چکیدهآئروژلها مواد متخلخلی هستند که حفرههای نانومتری آنها در مقیاس مزو یا میکرومیباشد. چگالی پایین، تخلخل و سطح در معرض داخلی بالا از دیگر ویژگیهای این مواد میباشد.در این پژوهش نانو کامپوزیت سیلیکا آئروژل/ نانوذرات فریت کبالت به روش سل-ژل آمادهسازی و تحت فرایند فوق بحرانی خشک شد. بدین منظور نيترات آهن() 9 آبه و نيترات کبالت() 6 آبه در حلالهایی چون متانول و آب دیونیزه حل شده و به پیشماده سیلیکا اضافه و قرار دادن این محلول بر روی همزن مغناطیسی به شکل گیری سل یکنواختی منجر شد. پس از گذشت زمان معین و انجام عمل هیدرولیز، ژل بدست آمده در دستگاه خشک کن فوق بحرانی قرار دادهشد و در نهایت گاز جایگزینمایع موجود در نمونهها گردید و آئروژل نهایی حاصل شد.به منظور بررسی نمونههای تولید شده از نقطه نظر ساختاری، مورفولوژی و خواص مغناطیسی به تحلیل دادههای حاصل از آنالیزهای SEM، TEM، XRD ،FT-IR ،BET و VSMپرداخته شد. همانگونه که انتظار میرفت این نانو کامپوزیت ضمن حفظ ویژگیهای سیلیکا- آئروژل از جمله تخلخل بالا و چگالی پایین رفتار فرومغناطیس نانوذرات را نیز داشت.واژه های کلیدی:آئروژل، نانو ذرات فریت، نانوکامپوزیت، سل-ژل، مغناطیس سنج نمونه ی ارتعاشیفهرست مطالبعنوان صفحهفصل اول – مفاهیم اولیهمقدمه. 21-1 شاخههای فناوری نانو. 21-2 روشهایساختنانوساختارها31-3 کاربردهاینانوساختارها41-4 مواد نانومتخلخل.. 51-5 کامپوزيتها101-5-1 کامپوزيت يا مواد چندسازه. 101-5-2 ويژگیهای مواد کامپوزيتی.. 111-5-3 مواد زمينه کامپوزيت... 111-5-4 تقويتکنندهها121-5-5 نانوکامپوزيت... 121-6 خلاصه. 13فصل دوم - آئروژلها و مروری بر خواص مغناطیسی2-1 تاريخچه. 152-2 شيمي سطح آئروژل.. 162-3 تئوري فيزيکي.. 192-4 خاصيت مغناطيسي مواد. 192-4-1 منشأ خاصيت مغناطيسي مواد. 192-4-2 فازهاي مغناطيسي.. 202-4-2-1 موادديامغناطيس.... 202-4-2-2 موادپارامغناطيس.... 212-4-2-3 موادفرومغناطيس.... 212-4-2-4 موادپادفرومغناطيس.... 222-4-2-5 موادفريمغناطيس.... 232-4-5 حلقه پسماند.. 242-5 فريت... 272-6 خلاصه. 27فصل سوم-ساخت آئروژل و کاربردهای آنمقدمه. 293-1 سنتز آئروژل با فرآیند سل-ژل.. 293-2 شکلگيري ژل خيس.... 323-3 خشک کردن آلکوژل.. 333-3-1 فرآیندهاي خشککردن در شرايط محيط... 343-3-2 خشککردن انجمادي.. 353-3-3 خشک کردن فوق بحراني.. 353-3-4 مقايسه روشها383-4 مروري بر کارهاي انجام شده. 393-5 برخي از کاربردهاي آئروژل.. 433-5-1 آئروژلها به عنوان کامپوزيت... 433-5-2 آئروژلها به عنوان جاذب... 443-5-3 آئروژلها به عنوان حسگر. 443-5-4 آئروژل به عنوان مواد با ثابت دي الکتريک پايين.. 453-5-5 آئروژل به عنوان کاتاليزور. 453-5-6 آئروژل به عنوان ذخيره سازي.. 453-5-7 آئروژلها به عنوان قالب... 463-5-8 آئروژل به عنوان عايق گرما463-5-9 آئروژلها در کاربرد فضايي.. 473-6 خلاصه. 47فصل چهارم- سنتز و بررسي ويژگيهاي نانوکامپوزيت سيليکا آئروژل/نانوذرات فريت کبالتمقدمه. 