اعمال پوشش نانوکامپوزیتی کرم-کاربید تنگستن بر روی فولاد کربنی و بررسی خواص سایشی آن
آبکاری الکتریکی یکی از روش های مناسب جهت همرسوبی ذرات ریز فلزی، غیر فلزی و پلیمری در زمینه فلزی است. در این تحقیق پوشش نانوکامپوزیتی کرم-کاربیدتنگستن با استفاده از جریان پالسی مربعی روی فولاد کربنی ایجاد شد. تاثیر پارامترهای آبکاری مانند غلظت سورفکتانت SDS و افزودنی ساخارین به عنوان ریزکننده، دانسیته جریان، سیکل کاری و فرکانس بر روی سختی، درصد وزنی ذرات و نحوه توزیع آن ها در پوشش بررسی شد. در این تحقیق سعی شد عواملی همچون نوع حمام، دما، pH و میزان تلاطم ثابت در نظر گرفته شوند. به علاوه، تاثیر پارامترهای آبکاری بر رفتار سایشی پوشش مورد بررسی قرار گرفت. جهت بررسی مورفولوژی سطح پوشش و توزیع ذرات و درصد وزنی آن ها در پوشش از میکروسکوپ الکترونی روبشی مجهز به آنالیزور EDS و جهت بررسی خواص پوشش از آزمون های سختی و سایش استفاده شد. نتایج نشان داد که افزایش غلظت ساخارین به حمام، به کاهش درصد وزنی ذرات و افزایش غلظت SDS تا 1 گرم بر لیتر به افزایش درصد وزنی ذرات و کاهش قطر ذرات و توزیع بهتر آن ها در پوشش منجر می شود. همچنین با افزایش دانسیته جریان تا 15 آمپر بر دسیمتر مربع به افزایش حضور ذرات در پوشش و افزایش سختی پوشش منجر می شود. با افزایش سیکل کاری حضور ذرات در پوشش کم می شود. افزایش فرکانس از 1 تا 1000 هرتز باعث افزایش حضور ذرات در پوشش می شود. همچنین حضور بیشتر و توزیع یکنواخت تر ذرات در پوشش منجر به افزایش سختی و (در پوششهای بدون ترک) بهبود مقاومت سایشی پوشش می گردند.
فهرست مطالب
عنوان صفحه
چکیده | 1 |
مقدمه | 2 |
فصل اول : کلیات کلیات
| 3 4 |
فصل دوم : مروری بر منابع | 5 |
2-1- مقدمه | 6 |
2-2- آبکاری الکتریکی | 6 |
2-2-1- مزایا و معایب آبکاری الکتریکی | 7 |
2-3- آبکاری پوششهای کامپوزیتی | 8 |
2-3-1- مزایا و معایب آبکاری کامپوزیتی | 9 |
2-4- پوشش های نانوکامپوزیتی | 10 |
2-4-1- روش تولید پوششهای نانوکامپوزیتی | 10 |
2-4-2- کاربرد پوششهای نانوکامپوزیتی | 11 |
2-5- مکانیزم رسوب الکتریکی | 12 |
2-5-1- رسوبگذاری کرم سه ظرفیتی | 13 |
2-5-2- کمپلکس سازهای کرم | 14 |
2-6- آبکاری کرم سه ظرفیتی | 15 |
2-6-1- ترکیب حمام کرم سه ظرفیتی | 15 |
2-6-2- ویژگی های ترکیب حمام آبکاری | 16 |
2-6-3- مشکلات آبکاری کرم سه ظرفیتی | 16 |
2-7- مکانیزمهای همرسوبی الکتروشیمیایی | 17 |
2-7-1- مدل کلاسیک گاگلیمی | 18 |
2-7-2- مدل Celies | 21 |
2- 8- پایداری پراکندگی سیستمهای کلوئیدی | 22 |
2-8-1- توزیع فیزیکی نانو ذرات با عملیات اولتراسونیک | 23 |
2-8-2- روش های شیمیایی پراکندگی سیستمهای کلوئیدی | 23 |
2-9- تاثیر نوع جریان آبکاری | 27 |
2-10- تاثیر زمان روشنایی و خاموشی | 28 |
2-11- تاثیر دانسیته جریان | 29 |
2-12- روش های تعیین ذرات پراکنده در پوشش | 33 |
2-12-1- روش وزنی | 33 |
2-12-2- روش میکروسکوپی | 33 |
2-12-3- روش میکروآنالیزورهای پروپ الکترونی | 33 |
2-12-4- روش طیف نگاری مرتبط با فوتون (PCS) | 34 |
2-13- سایش و مکانیزمهای آن
| 34 |
فصل سوم : روش انجام آزمایش | 37 |
3-1- مواد مورد استفاده | 38 |
3-2- وسایل و تجهیزات مورد استفاده جهت آبکاری | 39 |
3-2-1- منبع جریان | 40 |
3-3- آماده سازی الکترولیت و آبکاری نمونه ها | 41 |
3-4- ارزیابی نمونه ها | 44 |
3-5- نحوه بررسی اثر پارامترهای انتخاب شده بر ریز ساختار و خواص پوشش | 45 |
3-5-1- بررسی اثر غلظت پخش کننده (SDS) | 45 |
3-5-2- بررسی اثر افزودنی ساخارین | 46 |
3-5-3- بررسی اثر دانسیته جریان | 46 |
3-5-4- بررسی اثر فرکانس | 47 |
3-5-5- بررسی اثر چرخه کاری | 47 |
3-5-6- بررسی اثر غلظت کاربیدتنگستن | 48 |
فصل چهارم : نتایج و بحث | 49 |
4-1- بررسی اثر افزودنیها بر مورفولوژی پوششهای نانوکامپوزیتیCr-WC | 50 |
4-1-1- تاثیر سورفکتانت SDS | 51 |
4-1-2- تاثیر افزودنی ساخارین | 56 |
4-1-3- تاثیر غلظت ذرات کاربید تنگستن در محلول | 59 |
4-2- بررسی اثر پارامترهای آبکاری پالسی بر مورفولوژی پوششهای نانوکامپوزیتی Cr-WC | 61 |
4-2-1- تاثیر دانسیته جریان | 61 |
4-2-2- تاثیر چرخه کاری | 65 |
4-2-3- تاثیر فرکانس پالس | 67 |
