مقاله رایگان درباره
نفت و گاز پایان نامه ها و مقالات

سرامیک‌ها(2TiO). انتقال طیف جذب نقطه‌های کوانتومی (نانوذراتی که تمام ابعادشان کمتر از 10 نانومتر است) به سمت طول موج کوتاهتر بیشتر می‌شود [8].
1-5-1- روش های تولید نانو ذرات
روش‌های تولید نانوذرات به طور کلی به دو دسته شیمیایی و فیزیکی تقسیم میشوند و برخی روش‌ها نیز با نام فرآیندهای مکانیکی- شیمیایی خوانده میشود.
روش فیزیکی:
نانوذرات در روش‌های فیزیکی بدون انجام واکنش و فقط توسط فرآیندهای فیزیکی تولید میشوند.
روش میعان بخار5: میعان بخار به منظور تهیه نانو ذرات به طور مستقیم از بخار فوق اشباع فلزات از جمله روش ها ی اولیه برای تولید نانو ذرات می باشد. این روش معمولاً شامل دو مرحله است، در مرحله اول نانو پودر فلزی به دلیل اضافه کردن گاز بی اثر به محفظه بخار فلز که باعث فوق اشباعیت می گردد، تولید می شود (به منظور دستیابی به این فوق اشباعیت بایستی گاز بی اثر با فشار بالا وارد مخزن شود) سپس با وارد کردن گاز اکسیژن به درون مخزن نانو پودر فلزی اکسید می شود و نانواکسید فلزی تشکیل می گردد. برای تهیه بخار فلزات از تبخیر گرمایی و تبخیر به کمک لیزر استفاده می شود.این روش در مقایسه با روش های دیگر دارای مزایایی می باشد از آن جمله می توان به راحتی عملکرد و آنالیز و خلوص بالای محصول تولیدی اشاره کرد همچنین در این روش امکان ایجاد فیلم نازک و پوشش دهی نیز وجود دارد.علیرغم این محاسن هزینه زیاد، بازده کم و همچنین نیاز به کنترل دماهای بالا (به دلیل انجام واکنش در دمای بالا و گرمازا بودن واکنش اکسیداسیون) از معایب این روش می باشند [24].
اسپری پیرولیز: این روش با نام های دیگری از جمله ترمولیز ائروسل، تبخیر پلاسما، و تجزیه ائروسل نیز شناخته می شود. ماده اولیه مورد استفاده در این روش معمولاً به صورت نمک محلول یا سل و یا سوسپانسیون اولیه می باشد. قطرات تولید شده تحت اثر حرارت بالا خشک می شود و ذرات میکروسکوپی را تولید می کنند و در نهایت با عملیات حرارتی به شکل محصول مورد نظر در می آیند. به دلیل کم هزینه بودن و همچنین امکان تهیه گستره وسیعی از محلول های مختلف به طور عمده از محلول آبی استفاده می شود. کلریدها و نیترات های فلزی به دلیل حلالیت بالا از جمله مواد مرسوم در این روش می باشند. موادی که حلالیت کمی دارند کاربرد چندانی در این روش ندارند. در حین تبدیل قطرات ائروسل به نانو ذرات فرآیندهای مختلفی شامل تبخیر حلال، ترسیب ماده حل شده و ترمولیز ذرات تولید شده صورت می گیرد. از مزایای این روش می توان به یک مرحله ای بودن و بالا بودن خلوص مواد تولید شده اشاره کرد. ایراد اصلی این روش نیز استفاده زیاد از حلال می باشد که باعث بالا رفتن هزینه تولید می شود [24].
روش احتراق6: روش احتراق شعله ای بطور وسیعی برای تولید پودرهای نانو ساختار اکسید فلزی مورد استفاده قرار می گیرد. در این روش ماده شیمیایی اولیه بخار می شود و در فرآیند اکسیداسیون در حضور عامل اشتعال و عامل اکسید کننده که معمولاً پروپان و اکسیژن و یا متان و هوا می باشد اکسید می شود و نانو ذره اکسید فلزی را به وجود می آورد. شعله معمولاً حرارتی در گستره ???? تا 3??? درجه کلوین ایجاد می کند که باعث تسریع واکنش شیمیایی فاز گاز می گردد [24].
روش مکانوشیمی7: این روش سنتز شامل فعالسازی مکانیکی جامد برای قرار گرفتن در شرایط واکنش می باشد. در سال های اخیر برای تولید نانو ذرات آلومینا و ZnO به طور وسیعی از این روش استفاده شده است. این روش شامل آسیاب کردن ماده اولیه (معمولاً نمک یا اکسیدهای فلزی) به منظور تهیه یک مخلوط از موادی که قرار است وارد واکنش شوند، می باشد که این مخلوط در ضمن آسیاب شدن با هم واکنش داده و نانو ذره اکسید فلزی را به وجود می آورند.
روش شیمیایی:
در روش‌های شیمیایی ابتدا واکنش شیمیایی بین واکنشگرها صورت گرفته، سپس نانوذرات تولید شده از محیط جدا میشوند. سنتز شیمیایی شامل تشکیل و رشد ذرات در یک واسطه مایع حاوی انواع واکنشگرها است. به طور کلی برای کنترل شکل نهایی ذرات، روشهای شیمیایی بهتر از روشهای فیزیکی هستند. در روشهای شیمیایی، اندازه نهایی ذره را می توان با توقف فرآیند در هنگامی که اندازه مطلوب به دست آمد یا با توقف رشد، در یک اندازه خاص کنترل نمود. روش شیمیایی به دلیل چینش مواد در شرایط نانومتری به منظور دستیابی به خواص موردنظر، توانایی منحصر به فردی در زمینه تکنولوژی و علم مواد نانوساختار دارد.
