بررسی اثر اندازه ذره بر پارامتر حجم به ازای اتم در نانوذرات اکسید تیتانیوم

الموضوعات : فصلنامه علمی - پژوهشی مواد نوین

علی مشرقی ¹ (استادیار مهندسی و علم مواد، دانشگاه صنعتی شیراز.)

تاريخ الإرسال : 11 الخميس , رمضان, 1437 تاريخ التأكيد : 12 الإثنين , جمادى الأولى, 1439 تاريخ الإصدار : 04 الأربعاء , ربيع الأول, 1439

الکلمات المفتاحية: حجم به ازای اتم, شبیه سازی دینامیک مولکولی, نانوذرات اکسید تیتانیوم,

ملخص المقالة :

نانوذرات، یکی از عناصر اصلی در فناوری نانو محسوب می­شوند. به دلیل نسبت بالای سطح به حجم نانوذرات، خواص و پارامترهای نانوذرات تفاوت قابل ملاحظه­ای با نمونه حجیم از خود نشان می­دهند. یکی از این پارامترها، حجم نانوذرات است. در این پژوهش، تاثیر لایه آمورف سطحی بر پارامتر حجم در واحد اتم (Ω) نانوذرات TiO₂ به روش دینامیک مولکولی مورد بررسی قرار گرفت. این پژوهش روی دو نوع حالت بلوری اکسید تیتانیوم، روتایل و آناتاز صورت گرفت. یک روش جدید برای تعیین تغییرات Ω در راستای شعاعی نانوذره پیشنهاد گردید. مشاهده شد که در ناحیه درونی نانو ذره که بلوری است مقدار Ω مستقل از فاصله شعاعی بوده و برابر با مقدار Ω برای اکسید تیتانیوم حجیم می­باشد. با این حال، در لایه آمورف سطحی تغییرات شعاعی Ω مشاهده گردید و میانگین پارامتر Ω در لایه سطحی بزرگ­تر از ناحیه درونی بود. علاوه بر این، مشاهده گردید که میانگین حجم به ازای اتم نانوذرات TiO₂ (_aveΩ (بزرگ­تر از مقدار فاز با ابعاد حجیم می­باشد. به منظور بررسی دقیق­تر، تغییرات شعاعی عدد همسایگی یون­های تیتانیوم محاسبه شد. نتیجه گیری گردید که عدد همسایگی کم­تر یون­های تیتانیوم در لایه آمورف سطحی عامل اصلی مقدار بیش­تر میانگین حجم به ازای اتم نانوذرات TiO₂می­باشد.   

المصادر:

 1- X. Xiong, A. Busnaina, "Direct assembly of nanoparticles for large-scale fabrication of nanodevices and structures", J. Nanopart. Res., Vol.  10, pp. 947-954, 2008.

2- B. Tan, Y. Wu, "Dye-sensitized solar cells based on anatase TiO2 nanoparticle/nanowire composites", J. Phys. Chem. B, Vol. 110, pp. 15932-15938, 2006. 

3- S.S. Kalanur, J. Seetharamappa, S.N. Prashanth, "Voltammetric sensor for buzepide methiodide determination based on TiO2 nanoparticle-modified carbon paste electrode", Colloids Surf. B Biointerfaces, Vol. 78, pp. 217-221, 2010.

4- مهرنوش مختاری مهر، محمد حسین شریعت و محمود پاک شیر، " بررسی خاصیت فتوکاتالیستی لایه نازک  V doped TiO2 تهیه شده با روش سل-ژل" مواد نوین، جلد 2، صفحه 21-26، 1391.

 

5- V.N. Koparde, P.T. Cummings, "Molecular dynamics study of water adsorption on TiO₂ nanoparticles", J. Phys. Chem. C, Vol. 111, pp. 6920-6926, 2007.

6- H. Zhang, B. Chen, J.F. Banfield, "Atomic structure of nanometer-sized amorphous TiO₂", Phys. Rev. B., Vol. 78, pp. 214106(1-12), 2008.  
 

7- V.N. Koparde, P.T. Cummings, "Sintering of titanium dioxide nanoparticles: a comparison between molecular dynamics and phenomenological modeling", J. Nanopart. Res., Vol. 10, pp. 1169-1182, 2008.      

8- V.V. Hoang, H. Zung, N.H.B. Trong, "Structural properties of amorphous TiO2 nanoparticles", Eur. Phys. J. D, Vol. 44, pp. 515–524, 2007.  

9- W. Yan, S. Li, Y. Zhang, Q. Yao, S.D. Tse, "Effects of dipole moment and temperature on the interaction dynamics of titania nanoparticles during agglomeration", J. Phys. Chem. C, Vol. 114, pp. 10755–10760, 2010.   

10- V.N. Koparde, P.T. Cummings, Molecular dynamics study of water adsorption on TiO2 nanoparticles, J. Phys. Chem. C, Vol. 111, pp. 6920-6926, 2007.

11- H. Zhang, B. Chen, J.F. Banfield, Atomic structure of nanometer-sized amorphous TiO2, Phys. Rev. B, Vol. 78, pp. 214106(1-12), 2008.        

12- V.N. Koparde, P.T. Cummings, Sintering of titanium dioxide nanoparticles: a comparison between molecular dynamics and phenomenological modeling, J. Nanopart. Res., Vol. 10, pp. 1169-1182, 2008.       

13- V.V. Hoang, H. Zung, N.H.B. Trong, Structural properties of amorphous TiO2

nanoparticles, Eur. Phys. J. D, Vol. 44, pp. 515–524, 2007. 

14- P.K. Naicker, P.T. Cummings, H. Zhang, J.F. Banfield, “Characterization of titanium dioxide nanoparticles using molecular dynamics simulations, J. Phys. Chem. B, Vol. 109, pp. 15243-15249, 2005.

 

15- A. Mashreghi, M.M. Moshksar, "Molecular dynamics simulation of the effect of nanotube diameter on heat pulse propagation in thin armchair single walled carbon nanotubes", Comput. Mater. Sci., Vol. 50, pp. 2814-2821, 2011.           

16- A. Mashreghi, M.M. Moshksar, "Investigating the effect of chirality on structural parameters of chiral single-walled carbon nanotubes by molecular dynamics simulation", Comput. Mater. Sci., Vol. 50, pp. 934-938, 2011.  

17- A. Mashreghi, M.M. Moshksar, "Bond lengths and bond angles of armchair single-walled carbon nanotubes through molecular dynamics and potential energy curve approaches", Comput. Mater. Sci., Vol. 49, pp. 871-875, 2010.  
 

18- A. Mashreghi, "Determining the volume thermal expansion coefficient of TiO₂ nanoparticle by molecular dynamics simulation", Computational Materials Science, Vol. 62, pp. 60–64, 2012.           

19- M. Matsui, M. Akaogi, "Molecular dynamics simulation of the structural and physical properties of the four polymorphs of TiO₂", Mol. Simul., Vol. 6, pp. 239-244, 1991.            

20- A.V. Kazakov, E.S. Shpiro, T.V. Voskoboinikov, "Application of Debye function analysis to particle size and shape determination in Ir/SiO₂ catalysts", J. Phys. Chem., Vol. 99, pp. 8323-8327, 1995.

21- C.B. Carter, M.G. Norton, "Ceramic Materials: Science and Engineering", Springer, New York, 2007.