4-3- بررسی اثر پارامترهای موثر بر سختی و رفتار سایشی پوششهای نانوکامپوزیتی Cr-WC | 70 |
4-3-1- تاثیر غلظت ذرات WC در حمام آبکاری | 70 |
4-3-2- تاثیر غلظت سورفکتانت SDS | 73 |
4-3-3- تاثیر افزودن ساخارین | 75 |
4-3-4- تاثیر دانسیته جریان | 78 |
4-3-5- تاثیر فرکانس پالس | 81 |
4-3-6- تاثیر چرخه کاری
| 83 |
فصل پنجم : نتیجه گیری و پیشنهادها | 85 |
نتیجه گیری | 86 |
پیشنهادها | 87 |
مراجع | 88 |
مراجع فارسی | 89 |
مراجع لاتین | 90 |
چکیده انگلیسی | 94 |
فهرست جدول ها
عنوان صفحه
جدول 2-1- درصد حجمی ذراتی که توسط جذب ضعیف و قوی در حین ایجاد پوشش کامپوزیتی نیکل-کاربیدسیلسیم به سطح کاتد چسبیده اند | 20 |
جدول 2-2- شرایط پایداری بر حسب پتانسیل زتا | 24 |
جدول 2-3- شرایط گوناگون شفافیت محلول بر حسب پتانسیل غلظت ترساز | 26 |
جدول 3-1- ترکیب و شرایط حمام مورد استفاده برای آبکاری | 42 |
جدول 3-2- ترکیب حمام الکتروپولیش | 43 |
جدول 3-3- شرایط انجام آزمایش سایش | 45 |
جدول 3-4- شرایط آبکاری بکار رفته برای بررسی اثر غلظت SDS | 46 |
جدول 3-5- شرایط آبکاری بکار رفته برای بررسی اثر غلظت ساخارین | 46 |
جدول 3-6- شرایط آبکاری بکار رفته برای بررسی اثر دانسیته جریان | 46 |
جدول 3-7- زمان های روشنی و خاموشی در هر فرکانس | 47 |
جدول 3-8- شرایط آبکاری بکار رفته برای بررسی اثر فرکانس | 47 |
جدول 3-9- شرایط آبکاری بکار رفته برای بررسی اثر چرخه کاری | 48 |
جدول 3-10- شرایط آبکاری بکار رفته برای بررسی اثر غلظت کاربیدتنگستن | 48 |
فهرست شکل ها
شکل 2-1- شماتیکی از سلول آبکاری الکتریکی.
| 7 |
شکل 2-2- گروههای مختلف مواد نانوساختار و روشهای مختلف تولید آنها.
| 11 |
شکل 2-3- نمودار شماتیک انواع رشد.
| 13 |
شکل 2-4- مدل پنج مرحله ای Celis.
| 22 |
شکل 2-5- تصویر شماتیک از یک فعال ساز.
| 25 |
شکل 2-6- پوششهای نانو نیکل با اعمال دانسیته جریان های مختلف.
| 30 |
شکل 2-7- ارتباط دانسیته جریان پوشش دهی و اندازه دانه پوششهای نیکل نانو.
| 31 |
شکل 2-8- الگوی پراش تفرق اشعه X پوشش نانو نیکل در دانسیته جریان های مختلف.
| 32 |
شکل 3-1- تصویری شماتیک از جریان پالس مربعی و مثلثی.
| 40 |
شکل 4-1- تصاویر SEM مورفولوژی سطح پوشش کرم خالص از حمام فاقد افزودنی (5/2=pH، دانسیته جریان8، چرخه کاری %50، فرکانس Hz 10، دما 27 و زمان min 100).
| 50 |
شکل 4-2- تصاویر SEM مورفولوژی سطح پوشش کامپوزیتی Cr-WC از حمام فاقد افزودنی (5/2pH=، غلظت ذرات g/lit 10، دانسیته جریان 8، چرخه کاری%50، فرکانس Hz 10 ، دما27 و زمان min 100).
| 51 |
شکل 4-3- نحوه عملکرد فعال ساز سطح بر روی جدایش ذرات در حمام.
| 52 |
شکل 4-4- تصاویر SEM مورفولوژی سطح پوششهای کامپوزیتی از حمام با g/lit 1 ساخارین و حاوی a) صفر، b) 5/.، c) 1، d) 2 گرم بر لیتر SDS (5/2pH=، غلظت ذرات g/lit 10، چرخه کاری %50، فرکانس Hz 10 ، دانسیته جریان 8، دما27 و زمان min 100).
| 53 |
شکل 4-5- تاثیر غلظت SDS بر درصد وزنی ذرات کاربیدتنگستن در پوشش Cr-WC (5/2PH=، غلظت ذرات g/lit 10، g/lit 1 ساخارین، چرخه کاری %50، فرکانس Hz 10، دانسیته جریان 8، دما27 و زمان min 100).
| 55 |
شکل 4-6- تصاویر SEM مورفولوژی سطح پوشش نانوکامپوزیتی Cr-WC از حمام حاوی 1 گرم بر لیتر SDS و a) 5/0، (b1، (c5/1، (d3 گرم بر لیتر ساخارین (5/2pH=، غلظت ذرات g/lit 10، چرخه کاری %50، فرکانس Hz 10، دانسیته جریان8، دما27 و زمان min 100).
| 57 |
شکل 4-7- تاثیر غلظت ساخارین بر درصد وزنی ذرات کاربیدتنگستن در پوششهای Cr-WC (5/2pH=، غلظت ذرات g/lit 10، g/lit SDS 1، چرخه کاری %50، فرکانس Hz 10، دانسیته جریان8، دما27 و زمان min100).
| 58 |
شکل 4-8- تصاویر SEM مورفولوژی سطح پوششهای کامپوزیتی Cr-WC از حمام با g/lit SDS 1، g/lit1 ساخارین، (a5، (b10، c) 20، (d 40 گرم بر لیتر کاربیدتنگستن (5/2pH=، چرخه کاری%50، فرکانس Hz 10، دانسیته جریان8، دما27 و زمان min 100).
| 59 |
شکل 4-9- تصاویر SEM سطح مقطع پوششهای کامپوزیتی Cr-WC از حمام با g/lit SDS 1، g/lit 1 ساخارین، (a5، (b10، (c 20، (d 40 گرم بر لیتر کاربیدتنگستن (5/2pH=، چرخه کاری%50، فرکانس Hz 10، دانسیته جریان8، دما27 و زمان min 100).
