد آلی در رزین فنولیک و ترکیبات هیدراته شامل پیوندهای حاوی OH در محصولات واکنش­های هیدرولیز صورت می­گیرد. این عامل باعث ایجاد باندهای آزاد و سطح مخصوص بالا در پودرهای پیرولیز شده جهت اتصال بهتر عناصر B و Ti در سنتز ذرات TiB2 می‌شوند [32].

 

 

شکل (3): الگوی پراش اشعه X پودر عملیات حرارتی شده در 1300 و C°1400 با سرعت/min C° 10 برای 1 ساعت.

 

در شکل (4) منحنی توزیع اندازه ذرات نمونه نانو دی­بورید تیتانیوم سنتز شده در شرایط بهینه فرآیندی مشاهده می­شود.

 

 

شکل (4): توزیع اندازه ذرات نمونه نانو پودر TiB2 سنتز شده در C°1400 به مدت 1 ساعت.

 

بر اساس اطلاعات این منحنی مشخص است که محصول نهایی از اندازه ذرات کوچک‌تر از 100 نانومتر تشکیل شده است و بیشترین درصد تجمعی ذرات از اندازه حدودی 30 نانومتر برخوردارند. همچنین توزیع اندازه ذرات محصول سنتز شده از تـوزیع باریکی برخوردار است که این امر نشان­دهنده یکنواختی محصول و شرایط کنترل شده فرآیندی جهت شکل­گیری یکسان ذرات می­باشد. اسپکتروسکوپی رامان یکی از ابزارهای قدرتمند در بررسی تشکیل شبکه بلوری ترکیبات بین فلزی از جمله TiB2 است. این ابزار که به ارتعاشات فونونی حاصل از شبکه گسترده اتمی در ساختار بلوری وابسته است به‌خوبی قادر است اطلاعات لازم را در زمینه تشکیل و یا عدم تشکیل فاز TiB2 در اختیار قرار دهد. در شکل (5) طیف مربوط به نمونه نانو پودر TiB2 سنتز شده در شرایط بهینه مشاهده می­شود.

 

 

شکل (5): طیف رامان نمونه نانو پودر TiB2 سنتز شده در C°1400 به مدت 1 ساعت.

 

همان‌طور که ملاحظه می­شود سه باند در موقعیت­های 260، 409 و 598 cm-1 مشاهده می­شود که ارتعاشات اتمی باندهای Ti-B در شبکه بلوری ترکیب دی­بورید تیتانیوم نسبت داده می­شود. همچنین در این طیف هیچ پیکی در محدوده 605 و 1054 cm-1 مربوط به ارتعاشات پیوندهای Ti-C و B-C مشاهده نمی­شود که این امر با نتایج به‌دست‌آمده مطابقت داشته و شرایط مناسب سنتز نانو ذرات TiB2 و جلوگیـری از تشکیل ترکیبات ناخواسته را نشان می­دهد [6].

شکل (6) منحنی ایزوترم جذب و واجذب پودر TiB2 را در دمای C°1400 و زمان نگهداری 1 ساعت را نشان می‌دهد. همان‌طور که مشخص است، نمودار فوق بر طبق جدول استاندارد IUPAC به قسمت IV شبیه است؛ بنابراین توزیع حفرات سطحی موجود در ذرات در محدوده مزو قرار دارند و تراکم مویینگی حدوداً از یک فشار نسبی 18/0 آغاز شده و در یک فشار نسبی 95/0 به پایان رسیده است.‏ آنالیز BET از پودر سنتز شده حاکی از بالا بودن سطح مخصوص این ذرات است و عددی در حدود 42/153 m2/g را در این شرایط گزارش شده است؛ بنابراین وجود سطح ویژه بالای این ذرات پودری باعث شده است که این محصولات در ساخت بدنه‌های فوق پیشرفته کامپوزیتی در صنایع مختلف مخصوصاً صنایع نظامی کاربرد داشته باشند.

 

 

شکل (6): منحنی ایزوترم جذب و واجذب نانو پودر TiB2.

