زینترینگ پلاسما- جرقه ای36
زینترینگ استحاله ای36
زینترینگ دو مرحله ای36
زینترینگ دو مرحله ای نانو سرامیک ایتریا37
زینترینگ ایتریا38
زینترینگ معمولی38
ایتریای با دانه های نانویی41
کینتیک زینترینگ ساختار ثابت43
فصل چهارم49
نانو سرامیک50
نانوسرامیک چیست ؟50
نانوسرامیک‌ها51
کاربردها52
فصل پنجم53
مقدمه55
روش تولید کاتالیست های سرامیکی57
2-1- روش شکل دادن58
2-1-1- یکپارچه های با سطح ویژه کم (جهت کاتالیست های نوع I و II جدول 1 )58
2-1-2- یکپارچه ها با سطح ویژه زیاد (جهت کاتالیست های نوع IVجدول 1)60
2-1-3- یکپارچه مخلوط(جهت کاتالیست های نوع III جدول 1)61
2-21 پوشش و پوشش دهی61
2-3- کاتالیست های سه کاره (TWC)63
2-3-1 روش کارTWC63
2-3-2- روش های پوشش دهیTWC65
2-3-3- پوشش های دوغابی65
2-3-3-1- ساخن درجا پوشش روی یکپارچه66
یکپارچه های فلزی67
3-1- پایه های فلزی و پوشش های آنها67
خواص مربوط به فرآیند تولید: فابلیت ورقه شدن و جوش پذیری67
نتیجه گیری70
منابع71
فصل اول
تاریخچه نانوکاتالیست ها
نانوذرات طلای قابل حل، از حدود دو هزار سال پیش پدیدار شدند و به عنوان پیگمان ها در مصارف درمانی و تزیینی بکار می رفتند و از لحاظ مصرف خود ماده، در ساخت لاستیک شیشه ای (rubby glass) و برای رنگ آمیزی سرامیک ها از زمان های قدیم شناخته شده بودند.  نانو ذرات سنتز شده ی مدرن اغلب از روش 150 سال پیش فارادی الهام گرفته شده اند، کسی که تشکیل محلول های قرمز نانوذرات طلا را با استفاده از کاهش  (tetrachloro aurak)  با استفاده از  فسفروس به عنوان عامل کاهنده اثبات کرد. این روش دوباره در سال 1994 توسط گروه schiffrin به طور وسیع تر بکار گرفته شد.
روش اولیه ی مرسوم دیگر  در سنتز نانوذرات استفاده از تجزیه ی حرارتی مواد فلزی مثل کربونیل های فلزی(Fe,Co,Ni,Ru,Rh,Ir) در حضور پلیمرهای پایدار کننده است. این متد تنها روش برای اهداف کاتالیستی نبود، چراکه در سال های 1996 Hess, Parker, Thomas نیز از خواص فرومغناطیس و استفاده از تجزیه ی حرارتی دی کبالتو کربونیل به عنوان یک روش چند کاره گزارش کردند.  کمپلکس های فلزی صفر ظرفیتی دیگری همچون   و   (N=Pd,Pt)در سال 1970 توسط Takahashi  گزارش شده بودند و سپس در سال 1992 گروه Gallezot  نانوذرات کاتالیستی را تولید کرد که با  H2یا Co  واکنش می دهند. تکنیک تبخیر فلز (metal vapor) برای تولید نانو ذرات فلزی به طور تئوری و نه عملی یکی  از  روش های ایده آلی بود که در سال 1927 توسط Schalinkhoff, Roginski منتشر شد و بعداً با کار گروه Ozin, Timms, Green به روشی مرسوم تبدیل شد. وسایل سنتز فیزیکی همچون الکتروشیمی، با کارهای Reetz ارتقا یافت و در سال های 1980 برای سنتز نانوذرات فلزهای واسطه که برای کاتالیز استفاده می شوند گسترش یافت. با توجه به این که کاتالیز نانو ذرات مستقیماً با سطح آنها در رابطه است، Oswald در سال 1907 تمرکز خود را بر روی افزایش سطح نانو ذرات معطوف کرد. گام مؤثر اولیه در زمینه ی سنتز و کاتالیز با نانو ذرات فلزهای واسطه در کتابی به نام کلوییدها و خوشه ها توسط John Bradly ، برداشته شد.
مطالعات کاتالیستی با استفاده از کاتالیست های نانو ذرات فلزهای واسطه در نیمه ی دوم قرن بیستم با یک سری واکنش های کوچک اما مهم مثل hudrogenation و hydrosilylation و hydration  سوبستراهای آلی اشباع و واکنش های اکسایش-کاهش شامل  photospliting و photocatalytic hydrogenation  مرسوم شد. بنابراین قدم های مؤثری در کاربرد کاتالیستی نانو ذرات گزارش شد همچون: کاهش نیترو بنزن در سال 1940 توسط Nord ، انتقال اتمH بین بنزن و سیکلوهگزان و انتقال اتم O   بین کربن مونوکسید و کربن دی اکسید با استفاده از نانو ذرات طلا توسط Parravano در سال 1970.مطالعات معروف  Haruta بر روی کاتالیز واکنش اکسیداسیون کربن مونوکسید بوسیله ی اکسیژن با نانو ذرات طلا در دماهای پایین یک تلاش واقعی بود که در نتیجه ی فهم این مطلب بود که نانو ذرات طلای ریز و ساپورت شده با اکسید ، فعال و با سایز نانو هستند.
نانو کاتالیست چیست؟
بخش اعظم انرژی تولید شده در جهان به هدر می رود. لامپ‌های معمولی علاوه بر نور، گرما نیز تولید می‌کنندکه جز اتلاف انرژی چیزی نیست. انجام و دوام برخی فرآیندها، بیش از اندازه‌ی لازم انرژی می‌گیرند. مثلاً برای تولید گازوییل، باید به نفت گرما داد تا واکنش‌های مربوطه اتفاق بیفتد. یافتن روش‌هایی برای صرفه‌جویی انرژی در این فرآیندها، نقش مهمی در کاهش مصرف انرژی دارد. استفاده از نانوفناوری در تولید مواد شیمیایی، یکی از این روش‌ها می‌باشد. استفاده از کاتالیزورها، در گذشته نیز برای انجام واکنش‌های شیمیایی رواج داشته است. با استفاده از نانو فناوری می‌توانیم کاتالیزورهای کارآمدتری تولید، و بیش از پیش در مصرف انرژی صرفه‌جویی نماییم.
کاتالیزوها موادی هستند که چنانچه به یک مخلوط واکنش افزوده شوند، سرعت واکنش را افزایش می‌دهند، بدون این‌که خود در واکنش شیمیایی شرکت نمایند. کاتالیزورها در پایان واکنش دست‌نخورده باقی‌ می‌مانند.
