چکیده: در این پژوهش ابتدا نانو ذرات اکسید کبالت به روش هیدروترمال تهیه شدندو سپس غشایی از جنس اکسید روی بر روی سطح این ذرات به روش سل ژل پوشش داده شد. اثر زمان و دما در سنتز اکسید کبالت به روش کلسیناسیون بررسی شد. همچنین با استفاده از یک مدل ریاضی، اثر پیش ماده استات روی و زمان بهم خوردن سیستم واکنشی بر روی ضخامت غشاء مورد تحلیل قرار گرفت. در الگوی xrd نمونه هسته غشایی نیز با افزایش نسبت مولی هسته به غشاء، فقط غشاء شناسایی شد. تصاویر tem تهیه شده از نمونه های هسته غشایی حضور لایه ای نانومتری از اکسید روی را بر روی سطح ذرات اکسید کبالت نشان داد که مطابقت نسبی با مدل ارائه شده دارد. همچنین نتایج نشان داد که با افزایش دمای تکلیس و نیز با افزایش میزان آب اکسیژنه در فرآیند سنتز هسته مغناطش ذرات افت می کند بطوریکه نمونه هیدروکسید کبالت کلسینه شده در دمای 1000 درجه سانتی گراد و اکسید کبالت سنتز شده در حضور 25 میلی لیتر آب اکسیژنه بیشترین مغناطیدگی را دارد. بررسی ها نشان داد که ایجاد یک لایه غیر مغناطیس از جنس اکسید روی بر روی هسته آنتی فرو مغناطیس اکسید کبالت، باعث کاهش مغناطیدگی به میزان 4 برابر اولیه می گردد.

در این پروژه برای اولین بار نانوذرات منو اکسید نیکل به صورت پودر نانوساختار با استفاده از روش الکترواکسیداسیون حاصل و جنبه های نظری فرایند سنتز نیز درک شدند. آنالیز های صورت گرفته برروی نمونه های حاصله از فرآیند سنتز شامل جذب اتمی، مادون قرمز تبدیل فوریه یافته، تفرق اشعه ایکس و میکروسکوپ الکترونی عبوری بودند و نشان دادند که محصول نهایی پروژه، نانوذرات منواکسید نیکل با خلوص بسیار بالا با اندازه ذره بین 5 تا 25 نانومترکه به طور موضعی و تقریباً پیوسته به یکدیگر متصلند، می باشد. عملیات سنتز شامل الکترولیز نیکل در محلول آبی ستیل تری متیل آمونیوم برماید توسط دستگاه jps-302d و تبدیل ماده حاصله فرآیند به نانوذرات اکسید نیکل بوسیله کلسیناسیون بود. یکسری پدیده های الکتروشیمیایی بسیار مهم در حین فرآیند های سنتز مشاهده گردیدند. جنبه های نظری فرایند سنتز شامل نیروی محرکه فرایند و تشکیل نانوذرات در این پروژه مورد بحث قرار گرفتند. نیروی محرکه فرایند به بازسازی و تخریب لایه ترا نسپسیو اکسیدی نیکل تحت شرایط آندی نسبت داده شد و برای اولین بار اهمیت روش الکترواکسیداسیون در سنتز نانوذرات معلوم گردیده و مشخص شد که سرعت رشد نانوذرات در این روش نسبت به روش همرسوبی بسیار کمتر می باشد. در این پروژه علاوه بر نانو ذرات اکسید نیکل، نانوذرات اکسی هیدروکسی نیکل و یک یون کمپلکس آبی نیکل با ظرفیت بالاتر ار 2 نیز سنتز شدند.

