کوشا فایل
کوشا فایل بانک فایل ایران ، دانلود فایل و پروژهکوشا فایل
کوشا فایل بانک فایل ایران ، دانلود فایل و پروژهپایان نامه تکمیل منسوج با چند لایه مرکب نانو لوله های کربنی/ پلیمر رسانا
اختصاصی از کوشا فایل پایان نامه تکمیل منسوج با چند لایه مرکب نانو لوله های کربنی/ پلیمر رسانا دانلود با لینک مستقیم و پرسرعت .
فرمت فایل : WORD (قابل ویرایش)
تعداد صفحات:104
فهرست مطالب:
فصل اول
1- مقدمه...............................................................................................................................................................................................................11
1-1- تعریف کامپوزیت....................................................................................................................................................................................11
1-2- تاریخچه....................................................................................................................................................................................................11
1-3- تاریخچه مواد پلیمری تقویت شده با الیاف......................................................................................................................................11
1-4- کامپوزیت نانولوله¬های کربنی و پلیمر رسانا......................................................................................................................................12
1-4-1- کامپوزیت¬های نانولوله-پلی-انیلین....................................................................................................................................................13
1-4-1-1- برهمکنش¬های نانولوله/پلی¬انیلین ...........................................................................................................................................13
1-4-1-1-1- برهمکنش¬های پلی¬انیلین با نانولوله¬ی عامل-دارنشده........................................................................................................13
1-4-1-1-2- برهمکنش¬های پلی¬انیلین با نانولوله¬ی عامل¬دار شده........................................................................................................14
1-4-2- روش¬های سنتز....................................................................................................................................................................................14
1-5- کاربرد کامپوزیت نانولوله¬های کربنی/ پلیمر رسانا...........................................................................................................................15
1-6- نقش و خصوصیت الکترود مقابل........................................................................................................................................................15
1-6-1- مشکلات سلول¬های خورشیدی رنگ حساس...............................................................................................................................16
1-7- تکمیل منسوج توسط پلیمرهای رسانا...............................................................................................................................................16
1-7-1- تکمیل منسوج توسط پلی-انیلین.....................................................................................................................................................17
1-7-1-1- پلی-انیلین.......................................................................................................................................................................................17
1-7-1-2- کاربرد پلیمر رسانای پلی-انیلین................................................................................................................................................18
1-7-1-3- پارچه¬های پوشش¬دهی شده توسط پلی-انیلین......................................................................................................................19
1-7-2- تکمیل منسوج توسط پلی-پیرول.....................................................................................................................................................19
1-7-2-1- پلی-پیرول.......................................................................................................................................................................................19
1-7-2-2- کاربرد پلیمر رسانای پلی-پیرول................................................................................................................................................21
1-7-2-3- پارچه¬های رسانای پوشش¬دهی شده با پلی-پیرول.................................................................................................................21
1-8- تکمیل منسوج توسط نانولوله¬های کربنی.........................................................................................................................................22
1-8-1- نانولوله¬های کربنی..............................................................................................................................................................................22
1-8-2- کاربرد نانولوله¬های کربنی.................................................................................................................................................................23
1-8-3- تهیه پارچه رسانا توسط نانولوله¬های کربنی..................................................................................................................................23
1-8-3-1- روش¬های تهیه دیسپرسیون نانولوله¬های کربنی....................................................................................................................26
1-8-3-1-1- دیسپرسیون نانولوله¬های کربنی عامل-دار............................................................................................................................26
1-8-3-1-2- دیسپرسیون نانولوله¬های کربنی بر پایه¬ی حلال¬های آلی................................................................................................26
1-8-3-1-3- دیسپرسیون نانولوله¬های کربنی با آب.................................................................................................................................26
1-9- تهیه منسوج رسانا توسط نانوذرات فلزی..........................................................................................................................................27
1-9-1- تکنیک¬های فلزدار کردن...................................................................................................................................................................27
1-9-2- لایه¬نشانی احیایی و پیشرفت آن در نساجی.................................................................................................................................28
1-9-2-1- لایه¬نشانی احیایی.........................................................................................................................................................................28
1-9-2-2- مکانیزم فرآیندلایه¬نشانی احیایی..............................................................................................................................................28
1-10- زیرلایه.......................................................................................................................................................................................................30
1-10-1- آماده¬سازی زیرلایه با فرآیند پلاسما..............................................................................................................................................31
1-10-1-1- فرآیند پلاسما...............................................................................................................................................................................31
1-10-1-2- برهمکنش بین پلاسما با سطح منسوجات............................................................................................................................31
فصل دوم
2- شرح کلی آزمایشات......................................................................................................................................................................................35
2-1- آماده-سازی...............................................................................................................................................................................................35
2-2- آماده¬سازی نمونه با پلاسما...................................................................................................................................................................35
2-2-1- آماده¬سازی نمونه با هیدرولیز قلیایی..............................................................................................................................................36
2-3- مواد و روش¬های مورد استفاده برای ساخت منسوج رسانا توسط لایه¬نشانی به روش احیایی...............................................36
2-3-1- لایه¬نشانی با مس.................................................................................................................................................................................36
2-3-1-1- مواد مورد استفاده در لایه‌نشانی احیایی با مس....................................................................................................................36
2-3-1-2- روش لایه¬نشانی احیایی با مس.................................................................................................................................................37
2-3-1-3- روش لایه¬نشانی احیایی با مس.................................................................................................................................................38
2-3-2- لایه¬نشانی احیایی با نیکل.................................................................................................................................................................38
2-3-2-1- مواد مورد استفاده در لایه‌نشانی با نیکل................................................................................................................................38
2-3-2-2- روش لایه¬نشانی احیایی با نیکل...............................................................................................................................................38
2-4- مواد و روش¬های مورد استفاده برای ساخت منسوج رسانا توسط پلیمرهای رسانا..................................................................39
2-4-1- مواد و روش¬های مورد استفاده برای ساخت منسوج رسانا توسط پلیمر رسانای پلی-انیلین...............................................39
2-4-1-1- مواد برای پوشش¬دهی منسوجات با استفاده از پلی-انیلین..................................................................................................39
2-4-1-2- پوشش¬دهی منسوجات با استفاده از پلی¬انیلین به روش پلیمریزاسیون شیمیایی.........................................................39
2-4-1-3- پوشش¬دهی منسوجات با استفاده از پلی¬انیلین به روش اسپری.......................................................................................40
2-4-1-4- پوشش¬دهی منسوجات با استفاده از پلی¬انیلین به روش غوطه-وری..................................................................................40
2-4-2- مواد و روش¬های مورد استفاده برای ساخت منسوج رسانا توسط پلی-پیرول.........................................................................41
2-4-2-1- مواد برای پوشش¬دهی با استفاده از پلی-پیرول......................................................................................................................41
2-4-2-2- پوشش¬دهی منسوج با استفاده از پلی¬پیرول به روش پلیمریزاسیون شیمیایی..............................................................41
2-4-2-3- پوشش¬دهی منسوج با استفاده از پلی¬پیرول به روشCVD...............................................................................................41
2-4-3- مواد و روش¬های مورد استفاده برای ساخت منسوج رسانا توسط لایه¬نشانی با نانوذرات کامپوزیتی................................42
2-4-3-1- مواد و روش مورد استفاده برای ساخت منسوج رسانا توسط لایه¬نشانی کامپوزیتی از پلیمر رسانا انیلین با فلز مس..........................................................................................................................................................................................................................42
2-4-3-2- مواد و روش مورد استفاده برای ساخت منسوج رسانا توسط لایه¬نشانی کامپوزیتی از پلیمر رسانا انیلین با فلز نیکل........................................................................................................................................................................................................................42
2-4-3-3- مواد و روش مورد استفاده برای ساخت منسوج رسانا توسط لایه¬نشانی کامپوزیتی از پلیمر رسانا پیرول با فلز مس..........................................................................................................................................................................................................................43
2-4-3-4- مواد و روش مورد استفاده برای ساخت منسوج رسانا توسط لایه¬نشانی کامپوزیتی از پلیمر رسانا پیرول با فلز نیکل........................................................................................................................................................................................................................43
2-5- مواد و روش¬های مورد استفاده برای ساخت منسوج رسانا توسط نانولوله¬های کربنی چند دیواره.......................................43
2-5-1- مواد برای پوشش¬دهی با استفاده از نانولوله¬های کربنی چند دیواره........................................................................................43
2-5-2- پوشش¬دهی منسوجات با استفاده از نانولوله¬های کربنی چند دیواره به روش فیلتراسیون.................................................44
2-5-3- پوشش¬دهی منسوجات با استفاده از نانولوله¬های کربنی چند دیواره به روش الکتروریسی................................................44
2-5-4- پوشش¬دهی منسوجات با استفاده از نانولوله¬های کربنی چند دیواره به روش الکترواسپری...............................................44
2-5-5- پوشش¬دهی منسوجات با استفاده از نانولوله¬های کربنی چند دیواره به روش چاپ جوهرافشان......................................45
2-5-6- پوشش¬دهی منسوجات با استفاده از نانولوله¬های کربنی چند دیواره به روش اسپری.........................................................45
2-6- دستگاه¬ها و تجهیزات مورد استفاده برای تهیه منسوجات رسانا..................................................................................................46
2-6-1- دستگاه اولتراسونیک..........................................................................................................................................................................46
2-6-2- اسپری با استفاده از پیستوله............................................................................................................................................................46
2-6-3- بررسی و تعیین خصوصیات پارچه رسانا.......................................................................................................................................47
2-6-3-1- اندازه‌گیری وزن...........................................................................................................................................................................47
2-6-3-2- بررسی مقاومت الکتریکی سطحی نمونه-ها.............................................................................................................................47
2-6-3-3- بررسی سطح نمونه‌ها..................................................................................................................................................................48
2-6-3-4- تعیین چگونگی برهمکنش شیمیایی پلیمرها و نانولوله¬ی کربنی با پارچه.....................................................................48
2-6-3-5- بررسی میزان انعکاس نور از سطح نمونه-ها............................................................................................................................49
2-6-3-6- ولتامتری چرخه-ای......................................................................................................................................................................49
فصل سوم
3- مقدمه...............................................................................................................................................................................................................52
3-1- بررسی مورفولوژی نمونه¬های آماده شده با پلاسمای اکسیژن و هیدرولیز قلیایی...................................................................52
3-2- بررسی طیف سنج مادون قرمز تبدیل فوریه....................................................................................................................................53
3-3- بررسی مورفولوژی نمونه¬های لایه¬نشانی شده با نانوذرات مس و نیکل.......................................................................................54