یک نمونه قدیمی از کاتالیزورها، پلاتین است که به طور مثال، از آن در سیستم اگزوز ماشین استفاده می‌شود. پلاتین به واکنش‌هایِ تبدیل گاز سمی مونوکسید کربن و اکسید نیتروژن به دو گاز سمی دی‌اکسید کربن و نیتروژن کمک می‌کند. هر چند کاتالیزورهای قدیمی هنوز هم کارایی دارند، ولی با پیشرفت علم نانو، کاتالیزورهای کارآمدتری در صنایع نفت و گاز ایجاد شده است.
هر چه سطح کاتالیزورها بزرگ‌تر باشد، کارایی آن‌ها نیز بیشتر است؛ چون در یک زمان با مولکول‌های بیشتری واکنش می‌دهند. تا همین چند سال اخیر، دانشمندان به ابزارهای لازم برای تولید و استفاده از نانوذرات مجهز نبودند؛ اما امروزه پژوهشگران، کاتالیزورهای متشکل از نانوذرات را با شناخت بهتری از چگونگی عملکرد آن‌ها طراحی می‌کنند.
کاربردهای نانوکاتالیست‌ها
کاربردهای نانوکاتالیست‌ها در کاهش CO2 هوا
یکی از مشکلات جهان امروز، افزایش میزان دی‌اکسید کربن در هواست. اگر بتوانیم روشی مؤثر و کارآمد در کاهش و پالایش گازهای خروجی دودکش‌ها بیابیم کمک بزرگی به رفع این مشکل کرده‌ایم. در این زمینه، نانوفناوری می‌تواند روش‌های موثر و ارزان‌تری در مقایسه با روش‌های فعلی ارائه نماید.
پوهشگران در پژوهشگاه ملی اوک ریج، نانوکریستالی طراحی کرده‌اند که می‌تواند مورد استفاده قرار بگیرد. وقتی دی‌اکسید کربن روی نانوکریستال تهیه شده از کادمیم، سلنیم و ایندیم می‌نشیند، نانوکریستال یک الکترون به دی‌اکسید کربن می دهد، و این الکترون اضاقی سبب می‌شود، دی‌اکسید کربن با دیگر مولکول‌های موجود در دودکش واکنش دهد، و به گازی با خطر کمتر تبدیل شود.
در واقع؛ این نانوکریستال یک کاتالیزور است. اگر هزینه تولید فیلترهای حاوی این نانو کریستال‌ها کمتر شود، می‌توان آن ها را به صورت فراگیر به کار برد.
کاربردهای نانوکاتالیست‌ها جلوگیری از انتشار بخارات سمی جیوه
از دیگر چالش‌هایی که پژوهشگران امیدوارند بتوانند با نانوکریستال‌ها از پس آن برآیند، بخار جیوه است. نیروگاه‌های برق زغال سنگی، بخار جیوه منتشر می‌کنند. یکی از روش‌های جلوگیری از انتشار آن، استفاده از نانوکریستال‌های اکسید تیتانیوم در زیر تابش پرتو فرابنفش است، که باعث تبدیل بخار جیوه به اکسید جیوه که ماده‌ای جامد است خواهد شد.
 موتورهای دیزلی که در بیشتر اتوبوس‌ها و خودروهای سنگین به کار می‌روند هم، اکسیدهای نیتروژن منتشر می‌کنند. شرکت بیوفرندلی، نانوکاتالیزوری طراحی کرده است که وقتی به سوخت موتور دیزلی افزوده شود، باعث احتراق کامل سوخت می‌شود. به این ترتیب اکسیدهای نیتروژن کمتری منتشر می‌شود.
کاربرد نانوکاتالیست‌ها در تصفیه آب
از نانومواد کاتالیستی در صنایع تصفیه آب هم استفاده زیادی می‌شود. دانشگاه رایس وجورجیاتک، در طرحی مشترک روش کارآمدی برای حذف تری‌کلرواتین از آب ارائه کرده‌اند. این ماده خطرناک سبب بیماری‌های قلبی، تهوع و حساسیت چشمی می‌شود. این ماده می‌تواند بیشتر جهت چربی‌زدایی از تجهیزات مورد استفاده در فرآیند شیمیایی تبدیل این ماده به اتان که ماده‌ای بی ضرر است کاربرد داشته باشد. برای کاهش هزینه‌ها، نانوذرات طلا را با لایه‌ای از پالادیم می‌آلایند و از آن به عنوان کاتالیزور در نابودی تری‌کلرو اتیلن استفاده می‌نمایند.
یکی دیگر از روش‌های تصفیه آب که از روش پالادیم ارزان‌تر است، تزریق نانوذرات آهن به درون آب‌های آلوده است، پس از تزریق، نانوذرات آهن با اکسیژن موجود در آب تبدیل به زنگ آهن شده و آلاینده ها در تماس با این زنگ آهن خنثی می‌شوند. برای مثال، تتراکلرید کربن که ماده‌ی سمی بسیاری از شوینده‌هاست، در تماس با این زنگ آهن تبدیل به کلروفرم که ماده‌ای بی‌ضررتر است می‌شود.
بخش اول: انواع واکنش‏های شیمیایی
ترکیب یک یا چند ماده‏ی مختلف و به وجود آمدن ماده یا مواد جدید، واکنش شیمیایی نام دارد. بر اساس این تعریف، یک ماده نیز ممکن است با خودش واکنش داده، و محصول جدیدی را تولید نماید. به این واکنش‏ها پلیمری شدن (Polymerization) گویند که در ادامه توضیح داده می‏شود. واکنش‏ها انواع مختلف دارند و به صورت‏های مختلف طبقه‏بندی می‏شوند.
در یک دسته‏بندی واکنش‏های شیمیایی به صورت زیر تقسیم می‏شوند:
ترکیبی
سوختن
تجزیه
جابه‌جایی یگانه
جابه‌جایی دوگانه
این 5 دسته واکنش، دسته‏های اصلی واکنش‏های شیمیایی هستند، و بقیه‏ی واکنش‏ها به گونه‏ای زیرمجموعه‏ی این پنج دسته قرار می‏گیرند.
1- واکنش ترکیبی:
واکنش ترکیبی، واکنشی است که در آن چند ماده باهم ترکیب می‏شوند و فرآورده یا فرآورده‏های تازه‏ای با ساختاری پیچیده‏تر تولید می‏کنند. واکنش ترکیبی به صورت زیر تعریف می‏شود:
aA + bB + cC + … → rR + sS + qQ
در این گروه، واکنش‏های زیادی قرار می‏گیرند؛ مانند:
الف) واکنش بین یک نافلز با اکسیژن
در اثر واکنش، اکسید نافلزی تولید می‏شود که اگر این اکسید با آب واکنش دهد، تولید اسید می‏نماید. در اثر حذف یک مولکول آب از اسید تولید شده، ماده‏ی تولیدی اصطلاحاً «انیدرید» نامیده می‏شود.
