مواد و فناوری های پیشرفته
سال:1398 | دوره:8 | شماره:1 |تعداد مقالات:8

امروزه فیلم های اکسید آلومینیوم آندی (AAO) ایجادشده به کمک آندایزینگ، دارای کاربردهای گسترده ای در حوزه های مختلفی از نانو می باشند. در این پژوهش به بررسی چگونگی ایجاد AAO به کمک آندایزینگ نرم و سخت آلیاژ آلومینیوم 1100 در سه شرایط متفاوت پرداخته شد و پارامترهای مشخصه فیلم های حاصل از این سه حالت مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که به کمک مخلوط اسید اگزالیک-اسید سولفوریک به عنوان الکترولیت آندایزینگ می توان در ولتاژهای پایین تری نسبت به آندایزینگ در محلول اسید اگزالیک به فیلم های AAO مناسب دست یافت. هم چنین با استفاده از تصاویر میکروسکوپی الکترونی نشر میدانی مشخص شد، به کارگیری مخلوط اسید اگزالیک-اسید سولفوریک منجر به دست یابی به فیلم هایی با فاصله بین حفره ای و قطر حفره ای کمتر بدون کاهش کیفیت فیلم اکسیدی می شود. ضخامت لایه سدی نیز به عنوان پارامتر مهم برای رشد مواد مختلف درون AAO از 155 نانومتر به حدود 110 نانومتر کاهش می یابد. بررسی فازهای موجود در AAO به کمک آنالیز پراش اشعه ایکس حاکی از ساختار آمورف-بلوری این فیلم ها داشت. نتایج آنالیز EDS نشان داد، این فیلم ها با اضافه شدن اسید سولفوریک به محلول آندایزینگ حاوی مقادیر گوگرد می شوند و با افزایش غلظت اسید سولفوریک به کار رفته مقدار گوگرد بیشتر خواهد شد. این موضوع نشان دهنده قدرت اسیدی بالای اسید سولفوریک و نفوذ این عنصر به فیلم در حین فرایند آندایزینگ می باشد.

ساختارهای احتمالی حاصل از جذب یون فرمات روی صفحه ی 101 چندشکلی آناتاز دی اکسید تیتانیوم با محاسبات مکانیک کوانتومی مورد بررسی قرار گرفتند تا نحوه ی عملکرد این کاتالیزگر نوری پیشرفته در این فرآیند جذب مورد تجزیه و تحلیل واقع شود. در ابتدا ساختارهای سطح جاذب تنها، گونه ی جذب شونده ی تنها و سطح جاذب شامل گونه ی جذب-شونده، تحت محاسبات بهینه سازی ساختار قرار گرفتند تا ساختارهای بهینه به دست آیند. این بهینه سازی ساختارها با روش های محاسباتی غیر تناوبی و تناوبی انجام شدند. نتایج حاصل از هر دو روش، نحوه جذب در حالت یونی را پایدارتر از حالت مولکولی به دست می دهند. در ضمن حالت دودندانه ی یون فرمات روی سطح دارای نقص اکسیژن پایدارتر از حالت دودندانه ی آن روی سطح کامل و هردو پایدارتر از حالت تک دندانه ی آن روی سطح کامل می باشند. به منظور تایید این نتایج حاصل از بررسی های انرژی جذب، از نظریه های اتم در مولکول (AIM) و تشدید مغناطیس هسته (NMR) استفاده شد. با استفاده از نظریه کوانتومی اتم در مولکول ماهیت پیوندهای اکسیژن-تیتانیوم مشخص شد و نشان داده شد که آنها ماهیت الکترواستاتیک دارند. نتایج حاصل از این دو نظریه، نتایج قبلی در مورد قدرت جذب را تایید نمودند.

پوشش های محافظ اکسید تیتانیم به روش اکسیداسیون الکترولیتی پلاسمایی روی زیرلایه تیتانیم خالص تجاری در چگالی جریان A/cm2 15/0 و الکترولیت حاوی g/L 15-5 پتاسیم فسفات برای مدت زمان s 600-120 ایجاد شدند. تاثیر زمان اکسیداسیون و غلظت الکترولیت روی مورفولوژی سطح، ضخامت، زبری، تخلخل نسبی، توزیع حفرات، ریزساختار و رفتار خوردگی مورد ارزیابی قرار گرفت. بررسی تغییرات ولتاژ-زمان مشخص ساخت که افزایش غلظت الکترولیت تا g/L 15، سبب تسریع فرایند جرقه زنی شده و ولتاژ شکست را از V 593 به V 516 کاهش داده است. ارزیابی مورفولوژی سطحی نشان داد که حفرات سطحی در فواصل دورتری از یکدیگر ایجاد و برآمدگی های اطراف حفرات نمایان تر شده است. با گذشت زمان پوشش دهی تا s 600 ضخامت و زبری سطح لایه اکسیدی افزایش یافت و با توجه به تخلخل 11% سطح پوشش، مجموع تعداد حفرات با قطر بیش از µ m 1 به 18% کل حفرات سطحی رسید. بررسی رفتار خوردگی مشخص ساخت که ضخامت µ m 3/0 2± /8 و تراکم سطحی کم حفرات، مقاومت به خوردگی نمونه پوشش دهی شده در غلظت g/L 15 پتاسیم فسفات را تا kΩ . cm21670 افزایش داده است.

