فهرست مطالب فصل اول: مقدمه1-1- مقدمه ای بر فناوری نانو21-2- ضرورت انجام تحقیق5فصل دوم: مروری بر تحقیقات انجام شده و مباحث تئوری2-1- دانش کلوئیدها82-2- تاریخچه102-3- سل، ژل و پودر122-4- شیمی سیلیکا132-4- خواص شیمیایی و فیزیکی سیلیکا172-6- ژل شدن،کوآگولاسیون، فلوکولاسیون و کوآسرویشن182-7- هسته زایی، پلیمریزاسیون و رشد سیلیکا212-8- روش های تولید صنعتی222-8-1-تولید پلی سیلیسیک اسید242-8-2- روش سل - ژل252-8-3- تئوری روش سل - ژل262- 9- پایداری سل سیلیکا312-10- کاربردهای سل سیلیکا342-11- معایب روش مرطوب352-12- روش های تف زاد352-13- خواص منحصر به فرد سیلیکا372-14- کاربردهای سیلیکا382-14-1- بهبود خواص مكانيكي382-14-2- افزودني جهت جريان پذيري392-14-3-كاربردهاي آن به عنوان حمل كننده402-14- 4- کاربرد به دلیل تاثیرات سطحی412-14-5- استفاده به عنوان رنگدانه412-15-6- استفاده به دلیل خواص الکتریکی412-14-7- استفاده به عنوان جاذب422-14-8- استفاده به عنوان کاتالیزور422-14-9- استفاده های دیگر422-14-10- مصرف جهانی45فصل سوم: روش تحقیق3-1- مقدمه523-2- ساخت نانو ذرات سیلیکون دی اکسیدSASبه روش آئروسل از ضایعات روغن سیلیکون و ارگانو سیلان ها523-2-1- روش تف زاد523-2-2- مراحل آزمایش533-2-3- طراحی و ساخت سیستم543-2-3-1- اجزای دستگاه553-2-3-1-1- سیستم پمپاژ روغن سیلیکون ضایعاتی553-2-3-1-2- فیلتر563-2-3-1-3- پمپ563-2-3-1-4- روتامتر583-2-3-1-5- مشعل603-2-3-1-6- محفظه احتراق613-2-3-1-7- نظیف کننده مرطوب623-2-4- مواد روش تف زاد633-2-4-1- شیمی سیالات سیلیکونی633-2-5- شرح آزمایش683-2-6- روش کار683-3- 6- سنتز سیلیکا به روش سل - ژل از طریق هیدرولیز TEOS703-3-1- مواد روش سل - ژل703-3-2-لوازم مورد استفاده روش سل - ژل703-3-3- روش کار سل - ژل70فصل چهارم: بحث و نتایج4-1- مقدمه744-2- تاثیر دما در روش تف زاد744-4- تاثیر غلظت ماده اولیه در روش تف زاد794-5- تاثیر مایع نظیف کننده در روش تف زاد834-2- بررسی نتایج روش سل - ژل85فصل پنجم: نتیجه گیری و پیشنهادات5-1- نتیجه گیری915-2- پیشنهادات925-2-1- روش تف زاد925-2-2- روش سل - ژل92منابع94 فهرست جداول شماره و عنوانصفحهجدول (2-1). خواص شیمیایی و فیزیکی سیلیکا17جدول (2-2). کاربردهای SAS به عنوان ماده رئولوزیک40جدول (2-3). کاربردهای SAS در نیم کره جنوبی در سال 199044جدول (4-1). نتایج تغییرات اندازه بر حسب دما78جدول (4-2). نتایج تغییرات اندازه بر حسب غلظت82 فهرست شکل ها و تصاویر شماره و عنوانصفحهشکل (2-1). ساختار کریستالی و آمورف سیلیکا9شکل(2-2). روش های نشان دادن همسایگی اتم های اکسیژن و سیلیسیوم (a) مدل گوی و میله (b)مدل جامد (c) مدل شبکه ای (d) مدل فضایی13شکل (2-3). (a)سل (b) ژل (c) رسوب و توده شده19شکل (2-4). تشکیل سل، ژل و پودر سیلیکا از