اکسید نافلزی → نافلز + اکسیژن
اسید → اکسید نافلزی + آب
S + O2 → SO2
SO2 + 2H2O → H2SO4
ب) واکنش بین یک فلز با اکسیژن
در اثر این واکنش اکسید فلزی تولید می‏شود که چنانچه با آب واکنش دهد، تولید باز(قلیا) می‏نماید.
اکسید فلزی → فلز+ اکسیژن
باز → اکسید فلزی+آب
Na + O2 → Na2O
Na2O + H2O → 2NaOH
ج) واکنش‏های خنثی شدن
این واکنش به چند دسته تقسیم می‏شود:
1- واکنش بین یک اکسید فلزی و یک اکسید نافلزی:
در اثر این واکنش آب تولید نمی‏شود. بلکه تنها نمک، محصول تولیدی خواهد بود:
Na2O2 + SO2 → Na2SO3
2- واکنش بین آمونیاک و یک هالید هیدروژن:
NH3 + HCl → NH4Cl
3- واکنش بین اسید و آمونیاک:
NH3 + H2SO4 → (NH4)2SO4
د) واکنش‏های پلیمری
در واکنش‏های پلیمری، همان‌طور که در بالا توضیح داده شد، در اثر ترکیب شدن یک مولکول ساده با خودش، مولکول‏هایی به نام پلیمر (بسپار) که بسیار بزرگ هستند، تشکیل می‏شوند.
در واکنش نشان داده شده در شکل بالا، تعداد بسیار زیادی اتیلن با یکدیگر ترکیب شده و پلی‌اتیلن تولید می‏شود.
نکته: البته این واکنش در دماهای بسیار بالا، و در حضور کاتالیزور انجام می‌شود؛ که در تحقیق بعدی توضیح داده خواهد شد.
ه) واکنش‌های فوتوسنتز
در این واکنش‏ها، از ترکیب گاز دی‌اکسیدکربن و آب، با کمک نور خورشید، قند و اکسیژن تولید می‏شود:
6CO2 (g) + 6H2O (g) → C6H12O6 (aq) + 6O2 (g)
2- واکنش سوختن:
واکنشی است که طی آن یک ماده به سرعت با اکسیژن ترکیب، و طی آن مقدار زیادی انرژی تولید می‏شود که این انرژی به صورت نور و گرما آزاد خواهد شد. امروزه، هنوز هم از واکنش سوختن برای تأمین انرژی استفاده
می‏شود؛ زیرا سوخت‏های فسیلی اصلی‏ترین و ارزان‏ترین منبع تولید انرژی هستند.
به جز سوختن هیدروکربن‏ها، واکنش فلزهای قلیایی و قلیایی خاکی ( به جزء Be) و نیز بعضی ترکیب‏های دیگر از نوع سوختن بوده و با آزاد کردن گرما و نور شدید همراه هستند.
واکنش‏های سوختن به قرار زیرند
نکته: اگر یک ماده به آهستگی با اکسیژن ترکیب شود، و گرما یا نور قابل‌ملاحظه‌ای تولید نکند؛ این وانش اکسایش نام دارد نه سوختن. مانند ترکیب شدن آهسته‌ی آهن با اکسیژن هوا وتولید زنگ آهن (Fe2O3) که نمونه‌ای از واکنش اکسایش می‌باشد.
3- واکنش تجزیه
واکنش تجزیه، واکنشی است که طی آن یک ماده‏ی پیچیده به مواد ساده‏تری تبدیل می‏شود.
واکنش تجزیه به سه صورت انجام می‏شود:
1- آب‌کافت (هیدرولیز)
به کمک آب یک ماده به چند ماده‏ی ساده‏تر تبدیل می‏شود:
Na2SO4 → 2Na+ + SO4-2
2- رق‌‌کافت (الکترولیز)
برق‌کافت یک فرآیند تجزیه‏ای است که طی آن، یک ترکیب به کمک انرژی الکتریکی، به عناصر تشکیل دهنده‏اش تبدیل (تجزیه) می‏شود.
فلز + نافلز → نمک مذاب
2NaCl → 2Na + Cl2
3- با کمک گرما
در اثر حرارت دادن، ترکیبی به ترکیبات ساده‏تر تبدیل می‏شود:
2KNO3 → 2KNO2 + O2
4- واکنش جابه‌جایی یگانه :
دراین واکنش یک عنصر یا یون جایگزین عنصر یا یون دیگری در یک ترکیب می‏شود. این واکنش به صورت زیر می‏باشد:
A + BC → AC + B
2Na + 2H2O → 2NaOH + H2
Zn + 2AgNO3 → 2Ag + Zn (NO3)2
نکته: هر هالوژن که در جدول تناوبی، بالاتر از هالوژن دیگر قرار داشته باشد (به غیر از فلوئور)، می‌تواند جانشین هالوژن پایین‌تر شده و آن را خارج نماید. اما عکس این قضیه صادق نمی‌باشد. یعنی، هالوژن پایین‌تر، در مقابل هالوژن بالاتر بی‌اثر خواهد بود:
انجام ناپذیر → I2 + 2NaCl
علت شرکت نکردن فلوئور در این واکنش‌ها این است که،‌واکنش فلوئور با آب بسیار شدید است، و از آن‌جا که این واکنش‌های در محیط آبی انجام می‌شود، فلوئور پیش از خارج کردن هالوژن‌ پایین‌تر از خود، با آب وارد واکنش می‌شود.
F2 + H2O → HF + 1/2 O2
5- واکنش جابه‌جایی دوگانه:
واکنشی است که در آن، جای دو اتم یا یون در دو ماده باهم عوض می‏شود. این واکنش به صورت زیر نشان داده می‏شود:
AB + CD → AD + CB
HCl + NaOH → NaCl + H2O
واکنش یک اسید و یک باز. در اثر این واکنش، نمک و آب تولید خواهد شد. که بر حسب قدرت اسید و باز نمک تولیدی یا اسیدی خواهد بود و یا بازی
شرکت در آزمون
کاتالیست، گونه ای است که سرعت واکنش را افزایش می دهد. هدف شیمی دانان، تولید کاتالیستی با فعالیت (Activity) و بازده (Yield) بالا، گزینش پذیری کامل (Selectivity)، قابلیت جداسازی و بازیابی از مخلوط واکنش، مصرف انرژی کم و عمر بالا است. عملکرد کاتالیست با کنترل متغییرهایی همچون اندازه، ساختار، توزیع فضایی و الکترونی، ترکیب سطح، پایداری گرمایی و شیمیایی می تواند تعیین شود. بازده  بالا، صرفه ی اقتصادی، هدر رفت کم مواد شیمیایی ، مصرف گرما و انرژی پایین، ایمنی بالا و استفاده ی بهینه از مواد شیمیایی اولیه، از مزایای نانوکاتالیست است. برای صرفه جویی اقتصادی و استفاده ی بهینه از نانوکاتالیست، معمولا آن را به صورت کامپوزیت می سازند و سطح آن را مورد اصلاح شیمیایی قرار می دهند. تحقیقات در حوزه ی نانوکاتالیست، همواره یکی از بحث های جذاب در نانوشیمی و شیمی سبز (Green Chemistry) بوده است. شیمی سبز به واکنش های شیمیایی سالم با محصولات بی خطر و با حداکثر بازده (حداقل مصرف ماده و انرژی) می پردازد و نانوکاتالیست می تواند ما را به سوی این آرمان  سوق  دهد.