در این پژوهش، آلیاژ مس-قلع با سه مقدار قلع مختلف 18/0، 3/0 و 5/0 درصد وزنی از طریق ریخته گری پیوسته در دو دمای 1150 و 1180 درجه سانتی گراد و دو سرعت سه و پنج متر بر دقیقه تهیه شدند. سپس خواص ریزساختاری و مکانیکی آنها مورد مطالعه قرار گرفته و با رفتار نمونه مس خالص مقایسه شد. نتایج دانه بندی حاکی از آن است که نمونه-های ریختگی دارای ساختاری ستونی بوده که به صورت شعاعی از دیواره ها به طرف مرکز نمونه کشیده شده است. هم-چنین تاثیر افزایش مقدار عنصر آلیاژی در کشیدگی دانه ها از هر دو پارامتر ریخته گری بیشتر می باشد. آنالیز میکروسکوپ الکترونی روبشی نشان داد که توزیع قلع در نمونه تقریباً همگن بوده و هیچ فازی که غنی از قلع باشد، ایجاد نمی گردد. همچنین هدایت الکتریکی نمونه ها با افزایش درصد قلع کاهشی جزیی پیدا کرده ولی دما و سرعت فرایند ریخته گری تاثیری در این مقدار ندارد.

کاتد در باتری های لیتیم-یون تعیین کننده کارآیی و رفتار این نوع وسایل ذخیره انرژی می باشد. ماده کاتدی LiFePO4 (LFP) با ساختار اولیوین و گروه فضایی Pnma (اورتورمبیک) مورد بررسی نظریه تابعی چگالی (DFT) با کد Wien2k قرار گرفت. محاسبات با استفاده از روش‍ های LSDA، PBE-GGA، LSDA+U، GGA+U، پتانسیل Becke-Johnson بهبود یافته (mBJ) و PBE-Fock-α انجام شدند. محاسبات ساختاری نشان داد ساختار این کاتد پس از خروج لیتیم پایداری خود را حفظ می-نماید. حجم ساختار محاسبه شده با روش GGA بزرگتر و با روش LSDA کوچکتر از حجم ساختار آزمایشگاهی تخمین زده شد. پس از خروج لیتیم بیشترین انقباض در صفحه ab رخ می دهد که این پدیده می تواند موجب خروج یکنواخت لیتیم به-صورت آبشاری/دومینویی در جهت محور c گردد. این پدیده می تواند مسئول ایجاد ولتاژ یکنواخت برای این کاتد در هنگام شارژ/تخلیه باشد. محاسبات ولتاژ نظری نشان داد نزدیک ترین مقادیر محاسبه شده ولتاژ به مقدار آزمایشگاهی (V2/3) متعلق به روش های GGA+U، GGA و mBJ است. بر طبق چگالی حالات محاسبه شده، ساختار قبل از خروج لیتیم (LiFePO4) نیمه هادی نوع N و ساختار پس از خروج لیتیم (FePO4) نیمه هادی نوع P می باشد. ترکیب دیود بایاس معکوس اتصال P-N موجب نرخ پذیری کمتر این کاتد نسبت به کاتدهای اکسیدی، شده است. هرچند به دلیل موقعیت تراز فرمی و باندهای پذیرنده و گیرنده، این کاتد نسبت به بسیاری از پلی آنیون ها نرخ پذیری بهتری دارد. از دست دادن لیتیم و انتقال حالت یونی Fe از II به III موجب افزایش رسانش می گردد. مسئول این پدیده اوربیتال های خالی 3d-Fe می باشند.