رسوب دهی یا کریستالیزاسیون یک فاز جامد از یک محلول، روش عمومی برای تولید نانوذرات است. فرایند کلی در این روش عبارتست از واکنشهایی که در محلولهای آبی یا غیر آبی حاوی نمکها و یا مواد محلول انجام میپذیرد. پس از این که محلول از حل شونده اشباع شد، با تغییر از حالت اشباع به فوق اشباع، رسوبدهی و یا تشکیل کریستال صورت میگیرد. میتوان این فرآیند را مشابه یک واکنش شیمیایی در نظر گرفت. بنابراین غلظت واکنش دهندهها، دمای واکنش، pH محیط و نسبت افزایش واکنش دهنده ها به محیط واکنش، بر توزیع اندازه و خواص فیزیکی محصول (کریستالهای نهایی) موثرند. پتانسیل‌های فراوانی که برای کاربرد نانوذرات در دنیای فناوری وجود دارد موجب پیدایش تحقیقات فراوانی برای یافتن راههای جدید تولید این مواد و بر طرف ساختن مشکلات موجود در مسیر تولید آنها شده است. از جمله مشکلات عمدهای که در تولید نانوذرات وجود دارد میتوان بههم پیوستن ذرات یا کلو
خه‌ای شدن8 آنها و نیز اکسایش9 سطح آنها را نام برد. یکی از پارامترهای کلیدی در کیفیت نانو ذرات کوچک بودن ابعاد آنهاست. لذا فرآیند تولید باید به گونه‌ای طراحی شود که این ذرات به هم نچسبند و به اصطلاح کلوخه10 نشوند زیرا این پدیده موجب رشد ناخواسته ذرات میشود. همچنین سطح تماس ذرات با کوچک شدن ابعاد آنها بالا رفته، موجب اکسید شدن سطح ذرات فلزی میشود و این پدیده در مواردی که هدف ما تولید ذرات فلزی و غیراکسیدی نظیر نیتریدها باشد، یکی از مشکلات است که باید بر آن غلبه نمود [27] . اهمیت یافتن نانوذرات در دهه‌های اخیر نهتنها از اهمیت روش‌های قدیمی تولید ذرات نکاسته است بلکه خود باعث به وجود آمدن روش‌های نوینی در تولید این ذرات شده است. تولید ذرات نانو به روش‌های شیمیایی کاربردهای زیادی در تولید مواد نوری، الکترونیکی، مغناطیسی، زیستی، کاتالیزوری و زیست‌پزشکی دارد [26].
1-5-2- چگونگی بررسی ویژگیهای نانو ذرات
آنالیز و بررسی اندازه ذرات تولید شده معمولاً توسط پراکندگی نور دینامیکی (DLS)11 یا میکروسکوپ الکترونی12SEM و13TEM مورد مطالعه قرار میگیرند.
14XRD جهت شناسایی ساختمان بلورها و تعیین فاز به صورت کمی و کیفی استفاده میشود و اساس کار آن روی پراش پودر ماده مورد نظر است. وجود تعداد زیادی از بلورهای ماده در پودر آن باعث میشود که صفحات مختلف کریستالی به طور تصادفی در زوایای متفاوت تحت تاثیر اشعه قرار گرفته و شدت پراش آنها اندازه گیری شود. با استفاده از تکنیک XRD اندازه کریستالها را نیز میتوان تعیین کرد. در آنالیز XRD با کاهش اندازه کریستال الگوی حاصل از XRD پهنتر میشود به طوری که پهنای طیف رابطه معکوسی با اندازه کریستال دارد.
برای مشاهده شکل و ساختار نانوذرات از میکروسکوپ الکترونی گذاره (TEM) استفاده میشود. میکروسکوپ الکترونی گذاره از یک ستون بلند ساخته شده که منبع پرتوهای الکترونی در بالای این ستون قرار گرفته اند. پرتوهای الکترونی بعد از گذر از نمونه، به یک فیلم عکاسی یا یک صفحه نمایش (که از مواد فلورسانت ساخته شده) برخورد می کنند و موجب تشکیل تصویر می شوند.از آن جایی که برخی از پرتوها از نمونه عبور نمی کنند و نقاط سیاهرنگی را بوجود می آورند، عکس ها سیاه و سفیدند و رنگی نیستند [27].
1-6- نانوکامپوزیت ها
1-6-1- معرفی و چگونگی پیدایش نانوکامپوزیت ها
امروزه در بسیاری از کاربردهای مهندسی به تلفیق خواص مواد نیاز است و امکان استفاده از یک نوع ماده که همه خواص مورد نظر را برآورده سازد، وجود ندارد. به عنوان مثال در صنعت پوشش دهی خطوط انتقال گاز به موادی نیاز است که ضمن داشتن استحکام بالا، سبک باشند، مقاومت سایش،مقاومت خوردگی، قیمت و مقاومت در برابر نور ماوراء بنفش و…خوبی داشته باشند و در دماهای مورد نیاز استحکام خود را از دست ندهند. از آنجا که نمیتوان مادهای یافت که همه خواص فوق را دارا باشد، باید به دنبال روشی برای ترکیب خواص مواد بود. این راه حل همان مواد کامپوزیتی و نانوکامپوزیتی است. کامپوزیت ماده ای چند جزیی است که خواص آن ترکیبی از اجزای اولیه است، ضمن آنکه اجزای مختلف کارایی یکدیگر را بهبود میبخشند. کامپوزیتها به دلیل ویژگیهای خاص خود از قبیل استحکام، سبکی، مقاومت خوردگی، عایق گرما و برق، سهولت و انعطاف در طراحی و شکل دهی، در صنایع مختلفی کاربرد دارند. نکته قابل توجه اینکه در مقیاس نانو ، مواد ویژگیهای بسیار موثرتری از خود بروز میدهد پس نانوکامپزیتها در بسیاری از موارد زمینهای پیشرفت بیشتری خواهند داشت. اهم صنایعی که مشمول استفاده از این مواد میباشند عبارتند از:
صنایع حمل و نقل،صنایع ساختمان، صنایع هوا فضا ،صنایع دریایی ،صنایع نظامی ،صنایع شیمیایی ، صنایع برق و الکترونیک ،صنایع پزشکی ،صنایع تفریحی- ورزشی [28].
همانطور که توضیح داده شد باتوجه به ویژگیهای منحصر بفرد مواد نانوکامپوزیتی، چه از لحاظ تلفیق خواص مواد مدنظر جهت برآوردن نیاز ما ، وچه از لحاظ بروز ویژگیهای مواد در ابعاد نانو ، جهت جلوگیری ویا کاهش روند خوردگی ما را برآن داشت که پوششهای نانوکامپوزیتی را برای خطوط انتقال نفت و گاز مورد بررسی قرار دهیم چرا که میدان تحقیق و پژوهش در این زمینه و تلفیق مواد گوناگون و مقایسه نانوکامپوزیتهای ساخته شده و همچنین انتخاب مناسبترین گزینه ،تلاش و دقت و زحمت فراوانی را مطالبه میکند. البته لازم به ذکر است که انتخاب مناسب مواد سازنده یک سیستم لوله کشی و پوششی آن نیاز به شناخت پروسس دارد ملاحظات نه تنها شامل انتخاب جنس لوله در مقابل خوردگی است بلکه بررسی مکانیکی و فیزیکی سیستم و گواهی ایمنی نیز لازم است ، محل لوله از نظر درون یا بیرون بودن دیگر پارامتر مهم طراحی است نور ماورای بنفش یک عامل در انتخاب مواد سنیتیکی است شرایط اتمسفری عامل دیگر است خوردگی خارجی15 نیز مانند خوردگی درونی16 مهم است [8].
کامپوزیتها موادی هستند که جامد و مصنوعی باشند و از دو یا چند جزء (یا فاز) که از نظر شیمیایی یا فیزیکی کاملا متفاوتند تشکیل شده باشند. این اجزاء به صورت منظم یا پراکنده کنار هم قرارگرفتهاند و لایه مشترکی بین آنها وجود دارد. این زمینهها نقش چسباندن اجزاء به یکدیگر و محافظت اجزاء را در برابر عوامل مکانیکی و جوی همچون رطوبت بر عهده دارند. فلزات، سرامیک ها و پلیمرها به ویژه پلاستیک ها از جمله پرمصرف ترین مصالح موجودند. تقویت کننده های ذره ای، لیفی و صفحهای برای ایجاد استحکام به طور مع
مول استفاده میشوند. اما نانوکامپوزیت عبارت است از کامپوزیتی که حداقل یکی از اجزای تشکیل دهنده آن در ابعادی بین 1 تا 100 نانومتر باشد. در مواد نانوکامپوزیت، به جزء پخش شونده که به صورت الیاف، صفحات، مسطح ریز، ذرات و یا حتی حفره ها، ترک ها و غیره در ابعاد نانومتری باشند، فاز دوم اطلاق میشود و همینطور به جزء پیوسته در نانوکامپوزیتها که مـی تـوانـد در ابـعـاد نـانـومتری و یا بالاتر باشد فاز زمینه میگویند. در دسته ای از مواد نانوکامپوزیت، فاز دوم، موادی با دمای ذوب بالا مانند سرامیک ها و یا فلزات بوده، فاز زمینه مادهای با دمای ذوب پایین مانند پلیمر و سرامیک و فلز با دمای ذوب پایین است. اما در دسته دیگر،همانطور که گفته شد ، فاز زمینه مادهای سرامیکی یا فلزی با دمای ذوب بالا و فاز دوم مادهای پلیمری یا سرامیکی و یا فلزی با دمای ذوب پایینتر است. نانوکامپوزیتها خواص فیزیکی و مکانیکی از قبیل استحکام، سختی، چقرمگی و مقاومت حرارتی بالایی در محدوده وسیعی از دما دارند [30].
برای اینکه یک کامپوزیت به نانوکامپوزیت تبدیل شود، میتوان روی دو قسمت از آن کار کرد:
1- زمینه : اتم‌های یک ماده منظم بلوری، در داخل دانه‌ها قرار دارند. یعنی همه آنها در یک جهت چیده نشده‌اند، بلکه مثل سلول‌های روی پوست دست، دسته‌‌دسته اتم‌های داخل هر سلول در یک جهت خاص قرار دارند. ما برای اینکه کامپوزیت را به نانوکامپوزیت تبدیل کنیم، باید قطر دانه‌ها را نانومتری کنیم [31].
2- تقویت‌کننده : تقویت‌کنندهها را میتوان به سه دسته تقسیم بندی نمود (شکل 1-4). اگر تقویت‌کننده ما ذره‌ای باشد، با ریزکردن ذرات در حد نانومتر و وارد کردن آنها در یک زمینه، نانوکامپوزیت تولید میشود. اما اگر تقویت‌کننده‌های ما رشته‌ای باشند، با ریز کردن قطر رشته‌ها در حد نانومتر (یعنی تولید یک‌سری نخ نازک که قطر هر کدام بین یک تا صد نانومتر است) و وارد کردن آنها در زمینه، می‌توانیم نانوکامپوزیت تولید کنیم. اگر تقویت‌کننده ما لایه‌ای باشد، با نازک کردن لایه‌ها در حد نانومتر (ضخامت ورقه‌ها در حد 1 تا 100 نانومتر باشد) می‌توانیم نانوکامپوزیت بسازیم [29].