فصل دوم
مقدمه
کاتالیست، گونه ای است که انرژی فعال سازی واکنش (انرژی اولیه برای انجام واکنش) را کاهش داده و در نتیجه سرعت واکنش را افزایش می دهد. فلزات واسطه ی جدول تناوبی عناصر، رایج ترین کاتالیست ها هستند
کاتالیست ها به دو دسته ی همگن (Homogeneous) و ناهمگن (Heterogeneous) تقسیم می شوند. کاتالیست همگن، تک اتم، یون یا مولکول است و با واکنش دهنده ها هم فاز می باشد. به بیان دیگر، ذرات کاتالیست همگن می توانند به راحتی در مخلوط واکنش حل شوند. کاتالیست همگن در واکنش مصرف شده و مجددا تولید (بازیابی،Recovery) می شود. فعالیت بسیار بالا، گزینش پذیری و بازده خوب ، از محاسن این گونه از کاتالیست می باشد. بهبود در عملکرد کاتالیست های همگن می تواند با اتصال گروه های متفاوت آلی و معدنی به ذره اصلی فراهم شود. مشکل اصلی در فناوری کاتالیست های همگن در آنجاست که پس از اتمام واکنش، جداسازی کاتالیست حل شده از مخلوط نهایی کار ساده ای نیست. این مشکل به ویژه در زمانی که کاتالیست در مقادیر کم مصرف می شود، خود یک چالش بزرگ است.
کاتالیست ناهمگن، با واکنش دهنده ها در یک فاز نیست. اندازه و خصوصیت ذرات کاتالیست ناهمگن به صورتی است که به راحتی در محیط واکنش حل نمی شود؛ از این رو فعالیت آن محدود می گردد (بازده کل واکنش کاهش می یابد). برخلاف کاتالیست های همگن، کاتالیست های ناهمگن به راحتی (با صرف هزینه، زمان و مواد کمتر) از مخلوط واکنش جدا می شوند و موجب ناخالصی محصولات نمی گردند. برای آنکه کمبود سطح فعال در این گونه ترکیبات جبران شود، استفاده از یک بستر (Support)در نقش تکیه گاه کاتالیست، ضروری است. بستر معمولا یک ساختار متخلخل (Porous) با سطح فعال بالاست.
کاتالیست مناسب، باید سطح فعال زیاد داشته و قابل جداسازی باشد. فناوری نانو، می تواند سطح فعال بسیار زیادی را برای کاتالیست فراهم آورد. با آنکه سطح فعال نانوکاتالیست ها بسیار بالاتر از کاتالیست های معمولی است، سطح فعال یک نانوکاتالیست همواره از یک کاتالیزور همگن پایین تر است (کاتالیزور همگن با انحلال خود در تماس کامل با محتویات واکنش قرار دارد). در مقابل، نانوذرات کاتالیستی به دلیل ابعاد بزرگ تر نسبت به ذرات کاتالیست همگن، در محلول واکنش حل نشده و به سادگی قابل جداسازی هستند. سطح فعال زیاد به همراه قابلیت جداسازی کاتالیست در پایان واکنش، از نانوکاتالیست ها پلی میان کاتالیست های همگن و ناهمگن ساخته است. ممکن است فرآیند پیچیده تولید برخی از نانوکاتالیست ها هزینه بر به حساب بیاید، اما از آنجا که فناوری نانو مقدار کاتالیست، انرژی و زمان مورد نیاز برای انجام واکنش را تقلیل می دهد، این مورد قابل چشم پوشی است.
شکل 1- نانوکاتالیست پلی بین کاتالیست همگن و ناهمگن با حفظ مزایای هر دوی آنها است
شکل 2- ویژگی های اصلی نانوکاتالیست
انواع نانوکاتالیست
دسته بندی نانوکاتالیست ها را براساس نوع نانوماده ی به کار رفته در جدول زیر می بینید:
جدول 1- دسته بندی نانوکاتالیست ها
نانوذرات و خصوصا نانوذرات فلزی و اکسید فلزی از اصلی ترین و پرکاربردترین کاتالیست های نانوساختار هستند. لذا این ترکیبات محور این پژوهش را تشکیل می دهند و بحث بیش تر بر آن ها متمرکز است.
شکل 3- برخی از نانوذرات اکسید فلزی به عنوان نانوکاتالیست
نوع دیگر دسته بندی نانوکاتالیست ها، براساس رفتار آن ها است که بر این اسا به دو دسته-ی همگن و ناهمگن تقسیم می شوند:
نانوکاتالیست با رفتار همگن
در رویکرد نانوکاتالیست همگن، نانوذرات تهیه شده از فلزات واسطه را به صورت کلوئید (ذرات معلق) در مخلوط واکنش پخش می کنند. معمولا برای پیشگیری از تجمع نانوذرات، از یک ماده پایدارکننده (Stabilizer) استفاده می شود. یک پایدار کننده خوب، نه تنها نانوکاتالیست را در فرایند کاتالیتیکی (واکنش کاتالیستی) حفظ کرده، در عین حال فعالیت آن را کاهش نمی دهد. در پایان نیز می توان نانوذرات را از محصول نهایی واکنش جداسازی نمود. روش کاهش (Reduction) یا همان احیاء فلزات – یعنی الکترون گرفتن کاتیون فلزی و تبدیل آن به اتم فلز خنثی – روشی معمول برای سنتز کنترل شده ی نانوذرات به صورت کلویید در محلول است. فرآیند کاهش به دو صورت شیمیایی و الکتروشیمیایی اجرا می شود:
کاهش شیمیایی
معمول ترین روش کاهش است که در آن، نمک فلز مورد نظر در محلول با عوامل کاهنده مثل الکل ها و سدیم بوروهیدرید (NaBH4) به اتم فلزی کاهش یافته و تبدیل به نانوذره ی فلزی می شود.
2- کاهش الکتروشیمیایی: در این روش در ازای یک عامل کاهنده شیمیایی، از الکترون های انباشته شده بر سطح الکترود استفاده می شود. در فرآیند کاهش الکتروشیمیایی از یک پیل متشکل از آند (محل اکسایش)، کاتد (محل کاهش) و الکترولیت (محلول نمکی دارای هدایت الکتریکی) استفاده می شود.