در تحقیق حاضر به منظور افزایش مقاومت به سایش و سختی سطحی آلیاژ Ni-Br-Al از فرآیند پوشش دهی آبکاری الکترولس جهت ایجاد پوشش نیکل-بور استفاده شد. بررسی های ریزساختاری به وسیله میکروسکوپ الکترونی روبشی گسیل میدانی (FESEM) و تفرق پرتو ایکس (XRD) نشان داد که پوشش نیکل– بور به طور یکنواخت با ساختار کاملا آمورف و ضخامت حدود هفت میکرومتر و مورفولوژی گل کلمی روی زیرلایه تشکیل گردید. پوشش حاصل با سختی 788 (Hv50)، سختی زیرلایه را حدود 40% افزایش داد. برای افزایش سختی، نمونه های پوشش داده شده در سه دمای 310، 410 و 510 درجه سانتی گراد به مدت 70 دقیقه عملیات حرارتی شدند. پس از عملیات حرارتی، سختی نمونه ها تا (Hv50) 1365[W11] افزایش یافت. با افزایش دمای عملیات حرارتی از 410 درجه سانتی گراد به بالا سختی نمونه ها کاهش پیدا کرد. نتایج XRD نشان داد که در دمای 310 درجه سانتی گراد همچنان ساختار پوشش به طور آمورف حفظ می گردد و در دماهای 410 و 510 سانتی گراد، ساختار کاملا بلوری ایجاد شد. هم چنین آنالیز XRD تشکیل رسوبات Ni2B و Ni3B در نمونه ها پس از عملیات حرارتی را نشان داد. مطابق نتایج آزمون سایش پین روی دیسک نیز، بیشترین مقاومت در برابر سایش مربوط به نمونه پوشش دهی و عملیات حرارتی شده در دمای 410 درجه سانتی گراد بود.

در پژوهش حاضر، تاثیر غلظت فسفر در محلول آلاینده بر عملکرد سلول های خورشیدی حالت جامد پایه سیلیکون متخلخل مورد بررسی قرار گرفت. برای این منظور بسترهای سیلیکونی به روش حکاکی شیمیایی توسط نقره و با استفاده از محلول حکاکی آبی حاوی هیدروفلوریک اسید و هیدروژن پروکسید به نسبت های 82/0، 87/0 و 89/0 حکاکی شدند و خصوصیات نوری و سطحی آن ها به ترتیب توسط بازتاب سنجی و میکروسکوپ های نوری و الکترونی روبشی گسیل میدانی مورد ارزیابی قرار گرفتند. در ادامه، سلول های خورشیدی با نفوذ فسفر در سه غلظت 3%، 9% و 15% در محلول آلاینده به درون بستر سیلیکونی با تخلخل بهینه ساخته شدند. نتایج مشخص کرد که سیلیکون حکاکی شده با هیدروفلوریک اسید و هیدروژن پروکسید به نسبت 82/0 به دلیل برخورداری از تخلخل های یکنواخت و با اندازه نزدیک به ذرات نقره دارای بازتابی در حدود 11% شد که بهترین بستر برای جذب حداکثر میزان نور برخوردی به شمار می رود. بررسی عملکرد فوتوولتاییک سلول های ساخته شده بیانگر افزایش 98% جریان مدار کوتاه سلول آلایش یافته با غلظت 3% از فسفر است که بازده کل سلول را به میزان 6/10% افزایش داده است.

انو رنگدانه های اکسید روی خالص و آلاییده شده با کبالت به روش شیمیای سل-ژل تهیه شد. سپس برای بررسی خواص ساختاری از نانوپودرها آنالیز پراش پرتوی ایکس (XRD) و آنالیز میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM) و برای بررسی خواص نوری نانوپودرها آنالیز طیف سنجی مرئی – فرابنفش (UV-vis) مورد بررسی قرار رفت. اندازه نانو بلورک ها با استفاده از روش اندازه کرنش (SSP) و آنالیز داده های XRD مورد مطالعه قرار گرفت و نشان داد با افزودن ناخالصی به دلیل افزایش فعالیت شیمیایی، بلورک ها رشد یافته و اندازه بلورک ها افزایش یافته است. مشخصه های ریزساختاری نانوپودرهای به-دست آمده از میکروسکوپ الکترونی عبوری نشان داد که با افزودن ناخالصی، اندازه ذرات افزایش یافته است. مشخصه-های نوری شامل جذب و بازتاب برای نانوپودرها اندازه گیری شدند که نشان می دهد با افزودن ناخالصی میزان جذب کاهش و بازتاب افزایش می یابد و هم چنین از رابطه تاوک انرژی گاف نوری محاسبه گردید که کاهش گاف نوری با افزودن ناخالصی نشان دهنده رشد بلورک ها است. آزمون مشخصه یابی رنگی بر روی نمونه ها نشان می دهد که با افزودن کبالت به شبکه ZnO میزان سبزی نمونه ها افزایش یافته است.