3-4- بررسی خصوصیات منسوج لایه¬نشانی شده با پلیمر رسانای پلی¬انیلین و پلی-پیرول..............................................................55
3-4-1- بررسی منسوج لایه¬نشانی شده با پلی-انیلین.................................................................................................................................55
3-4-1-1- بررسی مورفولوژی منسوج لایه¬نشانی شده با پلی-انیلین.....................................................................................................57
3-4-2- بررسی منسوج لایه¬نشانی شده با پلی-پیرول.................................................................................................................................57
3-4-2-1- بررسی مورفولوژی منسوج لایه¬نشانی شده با پلی-پیرول.....................................................................................................58
3-4-2-2- مقاومت الکتریکی سطحی و تغییرات وزن منسوج لایه¬نشانی شده با پلیمر رسانا.........................................................61
3-4-2-3- بررسی خصوصیات نوری پارچه¬ی لایه¬نشانی شده با پلیمر رسانای پلی-پیرول...............................................................62
3-4-2-4- بررسی رفتار الکترو شیمیایی منسوج لایه¬نشانی شده با پلی-پیرول..................................................................................64
3-5- بررسی خصوصیات منسوج لایه¬نشانی شده با نانولوله¬های کربنی..............................................................................................71
3-5-1- بررسی مورفولوژی منسوج لایه¬نشانی شده با نانولوله¬های کربنی به روش اسپری................................................................74
3-5-2- مقاومت الکتریکی سطحی و تغییرات وزن منسوج لایه¬نشانی شده با نانولوله¬های کربنی...................................................77
3-5-3- بررسی خواص نوری منسوجات لایه¬نشانی شده با نانولوله¬های کربنی....................................................................................77
3-5-4- بررسی رفتار الکترو شیمیایی منسوج لایه¬نشانی شده با نانولوله¬های کربنی چند دیواره....................................................80
3-6- بررسی طیف سنجی مادون قرمز تبدیل فوریه.................................................................................................................................86
فصل چهارم
4- نتیجه¬گیری نهایی..........................................................................................................................................................................................89
4-1- پیشنهادات...............................................................................................................................................................................................92
فهرست جدول¬ها
جدول 2 1- نسبت مولی و غلظت اسید مورد استفاده...............................................................................................................................42
جدول 2 2- فرآیند آماده¬سازی زیرلایه و تهیه دیسپرسیون نانولوله¬های کربنی...................................................................................44
جدول 2 3- شرایط الکترواسپری و ترکیبات دیسپرسیون.........................................................................................................................45
جدول 3 1- کدگذاری نمونه¬های لایه¬نشانی شده با پلی¬پیرول..................................................................................................................58
جدول 3 2- تغییرات مقاومت الکتریکی سطحی و وزن نمونه¬های لایه¬نشانی شده با پلی¬پیرول به روش CVD.........................59
جدول 3 3-ولتاژ و چگالی جریان متناظر با پیک کاتدی در نمونه¬های لایه¬نشانی شده با پلی¬پیرول...............................................71
جدول 3 4- ولتاژ و چگالی جریان متناظر با پیک کاتدی در نمونه¬های لایه¬نشانی شده با نانولوله¬های کربنی..............................85
جدول 3 5- مقایسه¬ی بین ولتاژ و چگالی جریان متناظر با پیک کاتدی نمونه¬های تهیه شده با نتایج سایر پژوهشگران...........85
فهرست شکل¬ها
شکل 1 1- فرمول کلی انیلین.........................................................................................................................................................................18
شکل 1 2- فرم¬های مختلف پلی-انیلین..........................................................................................................................................................18
شکل 1 3- ساختار پلی-پیرول..........................................................................................................................................................................20
شکل 1 4- مراحل پلیمریزاسیون پلی-پیرول.................................................................................................................................................20
شکل 1 5- مکانیسم پلیمریزاسیون پلی-پیرول.............................................................................................................................................20
شکل 1 6- روش پوشش¬دهی الف) غوطه¬وری، ب) دورانی.......................................................................................................................24
شکل 1 7- نحوه قرارگیری نانولوله-ها.............................................................................................................................................................25
شکل 1 8- تصویر شماتیک اجزای اصلی لایه¬نشانی احیایی.....................................................................................................................30
شکل 1 9- ساختار شیمایی پلی اتیلن ترفتالات.........................................................................................................................................30
شکل 1 10- برهمکنش بین سطح و پلاسما................................................................................................................................................32
شکل 2 1- دستگاه پلاسما...............................................................................................................................................................................36
شکل 2 2- مراحل لایه¬نشانی احیایی.............................................................................................................................................................37
شکل 2 3- تقطیر مونومر..................................................................................................................................................................................39
شکل 2 4- حمام آب.........................................................................................................................................................................................40
شکل 2 5- دستگاه اولترا سونیک....................................................................................................................................................................46
شکل 2 6- پیستوله و پمپ باد........................................................................................................................................................................47
شکل 2 7- تصویر میکروسکوپ الکترونی پویشی نشر میدانی.................................................................................................................48
شکل 2 8- تصویر دستگاه طیف سنجی مادون قرمز تبدیل فوریه..........................................................................................................49
شکل 2 9- تصویر اسپکتروسکوپی انعکاسی.................................................................................................................................................49
شکل 2 10- دستگاه ولتامتری چرخه-ای.......................................................................................................................................................50
شکل 3 1- تصویر میکروسکوپ الکترونی پویشی پارچه¬ی پلی¬استری خام، عمل¬شده با پلاسمای اکسیژن و سدیم هیدروکسید............................................................................................................................................................................................................53
شکل 3 2- طیف مادون قرمز پارچه¬ی پلی¬استر خام، عمل شده با پلاسمای اکسیژن و سدیم هیدروکسید..................................54
شکل 3 3- تصاویر میکروسکوپ الکترونی پویشی پارچه¬ی پلی¬استر لایه¬نشانی شده با نانوذرات نیکل و مس...............................54
شکل 3 4- تصاویر میکروسکوپ الکترونی پویشی پارچه¬ی پلی¬استر لایه¬نشانی شده با نانوذرات نیکل و مس...............................55
شکل 3 5- تصویر میکروسکوپ الکترونی پویشی پارچه¬ی پلی¬استری خام و لایه¬نشانی شده با پلی-پیرول.....................................57
شکل 3 6- تصویر میکروسکوپ الکترونی پویشی لایه¬نشانی پارچه¬ی پلی¬استری خام، پوشش¬دهی شده با نانوذرات مس و نیکل با پلی¬پیرول به روش CVD..............................................................................................................................................................................59
شکل 3 7- تصویر میکروسکوپ الکترونی پویشی پارچه¬ی پلی¬استری خام............................................................................................60
شکل 3 8- تصاویر میکروسکوپ الکترونی پویشی پارچه¬ی پلی¬استری زیرلایه¬ها با پلی¬پیرول به روش پلیمریزاسیون شیمیایی..................................................................................................................................................................................................................60
شکل 3 9- نمودار ولتامتری چرخه¬ای پلی¬استر هیدرولیزشده پس از لایه¬نشانی با پلی-پیرول............................................................65
شکل 3 10- نمودار ولتامتری چرخه¬ای پلی¬استر عمل شده با پلاسما پس از لایه¬نشانی با پلی-پیرول..............................................66
شکل 3 11- نمودار ولتامتری چرخه¬ای پلی¬استر پوشش¬دهی شده با نانوذرات مس پس از لایه¬نشانی با پلی-پیرول.....................67
شکل 3 12- نمودار ولتامتری چرخه¬ای پلی¬استر پوشش¬دهی شده با نانوذرات مس پس از لایه¬نشانی با پلی-پیرول.....................68
شکل 3 13- نمودار ولتامتری چرخه¬ای پلی¬استر پوشش¬دهی شده با نانوذرات نیکل پس از لایه¬نشانی با پلی-پیرول...................69
شکل 3 14- پلی¬استر پوشش¬دهی شده با نانوذرات نیکل پس از لایه¬نشانی با پلی-پیرول..................................................................70
شکل 3 15- تصویر میکروسکوپ نوری پارچه¬ی لایه¬نشانی شده با نانولوله¬های کربنی به روش فیلتراسیون.................................72
شکل 3 16- تصویر میکروسکوپ نوری پارچه¬ی لایه¬نشانی شده با نانولوله¬های کربنی به روش الکتروریسی.................................72
شکل 3 17- تصویر میکروسکوپ نوری پارچه¬ی لایه¬نشانی شده با نانولوله¬های کربنی به روش الکترواسپری...............................73
شکل 3 18- تصویرمیکروسکوپ نوری منسوج لایه¬نشانی شده با نانولوله¬های کربنی به روش چاپ جوهرافشان..........................74
شکل 3 19- تصویر میکروسکوپ الکترونی پویشی زیرلایه¬ی پوشش¬دهی شده با پلی¬پیرول قبل از لایه¬نشانی با نانولوله¬های کربنی......................................................................................................................................................................................................................75
شکل 3 20- تصویر میکروسکوپ الکترونی پویشی نمونه¬های لایه¬نشانی شده با نانولوله¬های کربنی................................................76
شکل 3 21- تصویر میکروسکوپ الکترونی پویشی پارچه¬ی پلی¬استری لایه¬نشانی شده با پلی¬انیلین و نانولوله¬های کربنی........76
شکل 3 22- طیف انعکاسی نمونه¬های لایه¬نشانی شده با نانولوله¬های کربنی........................................................................................80
شکل 3 23- نمودار ولتامتری چرخه¬ای نمونه¬های لایه¬نشانی شده با نانولوله¬ی کربنی چند دیواره.................................................83
شکل 3 24- نمودار ولتامتری چرخه¬ای نمونه¬های لایه¬نشانی شده پلی¬انیلین و نانولوله¬ی کربنی.....................................................84
شکل 3 25- طیف مادون قرمز پارچه پلی¬استری خام، لایه¬نشانی شده با پلی¬انیلین و لایه¬نشانی شده با نانولوله¬های کربنی.....86
شکل 3 26- طیف مادون قرمز پارچه پلی¬استری خام، لایه¬نشانی شده با پلی¬پیرول و لایه¬نشانی شده با نانولوله¬های کربنی.....87
چکیده
در این پژوهش، هدف اصلی تکمیل منسوج با چندلایه¬ی مرکب نانولوله¬های کربنی و پلیمر رسانا و استفاده از آن به عنوان الکترود مقابل در سلول¬های خورشیدی می¬باشد. جهت دستیابی به این هدف آزمایشات در چند مرحله انجام شد.
در مرحله¬ی اول آماده¬سازی به دو روش هیدرولیز قلیایی و پلاسمای اکسیژن به منظور افزایش مکان¬های جاذب بر روی سطح انجام شد. سپس برخی از نمونه¬ها به روش لایه¬نشانی احیایی با نانوذرات مس یا نیکل پوشش¬دهی شدند. در مراحل بعدی از این نمونه¬ها (خام، پوشش¬دهی شده با نانوذرات مس و پوشش¬دهی شده با نانوذرات نیکل) به عنوان زیرلایه استفاده گردید.
لایه¬نشانی پارچه¬های پلی¬استری پوشش¬دهی شده با نانوذرات مس یا نیکل به دلیل حضور اسید و ماده¬ی اکسیدکننده در شرایط پلیمریزاسیون پلی¬انیلین، با موفقیت انجام نشد. لایه¬نشانی با پلی¬پیرول به روش پلیمریزاسیون شیمیایی انجام شد. الکتریکی سطحی و درصد افزایش وزن نمونه¬های لایه¬نشانی شده با پلی¬پیرول برای پارچه¬ی پلی¬استری خام، پوشش¬دهی شده با نانوذرات مس و پوشش¬دهی شده با نانوذرات نیکل (آماده¬سازی شده به روش پلاسمای اکسیژن) به ترتیب 41، 52 و Ω/Sq 22 و 80/22، 31/7 و 71/18 درصد و برای نمونه¬های آماده¬سازی شده به روش هیدرولیز قلیایی 42، 61 و Ω/Sq 27 و 65/21، 92/5 و 90/15 درصد بدست آمد. پس از لایه¬نشانی با پلی¬پیرول، انعکاس کاهش یافت. نمودارهای ولتامتری چرخه¬ای هم نشان¬دهنده¬ی رسانایی مناسب و فعالیت الکتروشیمیایی خوب نمونه¬ها می¬باشد.
در مرحله¬ی آخر لایه¬ای از نانولوله¬های کربنی بر روی سطح لایه¬نشانی شد. پس از لایه¬نشانی زیرلایه¬ها با نانولوله¬های کربنی مقاومت الکتریکی سطحی افزایش یافت. مقاومت الکتریکی سطحی و درصد افزایش وزن نمونه¬های لایه¬نشانی شده با نانولوله¬های کربنی برای پارچه¬ی پلی¬استری خام، پوشش¬دهی شده با نانوذرات مس و پوشش¬دهی شده با نانوذرات نیکل (آماده¬سازی شده به روش پلاسمای اکسیژن) به ترتیب 127، 112 و Ω/Sq 70 و 399/0، 967/0 و 520/0 درصد و برای نمونه¬های آماده¬سازی شده به روش هیدرولیز قلیایی 128، 112 و Ω/Sq 88 و 633/0، 810/0 و 545/0 درصد بدست آمد. پس از لایه¬نشانی با نانولوله¬های کربنی، انعکاس کاهش یافت.
کلمات کلیدی: پلیمر رسانا، نانولوله¬های کربنی، پارچه¬ی پلی¬استر
پیشگفتار
فرآیند تکمیل به مجموعه عملیاتی که بر روی یک سطح (بستر) جهت رسیدن به یک ویژگی و کاربرد خاص انجام می¬گیرد، گفته¬ می¬شود. این فرآیند در صنایع مختلف از جمله صنعت نساجی بسیار مورد استفاده قرار می¬گیرد. فرآیند تکمیل می¬تواند در کاربردهایی از جمله بهبود ظاهر، چسبندگی یا ترشوندگی، مقاومت در برابر خوردگی مقاومت در برابر مواد شیمیایی، تغییر هدایت الکتریکی به کار گرفته ¬¬شود[1].
امروزه انرژی یک نیاز مهم برای زندگی روزمره و صنعت به شمار می¬آید. نیاز به انرژی هر روز در حال افزایش اما منابع انرژی محدود و رو به پایان هستند. به همین دلیل محققان درصدد گسترش منابع جدید انرژی هستند که فراوان، ارزان و دوست¬دار محیط زیست هستند. انرژی خورشیدی نامحدود، تمیز و تجدیدپذیر است که می¬تواند گزینه¬ی مناسبی جهت رفع این نیازهای بشر باشد. سلول¬های خورشیدی که مستقیما نور خورشید را به انرژی الکتریکی تبدیل می¬کنند ساختار جالبی برای تولید انرژی هستند که یکی از انواع آن سلول¬های خورشیدی رنگ حساس می¬باشند. در ساخت این سلول¬ها از شیشه-های رسانا به عنوان زیرلایه استفاده می¬شود[2]. نیروی الکتریکی تولیدی از نور خورشید، می¬تواند برای کاربردهای مختلفی چون خنک سازی، حرارت دهی، روشنایی، شارژ باطری¬ها و تولید نیروی الکتریکی برای وسایل الکتریکی متنوع، مورد استفاده قرار بگیرد .[3]سلول¬های خورشیدی رنگ حساس در مقایسه با دیگر انواع سلول¬های خورشیدی مزایایی همچون عدم نیاز به تجهیزات پیچیده جهت تولید انبوه، سازگار با محیط زیست، عدم وابستگی به زاویه تابش، امکان کار در روزهای ابری و بارانی، ارزان بودن و تنوع زیاد دارند که توجه بسیاری از محققان را به خود جلب کرده¬اند [4, 5].
از جمله مشکلات سلول¬های خورشیدی رنگ حساس، سنگین وزن بودن، عدم انعطاف¬پذیری شیشه¬های رسانا به عنوان زیرلایه و الکترود مقابل پلاتین می¬باشد. پلاتین ماده¬ای گران قیمت می¬باشد که آماده¬سازی سلول¬ها در مقیاس وسیع را با هزینه¬ی زیادی همراه می¬کند به همین جهت محققان به دنبال یافتن موادی جهت جایگزینی پلاتین در سلول¬های خورشیدی هستند. تاکنون مواد زیادی از جمله مواد کربنی، پلیمرهای رسانا و یا کامپوزیتی از آن¬ها که رسانایی، فعالیت الکتروشیمیایی و قیمت مناسبی دارند به کار گرفته شده اند[6].
در این پروژه، تکمیل منسوج با پلیمر رسانا و نانولوله¬های کربنی به منظور ایجاد هدایت الکتریکی با هدف استفاده در سلول¬های خورشیدی به عنوان الکترود مقابل انجام شده است.
با توجه به اهداف یاد شده و به منظور آشنایی مقدماتی با موضوع باید بیان گردد که این پژوهش در قالب چهار فصل تهیه شده که به شرح ذیل می باشند:
در فصل نخست با عنوان )) مقدمه و مروری بر مقالات (( به بررسی تحقیقات انجام گرفته در زمینه ساخت الکترود مقابل با پلیمر رسانا و نانولوله¬های کربنی و روش¬های تولید منسوجات پوشش¬دهی شده با پلیمر رسانا و نانولوله¬های کربنی پرداخته شده است.
در فصل دوم این پژوهش، با عنوان )) تجربیات (( به بیان شرح مواد و دستگاه های مورد استفاده جهت تولید منسوجات رسانا با پلیمر رسانا و نانو لوله¬های کربنی پرداخته است.
