نانو مواد (تحقیقات مواد نانو کامپوزیتی)
سال:1398 | دوره:11 | شماره:39 |تعداد مقالات:5

در این مقاله دو حسگر هیدروژنی با ساختار خازن فلز-اکسید-نیمرسانا Pd/SiO2/Si و Ni/SiO2/Si ساخته شده اند. میزان جذب و واجدب گاز هیدروژن در نانوذرات پالادیم در فشارهای مختلف گزارش شده است. منحنی های ظرفیت-ولتاژ برای حسگر Pd/SiO2/Si در دمای اتاق و حسگر Ni/SiO2/Si در دمای ° C 140 در حضور نیتروژن خالص و 1% هیدروژن-نیتروژن بررسی شده اند. نتایج نشان می دهند که برای حسگر Pd/SiO2/Si مدت زمان پاسخ دهی s 4/1 و برای حسگر Ni/SiO2/Si مدت زمان پاسخ دهی s 90 می باشد. مدت زمان برگشت پذیری برای حسگر بر اساس نانوذرات پالادیم s 14 است و برای حسگر بر اساس لایه نازک نیکل min 40 می باشد. همچنین مقایسه میان دو حسگر نشان می دهد که پاسخ دهی (R%) حسگر با ساختار نانوذرات پالادیم برابر 88% و حسگر با ساختار لایه نازک نیکل برابر 29% می باشد.

در این پژوهش با تکیه بر تقلید زیستی از ساختار کامپوزیت طبیعی بامبو، ارتقاء خواص مکانیکی نانوکامپوزیت های هیبریدی لایه ای کربن-آلومینیوم، بررسی شده است. بدین منظور پس از بررسی ریزساختار بامبو، به کمک روش نمونه سازی سریع، قطعاتی بامبو گونه با ابعاد مشابه ساخته شده و تحت آزمون خمش چهار نقطه ای قرارگرفته اند. مشاهده شده که تنها با تغییر چیدمان الیاف بر اساس تقلید زیستی از بامبو، مدول خمشی تا بیش از 50 درصد دچار افزایش شده، فلذا امکان بهبود خواص با تقلید زیستی فراهم است و می توان صرفا با تغییر نحوه چینش الیاف، ضمن مصرف میزان الیاف کمتر به خواص مکانیکی بهتری دست یافت. ضمن آنکه با بهبود خواص کامپوزیت های حاوی الیاف ارزان قیمت شیشه به روش تقلید زیستی از کامپوزیت طبیعی بامبو، دستیابی به خواص سازه های گران تری نظیر آلیاژهای فلزی و کامپوزیت های حاوی الیاف کربن امکان پذیر خواهد بود. شایان ذکر است استفاده از تقلید زیستی می تواند هزینه ها را به طور چشمگیری کاهش دهد. همچنین، علاوه بر سبک سازی قطعات با طراحی بر اساس ساختار بامبو، به واسطه کاهش نیاز به مصرف الیاف، استفاده از نانوکامپوزیت های لایه ای به جای آلیاژهای فولادی، با حجم مشابه، نیز موجب کاهش وزن سازه می گردد.

در این پژوهش، کامپوزیت آلومینیوم-کاربید وانادیم به روش متالورژی پودر و سینتر پلاسمای جرقه ای، کوره معمولی و حرارت دهی مایکروویو تهیه و تاثیر این سه نوع مختلف حرارت دهی بر ریز ساختار و خواص مکانیکی کامپوزیت تولید شده بررسی گردید. 20 درصد وزنی از پودر کاربید وانادیم به همراه آلومینوم در محیط الکل توسط آسیاب پر انرژی مخلوط و سپس در دمای ° C 600 در کوره معمولی و مایکروویو سینتر شدند. فرآیند سینتر پلاسمای جرقه ای نیز در دمای ° C 450، به ترتیب، با فشار اولیه و نهایی 10 و 30 مگاپاسکال انجام شد. الگوی پراش پرتو ایکس تهیه شده از کامپوزیت سینتر شده در کوره مایکروویو تشکیل فاز اینترمتالیک آلومیناید وانادیم را در کنار فازهای آلومینیوم و کاربید وانادیم نشان داد. در صورتی که الگوهای پراش در نمونه های تهیه شده به دو روش حرارت دهی معمولی و پلاسمای جرقه ای فقط حضور فاز های بلوری آلومینیوم و کاربید وانادیم را نمایش دادند. بررسی های ریزساختار نمونه های تهیه شده حاکی از پدیده آگلومره شدن برای هر دو روش سینتر معمولی و پلاسمای جرقه ای بود اما در نمونه تهیه شده توسط سینتر مایکروویو، توزیع مناسبی از فاز آلومیناید وانادیم در کنار کاربید وانادیم در زمینه آلومینیوم مشاهده گردید. بیشترین میزان سختی مرتبط با نمونه تهیه شده توسط سینتر پلاسمای جرقه ای به میزان 11± 267 ویکرز (در نیروی اعمالی kg 1) محاسبه شد و بیشینه مقدار استحکام خمشی مرتبط با این نمونه و به میزان 8± 282 مگاپاسکال بود.