نانوکاتالیست با رفتار ناهمگن
کاتالیست ناهمگن به بستر نیاز دارد؛ در نانوکاتالیست ها، بستر و کاتالیست، با هم تشکیل یک نانوکامپوزیت می دهند که برای رسیدن به بهترین عملکرد مناسب است. به عنوان مثال می توان به قرار گرفتن کاتالیست طلا بر سطح بستر دی اکسید تیتانیوم یا اکسید آهن اشاره کرد. این نانوکاتالیست ها به ترتیب به صورت Au/TiO2 و Au/Fe2O3 نشان داده می شوند. این ها کاتالیست های بسیار خوبی برای اکسایش منوکسید کربن (آلاینده¬ای بسیار مضر و خطرناک) به دی اکسید کربن هستند. از آنجا که دی اکسید کربن خطر کم تری دارد، استفاده از این نانوکاتالیست می تواند خطرات زیست محیطی مونواکسید کربن را کاهش می دهد.
3- ویژگی های نانوکاتالیست
1- حداکثر سطح فعال به ازای واحد جرم و حجم: هر چه سطح فعال (سطح در دسترس برای انجام واکنش) به خصوص برای یک کاتالیست ناهمگن بیشتر باشد، جایگاه های فعال واکنش پذیر افزایش یافته و بازده  کاتالیست بالا می رود. با فراهم آوردن سطح بیشتر برای یک ساختار کاتالیستی، در مقدار مصرفی نانوکاتالیست صرفه جویی  شده و با افزایش واکنش دهنده های درگیرشونده در واکنش، سرعت (Rate) واکنش نیز بیش تر می شود.
شکل 4- بیشینه  فعالیت شیمیایی کاتالیست ناهمگن، در ابعاد نانو است
2- شکل و اندازه ی قابل کنترل: برای رسیدن به بیشینه ی (Maximum) فعالیت، باید بهترین و مناسب ترین اندازه ی نانوذره مشخص شود؛ در روش های تولید نانوذرات، راه های زیادی برای کنترل ابعاد وجود دارد. براساس محاسبات رایانه ای و شبیه سازی (Simulation) می توان به اندازه  مناسب برای یک نانوذره  با بیش ترین فعالیت و در عین حال بیشترین پایداری دست یافت. بهترین کاتالیست ها از فلزات گران بها (Precious Metals) مثل پلاتین (Pt)، طلا (Au) و پالادیوم (Pd) تشکیل یافته اند. تخمین دقیق تر بهترین اندازه ی این نانوذرات در جهت دستیابی به بالاترین فعالیت کاتالیستی، به صرفه-جویی در مصرف این ترکیبات کمک زیادی می کند.
شکل 5- براساس محاسبات رایانه، خوشه ی پلاتین با 611 اتم (با قطر حدود 3 نانومتر)، بیش ترین فعالیت را دارد
3- قابلیت جداسازی از مخلوط واکنش: نانوکاتالیست ها، چه همگن و چه ناهمگن، می-توانند به راحتی از محصولات و باقی مانده ی اضافی واکنش گرها جدا شوند. همان گونه که ذکر شد، به دلیل بزرگی نانوذرات در مقایسه با اتم ها و مولکول ها، این ترکیبات در محیط واکنش قابل حل نبوده و معلق می مانند. به عنوان مثال، نانوذرات مغناطیسی (Magnetic Nanoparticles) کاربرد بسیار زیادی در حوزه ی کاتالیست دارند. زمانی که نانوذرات مغناطیسی به عنوان کاتالیست در واکنش به کار می روند، در پایان می توانند توسط اعمال یک میدان مغناطیسی مناسب از محیط جداسازی و بازیابی شوند.

در این سایت فقط تکه هایی از این مطلب با شماره بندی انتهای صفحه درج می شود که ممکن است هنگام انتقال از فایل ورد به داخل سایت کلمات به هم بریزد یا شکل ها درج نشود

شما می توانید تکه های دیگری از این مطلب را با جستجو در همین سایت بخوانید

ولی برای دانلود فایل اصلی با فرمت ورد حاوی تمامی قسمت ها با منابع کامل

اینجا کلیک کنید

4- گزینش پذیری و بازده ی بالا: یک نانوکاتالیست، واکنش را در یک مسیر خاص و با گزینش مواد اولیه پیش می برد. این به آن معنی است که ترکیبات ناخواسته کمتر واکنش های فرعی را باعث می شوند و از تولید محصولات جانبی در طول فرایند جلوگیری می شود. همچنین نانوکاتالیست با سطح فعال بسیار بالای خود، بازده واکنش را در مسیر اصلی خود افزایش می دهد. به عبارت دیگر می توان گفت که حجم بالاتری از مواد اولیه به محصول نهایی تبدیل می شوند. مخلوط نهایی واکنش در این حالت بیشتر متشکل از محصول اصلی است و در صد کمی از محصولات جانبی و واکنشگرهای باقی مانده (آن هایی که در واکنش شرکت نکرده اند) وجود دارد. این فرآیند، روند خالص سازی و استخراج محصول (برای مثال یک دارو) را آسان و کم هزینه می کند.
5- استعداد کلوخه ای شدن (Aggregation): نانوذرات در پایدارترین حالت ساختاری خود نیستند، فعالیت سطحی بسیار بالا داشته و از این رو مستعد به هم چسبیدن، کلوخه ای شدن و در نتیجه از دست دادن ابعاد نانو می باشند. اگر فرآیند کلوخه ای شدن برای یک نانوکاتالیست اتفاق بیفتد، فعالیت آن کاهش چشم گیری پیدا می کند و به اصطلاح، غیرفعال می شود.
6- تنوع بالا و قابلیت اصلاح شیمیایی: به علت فعالیت سطحی بالا، گروه های مختلف آلی می توانند به سطح نانوکاتالیست ها متصل شوند. ازجهتی فعالیت سطحی بالا باعث می شود تا نانوکاتالیست ها با مواد معدنی نیز کامپوزیت تشکیل دهند. اصلاح شیمیایی نانوکاتالیست ها با اتصال گروه های مختلف تنوع زیادی را در عملکرد آن ها به وجود می آورد.
7- منبع تهیه: نانوکاتالیست های طبیعی در طبیعت وجود دارند و در دسترس هستند. از این دسته می توان به نانوذرات خاک رس (Nanoclay) و نانوزئولیت ها (Zeolite) اشاره کرد. دسته دیگر نانوکاتالیست های سنتزی هستند که توسط بشر تولید می شوند و تنوع زیادی دارند؛ برای مثال نانوذرات اکسید فلزی از این دست هستند.