فصل سوم تحت عنوان )) نتایج و بحث (( به بیان دقیق نتایج آزمایش ها و نیز بررسی منسوجات رسانا با پلیمر رسانا و نانو لوله¬های کربنی، تحلیل خواص فیزیکی، مورفولوژی، نوری، رفتار الکتروشیمیایی و همچنین بررسی روش های مختلف استفاده شده جهت تولید منسوجات رسانا با پلیمر رسانا و نانولوله¬های کربنی پرداخته شده است.
فصل چهارم با عنوان )) نتیجه گیری نهایی و پیشنهادات (( به نتیجه¬گیری پایانی پرداخته و پیشنهادات مربوطه جهت مطالعات آینده را ارائه نموده است.
پایان نامه سنتز و ساخت قطعات از نانو ذرات زیرکونیا و محلولهای جامد آن جهت استفاده در پیلهای سوختی اکسید جامد
اختصاصی از کوشا فایل پایان نامه سنتز و ساخت قطعات از نانو ذرات زیرکونیا و محلولهای جامد آن جهت استفاده در پیلهای سوختی اکسید جامد دانلود با لینک مستقیم و پرسرعت .
فرمت فایل : WORD (قابل ویرایش)
تعداد صفحات:167
پایان نامه کارشناسی ارشد مهندسی مواد(سرامیک)
فهرست مطالب:
فصل اول : مقدمه 1
1-1- مقدمه 2
فصل دوم : مروری برمنابع مطالعاتی 5
2-1- فناوری نانو 6
2-2- خواص نانوذرات 7
2-3- روشهای تولید نانو ذرات 7
2-4- کاربرد نانو تکنولوژی 8
2-5- نانو کامپوزیت های سرامیکی 10
2-5-1- طبقه بندی نانو کمپوزیت های سرامیکی 10
2-5-2- خواص و کاربرد نانو کامپوزیتهای سرامیکی 11
2-6- نانو محلولهای جامد سرامیکی 11
2-6-1- محلول جامد از نوع بین نشینی 11
2-6-2- محلول جامد از نوع جانشینی 11
2-6-2-1- انواع محلول جامد جانشینی 11
2-6-3- خواص مکانیکی محلول های جامد 12
2-6-4- محلولهای جامد فوق اشباع 12
2-7- روشهای سنتز نانو محلول های جامد سرامیکی 12
2-7-1- آلیاژ سازی مکانیکی 12
2-7-2- سل- ژل 13
2-7-3- رسوبی و همرسوبی (رسوبگذاری) 14
2-8- پیل سوختی چیست؟ 15
2-9- تاریخچه پیل سوختی 18
2-10- انواع پیل های سوختی 19
2-10-1- پیل سوختی اسید فسفریک (PAFC) 19
2-10-2- پیل سوختی قلیایی (AFC) 20
2-10-3- پیل سوختی کربنات مذاب (MCFC) 20
2-10-4- پیل سوختی الکترولیت پلیمر یا غشای مبادله کننده پروتون(PEFC) 21
2-10-5- پیل سوختی اکسید جامد (SOFC) 22
2-10-5-1- تاریخچه پیل سوختی اکسید جامد (SOFC) 22
2-10-5-2- وظیفه صفحات الکترود متخلخل در پیل سوختی اکسید جامد شامل موارد زیر است 24
2-10-5-3- روابط و واکنشهای موجود در یک پیل سوختی اکسید جامد 24
2-10-5-4- نیروی الکتروموتیو (EMF) و معادله نرنست برای پیل های سوختی اکسید جامد 25
2-10-5-5- پتانسیل الکتروشیمیایی و رسانایی یونی در پیل های سوختی اکسید جامد 26
2-10-5-6- محاسبه رسانایی الکتریکی و مقاومت الکتریکی برای پیل های سوختی اکسید جامد 26
2-10-5-7- جزئیات عملکرد پیل های سوختی اکسید جامد 26
2-11- مقایسه کلی بین پیل های سوختی از نظر دمای کارکرد و بازده و توان تولیدی 29
2-12- مزایا و معایب پیل های سوختی 30
2-13- موانع پیش روی استفاده از پیل های سوختی 31
2-14- کاربرد های پیل سوختی 32
2-15- زیرکونیا 33
2-15-1- خواص فیزیکی، مکانیکی، و شیمیائی زیرکونیا 33
2-15-2- پلی مورف های زیرکونیا 34
2-15-2-1- فاز مونوکلینیک زیرکونیا 34
2-15-2-2- فاز تتراگونال زیرکونیا 35
2-15-2-3- فاز مکعبی زیرکونیا 35
2-15-3- کاربرد های زیرکونیا 35
2-15-3-1- کاربرد های مبتنی بر خواص الکتریکی زیرکنیا 36
2-15-3-2- کاربرد های مبنی بر دیرگدازی زیرکونیا 36
2-15-3-3- کاربرد های مبتنی بر خواص مکانیکی 37
2-16- مقدمه ای برآند پیل سوختی اکسید جامد 37
2-17- ناحیه سه فازی درآند 38
2-18- انواع مواد آندی 39
2-18-1- سرمتYSZ –Ni 39
2-18-2- فلورایت ها 41
2-18-3- مواد آندی پروسکایت 44
2-18-4- مواد آندی تنگستن برنز 48
2-18-5- مواد آندی پیروکلر 49
2-18-6- مواد آندی سولفور آزاد 50
2-19- توسعه سینتیک و مکانیسم واکنش و مدل آند ها 51
2-20- توسعه تکنولوژی های ارزان قیمت برای تولید و ساخت آند 55
فصل سوم : فعالیت های آزمایشگاهی 58
3-1- مواد اولیه مورد استفاده 59
3-2- روش کار 60
3-2-1- مراحل سنتز پودر (AZ) 60
3-2-1-1- مرحله اول: اختلاط مواد اولیه 61
3-2-1-2- رفلاکس سیستم 61
3-2-1-3- مرحله سوم: سانتریفیوژ محلول 62
3-2-1-4- مرحله ی چهارم : شستشو رسوب بدست آمده 62
3-2-1-5- مرحله پنجم: خشک کردن و عملیات حرارتی اولیه 62
3-2-2- سنتز پودر AZN)) 62
3-2-3- سنتز پودر (AZNC) 63
3-3- تهیه و ساخت آند پیل سوختی اکسید جامد 64
3-3-1- روش خشک 65
3-3-1-1- تخلخل زای: PVA (پلی ونیل استات) 65
3-3-1-2- تخلخل زای: T.P.P (تری فنیل فسفین) 67
3-3-1-3- تخلخل زای :خاک اره 68
3-3-1-4- تخلخل زای:CMC (کربوکسی متیل سلولز) 69
3-3-1-5- تخلخل زای: نمک طعام (NaCl ) 70
3-3-1-6- تخلخل زای: شکر 70
3-3-1-7- تخلخل زای: اوره Urea 71
3-3-1-8- تخلخل زای:PEG (پلی اتیلن گلیکول) 72
3-3-1-9- تخلخل زای :MC (متیل سلولز) 73
3-3-1-10- تخلخل زای: مخلوط PVA و T.P.P 74
3-3-1-11- تخلخل زای : مخلوط T.P.P وMC 75
3-3-1-12- تخلخل زای: اختلاط PVAو PEG 75
3-3-1-13- تخلخل زای: PEG وMC 76
3-3-1-14- تخلخل زای: PEG وT.P.P 76
3-3-1-15- تخلخل زای: PVA، PEG، MC 77
3-3-1-16- تخلخل زا ی : PVA،PEG ، T.P.P 77
3-3-2- روش تر 78
3-3-2-1- تخلخل زای: PVA (پلی ونیل استات) 78
3-3-2-2- تخلخل زای : T.P.P (تری فنیل فسفین) 80
3-3-2-3- تخلخل زای: MC(متیل سلولز) 82
3-3-2-4- تخلخل زا:PEG (پلی اتیلن گلیکول) 83
3-3-3- ساخت آند نهایی توسط PEG 85
3-4- اندازه گیری چگالی قطعات ساخته شده 87
3-4-1- دانسیته ارشمیدسی 87
3-4-2- دانسیته معمولی 87
3-5- تجهیزات مورد استفاده 88
3-5-1- آنالیز براش اشعه ایکس (XRD) 88
3-5-2- آنالیز طیف سنجی مادون قرمز فوریه (FTIR) 88
3-5-3- آنالیز میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) و آنالیز (EDX) 88
3-5-4- آنالیز UV-vis 88
3-5-5- آنالیزمیکروسکوپ الکترونی عبوری TEM 88
فصل چهارم : نتایج و بحث 90
4-1- بررسی خواص فیزیکی وشیمیایی پودرسنتزشده 91
4-1-1- بررسی نتایج حاصل ازآنالیزتفرق اشعه ی ایکس 91
4-1-1-1- نمونهAZ 91
4-1-1-2- نمونه : AZN 96
4-1-1-3- نمونه AZNC 97
4-1-2- ارزیابی تثبیت فازی در نمونه های تهیه شده، با استفاده از آنالیز پراش اشعه ی ایکس 98
4-1-2-1- نمونه AZ 99
4-1-2-2- نمونه AZN 99
4-1-2-3- نمونه AZNC 100
4-1-2- نتایج حاصل از طیف سنجی مادون قرمز 101
4-1-2-1- نتایج حاصل از طیف سنجی مادون قرمزنمونه AZ 101
4-1-2-2- نتایج حاصل از طیف سنجی مادون قرمز نمونه AZN 103
4-1-2-3- نتایج حاصل از طیف سنجی مادون قرمز نمونه AZNC 104
4-1-3- نتایج حاصل از آنالیز میکروسکوپ الکترونی روبشیSEM و عبوری TEM 105
4-1-3-1- نتایج آنالیز SEM برای نمونه AZ 106
4-1-3-2- نتایج آنالیز TEMبرای نمونه AZ 108
4-1-3-3- نتایج آنالیز SEMبرای نمونه AZN 109
4-1-3-4- نتایج آنالیز TEMبرای نمونه AZN 111
4-1-3-5- نتایج آنالیز SEM برای نمونه AZNC 112
4-1-3-6- نتایج آنالیز TEMبرای نمونهAZNC 114
4-1-4- نتایج حاصل از تست EDX 115
4-1-4-1- نتایج حاصل از تست EDX برای نمونه AZ 115
4-1-4-2- نتایج حاصل از تست EDX برای نمونهAZN 116
4-1-4-3- نتایج حاصل از تست EDXبرای نمونه AZNC 116
4-1-5- نتایج حاصل از تست UV-vis 117
4-1-5-1- نتایج حاصل از تست UV-vis برای نمونه AZ 117
4-1-5-2- نتایج حاصل از تست UV-vis برای نمونه AZN 118
4-1-5-3- نتایج حاصل از تست UV-vis برای نمونه AZNC 119
4-1-6- نتایج حاصل از قطعات ساخته شده به روش اختلاط خشک 121
4-1-6-1- نتایج حاصل از قطعات ساخته شده با تخلخل زای PVA 121
4-1-6-2- نتایج حاصل از قطعات ساخته شده با تخلخل زای T.P.P 121
4-1-6-3- نتایج حاصل از قطعات ساخته شده با خاک اره 121
4-1-6-4- نتایج حاصل از قطعات ساخته شده با CMC 121
4-1-6-5- نتایج حاصل از قطعات ساخته شده با نمک طعام 121
4-1-6-6- نتایج حاصل از قطعات ساخته شده با شکر 121
4-1-6-7- نتایج حاصل از قطعات ساخته شده با اوره 122
4-1-6-8- نتایج حاصل از قطعات ساخته شده با PEG 122
4-1-6-9- نتایج حاصل از قطعات ساخته شده با MC 122
4-1-6-10- نتایج حاصل از قطعات ساخته شده با PVA و T.P.P 122
4-1-6-11- نتایج حاصل از قطعات ساخته شده با MC و T.P.P 122
4-1-6-12- نتایج حاصل از قطعات ساخته شده با PVA و PEG 122
4-1-6-13- نتایج حاصل از قطعات ساخته شده با PEGوMC 122
4-1-6-14- نتایج حاصل از قطعات ساخته شده با PEG و T.P.P 123
4-1-6-15- نتایج حاصل از قطعات ساخته شده با PEGو PVA و MC 123
4-1-6-15- نتایج حاصل از قطعات ساخته شده با PEGو PVA و T.P.P 123
4-1-7- نتایج حاصل از اختلاط تخلخل زا ها با حلال برای تهیه یک تخلخل زای مناسب 123
4-1-7-1- نتایج حاصل از اختلاط تخلخل زای PVA و حلال 123
4-1-7-2- نتایج حاصل از اختلاط تخلخل زای T.P.P و حلال 124
4-1-7-3- نتایج حاصل از اختلاط تخلخل زای MCو حلال 124
4-1-7-4- نتایج حاصل از اختلاط تخلخل زای PEGو حلال 124
4-1-8- نتایج حاصل از قطعات ساخته شده به روش اختلاط تر 125
4-1-8-1- نتایج حاصل از قطعات ساخته شده با تخلخل زای PVA به روش اختلاط تر 125
4-1-8-2- نتایج حاصل از قطعات ساخته شده با تخلخل زای T.P.P به روش اختلاط تر 125
4-1-8-3- نتایج حاصل از قطعات ساخته شده با تخلخل زای MC به روش اختلاط تر 125
4-1-8-4- نتایج حاصل از قطعات ساخته شده با تخلخل زای PEG به روش اختلاط تر 125
4-9-1- نتایج حاصل از دانسیته ارشمیدسی برای قطعات 126
4-10-1- نتایج حاصل از دانسیته معمولی برای قطعات 127
فصل پنجم : نتیجه گیری وپیشنهادات 128
5-1- نتیجه گیری نهایی 129
5-2- پیشنهادات 130
مراجع 131
فهرست جداول
جدول 2-1 : مقایسه کلی انواع پیل های سوختی رانشان می دهد………………………………….. 30
جدول 3-1:مواد مصرفی برای سنتز پودر…………..………………………………………………………. 59
جدول 3-2:مقادیر افزودنPVA به AZ به روش خشک…………..………………………..…………. 66
جدول 3-3:مقادیر افزودن T.P.P به AZ به روش خشک…………..…………………………………. 68
جدول 3-4:مقادیر افزودن خاک اره به AZ …………..………………………..…………………………. 69
جدول3-5: مقادیر افزودن …………….……..………………………………..……………………… CMC 69
جدول 3-6:میزان افزودن نمک طعام به …………..………….…………………………..………… AZ 70
جدول3-7:میزان افزودن شکر به ………………………………..…..………………………………….AZ 71
جدول3-8:میزان افزودن اوره به ……………………….…………….………………………………….AZ 72