منومر21شکل (2-5). مدل لامر و دینگار28شکل (2-6). تاثیر زمان بر اندازه ذرات29شکل (2-7). تاثیر دما بر اندازه ذرات30شکل (2-8). تاثیر سرعت افزودن ماده اولیه بر اندازه ذرات30شکل (2-9). فلوچارت روش کلوئید سازی31شکل (2-10). فلوچارت روش خنثی سازی توسط اسید جهت تهیه سل سیلیکا32شکل (2-11). فلوچارت روش تبادل یونی برای تولید سل سیلیکا32شکل (2-12). تصاویر میکروسکوپ الکترونی سل سیلیکای تولید شده به روش سل - ژل33شکل (2-13). شماتیک تولید صنعتی سیلیکا بروش تف زاد37شکل (2-14). کاربردهای SAS در حوزه های گوناگون38شکل (2-15). افزایش کششی در دمای اطاق برای فیلرهای مختلف در لاستیک سیلیکون39شکل (2-16). مصرف SAS در سال 2000 میلادی در اروپا45شکل (2- 17). شماتیک روش مادلر47شکل (2-18). تصاویر SEM از نانو ذرات سیلیکا تصاویر a و b بدون گروه های عاملی و تصاویر c و d با گروه های عاملی48شکل (3-1). فیلتر روغن سیلیکون56شکل (3-2). نمودار مشخصه پمپ57شکل (3-3). پمپ مدل AN4758شکل (3-4). روتامتر59شکل (3-5). نازل مشعل60شکل (3-6). دریچه تنظیم هوا و نازل سوخت61شکل (3-7). محفظه احتراق در حال ساخت62شکل (3-8). شماتیک سیستمنظیف کننده مرطوب63شکل (3-9). اسکلت کربن- کربن65شکل (3-10). دستگاه اندازه گیری نقطه اشتعال69شکل (3-11). حمام آب گرم71شکل (4-1). تاثیر دما:˚C 600 ، اندازه نانوذرات 4/13 نانومتر75شکل (4-2). تاثیر دما: ˚C800 ، اندازه نانوذرات 3/10 نانومتر75شکل (4-3). تاثیر دما: ˚C900 ، اندازه نانوذرات 5/9 نانومتر76شکل (4-4). تاثیر دما: ˚C1000 ، اندازه نانوذرات 2/9 نانومتر76شکل (4-5). تاثیر دما: ˚C1200 ، اندازه نانوذرات 5/15 نانومتر77شکل (4-6). تاثیر دما: ˚C1300 ، اندازه نانوذرات 2/55 نانومتر77شکل (4-7). نمودار تغییرات اندازه بر حسب دما78شکل (4-8). نمودار غلظت 2 میلی لیتر در دقیقه در دمای 1000 درجه سانتی گراد اندازه 2/9 نانومتر80شکل (4-9). نمودار غلظت 4 میلی لیتر در دقیقه در دمای 1000 درجه سانتی گراد، اندازه2499 نانومتر80شکل (4-10). نمودار غلظت 6 میلی لیتر در دقیقه در دمای 1000 درجه سانتی گراد، اندازه 3750 نانومتر81شکل (4-11). نمودار غلظت 8 میلی لیتر در دقیقه در دمای 1000 درجه سانتی گراد، بای مودال81شکل(4-12). نمودار تغییرات اندازهبر اساس دبی روغن سیلیکون82شکل (4-13). مایع نظیف کننده آّب است، اندازه ذرات 2/9 نانومتر83شکل (4-14). مایع نظیف کننده تتراکلرید کربن است، اندازه ذرات 2/6 نانومتر84شکل (4-15). نمونه های تولید شده در ابعاد میکرون85شکل (4-16). شروع تشکیل ژل86شکل (4-17). ژل تشکیل شده87شکل (4-18). ژل آماده سازی شده جهت خشک شدن و تبدیل به زروژل شدن87شکل(4-19). ژل در حال خشک شدن88شکل(4-20). زروژل خشک شده88شکل (4-21). تصویر TEM زروژل 89 مقدمه 1-1- مقدمه ای برفناوری نانو فناوری نانو رشته‌ای