 

شکل (7) تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی از نمونه حرارت داده شده در دماي C°1400 و مدت‌زمان نگهداری 1 ساعت را نشان می­دهند. همان‌طور که مشاهده می­شود؛ اولاً ذرات سنتز شده دارای مورفولوژی یکنواخت با توزیع اندازه ذرات باریک می­باشد، ثانیاً محدوده اندازه ذرات TiB2 سنتز شده زیر 50 نانومتر می‌باشد. تصویر TEM به همراه الگوی پراش سنتز شده پودر در دمای C°1400 با زمان نگهداری 1 ساعت در شکل (7) نشان داده شده است. می­توان مشاهده کرد که ذرات TiB2 سنتز شده دارای توزیع تک اندازه با سطح مقطع مشابـه و مـورفولوژی گوشه­دار می­باشد. علاوه بر این، به نظر می­رسد که ذرات TiB2 دارای اندازه متوسط 20 تا 60 نانومتر است. الگوی پراش این ذرات نشان می­دهد که نانو ذرات TiB2 به‌تدریج داده از فاز آمورف به بلوری تبدیل شده­اند.

امروزه استفاده از روش‌های جدید در تولید نانو ذرات با خواص مطلوب و کمینه انرژی مصرفی به‌خصوص روش سل-ژل بسیار جذاب شده است. در فرآیند سنتز نانو ذرات و نانوکامپوزیت­ها به روش سل-ژل می­توان از قابلیت­های شیمیایی کلوییدها به‌خوبی استفاده کرد [38-39]. در مورد سنتز نانو ذرات کاربید TiB2 به روش سل-ژل تحقیقات فراوانی توسط گروه­های مختلفی انجام گردیده است [1-15] و آنچه که بررسی شده است معمولاً از مواد اولیه مناسبی جهت رسیدن به محصول کاملاً مهندسی نظیر ابعاد ذرات در محدوده نانو، توزیع ذرات در محدوده یکنواخت و سطح ذرات متخلخل، جهت بهبود سنتزپذیری و درجه خلوص بسیار بالا انجام نشده است؛ بنابراین محققین این تحقیق تلاش کرده­اند با انتخاب مواد اولیه مناسب و مسیر انجام آزمایش‌های دقیق به محصول پیشرفته دست یابند.

مزیت این روش نسبت به روش‌های سنتز TiB2 استفاده هم‌زمان از دو آلکوکسید حاوی ذرات بور و تیتانیوم و به دست آوردن ترکیب استوکیومتری آنها در محیط الکلی می‌باشد. همان‌طور که می‌دانیم حلال آلکوکسید بور، حلال خاصی است و حلال آلکوکسید تیتانیوم متفاوت از آلکوکسید بور است بنابراین تلفیق این دو حلال احتیاج به تحقیقات و دستاوردهای آزمایشگاهی فراوان است که تیم تحقیقاتی ما بعد از چند سال کار کردن در زمینه سل-ژل به آن دست یافته‌اند که در کارهای بعدی گزارش خواهد شد. دلیل عدم مقایسه با کارهای دیگران این است که مقاله‌ای در ارتباط با استفاده هم‌زمان دو آلکوکسید مخصوصاً آلکوکسید بور در منابع علمی یافت نشد؛ بنابراین ما مقایسه آنچنان در این زمینه نداشتیم.

 

 

شکل (7): تصاویر TEM/SEM نانو پودر TiB2 سنتز شده در دماي C°1400 و مدت‌زمان نگهداری 1 ساعت.

 

4- نتیجه‌گیری

هدف از انجام این تحقیق بررسی پارامترهای فرآیند و شرایط عملیات حرارتی بر تشکیل فازها و خواص ریزساختاری پودر TiB2 بود. بررسی­های پیوندی از پودر خـام وجود اختلاط مواد اولیه را در ابعاد مولکولی اثبات می­کند به‌طوری‌که در طیف FTIR پودر سنتز شده، پیوند Ti-O-B در محدوده شناسایی گردید. نتایج DTA نشان داد که جوانه­های ذرات پودر TiB2 در محدوده­ی دمایی C°1300 تشکیـل و در دمـای C°1400 رشـد و تکمیل می­گردند. نتایج پراش اشعه X، مؤید تشکیل فاز تیتانیوم دی­بوراید در دمای C°1400 و زمان نگهداری 1 ساعت می­باشد؛ و بلورک­های به‌دست‌آمده در عدد nm 5 حاصل شد. تصویر ریزساختاری از پودر سنتز شده نشان داد که اولاً مورفولوژی پودرهای TiB2 سنتز شده در دمای C°1400 هم­شکل بوده و ثانیاً میانگین اندازه پودرهای سنتز شده بسیار ریزدانه و در ابعاد نانومتری (زیر 50 نانومتر) می­باشند.

