مطالعه روش های صنعتی سنتز نانوساختارهای فلزی

در این پایان نامه روش¬های مختلفی برای تولید نانوذرات فلزی با قابلیت کنترل فرایند و آهنگ سنتز آن¬ها مورد مطالعه قرار گرفته است. دو روش کلی شیمیایی و آسیاب کاری مکانیکی برای تولید نانوذرات فلزی از قبیل مس، روی، آهن، منیزیم و منگنز مورد استفاده قرار گرفت. در روش شیمیایی که با استفاده از کاهش نمک سولفات مس پنج آبه با عامل کاهنده گلوکز با نسبت های مولی مختلف صورت گرفت، نانوذرات فلزی به صورت کلوئیدی سنتز شد. طیف سنجی uv-visible نمونه ها دقایقی پس از اتمام واکنش، نشان دهنده سنتز موفق نانوذرات مس بود. بهترین نتیجه زمانی حاصل شد که نسبت مولی گلوکز به سولفات مس، 1000 به 1 بود. از مهم ترین مزایای این روش تولید، می توان به قابلیت افزایش مقیاس تولید نانوذرات با ثابت نگه داشتن نسبت ها اما با افزایش مواد اولیه مورد استفاده به مقدار دلخواه اشاره کرد. ولی نانوذرات سنتز شده به این روش دارای پایداری کمی بوده و به سرعت بر روی هم انباشته شده و از بین می رود. برای حل این مشکل، اثر محیط های مختلف بر روی پایداری نانوذرات مورد مطالعه قرار گرفت. نتایج نشان داد که از میان نمونه های مختلف، نمونه ای که برای جلوگیری از تابش طول موج¬های تشدیدی در محیطی تاریک نگه داری می شد، بیشترین پایداری را داشت. در روش آسیاب کاری مکانیکی، از یک دستگاه سیاره ای پر انرژی برای سنتز نانوذرات استفاده شد. اثر عامل های مختلفی از قبیل سرعت آسیاب کاری، زمان آسیاب کاری، وزن گلوله ها و پودر در داخل قندانی، اتمسفر داخل قندانی، عامل کنترل فرآیند، جنس قندانی، اندازه و توزیع اندازه گلوله ها و... بررسی شد. اثر عوامل اشاره شده بر نتیجه به دست آمده به صورت زیر می باشد: - درحالی که نانوذرات روی با سرعت آسیاب کاری 560/180 دور بر دقیقه در قندانی فلزی با اندازه متوسط 40 نانومتر سنتز شد، با افزایش سرعت آسیاب کاری و تغییر جنس قندانی به تفلون، نانوورقه ها و ساختارهای درهم پیچیده دو بعدی به دست آمد. - افزایش زمان آسیاب کاری فلز روی از 5/4 ساعت به 8 ساعت، باعث افزایش اندازه نانوذرات شده است که احتمالا به دلیل جوش سرد مابین نانوذرات سنتز شده می باشد. - افزایش وزن گلوله ها و بنابراین افزایش وزن پودر، اثر نامطلوبی بر تشکیل نانوذرات می گذارد که به دلیل پر شدن بیش از حد مجاز محیط داخل قندانی و جلوگیری از انجام برخورد های پر انرژی در داخل آن می باشد. - استفاده از اتمسفرهای آرگون و خلا در داخل قندانی باعث جلوگیری از تشکیل فازهای اکسید در تولید نانوذرات فلزی مس، روی، آهن، منیزیوم و منگنز شد. - اثر عامل کنترل فرآیند به عنوان عاملی برای جلوگیری از انجام پدیده جوش سرد، به تنهایی و با ثابت نگه داشتن بقیه شرایط آزمایش در سنتز نانوذرات مس، روی و منیزیوم بررسی شد، نتایج نشان می دهد که در مورد مس، اندازه نانوذرات سنتز شده کوچک تر از حالتی است که در آن از عامل کنترل فرآیند استفاده نشده است.