از دانش کاربردی و فناوری است که جستارهای گسترده‌ای را پوشش می‌دهد. موضوع اصلی این رویکرد مهار ماده یا دستگاه‌های در ابعاد کمتر از یک میکرومتر، معمولاً حدود ۱ تا ۱۰۰ نانومتر است. در واقع نانو تکنولوژی فهم و به کارگیری خواص جدیدی از مواد و سیستمهایی در این ابعاد است که اثرات فیزیکی جدیدی (عمدتاً متاثر از غلبه خواص کوانتومی بر خواص کلاسیک) از خود نشان می‌دهند. نانوفناوری یک دانش به شدت میان‌رشته‌ای است و به رشته‌هایی چون مهندسی مواد، پزشکی، داروسازی و طراحی دارو، دامپزشکی، زیست شناسی، فیزیک کاربردی، ابزارهای نیم رسانا، شیمی ابرمولکول و حتی مهندسی مکانیک، مهندسی برق و مهندسی شیمی نیز مربوط می‌شود. تحلیل گران بر این باورند که فناوری نانو ، فناوری زیستی[1] و فناوری اطلاعات[2] سه قلمرو علمی هستند که انقلاب سوم صنعتی را شکل می دهند [1] نانو تکنولوژی می‌تواند به عنوان ادامه دانش کنونی به ابعاد نانو یا طرح‌ریزی دانش کنونی بر پایه‌هایی جدیدتر و امروزی‌تر باشد.بر اساس رتبه بندی پایگاه اینترنتی استیت نانو[3] ایران با رتبه 8 در تولید علم نانو، کم ترین سهم را در مشارکت تولید علم در علوم نانو در سال 2012 میلادی داشته و بعد از آن به ترتیب چین، هند، تایوان و کره جنوبی قرار دارند و عربستان سعودی با انتشار 910 مقاله علمی بیشترین میزان مشارکت جهانی را در این حوزه داشته است.به گزارش خبرگزاری مهر، پایگاه اینترنتی استیت نانو در گزارشی سهم مشارکت کشورها در تولید علوم نانو را بر اساس شاخص همکاری بین‌المللی بررسی کرده است. مطابق این گزارش همکاری بین‌المللی، راهبردی برای تسهیل شرایط جهت رسیدن به اهداف علمی است.برای بررسی این شاخص، سایت استت نانو با یک عبارت جستجوی ویژه و با استفاده از بانک اطلاعات[4]، مقالات نانوی کشورهای مختلف و میزان همکاری آنها را در سال 2012 استخراج کرده که نتایج آن در فهرستی که بر روی سایت منتشر شده، آمده است.30 کشور اول جهان از نظر تعداد مقالات[5]تقریبا 82 درصد علوم‌نانو را در سال 2012 تولید کرده‌اند.در این فهرست، چین رتبه اول و آمریکا در مقام دوم قرار دارد. هر چند چین بیشترین تعداد مقالات را در سال 2012 تولید کرده است اما یکی از کم ترین مشارکت‌ها را در میان 30 کشور اول داشته است، به طوری که در میان 96 کشور جهان از نظر مشارکت با 7/19 درصد مشارکت رتبه 93 را به خود اختصاص داده است.آمریکا نیز با 1/41 درصد، رتبه 83 را کسب کرده است. کره جنوبی که رتبه چهارم را در تولید علم نانو دارد در بخش مشارکت با 9/30 درصد مشارکت رتبه 88 جهان را اشغال کرده است. بر این اساس کشورهای برتر در تولید علم، برای تولید علم کمتر به مشارکت می‌پردازند در حالی که کشورهای ضعیف‌تر، تمایل بیشتری به همکاری دارند. در میان 30 کشور اول تولید کننده علم همچنین، ایران با رتبه 8 در تولید علم نانو، کم ترین سهم را در مشارکت (3/17 درصد) داشته و بعد از آن به ترتیب چین، هند، تایوان و کره جنوبی قرار دارند.