اثر افزایش میزان آلومینیوم نیترات بر سنتز الیاف آلومینا به روش الکتروریسی

الیاف آلومینایی، یکی از مهم ترین و پرکاربردترین الیاف سرامیکی به حساب می‌آیند. به دلیل نسبت سطح به حجم بالای نانوالیاف، از نانوالیاف آلومینا می توان به عنوان پایه کاتالیست استفاده کرد. تولید الیاف سرامیکی با استفاده از روش الکتروریسی همچنان به عنوان موضوعی چالش‌ برانگیز باقی مانده است. هدف از انجام این پژوهش، استفاده از آلومینیم نیترات به عنوان پیش‌ماده‌ی در دسترس و ارزان قیمت برای دستیابی به نانوالیاف آلومینا با بالاترین نسبت پیش‌ماده سرامیکی: پلیمری در محلول ریسندگی است. در پژوهش حاضر، محلول‌ پلی وینیل پیرولیدون با نسبت‌های مختلفی از محلول آلومینیم نیترات مخلوط شد تا قابلیت الکتروریسی آن‌ها بررسی شود. برای این منظور، نسبت وزنی آلومینیم نیترات به پلی وینیل پیرولیدون در محلول الکتروریسی از 0/5 تا 2 افزایش یافت و قابلیت انجام الکتروریسی آنها ارزیابی شد. بیشترین نسبت وزنی آلومینیم نیترات به پلیمر در محلول که فرآیند الکتروریسی را با اختلال مواجه نکرد، 1:1 بود و فرآیند الکتروریسی با ولتاژ kv 17، نرخ تغذیه‌ی ml/h 1 و فاصله‌ی cm 12 بین سوزن تا جمع‌کننده انجام شد. در نهایت، نمد الیافی که دارای بیشترین میزان آلومینیم نیترات بود، پس از خشک شدن، در دمای c° 950 کلسینه شد. الیاف به کمک میکروسکوپ الکترونی روبشی، پراش پرتو ایکس و طیف‌سنجی تبدیل فوریه فروسرخ مشخصه‌یابی شد. نتایج حاصل از پراش پرتو ایکس نشان داد که فاز الیاف آلومینا پس از عملیات حرارتی، گاما آلومینا است. تصاویر ریزساختاری حاصل از میکروسکوپ الکترونی روبشی نشان داد که الیاف ریسیده شده قبل از عملیات حرارتی از پیوستگی خوبی برخوردار است و گره‌ای در آنها مشاهده نمی‌شود؛ گرچه پس از عملیات حرارتی، خردشدگی و کاهش پیوستگی در الیاف مشاهده می‌شود و قطر الیاف از حدود 500 نانومتر به زیر 300 نانومتر رسیده است. همچنین، نتایج حاصل از طیف سنجی فروسرخ الیاف نشان داد که باوجود کاهش شدت پیک‌های مربوط به گروه‌های عاملی پلی وینیل پیرولیدون پس از عملیات حرارتی تا دمای 950 درجه سانتی‌گراد، برخی پیک‌های مرتبط با کربن حذف نشده‌اند. 

the effect of increasing aluminum nitrate content on the synthesis of alumina nanofibers by electrospinning method

alumina fibers are considered one of the most important and widely used ceramic fibers. due to the high surface-to-volume ratio of nanofibers, alumina nanofibers can be used as catalyst supports. the fabrication of ceramic fibers using the electrospinning method has remained a challenging topic. the purpose of this study is to utilize aluminum nitrate as an accessible and cost-effective precursor to fabricate alumina nanofibers with the highest possible ceramic-to-polymer precursor ratio in the spinning solution. in this research, polyvinylpyrrolidone (pvp) solutions were mixed with varying ratios of aluminum nitrate solution to investigate their electrospinnability. for this purpose, the weight ratio of aluminum nitrate to pvp in the electrospinning solution was increased from 0.5 to 2, and their electrospinning performance was evaluated. the highest aluminum nitrate-to-polymer weight ratio in the solution, which did not disrupt the electrospinning process, was found to be 1:1. the electrospinning process was conducted at a voltage of 17 kv, a feed rate of 1 ml/h, and a distance of 12 cm between the needle and the collector. finally, the fiber mat with the highest aluminum nitrate content was dried and calcined at a temperature of 950°c. the fibers were characterized using scanning electron microscopy (sem), x-ray diffraction (xrd), and fourier-transform infrared spectroscopy (ftir). the xrd results indicated that the alumina fiber phase was gamma-alumina after heat treatment. the micrographs from sem revealed that the electrospun fibers exhibited good continuity with no noticeable beads before heat-treatment. after heat treatment, the fiber diameter has decreased from approximately 500 nm to below 300 nm, and fiber fragmentation and reduced continuity were observed. furthermore, ftir analysis of the fibers demonstrated that, although the intensity of peaks related to the functional groups of polyvinylpyrrolidone decreased after calcination at 950°c, some carbon-related peaks were not eliminated.