اکسید روی (zno) نانو ساختار، قابلیت های بالایی برای کاربردهای نوری، فتوالکتروشیمایی و فتوکاتالیستی، زیستی و ضد میکروبی دارد. هر چند این خواص می تواند بسته به شکل و اندازه ذرات متفاوت باشند. بمنظور بهبود رفتار اکسید روی، روش های متنوعی ارائه شده است که بصورت خلاصه می توان به آلائیدن این مواد با فلزات، کامپوزیت کردن و اصلاح سطحی آنها اشاره کرد. در حقیقت این فرایند تحت عنوان مهندسی گاف انرژی شناخته می شود. در این پژوهش بمنظور بهبود رفتارفتوکاتالیستی و ضد میکروبی zno، نانوپودر هسته-پوسته و نیز لایه های نازک نانوساختار ناهمگن طراحی و ساخته شد. برای این منظور از cu2o با گاف انرژی مستقیم استفاده شد. برای سنتز نانوپودر اکسید روی/اکسید مس، ابتدا نانوساختار zno به روش نمک مذاب در دمای oc200 سنتز گردید و سطح ویژه آن m2.g-1 19 بدست آمد. مطالعات میکروسکوپی و فازی و مادون قرمز نشان می دهد که نسبت غلظت یون فلزی به هیدروکسید موجود در محیط نمک مذاب بر شکل نهایی ذرات موثر بوده و متاثر از میزان oh- در محیط مذاب است. مطالعات نوری برای این نانوساختار نشان داد که با افزایش زمان سنتز و رشد ذرات، یک جابجایی قرمز در مکان قله ها روی می دهد. همچنین این ماده توانایی شگرفی در حذف دو نوع باکتری (انتروباکتری و باسیلیوس) دارد. در مرحله بعدی بمنظور تشکیل ساختار ناهمگن نانوپودر هسته-پوسته، cu2o به روش هیدروترمال بر روی ساختار اکسید روی در دمای oc150 سنتز گردید. مطالعات میکروسکوپ الکترونی عبوری نشان می دهد که پوسته یکنواخت از اکسید مس با متوسط ضخامت پوسته nm7، بروی zno با نسبت 1:1 تشکیل شده است. با بررسی فازی مشخص گردید که با تغییر این نسبت فازهای دیگر از اکسید مس و یا آلیاژ از cu و zn، تشکیل می شوند. بررسی رفتار فتوکاتالیستی نمونه هسته-پوسته، نشان دهنده رشد بمیزان 50 % عبور نور در ماده رنگی متیل نارنجی نسبت به تک فاز zno است که بیانگر تجزیه بیشتر محیط می باشد. لایه های نازک این ساختار ناهمگن نیز به روش سل-ژل و با بهره گیری از پوشش دهی چرخشی، تهیه شد. بررسی های میکروسکوپی لایه نازک نانوساختار zno/cu2o نشان می دهد که سازوکار رشد جزیره ای غالب بوده و افزایش 15% جذب نور نسبت به لایه تک فاز zno روی داده است. از سوی دیگر، انرژی سطحی لایه های نازک ساخته شده محاسبه گردید و مشخص شد لایه نازک نانو ساختار zno/cu2o با زبری سطحی nm11 انرژی سطحی در حدود mj/m2 51/54 داشته و سطح آب دوست با زاویه تر شوندگی o 45 داراست.

