مواد و فناوری های پیشرفته
سال:1399 | دوره:9 | شماره:1 |تعداد مقالات:8

چکیده: در این تحقیق، تاثیر میزان لیتیوم مازاد در مرحله لیتیوم دهی کاتد به صورت غیر استوکیومتری در باتری یون لیتیومی بررسی شده است. به همین منظور پیش ماده کاتدی با ترکیب Ni0. 3Mn0. 5Co0. 2 با استفاده از فرآیند هم رسوبی به صورت هیدروکسیدی سنتز شده و پس از آن با مقادیر مختلفی از لیتیوم هیدروکسید (LiOH)، لیتیوم دهی شد تا تاثیر میزان لیتیوم مازاد در ترکیب Lix(Ni0. 3Mn0. 5Co0. 2)O2 روی خواص الکتروشیمیایی کاتد بررسی شود. نتایج آنالیز ICP، XRD و SEM نشان داد که نمونه ها بخوبی سنتز شده اند و ترکیبات با ساختار لایه ای تشکیل شده و اندازه ذرات در نمونه ها کمتر از 10میکرون است. نتایج تست های شارژ-دشارژ باتری برای هر سه نمونه سنتز شده با نرخ های 0. 5-5C بیانگر آن است که نمونه Li1. 5(Ni0. 3Mn0. 5Co0. 2)O2 دارای بهترین عملکرد الکتروشیمیایی بود به طوری که در نرخ دشارژ 1C ظرفیت آن mAh/g200 بوده و پس از 30 چرخه، ظرفیت آن با نرخ دشارژ 5C به mAh/g138 رسید. آنالیز امپدانس(EIS) مشخص نمود که نمونه Li1. 5(Ni0. 3Mn0. 5Co0. 2)O2 دارای کمترین مقاومت داخلی می باشد. با توجه به نتایج حاصل می توان گفت که افزایش میزان لیتیوم مازاد برای بهبود عملکرد باتری میزان بهینه ای دارد؛ به طوری که در حالت غیر استوکیومتری با افزایش میزان لیتیوم تا Li1. 5 با بهبود عملکرد همراه بوده است و بالاتر از این مقدار منجر به کاهش عملکرد باتری می گردد.

در این پژوهش، با به کارگیری امواج فراصوت در یک روش دو مرحله ای، نانوصفحات دی سولفید مولیبدن از بالک آن تهیه گردید و سپس، با روش ساده و عاری از اتصال دهنده الکتروفورتیک در زمان های 20، 60، 120 و 180 دقیقه بر روی پارچه کربنی به عنوان زیرلایه رسانای سه بعدی لایه نشانی گردید. به منظور کنترل آبدوستی، پارچه کربنی آب گریز در زمان های 300 و 800 ثانیه با روش الکتروشیمیایی فعال-سازی شد و زمان فعال سازی بهینه انتخاب گردید. اندازه گیری های الکتروشیمیایی نشان داد که با افزایش زمان لایه نشانی و افزایش نانوصفحات دی سولفید مولیبدن به عنوان ماده الکتروکاتالیست بر روی پارچه کربنی فعال شده، پتانسیل مازاد تولید هیدروژن کاهش می-یابد. الکترود لایه نشانی شده در مدت زمان 180 دقیقه، به چگالی جریان mA/cm2 10-در پتانسیل (vs RHE) V 210/0-رسید و پایداری نسبتا خوبی پس از 900 چرخه از خود نشان داد. براساس نتایج حاصل، لایه نشانی نانوصفحات دی سولفید مولیبدن بر روی پارچه کربنی فعال شده به روش الکتروفورتیک، یک ساختار سه بعدی و عاری از اتصال دهنده برای واکنش تولید هیدروژن پیشنهاد می کند.

در این تحقیق، پوشش های سرامیکی کربونیترید تیتانیوم آلومینیوم (TiAlCN) با مقادیر مختلفی از آلومینیوم در دمای ° C 350 بر زیرلایه های فولاد ابزار گرم کار H13 با استفاده از روش رسوب شیمیایی بخار به کمک پلاسما (PACVD) نشانده شدند. مشخصه یابی پوشش های ایجاد شده با استفاده از آزمایش های پراش پرتو ایکس (GIXRD)، میکروسکوپ الکترونی روبشی گسیل میدانی (FESEM) و میکروسکوپ الکترونی روبشی(SEM) مجهز به آنالیزگر عنصری طیف سنجی پرتو ایکس (EDS)، طیف سنجی تبدیل فوریه مادون قرمز (FTIR)، طیف سنجی رامان، میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM) و میکروسکوپ نیروی اتمی (AFM) انجام شد. ریزسختی پوشش ها توسط آزمایش ریزسختی سنجی ویکرز مورد بررسی قرار گرفت. نتایج بدست آمده نشان داد که پوشش ها دارای یک نانوساختار شامل نانو دانه های بلورین fcc-(Ti, Al)N و/یا fcc-(Ti, Al)(C, N)، hcp-AlN و یک فاز کربنی آمورف می باشند. افزایش مقدار آلومینیوم موجود در پوشش از حدود 10 تا حدود 42 درصد اتمی منجر به کاهش زبری سطحی پوشش از 49± 151 نانومتر به 27± 88 نانومتر به دلیل ایجاد هسته بیشتر از AlN شد. بیشترید مقدار میکروسختی مربوط به پوشش با مقدار آلومینیوم کمتر بود که در حدود HV0. 01 3840± 40 به دلیل مقدار ناخالصی کلر و فاز hcp-AlN کمتر، بدست آمد.