494-1 مواد مورد استفاده در پژوهش.... 504-2 روش تجربي و جزئيات... 514-3 تجزيه و تحليل.. 544-3-1 بررسي مورفولوژي سطح.. 544-3-2 مطالعه نانو ساختاري نانوکامپوزيت 2/SiO4O2CoFeبه کمک روش XRD... 564-3-3 بررسي خواص شيميايي نانوکامپوزيت 2/SiO4O2CoFe به کمک روش FT-IR... 634-3-5 تصويربرداري TEM.... 664-3-6 بررسي آنالیز BET.. 674-3-7 بررسي رفتار مغناطيسي با دستگاه VSM.... 724-4 خلاصه. 77نتيجهگيري.. 78پیشنهادات.... 81مراجع. 82فهرست تصاویرعنوان صفحهفصل اول – مفاهیم اولیه1-1. انواع سيليکا براساس اندازه حفره: الف) ماکرو متخلخل، ب) مزو متخلخل، ج) ميکرو متخلخل. 71-2. نوع تخلخلها بر اساس شکل و موقعیت.. 71-3. نمايشی از انواع مختلف تقويت کنندهها در کامپوزيت.. 12فصل دوم - آئروژلها و مروری بر خواص مغناطیسی2-1. 1برهمکنش آب و ساختار آئروژل، الف) آئروژل آبگريز، ب) آئروژل آبدوست.. 182-2. فازهاي مغناطيسي، الف) پارامغناطيس، ب) فرومغناطيس، ج) پادفرومغناطيس، د) فري مغناطيس... 232-3. حلقه پسماند ماده فرو مغناطيس... 252-4. حلقه پسماند در مواد فرومغناطيس نرم و سخت.. 26 فصل سوم - ساخت آئروژل و کاربردهای آن3-1. طرحوارهای از روشهای مختلف برای شيمی سنتز نانوکامپوزيت.. 313-2. اصلاح شيمی سطح ژل. 343-3. چرخه فشار-دما در حين فرآیند خشک کردن فوق بحرانی.. 363-4. شماتيکی از دستگاه خشک کن فوق بحرانی اتوکلاو. 36 فصل چهارم - سنتز و بررسي ويژگيهاي نانوکامپوزيت سيليکا آئروژل/نانوذرات فريت کبالت4-1. فازهای مجزا نمونه روی همزن. 524-2. نمونههای در قالب ريخته شده. 524-3. نمونه الکوژل.. 534-4. نمونه آئروژل.. 544-5. تصاوير FE-SEM نمونهها الف) 10%، ب) 15%، ج) 20%.554-6. نمودار توزيع اندازه ذرات الف) 10%، ب) 15% و ج) 20%. 564-7 . پراش XRDنمونههای الف) 10%، ب) 15%و ج) 20% پیش از عملیات حرارتی.. 584-8. پراش XRD نمونههای الف) 10%، ب) 15%و ج) 20% در دمای 600 درجهی سانتیگراد. 594-9. پراش XRD نمونههای الف) 10%، ب) 15%و ج) 20% در دمای 800 درجهی سانتیگراد. 604-10. آنالیز نمونههای الف)10%، ب) 15%و ج) 20% حرارت داده شده در دمای 600 درجهی سانتی گراد. 614-11. آنالیز نمونههای الف)10%، ب) 15%و ج) 20% حرارت داده شده در دمای 800 درجهی سانتی گراد. 624-12. طيفهای جذبی FT-IRالف) 10%، ب) 15% و ج) 20%.654-13. تصوير TEM يکی از نمونهها674-14. نمودارهاي لانگمير الف) 10%، ب) 15% و ج) 20%. 694-15. نمودارهاي BETالف) 10%، ب) 15% و ج) 20%. 714-16. جذب و واجذب الف) 10%، ب) 15% و ج) 20%.724-17. حلقه پسماند نمونهها قبل از عمليات حرارتی الف) 10%، ب) 15%، ج) 20%.744-18. حلقه پسماند نمونهها بعد از عمليات حرارتی الف) 10%، ب) 15%، ج) 20%.75 فهرست جداولعنوان صفحهفصل سوم - ساخت آئروژل و کاربردهای آن3-1. کاربردهای مختلف آئروژلها........................................................................................................ 