Solvent-free sinteza trostrukog perovskita Ca3Fe2WO9 uz pomoć planetarnog kugličnog mlina

Filip Bolić1, Jelena Bijelić1, Anamarija Stanković1, Pascal Cop2, Bernd Smarsly2, Igor Đerđ1,*

I. STUDENTSKI KONGRES O INŽENJERSTVU MATERIJALA28. veljače – 01. ožujka 2019. godine

UVOD

IR SPEKTROSKOPIJA

RENTGENSKA DIFRAKCIJA

MATERIJALI I METODE

TERMOGRAVIMETRIJSKA ANALIZA

Solvent-free  sinteza trostrukog perovskita (Ca3Fe2WO9) je metoda kod koje se koristi amonijev hidrogenkabonat uz miješanje s nitratima metalnih soli u reakcijskoj posudi planetarnog kugličnog mlina. Amonijev hidrogenkarbonat se raspada na amonijak i vodu  pri  36  ℃  pri  čemu  stvara  lužnati  medij  za  katione  metala  koji  će  tvoriti hidrokside. Perovskiti su spojevi opće formule ABO3 (A-kation većeg ionskog promjera, B-kation manjeg ionskog promjera, O-kisik). Kristali perovskita zbog svoje specifične strukture mogu pokazivati  feroelektrična  i  feromagnetična svojstva  te zbog toga mogu  imati primjenu u različitim tehnološkim uređajima (memorijski uređaji, solarne ćelije itd.).Sintetizirani  uzorci  su  analizirani  infracrvenom  spektroskopijom  (FT-IR), termogravimetrijski (TGA) te rendgenskom difrakcijom na prahu (PXRD). Cilj ovog istraživanja je pronaći optimalne uvjete za sintezu fazno čistog produkta koji će se dalje detaljno strukturno okarakterizirati te će mu se odrediti svojstva. 

EKSPERIMENTALNI UVJETIm (Ca(NO3)2 x 4H2O) = 0,47 gm (Fe(NO3)3 x 9H2O) = 0,40 gm ((NH4)10H2W12O42) = 0,26 gm (NH4HCO3) = 1,02 gt = 10 min – 2 sataVposude = 20 mlMaterijal kuglica = čelikBroj kuglica = 40Promjer kuglica = 5 mmBrzina okretaja:250, 500, 750 (o/min)

METODE ANALIZE PRODUKTA

TGATGA

STRUKTURNA ANALIZASTRUKTURNA ANALIZA

1 Odjel za kemiju, Sveučilište J. J. Strossmayera u Osijeku, Ulica Cara Hadrijana 8/A, 31000 Osijek, Hrvatska2 Institut za fizikalnu kemiju, Justus Liebig Sveučilište u Giessenu, Heinrich-Buff-Ring 17, 35392 Giessen, Njemačka

ZAKLJUČAKØ pri brzinama od 250 i 500 okretaja u minuti udio željenog produkta opada s duljinom sinteze Ø pri brzini od 750 okretaja u minuti udio željenog produkta se povećava s duljinom sintezeØ svi uzorci kalcinirani na 1050 ℃ kako bi se uklonili organski ostaci i voda što se može vidjeti na grafovima IR spektroskopije Ø TG/DSC analiza pokazala je vrlo stabilnu smjesu koja se ne raspadaØ DSC nije detektirao fazne promjene u mjerenom području

ü Ovu je sintetsku metodu potrebno je još dodatno optimizirati kako bi se dobio fazno čist Ca3Fe2WO9

XRDXRD

60 min10 min 120 min

500 o/minIR SPEKTROSKOPIJA

750 o/minIR SPEKTROSKOPIJA

TERMOGRAVIMETRIJSKA ANALIZATERMOGRAVIMETRIJSKA ANALIZA

10 min 10 min 10 min 120 min120 min120 min

RENTGENSKA DIFRAKCIJARENTGENSKA DIFRAKCIJA

BRZINA OKRETAJA Ca3Fe2WO9/wt % (plavo) CaWO4/wt % (zeleno)

10 min 89 11

60 min 76 24

120 min 67 33

BRZINA OKRETAJA Ca3Fe2WO9/wt % (plavo) CaWO4/wt % (zeleno)

10 min 68 32

60 min 74 26

120 min 78 22

BRZINA OKRETAJA Ca3Fe2WO9/wt % (plavo) CaWO4/wt % (zeleno) Ca3WO6/wt % (sivo)

10 min 86 5 8

60 min 67 33 -

120 min 64 36 -

T %

valni broj (cm-1)40080012001600200024002800320036004000

valni broj (cm-1)40080012001600200024002800320036004000

valni broj (cm-1)40080012001600200024002800320036004000

T %

valni broj (cm-1)40080012001600200024002800320036004000valni broj (cm-1)

40080012001600200024002800320036004000

valni broj (cm-1)40080012001600200024002800320036004000

T %

valni broj (cm-1)40080012001600200024002800320036004000

valni broj (cm-1)40080012001600200024002800320036004000

valni broj (cm-1)40080012001600200024002800320036004000

TG

DSC

TG

DSCDSC

TG

Prije Prije kalcinacijekalcinacije

FT-IRFT-IR

250 o/min

Ca3Fe2WO9 CaWO4Tetragonska I41/aMonoklinska P121/c1

 

 

Poslije Poslije kalcinacijekalcinacije

60 min10 min 120 min 60 min10 min 120 min