در سال های اخیر هدف بسیاری از تحقیقات دسترسی به سطوح آبگریز بوده است. این تحقیقات منجر به ساخت سطوح آبگریز با روش های مختلف پوشش دهی و بر اساس سیستم های آلی، معدنی و هیبریدهای آلی - معدنی شده است. در این تحقیق، تهیه لایه نازک سیلیکای آبگریز و شفاف با استفاده از تترا متوکسی سیلان (tmos) به عنوان پیش ماده سیلیس و عامل آبگریز ان، ان-دی متیل–ان-اکتا دسیل-3-آمینو پروپیل تری متوکسی سیل کلراید (dmoap) مورد بررسی قرار گرفته است. لایه نازک آبگریز بر اساس سیستم هیبرید آلی – معدنی با استفاده از فرآیند سل - ژل در دمای اتاق و یک مرحله کاتالیست ساخته شده است. پوشش دهی نیز به روش غوطه وری بر زیر لایه شیشه سودالایم و بتن انجام گرفته است. چهار متغیر مورد بررسی در این کار عبارتند از دمای عملیات حرارتی، عامل آبگریز، آب و اسید استیک. مقادیر اسید، آب، حلال و عامل آبگریز بر اساس نسبت مولی به tmos محاسبه شد و دمای عملیات حرارتی نیز بر اساس نتایج آنالیز حرارتی همزمان (sta) تعریف شد. جهت اطمینان از آبگریزی و شفافیت لایه نازک از اندازه گیری زاویه تماس آب (ca) و طیف سنج نور مرئی (uv-vis) استفاده شد. تشکیل شبکه هیبرید آلی – معدنی (si-o-si) با استفاده از طیف های حاصل از طیف سنج مادون قرمز تبدیل فوریه (ft-ir) مورد تایید قرار گرفت. بهترین پوشش با عبور نور 5/88 درصد و زاویه تماس °104 از آلکوسل با نسبت مولی cooh3ch : o2h : dmoap : tmos : meoh به ترتیب 2 : 4 : 12/0 : 1 : 8/14 به دست آمد. آنالیز دینامیک تفرق نوری (dls) نشان دهنده اندازه تقریبی nm 7 برای ذرات بود. بررسی مورفولوژی پوشش بهینه با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی گسیل میدانی (fe-sem) و میکروسکوپ نیروی اتمی (afm) به ترتیب نشان دهنده توزیع یکنواخت نانو ذرات و میانگین زبری nm 19/0 بود که آبگریزی بر اساس مدل ونزل را تایید کرد.

`در این پژوهش، حسگر گازی بر پایه ی نانو لوله های کربنی با آلایش لیتیم ساخته شد. ابتدا نانولوله های کربنی با اسید نیتریک و نیترات لیتیم مخلوط شده و در شرایط کنترل شده حرارت داده شدند. الکترودهای شانه ای مورد استفاده از جنس طلا بر روی زیر پایه ی si/sio2 نشانده شده بودند. برای نشاندن نانو لوله های کربنی آلاییده شده با لیتیم بر روی الکترود شانه ای از دو روش پوشش دهی غوطه وری و الکتروفورتیک استفاده شد. در روش اول با فرو بردن الکترود در سوسپانسیون حاصل از نانو لوله های کربنی، آب و سدیم دو دسیل سولفات، نانو لوله های خالص و نانو لوله با آلایش لیتیم روی آنها قرار گرفتند. در روش دوم(الکتروفورتیک)، ولتاژ مناسبی بین الکترودهای طلا در سوسپانسیون نانولوله کربنی و دی متیل فرم آمید اعمال شد. پس از باز شدن سر نانو لوله ها با اسید نیتریک و حلال زدائی با آب مقطر ، آزمون حسگر گازی با استفاده از گاز آمونیاک برای نمونه های ساخته شده انجام شد. با انجام آنالیزهای پراش اشعه ی ایکس، طیف سنجی جذب اتمی و رامان از وجود آلایش لیتیم در نانو لوله های کربنی اطمینان حاصل گردید. آزمایش حسگر گازی نشان داد که حسگر آمونیاک حاصل دارای 1/3% لیتیم، حساسیت 29%در دمای اتاق، زمان پاسخ کمتر 10 ثانیه و زمان برگشت کمتر از 25 ثانیه می باشد. در دمای 150 درجه ی سانتیگراد حساسیت 34%، زمان پاسخ کمتر از 7 ثانیه و زمان برگشت کمتر از 15 ثانیه می باشد. حد تشخیص حسگر حاصل ppm400 از گاز آمونیاک بوده است. حسگر گاز آمونیاک ساخته شده کوچک، ساده و قابل استفاده در دمای محیط می باشد.