48فصل چهارم - سنتز و بررسي ويژگيهاي نانوکامپوزيت سيليکا آئروژل/نانوذرات فريت کبالت4-1. ميزان گرم و ليتر مواد مورد نياز. 514-2. نتایج حاصل ازXRD.. 63لیست علایم و اختصاراتبرونر، امت، تلر(Brunauer, Emmett, Teller) BETپراش پرتو ایکس (X-Ray Diffraction) XRDمغناطیسسنج نمونهی ارتعاشی (Vibrating Sample Magnetometer) VSMمیکروسکوپ الکترونی گسیل میدانی (Field Emission Scanning Electron Microscopy) FE-SEMمیکروسکوپ الکترونی عبوری (Transmission Electron Microscopy) TEMآنگسترم (Angestrom) Åاورستد (Oersted) Oeنانومتر (Nanometer) nmواحد مغناطیسی(Electromagnetic Units) emu مقدمهتفاوت اصلی فناوری نانو با فناوریهای ديگر در مقياس مواد و ساختارهايی است که در اين فناوری مورد استفاده قرار میگيرند. در حقيقت اگر بخواهيم تفاوت اين فناوری را با فناوریهای ديگر بيان نماييم، میتوانيم وجود عناصر پايه را به عنوان يک معيار ذکر کنيم. اولين و مهمترين عنصر پايه نانو ذره است. نانوذره يک ذرهی ميکروسکوپی است که حداقل طول يک بعد آن کمتر از ١٠٠ نانومتر است و میتوانند از مواد مختلفی تشکيل شوند، مانند نانوذرات فلزی، سراميکی و نانوبلورها که زير مجموعهای از نانوذرات هستند [ 3و 2]. دومين عنصر پايه نانوکپسول است که قطر آن در حد نانومتر میباشد. عنصر پايهی بعدی نانولولهها هستند که خواص الکتريکی مختلفی از خود نشان میدهند و شامل نانولولههای کربنی، نيتريد بور و نانولولههای آلی میباشند [4].
سنتز نانوکامپوزيت سيليکا آئروژل/نانو ذرات فريت کبالت و بررسی ویژگی هایWORD
چکیدهآئروژلها مواد متخلخلی هستند که حفرههای نانومتری آنها در مقیاس مزو یا میکرومیباشد. چگالی پایین، تخلخل و سطح در معرض داخلی بالا از دیگر ویژگیهای این مواد میباشد.در این پژوهش نانو کامپوزیت سیلیکا آئروژل/ نانوذرات فریت کبالت به روش سل-ژل آمادهسازی و تحت فرایند فوق بحرانی خشک شد. بدین منظور نيترات آهن() 9 آبه و نيترات کبالت() 6 آبه در حلالهایی چون متانول و آب دیونیزه حل شده و به پیشماده سیلیکا اضافه و قرار دادن این محلول بر روی همزن مغناطیسی به شکل گیری سل یکنواختی منجر شد. پس از گذشت زمان معین و انجام عمل هیدرولیز، ژل بدست آمده در دستگاه خشک کن فوق بحرانی قرار دادهشد و در نهایت گاز جایگزینمایع موجود در نمونهها گردید و آئروژل نهایی حاصل شد.به منظور بررسی نمونههای تولید شده از نقطه نظر ساختاری، مورفولوژی و خواص مغناطیسی به تحلیل دادههای حاصل از آنالیزهای SEM، TEM، XRD ،FT-IR ،BET و VSMپرداخته شد. همانگونه که انتظار میرفت این نانو کامپوزیت ضمن حفظ ویژگیهای سیلیکا- آئروژل از جمله تخلخل بالا و چگالی پایین رفتار فرومغناطیس نانوذرات را نیز داشت.واژه های کلیدی:آئروژل، نانو ذرات فریت، نانوکامپوزیت، سل-ژل، مغناطیس سنج نمونه ی ارتعاشیفهرست مطالبعنوان صفحهفصل اول – مفاهیم اولیهمقدمه. 21-1 شاخههای فناوری نانو. 21-2 روشهایساختنانوساختارها31-3 کاربردهاینانوساختارها41-4 مواد نانومتخلخل.. 51-5 کامپوزيتها101-5-1 کامپوزيت يا مواد چندسازه. 