| 60 |
شکل 4-10- تاثیر غلظت کاربیدتنگستن بردرصد وزنی ذرات در پوششهای Cr-WC (5/2pH=، g/lit SDS 1، g/lit 1 ساخارین، چرخه کاری %50، فرکانس Hz 10 ، دانسیته جریان8، دما27 و زمان min 100).
| 61 |
شکل 4-11- تصاویر SEM مورفولوژی سطح پوششهای کامپوزیتی Cr-WC از حمام با g/lit SDS 1 و g/lit 1 ساخارین با دانسیته جریانهای (a 2، (b8، (c15 و d) 20 آمپر بر دسیمتر مربع (5/2pH= ، چرخه کاری %50، فرکانس Hz 10، دما27 و زمان min 100).
| 62 |
شکل 4-12- تاثیر دانسیته جریان بر درصد وزنی ذرات کاربید تنگستن در پوششهای Cr-WC (5/2pH=، غلظت ذرات g/lit 10، g/lit SDS 1، g/lit 1 ساخارین، چرخه کاری %50، فرکانس Hz 10 ، دما27 و زمان min 100). | 63 |
شکل 4-13- تصاویر SEM ازمورفورلوژی سطح پوششهای نانوکامپوزیتی Cr-WC از حمام حاوی g/lit SDS 1، g/lit 1 ساخارین، درچرخه های کاری a) 30، b) 50، c) 70، d) 90 درصد (5/2pH=، غلظت ذرات g/lit، 10، فرکانس Hz 10، دانسیته جریان8، دما27 و زمان min 100).
| 65 |
شکل 4-14- تاثیر چرخه کاری بر درصد وزنی ذرات کاربیدتنگستن در پوششهای Cr-WC (5/2pH=، غلظت ذرات g/lit 10، g/lit SDS 1، g/lit 1 ساخارین، فرکانس Hz 10، دانسیته جریان8، دما27 و زمان min 100).
| 66 |
شکل 4-15- تصاویر SEM مورفولوژی سطح پوششهای کامپوزیتی Cr-WC از حمام حاویg/lit SDS 1 وg/lit 1 ساخارین (a 1، (b 10 (c 100، (d1000 هرتز (5/2pH=، غلظت ذرات g/lit 10، چرخه کاری %50، دانسیته جریان8، دما27 و زمان min 100).
| 68 |
شکل 4-16- نمودار تغییرات درصد وزنی کاربیدتنگستن در پوششهای کامپوزیتی Cr-WC برحسب فرکانس، در حمام آبکاری با غلظت ذرات g/lit 10، g/lit SDS 1، g/lit 1 ساخارین، 5/2pH=، چرخه کاری %50، دانسیته جریان8، دما27 و زمان min 100.
| 69 |
شکل 4-17- نمودار ریز سختی پوشش کرم خالص و پوشش کامپوزیتی Cr-WC برحسب غلظتهای مختلف WC در حمام آبکاری با دانسیته جریان 8، چرخه کاری %50، فرکانس Hz 10، SDS و ساخارین هر کدام g/lit 1.
| 70 |
شکل 4-18- نرخ سایش پوشش کرم خالص و پوشش کامپوزیتی Cr-WC بر حسب غلظتهای مختلف WC در حمام آبکاری با دانسیته جریان 8، چرخه کاری %50، فرکانس Hz 10، SDS و ساخارین هر کدام g/lit 1.
| 71 |
شکل 4-19- تصاویر SEM سطوح سایش پوششهای کامپوزیتی Cr-WC تولید شده در حمامهای حاوی غلظتهای a) 5، b) 10 و c) 40 گرم بر لیتر ذرات WC در آبکاری با دانسیته جریان 8، چرخه کاری %50، فرکانس Hz10SDS , و ساخارین هر کدام g/lit 1.
| 72 |
شکل 4-20- نمودار ریز سختی پوشش کامپوزیتی Cr-WC بر حسب افزایش غلظت SDS در حمام آبکاری با دانسیته جریان 8، غلظت ذرات gr/lit10، چرخه کاری %50، فرکانس Hz 10، SDS وساخارین هر کدام g/lit 1. | 73 |
شکل 4-21- نرخ سایش پوششهای کامپوزیتی Cr-WC بر حسب غلظت SDS در حمام آبکاری با دانسیته جریان 8، غلظت ذرات g/lit10، چرخه کاری %50، فرکانس Hz 10 و ساخارین g/lit 1.
| 74 |
شکل 4-22- ریزسختی پوششهای کامپوزیتی Cr-WC بر حسب افزایش غلظت ساخارین در حمام آبکاری با دانسیته جریان 8، غلظت ذرات g/lit 10، چرخه کاری %50، فرکانس Hz 10 و SDS g/lit 1.
| 75 |
شکل 4-23- نرخ سایش پوششهای کامپوزیتی Cr-WC بر حسب غلظت ساخارین در حمام آبکاری با دانسیته جریان 8، غلظت ذراتgr/lit 10، چرخه کاری %50، فرکانس Hz 10 و SDS g/lit 1.
| 76 |
شکل 4-24- تصاویر SEM از سطوح سایش پوششهای کامپوزیتی Cr-WC در حمام با غلظتهای a) 5/0، b) 1 و c) 3 گرم بر لیتر ساخارین با دانسیته جریان 8، چرخه کاری %50، فرکانس Hz10 و SDS g/lit 1.
| 78 |
شکل 4-25- نمودار ریز سختی پوششهای کامپوزیتی Cr-WC بر حسب مقادیر مختلف دانسیته جریان در حمام آبکاری با غلظت ذرات g/lit 10، فرکانس Hz 10، چرخه کاری %50، ساخارین و SDS هر کدام g/lit1.
| 79 |
شکل 4-26- نرخ سایش پوششهای کامپوزیتی Cr-WC بر حسب دانسیته جریان در حمام آبکاری با غلظت ذرات g/lit 10، ساخارین و SDSهر کدام g/lit 1، چرخه کاری %50 و فرکانس Hz 10.