 

5- منابع

[1] A. Rabiezadeh, A. Ataie & A. M. Hadian, "Sintering of Al₂O₃–TiB₂ Nano-Composite Derived from Milling Assisted Sol–Gel Method", International Journal of Refractory Metals and Hard Materials, vol. 33, pp. 58-64, 2012.

 

[2] S. Guo, "Densification of ZrB₂-Based Composites and Their Mechanical and Physical Properties: A Review", Journal of the European Ceramic Society, vol. 29, no. 6, pp. 995-1011, 2009.

 

[3] M. Rahmani-Azad, A. Najafi, N. Rahmani-Azad & G. Khalaj, "Improvement of ZrB₂ Nanopowder Synthesis by Sol-Gel Method via Zirconium Alkoxide/Boric Acid Precursors", Journal of Sol-Gel Science and Technology, vol. 103, no. 1, pp. 87-96, 2022.

 

[4] S. Mayakannan, R. Rathinam, R. Saminathan, R. Deepalakshmi, M. Gopal, J. Hillary, S. Nanthakumar, V. Y. Ganvir & P. Singh, "Analysis of Spectroscopic, Morphological Characterization and Interaction of Dye Molecules for the Surface Modification of TiB₂ Nanoparticles", Journal of Nanomaterials, vol. 2022, 2022.

 

[5] W. Tang, Z. Zheng, Y. Wu, J. Wang, L. Jun & J. Liu, "Synthesis of TiB₂ Nanocrystalline Powder by Mechanical Alloying", Transactions of Nonferrous Metals Society of China, vol. 16, no. 3, pp. 613-617, 2006.

 

[6] Ľ. Bača & N. Stelzer, "Adapting of Sol–Gel Process for Preparation of TiB₂ Powder from Low-Cost Precursors", Journal of the European Ceramic Society, vol. 28, no. 5, pp. 907-911, 2008.

 

[7] Z. Qin, J. Zhang, J. Wang & C. Ke, "Novel Sustainable Silicothermic Synthesis of Phase-Pure TiB₂ Fine Powder", Journal of Alloys and Compounds, vol. 834, p. 155213, 2020.

 

[8] G. Brahma Raju, A. Mukhopadhyay, B. Basu, S. Kumar & Thimmappa, "Review on Ultra-High Temperature Boride Ceramics", Ceramics International, vol. 111, 2020.

 

[9] J. Yu, M. Li, Y. Zhang, H. Gong & L. Zhou, "Synthesis of TiB₂ Powders via Carbothermal Reduction of TiO₂, HBO₂, and Carbon Black", Ceramics International, vol. 42, no. 4, pp. 5512-5516, 2016.

 

[10] J. Yu, M. Li, A. Abbas, Y. Zhang, H. Gong, X. Wang, L. Zhou & H. Liu, "Carbothermal Reduction Synthesis of TiB₂ Ultrafine Powders", Ceramics International, vol. 42, no. 3, pp. 3916-3920, 2016.

 

[11] A. Nozari, A. Ataie & S. Heshmati-Manesh, "Synthesis and Characterization of Nano-Structured TiB₂ Processed by Milling Assisted SHS Route", Materials Characterization, vol. 73, pp. 96-103, 2012.

 

[12] L. Ma, J. Yu, X. Guo, B. Xie, H. Gong, Y. Zhang, Y. Zhai & X. Wu, "Preparation and Sintering of Ultrafine TiB₂ Powders", Ceramics International, vol. 44, no. 4, pp. 4491-4495, 2018.