در این پژوهش روش جدیدی جهت تهیه مشتقات دی آریل اترها از طریق واکنش جفت شدن اولمن بین فنول و آریل هالیدهای مربوطه در حلال دی متیل سولفوکسید در دمای ° C 110-115 با استفاده از نانوکاتالیزور هتروژنی بازی که از طریق تثبیت Pd لیگانددار شده بر روی زئولیت طبیعی کلینوپتیلولیت (Pd@CP-Lig) تهیه شده انجام شد. بستر نانوکاتالیزور، زئولیت طبیعی ارزان قیمت و فراوان کلینوپتیلولیت بوده که تثبیت لیگاند و پالادیم با استفاده از روش تثبیت ملایم انجام شده و کاتالیزور سنتزی با تکنیک های پراش اشعه ایکس (XRD)، آزمون های تخلخل سنجی و سطح (BET)، آنالیز وزن سنجی حرارتی (TGA)، میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM) و روش ICP مورد شناسایی قرار گرفت. ارزان بودن بستر کاتالیستی، پایداری حرارتی بالا ° C) 500(، سطح فعال مطلوب m2/g) 694/5(و حجم کلی حفرات معادل cm3/g) 0/23(، اندازه ذرات کاتالیست در مقیاس نانو nm)11(و بازیافت ساده کاتالیزور (حداقل 5 بار در چرخه واکنش) از مزایای این کاتالیست می باشد. استفاده از این نانوکاتالیست در واکنش های جفت شدن اولمن منجر به تهیه ترکیبات متنوع از مشتقات آریل اتری با بهره خوب و در زمانی کم شد. حذف بازهای معدنی، استخراج ساده، ظرفیت کاتالیزوری عالی و بازیافت آن از مزایای این کاتالیست می باشد.

نانوذرات کاربید سیلیسیم به یک روش جدید با ترکیبی از روش سل-ژل و سینترینگ پلاسمای جرقه ای با استفاده از تترا اتیل اورتوسیلیکات و رزین فنولیک به عنوان مواد اولیه سنتز شدند. بعد از پیرولیز در دمای ° C 800 ذرات سیلیکا پوشیده شده با کربن بدست آمدند. عملیات احیاء کربوترمی به کمک پلاسمای جرقه ای منجر به تشکیل سریع نانوذرات کاربید سیلیسم در دمای نسبتا پایین ° C 1300 شد. اثرات نسبت مولی C/Si در مواد اولیه و دمای عملیات حرارتی بر نانوپودرهای سنتز شده مورد بررسی قرار گرفت. نانوپودرهای کاربید سیلیسیم با استفاده از آنالیز پراش اشعه ایکس (XRD)، طیف سنج مادون قرمز (FT-IR)، جذب و واجذب نیتروژن (BET و BJH)، میکروسکوپ الکترونی روبشی گسیل میدانی (FE-SEM) و میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM) بررسی شدند. الگوهای XRD و نوار جذبی Si-C در طیف FT-IR نشان داد ذرات نانومتری کاربید سیلیسیم بعد از عملیات کربوترمی به کمک پلاسمای جرقه ای نمونه با نسبت مولی 3= C/Si در دمای ° C 1300 به مدت 15 دقیقه بدست آمدند. مطالعات ریزساختاری انجام شده بوسیله SEM/TEM و آنالیز جذب و واجذب نیتروژن نانوپودر سنتز شده نشان داد نانوذرات کاربید سیلیسیم با اندازه کمتر از nm 45 با مورفولوژی شبه کروی و سطح ویژه m2/g 162 بدست آمدند.