دانلود تحقیق ساخت نانوذرات فریت به روش همرسوبی
چکیده
هدف از این پایان نامه 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.
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 1 تا 100 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:
نانوتکنولوژی
یکی از جدیدترین و مدرن ترین علومی است که امروزه در جهان مطرح است. عمر
این فناوری چیزی کمتر از 10 سال است، ولی محققان پیش بینی می کنند ظرف 5
سال آینده تحولات بسیار عظیمی در این زمینه صورت خواهد گرفت. دکتر سامر می
گوید: [3]
((نانوتکنولوژی یکی از فناوری هایی است که نسبت به سال های
ابتدایی تحقیقات صنعتی و دانشگاهی آن در مقایسه با سایر علوم بسیار بسیار
سریعتر دستخوش تغییرات و پیشرفت های فراوان شده است.))
دکتر تیمپ نیز در کتاب نانو تکنولوژی می نویسد: [3]
((نقشی که نانوتکنولوژی در توسعه پیشرفت بشر ایفا خواهد کرد بسیار بیشتر و
تأثیر گذارتر از نقشی است که مارکوپولو و سفرهایش به شرق در توسعه و
پیشرفت غرب ایفا نمود. چرا که مارکوپولو ذهنی خلاق و نگاهی دقیق و
موشکافانه داشت و تمام آنچه را که در طول سفر تا چین در نقاط مختلف می دید
به دقت یادداشت می کرد و الگو گرفتن از همان نوشته ها باعث شروع توسعه و
پیشرفت در غرب شد.))
از نظر تاریخی آنچه باعث ظهور نانوتکنولوژی شد،
کشف خاصیت نسبت سطح به حجم (A/V) بسیار بالای مواد با ساختار نانو بود.
این جرقه ای بود که به کشف خصوصیات منحصر به فرد و شگفت انگیز
نانوتکنولوژی منجر شد، چرا که این خاصیت ویژه (یعنی نسبت سطح به حجم زیاد)
باعث می شود تا مواد تولید شده با این روش دارای خصوصیاتی از قبیل وزن
بسیار کم، مقاومت و سختی بسیار بالا و هزینه های تولید بسیار پائین باشند.
درباره این خصوصیت جالب در قسمت ماهیت و ساختار توضیحات بیشتری ارائه شده
است.
وقتی گفته می شود نسبت (A/V) در اجسام با مقیاس نانو به مراتب
بیشتر از حالت عادی است، یعنی با تغییر در مقیاس اتمی (یا کوچکتر)، اجزاء
سازنده ی ماده به گونه ای در کنار هم قرار می گیرند که بیشترین سطح ممکن
را ایجاد کنند و چون این حالت در مقیاسی است که اندازه ها بسیار بسیار
کوچکند، به همان نسبت افزایش سطح بسیار بسیار زیاد می شود که نتیجه ی آن
هم اغلب سبکتر شدن ماده و خواهد بود، چرا که مثلاً وقتی gr 1 گرم از یک
جسم معمولی، سطحی برابر2 cm1 دارد(مقیاس ها فرضی اند)، در مقیاس نانو همان
gr 1 سطحی به مراتب بیشتر تولید می کند؛ مثلاً 2 cm10. پس اگر بتوان در
مقیاس نانو به غلط سطح را با عکس جرم متناسب دانست، به این معنی است که
وقتی در یک حجم ثابت سطح افزایش یابد، می توان آن را به صورت کاهش جرم
بیان کرده و نتیجه گرفت که نسبت m/V کوچک می شود و این هم یعنی کاهش چگالی
ماده که نتیجه آن سبک تر شدن ماده خواهد بود. حال به عنوان یک پیش فرض
برای اثبات ریاضی فرض کنید لوله ای توپر به طول cm1 در اختیار داریم. این
لوله دارای مساحت سطح معینی است، اگر این لوله را به 100 قسمت تقسیم کنیم،
آیا سطح موثر آن کاهش می یابد یا افزایش؟ اگر به 109 قسمت تقسیم شود
چطور؟
در ابتدای بررسی ویژگی (A/V) توصیه می شود منطق صرف ریاضی را
کنار گذاشته و آن را با مقداری استدلال و قوه ی تجسم در آمیزیم. می خواهیم
نسبت سطح به حجم در یک استوانه به قطر r و ارتفاع یک واحد (شکل 1-1) را
با n استوانه با همان قطر ولی به ارتفاع n/1 (شکل 1-2) مقایسه کنیم (اگر
این n استوانه به طول n/1 را در کنار هم قرار دهیم، یک استوانه با طول 1
بدست می آید).