| 80 |
شکل 4-27- تصاویر SEM از سطوح سایش پوششهای کامپوزیتی Cr-WC بر حسب دانسیته جریانهای a) 6، b) 8 و c) 20 آمپر بر دسیمتر مربع در حمام آبکاری با غلظت ذرات g/lit 10، ساخارین و SDSهر کدام g/lit 1، چرخه کاری %50 و فرکانس Hz 10.
| 81 |
شکل 4-28- نمودار ریز سختی پوششهای کامپوزیتی Cr-WC در فرکانسهای مختلف در حمام آبکاری با دانسیته جریان8، چرخه کاری %50، غلظت ذرات g/lit 10، ساخارین و SDS هر کدام g/lit 1.
| 82 |
شکل 4-29- نرخ سایش پوششهای کامپوزیتی Cr-WC بر حسب فرکانس در حمام آبکاری با دانسیته جریان8، غلظت ذرات g/lit 10، چرخه کاری %50، ساخارین و SDSهر کدامg/lit 1.
| 82 |
شکل 4-30- نمودار ریز سختی پوششهای کامپوزیتی Cr-WC در چرخه های کاری مختلف در حمام آبکاری با دانسیته جریان8، غلظت ذرات g/lit 10، چرخه کاری %50، ساخارین و SDSهر کدامg/lit 1. | 83 |
شکل 4-31- نرخ سایش پوششهای کامپوزیتی Cr-WC بر حسب چرخه کاری در حمام آبکاری با دانسیته جریان8، غلظت ذرات g/lit 10، فرکانس Hz 10، ساخارین و SDS هرکدام g/lit 1.
| 84 |
مقاله بررسی اثر پوشش های پلیمری کربنی در تقویت و ترمیم تیرهای پیوند
چکیده :
در این پژوهش، اثر پوشش های پلیمری CFRP در تقویت لرزه ای و ترمیم تیرهای پیوند بتنی بررسی می شود. برای این منظور سه تیر پیوند با آرماتور گذاری های مختلف و یا الگوهای تقویت متفاوت، آزمایش شده و نتایج ظرفیت، شکل پذیری، سختی و جذب انرژی آنها مورد ارزیابی قرار گرفته است. همچنین، دو عدد از نمونه ها پس از شکست نیز مجدداً توسط CFRP ترمیم وسپس آزمایش شده اند. در برخی نمونه ها، اثر مقید سازی طولی ناشی از دیافراگم کف در نظر گرفته شده است. بررسی حاضرنشان می دهد که استفاده از پوشش های CFRP در نمونه های با آرماتور گذاری معمولی موجب افزایش ظرفیت می شود و تغییر جدی در شکل پذیری تیر های پیوند ایجاد نمی کند. وجود دیافراگم کف، باعث کاهش شکل پذیری و افزایش سختی تیر ها می گردد. همچنین با ترمیم تیرهای پیوند توسطCFRP می توان به ظرفیت اولیه و حتی بیشتر ازآن دست یافت ولی این عمل باعث کاهش پارامترهای سختی و شکل پذیری می شود.
کلید واژه : تیر پیوند، دیوار برشی، دیوار بتنی، دیوار همبسته، پوشش پلیمری
1- مقدمه :
رفتار دیوار برشی همبسته بسیار متاثر از سختی، ظرفیت و شکل پذیری تیر پیوند می باشد. لذا تا کنون مطالعات بسیار زیادی در رابطه با رفتار این نوع تیرانجام شده است. نخستین بار پائولی[1,2]، نشان داد که تیر های پیوند با نسبت دهانه به ارتفاع کم با آرماتورگذاری متعارف دارای شکست بسیار ترد بوده و رفتار لرزه ای مناسبی ندارند. وی استفاده از آرماتورگذاری قطری را برای افزایش شکل پذیری پیشنهاد نمود[3]. این نوع آرماتور گذاری شکل پذیری تیر را به نحو چشمگیری افزایش می دهد ولی معمولا اجرا ی آن بسیار مشکل و دست وپا گیر است. پس از آن مطالعات گسترده ای برای ارائه یک آرایش مناسب میلگردگذاری انجام شد [4,5,6]. در پاره ای از تحقیقات نیز استفاده از ورق ویا تیر فولادی مورد بررسی قرار گرفت[7,8]. در این پژوهش، با توجه به گسترش کاربرد مواد پلیمری در صنعت ساختمان
اثر این نوع مواد درتقویت وترمیم تیرهای پیوند مطالعه می شود. در بسیاری از مواقع به علت تغییر آیین نامه های طراحی و یا خطاهای محاسباتی، تیرهای پیوند نیاز به تقویت دارند. در این مورد استفاده از کامپوزیت CFRP با توجه به ظرفیت بالا و سهولت اجرا می تواند مفید باشد. همچنین می توان از این کامپوزیت ها برای بازسازی و ترمیم عناصرآسیب دیده در زلزله نیز استفاده نمود. در قسمتهای بعدی کارایی این مواد در بهبود مشخصات لرزه ای تیر پیوند مورد مطالعه قرار می گیرد. اکثر مطالعات آزمایشگاهی در خصوص تیرهای پیوند، بدون در نظر گرفتن اثر مقید کننده دال دیافراگم بوده است و حتی در برخی از آنها افزایش طول تیرگزارش شده است[9,10]. با توجه به اینکه مقیدسازی طولی تیر ظرفیت و شکل پذیری آن را تغییر می دهد[10]، تیرها به صورت مقید و نامقید طولی بررسی شده اند.
2- برنامه آزمایش :
2-1- نمونه ها و متغیرها
این پژوهش حاصل قسمتی ازمطالعات یک طرح پژوهشی است که دردانشگاه فردوسی در حال انجام است. درنخستین بخش این پژوهش3 تیرپیوندآزمایش شد. پس از انجام اولین مرحله آزمایش،2عددازتیرهای یادشده مجددا ترمیم گردیدند.آرماتورگذاری کلیه نمونه ها به صورت متعارف می باشد. متغیرهای اصلی آزمایشها عبارتند از: نحوه تقویت با FRP، شرایط مقید سازی طولی ومیزان آرماتورهای برشی و خمشی. ابعاد نمونه ها به همراه آرماتورگذاری کلی آن در شکل 1 نمایش داده شده است.