در این تحقیق به بررسی اثر افزودن اکسید تالیوم در درصد های مولی0، 1/0، 25/0، 5/0 و 1 بر ریزساختار و خواص الکتریکی وریستورهای بر پایه اکسید قلع در کاربرد ولتاژ بالا پرداخته شده است. نتایج الگوی پراش اشعه ایکس (XRD) و تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی نشر میدانی (FESEM) نشان می دهد که علاوه بر فاز اکسید قلع، فاز ثانویه ای اکسید تالیوم در نمونه های حاوی اکسید تالیوم با درصد مولی بیشتر از 25/0 وجود دارد. با افزودن اکسید تالیوم به وریستور اکسید قلع اندازه متوسط دانه از µ m 4 در نمونه بدون افزودنی اکسید تالیوم تا µ m 3/2 در نمونه حاوی 1 درصد مولی کاهش می یابد که می تواند ناشی از اثر فاز ثانویه بر کاهش رشد دانه بر اساس سازکار و کار زنر باشد. بهترین خواص الکتریکی غیراهمی در نمونه دوپ شده با 5/0 درصد اکسید تالیوم با جریان نشتی µ A/cm2 95 و ضریب غیرخطی (1/15) مشاهده شده است. علاوه براین، میدان الکتریکی شکست در این نمونه در حدود V/mm 532 است. افزودن مقدار بیشتر اکسید تالیوم تاثیر چندانی بر ضریب غیرخطی ندارد اما سبب افزایش ولتاژ شکست بدلیل کاهش اندازه دانه می شود.

در این پژوهش از پودر اولیه آلومینیوم به عنوان فاز زمینه کامپوزیت همراه با ذرات نیترید سیلیسیوم به میزان 5، 10 و 15 درصد وزنی و نانو لوله کربنی با درصد وزنی ثابت (25/0% وزنی) استفاده شد. پودرهای مورد نظر با درصد وزنی مشخص در دستگاه اسپکس با هم مخلوط شدند. سپس یک سری از نمونه های تهیه شده تا دمای 400 درجه سانتی گراد و مدت زمان نگهداری 5 دقیقه به کمک پلاسمای جرقه یی سینتر شدند، همچنین یک سری دیگر از نمونه ها بعنوان نمونه های استحکام توسط پرس تک محور در فشار 250 مگاپاسکال شکل داده شدند و در دماهای 600، 700و 800 درجه سانتیگراد در کوره مایکروویو به مدت یک دقیقه در بستر گرافیت سینتر شدند. نتایج حاصل از ارزیابی نمونه ها، نشان می دهد افزودن ذرات نیترید سیلسیوم به میزان 15 درصد وزنی بدون و به همراه نانو لوله های کربنی موجب افزایش استحکام خمشی کامپوزیت زمینه آلومینیوم درکوره مایکروویو در دمای 700 درجه سانتیگراد به میزان 179مگاپاسکال و212مگاپاسکال به ترتیب، می شود. همچنین استحکام نمونه های سینتر شده توسط پلاسمای جرقه ای در دمای 400 درجه سانتیگراد با ترکیب 15 درصدوزنی نیترید سیلسیوم بدون نانولوله های کربنی و به همراه نانولوله های کربنی به ترتیب 249 و 285 مگاپاسکال بدست آمد. نمونه های سینتر شده با استفاده از روش پلاسمای جرقه یی شده (sps) به دلیل اعمال فشار و دما به صورت همزمان، ریزساختار همگن تر و چگالی نسبی بیشتری را نسبت به نمونه های سینتر شده در کوره مایکروویو از خود نشان می دهند.

