در فرآیند لایه نشانی الکتروفورتیک پودرهای سرامیکی، استفاده از جریان های متناوب جهت لایه نشانی مرسوم نمی باشد. اما با استفاده از الکترودهای هم صفحه می توان نانو ذرات را در میدانهای متناوب لایه نشانی کرد. با توجه به این که این فرآیند به تازگی شناخته شده و کاربردهایی نظیر ساخت سنسور برای آن معرفی شده است لازم است ویژگی های این روش جدید لایه نشانی به طور کامل شناسایی شود. به همین منظور در این تحقیق رفتار حرکتی ذرات نانومتری در مجاورت الکترودهای هم صفحه در میدان الکتریکی متناوب به کمک مدلسازی ریاضی و تصویربرداری هم زمان حین فرآیند مطالعه شده است. برای مدلسازی حرکت یک ذره، نخست نیروهای موثر وارد بر ذره شناسایی می شوند. سپس این نیروها با حل عددی معادلات حاکم بر مسئله محاسبه شده و در پایان با انتگرالگیری از معادله حرکت ذره مسیر حرکت ذره مشخص می گردد. در این پژوهش نیروهای الکتریکی، براونی و جریان سیال به عنوان عوامل اصلی حرکت ذره شناسایی شدند. برای به دست آوردن نیروی الکتریکی، معادله لاپلاسی پتانسیل الکتریکی به روش عددی حجم کنترل حل گردید و شدت میدان، گرادیان میدان و از آنجا نیروهای الکتریکی وارد بر ذره شامل نیروی الکتروفورتیک و دی الکتروفورتیک محاسبه شد. از طرف دیگر با توجه به سرعت نسبی ذره و سیال، نیروی اصطکاکی از طرف سیال به ذره وارد می شود. پس از حل عددی معادلات ناویر- استوکس به روش حجم محدود، سرعت سیال در هر نقطه و نیروی اصطکاکی وارد بر ذره محاسبه گردید. نیروی براونی هم که مقدار نا مشخصی دارد و اندازه آن با کوچک شدن ذرات نانومتری افزایش می یابد به مجموعه نیروهای فوق اضافه شد تا مسیر حرکت ذره با حل عددی معادله حرکت ذره به روش رانگ کوتای مرتبه چهار مشخص شود. با مدل ارائه شده در این پژوهش می توان نتایج آزمایشگاهی نظیر الگوی نشست ذرات بر الکترودهای هم صفحه در فرکانسهای مختلف را توجیه کرد. همچنین نتایج حاصل از محاسبات عددی و تصاویر گرفته شده از حرکت ذرات مکانیزم هایی را پیشنهاد می دهد که به ایده های نوینی در علم نانو می انجامد. ایده لایه نشانی میکرومتری ذرات نانومتری tio2 بر روی زیرپایه آلومینایی، جدایش نانو ذرات با اشکال گوناگون و لایه نشانی ترتیبی ذرات با استفاده از میدانهای متناوب در فرکانس پایین از جمله نتایجی است که در این پژوهش به دست آمده و برای نخستین بار در دنیا گزارش شده است. در مجموع، محدوده فرکانس اعمالی (کمتر از 10 کیلوهرتز) برحسب مکانیزم ها و نیروهای غالب در هر محدوده به چهار بخش تقسیم شد و با توجه به این مکانیزم ها کاربردهایی برای هر بخش پیشنهاد شد.

