تولید و پرتونگاری نانوذرات آلومینیوم با استفاده از دستگاه انفجار الکتریکی سیم و سیستم رادیوگرافی ایکس طراحی شده

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه فیزیک، دانشکده علوم، دانشگاه ارومیه، ارومیه، ایران

2 گروه مهندسی برق، کامپیوتر و مهندسی پزشکی، مرکز آموزش عالی فنی و مهندسی بوئین زهرا، قزوین، ایران

چکیده

تولید نانوذرات آلومینیوم و تشخیص اندازه این نانوذرات با پرتونگاری ایمن و ارزان‌قیمت به‌وسیله طراحی و ساخت تجهیزات انفجار الکتریکی سیم و رادیوگرافی پرتو ایکس از جمله اهداف مورد نظر در این تحقیق است. با استفاده از دستگاه انفجار سیم جریان‌های 20، 115 و 250 آمپر به سیم آلومینیومی اعمال شده و بر پایه نتایج به‌دست آمده، نانوذراتی در ابعاد 20 تا 100 نانومتر به‌دست آمده است. جریان و نیروی قوس الکتریکی به‌کار رفته بر روی مقدار نانوذرات آلومینیوم پخش شده در داخل محلول، وضوح و پهنای مسیر نور لیزر و رنگ محلول تأثیرگذار است. به ازای کمینه مقدار جریان و نیرو، غلظت نانوذرات در محلول کمتر و رنگ آن شفاف تر بوده و پهنای نور لیزر دارای کمترین مقدار خود است. همچنین به ازای بیشینه مقدار جریان و نیرو، مقدار و غلظت نانوذرات پخش شده در داخل محلول بیشتر شده و محلول دارای رنگ تیره‌تری است. در این حالت، مسیر نور لیزر واضح تر و پهنای آن نیز دارای بیشترین مقدار است. دستگاه پرتونگاری طراحی شده مجهز به هوزینگ تیوب مولد ایکس جهت حذف سرب کوبی اتاق اشعه ایکس و افزایش ایمنی است. از طریق پرتونگاری نانویی با استفاده از تابش اشعه ایکس به نانوذرات تولیدی و با توجه به امواج ساطع شده از نانوذرات و رنگ‌های مشاهده شده در پرتو نگاری، ابعاد نانوذرات آلومینیوم تعیین و با نتایج به‌دست آمده برای نانوذرات مس مقایسه شده است.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Production and radiography of aluminum nanoparticles using electrical explosion of wire device and a designed X-ray radiography system

نویسندگان [English]

  • Shahin Ebrahimpour 1
  • Mohammad Taghi Ahmadi 1
  • Hadi Goudarzi 1
  • Meisam Rahmani 2
1 Department of Physics, Faculty of Science, Urmia University, Urmia
2 Department of Electrical and Computer Engineering, Buein Zahra Technical University, Buein Zahra, Qazvin, Iran
چکیده [English]

The production of aluminum nanoparticles and the determination of the size of these nanoparticles by safe and low-cost radiography through the design and construction of electrical explosion of wire and X-ray radiography equipment are among the objectives of this research. Using a wire explosion device, currents of 20, 115, and 250A were applied to the aluminum wire, and based on the results obtained, nanoparticles with dimensions of 20 to 100 nanometers were obtained. The current and electric arc force used affect the amount of aluminum nanoparticles dispersed in the solution, the clarity and width of the laser light path, and the color of the solution. For the minimum amount of current and force, the concentration of nanoparticles in the solution is lower and its color is clearer, and the width of the laser light has its lowest value. Also, for the maximum amount of current and force, the amount and concentration of nanoparticles dispersed in the solution increases and the solution has a darker color. In this case, the laser light path is clearer and its width is also the highest. The designed radiography device is equipped with an X-ray tube housing to eliminate lead contamination in the X-ray room and increase safety. Through nano-radiography, using X-ray radiation to the produced nanoparticles and considering the waves emitted from the nanoparticles and the colors observed in the radiography, the dimensions of the aluminum nanoparticles were determined and compared with the results obtained for copper nanoparticles.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Aluminum nanoparticles
  • Electrical explosion of wire
  • X-ray radiography
  • Color and size characterization