برای مساحت و حجم استوانه داریم:
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
فهرست منابع
فهرست شکلها وجدولها
فصل اول:فن آوری نانو
شکل(1-1 6
شکل(1-2 6
شکل(1-3) تصویر شماتیکی نانوخوشه 14
شکل(1-4) تصویر شماتیکی نانو سیم 15
شکل(1-5) تصویر شماتیکی نانو لوله 15
فصل دوم: فریت ها
شکل(2-1) نمونه ای از فریت های تجاری 29
شکل(2-2) فریت های نرم تجاری 30
شکل(2-3)ساختار اسپینلی 30
فصل سوم: روش های ساخت فریت ها و دستگاه های اندازه گیری
شکل(3-1) تصویر الکترونیکی روبشی سطح یک فلز 43
شکل(3-2) نمودار شماتیکی اجزائ الکترونی روبشی 44
فصل چهارم ساخت نانو ذرات فریتNi-Znبه روش هم رسوبی
شکل (4-1) تصویری از دستگاه هموژونایزر و راکتور وسیرکولاتور 53
شکل (4-2) الگوی پراش نمونه(1 54
شکل (4-3) تصویری از دستگاهی با موتور کولر و راکتور و سیرکولاتور 55
شکل (4-4) الگوی پراش نمونه(2) قبل از حرارت دهی 55
شکل (4-5) الگوی پراش نمونه(2)بعد از حرارت دهی 56
شکل (4-6) مقایسه پیک های نمونه(2) قبل و بعد از حرارت دهی 56
شکل (4-7) تصویری از دستگاهی باهمزن مغناطیسی و راکتور 57
شکل (4-8)الگوی پراش نمونه (3 ) قبل از حرارت دهی 58
شکل (4-9)الگوی پراش نمونه (3) بعد از حرارت دهی 58
شکل (4- 10) مقایسه پیک های نمونه(3) قبل و بعداز حرارت دهی 59
شکل (4-11) الگوی پراش نمونه(4) قبل از حرارت دهی 61
شکل (4-12) الگوی پراش نمونه (4) بعد از حرارت دهی 61
شکل (4-13)SEM نمونه (4) قبل از حرارت دهی 62
شکل (4-14) SEM نمونه (4) قبل از حرارت دهی 62
شکل) 4-15)SEM نمونه (4) بعد از حرارت دهی 63
شکل(4-16) SEMنمونه (4) بعد از حرارت دهی 63
شکل(4-17TEM ( نمونه (4) بعد از حرارت دهی 64
شکل(4-18) TEM نمونه (4) بعد از حرارت دهی 64
شکل (4-19) الگوی پراش نمونه(5) قبل از حرارت دهی 66
شکل (4-20) الگوی پراش نمونه (5) بعد از حرارت دهی 67
شکل (4-21)SEM نمونه(5) قبل از حرارت دهی 67
شکل (4-22) SEM نمونه(5) قبل از حرارت دهی 68
شکل (4-23) SEM نمونه(5) بعد از حرارت دهی 68
شکل(4-24) SEM نمونه(5) بعد از حرارت دهی 69
شکل(4-25)الگوی پراش فریت روی
