بررسی اثر si/sic حاصل از شلتوک برنج بر ساختار و پایداری حرارتی اروژل های کربنی

اروژل های کربنی تهیه شده توسط گرماکافت اروژل های پلیمری، دارای خواصی همچون قابلیت هدایت حرارتی کم، مقاومت حرارتی زیاد، استحکام ویژه بالا و وزن مخصوص کم هستند. به همین دلیل این مواد در صنایع مختلف از جمله صنایع هوافضا به عنوان عایق های دما بالا و سپرهای حرارتی مورد استفاده قرار می گیرند. اما تخریب ساختار به دلیل واکنش اکسید شدن در دماهای بالاتر از c°400 و در جو هوا، کاربرد این نانوساختارها را محدود کرده است. از این رو، هدف از این پژوهش بهبود پایداری و مقاومت حرارتی اروژل های کربنی، همزمان با حفظ خواص مکانیکی مطلوب آنهاست. در این پژوهش برای بهبود خواص حرارتی از جمله مقاومت دربرابر اکسید شدن از ترکیب زروژل سیلیکای تهیه شده از خاکستر شلتوک برنج با رزین پلیمری برای ساخت اروژل پلیمری نانوکامپوزیتی استفاده شد. این اروژل های پلیمری نانوکامپوزیتی به عنوان پیش ماده برای تهیه اروژل های نانوکامپوزیتی کربنی به کار رفتند. دلیل استفاده از نووالاک به عنوان فاز آلی، زغال گذاری زیاد، قیمت ارزان و در دسترس بودن آن است. همچنین خاکستر شلتوک برنج از ضایعات کشاورزی است، غنی از سیلیکا است و دارای ساختاری متخلخل و خواصی ازجمله مقاومت بالا دربرابر اکسید شدن است. اروژل پلیمری نووالاک-سیلیکا با استفاده از روش پلیمرشدن سل-ژل در محیط اشباع از بخار حلال و روش خشک کردن محیطی تهیه شد. استفاده از این روش منجر به کاهش زمان و هزینه ی فرآیند، استحکام ژل و عدم استفاده از روش خشک کردن خطرناک و پرهزینه ی سیال فوق بحرانی شد. در مرحله ی بعد، اروژل های پلیمری، در عملیات حرارتی گرماکافت و احیای حرارتی-کربنی، به ترتیب، به اروژل های نانوکامپوزیتی کربن/سیلیکا و کربن/سیلیکا/سیلیکون کاربید تبدیل شدند. در هر مرحله، پس از تهیه اروژل ها، بررسی های مربوط به ریزساختار، خواص حرارتی و مکانیکی، بر روی نمونه ها صورت گرفت. نتایج نشان داد اروژل های پلیمری و نانوکامپوزیتی تهیه شده شبکه های کلوئیدی نانوساختار با تخلخل بالا (بالای 82 درصد) و چگالی پایین (کمتر از g/cm³ 3/0) هستند. با حضور سیلیکا چگالی نمونه ها تا 12% نسبت به نمونه کربنی خالص کاهش یافت. نقشه عنصری سیلیکون، توزیع خوب ذرات سیلیکا را در سراسر ساختار اروژل ها نشان داد. همچنین نرخ اکسیدشدن در نمونه های دارای سیلیکا نسبت به نمونه های خالص کاهش یافت و تخریب حرارتی با حضور سیلیکای اصلاح سطح شده به میزان 4% وزنی محلول تا 20% به دماهای بالاتر انتقال یافت. همچنین استحکام فشاری نمونه های پلیمری و کربنی نانوکامپوزیتی با افزایش میزان ذرات سیلیکا تا 8% محلول اولیه به میزان 48% افزایش یافت.