جدول3-9:میزان افزودنPEGبه ……………………………………..………………………………….AZ 73
جدول3-10: میزان افزودن MCبه …………..……………………………..………………………….AZ 74
جدول3-11: میزان افزودن PVAو T.P.Pبه …………..………………………..………………….AZ 74
جدول3-12: میزان افزودن MC وT.P.P به …………..……………………………..……………….AZ 75
جدول3-13:میزان افزودن PVA و PEGبه …………..……………………………………………….AZ 85
جدول 3-14: میزان افزودنPEG و MCبه …………..………………….………………………….AZ 76
جدول 3-15: میزان افزودن PEG و T.P.Pبه …………..…………………..……………………….AZ 76
جدول 3-16: میزان افزودن PVAوPEG وMC به …………..………………………………….AZ 77
جدول 3-17: میزان افزودن PVA ,PEG, T.P.P به …………..………………………………….AZ 77
جدول 3-18: میزان افزودنPVA به AZ به روش تر…………..………….…………………………. 79
جدول3-19: زمانهای و دماهای اختلاط PVA با آب مقطر.……..…………………………………. 79
جدول3-20: زمانها و دماهای اختلاط T.P.P با اتانول…………..……………………………….……. 81
جدول 3-21: ترکیب مقادیر مختلف T.P.P و AZ بصورت تر…………..…………………………. 82
جدول3-22: مقادیر، دماها و زمانهای اختلاط MC با آب مقطر…..…………………………………. 82
جدول 3-23: مقادیر اختلاطMC و …………..……………………………………………………….AZ 83
جدول3-24:مقادیر دماها و زمانهای حل شدن PEGدر آب.…..……………………………………. 83
جدول3-25: مقادیر افزودن PEG به AZ به روش تر…………..……………..………………………. 84
جدول 3-26: اندازه و شرایط نهایی قطعات ساخته شده…………...…………………………………. 85
جدول 3-27: علائم اختصاری برای نمونه های تهیه شده در مراحل مختلف……………………. 89
جدول 4-1: میانگین اندازه بلورک برای نمونه AZ از دمای 500 تا 1400 درجه سانتیگراد…………. 95
جدول 4-2: میانگین اندازه بلورک برای نمونه AZN از دمای 500 تا 1400 درجه سانتیگراد.. 97
جدول 4-3: میانگین اندازه بلورک برای نمونه AZNC از دمای 500 تا 1400 درجه سانتیگراد…………. 98
جدول4-4: درصد وزنی و مقدار مول عناصر نمونه ……………………………………………….AZ 115
جدول4-5: درصدوزنی ومقدارمول عناصرنمونه …………..…..……………………………….AZN 116
جدول4-6: درصد عناصر و مقدار مول نمونه …………..…….……………………………….AZNC 117
جدول4-7: مقادیر چگالی قطعات به روش ارشمیدسی……………..…………………………………. 126
جدول 4-8: اندازه گیری دانسیته قطعات به روش محاسبه ای…………..…………………………… 127
فهرست اشکال
شکل2-1: شماتیک از ابعاد ماده از1 متر تا1 نانومتر…………………………..………..…………………………………. 6
شکل2-2: طبقه بندی نانوکامپوزیت های پایه سرامیکی……………………………..…………………………………. 10
شکل2-3: شماتیک فرایند سل-ژل برای تولید نانو مواد…………..……………….……………………………………. 13
شکل2-4: شماتیک فرآیند استوالد……………………….....…………………………………………………………………. 14
شکل2-5: مکانیسم تشکیل همگن ذرات در محلول…………..…………………….……………………………………. 15
شکل 2-6: شمای کلی یک پیل سوختی…………..…………………………………………….……………………………. 16
شکل2-7: نمای کلی یک پیل‌سوختی به همراه گازهای واکنش دهنده و تولید شده و مسیر حرکت یونها………… 16
شکل2-8: شماتیک طرز کار پیل سوختی…………………………………………….…..…………………………………. 17
شکل2-9: شماتیک اولین پیل سوختی ساخته شده توسط سر ویلیام گرو…………..…………………..…………. 19
شکل2-10: واکنشهای انجام شده درپیل سوختی اسیدفسفریک…………..…………………..………………………. 20
شکل2-11: واکنشهای انجام شده در پیل سوختی قلیایی…………..……………………………………………………. 20
شکل2-12: واکنش های انجام شده درپیل سوختی کربنات مذاب…………..…………………….…………………. 21
شکل2-13: واکنش های انجام شده در پیل سوختی پلیمری…………..……………………….………………………. 21
شکل 2-14: نمای کلی یک پیل سوختی اکسید جامد…………..………………………..………………………………. 23
شکل2-15: واکنش های انجام شده در پیل سوختی اکسید جامد…………..…………………………………………. 23
شکل 4-16 : شماتیک آند و کاتد و الکترولیت و ورودی و خروجی یک پیل سوختی اکسید جامد..……... 24
شکل2-17: شماتیک نحوه عملکرد یک پیل سوختی اکسید جامد…………..………………………………………. 27
شکل2-18: شماتیک یک منحنی قطبش ایده آل…………..…………………….…………………………………………. 28
شکل2-19: ساختار فاز مونوکلینیک ………………………………………………..………………………………….ZrO2 34
شکل2-20: ساختار فاز تتراگونال …………………………………………………...………………………………….ZrO2 35
شکل2-21: ساختار فاز کیوبیک ……………………………………………………..………………………………….ZrO2 35
شکل2-22: شماتیک ناحیه سه فازی…………..…………………………………………………..…………………………. 39
شکل2-23: ساختارفلورایت مکعبی ایده آل…………………………………………………………………………………. 42
شکل2-24 :سلول واحد ساختار پروسکایت …………..………………………………………………………….ABO3 44
شکل2-25 : ساختار تنگستن برنز…………………………………………………………..…………………………………. 49
شکل2-26 : ساختار A2B2O7 پیروکلر…………..…………………………………………..………………………………. 50
شکل2-27: شماتیکی از واکنشهای محتمل برای اکسایش H2 در حضور، آند-الکترولیت………………….…. 53
شکل2-28: شماتیکی از مکانیسم جذب سطحی در آندهای …………..………………………………….Ni/YSZ 53
شکل 3-1: فلوچارت کلی روش کار…………………………………………………..…..…………………………………. 60
شکل 3-2: فلوچارت تهیه ی پودر (AZ). …………..………………………………………………………………………. 61
عکس 3-3 : فلوچارت آماده سازی و سنتز پودر…………..……………………………………………………….AZN 63
فلوچارت 3-4: مراحل آماده سازی پودر…………..……………………………………………..……………….AZNC 64
فلوچارت 3-5: روش کلی ساخت آند…………..…………………………………………………..………………………. 65
فلوچارت 3-5:مرحله اختلاف مواد اولیه………………………………………………….…………………………………. 65
شکل 3-6: فلوچارت عملیات حرارتی نمونه حاضر شده به روش اختلاط خشک…………....……….………. 67
شکل3-7: فلوچارت عملیات حرارتی نمونه های حاضر شده به روش اختلاط تر……………………………….. 80
شکل3-8: فلوچارت جزئیات روش تر…………..……………………………………………………………………………. 84
تصویر3-9: قطعات نهایی ساخته شده…………..……………………………………………………….……………………. 86
تصویر3-10: قطعات نهایی ساخته شده…………………………………………………….…………………………………. 86
تصویر3-11: قالب نهایی ساخت قطعات…………..…………………………………………………………………………. 86
شکل4-1: الگوی پراش اشعه ایکس پودر AZدر دمای500 درجه سانتیگراد…………………….…………………. 91
شکل4-2: الگوی پراش اشعه ی ایکس برای پودر AZ در 800 درجه سانتیگراد…………………………….…… 92
شکل 4-3: الگوی پراش اشعه ایکس برای پودر AZ در دمای 1000 درجه سانتیگراد………………………….. 93
شکل 4-4: الگوی پراش اشعه ایکس برای پودر AZ در دمای 1200 درجه سانتیگراد………………………….. 93
شکل 4-5 : الگوی پراش اشعه ایکس برای پودر AZ در دمای 1400 درجه سانتیگراد….…………………….. 94
شکل4-6: مقایسه ی الگوهای پراش اشعه ی ایکس برای پودر AZ از دمای 500 تا 1400 درجه سانتیگراد………………. 95
شکل4-7: مقایسه ی الگوهای پراش اشعه ی ایکس برای پودر AZN از دمای 500 تا 1400 درجه سانتیگراد……………. 96
شکل 4-8 : آنالیز پراش اشعه ی ایکس برای پودر AZNC از دمای 500 تا 1400 درجه سانتیگراد…….…. 97
شکل 4-9: الف) نمونهAZ عملیات حرارتی شده در 1400 درجه ی سانتیگراد ، ب) نمونه AZسرد شده تا دمای محیط…..…… 99
شکل 4-10: الف) نمونه AZN عملیات حرارتی شده در 1400، ب) نمونه AZN سرد شده تا دمای محیط…..………… 100
شکل 4-11:الف) نمونه AZNC عملیات حرارتی شده در 1400 ،ب) نمونه AZNC سرد شده تا دمای محیط……..…. 100
شکل 4-12: آنالیز FTIR برای نمونه AZ در دمای الف) دمای محیط (بدون عملیات حرارتی)، ب)1200درجه سانتیگرا………… 102
شکل 4-13: آنالیز FTIR برای نمونه AZN دردمای الف) دمای محیط(بدون عملیات حرارتی)، ب)1200 سانتیگراد….. 103
شکل 4-14: آنالیز FTIRبرای نمونه AZNCدر دمای الف) بعد از خشک، ب) 1200درجه سانتیگراد..... 104
تصویر4-15: تصویر SEM از سطح شکست قطعه AZ در دمای500 درجه سانتی گراد، وبزرگنمایی……… 106
شکل 4-16 : تصویر SEM از سطح شکست قطعه AZ در دمای1200درجه سانتی گراد و بزرگنمایی……. 107
شکل4-17: تصویر SEM از پودر AZدر دمای 500 درجه سانتی گراد و بزرگنمایی15000…………………. 108
شکل4-18: تصویر TEMبرای محلول جامد AZدر دمای500 درجه سانتی گراد……………….……………... 108
تصویر4-19: تصویر SEM از سطح شکست قطعه AZN در دمای500 و بزرگنمایی……………………….….. 109
شکل 4-20 : تصویر SEM از سطح شکست قطعه AZN در دمای1200 و بزرگنمایی…………………….…… 110
شکل4-21: تصویر SEM پودرAZN در دمای500 درجه سانتی گراد و بزرگنمایی15000………………..….. 111
شکل4-22: تصویر TEMبرای محلول جامد AZN در دمای500 درجه سانتی گراد……………....………….. 111
شکل4-23: تصویر SEM سطح شکست قطعه AZNC در دمای 500 و بزرگنمایی…………………………….. 112
شکل 4-24 : تصویر SEM از سطح شکست قطعه AZNC در دمای1200درجه سانتی گراد و بزرگنمایی……………… 113
شکل4-25: تصویر SEM پودرAZNC در دمای500 درجه سانتی گراد و بزرگنمایی15000……….…..…… 114
شکل4-26: تصویر TEMبرای محلول جامد AZN در دمای500 درجه سانتی گراد…………….……..………. 114
شکل4-27: آنالیز UV-vis برای نمونه AZ در دماهای الف) بعد از سنتز ب)1200 ج)1400درجه سانتی گراد…………. 118
شکل4-28: آنالیز UV-Vis برای نمونه AZN در دماهای الف) بعد از سنتز ب)1200 ج)1400درجه سانتی گراد……… 119
شکل4-29: آنالیز UV-vis برای نمونه AZNC در دماهای الف) بعد از سنتز ب)1200 ج)1400درجه سانتی گراد……. 120
چکیده:
نانومحلول های جامد Al/ZrO2 وAl -Ni/ZrO2 و Al-Ni-Cu/ZrO2 به روش سنتز هم رسوبی با استفاده از هیدرولیز نمک های زیرکونیوم، آلومینیوم، نیکل و مس در اتانول آماده سازی شدند. محلول های جامد تهیه شده دردماهای مختلف و تحت اتمسفر هوا عملیات حرارتی شدند.و نقش عملیات حرارتی در تثبیت فاز مونوکلینیک در دماهای مختلف توسط XRD بررسی شد. خواص فیزیکی و شیمیایی نانومحلول های جامد تهیه شده توسط آنالیزهای FTIR ,UV-vis ,TEM ,SEM و EDX مورد بررسی قرارگرفت. باتوجه به نتایج آنالیز XRDتثبیت فازمونوکلینیک در محلول جامد صورت گرفته و نتایج SEM مورفولوژی کروی و یکنواختی اندازه ذرات رابرای نمونه های تهیه شده نشان می دهند. پودر های تهیه شده به منظور تولید مواد پایه آند پیل سوختی اکسید جامد، به روش تر و باتخلخل زای پلی اتیلن گلیکول مخلوط شده و توسط پرس هیدرولیک یکطرفه شکل دهی شدند و استحکام و دانسیته در آنها به مقدار بهینه رسید. دانسیته نسبی برای بهترین نمونه مقدار062/3 گرم برسانتی متر مکعب بدست آمد و تخلخل نمونه ها در حدود40-50 درصد محاسبه شد.