 

[13] Z. Fu & R. Koc, "Sintering Properties of TiB₂ Synthesized from Carbon Coated Precursors", in Mechanical Properties and Performance of Engineering Ceramics and Composites XI, Hoboken: John Wiley & Sons, pp. 171-182, 2017.

 

[14] V. Moradi, L. Nikzad, I. Mobasherpour & M. Razavi, "Low Temperature Synthesis of Titanium Diboride by Carbothermal Method", Ceramics International, vol. 44, pp. 19421-19426, 2018.

 

[15] S. Song, T. Zhang, C. Xie, J. Zhou, R. Li & Q. Zhen, "Growth Behavior of TiB₂ Hexagonal Plates Prepared via a Molten-Salt-Mediated Carbothermal Reduction", Journal of the American Ceramic Society, vol. 103, pp. 719-723, 2020.

 

[16] V. B. O. P. Raman, O. P. Bahl & U. Dhawan, "Synthesis of Silicon Carbide through the Sol-Gel Process from Different Precursors", Journal of Materials Science, vol. 30, pp. 2686-2693, 1995.

 

[17] F. Sharifi, Z. Mahmoodi, S. M. Mesgari-Abbasi, A. Najafi & G. Khalaj, "Synthesis and Characterization of Mesoporous TiC Nanopowder/Nanowhisker with Low Residual Carbon Processed by Sol–Gel Method", Journal of Materials Research and Technology, vol. 22, pp. 2462-2472, 2023.

 

[18] O. Fakhimi, A. Najafi & G. Khalaj, "A Facile Route to Obtain Al₂O₃ Nanopowder via Recycling Aluminum Cans by Sol-Gel Method", Materials Research Express, vol. 7, no. 4, p. 045008, 2020.

 

[19] Y. Tong, Z. Hu, M. Wang, C. Yang & J. Xu, "Higher Ablative Resistance Performance of CF-ZrO₂/ZrC Composites by an In-Situ Sol-Gel Method", Composites Science and Technology, vol. 227, p. 109625, 2022.

 

[20] S. N. Katea, L. Riekehr & G. Westin, "Synthesis of Nano-Phase ZrC by Carbothermal Reduction Using a ZrO₂–Carbon Nano-Composite", Journal of the European Ceramic Society, vol. 41, no. 1, pp. 62-72, 2021.

 

[21] A. Najafi, M. Khoeini, G. Khalaj & A. Sahebgharan, "Synthesis of Silver Nanoparticles from Electronic Scrap by Chemical Reduction", Materials Research Express, vol. 8, no. 12, p. 125009, 2021.

 

[22] F. Zhan, H. Zhang, K. Xv, M. Zhu, Y. Zheng & P. La, "Review on Preparation of Zirconium Carbide and Boride Ceramic Powders", Journal of Ceramic Processing Research, vol. 23, no. 5, pp. 694-708, 2022.

 

[23] F. Arianpour, F. Kazemi & H. R. Rezaie, "Thermodynamic Study of Zirconium Carbide Synthesis via a Low-Temperature Pyrovacuum Method", Journal of the Australian Ceramic Society, vol. 56, pp. 969-977, 2020.

 

[24] Y. Zhang & H. Sun, "Effects of Gelation Temperature, Water, Polyethylene Glycol on Morphology of ZrB₂ Particles Synthesized by Sol-Gel Method", Journal of Ceramic Processing Research, vol. 19, no. 4, pp. 355-359, 2018.

 

[25] A. Najafi, F. Golestani-Fard, H. R. Rezaie & N. Ehsani, "Synthesis and Characterization of Silicon Carbide Nano Powder by Sol-Gel Processing", Iranian Journal of Materials Science & Engineering, vol. 8, no. 2, 2011.

 

[26] M. Arabi, A. Ostovan, J. Li, X. Wang, Z. Zhang, J. Choo & L. Chen, "Molecular Imprinting: Green Perspectives and Strategies", Advanced Materials, vol. 33, no. 30, p. e2100543, 2021.