تحقیقات اخیر روی نانوسیالات، افزایش قابل توجهی را در هدایت حرارتی آنها نسبت به سیالات بدون نانوذرات و یا همراه با ذرات بزرگتر (ماکرو ذرات) نشان میدهد. از دیگر تفاوتهای این نوع سیالات، تابعیت شدید هدایت حرارتی از دما، همچنین افزایش فوقالعاده فلاکس حرارتی بحرانی در انتقال حرارت جوشش آنهاست. نتایج آزمایشگاهی به دست آمده از نانوسیالات نتایج قابل بحثی است که به عنوان مثال میتوان به انطباق نداشتن افزایش هدایت حرارتی با تئوریهای موجود اشاره کرد. این امر نشان دهنده ناتوانی این مدل ها در پیشبینی صحیح خواص نانوسیال است. بنابراین برای کاربردی کردن این نوع از سیالات در آینده و در سیستمهای جدید، باید اقدام به طراحی و ایجاد مدلها و تئوریهایی شامل اثر نسبت سطح به حجم و فاکتورهای سیالیت نانوذرات و تصحیحات مربوط به آن کرد
سیستمهای خنک کننده، یکی از مهمترین دغدغههای کارخانهها و صنایعی مانند میکروالکترونیک و هر جایی است که به نوعی با انتقال گرما روبهرو باشد. با پیشرفت فناوری در صنایعی مانند میکروالکترونیک که در مقیاسهای زیر صد نانومتر عملیاتهای سریع و حجیم با سرعتهای بسیار بالا (چند گیگا هرتز) اتفاق میافتد و استفاده از موتورهایی با توان و بار حرارتی بالا اهمیت به سزایی پیدا میکند، استفاده از سیستمهای خنککننده پیشرفته و بهینه، کاری اجتنابناپذیر است. بهینهسازی سیستمهای انتقال حرارت موجود، در اکثر مواقع به وسیله افزایش سطح آنها صورت میگیرد که همواره باعث افزایش حجم و اندازه این دستگاهها میشود؛ لذا برای غلبه بر این مشکل، به خنک کنندههای جدید و مؤثر نیاز است و نانو سیالات به عنوان راهکاری جدید در این زمینه مطرح شدهاند. نانوسیالات به علت افزایش قابل توجه خواص حرارتی، توجه بسیاری از دانشمندان را در سالهای اخیر به خود جلب کرده است، به عنوان مثال مقدار کمی (حدود یک درصد حجمی) از نانوذرات مس یا نانولولههای کربنی در اتیلن گلیکول یا روغن به ترتیب افزایش 40 و 150 درصدی در هدایت حرارتی این سیالات ایجاد میکند [2] [3]؛ در حالی که برای رسیدن به چنین افزایشی در سوسپانسیونهای معمولی، به غلظتهای بالاتر از ده درصد از ذرات احتیاج است؛ این در حالی است که مشکلات رئولوژیکی و پایداری این سوسپانسیونها در غلظتهای بالا مانع از استفاده گسترده از آنها در انتقال حرارت میشود. در برخی از تحقیقات، هدایت حرارتی نانوسیالات، چندین برابر بیشتر از پیشبینی تئوریها است. از دیگر نتایج بسیار جالب، تابعیت شدید هدایت حرارتی نانوسیالات از دما [4] [5] و افزایش تقریباً سه برابری فلاکس حرارتی بحرانی آنها در مقایسه با سیالات معمولی است.
فهرست مطالب :
چکیده.. 1
مقدمه:.. 3
فصل اول :
1. تولید نانولوله های کربنی با سوزاندن گیاهان:.. 6
فصل دوم :
1. انتقال گرما به وسیله نانوسیالات.. 9
2 . تهیه نانوسیالات.. 11
3 . انتقال حرارت در سیالات ساکن.. 13
4 . جریان، جابهجایی و جوشش.. 16
5 . هدایت حرارتی نانوسیال.. 18
6 . چشمانداز.. 19
فصل سوم :
1. محققان با نانو لولههای کربن نخستین مدارالکترونیک تک مولکولی را ساختند :.. 22
2. پژوهشگران ایرانی موفق به افزایش شار و انرژی مغناطیسی نانوآلیاژ مغناطیسی شدند: .23
3. نانولولههای پلیمری پایدار با کاربردهای نانو زیستفنآوری تولید شد :.. 26
فصل چهارم :
1. خوردگی در جهان نانو :.. 30
3. فناوری نانو چیست و چه اثری در آینده جهان خواهد داشت؟ 32
4. حفظ خواص نانولولههای کربنی متصل شده با افزودن هیدروژن (86/01/19 ).. 39
5. روشی برای تلخیص نانو لوله های نارس (86/01/28 ) 41
6. ساخت نانو مدارهای رایانهای نانو لوله ای (86/02/01 ) 42
7. رشد قطعات بریده شده نانولولههای کربنی (85/10/29 ) 42
8. مشاهده نانولولههای کربنی با پرتوهای الکترونی (85/03/01 ) 46
9. انحناپذیری نانولولهها، عاملی جهت کلیدزنی (84/09/13 ) 49
10. ساخت جلیقههای ضدگلوله به کمک نانولولهکربنی (85/11/08 ) 51
11. نانو لولههای کربنی جاذب با آستانه تراوایی کمتر (84/06/03 ) 54
فصل پنجم :
1. جابهجایی شکاف انرژی نانولولههای کربنی با دما (85/02/27 ) 57
2. عاملدار کردن نانولولهها بدون کاهش هدایت الکتریکی آنها (85/07/17 ).. 58
3. غیرسمیکردن نانو لولههای کربنی با پوششدار کردن آنها (85/03/10 ).. 60
4. خالصسازی نانولولههای کربنی از طریق فرآیند مبتنی بر لیزر (85/10/30 ).. 63
5. رشد نانو لولههای کربنی با روش CVD در دمای پایین (85/06/07 ) 66
فصل ششم :
1. پر نمودن نانو لوله های نیترید بور (82/04/04 ) 68
2. نانو لولههای کربنی داغترین موضوع در فیزیک (85/03/03 ) 69
3. تولید نانولولههای کربنی تکدیواره به وسیله یک فرآیند پلاسمای منحصر به فرد 84/02/25 ).. 71
4. معرفی پایان نامه :سنتز نانولولههای کربنی با روش رشد بر روی پایة کاتالیست آلومینا (85/12/24 ).. 73
5. تشخیص و شناسایی بخارهای شیمیایی به کمک نانولولههای کربنی (84/02/21 ).. 75