کلید واژه : نانو محلول جامد- پیل سوختی اکسید جامد- زیرکونیا – آند
فصل اول
مقدمه
1-1- مقدمه
انرژی از دیر باز به عنوان موتور محرک جوامع بشری شناخته شده است و با پیشرفت بشر بر اهمیت و تأثیر گذاری آن در زندگی بشر افزوده شده است. بر این اساس هیدروژن به عنوان یکی از سوختهای پاک یکی از بهترین گزینه ها جهت ایفای نقش حامل انرژی در این سیستم جدید ارائه انرژی می باشد ]1[. بشردرآینده ای نه چندان دورعصر هیدروژن راتجربه خواهدکرد]1و2[. عمل تبدیل انرژی شیمیایی موجود در هیدروژن به انرژی الکتریکی توسط دستگاهی به نام پیل سوختی انجام می پذیرد]3[. پیل های سوختی در کاهش آلودگی محیط زیست نقش به سزایی را ایفا می کنند و به خاطر عدم به کارگیری قطعات مکانیکی زیاد ایجاد آلودگی صوتی نیز نمی نمایند]3[. پیل های سوختی به عنوان یک منبع بسیار ایده آل انرژی برای استفاده های ساکن وغیر ساکن ، نظیر حمل ونقل و نیرو گاه ها می باشند .در این بین پیل های سوختی اکسید جامد (SOFCs) بدلیل مزایایی نظیر قیمت ارزانترمواد مورد استفاده درآنها، حساسیت کمتر به ناخالصی های گاز هیدروژن وکارایی بسیار بالاتر یکی از جذاب ترین انواع پیل های سوختی می باشد. این پیل های سوختی به دلیل اینکه هیدروژن ورودی به آنها نیاز به هیچ گونه تغییر و خالص سازی اولیه ندارد، به شدت از نظر قیمت نسبت به سایر پیل های سوختی ارزان تر می باشند]4[. پیل های سوختی اکسید جامد از سه بخش آند و کاتد و الکترولیت تشکیل شده اند. اساس عملکرد یک پیل سوختی اکسید جامد شامل احیای یک اکسنده (O2) درکاتد و اکسایش یک سوخت (H2) در آند می باشد. در این پیل ها نیاز به یک الکترولیت هادی یون اکسیژن و پروتون، برای واکنشهای الکتروشیمیایی اکسایش و کاهش اکسیژن و هیدروژن، انجام شده درالکترودها می باشد]5[.
امروزه در پیل های سوختی اکسید جامد بطور گسترده از هیدروژن به عنوان سوخت استفاده می شود. هیدروژن از منابع مختلف مانند: گازطبیعی، گازهای سنتزی حاصل از تبخیر منابع کربنی و زغال وغیره بدست می آید. هیدروکربنها نیز بطور گسترده به عنوان سوخت این پیل ها رواج پیداکرده اند. سوختهای هیدروکربنی معمولا در دماهای بالای عملکرد پیل سوختی اکسید جامد ناپایدارند و برروی آند به هیدروژن و کربن تبدیل می شوند. سوختهای هیدروکربنی بطور معمول مقدارکمی سولفوربه همراه دارند. کربن حاصل از تجزیه هیدروکربنها و سولفور موجود درآنها مشکلاتی برای عملکردپیل ایجاد می کنند. برای جلوگیری از نشست کربن در سطح آند معمولا مقداری بخاراضافه به همراه گاز استفاده می شود و همچنین تغیراتی نیز در ترکیبات موادآندداده میشود. برای جلوگیری از سمی شدن پیل توسط سولفور معمولا سوخت را سولفور زدایی می کنند]5[.
در سالهای اخیر تحقیقات گسترده ای بر روی مواد، کاتالیزورها، علوم سطح و خواص الکتروشیمیایی آندها انجام شده است] 4[. آندهای مورد استفاده در پیل های سوختی اکسید جامد از مواد و تنوع وگستردگی فراوانی برخوردارند. و از روشهای ساخت و سنتزمختلفی برای سنتزپودر و ساخت این آندها استفاده می شود. دوویژگی برجسته آند این پیل ها برای انتخاب ماده مناسب برای آند برای کارکردمناسب، الف)رسانایی یونی، ب)رسانایی الکترونی می باشد. زیرکونیا به عنوان یک ماده که به طور ذاتی دارای نقص جای خالی در ساختارمی باشد، یکی ازبهترین گزینه ها برای استفاده درآند این پیل ها می باشد.
در این تحقیق از سنتز هم رسوبی برای تهیه محلولهای جامد استفاده شد. این روش بدلیل تولید ترکیباتی همگن و با خلوص بسیار بالا ، از اهمیت بسیار زیادی برخوردار بوده و علاوه بر آن کنترل اندازه دانه نیز در این روش بسیار آسان است]12[. هنگامی که زیرکونیا در دماهای پایین به روش هم رسوبی سنتز می شود امکان پایداری فاز تتراگونال به PH و هیدرولیز کننده مورد استفاد،وابسته می شود. در این تحقیق به روش سنتز همرسوبی، 3 محلول جامد، الف)Al-Zr، ب)Al-Zr-Ni،
ج)Al-Zr-Ni-Cu تهیه و آماده سازی شد. این محلول های جامد به عنوان مواد جدید برای استفاده در آند پیل های اکسید جامد طراحی و آماده شدند. ارزان بودن، غیرسمی بودن، سنتزآسان، تکرارپذیری تولید از جمله مزایای این مواد است. یکی از موارد مهم برای تولید و ساخت آندها در پیل سوختی اکسیدجامد، متخلخل بودن این آندها می باشد. این آندها باید دارای تخلخل با اندازه و توزیع یکنواخت باشند. که به این منظور از موادی مانند کربن و مواد دیگری برای متخلخل سازی استفاده می کنند]13[. دراین تحقیق برای متخلخل سازی آند چند نوع مختلف تخلخل زای، ارزان قیمت و مناسب در آند استفاده شد. که نهایتا منجر به به استفاده از PEGبه عنوان تخلخل ساز مناسب شد.پس از سنتز و تهیه محلول های جامد، موادحاصل ابتدا در دمای 500 درجه سانتیگراد عملیات حرارتی شدند و سپس برای تعیین تثبیت فازی و زینترینگ نهایی در دماهای800 و1000 و1200 و1400 درجه سانتی گراد عملیات حرارتی شدند.پس ازآن پودرهای حاصل با دو روش تر و خشک با چند نوع تخلخل زا ترکیب و با روش پرس هیدرولیک یکطرفه شکل دهی شده و عملیات حرارتی نهایی در1400 درجه سانتیگراد بر روی آنها صورت گرفت. قطعات آندی که دارای تخلخل مناسب و توزیع و اندازه تخلخل یکنواخت و استحکام کافی بودند، انتخاب شده و چگالی آنها به روش ارشمیدس اندازه گیری شد.
در فصل دوم این پایانامه مفاهیمی در مورد نانو فناوری و نانو محلول جامدها ارائه گردیده است. در ادامه مفاهیم کلی و واکنشهای انجام شده در انواع پیل های سوختی شرح داده شده است.
سپس مفاهیم کلی و عمومی در موردآندهای پیل سوختی اکسید جامد، روشهای ساخت و مواد بکار برده شده در آنها، مورد بحث و بررسی قرارگرفته است. درفصل سوم ابتدا به مواد مورد استفاده در این پروژه پرداخته شده است. در ادامه روشهای انجام آزمایش(مواد و تجهیزات)ارائه داده شده و در بخش آخر دستگاهها و لوازم مورد استفاده جهت بررسی و خواص نمونه ها تشریح گردید. درفصل چهارم نتایج حاصل از آزمایشات و بحث های مربوطه ارائه گردیده است. فصل پنجم نتیجه گیری کلی از این تحقیق رابیان می کند.
پایان نامه بررسی ساخت نانو کامپوزیت سیلیس و کاربید سیلیسیم و اکسید سریم با پیوند دهنده مناسب برای صیقل کاری شیشه ها
اختصاصی از کوشا فایل پایان نامه بررسی ساخت نانو کامپوزیت سیلیس و کاربید سیلیسیم و اکسید سریم با پیوند دهنده مناسب برای صیقل کاری شیشه ها دانلود با لینک مستقیم و پرسرعت .
فرمت فایل : WORD (قابل ویرایش)
تعداد صفحات:131
پایان نامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشد«M.Sc.»
گرایش سرامیک
فهرست مطالب:
عنوان صفحه
چکیده 1
فصل اول: مقدمه 2
فصل دوم: مروری بر تئوری ها و تحقیقات انجام شده 4
2-1- مقدمه 4
2-2- کامپوزیت ها 7
2-2-1- مزایای استفاده از مواد کامپوزیت 9
2-2-2- تاریخچه صنعت کامپوزیتها 9
2-3- نانو کامپوزیت ها 10
2-3-1- طبقه بندی نانو کامپوزیت ها 11
2-3-2- سیلیکات های لایه ای 12
2-3-3- ساختار نانو کامپوزیت 15
2-3-4- خواص مکانیکی 17
2-3-5- نانو کامپوزیت های پلیمری 18
2-4-تعریف و طبقه بندی کاربیدها 19
2-5-کاربید سیلیسیم 20
2-5-1-مقدمه 20
2-5-2-مشخصات عمومی کاربید سیلیسیم 21
2-5-3-ساختار و ترکیب کاربید سیلیسیم 21
2-5-4-انواع کاربید سیلیسیم 22
2-5-4-1-کاربید سیلیسیم نوع بتا ( ) 22
2-5-4-2-کاربید سیلیسیم نوع آلفا ( ) 22
2-5-5- پایداری انواع مختلف SiC بلوری 23
2-5-6- وضعیت گذشته و فعلی کاربید سیلیسیم 24
2-5-7- خلاصه ای از خواص SiC 24
2-5-8- برخی کاربرد های SiC 26
2-5-8-1- کاربرد به عنوان ساینده 26
2-5-8-2- دیر گدازها و المنت های کوره 26
2-5-8- 3- کاربردهای الکترونی و نوری 27
2-5-8-3-1- نیمه هادی کاربید سیلیسیم 28
2-5-8-3-2- کاربرد در صنعت IC 28
2-6- شیشه 28
2-6-1-تاریخچه شیشه 28
2-6-2-تعریف شیشه 29
2-7- اکسید سریم 30
2-7-1- کاربردهای اکسید سریم 31
2-8- اکسید سیلیسیم 32
2-9- ابزارهای برشی و سایند ها 33
2-9-1- ابزارهای برشی 33
2-9-2- ساینده‌ها 35
2-10-ترکیب پولیش پایه سریم و فرآیند آماده سازی آن 38
2-11- مشخصات اکسید سریک 39
2-12- فرایند آماده سازی ترکیب 40
2-13- ابزارهای ساینده سرامیکی پیوند داده شده 42
2-13-1- مقدمه 42
2-13-2- فرایند تولید 42
2-13-3- هدف از تولید ساینده های سرامیکی 43
2-13-4- روش ساخت ترکیبات 43
فصل سوم: روش تحقیق 44
3-1- مواد اولیه 44
3-1-1- اکسیدسریم 44
3-1-2- کاربیدسیلسیم 45
3-1-3- نانوسیلیس 45
3-1-4- افزودنی ها 46
3-2- تجهیزات آزمایشگاهی 46
3-2-1- هیتر 46
3-2-2- کوره 46
3-2-3- مگنت 46
3-2-4- ترازو 46
3-2-5- خشک کن 46
3-2-6- CCS 46
3-3- ابزار آزمایش و آنالیز نمونه‌ها 47
3-3-1- دستگاه پراش پرتو ایکس (XRD) 47
3-3-2- میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) 47
3-3-3- آزمایش اندازه‌گیری استحکام 47
3-4- روش انجام آزمایش 48
3-4-1- تهیه نمونه‌های سری اول 48
3-4-1-1- نمونه‌سازی مجموعه A 48
3-4-1-2- نمونه‌سازی مجموعه B 49
3-4-1-3- نمونه‌سازی مجموعه C 51
3-4-2- تهیه نمونه های سری دوم 51
3-4-2-1- نمونه D 52
3-4-2-2- نمونه E 53
3-4-2-3- نمونه F 53
3-4-2-4- نمونه G 54
3-4-2-5- نمونه H 54
3-4-3-تهیه نمونه های سری سوم 55
3-4-3-1- نمونه سازی مجموعه I 55
3-4-3-2- نمونه سازی مجموعه J 57
3-4-3-3- نمونه سازی سریK 58
3-4-3-4- نمونه سازی سریL 59
3-4-3-5- نمونه سازی سری M 60
3-4-3-6- نمونه سازی سری N 61
3-4-4- تعیین درصد وزنی جذب آب 62
3-4-5- انجام آزمایش سایش 63
3-4-6- استفاده از نرم افزار Image Analyzer 64
فصل چهارم: روش تحقیق 65
4-1- مقدمه 65
4-2- بررسی شکل ظاهری نمونه ها از نظر دمای پخت 65
4-2-1- نتایج نمونه های سری اول 65
4-2-2- نتایج نمونه های سری دوم 66
4-2-3- نتایج نمونه های سری سوم 67
4-2-3-1- نمونه های پخته شده در دمای ºc750 و ºc1000 67
4-2-3-2- نمونه های پخته شده در دمای ºc850 73
4-2-3-3- نمونه های پخته شده در دمای ºc1050 77
4-2-3-4- نمونه های پخته شده در دمای ºc950 79
4-3- بررسی نتایج آنالیز XRD 82
4-3-1- بررسی نتایج آنالیز XRD نمونه I15 82
4-3-2- بررسی نتایج آنالیز XRD نمونه I5 82
4-3-3- بررسی نتایج آنالیز XRD نمونه I2 83
4-3-4- بررسی نتایج آنالیز XRD نمونه I19 84
4-3-5- بررسی نتایج آنالیز XRD نمونه N1 84