این مطلب رو هم توصیه می کنم بخونین:   تحقیق با موضوعهتک حرمت، قانون مجازات، امر به معروف، اسناد حقوق بشر

تقویت‌کنندهی لایه‌ای
تقویت‌کنندهی رشته‌ای

تقویت‌کنندهی ذره‌ای

شکل 1-4 انواع تقویت کنندهها

از مواد خاصی برای ساخت قطعات، دستگاه‌‌ها، ساختمان‌ها و… استفاده می‌شود، چون همهی مواد خواص مورد نیاز ما را در آن دستگاه برآورده نمی‌کنند. به این خواص ماده، که موجب می‌شود آن ماده دارای کاربردهای مهندسی شود، “خواص مهندسی مواد” می‌گویند. خواص مهندسی مواد عبارتند از
1-خواص مکانیکی، مثل خواص کششی
2 – خواص فیزیکی، مثل هدایت الکتریکی
3- خواص شیمیایی، مثل مقاومت در برابر خوردگی [31].
1-6-2- بهتر شدن خواص مکانیکی
خواص مکانیکی یعنی خواص ماده در برابر اِعمال انواع نیروها. نیروها به چند دسته تقسیم می‌شوند: فشردن، خم کردن، پیچاندن و… وقتی یک لایه‌ یا صفحه با ضخامت 1 میلی‌متر را وارد زمینه‌ای نرم می‌کنیم، اگر تقویت‌کننده محکمتر از زمینه باشد، مثلاً مقداری ورق فلزی را وارد یک زمینه پلاستیکی (پلیمری) کنیم، ماده مرکب تشکیل‌شده در مقایسه با ماده اول، در برابر نیروی کششی، مقاومت بیشتری از خود نشان می‌دهد. حال اگر این لایه بخواهد به


پاسخی بگذارید