101-5-2 ويژگیهای مواد کامپوزيتی.. 111-5-3 مواد زمينه کامپوزيت... 111-5-4 تقويتکنندهها121-5-5 نانوکامپوزيت... 121-6 خلاصه. 13فصل دوم - آئروژلها و مروری بر خواص مغناطیسی2-1 تاريخچه. 152-2 شيمي سطح آئروژل.. 162-3 تئوري فيزيکي.. 192-4 خاصيت مغناطيسي مواد. 192-4-1 منشأ خاصيت مغناطيسي مواد. 192-4-2 فازهاي مغناطيسي.. 202-4-2-1 موادديامغناطيس.... 202-4-2-2 موادپارامغناطيس.... 212-4-2-3 موادفرومغناطيس.... 212-4-2-4 موادپادفرومغناطيس.... 222-4-2-5 موادفريمغناطيس.... 232-4-5 حلقه پسماند.. 242-5 فريت... 272-6 خلاصه. 27فصل سوم-ساخت آئروژل و کاربردهای آنمقدمه. 293-1 سنتز آئروژل با فرآیند سل-ژل.. 293-2 شکلگيري ژل خيس.... 323-3 خشک کردن آلکوژل.. 333-3-1 فرآیندهاي خشککردن در شرايط محيط... 343-3-2 خشککردن انجمادي.. 353-3-3 خشک کردن فوق بحراني.. 353-3-4 مقايسه روشها383-4 مروري بر کارهاي انجام شده. 393-5 برخي از کاربردهاي آئروژل.. 433-5-1 آئروژلها به عنوان کامپوزيت... 433-5-2 آئروژلها به عنوان جاذب... 443-5-3 آئروژلها به عنوان حسگر. 443-5-4 آئروژل به عنوان مواد با ثابت دي الکتريک پايين.. 453-5-5 آئروژل به عنوان کاتاليزور. 453-5-6 آئروژل به عنوان ذخيره سازي.. 453-5-7 آئروژلها به عنوان قالب... 463-5-8 آئروژل به عنوان عايق گرما463-5-9 آئروژلها در کاربرد فضايي.. 473-6 خلاصه. 47فصل چهارم- سنتز و بررسي ويژگيهاي نانوکامپوزيت سيليکا آئروژل/نانوذرات فريت کبالتمقدمه. 494-1 مواد مورد استفاده در پژوهش.... 504-2 روش تجربي و جزئيات... 514-3 تجزيه و تحليل.. 544-3-1 بررسي مورفولوژي سطح.. 544-3-2 مطالعه نانو ساختاري نانوکامپوزيت 2/SiO4O2CoFeبه کمک روش XRD... 564-3-3 بررسي خواص شيميايي نانوکامپوزيت 2/SiO4O2CoFe به کمک روش FT-IR... 634-3-5 تصويربرداري TEM.... 664-3-6 بررسي آنالیز BET.. 674-3-7 بررسي رفتار مغناطيسي با دستگاه VSM.... 724-4 خلاصه. 77نتيجهگيري.. 78پیشنهادات.... 81مراجع. 82فهرست تصاویرعنوان صفحهفصل اول – مفاهیم اولیه1-1. انواع سيليکا براساس اندازه حفره: الف) ماکرو متخلخل، ب) مزو متخلخل، ج) ميکرو متخلخل. 71-2. نوع تخلخلها بر اساس شکل و موقعیت.. 71-3. نمايشی از انواع مختلف تقويت کنندهها در کامپوزيت.. 12فصل دوم - آئروژلها و مروری بر خواص مغناطیسی2-1. 1برهمکنش آب و ساختار آئروژل، الف) آئروژل آبگريز، ب) آئروژل آبدوست.. 182-2. فازهاي مغناطيسي، الف) پارامغناطيس، ب) فرومغناطيس، ج) پادفرومغناطيس، د) فري مغناطيس... 232-3. حلقه پسماند ماده فرو مغناطيس... 252-4. حلقه پسماند در مواد فرومغناطيس نرم و سخت.. 26 فصل سوم - ساخت آئروژل و کاربردهای آن3-1. طرحوارهای از روشهای مختلف برای شيمی سنتز نانوکامپوزيت.. 313-2. اصلاح شيمی سطح ژل. 343-3. چرخه فشار-دما در حين فرآیند خشک کردن فوق بحرانی.. 363-4. شماتيکی از دستگاه خشک کن فوق بحرانی اتوکلاو. 