در جدول زیر، ویژگی های فوق در قالب مزایا و معایب نانوکاتالیست بررسی شده است:
جدول 2- مزایا و معایب نانوکاتالیست
4- روش های استفاده از نانوکاتالیست فلزی
همانگونه که در بالا ذکر شد، مواد فعال کاتالیستی معمولا ترکیبات نادر و گران بهایی هستند. فلزات گروه پلاتین(Platinum Group Metals) که به PGM معروفند، شش فلز اوسمیوم (Os)، ایریدیوم (Ir)، رودیوم (Rh)، روتنیوم (Ru)، پالادیوم (Pd) و پلاتین (Pt) را شامل می شود. فلزات PGM گران بها بوده و معروفترین عناصر کاتالیستی هستند. از این رو ارائه روش هایی برای صرفه جویی اقتصادی مناسب همراه با بهبود عملکرد برای چنین کاتالیست هایی ضروری است. روش های زیر در برگیرنده چنین رویکردهایی هستند:
1- ساختارهای پوسته-هسته (core-Shell): در یک نانوساختار، این اتم ها ی سطح هستند که نقش اصلی را بازی می کنند. معمولا اتم هایی که در مرکز یک نانوتوده قرار می گیرند، نقش عملکردی خاصی ندارند. در طراحی یک نانوساختار پوسته-هسته، فلز کاتالیستی گران بها نقش پوسته را بازی کرده و از یک ماده ارزان همچون سیلیکا در هسته استفاده می شود (مثل SiO2@Pt). همچنین می توان از نانوذرات مغناطیسی به عنوان هسته استفاده نمود. در روش پوسته-هسته نه تنها فعالیت کاتالیست تا حد زیادی حفظ می شود، بلکه در مصرف فلزات پرقیمت نیز تا حد زیادی صرفه جویی می گردد.
2- استفاده از مواد متخلخل به عنوان بستر: از مواد متخلخلی مثل سیلیکا یا سیلیکاژل (آیروژل سیلیکا که از روش سل ژل به دست می آید)، آلومینا (Alumina) و زئولیت (Zeolite) به عنوان بستر کاتالیست ها استفاده می شود. نانوذرات فلزی به صورت یکنواخت روی بستر متخلخل نشانده می شوند تا سطح فعال افزایش یابد. کاتالیست Pt/SiO2 از این دسته است (شکل 6-الف).
3- نانوذرات دوفلزی (Bimetallic Nanoparticle): در این رویکرد، نانوکاتالیست به صورت آلیاژی از فلز گران  به همراه فلز ارزان قیمت مورد استفاده قرار می گیرد. یکی از موارد پرکاربرد در این زمینه نانوذرات PtFe (آلیاژ آهن و پلاتین) است.
4- نانوخوشه های دوفلزی (Bimetallic Nanoclusters): در نانوخوشه هایی دوفلزی، فلز ارزان در مرکز و فلز گران قیمت کاتالیستی بر سطح وجود دارد. برای مثال نانوخوشه  با مرکز Ni و سطح Pt یه عنوان یک نانوخوشه دوفلزی مطرح است.
5- استفاده از بستر اکسید فلزی: یکی از معمول تر ین اکسید های فلزی که به عنوان بستر برای کاتالیست های گران بها مورد استفاده قرار می گیرد دی اکسید تیتانیوم است. کاتالیست Au/TiO2 نمونه ای از این دست است. اگر اکسیدهایی از فلزات با ساختاری شبکه ای فلوریت (Fluorite) مثل CeO2، ZrO2 و ThO2 با ناخالصی هایی از جنس اکسید فلزات قلیایی یا قلیایی خاکی بهبود یابند، به عنوان بستر کاتالیست مورد استفاده قرار می گیرند. در ساختار فلوریت، آنیون ها در گوشه های یک مکعب کوچک داخل یک مکعب بزرگ از کاتیون ها هستند که کاتیون ها در گوشه ها و وسط وجه های مکعب بزرگ قرار دارند.
6- استفاده از گروه های آلی: ترکیبات آلی می توانند همچون پل، یک نانوذره ی مغناطیسی را به یک نانوذره کاتالیست نادر متصل کنند. این ساختار ترکیبی (کاتالیست مغناطیسی) می تواند پس از انجام واکنش به راحتی با اعمال میدان مغناطیسی خارجی جداسازی شود. برای مثال ترکیب آلی دوپامین (Dopamine) که یک ماده شیمیایی طبیعی در سامانه عصبی است، اتم های پالادیوم (کاتالیست) را به نانوذره ی مگنتیت (Fe3O4) متصل می کند (شکل 6-ج).
7- استفاده از ترکیبات کمپلکس (Complex): بسیاری از فلزات در یک عدد اکسایش خاص (به صورت یون) دارای فعالیت کاتالیستی می باشند. از آن جهت که یون ها به تنهایی در محیط واکنش ناپایدار می باشند، برای ایجاد پایداری ویا حفظ عملکرد، آن ها را به یک ترکیب کمپلکس تبدیل می کنند. ترکیب کمپلکس، یک ترکیب شیمیایی است که در آن ترکیبات آلی الکترون دهنده به نام لیگاند (Ligand) به مراکز فلزی (دارای کمبود و پذیرنده الکترون) الکترون می دهند. لیگاندها معمولا حاوی اتم های الکترون دهنده و یا اتم های دارای زوج الکترون تنها (غیر پیوندی) هستند و از این رو می توانند الکترون های خود را در اختیار یون یا اتم های فلزی (که دارای کمبود الکترون هستند) قرار دهند و آن ها را پایدار نمایند. ترکیبات کمپلکس نیز معمولا همچون یون فلزی در محیط واکنش محلول بوده و بسیاری از کاتالیست های همگن ساختار کمپلکسی دارند.
از جهت دیگر نانوذرات مغناطیسی می توانند به اتم های آزاد لیگاند متصل شوند. از این رو ترکیبات کمپلکس از یک یون فلزی کاتالیستی می توانند بر سطح یک نانوذره مغناطیسی قرار گیرند. در این صورت کاتالیست کمپلکس شده می تواند با اعمال یک میدان مغناطیسی همچون یک کاتالیست ناهمگن در انتهای واکنش جداسازی شود. برای مثال اتصال کمپلکسی از فلز کاتالیستی و گران بهای روتنیوم (Ru) توسط اکسیژن های لیگاند آن به نانوذره ی فریت (Fe2O3) در شکل 6-ب آورده شده است.
8- جایگزینی فلزات کم بها: مطالعات متعدد در زمینه جایگزینی فلزات گران بها (PGM) با ترکیباتی ارزان تر مثل نانوذرات دی سولفید مولیبدن (MoS2) یا نانوذراتی با زمینه ی آهن در این راستا صورت گرفته است.