روبرت ای فریتاس.. 77
6. نخستین کنگره بین المللی نانو فناوری و کابردهای آن 78
7. نانولوله کربنی.. 82
8. نانولولههای کربنی خالص و اولین آزمایش درون بدن موجود زنده (85/10/17 ).. 83
9. کاربرد نانولولهها در پیلهای خورشیدی.. 86
فصل هفتم.. 95
1. تأثیر فناورینانو بر بازارهای انرژی (85/12/24 ) 96
3. سنتز نانولولههای کربنی با روش رشد بر روی پایه کاتالیست آلومینا.. 100
4. نانولولههای کربنی خالص و اولین آزمایش درون بدن موجود زنده (85/10/17 ).. 101
واکنشهای جدید.. 106
مسیر انتقال کوتاه.. 111
5. مزایای الکترودهای نانوساختار برای تجهیزات ذخیره انرژی پرسرعت.. 115
6. استانداردسازی نانولولههای کربنی.. 115
7. چالشهای استانداردسازی نانولولههای کربنی.. 118
9. روشها و ابزار اندازهگیری برای مشخصهیابی نانولولههای کربنی 121
10. کش آمدن نانولولههای کربنی؛ زیربنای توسعه نسل آینده نیمهرساناها و نانوکامپوزیتها (85/01/14 ).. 129
11. ساخت نانوسیمهای مقاوم با ساختار هیبریدی جدید (85/11/29 ) 130
12. نانو لوله کربنی ............................................................................................................................133
فصل هشتم :
1.خواص نانولوله کربنی.........................................................................................135
2.کاربرد نانوتیوب در صنعت ساختمان....................................................................135
3.دلایل رجحان نانولولة کربنی عبارتند از :...............................................................136
منابع ...........................................................................................................................141
شرح مختصر: پس از کشف نانولوله های کربنی توسط ایجیما و همکارانش بررسی های بسیار زیادی بر روی این ساختارها در سایر علوم انجام شده است. این ساختارها به دلیل خواص منحصر به فرد مکانیکی و الکتریکی که از خود نشان داده اند جایگزین مناسبی برای سیلیکون و ترکیبات آن در قطعات الکترونیکی خواهند شد. در اینجا به بررسی خواص الکتریکی نانولوله های کربنی زیگزاگ که به عنوان یک کانال بین چشمه و دررو قرار داده شده پرداختیم و نحوهی توزیع جریان در ترانزیستورهای اثر میدانی را در شرایط دمایی و میدانهای مختلف بررسی کرده ایم. از آنجایی که سرعت خاموش و روشن شدن ترانزیستور برای ما در قطعات الکترونیکی و پردازنده های کامپوتری از اهمیت ویژه ای برخوردار است، انتخاب نانولوله ای که تحرک پذیری بالایی داشته باشد بسیار مهم است. نتایج بررسی ها نشان میدهد تحرک پذیری الکترون در نانولوله های کربنی متفاوت به ازای میدانهای مختلفی که در طول نانولوله ها اعمال شود، مقدار بیشینهای را خواهد گرفت. بنا بر این در طراحی ترانزیستورها با توجه به مشخصه های هندسی ترانزیستور و اختلاف پتانسیلی که بین چشمه و دررو آن اعمال میشود باید نانولوله ای را انتخاب کرد که تحرک پذیری مناسبی داشته باشد.
فهرست مطالب
مقدمه.. 1
فصل اول.. 3
مقدمهای بر کربن و اشکال مختلف آن در طبیعت و کاربرهای آن.. 3
1-1 مقدمه.. 3
1-2 گونه های مختلف کربن در طبیعت.. 4
1-2-1 کربن بیشکل.. 4
1-2-2 الماس.. 4
1-2-3 گرافیت.. 5
1-2-4 فلورن و نانو لوله های کربنی.. 5
1-3 ترانزیستورهای اثر میدانی فلز- اکسید - نیمرسانا و ترانزیستور های اثرمیدانی نانولوله ی کربنی.. 8
فصل 2.. 11
بررسی ساختار هندسی و الکتریکی گرافیت و نانولوله های کربنی.. 11
2-1 مقدمه.. 11
2-2 ساختار الکترونی کربن.. 12
2-2-1 اربیتال p2 کربن.. 12
2-2-2 روش وردشی.. 13
2-2-3 هیبریداسون اربیتالهای کربن.. 15
2-3 ساختار هندسی گرافیت و نانولوله ی کربنی.. 19
2-3-1 ساختار هندسی گرافیت.. 19
2-3-2 ساختار هندسی نانولوله های کربنی.. 22
2-4 یاخته ی واحد گرافیت و نانولوله ی کربنی.. 26
2-4-1 یاخته ی واحد صفحه ی گرافیت.. 26
2-4-2 یاخته واحد نانولوله ی کربنی.. 27
2-5 محاسبه ساختار نواری گرافیت و نانولوله ی کربنی.. 29
2-5-1 مولکولهای محدود.. 29
2-5-2 ترازهای انرژی گرافیت.. 31
2-5-3 ترازهای انرژی نانولوله ی کربنی.. 33
2-5-4 چگالی حالات در نانولوله ی کربنی.. 37
2-6 نمودار پاشندگی فونونها در صفحه ی گرافیت و نانولوله های کربنی 38
2-6-1 مدل ثابت نیرو و رابطه ی پاشندگی فونونی برای صفحه ی گرافیت 39
2-6-2 رابطه ی پاشندگی فونونی برای نانولوله های کربنی.. 46
فصل 3.. 48
پراکندگی الکترون فونون.. 48
3-1 مقدمه.. 48
3-2 تابع توزیع الکترون.. 49
3-3 محاسبه نرخ پراکندگی کل.. 53
3-4 شبیه سازی پراکندگی الکترون – فونون.. 56
3-6 ضرورت تعریف روال واگرد.. 59
فصل 4.. 62
بحث و نتیجه گیری.. 62
4-1 مقدمه.. 62
4-2 نرخ پراکندگی.. 62
4-3 تابع توزیع در شرایط مختلف فیزیکی.. 64