در این پژوهش سنتز نانو ذرات b4c-tib2 در نسبت مولی برابر به روش احتراقی مورد ارزیابی قرار گرفت. در ابتدا از مواد اولیه اکسیدی b2o3+tio2+mg+c(graphite) استفاده شد. از تلفیق دو روش فعالسازی مکانیکی و انفجار حرارتی در کوره تیوپی تحت اتمسفر آرگون، این ترکیب با ابعاد کمتر از 100 نانومتر سنتز گردید. از آنجایی که در این حالت بازده سنتز موثر نبود، در مرحله بعد از مواد اولیه عنصری b+c(graphite)+ti استفاده شد. در این حالت به دست آوردن این ترکیب در این نسبت مولی دارای محدودیت های ترمودینامیکی و کینتیکی است. در ابتدا ارزیابی فرایند مکانوشیمیایی در این سیستم نشان داد که آسیاکاری پر انرژی این مخلوط تا 70 ساعت، قادر به تشکیل این دو فاز به طور همزمان نیست; ولی فاز tib2 تنها پس از 6 ساعت آسیاکاری تشکیل شد. لذا می توان گفت که این کامپوزیت در این نسبت مولی نمی تواند به صورت خود گستر سنتز شود و نیاز به فعالسازی دارد. بنابراین از فعالسازی شیمیایی (تفلون) جهت سنتز احتراقی استفاده شد. ابتدا فرض شد که تفلون در واکنش شرکت نمی کند و فقط مشوق واکنش است. در این حالت یک حد آستانه در حدود 18% وزنی تفلون برای اینکه واکنش به صورت خود گستر باشد، به دست آمد. اما به دلیل نقش کربوری تفلون دو فاز جانبی tic و c در محصول نهایی وجود داشت. در ادامه با جایگزینی کامل گرافیت با تفلون فعالیت سیستم زیاد شده (30 درصد وزنی تفلون)، فاز ثانویه کاهش یافته و این کامپوزیت با ریز ساختار نانو (اندازه ذرات کمتر از 100 نانومتر) سنتز شد. فعالسازی مکانیکی مخلوط مواد اولیه تا 3 ساعت، میزان تفلون مورد نیاز برای سنتز این ترکیب را از 30 درصد به 18درصد کاهش داد. لذا تلفیق دو فرایند فعالسازی شیمیایی و مکانیکی برای غلبه بر محدودیت های ترمودینامیکی و کینتیکی مناسب بوده و این پودر کامپوزیتی با خلوص مناسب سنتز شد. در گام بعدی، از تلفیق دو روش فعالسازی مکانیکی و الکتریکی (sps) جهت سنتز پودر نانو ساختار و قطعات بالک استفاده شد. اثر فعالسازی مکانیکی و پارامترهای کنترل کننده فرایند sps مانند جریان اعمالی، زمان اعمال آن و سرعت گرمایش روی مکانیزم سنتز نانو کامپوزیت به دست آمده مورد ارزیابی قرار گرفت. با آسیاکاری مخلوط مواد اولیه تا 8 ساعت، دمای تبدیل کامل واکنشگرها به محصولات ازc °1600 (برای حالتی واکنشگرها آسیا نشده بودند) به °c1200 کاهش یافت. با افزایش سرعت گرمایش مکانیزم تشکیل دو فاز از حالت جامد – جامد و نفوذ تدریجی به مکانیزم احتراقی و درجا تغییر یافت و اندازه نانو ذرات به دست آمده در بیشترین سرعت گرمایش کمتر از 50 نانومتر بود. در ادامه فرایند سنتز کامپوزیت، نمونه های بالک نیز در این مطالعه در نسبت حجمی b4c-41%vol.tib2 (نسبت مولی برابر) با استفاده از مواد اولیه آسیا شده در زمان های مختلف تحت شرایط متفاوت از فرایند sps به دست آمد. چگالی، ریزساختار، سختی و چقرمگی آنها مورد ارزیابی قرار گرفت. نشان داده شد زمان آسیاکاری واکنشگرها، سرعت گرمایش و مکانیزم سنتز ترکیب نقش مهمی بر خواص قطعه دارد. به طوری که آسیاکاری مخلوط واکنشگرها تا 8 ساعت باعث افزایش چگالی قطعه به دست آمده از 82% (برای حالتی که واکنشگرها آسیا نشده بودند) به 94% چگالی تئوری شد. در این حالت یک ریزساختار ریز دانه با اندازه دانه های زیر میکرون به دست آمد. با افزایش سرعت گرمایش و تغییر مکانیزم سنتز پودر، ریزساختار قطعات به دست آمده تا حدی درشت شده (درحدود µm 2-1)، ولی تغییر چندانی در چگالی قطعات ایجاد نشد. در ادامه با افزایش جریان تا a 1200 در مدت زمان 6 دقیقه (در بیشترین سرعت گرمایش) چگالی قطعه حاصله در حدود 97% چگالی تئوری شد. عدد سختی (تحت بار 5 کیلوگرم) و چقرمگی این قطعه به ترتیب 50± kg/mm2 1689 وmpa.m1/2 5.01بود.