4-3-6- بررسی نتایج آنالیز XRD نمونه N4 85
4-3-7- بررسی نتایج آنالیز XRD نمونه N17 86
4-3-8- بررسی نتایج آنالیز XRD نمونه N11 86
4-3-9- بررسی و مقایسه نتایج آنالیز XRD نمونه N14 و I9 87
4-3-10- بررسی و مقایسه نتایج آنالیز XRD نمونه N16 و I17 89
4-4- بررسی نتایج میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM )و Image Analyzer 91
4-4-1- بررسی نتایج SEMو Image Analyzer نمونهN1 91
4-4-2- بررسی نتایج SEMو Image Analyzer نمونهN4 92
4-4-3- بررسی نتایج SEM نمونه7N 93
4-4-4- بررسی نتایج SEMو Image Analyzer نمونه N11 94
4-4-5- بررسی نتایج SEMو Image Analyzer نمونه N14 95
4-4-6- بررسی نتایج SEMو Image Analyzer نمونه N16 96
4-4-7- بررسی نتایج SEM نمونه I2 97
4-4-8- بررسی نتایج SEMو Image Analyzer نمونه I9 98
4-4-9- بررسی نتایج SEMو Image Analyzer نمونه I9 99
4-5- نتایج آزمایش استحکام 100
4-6- نتایج آزمایش سایش 101
4-7- تعیین وزن مخصوص ،درصد حجمی و درصد وزنی جذب آب 102
فصل پنجم: نتیجه‌گیری 103
منابع و مراجع 104
فهرست اشکال
عنوان صفحه
(شکل2 -1): مثال هایی از مواد مرکب 8
(شکل 2-2): طراحی از فرآیند میان افزایی 13
(شکل2-3): تصویر میکروسکوپ الکترونی نمونه رس خالص در بزرگنمایی 10000 14
(شکل2-4): ساختار مونت موری لونیت 15
(شکل 2-5): نفوذ پلیمر در فواصل بین لایه ای 16
(شکل 2-6): ساختارهای مختلف نانو کامپوزیت ها: الف) ساختار لایه ای متناوب . ب) ساختار
بینابین. ج) ساختار پراکنشی لایه ای[25]. 17
(شکل2-7): ساختار SiC 21
(شکل2-8): مکان اتمهای سیلسیم و کربن در SiC 23
(شکل2-9): صفحه[1120] در انواع 2H-SiC ، 6H-SiC ،3C-SiC ،.4H-SiC 24
(شکل 2-10): نحوه قرار گرفتن اتمها در ساختار اکسید سریم 31
(شکل2-11): نحوه قرار گرفتن اتمها در SiO2 33
(شکل2-12): مثالهایی از ابزارهای برشی برای ماشین کاری فولاد و چدن : قطعات سرامیکی
با عملکرد بالای SPK، سرمتها و و سیستم های ابزاری معمول برای
تراشکاری،فرزکاری،و سوراخکاری 34
(شکل 2-13): مثالهایی از ابزارهای سنگ زنی و با شکلها و
اندازه های متفاوت 37
(شکل 2-14): ریز ساختار دانه های سرامیکSapphire Blue برای کاربردهای ساینده 38
(شکل 3-1): الگوی پراش پرتو X پودر اکسید سریم 44
(شکل 3-2): الگوی پراش پرتو X پودر کاربید سیلیسیم 45
(شکل 3-3): الگوی پراش پرتو X پودر نانوسیلیس 45
(شکل 3-4): تصویر دستگاه Universal Testing Machine 48
(شکل 3-5): تصویر نمونه آماده شده برای آزمایش سایش 63
(شکل 3-6): تصویر پنجره نرم افزار Image Analyzer مورد استفاده جهت آنالیز تصاویر 64
(شکل 4-1): تصویر نمونه ساخته شده در مرحله اول 66
(شکل 4-2): تصویر نمونه ساخته شده در مرحله دوم 66
(شکل 4-3): تصویر چند نمونه نامطلوب 67
(شکل4-4): تصویر میکروسکوپ نوری از نمونه I2دردو بزرگنمایی متفاوت 68
(شکل4-5): تصویرمیکروسکوپ نوری ازسطح نمونه I5در بزرگنمایی های متفاوت 68
(شکل4-6) :شکل ظاهری نمونه I8 69
(شکل 4-7): تصویر میکروسکوپ نوری از نمونه I9در دو بزرکنمایی متفاوت 70
(شکل 4-8): تصویر میکروسکوپ نوری از نمونه I10 در دو بزرکنمایی متفاوت 70
(شکل 4-9): تصویر میکروسکوپ نوری از نمونه15I در دو بزرکنمایی متفاوت 71
(شکل 4-10): تصویرظاهری از نمونه K5 71
(شکل 4-11): تصویر میکروسکوپ نوری از نمونه17I در دو بزرکنمایی متفاوت 72
(شکل 4-12) تصویر میکروسکوپ نوری از نمونه I19 در دو بزرکنمایی متفاوت 72
(شکل 4-13): شکل ظاهری نمونه M2 : سمت راست زیر نمونه و سمت چپ سطح نمونه 73
(شکل 4-14): شکل ظاهری نمونه M4 : سمت راست زیر نمونه و سمت چپ سطح نمونه 74
(شکل 4-15): شکل ظاهری نمونه M8 74
(شکل 4-16): شکل ظاهری نمونه M11 75
(شکل 4-17): شکل ظاهری نمونه M15 76
(شکل 4-18): شکل ظاهری نمونهM18 76
(شکل 4-19): شکل ظاهریدو نمونه به هم چسبیده نمونه J3 و J5 77
(شکل 4-20): شکل ظاهری نمونه J6 78
(شکل 4-21): شکل ظاهری نمونه J8 78
(شکل 4-22): شکل ظاهری نمونه J13 79
(شکل 4-23): شکل ظاهری نمونه J17 79
(شکل 4-24): شکل ظاهری نمونهN3 80
(شکل 4-25): شکل ظاهری نمونه N5 80
(شکل 4-26): شکل ظاهری نمونهN15 81
(شکل 4-27): شکل ظاهری نمونهN17 81
(شکل4-28): تصویر پراش پرتو X نمونه I15 82
(شکل4-29): تصویر پراش پرتو X نمونه I5 83
(شکل4-30): تصویر پراش پرتو X نمونه I2 83
(شکل4-31): تصویر پراش پرتو X نمونه I19 84
(شکل4-32): تصویر پراش پرتو X نمونه N1 85
(شکل4-33): تصویر پراش پرتو X نمونه N4 85
(شکل4-34): تصویر پراش پرتو X نمونه N7 86
(شکل4-35): تصویر پراش پرتو X نمونه N11 87
(شکل4-36): تصویر پراش پرتو X نمونه I9 87
(شکل4-37): تصویر پراش پرتو X نمونه N14 88
(شکل4-38): مقایسه تصویر پراش پرتو X نمونه N14و I9 89
(شکل4-39): تصویر پراش پرتو X نمونه I17 89
(شکل4-40): تصویر پراش پرتو X نمونه N16 90
(شکل4-41): مقایسه تصویر پراش پرتو X نمونه N16 و I17 91
(شکل4-42): تصویر میکروسکوپ الکترونی روبشی نمونه N1 در بزرگنمایی 500 و 2000 برابر 92
(شکل4-43): توزیع اندازه دانه در نمونه N1 92
(شکل4-44): تصویر میکروسکوپ الکترونی روبشی نمونه N4 در بزرگنمایی 500 و 2000 برابر 93
(شکل4-45): توزیع اندازه دانه در نمونه N4 93
(شکل4-46): تصویر میکروسکوپ الکترونی روبشی نمونه7N در بزرگنمایی 500 و 2000 برابر 94
(شکل4-47): تصویر میکروسکوپ الکترونی روبشی نمونه N11 در بزرگنمایی 500 و 2000 برابر 94
(شکل4-48): توزیع اندازه دانه در نمونه N11 95
(شکل4-49): تصویر میکروسکوپ الکترونی روبشی نمونه N14در بزرگنمایی 500 و 2000 برابر 95
(شکل4-50): توزیع اندازه دانه در نمونه N14 96
(شکل4-51): تصویر میکروسکوپ الکترونی روبشی نمونه N16 دربزرگنمایی 500 و 2000 برابر 96
(شکل4-52): توزیع اندازه دانه در نمونه N16 97
(شکل4-53): تصویر میکروسکوپ الکترونی روبشی نمونه I2 دربزرگنمایی 500 و 2000 برابر 97
(شکل4-54): تصویر میکروسکوپ الکترونی روبشی نمونه I2 دربزرگنمایی 500 و 2000 برابر 98
(شکل4-55): توزیع اندازه دانه در نمونه I2 98
(شکل4-56): تصویر میکروسکوپ الکترونی روبشی نمونه I9 دربزرگنمایی 500 و 2000 برابر 99
(شکل4-57): توزیع اندازه دانه در نمونه I9 99
(شکل4-58): نمودار ستونی نتایج استحکام نمونه ها 100
(شکل4-59): نمودار رسم شده توسط دستگاه CCS 101
(شکل4-60): نمودار ستونی نتایج آزمایش سایش 102
فهرست جداول
عنوان صفحه
(جدول 1-2): طبقه بندی نانو مواد، بر اساس پارامترهای مختلف 5
(جدول 2-2): ترکیبات معمول 22
(جدول 2-3): خلاصه ای از ویژگی ها و خواص کاربید سیلیسیم (توجه : زمانی که ساختار ذکر
نشده، مقادیر گزارش شده مربوط به است . زمانی که د ما ذکر نشده است ،
دمای آزمایش است ). 25
(جدول 2-4): خواص فیزیکی اکسید سریم 31
(جدول 2-5): خواص فیزیکی SiO2 32
(جدول 2-6): کاربرد های ویژه ابزارهای برشی سرامیکی 35
(جدول 2-7): فرآیندهای ماشینکاری ساینده 38
(جدول 3-1): ترکیب شیمیایی اکسید سریم مورد استفاده در تحقیق 44
(جدول3-2): ترکیب شیمیایی نمونه های مجموعه A 49
(جدول 3-3): ترکیب شیمیایی نمونه های پایه Cerox S 50
(جدول 3-4): ترکیب شیمیایی نمونه های پایه Cerox GG 50
(جدول 3-5): ترکیب شیمیایی نمونه های مجموعه C 51
(جدول 3-6): ترکیب شیمیایی محلولهای مورد استفاده در ترکیب پولیش نمونه 1D 52
(جدول 3-7): ترکیب شیمیایی محلولهای مورد استفاده در ترکیب پولیش نمونه 2D 52
(جدول 3-8): ترکیب شیمیایی محلولهای مورد استفاده در ترکیب پولیش نمونه 3D 52
(جدول 3-9): ترکیب شیمیایی محلولهای مورد استفاده در ترکیب پولیش نمونه E 53
(جدول 3-10): ترکیب شیمیایی محلولهای مورد استفاده در ترکیب پولیش سریF 53
(جدول 3-11): ترکیب شیمیایی محلولهای مورد استفاده در ترکیب پولیش نمونهG 54
(جدول 3-12): ترکیب شیمیایی محلولهای مورد استفاده در ترکیب پولیش نمونه1H 55
(جدول 3-13): ترکیب شیمیایی محلولهای مورد استفاده در ترکیب پولیش نمونهH2 55
(جدول 3-14): ترکیب شیمیایی مواد مورد استفاده در ترکیب پولیش مجموعهI
(بدون کاربید سیلیسیم) 56
(جدول 3-15): ترکیب شیمیایی مواد مورد استفاده در ترکیب پولیش مجموعهI
(همراه با کاربید سیلیسیم) 56
(جدول 3-16): ترکیب شیمیایی مواد مورد استفاده در ترکیب پولیش مجموعه J 57
(جدول 3-17): ترکیب شیمیایی مواد مورد استفاده در ترکیب پولیش سری K
( با کاربید سیلیسیم) 58
(جدول 3-18): ترکیب شیمیایی مواد مورد استفاده در ترکیب پولیش سری Kبر حسب گرم
( بدون کاربید سیلیسیم) 59
(جدول 3-19): ترکیب شیمیایی مواد مورد استفاده در ترکیب پولیش سری L 60
(جدول 3-20): ترکیب شیمیایی مواد مورد استفاده در ترکیب پولیش سریM 61
(جدول 3-21): ترکیب شیمیایی مواد مورد استفاده در ترکیب پولیش سریN 62
(جدول4-1): نتایج حاصل از آزمون تعیین استحکام 100
(جدول4-2): نتایج به دست آمده از آزمایش سایش 101
(جدول4-3): مقادیر وزن مخصوص، درصد وزنی و حجمی جذب آب 102
چکیده
در این پروژه ساینده پایه سریم برای صیقل کاری روی سطح شیشههای معدنی مورد توجه قرار گرفت. از مواد اولیه اکسید سریم، اکسید لانتانیم، میکروسیلیس، اسید بوریک، کاربیدسیلسیم، فسفات، فلوراید کلسیم، هگزا متافسفات سدیم، تری پلی فسفات سدیم، اکسید روی، سدیم متاسیلیکات استفاده گردید و با دو روش عمومی یکی استفاده از محلول و دیگری بصورت پودر خشک مورد استفاده قرار گرفتند. دمای پخت در شرایط مختلف از 450 تا 1150 درجه سانتی گراد در نظر گرفته شد و شرایط بحرانی برای پخت مشاهده شد که گاهی50± درجه سانتی گراد باعث عدم پخت یا بیش از حد شیشه‌ای شدن می‌گردید. در حدود 150 نمونه مختلف ساخته شد و شرایط پخت و سختی و استحکام آنها مورد مقایسه قرار گرفت. بررسی‌های میکروسکوپی نشانگر ساختارهای متفاوت بود که در برخی موارد، وجود بیش از حد فاز شیشه‌ای موجب ترک برداشتن و یا اعوجاج نمونه‌ها گردیده بود. آنالیز XRD فازهایی نظیر Ce2Si2O7 , Ce7O12SiO2 CeP5O14, SiC,CeP2 را نشان داد که در اثر واکنش اکسید سریم با سیلیس یا واکنش منابع فسفاتی و اکسید روی و نظایر آن ایجاد شده بود در نهایت ترکیب تری پلی فسفات سدیم، نانو سیلیس، اکسید روی،اکسید سریم و کاربید سیلیسیم در دمای پخت 950 درجه سانتی گراد انتخاب گردید که ساینده‌ای با خواص موردنظر در آن ایجاد شده بود.