در این مطالعه راندمان حذف متیل اورانژ با استفاده از دو نوع فتوکاتالیست مغناطیسی حاوی ZnO در حضور و بدون حضور اکسید گرافن مورد بررسی قرار گرفت. همچنین سینتیک واکنش حذف متیل اورانژ و تاثیر پارامترهای عملیاتی از جمله زمان تابش دهی و کسر وزنی فتوکاتالیست ها با استفاده از روش آماری و آزمون چند دامنه ای دانکن بررسی شد. نتایج حاصل شده نشان داد راندمان حذف متیل اورانژ تحت تاثیر زمان تابش دهی و کسر وزنی فتوکاتالیست می باشد به طوری با افزایش این دو پارامتر، میزان حذف متیل اورانژ نیز افزایش می یابد. سینتیک واکنش تجزیه با استفاده از هر دو نوع فتوکاتالیست منطبق بر سینتیک واکنش شبه درجه اول می باشد و سرعت تجزیه متیل اورانژ با استفاده از فتوکاتالیست حاوی اکسید گرافن بیشتر از فتوکاتالیست فاقد اکسید گرافن می باشد. بررسی آماری تاثیر زمان تابش دهی و کسر وزنی فتوکاتالیست با استفاده از آزمون چند دامنه ای دانکن نشان می دهد هر دو پارامتر دارای تاثیر معنی داری بر روی حذف متیل اورانژ می باشند.

در این پژوهش نانوذرات اکسید منگنز (MnO) از طریق فرآیند تجزیه حرارتی ترکیبات ارگانومتالیک سنتز شد. برای سنتز نانوذرات MnO از پیش ماده ی ارگانومتالیک استیل استونات منگنز استفاده شد. تأثیر سورفکتانت های اولئیک اسید و اولئیل آمین و حلال های دی بنزیل اتر و اکتادسن بر روی اندازه و مورفولوژی نانوذرات بررسی شد. همچنین اثر نرخ حرارت دهی ° C/min2 و ° C/min20 بر رشد نانوذرات اکسید منگنز بررسی شد. جهت شناسایی فاز و ساختار کریستالی ازآنالیز پراش پرتو ایکس (XRD) و برای تعیین اندازه و مورفولوژی ذرات از میکروسکوپ الکترونی روبشی نشر میدانی FESEM)) استفاده شد. نتایج مربوط به سنتز نانوذرات اکسید منگنز نشان داد که بهترین شرایط به منظور دستیابی به نانوذرات با کوچک ترین اندازه و مورفولوژی یکنواخت مربوط به نرخ حرات دهی 20 درجه بر دقیقه، حلال دی بنزیل اتر و سورفکتانت اولئیک اسید است. نتایج حاصل از این پژوهش نشان داد که اندازه ی ذرات حدودآ 10 تا 20 نانومتر بوده که دارای مورفولوژی کروی می باشند.

ماده کاتدی LiNi0. 5Co0. 2Mn0. 3O2 به روش حالت جامد و با استفاده از کربنات لیتیم، اکسید نیکل، دی اکسید منگنز و اکسید کبالت به عنوان مواد اولیه سنتزشد. همچنین از سه دمای عملیات حرارتی 800، 850 و 900 درجه سانتی گراد جهت بررسی تاثیر دما بر سنتز ماده کاتدی استفاده شد. نتایج تفرق اشعه ایکس نشان داد که ماده سنتز شده در دماهای 800 و 850 درجه سانتی گراد بدون ناخالصی بوده و در دمای 900 درجه سانتی گراد پیک ناخالصی مشاهده می شود. همچنین نسبت شدت پیک صفحات (003) به (104) به عنوان معیاری مهم برای اختلاط کاتیونی، برای نمونه سنتز شده در دمای 850 درجه سانتی گراد به عنوان نمونه بهینه 34/1 به دست آمد. نتایج میکروسکوپ الکترونی روبشی برای دماهای 800 و 850 درجه سانتی گراد مورفولوژی یکنواخت با میانگین اندازه ذرات 5/0 و 7/0 میکرومتر نشان داد. اما نمونه سنتز شده در دمای 900 درجه سانتی گراد مورفولوژی یکنواختی نداشته و میانگین اندازه ذرات این نمونه 5/1 میکرومتر به دست آمد. آزمون EDX تمامی نمونه ها را عاری از هر گونه ناخالصی نشان داده و همچنین تنها نمونه سنتز شده در دمای 850 درجه سانتی گراد را دارای نسبت مولی مورد انتظار نشان داد. آزمون شارژ و تخلیه در ولتاژ 5/2 تا 3/4 با نرخ جریان C1/0 برای نمونه سنتز شده در دمای 850 درجه سانتی گراد ظرفیت تخلیه mAh/g 15/147 نشان داد. همچنین بعد از 30 سیکل %4/88 ظرفیت حفظ شد.