9- استفاده از درخت سان (Dendrimer): درخت سان ها، ترکیباتی شبه پلیمری هستند که از یک مرکز منشعب شده و ساختار شاخه  ای دارند. پرکاربردترین آن ها، پلی-آمیدوآمین (PAMAM) است. نانوذرات کاتالیستی می توانند در داخل حفره های یک درختسان جای گیرند. این کار معمولا برای حفظ فعالیت و به صورت همزمان پایداری نانوذرات کاتالیستی در شرایط واکنش صورت می پذیرد. نانوذرات Pt در PAMAM به عنوان یک نمونه در شکل 6-د آورده شده است.
10- استفاده از نانوساختارهای متفاوت: برای دستیابی به کاتالیست فعال تر می توان از اشکال مختلف نانوساختاری دیگر مثل نانومیله ها، نانولوله هاو … نیز استفاده نمود. نانومیله های Co3O4 که سطح فعال بالا و پایداری گرمایی و شیمیایی خوبی دارند به عنوان مثال معرفی می شوند.
شکل6- برخی از روش های استفاده از نانوکاتالیست؛ الف: استفاده از نانوذرات در مواد متخلخل و اتصال به ترکیب کمپلکس، ب: اتصال نانوذره ی مغناطیسی به ترکیب کمپلکس، ج: استفاده از گروه آلی دوپامین به عنوان واسطه ی اتصال، د: استفاده از درخت سان
فصل سوم
چکیده
با بوجود آمدن رویه ی کوچک سازی و مجتمع شدن در صنعت وسایل الکتریکی، جستجو در زمینه ی نانو سرامیک ها مخصوصا نانو الکتروسرامیک ها عموما بر روی روش های فراوری متمرکز شده است. در واقع با استفاده از این فرایند ها، تولید سرامیک های با دانسیته ی بالا در دماهای نسبتا پایین قابل انجام می باشد. این جا روش های متداول برای حصول بدنه های خام و سرامیک های پخت شده را مورد بررسی قرار داده است. تمرکز کار بر روی جلوگیری از ایجاد آگلومره در توده ی پودر و درشت شدن دانه در طی زینترینگ، تمرکز دارد. توسعه های اخیر در زمینه ی روش های زینترینگ دو مرحله ای که در آنها ایجاد توده ی متراکم بدون رشد دانه انجام می شود، یکی از زمینه های مهیج می باشد. زیرا این روش، راهکاری را به محققین ارائه می دهد که بوسیله ی آن می توانند نانو سرامیک ها را با روش زینترینگ بدون اعمال فشار تولید کنند و هم اکنون از این روش در تولید چندین بدنه ی سرامیکی کاملا متفاوت مورد استفاده قرار می گیرد. اصول این روش که از رقابت میان کینتیک های مختلف در نفوذ و حرکت مرزدانه ها استفاده می کند، همچنین در قالب مکانیزم های زینترینگ حالت جامد و زینترینگ فاز مایع مورد بررسی قرار می گیرد.
مقدمه
سرامیک های نانوکریستالی در سال های اخیر بسیار مورد توجه قرار گرفته اند. علت این موضوع ایجاد ویژگی های جدید است که بواسطه ی حساسیت آنها به اندازه ی کریستالی، در ماده ایجاد می شود. این ویژگی ها شامل ویژگی های مکانیکی، نوری، الکتریکی و مغناطیسی است که بیشتر آنها در سرامیک های با دانسیته بالا وجود دارد. این ویژگی های جدید به دانسیته ی بالای مرزدانه ها و سطح مشترک منتج شده از ساختار نانومقیاس، مرتبط هستند( طول ویژه در این حالت طول هایی زیر 100 nm است). در 20 سال گذشته، اکسیدهای نانو کریستالی و پودر های نانو کریستالی با درصد خلوص بالا از روش های مخلتف، تولید شده اند. این روش ها عبارتند از روش رسوب دهی، سل ژل، چگالش گاز خنثی، رسوب دهی شیمیایی از فاز بخار، آسیاب های با انرژی بالا و واکنش های هیدروترمال. به عنوان یک نتیجه، پیشرفت های زیادی در تولید سرامیک های نانو کریستالی ایجاد شده است. در زمینه ی سرامیک های الکتریکی، این پیشرفت ها به طور مضاعفی از ضرورت های تکنولوژیک در زمینه ی کوچک سازی، مشتق شده است. علت این موضوع این کوچک سازی وسایل و ایجاد ویژگی چند عملکردی در یک جزء می باشد. این رویه برای ادامه ی آینده ای درخشان، مورد انتظار است. از این رو، افزایش اهمیت فرایند های تولید، مانند زینترینگ را می توان در قالب نانو تکنولوژی آموخت.
در حالی که تولید نانو سرامیک ها به طور منطقی از پودرهای نانو سایز آغاز شده است، عبور از پودرهای نانو سایز و رسیدن به سرامیک های با دانسیته ی بالا که ویژگی های نانوساختاری خود را حفظ کرده اند (اندازه ی دانه ی کمتر از 100 نانو متر) به دلایل زیر پر چالش است:
آگلومره شدن پودرها با کاهش اندازه ی آنها، افزایش می یابد و اندازه آگلومره ها به جای اندازه ی نانو پودرها مقیاس طول ویژه را در زینترینگ و ریز ساختار را تعریف می کند.
زینترینگ مرحله ی آخر همواره با رشد سریع دانه ها همراه است که این مسئله به دلیل افزایش نیروی محرکه ی با کاهش اندازه، رخ می دهد و حفظ ریزساختار را با مشکل مواجه می کند. این در حالی است که دانسیته را بهبود میدهد.
در حالی که روش های متداولی در سرامیک ها وجود دارد که بوسیله ی آنها کینتیک متراکم شدن افزایش می یابد و رشد دانه ها کنترل می شود، این روش ها نیز به افزودنی ها وابسته اند که ممکن است موجب افت ویژگی های فیزیکی شوند و یا نیازمند استفاده از نیروهای فروان مانند فشارهای اعمالی بزرگ باشد که این مسئله هزینه های بالایی داشته و دارای محدودیت های بیشتری است. بنابراین نوآوری برای چیره شدن بر مشکلات مورد نیاز است تا بدین صورت بتوان روشی مناسب برای تولید نانو سرمیک ها ایجاد کرد.
کمک این پژوهش به شما ایجاد یک نمای کلی به منظور بررسی تکنیک هایی است که برای تولید سرامیک های نانو کریستالی با دانسیته بالا از پودر، مورد استفاده قرار می گیرد. با استفاده از دماهای به نسبت پایین، کینتیک های مختلف نفوذ مرز دانه ای و مهاجرت مرزدانه ها، محدود می شود و تراکمی بدون رشد دانه ایجاد می شود. کینتک های مرتبط به زینترینگ ساختاری ثابت در ایتریا و موفقیت استفاده از این روش ها برای تولید چند سرامیک اکسیدی و غیر اکسیدی در ادامه مورد بررسی قرار می گیرد.