کلمات کلیدی: ساینده شیشه، اکسید سریم، نانو سیلیس، کاربید سیلیسیم
فصل اول
مقدمه
ساخت کامپوزیتها سال‌هاست که مورد توجه قرار گرفته است و برای بهبود خواصی نظیر تنش برشی، استحکام، میزان کرنش تا شکست، نوع شکست و چقرمگی بکار می‌روند. ساخت کامپوزیتهای سرامیکی گوناگون جهت بهبود خواص، اهمیت ویژه‌ای دارد. بسته به کاربرد کامپوزیت، انتخاب ساختار سرامیکی و فاز جانبی مناسب آن اهمیت فراوانی یافته است. در دهه اخیر کامپوزیتهای اکسیدی – غیراکسیدی توجه بسیاری از محققین را به خود جلب کرده است، اما برای انتخاب یک سرامیک اکسیدی مناسب بعنوان فاز اصلی باید به خواصی نظیر نسوزندگی و ضریب انبساط حرارتی توجه کرد. ]1[
نانوفناوری یا بکارگیری فناوری در مقیاس میلیاردم متر عبارتست از خلق مواد، قطعات و سیستمهای کارا باکنترل اندازه اجزاء ریز سازنده در حد نانومتر و در نتیجه بهره برداری از خصوصیات و پدیده‌‌های جدید بوجود آمده در آن مقیاس. تکنولوژی نانو بعنوان یک روش نو برای سنتز مواد و ساختارهای مفید دارای حداقل یک بعد در حد نانومتر، هم اکنون مورد توجه بسیاری از محققین و مراکز تحقیقاتی و صنعتی در جهان امروز واقع شده است.
نانو فناوری یک رشته جدید نیست، بلکه رویکردی جدید در تمام رشته‌‌هاست که در جهت بررسی اصول و قوانین حاکم بین مولکولها و ساختارهای با ابعاد بین 1 تا 100 نانومتر گام بر می‌دارد. نانو تکنولوژی یک علم چند رشته ای است و برای درک مفاهیم و اصول بنیادین و قوانین حاکم در دنیای نانو تقریبا به تمام علوم نیاز است. نانو مواد (موادی که حداقل در یک بعد دارای اندازه ای در حد نانومتر هستند) از نظر عمومی‌به دو دسته تقسیم بندی می‌گردند ;مواد نانوساختار و نانوذرات. نانوذره به ذره ای گفته میشود که ابعادی بین 1 تا 100 نانومتر داشته باشد که پرکابردترین آنها نانوذرات سرامیکی هستند.
ترکیب ساینده پایه سریم برای سایش کردن با بازدهی بالا و سریع روی سطح شیشههای معدنی،لنزهای اپتیکی پلاستیکی وصفحات پلاستیکی سازگاری خوبی دارد. پولیش شیشههای آلی کاملا حساس و متفاوت است. توجه روی این حقیقت است که آنها نرم و شکننده، و در برابر خراش خیلی حساس اند.صیقل دادن نا کافی منجر به خراشهای ریز و صیقل بسیار ساینده موجب خراش درشت و کدر شدن شیشه می شود. در این تحقیق هدف ساخت یک صیقل دهنده‌ی مناسب جهت پولیش کردن شیشه می‌باشد. اگر بتوان ذرات ریز نانو سیلیس و کاربید سیلسیم را در کنار CeO2 و پیوند دهنده‌‌های مناسب( که از بافت سیمان‌‌های سرامیکی باشند) قرار داد و یک صیقل دهنده ظریفی ساخت که بتواند شیشه‌‌ها را صیقل کند آنگاه یکی از کاربردهای نانو تکنولوژی در صنعت سرامیک مورد بررسی قرارگرفته است.
پایان نامه رهیافت کوانتومی به اثر فارادی و دوفامی دایروی نانو ساختارها
اختصاصی از کوشا فایل پایان نامه رهیافت کوانتومی به اثر فارادی و دوفامی دایروی نانو ساختارها دانلود با لینک مستقیم و پرسرعت .
فرمت فایل : WORD
تعداد صفحات:123
پایان نامه ارشد جهت اخذ درجه کارشناسی ارشد فیزیک
فهرست مطالب:
فصل اول: مقدمه 1
1-1.چرخش اپتیکی و دوفامی دایروی ..........................................................................................................3
1-2.چرخش فارادی ...........................................................................................................................................8
1-3.بررسی فعالیت اپتیکی با فرض کوانتش ماده و کلاسیک بودن نور ................................................12
1-4.لزوم کوانتش میدان الکترومغناطیس ....................................................................................................17
1-5.پایان نامه ......................................................................................................................................................19
فصل دوم: کوانتش میدان الکترومغناطیسی 21
2-1.مقدمه ...........................................................................................................................................................23
2-2.نظریه پتانسیل برای میدان الکترومغناطیسی کلاسیکی ...................................................................23
2-3.پیمانه کولن ................................................................................................................................................25
2-4.میدان کلاسیکی آزاد ................................................................................................................................25
2-5.نوسانگر هارمونیک مکانیک کوانتومی ...................................................................................................29
2-6.کوانتش میدان ...........................................................................................................................................31
فصل سوم: پدیده چرخش اپتیکی: رهیافت نظریه میدان کوانتومی الکترومغناطیسی 35
3-1.مقدمه ..........................................................................................................................................................37
3-2.ماتریس پراکندگی ....................................................................................................................................39
3-3.هامیلتونی برهم کنش ..............................................................................................................................40
3-4.چرخش اپتیکی .........................................................................................................................................47
فصل چهارم: حالت های اتمی جمعی و متغیرهای دینامیکی جمعی 77
4-1.اثرات جمعی ..................................................................................................................................................79
4-1-1.حالت های دیکی .............................................................................................................................86
4-1-2.تبهگنی حالت های دیکی ..............................................................................................................99
4-2.تابش اتمی دسته جمعی ...........................................................................................................................101
4-2-1.ابرتابش دیکی .................................................................................................................................101
4-2-2.تابش دسته جمعی در حالت حاصلضربی اتمی .......................................................................105
4-2-3.تحول زمانی ابرتابش .....................................................................................................................109
جمع بندی و کارهای پیش رو 113
منابع 115
فهرست اشکال
شکل (1-1) چرخش چپگرد سطح قطبش توسط یک محیط فعال اپتیکی .................................................3
شکل (1-2) طیف دوفامی دایروی یک پلی پپتید با آرایش مارپیچ-α و صفحه-β ....................................8
شکل (1-3) سه گذار تابشی انیشتین ...................................................................................................................17
شکل (4-1) مقایسه نرخ گسیل ابرتابش با گسیل خود بخودی برای سیستمی شامل 20 اتم ..............112
فهرست جداول
جدول (1-1) توان چرخشی کوارتز .......................................................................................................................4
جدول (1-2) ضرایب شکست نور دایروی چپگرد و راستگرد در کوارتز. این مقادیر ..................................7
مربوط به کوارتز راستگرد بوده و برای کوارتز چپگرد، مقادیر بالا معکوس می شوند.
جدول (1-3) مقادیر ثابت وردت برای چند ماده ...............................................................................................9
چکیده
موادی که صفحه قطبش نور قطبیده خطی فرودی را می چرخانند، مواد فعال اپتیکی نامیده می شوند. ما در این رساله نتایج بارون و آتکینز برای توجیه این پدیده را بازآفرینی می کنیم. ویژگی اصلی این روش، کوانتش هر دو سیستم میدان الکترومغناطیسی و اتم است. ما همچنین مروری بر پدیده ابرتابش می کنیم. این اثر دسته جمعی که مجموعه اتم، تابشی شدیدتر از برابر تابش یک اتم دارند، شاید به حوزه فعالیت اپتیکی هم قابل تعمیم باشد.
کلمات کلیدی: کوانتش، میدان الکترومغناطیسی، اتم، ابرتابش، فعالیت اپتیکی
1-1.چرخش اپتیکی و دوفامی دایروی
به پدیده چرخش صفحه قطبش نور قطبیده تخت در اثر عبور از محیط، فعالیت اپتیکی گفته می شود. هرگاه یک باریکه نور قطبیده خطی از یک محیط فعال اپتیکی مطابق شکل زیر عبور کند، صفحه قطبش نور آشکار شده با زاویه ای متناسب با طول مسیر نور چرخش می یابد [8].
(1-1)
شکل (1-1) چرخش چپگرد سطح قطبش توسط یک محیط فعال اپتیکی [8].
فعالیت اپتیکی بلور کوارتز برای اولین بار توسط آراگو (1811) مشاهده گردید. آزمایش های پیرو توسط بیو (1812) انجام شد که دو اثر متمایز را کشف کرد: 1- چرخش اپتیکی، که چرخش سطح قطبش باریکه نور قطبیده خطی است. 2- پاشندگی چرخش اپتیکی، که چرخش نابرابر صفحه قطبش طول موج های متفاوت نور است.
مواد فعال اپتیکی را از لحاظ چرخش صفحه قطبش نور فرودی به دو دسته تقسیم می نمایند. اگر صفحه قطبش به صورت ساعتگرد بچرخد، ماده را راستگرد و اگر چرخش صفحه قطبش پادساعتگرد باشد، ماده را چپگرد می نامند. به عنوان مثال سدیم کلراید، سولفور جیوه و انواع به خصوصی از قندها نمونه هایی از مواد فعال اپتیکی محسوب می شوند. اگرچه کوارتز مذاب از لحاظ اپتیکی همسانگرد است، بلور کوارتز علاوه بر فعال اپتیکی بودن دارای خاصیت شکست دوگانه نیز می باشد. بلور کوارتز به دو صورت راستگرد و چپگرد موجود است. جدول (1-1) توان چرخشی خاص دو نوع بلور کوارتز را به ازای طول موج های مختلف برای نور انتشار یافته در راستای محور اپتیکی نشان می دهد.
پایان نامه مطالعه خواص الکترونی و اپتیکی نانو صفحات چند لایه ششضلعی بورن- نیترید: از نظریه تابعی چگالی تا اثرات بس- ذرهای
اختصاصی از کوشا فایل پایان نامه مطالعه خواص الکترونی و اپتیکی نانو صفحات چند لایه ششضلعی بورن- نیترید: از نظریه تابعی چگالی تا اثرات بس- ذرهای دانلود با لینک مستقیم و پرسرعت .