36 فصل چهارم - سنتز و بررسي ويژگيهاي نانوکامپوزيت سيليکا آئروژل/نانوذرات فريت کبالت4-1. فازهای مجزا نمونه روی همزن. 524-2. نمونههای در قالب ريخته شده. 524-3. نمونه الکوژل.. 534-4. نمونه آئروژل.. 544-5. تصاوير FE-SEM نمونهها الف) 10%، ب) 15%، ج) 20%.554-6. نمودار توزيع اندازه ذرات الف) 10%، ب) 15% و ج) 20%. 564-7 . پراش XRDنمونههای الف) 10%، ب) 15%و ج) 20% پیش از عملیات حرارتی.. 584-8. پراش XRD نمونههای الف) 10%، ب) 15%و ج) 20% در دمای 600 درجهی سانتیگراد. 594-9. پراش XRD نمونههای الف) 10%، ب) 15%و ج) 20% در دمای 800 درجهی سانتیگراد. 604-10. آنالیز نمونههای الف)10%، ب) 15%و ج) 20% حرارت داده شده در دمای 600 درجهی سانتی گراد. 614-11. آنالیز نمونههای الف)10%، ب) 15%و ج) 20% حرارت داده شده در دمای 800 درجهی سانتی گراد. 624-12. طيفهای جذبی FT-IRالف) 10%، ب) 15% و ج) 20%.654-13. تصوير TEM يکی از نمونهها674-14. نمودارهاي لانگمير الف) 10%، ب) 15% و ج) 20%. 694-15. نمودارهاي BETالف) 10%، ب) 15% و ج) 20%. 714-16. جذب و واجذب الف) 10%، ب) 15% و ج) 20%.724-17. حلقه پسماند نمونهها قبل از عمليات حرارتی الف) 10%، ب) 15%، ج) 20%.744-18. حلقه پسماند نمونهها بعد از عمليات حرارتی الف) 10%، ب) 15%، ج) 20%.75 فهرست جداولعنوان صفحهفصل سوم - ساخت آئروژل و کاربردهای آن3-1. کاربردهای مختلف آئروژلها........................................................................................................ 48فصل چهارم - سنتز و بررسي ويژگيهاي نانوکامپوزيت سيليکا آئروژل/نانوذرات فريت کبالت4-1. ميزان گرم و ليتر مواد مورد نياز. 514-2. نتایج حاصل ازXRD.. 63لیست علایم و اختصاراتبرونر، امت، تلر(Brunauer, Emmett, Teller) BETپراش پرتو ایکس (X-Ray Diffraction) XRDمغناطیسسنج نمونهی ارتعاشی (Vibrating Sample Magnetometer) VSMمیکروسکوپ الکترونی گسیل میدانی (Field Emission Scanning Electron Microscopy) FE-SEMمیکروسکوپ الکترونی عبوری (Transmission Electron Microscopy) TEMآنگسترم (Angestrom) Åاورستد (Oersted) Oeنانومتر (Nanometer) nmواحد مغناطیسی(Electromagnetic Units) emu مقدمهتفاوت اصلی فناوری نانو با فناوریهای ديگر در مقياس مواد و ساختارهايی است که در اين فناوری مورد استفاده قرار میگيرند. در حقيقت اگر بخواهيم تفاوت اين فناوری را با فناوریهای ديگر بيان نماييم، میتوانيم وجود عناصر پايه را به عنوان يک معيار ذکر کنيم. اولين و مهمترين عنصر پايه نانو ذره است. نانوذره يک ذرهی ميکروسکوپی است که حداقل طول يک بعد آن کمتر از ١٠٠ نانومتر است و میتوانند از مواد مختلفی تشکيل شوند، مانند نانوذرات فلزی، سراميکی و نانوبلورها که زير مجموعهای از نانوذرات هستند [ 3و 2]. دومين عنصر پايه نانوکپسول است که قطر آن در حد نانومتر میباشد. عنصر پايهی بعدی نانولولهها هستند که خواص الکتريکی مختلفی از خود نشان میدهند و شامل نانولولههای کربنی، نيتريد بور و نانولولههای آلی میباشند [4].