مراجع

  1. F. J. Heiligtag, M. Niederberger. The fascinating world of nanoparticle research. Mat. Today 16 )7-8) (2013) 262-271.
  2. J. R. Hochella, F. Michael. Nanominerals, mineral nanoparticles, and earth systems. Science 319 (5870) (2008) 1631-1635.
  3. X. Luo, A. Morrin, A. J. Killard, M. R. Smyth. Application of nanoparticles in electrochemical sensors and biosensors. Electroanalysis 18 (2006) 319-326.
  4. Y.-S. Kwon, A. A. Gromov, A. P. Ilyin. Reactivity of superfine aluminum powders stabilized by aluminum diboride. Combust. Flame. 131 (3) (2002) 349-352.
  5. M. Keams. Development and applications of ultrafine aluminum powders. Mater. Sci. Eng. A. 375-377 (2004) 120-126.
  6. A. V. Rane, K. Kanny, V. K. Abitha, S. Thomas. Methods for synthesis of nanoparticles and fabrication of nanocomposites. Synthesis Inorganic Nanomat. (2018) 121-139.
  7. L. Liu, J. Zhao, W. Yan, Q. Zhang. Influence of energy deposition on characteristics of nanopowders synthesized by electrical explosion of Aluminum wire in the Argon gas. IEEE Trans. Nanotech. 13 (4) (2014) 842-849.
  8. M. I. Lerner, E. A. Glazkova, A. S. Lozhkomoev, N. V. Svarovskay, O. V. Bakina, A. V. Pervikov, S. G. Psakhie. Synthesis of Al nanoparticles and Al/AlN composite nanoparticles by electrical explosion of aluminum wires in argon and nitrogen. Powder Technol. 295 (2016) 307-314.
  9. Y. A. Kotov. Electric explosion of wires as a method for preparation of nanopowders. J. Nanoparticle Res. 5 (2003) 539-550.
  10. V. A. Burtsev, A. B. Andrezen, A. A. Drozdov, N. V. Kalinin. Electrical Explosion of Conductors as a Source of High Electrical Field Strength Pulses. AIP Conf. Proc. 650 (2002) 53-56.
  11. Y. S. Lee, B. Bora, S. L. Yap, C. S. Wong. Effect of ambient air pressure on synthesis of copper and copper oxide nanoparticles by wire explosion process. Curr. Appl. Phys. 12 (2012) 199-203.
  12. E. C. Cnare, F. W. Neilson. Large Exploding Wires-Correlation to Small Wires and Pause Time Versus Length Dependency. Sandia Corp., Albuquerque, N. Mex, 1959.
  13. O. Antonov, S. Efimov, D. Yanuka, M. Kozlov, V. Gurovich, Y. Krasik. Generation of converging strong shock wave formed by microsecond timescale underwater electrical explosion of spherical wire array. Appl. Phys. Lett. 102 (2013) 124104.
  14. V. I. Oreshkin, R. Baksht. Wire explosion in vacuum. IEEE Trans. Plasma Sci. 48 (5) (2020) 1214-1248.
  15. P. Sen, J. Ghosh, A. Abdullah, P. Kumar, Vandana. Preparation of Cu, Ag, Fe and Al nanoparticles by the exploding wire technique. J. Chem. Sci. 115 (2003) 499-508.
  16. R. F. Phalen. Evaluation of an exploded-wire aerosol generator for use in inhalation studies. J. Aerosol Sci. 3 (1972) 395-400.
  17. B. Mohtashami, F. Tourchian. Christensen's Physics of Diagnostic Radiology. Noor Danesh, Iran, 2004.
  18. F. Tourchian. Specialized Techniques: Radiology, CT Scan, MRI, and Nuclear Medicine. Noor Danesh, Iran, 2004.
  19. S. Alice, G. W. Kneale. Radiation dose effects in relation to obstetric x-rays and childhood cancers. The Lancet. 295 (7658) (1970) 1185-1188.‏
  20. J. Chen, S. Loeb, J. H. Kim. LED revolution: fundamentals and prospects for UV disinfection applications. Environ. Sci.: Water Res. Technol. 3 (2017) 188-202.
  21. M. Ahmadi, S. Ebrahimpour, M. T. Ahmadi, H. Goudarzi. Design and fabrication of X-ray accelerator housing to increase the safety and ignore the lead room. J. Radiat. Safety Measurement 11 (5) (2022) 205-208.
  22. M. Ahmadi, S. Ebrahimpour, M.T. Ahmadi, H. Goudarzi. Design and fabrication of X- ray radiography system. J. Radiat. Safety Measurement 11 (5) (2022) 201-204.
  23. W. B. Russel. Brownian motion of small particles suspended in liquids. Annu. Rev. Fluid Mech. 13 (1981) 425-455.
  24. S. T. Ryoo, J. K. Chang. Representation of Dispersion Effect Using N-Way Color Based White Light. In: Park, J., Leung, V., Wang, CL., Shon, T. (eds) Future Information Technology, Application, and Service. Lecture Notes in Electrical Engineering, vol 179. Springer, Dordrecht. (2012) 165-175.‏
  25. Y. Shafiei Dizji, M. T. Ahmadi, H. Goodarzi, M. Rahmani. Radiographic study of copper nanoparticles and their production by electric wire explosion. 3rd Intl. Conf. Res. Tech. Nanoscience (2023).
  26. N. A. Dhas, C. P. Raj, A. Gedanken. Synthesis, characterization, and properties of metallic copper nanoparticles. Chem. Mater. 10 (1998) 1446-1452.
  27. P. K. Khanna, S. Gaikwad, P. V. Adhyapak, N. Singh, R. Marimuthu. Synthesis and characterization of copper nanoparticles. Mater. Lett. 61 (2007) 4711-4714.
  28. D. Mott, J. Galkowski, L. Wang, J. Luo, C. Zhong. Synthesis of size-controlled and shaped copper nanoparticles. Langmuir. 23 (2007) 5740-5745.
  29. A. Umer, S. Naveed, N. Ramzan, M. S. Rafique, M. Imran. A green method for the synthesis of copper nanoparticles using L-ascorbic acid. Matéria. 19 (2014) 197-203.
  30. J. Ramyadevi, K. Jeyasubramanian, A. Marikani, G. Rajakumar, A. A. Rahuman. Synthesis and antimicrobial activity of copper nanoparticles. Mater. Lett. 71 (2012) 114-116.
  31. Y. Wei, S. Chen, B. Kowalczyk, S. Huda, T. P. Gray, B. A. Grzybowski. Synthesis of stable, low-dispersity copper nanoparticles and nanorods and their antifungal and catalytic properties. J. Phys. Chem. C. 114 (2010) 15612-15616.
  32. Z. Ibupoto, K. Khun, V. Beni, X. Liu, M. Willander. Synthesis of novel CuO nanosheets and their non-enzymatic glucose sensing applications. Sensors 13 (2013) 7926-7938.
  33. J. M. Zen, C. T. Hsu, A. S. Kumar, H. J. Lyuu, K. Y. Lin. Amino acid analysis using disposable copper nanoparticle plated electrodes. Analyst. 129 (2004) 841-845.

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار