پایگاه علمی سعید سان دانلود رایگان مقالات علمی کنفرانس و ژورنال
دانلود پژوهش ساخت نانو ذرات فریت به روش همرسوبی
چکیده
هدف از این پژوهش ساخت نانو ذرات فریت نیکل- روی به روش همرسوبی می باشد. روش همرسوبی روشی مناسب و با صرفه و به نسبتاً سریع برای تولید نانوذراتی مانند فریت نیکل- روی می باشد. برای ساخت این نانو ذرات از روش همرسوبی شیمیایی استفاده شد.
ماده بدست آمده را در دمای حدود 600 درجه سانتیگراد به مدت2 ساعت حرارت داده شده و برای نمونه های بدست آمده براساس تغییر نسبت مولی و سرعت چرخش دستگاه همزن و مدت حرارت دهی‘ توسط پراش اشعهX ‘ تصاویر SEM و TEMمقایسه گردید. اندازه نانوذرات حدود 14 نانومتر قبل از حرارت دهی و 10 نانومتر بعد از حرارت دهی برآورد شدند. کوچکترین اندازه در نسبت مولی یک به یک و دمای 600 درجه سانتیگراد و سرعت چرخش همزن به میزان 5000 دور در دقیقه بدست آمده است.
1-1 مقدمه
یک نانومتر یک میلیاردم متر (m 9-10) است. این مقدار حدوداً چهار برابر قطر یک اتم هیدروژن است. مکعبی با ابعاد5/2 نانومتر ممکن است حدود 1000 اتم را شامل شود. کوچکترین مدار های تجمعی امروزی با ابعادی در حدود 250 نانومتر در هر لایه به ارتفاع یک اتم ، حدود یک میلیون اتم را در بردارند. در مقایسه یک جسم نانومتری با اندازه‌ای حدود 10 نانومتر، هزار برابرکوچکتر از قطر یک موی انسان است و قطر هر گلبول قرمز خون nm7000 و قطر هر مولکول آب برابر با nm3/0 است [1].
اهمیت مقیاس نانو در این است که در این مقیاس، مواد خواص کاملاً متفاوتی از خود نشان می دهند. دو دلیل عمده برای متمایز شدن خواص مواد در مقیاس نانو وجود دارد، اول افزایش قابل توجه سطح واحد جرم مواد است این ویژگی باعث بهبود استحکام، خواص الکتریکی و افزایش واکنش پذیری مواد می گردد. برخی مواد در مقیاس نانو واکنش پذیر هستند در حالیکه در مقیاس بزرگتر جزو مواد خنثی محسوب می شوند. دلیل دوم آشکار شدن تاثیرات کوانتومی در این مقیاس است، که باعث تغییر در خواص الکتریکی، اپتیکال و مغناطیسی مواد می شود. مواد می توانند یک بعد (پوششها و لایه ها)، دو بعد (نانو سیم ها و نانو تیوبها) و یا سه بعد (نانو ذرات) در مقیاس نانو داشته باشند.
خواص موجی شکل (مکانیک کوانتومی) الکترونهای داخل ماده و اثر متقابل اتمها با یکدیگر از جابجایی مواد در مقیاس نانومتر اثر می‌پذیرند. با تولید ساختارهایی در مقیاس نانومتر، امکان کنترل خواص ذاتی مواد ازجمله دمای ذوب، خواص مغناطیسی، ظرفیت بار و حتی رنگ مواد بدون تغییر در ترکیب شیمیایی بوجود می‌آید. استفاده از این پتانسیل به محصولات و تکنولوژیهای جدیدی با کارآیی بالا منتهی می‌شود که پیش از این میسر نبود. نظام سیستماتیک ماده در مقیاس نانومتری، کلیدی برای سیستمهای بیولوژیکی است [2].
1-2 تعریف نانو تکنولوژی
نانو تکنولوژی محدوده ای از تکنولوژی است که در این محدوده انسان می تواند انواع ترکیبات، آلیاژها، وسایل و ابزارها به طور کلی، سیستم ها و سازه های گوناگون را در مقیاس اتمی و مولکولی و در ابعاد نانومتری (یک میلیاردم متر) طراحی کرده و به مرحله ساخت برساند. روش ساخت در اکثر موارد، بصورت جابجا نمودن اتم ها و مولکل ها و قرار دادن آنها در موقعیت های مناسب می باشد. همچنین می توان نانو تکنولوژی را بر اساس اجزا تشکیل دهنده این نامگذاری، یعنی (نانو) و (تکنولوژی)، تعریف نمود. تکنولوژی در کل به معنی ساخت ابزارهای کاربردی با استفاده از قوانین علمی می باشد؛ همانطور که گفته شد، یک نانومتر به معنی یک میلیاردم متر است. محدوده ابعادی مورد بحث در نانو تکنولوژی عبارت است از ابعادی بین ۱ تا ۱۰۰ نانومترمی باشد. اما این محدوده، بخش زیادی از محدوده ابعادی علوم مختلف، از بلورشناسی با اشعه X گرفته تا فیزیک اتمی و مباحث شیمی و… را شامل می شود، لذا برای مشخص کردن محدوده کاری فرض می کنیم که نانو تکنولوژی تنها شامل ساخت و تولید در محدوده تعریف شده با استفاده از وسایل مخصوص می باشد.
بطور خلاصه نانو تکنولوژی شامل دستکاری مواد در مقیاس اتم ها بوده؛ که شامل قرار دادن اتم ها در جای خاص خود می باشد و اجازه می دهد تا موادی سبکتر، محکم تر، ارزان تر، تمیزتر و با دقت ابعادی بالاتر ساخته شوند. به زبان ساده تر می توان گفت که اجسام و مواد نانومتری، تعداد زیاد ولی قابل شمارشی از اتم ها و مولکول ها را دارا می باشند [3].
درباره نانو تکنولوزی بیشتر بدانیم:
نانوتکنولوژي يکي از جديدترين و مدرن ترين علومي است که امروزه در جهان مطرح است. عمر اين فناوري چيزي کمتر از 10 سال است، ولي محققان پيش بيني مي کنند ظرف 5 سال آينده تحولات بسيار عظيمي در اين زمينه صورت خواهد گرفت. دکتر سامر مي گويد: [3]
((نانوتکنولوژي يکي از فناوري هايي است که نسبت به سال هاي ابتدايي تحقيقات صنعتي و دانشگاهي آن در مقايسه با ساير علوم بسيار بسيار سريعتر دستخوش تغييرات و پيشرفت هاي فراوان شده است.))
دکتر تيمپ نيز در کتاب نانو تکنولوژی مي نويسد: [3]
((نقشي که نانوتکنولوژي در توسعه پيشرفت بشر ايفا خواهد کرد بسيار بيشتر و تأثير گذارتر از نقشي است که مارکوپولو و سفرهايش به شرق در توسعه و پيشرفت غرب ايفا نمود. چرا که مارکوپولو ذهني خلاق و نگاهي دقيق و موشکافانه داشت و تمام آنچه را که در طول سفر تا چين در نقاط مختلف مي ديد به دقت يادداشت مي کرد و الگو گرفتن از همان نوشته ها باعث شروع توسعه و پيشرفت در غرب شد.))
از نظر تاريخي آنچه باعث ظهور نانوتکنولوژي شد، کشف خاصيت نسبت سطح به حجم (A/V) بسيار بالاي مواد با ساختار نانو بود. اين جرقه اي بود که به کشف خصوصيات منحصر به فرد و شگفت انگيز نانوتکنولوژي منجر شد، چرا که اين خاصيت ويژه (يعني نسبت سطح به حجم زياد) باعث مي شود تا مواد توليد شده با اين روش داراي خصوصياتي از قبيل وزن بسيار کم، مقاومت و سختي بسيار بالا و هزينه هاي توليد بسيار پائين باشند. دربارة اين خصوصيت جالب در قسمت ماهيت و ساختار توضيحات بيشتري ارائه شده است.
وقتي گفته مي شود نسبت (A/V) در اجسام با مقياس نانو به مراتب بيشتر از حالت عادي است، يعني با تغيير در مقياس اتمي (يا کوچکتر)، اجزاء سازنده ي ماده به گونه اي در کنار هم قرار مي گيرند که بيشترين سطح ممکن را ايجاد کنند و چون اين حالت در مقياسي است که اندازه ها بسيار بسيار کوچکند، به همان نسبت افزايش سطح بسيار بسيار زياد مي شود که نتيجه ي آن هم اغلب سبکتر شدن ماده و خواهد بود، چرا که مثلاً وقتي gr 1 گرم از يک جسم معمولي، سطحي برابر2 cm1 دارد(مقياس ها فرضي اند)، در مقياس نانو همان gr 1 سطحي به مراتب بيشتر توليد مي کند؛ مثلاً 2 cm10. پس اگر بتوان در مقياس نانو به غلط سطح را با عکس جرم متناسب دانست، به اين معني است که وقتي در يک حجم ثابت سطح افزايش يابد، مي توان آن را به صورت کاهش جرم بيان کرده و نتيجه گرفت که نسبت m/V کوچک مي شود و اين هم يعني کاهش چگالی ماده که نتيجه آن سبک تر شدن ماده خواهد بود. حال به عنوان يک پيش فرض براي اثبات رياضي فرض کنيد لوله اي توپر به طول cm1 در اختيار داريم. اين لوله داراي مساحت سطح معيني است، اگر اين لوله را به 100 قسمت تقسيم کنيم، آيا سطح موثر آن کاهش مي يابد يا افزايش؟ اگر به 109 قسمت تقسيم شود چطور؟
در ابتداي بررسي ويژگي (A/V) توصيه مي شود منطق صرف رياضي را کنار گذاشته و آن را با مقداري استدلال و قوه ي تجسم در آميزيم. مي خواهيم نسبت سطح به حجم در يک استوانه به قطر r و ارتفاع یک واحد (شکل 1-1) را با n استوانه با همان قطر ولي به ارتفاع n/1 (شکل 1-2) مقايسه کنيم (اگر اين n استوانه به طول n/1 را در کنار هم قرار دهيم، يک استوانه با طول 1 بدست مي آيد).