4-4 بررسی سرعت میانگین الکترونها، جریان، مقاومت و تحرک پذیری الکترون 66
4-4-1 بررسی توزیع سرعت در نانولوله های زیگزاگ نیمرسانا.. 66
4-4-2 بررسی جریان الکتریکی در نانولوله های زیگزاگ نیمرسانا 68
4-4-3 بررسی مقاومت نانولوله های زیگزاگ نیمرسانا.. 68
4-4-3 بررسی تحرک پذیری الکترون در نانولوله های زیگزاگ نیمرسانا 69
نتیجه گیری.. 71
پیشنهادات.. 72
ضمیمهی (الف) توضیح روال واگرد... 73
منابع.. 75
چکیده انگلیسی.. 78
فهرست شکلها
شکل1-1. گونه های مختلف کربن6
شکل 1-2. ترانزیستور اثر میدانی9
شکل 1-3. ترانزیستور نانولوله ی کربنی10
شکل 2-1. اربیتال . 15
شکل 2-2. هیبرید . 17
شکل 2-3. ساختار . 18
شکل 2-4. شبکه گرافیت21
شکل 2-5. یاخته ی واحد گرافیت21
شکل2-6. یاخته ی واحدنانولوله ی کربنی23
شکل 2-7. گونه های متفاوت نانولوله های کربنی25
شکل 2- 8. تبهگنی خطوط مجاز در نانولوله ی کربنی36
شکل 2-9. مؤلفه های ماتریس ثابت نیرو43
فهرست جدولها
عنوان صفحه
جدول 2-1 عناصر ماتریس ثابت نیرو43
فهرست نمودارها
عنوان صفحه
نمودار 2-1. نوار انرژی الکترونی گرافیت33
نمودار 2-2. نوار انرژی الکترونی نانولوله ی کربنی36
نمودار 2-3. چگالی حالات در نانولوله ی کربنی38
نمودار 2-4. نوار سه بعدی انرژی فونونی گرافیت45
نمودار 2-5. نوار انرژی فونونی در راستای خطوط متقارن منطقه اول بریلوئن45
نمودار 2-6. نوار انرژی فونونی نانولوله ی کربنی47
نمودار 3-1. سطح فرمی در نانولوله های کربنی54
نمودار 3-2. منطقه ی تکرار شونده در نانولوله های کربنی60
نمودار 3-3. نقاط متقارن در مسئله پراکندگی61
نمودار 4-1. نرخ پراکندگی در دو نانولوله ی زیگزاگ و 63
نمودار 4-2. وابستگی دمایی نرخ پراکندگی63
نمودار4-3. تابع توزیع در میدان ضعیف و قوی نانولوله ی 64
نمودار4-4. تابع توزیع در میدان ضعیف و قوی نانولوله ی65
نمودار 4-5. وابستگی سرعت میانگین الکترون به دما در نانولوله ی کربنی67
نمودار 4-6.توزیع سرعت در نانولوله های زیگزاگ67
نمودار 4-7. نمودار جریان – ولتاژ در مورد نانولوله های زیگزاگ68
نمودار 4-8. مقاومت نانولوله های مختلف 69
فهرست پیوستها
عنوان صفحه
پیوست الف: توضیح روال واگرد73
چکیده انگلیسی78
شیمی - نانولوله های کربنی
تحقیقات اخیر روی نانوسیالات، افزایش قابل توجهی را در هدایت حرارتی آنها نسبت به سیالات بدون نانوذرات و یا همراه با ذرات بزرگتر (ماکرو ذرات) نشان میدهد. از دیگر تفاوتهای این نوع سیالات، تابعیت شدید هدایت حرارتی از دما، همچنین افزایش فوقالعاده فلاکس حرارتی بحرانی در انتقال حرارت جوشش آنهاست. نتایج آزمایشگاهی به دست آمده از نانوسیالات نتایج قابل بحثی است که به عنوان مثال میتوان به انطباق نداشتن افزایش هدایت حرارتی با تئوریهای موجود اشاره کرد. این امر نشان دهنده ناتوانی این مدل ها در پیشبینی صحیح خواص نانوسیال است. بنابراین برای کاربردی کردن این نوع از سیالات در آینده و در سیستمهای جدید، باید اقدام به طراحی و ایجاد مدلها و تئوریهایی شامل اثر نسبت سطح به حجم و فاکتورهای سیالیت نانوذرات و تصحیحات مربوط به آن کرد
سیستمهای خنک کننده، یکی از مهمترین دغدغههای کارخانهها و صنایعی مانند میکروالکترونیک و هر جایی است که به نوعی با انتقال گرما روبهرو باشد. با پیشرفت فناوری در صنایعی مانند میکروالکترونیک که در مقیاسهای زیر صد نانومتر عملیاتهای سریع و حجیم با سرعتهای بسیار بالا (چند گیگا هرتز) اتفاق میافتد و استفاده از موتورهایی با توان و بار حرارتی بالا اهمیت به سزایی پیدا میکند، استفاده از سیستمهای خنککننده پیشرفته و بهینه، کاری اجتنابناپذیر است. بهینهسازی سیستمهای انتقال حرارت موجود، در اکثر مواقع به وسیله افزایش سطح آنها صورت میگیرد که همواره باعث افزایش حجم و اندازه این دستگاهها میشود؛ لذا برای غلبه بر این مشکل، به خنک کنندههای جدید و مؤثر نیاز است و نانو سیالات به عنوان راهکاری جدید در این زمینه مطرح شدهاند. نانوسیالات به علت افزایش قابل توجه خواص حرارتی، توجه بسیاری از دانشمندان را در سالهای اخیر به خود جلب کرده است، به عنوان مثال مقدار کمی (حدود یک درصد حجمی) از نانوذرات مس یا نانولولههای کربنی در اتیلن گلیکول یا روغن به ترتیب افزایش 40 و 150 درصدی در هدایت حرارتی این سیالات ایجاد میکند [2] [3]؛ در حالی که برای رسیدن به چنین افزایشی در سوسپانسیونهای معمولی، به غلظتهای بالاتر از ده درصد از ذرات احتیاج است؛ این در حالی است که مشکلات رئولوژیکی و پایداری این سوسپانسیونها در غلظتهای بالا مانع از استفاده گسترده از آنها در انتقال حرارت میشود. در برخی از تحقیقات، هدایت حرارتی نانوسیالات، چندین برابر بیشتر از پیشبینی تئوریها است. از دیگر نتایج بسیار جالب، تابعیت شدید هدایت حرارتی نانوسیالات از دما [4] [5] و افزایش تقریباً سه برابری فلاکس حرارتی بحرانی آنها در مقایسه با سیالات معمولی است.