 

 

[27] M. Arabi, A. Ostovan, A. R. Bagheri, X. Guo, J. Li, J. Ma & L. Chen, "Hydrophilic Molecularly Imprinted Nanospheres for the Extraction of Rhodamine B Followed by HPLC Analysis: A Green Approach and Hazardous Waste Elimination", Talanta, vol. 215, p. 120933, 2020.

 

[28] A. Ostovan, M. Arabi, Y. Wang, J. Li, B. Li, X. Wang & L. Chen, "Greenificated Molecularly Imprinted Materials for Advanced Applications", Advanced Materials, vol. 34, no. 42, p. e2203154, 2022.

 

[29] C. Zeng, K. Tong, M. Zhang, Q. Huang, Z. Su, C. Yang ... & W. Song, "The Effect of Sol-Gel Process on the Microstructure and Particle Size of ZrC–SiC Composite Powders", Ceramics International, vol. 46, no. 4, pp. 5244-5251, 2020.

 

[30] Y. Miao, X. Wang, P. Firbas et al., "Ultra-Fine Zirconium Diboride Powders Prepared by a Combined Sol–Gel and Spark Plasma Sintering Technique", Journal of Sol-Gel Science and Technology, vol. 77, pp. 636-641, 2016.

 

[31] C. J. Brinker & G. W. Scherer, "Sol-Gel Science: The Physics and Chemistry of Sol-Gel Processing", Academic Press, 1990.

 

[32] G. Khalaj, F. Soleymani, F. Sharifi & A. Najafi, "Evaluation of APC Impact on Controlling Precursors Properties in the Sol for Synthesizing Meso Porous ZrC Nanopowder through Sol-Gel Process", Journal of Materials Research and Technology, vol. 26, pp. 6182-6192, 2023.

 

[33] A. Najafi, F. Sharifi, S. M. Mesgari-Abbasi & G. Khalaj, "Influence of pH and Temperature Parameters on the Sol-Gel Synthesis Process of Meso Porous ZrC Nanopowder", Ceramics International, vol. 48, no. 18, pp. 26725-26731, 2022.

 

[34] H. Zarrinpour, S. Firoozi & V. Milani, "Ignition and Chemical Mechanisms of Volume Combustion Synthesis of Titanium Diboride", Ceramics International, vol. 42, no. 9, pp. 11217-11223, 2016.

 

[35] A. Kamali & M. Boolurian, "Mechanical Routes in TiB₂ Synthesis", Scientific Student Congress of Material and Metallurgy, pp. 642-647, 2010.

 

[36] Z. Sabouri, H. Abdizadeh & H. Baharvandi, "Characterization of Barium Titanate-Bore Carbide Ceramic Nanocomposite Films by a Sol-Gel Process", 6th Iranian Ceramic Congress, pp. 1-14, 2008.

 

 

 

[37] I. S. Seog & C. H. Kim, "Preparation of Monodispersed Spherical Silicon Carbide by the Sol-Gel Method", Journal of Materials Science, vol. 28, pp. 3277-3282, 1993.

 

[38] الف. نجفی، م. خوئینی و م. امانی، "سنتز و مشخصه‌یابی خواص نانو ذرات مزومتخلخل سیلیکاتی توخالی با استفاده از قالب پلی استایرن"، فرآیندهای نوین در مهندسی مواد، دوره 14، شماره 1، صفحه 45-54، 1399.

 

[39] الف.  نجفی، غ. ر. خلج و م.  رحمانی آزاد، "سنتز و مشخصه یابی نانو ذرات ZrB2 با استفاده از روش سل- ژل"، فرآیندهای نوین در مهندسی مواد، دوره 16، شماره 5، صفحه 41-52، 1401.

 

6- پی­نوشت

 

[1] Ultra High Temperature Ceramic (UHTC)

[2] Brinker et al

 

 

 

 

 

برای ارجاع به این مقاله از عبارت ذیل استفاده نمایید:

Please cite this article using:

Abolhasan Najafi, Gholamreza Khalaj, Farzad Soleymani, Synthesis and Characterization of TiB2 Nanoparticles by Sol-Gel Method, New Process in Material Engineering, 2025, 19(1), 75-84.

 

 

 

---