Naslov
Strukturna ispitivanja nanokristalnog titanovog dioksida
(Structural investigations of nanocrystalline titanium dioxide)

Autori
Djerdj, Igor

Vrsta, podvrsta i kategorija rada
Ocjenski radovi, doktorska disertacija

Fakultet
Prirodoslovno-matematički fakultet

Mjesto
Zagreb

Datum
19.12

Godina
2003

Stranica
159

Mentor
Tonejc, Anđelka

Ključne riječi
titan dioksid; kristalno zrno; Rietveldova metoda; mikrostruktura; nanokristalni; utočnjavanje strukture
(titania; crystal grain; Rietveld method; microstructure; nanocrystalline; structure refinement)

Sažetak
Uzorci nanokristalnog TiO2 pripremljeni modificiranom sol-gel metodom ispitivani su komplementarnim tehnikama strukturnih istraživanja: elektronska mikroskopija (TEM, BF, DF, HRTEM, SAED), rentgenska difrakcija u prahu, rasterska mikroskopija i niskofrekventna Ramanska spektroskopija. Strukture su utočnjavane Rietveldovom metodom primijenjenom na rezultate rentgenske i elektronske difrakcije u prostornoj grupi anatasa I41/amd (141) i brukita Pbca (61). Nađeno je relativno povećanje parametara jedinične ćelije anatasa dopiranih uzorka u odnosu na iste nedopirane uzorke, povećanje parametra jedinične ćelije anatasa a i smanjenje parametra c u odnosu na ICDD PDF vrijednosti (polikristalni materijal) ; povećanje Debye-Waller parametara atoma Ti i O naših uzoraka TiO2 u odnosu na uzorke s većim zrnima uslijed povećanja statičke komponente Bs (samo iz rentgenske difrakcije) ; inverzija duljina veza TiO6 oktaedra. Nedopirani uzorci TiO2 su po faznom sastavu: anatas oko 76% i brukit oko 24%. Željezom dopirani uzorci su čvrsta otopina Fe u matrici anatasa s približnom formulom Ti0.88Fe0.12O1.76. Srednje veličine zrna i njihove raspodjele izračunate indirektnim metodama pokazale su dobro slaganje s izračunom istih direktnim putem. Teorijska funkcija koju eksperimentalne raspodjele većinom slijede je lognormalna funkcija. Mikrostruktura naših uzoraka može se prema slikama visokog razlučivanja opisati koegzistencijom područja više uređenosti (kristalna zrna identificiranih faza), područja niže uređenosti (granice zrna), amorfna područja i šupljine, pri čemu se koncentracija defekata povećava sa smanjenjem veličine zrna približno po zakonu 1/D. To je pokazano ponašanjem relativnih odstupanja parametara jedinične ćelije anatasa od ICDD PDF vrijednosti i mikrodeformacije s promjenom veličine zrna. Kristalografsko procesiranje slika visokog razlučivanja je pokazalo infiltriranje ravnina polietilenglikola u (101) kristalne ravnine anatasa ; precipitaciju željeznih oksida (hematit i maghemit), pojavu rutila, pojavu uređenja na nanometarskoj ljestvici u granicama zrna. Kod željezom dopiranog uzorka TiO2 uočen je njegovim popuštanjem fazni prijelaz anatas-rutil ispod očekivane temperature faznog prijelaza. Objašnjenje akceleracije faznog prijelaza A-R je prisustvo kisikovih vakancija kao posljedica nabojne kompenzacije uslijed supstitucije kationa Ti4+ sa željeznim kationom Fe3+. Dokazan je supstitucijski i intersticijski razmještaj željeznih kationa u kristalnoj rešetki anatasa. Energijska disperzivna spektroskopija (EDS) dala je kvalitativnu potvrdu konstitutivnih kemijskih elemenata u uzorcima: Ti i O (nedopirani uzorci) te Ti, O, Fe, S, C (željezom dopirani uzorci). Rezultati rasterske elektronske mikroskopije (SEM) su pokazali homogenost površine uzoraka. Mapiranje po karakterističnim linijama konstitutivnih elemenata pokazalo je homogenu površinsku raspodjelu istih.

Izvorni jezik
Hrvatski

Znanstvena područja
Fizika

POVEZANOST RADA