بررسی پایداری حرارتی نانوذرات Fe5C2

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی مواد و متالورژی، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران.

2 استادیار، گروه مهندسی مواد و متالورژی، دانشکده مهندسی، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران

3 دانشجوی دکتری، دانشکده مهندسی مواد، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران.

چکیده

Fe5C2 یکی از انواع کاربیدهای آهن است که در سال‌های اخیر بسیار مورد توجه قرار گرفته است. این ماده با توجه به مغناطش اشباع بالا و خنثی بودن از لحاظ شیمیایی می‌تواند در حوزه‌های مختلف مهندسی و پزشکی کاربرد داشته باشد. یکی از مهمترین چالش‌ها در عمل، پایداری حرارتی نانوذرات Fe5C2 است. در این تحقیق، نانوذرات Fe5C2 توسط یک روش شیمیِ تر سنتز شدند. تکنیک‌های پراش پرتو ایکس (XRD) و میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM) به ترتیب برای بررسی خواص شیمیایی و مورفولوژی نمونه در دمای محیط مورد استفاده قرار گرفتند. تصویر میکروسکوپ الکترونی عبوری نمایانگر مورفولوژی کروی و میانگین اندازه 30 نانومتر برای نانوذرات بود. آنالیز توزین حرارتی (TGA) برای مطالعه رفتار حرارتی این کاربید مغناطیسی انجام شد. مقدار محاسبه‌شده برای انرژی اکتیواسیون تخریب حرارتی فاز با استفاده از روش Flynn-Wall-Ozawa، 51/139 کیلوژول است. پس از گرمایش نمونه، تست XRD مجدداً تکرار شد تا تغییرات فازی در دمای بالا بررسی شود. در نهایت، الگوی پراش پرتو ایکس، تبدیل کاربید مغناطیسی آهن به آهن و مگنتیت پس از فرایند گرمایش را تایید کرد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

An Investigation on Thermal Stability of Fe5C2 Nanoparticles

نویسندگان [English]

  • Fatemeh Najar Nia 1
  • Samaneh Sahebian Saghi 2
  • Fatemeh Ahmadpoor 3
1 M.Sc., Department of Materials and Metallurgy, Faculty of Engineering, Ferdowsi University of Mashhad, Mashhad, Iran.
2 Assistant Professor, Department of Materials and Metallurgy engineering, Faculty of Engineering, Ferdowsi University of Mashhad, Mashhad, Iran
3 Student of PhD, Department of Materials Engineering, Tarbiat Modares University, Tehran, Iran.
چکیده [English]

Fe5C2 is a recently attentioned iron carbide with high saturation magnetization and suitable chemical inertness that is known to have applications in different fields of engineering and medicine. One of the most important challenges in usage, is thermal stability of iron carbide nanoparticles. In this research, Fe5C2 nanoparticles were synthesized through a wet chemical route. XRD and TEM techniques were used to characterize chemical and morphological features of the sample at room temperature, respectively. TEM micrograph demonstrated the spherical morphology and the average size of the nanoparticles to be 30 nm. Thermogravimetric analysis (TGA) was performed to study the thermal behavior of this magnetic carbide. The activation energy of the phase decomposition was evaluated to be 139.51 kJ utilizing Ozawa method. After heating, XRD test was repeated to investigate phase changes at high temperature. Finally, X-ray diffraction pattern proved the conversion of Hagg iron carbide to iron and magnetite after heat treatment.

کلیدواژه‌ها [English]

  • "Fe5C2"
  • "Thermal Stability"
  • "TGA"
  • "Flynn-Wall-Ozawa Method"
1-            Gupta AK, Gupta M. Synthesis and surface engineering of iron oxide nanoparticles for biomedical applications. Biomaterials. 2005;26(18):3995-4021.

2-            Lu AH, Salabas EeL, Schüth F. Magnetic nanoparticles: synthesis, protection, functionalization, and application. Angewandte Chemie International Edition. 2007;46(8):1222-44.

3-            Peng S, Wang C, Xie J, Sun S. Synthesis and stabilization of monodisperse Fe nanoparticles. Journal of the American Chemical Society. 2006;128(33):10676-7.

4-            Yang C, Zhao H, Hou Y, Ma D. Fe5C2 Nanoparticles: A Facile Bromide-Induced Synthesis and as an Active Phase for Fischer–Tropsch Synthesis. Journal of the American Chemical Society. 2012;134(38):15814-21.

5-            Yu J, Yang C, Li J, Ding Y, Zhang L, Yousaf MZ, et al. Multifunctional Fe5C2 nanoparticles: a targeted theranostic platform for magnetic resonance imaging and photoacoustic tomography‐guided photothermal therapy. Advanced Materials. 2014;26(24):4114-20.

6-            Huber DL. Synthesis, properties, and applications of iron nanoparticles. Small. 2005;1(5):482-501.

7-            Tang W, Zhen Z, Yang C, Wang L, Cowger T, Chen H, et al. Fe5C2 nanoparticles with high MRI contrast enhancement for tumor imaging. Small. 2014;10(7):1245-9.

8-            Giordano C, Kraupner A, Wimbush SC, Antonietti M. Iron carbide: an ancient advanced material. Small. 2010;6(17):1859-62.

9-            Feng L, Gai S, Dai Y, He F, Sun C, Yang P, et al. Controllable Generation of Free Radicals from Multifunctional Heat-Responsive Nanoplatform for Targeted Cancer Therapy. Chemistry of Materials. 2018;30(2):526-39.

10-          Faraoun H, Zhang Y, Esling C, Aourag H. Crystalline, electronic, and magnetic structures of θ-Fe 3 C, χ-Fe 5 C 2, and η-Fe 2 C from first principle calculation. Journal of applied physics. 2006;99(9):093508.

11-          Ahmadpoor F, Shojaosadati SA, Delavari H, Christiansen G, Saber R. Synthesis of Fe5C2@ SiO2 core@ shell nanoparticles as a potential candidate for biomedical application. Materials Research Express. 2018;5(5):055038.

12-          Chen Y, Wang Q. Thermal oxidative degradation kinetics of flame-retarded polypropylene with intumescent flame-retardant master batches in situ prepared in twin-screw extruder. Polymer Degradation and Stability. 2007;92(2):280-91.

13-          Tiptipakorn S, Damrongsakkul S, Ando S, Hemvichian K, Rimdusit S. Thermal degradation behaviors of polybenzoxazine and silicon-containing polyimide blends. Polymer degradation and stability. 2007;92(7):1265-78.

14-          Yuan X, Li C, Guan G, Xiao Y, Zhang D. Thermal degradation investigation of poly (ethylene terephthalate)/fibrous silicate nanocomposites. Polymer Degradation and Stability. 2008;93(2):466-75.

15-          Zhao W, Zhang Q, Chen T, Lu T. Preparation and thermal decomposition of PS/Ni microspheres. Materials Chemistry and Physics. 2009;113(1):428-34.

e:normal'>, Vol. 65, No. 23, pp. 233-407, 2002

 

[13]         Li, Y., Wang, J., Gu, Z., Wang, Z., Luo, J. and Wu, D., “Tensile properties of long aligned double-walled carbon nanotube strands,” Carbon, Vol. 43, No. 1, pp. 31-35, 2005.

[14]               Najafi, M., Ansari, R. and Darvizeh A., “Experimental study of the influence of mixing method of nanoclay on mechanical properties