در این تحقیق، نانو پودر فریت نیکل روی سنتز و خواص رئولوژیکی کامپوزیت آن با دو نوع پلیمر متفاوت (گرما نرم و گرما سخت) بررسی گردید. بدین منظور نانو پودر فریت نیکل روی با استفاده از روش شیمیایی برپایه پیش ماده پلیمری با استوکیومتریni0.5zn0.5fe2o4 و عملیات حرارتی در اتمسفر هوا تهیه شد. سپس نمونه های مورد نظر از لحاظ ویژگی های ساختاری، نوع فاز تشکیل شده، رفتارحرارتی، مورفولوژی و خواص مغناطیسی ارزیابی گردیدند. برای این منظور از تجهیزاتی نظیر xrd، ftir ، sta ، agfm ، tem و sem استفاده شد. با استفاده از دستگاه رئومتر، نحوه تاثیر شدت میدان مغناطیسی، سرعت برشی و زمان بر پارامترهای رئولوژیکی نانوکامپوزیت حاصل از اختلاط نانوذرات فریت نیکل روی در رزین اپوکسی ارزیابی گردید. در بخش دیگر نحوه تاثیر نانو ذرات بر ساختار پلیمر نیمه بلوری پلی وینیلیدن فلوراید با استفاده از دستگاه xrd و نیز تاثیر آن بر پارامترهای رئولوژی در حالت دینامیک بررسی شد. تلاش گردید تا علاوه بر تعیین نوع رفتار رئولوژی نانو کامپوزیت، ارتباط میان ریزساختار و برهمکنش بین ذرات توضیح داده شود. نتایج xrd از مرحله ابتدایی سنتز نانو پودر فریتی امکان دستیابی به تک فاز خالص فریت نیکل روی در دمای نسبتاً پایین تایید می کند. میانگین اندازه بلورک ها بسته به دمای کلسیناسیون در محدوده دمایی c ? 1000-400، در بازه nm 105-26 (حاصل از فرمول شرر) تغییر می کند. نتایج ftir نیز بر تشکیل پیوند فلز با اکسیژن در محدوده 1- cm600-550 و دستیابی به فاز مطلوب دلالت دارد. بررسی های ریزساختاری نیز با استفاده از دستگاه های sem و tem نشان می دهد که نانوبلورهایی با مورفولوژی تقریباً کروی و میانگین ابعاد nm30 در دمای c?400 تشکیل شده است. ارزیابی خواص مغناطیسی نانو پودر فریت نیکل روی توسط دستگاه agfm نشان داد که رفتار فریت از نوع نرم مغناطیس می باشد و مقادیر مغناطش اشباع در مورد نمونه های کلسینه شده در محدوده دماییc ? 1000-400 به ترتیب از 1/34 تا emu/g8/92 افزایش پیدا می کند. آزمون های رئومتری بر روی نانو کامپوزیت حاصل از نانو ذرات فریت نیکل روی در رزین اپوکسی ( تهیه شده به روش اختلاط مستقیم) در نرخ برشی پایین رفتار برش روانی و در نرخ برشی بالاتر رفتار نیوتنی دارد. مشخص شد که حضور میدان مغناطیسی موجب افزایش بیشتر انحراف از حالت نیوتنی و افزایش گرانروی کامپوزیت گردیده و جدایش فاز در نانو کامپوزیت در شدت میدان های بیشتر از ka/m 200 رخ می دهد. مطالعات رئولوژیکی در حالت دینامیک بر روی کامپوزیت