به هم فشردگی پودر
اولین مشکلی که در تولید سرمیک های با دانه های نانومتری وجود دارد به هم فشردگی پودر پیش از زینترینگ است. یک بدنه ی خام ایده آل باید دارای دانسیته ای یکنواخت از پودر باشد بدون آنکه جریان یا عیب در آن وجود داشته باشد. در حقیقت، کیفیت فشردگی پودر به ویژگی های پودر و روش متراکم کردن آن بستگی دارد. آگلومره های پودر در طی زینترینگ رخ می دهد. همچنین ممکن است این مسئله، در طی متراکم نمودن پودر، اثر منفی بر روی زینترینگ نهایی ایجاد کند.
Gleiter از تکنیک چگالش فاز گازی برای تولید مواد نانو کریستالی استفاده کرد. در اصل این روش برای آماده سازی پودرهای فلزی نانو کریستالی مورد استفاده قرار می گرفت و با اصلاح های انجام شده بر روی آن، برای تولید پودرهای نانو سرامیکی مانند، ZnO و MgO مورد استفاده قرار گرفت( در این روش ها از اکسیداسیون پیش ماده ی فلزی، برای سنتز این پودرهای نانو سرامیکی استفاده کرد. به هر حال، پودر بدست آمده به شدت آگلومره می شود. از آنجایی که بزرگترین فضاهای تخلخل در مواد متراکم که از این پودرها تولید شده اند، در ابعاد ذرات آگلومره هستند، زمان نگهداری به نسبت طولانی و دماهای بالا برای جلوگیری از ایجاد تخلخل های آگلومره ای داخلی در طی زینترینگ، مورد نیاز است( این مسئله منجر به رشد دانه می شود). شکل 1 رفتار متراکم شدگی را برای 3 نوع پودر دی اکسید تیتانیوم نانو کریستالی را با اندازه ی آگلومریزاسیون مختلف نشان می دهد. به همین دلیل، تمام تلاش های اولیه برای تولید سرامیک های نانو کریستالی با استفاده از روش های زینترینگ متداول، به شکست خورده است.
سرامیک های نانو کریستالی تولید شده با اندازه ی دانه ی 60 تا 90 nm که با روش زینترینگ بدون فشار تولید می شوند، از نانوپودرهایی تولید شده اند که در آنها آگلومره شدن رخ نداده است. برای جلوگیری از آگلومره شدن، یک روش اصلاح ویژگی های سطحی پودر بوسیله ی تنظیم شرایط سنتز و یا استفاده از مواد پراکنده ساز، می باشد. برای مثال، شستشو با الکل یک روش شناخته شده برای جلوگیری از تشکیل پل های هیدروکسیل میان ذرات پودری است. برای پودر دی اکسید تیتانیوم که به روش چگالش از فاز بخار تولید شده است، اکسیداسیون آهسته تر و دمای پایین تر باعث کاهش حرارت ایجاد شده در واکنش گرمازاست؛ بنابراین آگلومره شدن کمتری بوقوع می پیوندد. فشرده سازی تحت فشار بالا باعث بوجود آمدن بدنه های خام با دانسیته ی بالا می شود؛ که این روش نیز یکی دیگر از روش هایی است که برای جلوگیری از آگلومریزاسیون مورد استفاده قرار می گیرد. فشار بالا می تواند باعث لغزش ذرات، تغییر شکل تخلخل ها و کاهش اندازه ی آنها شود. بنابراین با این روش، آگلومریزاسیون به طور غیر مستقیم،کاهش می یابد.

علاوه بر آگلومریزاسیون پودر، یکنواخت بودن تراکم نیز برای بدست آوردن سرامیک های با دانسیته ی بالا، ضروری است. در صورتی که آگلومره شدن بوجود نیاید، ذرات هنوز تمایل دارند تا از طریق نیروهای واندروالسی( در طی فرایندهای انجام شده بر روی پودر مانند خشک کردن، ذخیره سازی و متراکم سازی) با همدیگر واکنش دهند. نسبت سطح به حجم بالای نانو پودرها اهمیت این نیروها را بالا می برد و بدست آوردن بدنه های خام با دانسیته ی بالا را با مشکل مواجه می کند. مطالعات بر روی نانو پودرها نشان داد که در بسیاری موارد، دانسیته ی پایین نانو سرامیک های زینتر شده به دلیل این نوع آگلومره شدن هاست.
چند روش برای متراکم کردن پودرهای نانو سرامیکی و تبدیل آنها به بدنه های خام وجود دارد:
پرس تک محوره
محدودیت این روش ساده این است که این روش اغلبا باعث ایجاد بدنه های با گردایان های تنشی و دانسیته ای می شود. این مشکل در فشار های بالاتر بیشتر خود نمایی می کند. به هر حال برخی از محققین فشارهای بزرگ را ترجیح می دهند زیرا این فشارهای بالا موجب می شود تا آگلومره ها شکسته شوند و از این رو اندازه ی حفرات کاهش می یابد و یا حتی در برخی وقت ها، حفرات از بین می روند و موجب می شود تا بدنه ی خامی با دانسیته ی بالا ایجاد شود.
پرس ایزواستاتیک سرد
در این روش هیچ گرادیان تنشی یا دانسیته ای ایجاد نمی شود زیرا در این روش اصطکاک با دیواره ی قالب وجود ندارد. به هر حال در وسایل تجاری این روش، فشار اعمال شده معمولا در حد چند صد مگا پاسکال است.
پرس کلوییدی
پراکندگی و باز شدگی پودر می تواند به آسانی با قرار دادن پودر در داخل یک مایع انجام شود. پودر قرار گرفته در محیط مایع، یک کلویید ایجاد می کند. اگر فرایند خشک شدن متعاقب انجام نشود و شکل دهی مستقیم با استفاده از روش های کلوییدی( مانند ریخته گری دوغابی) انجام شود، پس توده ی متراکم شده عاری از آگلومره هاست. این مسئله برای نانو سرامیک ها مزیت است.
ترکیب شدن اسمزی
ترکیب شدن اسمزی اغلبا بوسیله ی بیولوژیست ها مورد استفاده قرار می گیرد. با استفاده از این روش، محلول های پروتئینی جامد می شوند. اخیرا این تکنیک به طور مؤثر برای متراکم نمودن نانو پودرها مورد استفاده قرار گرفته است. تفاوت در پتانسیل شیمیایی در عرض غشاء باعث می شود تا حلال از ذرات موجود در یک سوسپانسیون جدا شود و به سمت دیگر غشاء حرکت کند. در سمت خشک شده ی غشاء، یک لایه ی کیک مانند تشکیل می شود( مشابه روش ریخته گری دوغابی)

دسته بندی : پایان نامه ارشد

پاسخ دهید