فهرست مطالب
فصل اول: فن آوری نانو
1-1 مقدمه………………………………………………………………………………………………………………………… 2
1-2 تعریف نانو تکنولوژی…………………………………………………………………………………………………….3
1-3 نانو مواد……………………………………………………………………………………………………………………….8
1-3-1 خواص نانو مواد………………………………………………………………………………………………………..9
1-3-2 دسته بندی نانومواد…………………………………………………………………………………………………..12
1-4 زیرساختارها درنانو تکنولوژی………………………………………………………………………………………..17
1-5 مواد نانو بلوری……………………………………………………………………………………………………………18
1-6 نانوذرات……………………………………………………………………………………………………………………19
1-7 نانو کامپوزیت ها…………………………………………………………………………………………………………19
1-8 نانو کپسول ها……………………………………………………………………………………………………………..19
1-9 مواد نانو حفره ای………………………………………………………………………………………………………..20
1-10 نانو الیاف…………………………………………………………………………………………………………………21
1-11 نانو سیم ها………………………………………………………………………………………………………………..22
1-12 فولرین ها…………………………………………………………………………………………………………………22
1-13 نانو لوله های کربنی…………..……………………………………………………………………………………….23
فصل دوم: فریت ها
2-1 مقدمه………………………………………………………………………………………………………………………..26
2-1-1 تاریخچه… …………………………………………………………………………………………………………….26
2-1-2 خواص وکاربردها……………………………………………………………………………………………………27
2-2 سرامیکهای مغناطیسی چیستندوچه کاربردهایی دارند………………………………………………………… 27
2-3 ساختار اسپینلی…………………………………………………………………………………………………………….30
2-4 ساختار اسپینلی معکوس………………………………………………………………………………………………..31
2-5 چند نکته در مورد فریتها……………………………………………………………………………………………….31
فصل سوم: روش های ساخت فریت ها و دستگاه های اندازه گیری
3-1 روش تهیه نانو ذرات…………………………………………………………………………………………………….36
3-1-1 روش فیزیکی………………………………………………………………………………………………………….36
3-1-2 روش فیزیکی- شیمیایی……………………………………………………………………………………………37
3-1-3 روش شیمیایی…………………………………………………………………………………………………………37
3-1-3-1 همرسوبی شیمیایی……………………………………………………………………………………………….37
3-1-3-2 روش هیدروترمال………………………………………………………………………………………………..39
3-1-3-3 روش سل-ژل……………………………………………………………………………………………………..40
3-1-3-4 روش مایسل معکوس……………………………………………………………………………………………………………………………41
3-2 وسایل اندازه گیری نانو ذرات بکارگرفته شده دراین پایان نامه و شناسای آنها……………………….. 43
3-2-1 میکروسکوپ الکترون روبشی(SEM)…………………………………………………………………………43
3-2-2 میکروسکوپ الکترون عبوری (TEM)………………………………………………………………………..44
3-2-3 دستگاه پراش اشعه ایکس(XRD)………………………………………………………………………………45
فصل چهارم ساخت نانو ذرات فریتNi-Znبه روش هم رسوبی
4-1 مقدمه………………………………………………………………………………………………………………………..49
4-2 ساخت نمونه هایی از نانو ذرات فریت Ni-Znبه روش هم رسوبی…………………………………………51
4-2-1 تهیه نمونه (1)………………………………………………………………………………………………………….52
4-2-2 تهیه نمونه (2)………………………………………………………………………………………………………….55
4-2-3 تهیه نمونه (3)………………………………………………………………………………………………………….57
4-2-4 تهیه نمونه (4)………………………………………………………………………………………………………….59
4-2-5 تهیه نمونه (5)………………………………………………………………………………………………………….65
4-3 ساخت نانو ذرات فریت Zn به روش همرسوبی…………………………………………………………………70
4-4 بیان مشکلات……………………………………………………………………………………………………………..71
4-5 پیشنهادات………………………………………………………………………………………………………………….72
4-6 نتیجه گیری………………………………………………………………………………………………………………..72
| فرمت فایل: Word (قابل ویرایش) |
| تعداد صفحات: 83 |
| حجم: 14.1 مگابایت |