نانو پودر فریت نیکل روی و پلی وینیلیدن فلوراید (اختلاط در حالت مذاب) نیز نشان داد که افزودن نانو ذرات هر سه پارامتر حالت دینامیک را افزایش و در تمام محدوده فرکانس اعمالی خاصیت برش روانی دارد. در کلیه ترکیبات مورد بررسی، با کاهش فرکانس، مدول های ذخیره و اتلاف کاهش می یابد. طیف آسایش نانو کامپوزیت نیز نشان داد در نانو کامپوزیت با درصد بالاتری از نانو ذرات به دلیل برهمکنش میان ذرات و زنجیره های پلیمری و به دلیل امکان تشکیل ساختارهای جدید، کاهش مدول آسایش با شیب کمتری رخ می دهد. بررسی سطح مقطع شکست نمونه های تهیه شده نیز نشان داد، با اختلاط در حالت مذاب، نانو کامپوزیتی با توزیع یکنواختی از ذرات در ابعاد نانومتری ایجاد می گردد.

در این تحقیق، از روش پاشش پلاسمایی بمنظور اعمال پوشش تیتانات باریم استفاده شد. با توجه به اینکه خواص فیزیکی و مکانیکی پوشش ها متاثر از مورفولوژی تک اسپلت های اولیه هستند سعی شد با تغییر مورفولوژی اسپلت ها ریز ساختار پوشش بهبود یابد. در این پروژه پس از گرانول کردن پودر اولیه به روش دوغابی و پلاسما دمای انتقال تک اسپلت های تیتانات باریم بدست آمد. سپس پودر اولیه در سه دمای مختلف زیر لایه (محیط، ?c 300و ?c 600 ) پوشش داده شد. عیوب متداول موجود در فرایندهای پاشش حرارتی همچون حفرات، مرز بین اسپلت ها از جمله عوامل تاثیر گذار روی کاهش ضریب دی الکتریک و پیزوالکتریک پوشش پلاسما شده هستند. با تغییر مورفولوژی اسپلت ها از حالت اسپلش به کروی و کاهش فضای بین اسپلت ها و بهبود ریز ساختار میزان ضریب دی الکتریک پوشش از 120به 345و 505 برای زیر لایه پوشش شده در دمای محیط،?c 300 و ?c 600 افزایش یافت. به علت زیاد بودن عیوب در پاشش پلاسما در شرایط عادی میزان ضریب پیزو الکتریک تقریبا برابرصفر بود ولی در پوشش ها با زیر لایه های پیشگرم شده میزان ضریب پیزو الکتریک به حدود 18 تا 20 پیکو کولن بر نیوتن افزایش یافت این مسئله اهمیت ریز ساختار را به خوبی نشان می دهد. بررسی مورفولوژی پودر اولیه، سطح فوقانی اسپلت ها و پوشش ها، سطح زیرین، سطح مقطع و سطح شکست پوشش ها توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی انجام شد. آنالیز فازی پودر اولیه و پوشش ها در شرایط مختلف توسط روش پراش پرتو ایکس انجام گردید. اثر افزایش دما بر تغییر توپوگرافی سطحی زیر لایه بوسیله میکروسکوب نیرو اتمی مطالعه شد. اثر تغییر ترکیب شیمیایی سطح زیر لایه و اثر آن روی مورفولوژی اسپلت های اولیه توسط طیف نگاری فتوالکترونی پرتو ایکس بررسی شد.