لایه نشانی الکتروفورتیکی تحت میدان های الکتریکی متناوب غیریکنواخت، روشی جدید در لایه نشانی ذرات سرامیکی است که در سال های اخیر توجه محققین این حوزه را به خود جلب کرده است. از آنجا که لایه نشانی با استفاده از الکترودهای هم صفحه، پدیده ای نو در علم مواد بوده که بسیاری از سوالات در ارتباط با مکانیزم های نشست و عوامل کنترل کننده آن و همچنین عوامل موثر بر الگوی حاصل از لایه نشانی به طور دقیق پاسخ داده نشده است، لذا بررسی این عوامل و مکانیزم ها جهت تحلیل فرایند حائز اهمیت می باشد. در تحقیق حاضر تاثیر ترکیب شیمیایی پودر بر مکانیزم های حاکم در حین فرایند لایه نشانی و در نتیجه تاثیر آن بر الگوی نشست ذرات، بررسی می شود. برای این منظور، سه نوع پودر اکسید تیتانیوم و دو نوع اکسید تنگستن تولید شده در شرکت های مختلف تهیه گردید و سوسپانسیون تهیه شده از هر کدام از پودرها در استون، در فرکانس های 1 و10 هرتز و همچنین 10 کیلوهرتز تحت میدان های الکتریکی متناوب متقارن قرار گرفتند. جهت تعیین سهم اثرگذاری ویژگی های سطحی ذرات، از افزودنی پلیمری پلی اتیلنمین استفاده شد. همچنین در این پژوهش برای اولین بار از مدل چند لایه برای تحلیل رفتار و واکنش ذرات سرامیکی به میدان های الکتریکی غیریکنواخت، در فرکانس 10 کیلوهرتز استفاده شد. با توجه به تصاویر میکروسکوپی نوری تهیه شده از سطح الکترودهای لایه نشانی شده توسط پنج پودر مورد آزمایش در فرکانس های 0، 1 و10 هرتز، مشاهده شد که هر دو نوع پودر اکسید تنگستن و یک نوع پودر اکسید تیتانیوم فضای بین دو الکترود را پر کرده اند و دو پودر دیگر تمایلی به پر کردن گپ را از خود نشان نمی دهند. همچنین بر اساس تصاویر فیلمبرداری میکروسکوپی تهیه شده از فرایندهای لایه نشانی تمامی پودرها، جریان سیال الکترواسمز تنها در دو نوع پودرهای اکسید تیتانیوم مشاهده شد. بنابراین بر اساس این مشاهدات تجربی، می توان بیان کرد که در فرکانس های 0، 1 و10 هرتز الگوی نشست ذرات و همچنین پدیده های الکتروکینتیکی حاکم بر فرایند، تاثیر پذیری ناچیزی از ترکیب شیمیایی پودر داشته بلکه بشدت وابسته به خواص سطحی ذرات است. همچنین الگوی نشست ذرات در فرکانس 10 کیلوهرتز و نتایج حاصل از مدل چند لایه حاکی از آن است که مکانیزم های نشست حاکم در این فرکانس نیز، متاثر از ویژگی های سطحی ذرات و مستقل از ترکیب شیمیایی آن ها می باشد.

در این پروژه پس از تحقیقات قبلی و روند مطالعات انجام شده، افزودن ناخالصی¬ها و تاثیر آنها بر رفتار نشست الکتروفورتیکی نانو ذرات اکسیدقلع که یکی از ترکیبات نیمه¬هادی است، پرداخته شده است. مبانی پدیده¬های الکتروفورتیکی همچون، مکانیزم¬های نشست ذرات در محیط¬های متنوع و بررسی تاثیر مقادیر اندکی از ناخالصی¬های آب، بتادین و پلی اتیلن ایمین (pei) بر رفتارهای حرکت، نشست و ارتباط هدایت الکتریکی محیط مایع به نوع و شکل نشست ذرات معلق و دیگر متغیرها، موضوع بحث است. مشاهدات نشان دهنده تغییر پارامترهای مربوط به محلول همچون پایداری، هدایت الکتریکی، پتانسیل زتا، جریان الکتریکی عبوری از محلول در اثر افزودن انواع ناخالصی است. در این پروژه برای اولین بار تاثیر افزودن ناخالصی بر رفتار الکتروکینتیکی ذرات سرامیکی با استفاده از مشاهدات تصویربرداری پیوسته، تصاویر میکروسکوپی و مدلسازی¬های انجام شده در محیط غیرآبی بررسی شده است. لایه¬نشانی در میدان الکتریکی متناوب در سه فرکانس hz100، 1 وkhz 10 بر روی چهار محلول دارای هدایت الکتریکی متفاوت، نشان¬دهنده تاثیرپذیری سرعت جریان سیال در پدیده الکترواسمز، فاکتور کلاسیوس-ماسوتی و p4 در نیروی دی¬الکتروفورز است که سبب تاثیرپذیری رفتار الکتروکینتیکی نانوذرات از تغییر هدایت الکتریکی محلول در میدان الکتریکی متناوب شده است.

ما در این پژوهش به منظور شناسایی گاز سمی کربن منواکسید اقدام به ساخت حسگرهای الکتروشیمیایی این گاز نموده ایم. به منظور ساخت الکترودهای کربنی این حسگرها از روش های موجود در منابع مانند ساخت خمیر کربنی و لایه نشانی با استفاده از روش کندوپاش استفاده گردید علاوه بر روش های ذکر شده در این پژوهش روشی جدید مبتنی بر لایه نشانی الکتروفورتیکی ذرات کربن پلاتینیزه برای ساخت الکترود کربنی شرح داده شد. همچنین به منظور ثبت خروجی حسگرها دستگاه قرائت با قابلیت اتصال به رایانه ساخته و به منظور بررسی عملکرد حسگر در غلظت ها متفاوت از گاز co دستگاه قرار گیری دینامیک حسگر در معرض گاز co ساخته شد. علاوه بر بخش تجربی این پایان نامه، مدل نرمودینامیکی ارائه گردید که در آن اکتیویته ی کاتالیست های فلزی را به اندازه ی آن وابسته می نماید.