فرمت فایل : WORD (قابل ویرایش)
تعداد صفحات:130
رساله دکتری
فیزیک ماده چگال نظری
فهرست مطالب:
چکیده 1
پیش گفتار 2
فصل اول: نظریه تابعی چگالی
1-1 نظریه تابعی چگالی 9
1-2 مسئله بس- ذرهای 9
1-3 بررسی مختصر DFT 13
1-3-1 نظریه هوهنبرگ-کوهن 13
1-3-2 معادلات کوهن- شم 16
1-3-3 مقدار Exc 20
1-3-3-1 تقریب میدان موضعی 21
1-3-3-2 تقریب چگالی اسپین موضعی 23
1-3-3-3 گامی فراتر: تقریب بسط شیب و تقریب شیب تعمیم یافته(GGA) 24
1-4 مفهوم ویژه مقادیر کوهن- شم 29
1-4-1 ویژه مقادیر ساختگی کوهن- شم 29
1-4-2 مسئله ناپیوستگی XC 30
1-4-3 روش موج تخت و تقریب شبه‌پتانسیل 35
1-4-3-1 موج تخت 35
1-4-3-2 شبه پتانسیل 38
1-5 نظریه هلمن- فاینمن 42
فصل دوم: نظریه اختلال بس- ذرهای
2-1 مقدمهای بر طیف‌نمایی‌های نظری 47
2-1-1 اختلال خارجی و تابع دیالکتریک 49
2-1-1-1 پاسخ خطی طیف اپتیکی 51
2-1-2 طیف الکترونی در KS-DFT 55
2-2 شبه- ذرات و روش توابع گرین 56
2-2-1 نمایش شبه- ذرات و تابع طیفی 59
2-2-2 پنج ضلعی هدین 60
2-2-3 تقریب GW 63
2-3 روش بته- سالپیتر: معادله‌ی دو- ذرهای مؤثر 66
2-3 -1 اجزاء و تقریب‌های BSE 71
فصل سوم: مطالعه ساختار الکترونی نانو صفحه تک لایه و دو لایه شش¬ضلعی بورن- نیترید
3-1 خواص ساختاری و الکترونی دو لایه ششضلعی بورن- نیترید 78
3-2 مدل بستگی قوی برای تک لایه و دو لایه بورن- نیترید 81
3-2-1 شبکه لانه زنبوری h-BN 82
3-2-2 روش کلی 83
3-2-2-1 ماتریس انتقال H 84
3-2-2-2 ماتریس همپوشانی S 86
3-3 نظریه تابعی چگالی 87
3-4 نتایج انطباق طیف انرژی بین DFT و TB برای تک لایه و دو لایه بورن- نیترید 88
فصل چهارم: مطالعه خواص الکترونی و اپتیکی دو لایه شش-ضلعی بورن- نیترید، نتایج
4-1 مقدمه 99
4-2 روش محاسبات 99
4-3 بررسی خواص الکترونی و اپتیکی 102
4-4 جمعبندی 113
پیوست
فعالیتهای پژوهشی 116
فهرست جدول‌ها
جدول 1- 1: خطاءهای نوعی برای اتم ها، مولکول ها، و جامدات از محاسبات کوهن- شم در تقریب‌های LSD و GGA در روشی که در این بخش توضیح داده شد. 27
جدول 1- 2: گاف انرژی محاسبه شده برای مواد مختلف در LDA و روش تابع گرین بس- ذرهای که با مقادیر تجربی مقایسه شده است. مقادیر انرژی در eV هستند. 31
جدول 1- 3: ناپیوستگی XC، Δxc، و گاف نواری محاسبه شده برای نیمرساناها و عایق‌ها که با مقادیر تجربی مقایسه شده است. مقادیر انرژی در eV هستند. 35
جدول 3- 1: پارامترهای TB محاسبه شده از بهترین انطباق به دادههای DFT برای تک لایه و دو لایه بورن- نیترید. همه مقادیر در eV هستند. 92
جدول 4- 1: فاصله بین اتمی و فاصله بین لایهای محاسبه شده بورن- نیترید 100
جدول 4- 2: مقادیر گاف نواری (برحسب eV) در روش DFT(LDA) و GW(RPA) 105
جدول 4- 3: مکان اولین قله و انرژی اکسیتون دو لایه h-BN نشان داده شده است 111
جدول 4- 4: ثابت دیالکتریک استاتیک الکترونی و ضریب شکست واقعی دو لایه h-BN برای قطبش نور موازی (راستای x) و قطبش نور عمود (راستای z) به سطح صفحه 111
فهرست شکلها
شکل 1- 1. الگوریتم خود سازگار اصلی 20
شکل 1- 2: اهمیت Δxc مربوط به ساختار نواری کوهن- شم یک نیمرسانا 33
شکل 1- 3: نمایشی از مفهوم شبه پتانسیل 39
شکل 1- 4: شبه تابع موج (خطوط پیوسته) که بشدت داخل منطقه هسته قله دارد و شبه تابع موج فوق نرم که توسط طرح وندربیلت (خطوط خط چین) اصلاح شده است. 42
شکل 2- 1: (الف) فرایند تابش مستقیم (بررسی حالتهای اشغال شده) (ب) فرایند تابش معکوس 48
شکل 2- 2: (الف) فرایند جذب اپتیکی (فوتون hυ بوسیله نمونه جذب شده و باعث برانگیخته شدن یک الکترون از نوار ظرفیت به نوار رسانش میشود) (ب) فرایند طیفنمایی اتلاف انرژی الکترون (بر پایه پراکندگی الکترونها توسط سامانه تحت بررسی) 48
شکل 2- 3: پاسخ محیط قطبیده به پتانسیل خارجی 52
شکل 2- 4: تغییر مقادیر قابل اندازه گیری در مقیاس ماکروسکوپی 53
شکل 2- 5: طرحوارهای از یک سامانه ذرات برهمکنشی قوی که می توان آنرا به یک سامانه از ذرات غیر برهمکنشی KS (سمت چپ) یا یک سامانه از شبه- ذرات برهمکنشی ضعیف (سمت راست)، شبه- ذرات، از طریق معادله توابع گرین نگاشت. 58
شکل 2- 6: نمایش طرحوارهای از تابع طیفی A با گسترش لورنتسی آن، که با تابع طیفی ذرات مستقل، تابع دلتا، مقایسه شده است. 60
شکل 2- 7: طرحی از انتگرال معادله هدین زوج شده. 61
شکل 2- 8: تقریب GW 63
شکل 2- 9: مینیمم انرژیهای گاف انرژی برای انواعی از مواد جامد 65
شکل 2- 10: طرحوارهای برای تعیین طیف اپتیکی در BSE. 73
شکل 3- 1. (الف) نمای بالا و (ب) نمای جانبی از دو لایه h-BN. 79
شکل 3- 2: (الف) نمایشی از شبکه لانه زنبوری با زیر شبکه های A و B، سلول واحد، و بردارهای اصلی a1 و a2 80
شکل 3- 3: نمایشی از پنج امکان انباشته شدن دو لایه BN 81
شکل 3- 4: هیبریداسیون sp2 در گرافن 82
شکل 3- 5: سه بردار ml، اشاره به نزدیکترین همسایه های اتم B دارد. 85
شکل 3- 6: سلول واحد در نظر گرفته شده در این بخش برای (الف) تک لایه و (ب) دو لایه بورن- نیترید. 88
شکل 3- 7: ساختار نواری تک لایه شش ضلعی بورن- نیترید برای (الف) DFT و (ب) TB. 89
شکل 3- 8: ساختار نواری دو لایه شش ضلعی بورن- نیترید برای (الف) DFT و (ب) TB. 90
شکل 3- 9: انطباق ساختار نواری DFT و TB برای (الف) تک لایه و (ب) دو لایه ششضلعی بورن- نیترید. 91
شکل 3- 10: (الف) نمایش طرحوارهای از ساختار ZGNR/BNAM/ZGNR (ب) نمایش طرحوارهای از مولکولهای آروماتیک بورن- نیترید (BNAMs) برای N=1, 2, 3 93
شکل 3- 11: (الف) و (ج) احتمال گسیل (Tr) و چگالی حالت الکترونی (DOS) بر حسب انرژی برای ساختار ZGNR/AM/ZGNR 95
شکل 3- 12: احتمال گسیل (Tr) برحسب تابعی از تغییرات در تعداد مولکولهای آروماتیک بورن- نیترید (N=1, 2… 10) برای انرژی فرودی (الف)E=2eV و (ب) E=2.5eV متصل شده به نانو نوار گرافن زیگ- زاگ. 96
شکل 4- 1: (الف) یاخته اولیه نمای جانبی و (ب) نمای بالا دو لایه h-BN. (ج) ابر یاخته و فاصله بین لایهای d و فاصله بین دو لایه b برای دو لایه h-BN. 100
شکل 4- 2: نمودار تغییرات انرژی کل برحسب تغییرات ثابت شبکه با تقریب LDA برای دو لایه h-BN. 101
شکل 4- 3: نمایشی از طرح انجام گرفته در محاسبات. 102
شکل 4- 4: همگرایی گاف نواری مستقیم و غیر مستقیم شبه- ذرات بر حسب (الف) و (ب) تعداد شبکه سازی منطقه وارون، (ج) و (د) تعداد باندهای در نظر گرفته شده در محاسبات. 103
شکل 4- 5: ساختار نواری الکترونی دو لایه بورن- نیترید در طول راستاهای تقارنی که در روش DFT(LDA) (خط پر) و تقریب GW(RPA) (خط چین) رسم شده است 104
شکل 4- 6: (الف) قسمت موهومی (طیف جذب اپتیکی) و (ب) قسمت حقیقی تابع دیالکتریک دو لایه بورن- نیترید، برای قطبش نور موازی (راستای x) به سطح صفحه، با استفاده از روش LDA-RPA محاسبه شده است 106
شکل 4- 7: (الف) قسمت موهومی (طیف جذب اپتیکی) و (ب) قسمت حقیقی تابع دیالکتریک دو لایه بورن- نیترید، برای قطبش نور موازی (راستای y) به سطح صفحه، با استفاده از روش LDA-RPA محاسبه شده است 107
شکل 4- 8: (الف) قسمت موهومی (طیف جذب اپتیکی) و (ب) قسمت حقیقی تابع دیالکتریک دو لایه بورن- نیترید، برای قطبش نور عمود (راستای z) به سطح صفحه، با استفاده از روش LDA-RPA محاسبه شده است 107
شکل 4- 9: (الف) قسمت موهومی (طیف جذب اپتیکی) و (ب) قسمت حقیقی تابع دیالکتریک دو لایه بورن- نیترید، برای قطبش نور موازی (راستای x) و قطبش نور عمود (راستای z) به سطح صفحه، با استفاده از روش LDA-RPA محاسبه شده است 108
شکل 4- 10: (الف) قسمت موهومی (طیف جذب اپتیکی) و (ب) قسمت حقیقی تابع دیالکتریک دو لایه بورن- نیترید 110
شکل 4- 11: توزیع‌های بار اکسیتونی از حالتهای اکسیتونی (الف) روشن و (ب) تاریک در دو لایه h-BN، با حفره قرار گرفته در نقطه سیاه 112
چکیده
امروزه بطور گسترده‌ای نانو صفحات چند لایه شش¬ضلعی بورن- نیترید، بعلت خواص الکترونی و اپتیکی بسیار جذاب آن¬ها، بطور تجربی و نظری مورد مطالعه قرار گرفته-اند. هدف اصلی این پروژه بررسی خواص الکترونی و اپتیکی نانو ساختارهایی همچون، نانو صفحات بورن- نیترید، با استفاده از نظریه¬های GW و BSE در محدوده پاسخ خطی می¬باشد. در مبحث خواص الکترونی ما به محاسبه انرژی و ساختار نواری و طیف چگالی حالت شبه- ذرات خواهیم پرداخت. همچنین، از یک مدل بستگی قوی برای ساختار نواری تک- لایه و دو- لایه بورن- نیترید استفاده می¬کنیم و شاخص¬های جهش و انرژی¬های جایگاهی را با استفاده از انطباق طرح بستگی قوی و داده¬های نظریه تابعی چگالی بدست خواهیم آورد. در مبحث خواص اپتیکی، قسمت¬های حقیقی و موهومی (جذب اپتیکی) تابع دی¬الکتریک، در اثر قرار دادن نانو صفحه در دو راستای میدان موازی (قطبش موازی) و میدان عمودی (قطبش عمودی)، و همچنین انرژی و اثرات اکسیتونی و تابع توزیع احتمال الکترون در اثر قرار دادن مکان حفره در جایگاه ثابت، را بدست خواهیم آورد.
بنابراین، با توجه به این¬که محاسباتی در زمینه¬ی تاثیر آثار بس- ذره¬ای برای نانو صفحات چند لایه شش¬ضلعی بورن- نیترید انجام نشده است، این نتایج برای مطالعات تجربی و نظری آینده روی این¬چنین ساختارها می¬تواند مفید باشد.
کلمات کلیدی: اثرات بس-ذره¬ای، تقریب GW، نانو صفحات چند لایه شش¬ضلعی بورن- نیترید، اثرات اکسیتونی، شبه- ذرات،
پیش گفتار
در سال¬های اخیر، پژوهش¬های گسترده¬ای در زمینه¬ی سامانه-های نانو ساختار انجام شده است، بخصوص با کوچک¬تر شدن اجزای تشکیل دهنده¬ی قطعات الکترونیکی، بررسی نانو ساختارها اهمیت زیادی در زمینه¬ی علوم و صنعت پیدا کرده است. خواص فیزیکی این نانو ساختارها، بویژه خواص الکترونی و اپتیکی آن¬ها، به رفتار و حالت¬های الکترونی آن¬ها بستگی دارد. از این¬رو، محاسبه حالت های الکترونی مواد و تعیین ساختار نواری انرژی در آن¬ها از مهمترین مباحث پژوهشی نظری و تجربی در فیزیک ماده چگال است. با توجه به این که بطور کلی گاز الکترون در یک جامد یک سامانه برهمکنش¬گر است، بنابراین راه حل اساسی برای محاسبه حالت¬های الکترونی مواد به حل مسئله بس- ذره¬ای منتهی می¬شود. از این¬رو، از آغاز پایه گذاری علم فیزیک ماده چگال، تلاش پژوهشگران بر این بوده است تا بعنوان یک تقریب، مسئله بس- ذره¬ای گاز الکترون جامد را به یک مسئله قابل حل تبدیل نمایند. کلیه متون مربوط به زمینه ماده چگال و روش¬های مختلف و گوناگون محاسبات ساختار نوارهای انرژی الکترونی جامدات، حکایت از به کارگیری انواع تقریب¬هایی است که برای حل معادله شرودینگر انجام می¬شود. خوشبختانه علی¬رغم تقریبی بودن روش¬های بس¬- ذره¬ای، این روش¬ها موفقیت عملی فوق¬العاده¬ای را از خود نشان داده¬اند و بنابراین در مواردی که پیچیدگی¬های ناشی از آثار برهم¬کنش الکترون¬ها در رفتار نهایی سامانه مؤثر باشند باید در حد امکان و با روش-های مختلف حداکثر آثار بس- ذره¬ای را در محاسبات دخالت داد. در هر صورت باید توجه داشت که هر روش تقریبی گستره اعتبار خاصی دارد.
اما امروزه، هدف اغلب پژوهش¬های نظری بر پایه مکانیک کوانتوم، در زمینه مباحث فیزیک ماده چگال و شیمی، یافتن برهم¬کنش¬های اصلی نمی¬باشد بلکه پرداختن به حل معادله شرودینگر از یک تابع هامیلتونی مشهور است که از حل آن اطلاعات مفیدی حاصل می¬شود. به¬ هرحال این هامیلتونی یک مسئله بس- ذر¬ه¬ای را توضیح می¬دهد و برای تعداد بیشتر از 10 الکترون، حل دقیق آن از لحاظ عددی عملاً امکان پذیر نیست. بعلاوه حل دقیق آن، شامل مجموعه-ای از اطلاعات است که بدون ساده¬سازی و تجزیه و تحلیل، به سختی قابل فهم است و برای یک مسئله و شرایط مشخص حاوی تعداد زیادی جزئیات است، که احتمالاً مورد علاقه نیست [1]. بنابراین بازنویسی مجدد مسئله و کار با توابع هامیلتونی مؤثر یا مقادیر انتظاری انتخاب شده که برای حل یک مسئله کاهش یافته مناسب می¬باشند، اغلب بهتر است. این روش بطور ایده¬ال هم محاسبه و هم تجزیه و تحلیل مقادیر مدنظر را ساده خواهد نمود.
نظریه تابعی چگالی (DFT) [2و3] یکی از متداول¬ترین روش¬هایی است که برای محاسبات خواص حالت پایه طراحی شده است و بر پایه اطلاع از تابع چگالی n(r) بجای تابع موج بس- ذره¬ای کامل از یک سیتم N ذره¬ای پایه¬گذاری شده است. مبانی نظریه DFT بر اساس نظریه هوهنبرگ-کوهن- شم [2] بصورت زیر است:
1. چگالی الکترونی حالت پایه از یک سامانه برهم¬کنشی از الکترون¬، می¬تواند بطور کامل، پتانسیل خارجی¬ v(r)، که الکترون¬ها تجربه می¬کنند و بنابراین هامیلتونی، تابع موج بس- ذره¬ای، و همه کمیت¬های مشاهده پذیر از سامانه، را تعیین ¬کند.
2. یک تابعی F[n]وجود دارد بطوری¬که انرژی کل E[n] می-تواند بصورت زیر نوشته شود:
(1-1)
این F یک تابعی عمومی است بطوری¬که وابستگی تابعی¬اش به چگالی برای همه سامانه¬های با برهم¬کنش ذره- ذره مشابه، یکسان است.