فهرست مطالب :
چکیده ۱
مقدمه: ۳
فصل اول :
۱٫ تولید نانولوله های کربنی با سوزاندن گیاهان: ۶
فصل دوم :
۱٫ انتقال گرما به وسیله نانوسیالات…. ۹
۲ . تهیه نانوسیالات…. ۱۱
۳ . انتقال حرارت در سیالات ساکن.. ۱۳
۴ . جریان، جابهجایی و جوشش….. ۱۶
۵ . هدایت حرارتی نانوسیال.. ۱۸
۶ . چشمانداز. ۱۹
فصل سوم :
۱٫ محققان با نانو لولههای کربن نخستین مدارالکترونیک تک مولکولی را ساختند : ۲۲
۲٫ پژوهشگران ایرانی موفق به افزایش شار و انرژی مغناطیسی نانوآلیاژ مغناطیسی شدند: ۲۳
۳٫ نانولولههای پلیمری پایدار با کاربردهای نانو زیستفنآوری تولید شد : ۲۶
فصل چهارم :
۱٫ خوردگی در جهان نانو : ۳۰
۳٫ فناوری نانو چیست و چه اثری در آینده جهان خواهد داشت؟. ۳۲
۴٫ حفظ خواص نانولولههای کربنی متصل شده با افزودن هیدروژن (۸۶/۰۱/۱۹ ) ۳۹
۵٫ روشی برای تلخیص نانو لوله های نارس (۸۶/۰۱/۲۸ ) ۴۱
۶٫ ساخت نانو مدارهای رایانهای نانو لوله ای (۸۶/۰۲/۰۱ ) ۴۲
۷٫ رشد قطعات بریده شده نانولولههای کربنی (۸۵/۱۰/۲۹ ) ۴۲
۸٫ مشاهده نانولولههای کربنی با پرتوهای الکترونی (۸۵/۰۳/۰۱ ) ۴۶
۹٫ انحناپذیری نانولولهها، عاملی جهت کلیدزنی (۸۴/۰۹/۱۳ ) ۴۹
۱۰٫ ساخت جلیقههای ضدگلوله به کمک نانولولهکربنی (۸۵/۱۱/۰۸ ) ۵۱
۱۱٫ نانو لولههای کربنی جاذب با آستانه تراوایی کمتر (۸۴/۰۶/۰۳ ) ۵۴
فصل پنجم :
۱٫ جابهجایی شکاف انرژی نانولولههای کربنی با دما (۸۵/۰۲/۲۷ ) ۵۷
۲٫ عاملدار کردن نانولولهها بدون کاهش هدایت الکتریکی آنها (۸۵/۰۷/۱۷ ) ۵۸
۳٫ غیرسمیکردن نانو لولههای کربنی با پوششدار کردن آنها (۸۵/۰۳/۱۰ ) ۶۰
۴٫ خالصسازی نانولولههای کربنی از طریق فرآیند مبتنی بر لیزر (۸۵/۱۰/۳۰ ) ۶۳
۵٫ رشد نانو لولههای کربنی با روش CVD در دمای پایین (۸۵/۰۶/۰۷ ) ۶۶
فصل ششم :
۱٫ پر نمودن نانو لوله های نیترید بور (۸۲/۰۴/۰۴ ) ۶۸
۲٫ نانو لولههای کربنی داغترین موضوع در فیزیک (۸۵/۰۳/۰۳ ) ۶۹
۳٫ تولید نانولولههای کربنی تکدیواره به وسیله یک فرآیند پلاسمای منحصر به فرد ۸۴/۰۲/۲۵ ) ۷۱
۴٫ معرفی پایان نامه :سنتز نانولولههای کربنی با روش رشد بر روی پایه کاتالیست آلومینا (۸۵/۱۲/۲۴ ) ۷۳
۵٫ تشخیص و شناسایی بخارهای شیمیایی به کمک نانولولههای کربنی (۸۴/۰۲/۲۱ ) ۷۵
روبرت ای فریتاس…. ۷۷
۶٫ نخستین کنگره بین المللی نانو فناوری و کابردهای آن.. ۷۸
۷٫ نانولوله کربنی.. ۸۲
۸٫ نانولولههای کربنی خالص و اولین آزمایش درون بدن موجود زنده (۸۵/۱۰/۱۷ ) ۸۳
۹٫ کاربرد نانولولهها در پیلهای خورشیدی… ۸۶
فصل هفتم.. ۹۵
۱٫ تأثیر فناورینانو بر بازارهای انرژی (۸۵/۱۲/۲۴ ) ۹۶
۳٫ سنتز نانولولههای کربنی با روش رشد بر روی پایه کاتالیست آلومینا ۱۰۰
۴٫ نانولولههای کربنی خالص و اولین آزمایش درون بدن موجود زنده (۸۵/۱۰/۱۷ ) ۱۰۱
واکنشهای جدید.. ۱۰۶
مسیر انتقال کوتاه ۱۱۱
۵٫ مزایای الکترودهای نانوساختار برای تجهیزات ذخیره انرژی پرسرعت…. ۱۱۵
۶٫ استانداردسازی نانولولههای کربنی.. ۱۱۵
۷٫ چالشهای استانداردسازی نانولولههای کربنی.. ۱۱۸
۹٫ روشها و ابزار اندازهگیری برای مشخصهیابی نانولولههای کربنی.. ۱۲۱
۱۰٫ کش آمدن نانولولههای کربنی؛ زیربنای توسعه نسل آینده نیمهرساناها و نانوکامپوزیتها (۸۵/۰۱/۱۴ ) ۱۲۹
۱۱٫ ساخت نانوسیمهای مقاوم با ساختار هیبریدی جدید (۸۵/۱۱/۲۹ ) ۱۳۰
۱۲٫ نانو لوله کربنی …………………………………………………………………………………………………………….۱۳۳
فصل هشتم :
۱٫خواص نانولوله کربنی……………………………………………………………………………..۱۳۵
۲٫کاربرد نانوتیوب در صنعت ساختمان…………………………………………………………..۱۳۵
۳٫دلایل رجحان نانولوله کربنی عبارتند از :………………………………………………………۱۳۶
منابع ……………………………………………………………………………………………………………