وجود مراکز تحقیقاتی مجهز و معتبر، موقعیت جغرافیایی، مجاورت جغرافیایی دو کشور و سابقه تاریخی تعامل کشورها می‌تواند به عنوان پارامترهای موثر در مشارکت در زمینه تولید علوم نانو، به شمار آیند. به عنوان مثال در هر قاره یک یا چند کشور پیشرو در عرصه نانو وجود دارند که کشورهای دیگر آن ها را به عنوان همکار پروژه‌های تحقیقاتی خود انتخاب می‌کنند. همچنین سهولت رفت و آمد، نزدیک بودن فرهنگ و مشترکات فرهنگی و اجتماعی از جمله مزایای همکاری با یک کشور همسایه است. مصداق بارز این موضوع در کشور آذربایجان دیده می‌شود که به دلیل همسایگی با ایران بیشترین همکاری را با ایران دارد.به نظر می‌رسد درصورتی‌که مسیر همکاری ایران با کشورهای دیگر هموار شود، ایران آمادگی مشارکت در تولید علوم نانو با دیگر کشورها را دارد. مصداق بارز این موضوع کشور مالزی است که در سال‌های گذشته همکاری قابل توجهی با ایران داشته است. مالزی قوانین و مسیر تبادل دانشجو با ایران را هموار کرده است؛ به‌طوری‌که مقصد تعداد زیادی از دانشجویان ایرانی شده است. این امر موجب شده تا ایران اولین گزینه مشارکت برای مالزی در تولید علوم نانو باشد [2] و از این رو اهمیت این رشته در کشور بارز می گردد و امید است که ایران بتواند رتبه خود را ارتقا دهد.از دید تاریخی در حدود ۴۰۰ سال پیش از میلاد مسیح، دموکریتوس فیلسوف یونانی، برای اولین بار واژه اتم را که در زبان یونانی به معنی تقسیم نشدنی است، برای توصیف ذرات سازنده مواد به کار برد. از این رو شاید بتوان او را پدر فناوری و علوم نانو دانست [1] و در دوران جدید اولین بار ریچارد فاینمن برنده جایزه نوبل فیزیک در سال 1965 و یکی از مشهورترین فیزیکدان های دهه 60 میلادی که ملقب به پدر نانو فناوری است، در سال 1960 در همایش جامعه فیزیک آمریکا طی سخنرانی، پیش بینی انقلابی و جذابی را بیان کرد. وی گفت که فضای زیادی در پایین وجود دارد. همین مطلب پایه علم نانو فناوری شد، وی در آن سخنرانی این نکته را مطرح ساخت که اصول علم فیزیک چیزی جز امکان ساختن اتم به اتم اشیاء را بیان نمی کنند. فاینمن پیشنهاد کرد که می توان اتم های مجزا را دستکاری کرده تا مواد و ساختارهای کوچکی تولید نمود که خواص متفاوتی داشته باشند [3].واژه فناوری نانو، اولین بار در سال 1974 توسط نوریو تانیگوچی استاد علوم دانشگاه توکیو مطرح شد. او این واژه را برای توصیف ساخت مواد (وسایل) دقیقی که ابعاد آن ها در حد نانومتر می باشد، به کار برد. پیشوند نانو در اصل یک کلمه یونانی است. معادل لاتین این کلمه، دوارف[6] که به معنی کوتوله و قد کوتاه است.دو تعریف استاندارد را می توان برای فناوری نانو ارائه داد که عبارتند از :