اثر گرافن بر خواص فشاری نانوکامپوزیت مس-گرافن

عنوان تحقیق: اثر گرافن بر خواص فشاری نانوکامپوزیت مس-گرافن

فرمت فایل: word

تعداد صفحات: 97

شرح مختصر:

گرافن یکی از مواد کریستالی دو بعدی است که در سال های اخیر شناسایی و تحلیل شده است. این ماده جدید ویژگی های منحصر به فرد زیادی دارد از جمله استحکام، هدایت حرارتی و الکتریکی بسیار بالا میباشد. ازگرافن بعنوان مادهای برای افزایش استحکام، سختی، هدایت الکتریکی و نیز هدایت حرارتی در نانو کامپوزیت های مس استفاده می شود. در این پژوهش از گرافن بعنوان فاز تقویت کننده در نانو کامپوزیت مس/گرافن جهت بهبودخواص مکانیکی استفاده شده است.

در این پروژه برای تهیه نانو کامپوزیت مس/گرافن از روش آلیاژسازی مکانیکی استفاده شده است که متغییرهای موجود در این پروژه شامل درصد گرافن، زمان آسیاب کاری، دمای زینتر و فشار پرس می باشد که برای جلوگیری از انجام آزمون‏های تکراری از طراحی آزمون به روش تاگوچی استفاده شد تا تعداد آزمون‏های لازم برای رسیدن به جواب بهینه مشخص گردد. برای ساخت نمونه های مناسب از پودر، از روش فشرده سازی گرم تا دمای دمای℃ 500 استفاده شده است وبعد از آن نمونه ها در کوره زینتر شدند. نتایج آزمایش ها حاکی از افزایش استحکام و سختی با افزایش درصد گرافن تا میزان 5/0 درصد وزنیمی باشد و بیشترین مقدار سختی و استحکام فشاری برای نمونه حاوی 5/0 درصد وزنی گرافن، 15 ساعت آسیاب کاری، فشار Mpa600 و دمای ℃ 700 می باشد.

واژه های کلیدی : نانوکامپوزیت مس/گرافن- آلیاژسازی مکانیکی- استحکام فشاری.

فهرست مطالب

چکیده 1

فصل اول : کلیات پژوهش

1-1- مقدمه 3

فصل دوم : مروری بر منابع تحقیقاتی

2-1- مشخصات مس 6

2-2- پنج روش اساسی برای تولید پودر مس وجود دارد که عبارتند از. 7

2-2-1- رسوب الکترولیتی پودر مس.. 7

2-2-2- احیای گازی اکسید مس.. 8

2-2-3- اتمیزه کردن. 9

2-2-4- رسوب پودر مس از محلول سولفات مس با آهن. 10

2-3- تاریخچه گرافن. 10

2-4- معرفی گرافن. 11

2-5- روند تحقیقات انجام شده برروی گرافن. 13

2-6- خواص گرافن. 14

2-6-1- چگالی. 14

2-6-2- رسانایی گرمایی. 14

2-6-3- رسانایی الکتریکی. 14

2-6-4- مساحت سطحی ویژه14

2-6-5- مقاومت مکانیکی. 14

2-6-6- مدول یانگ... 15

2-6-7- مقامت در برابر شکست.. 15

2-7- کاربرد های گرافن. 15

2-8- روش های تولید گرافن. 16

2-8-1- روش‌ پوسته پوسته کردن میکرومکانیکی. 18

2-8-2- روش رشد همبافته19

عنوان صفحه

2-8-3- روش رسوب نشانی بخار شیمیایی(CVD)20

2-8-4- روش تهیه گرافن از اکسید گرافیت.. 21

2-9- نانوکامپوزیت ها22

2-10- آلیاژسازی مکانیکی. 22

2-11- انواع فرایند های آلیاژسازی مکانیکی. 23

2-11-1- آسیاب کاری مکانیکی (سایش مکانیکی)23

2-11-2- آسیاب کاری واکنشی (مکانوشیمیایی)23

2-11-3- آسیاب کاری تبریدی. 23

2-12- انواع آسیاب های مورد استفاده در آلیاژسازی مکانیکی. 24

2-12-1-آسیاب گلوله ای سیاره ای. 24

2-21-2- آسیاب های گلوله ای ارتعاشی. 24

2-12-3- آسیاب های گلوله ای غلتشی. 25

2-12-4- آسیاب های گلوله ای شافتی. 26

2-12-5- آسیاب های گلوله ای مغناطیسی. 26

2-13- برخی از مهمترین کاربردهای روش آلیاژسازی مکانیکی. 27

2-14- متغییرهای فرآیند روش آلیاژسازی مکانیکی. 27

2-14-1- نوع آسیاب.. 27

2-14-2- زمان آسیاب کاری. 28

2-14-3- نسبت وزنی گلوله به پودر. 28

2-14-4- میزان پر شدن محفظه آسیاب.. 28

2-14-5- اتمسفر درون محفظه آسیاب.. 29

2-14-6- درجه حرارت.. 29

2-14-7- جنس، اندازه و توزیع اندازه گلوله های آسیاب.. 29

2-15- مبانی فرآیند آلیاژسازی مکانیکی. 30

2-15-1- مخلوط شدن ذرات پودر مواد اولیه31

2-15-2- افزایش قابل ملاحظه نواقص کریستالی. 31

2-15-3- انتقال جرم بین ذرات پودر. 33

2-16- تحقیقات انجام شده بر کامپوزیت های تقویت شده با گرافن. 33

عنوان صفحه

2-16-1-نانو کامپوزیت آلومینیوم/گرافن. 33

2-16-2-نانو کامپوزیت مس/گرافن و نیکل/گرافن. 35

2-16-3- نانو کامپوزیت اپوکسی/گرافن. 36

فصل سوم : روش تحقیق (مواد و روش کار)

3-1- مواد اولیه39

3-2- طراحی آزمون به روش تاگوچی. 39

3-3- آلیاژسازی و آسیاب کاری مکانیکی. 41

3-3-1- دستگاه آسیاب.. 41

3-3-2- مراحل آلیاژسازی مکانیکی. 41

3-3-3- قالب.. 42

3-4- آزمایش بررسی و ارزیابی فازی ذرات پودری توسط پراش اشعهX.. 43

3-4-1- محاسبه اندازه دانه و کرنش شبکه43

3-5- دستگاه میکروسکوپ الکترونی روبشی. 44

3-6- دستگاه طیف سنجی رامان 44

3-7- آزمایش اندازه گیری چگالی و درصد تخلخل. 44

3-8- سختی سنجی. 45

3-9- آزمایش استحکام فشاری. 46

فصل چهارم :نتایج

4-1- بررسی مورفولوژی ذرات پودر آسیاب کاری شده48

4-2- مطالعه پودرهای آسیاب شده با آنالیز پراش اشعه52

4-2-1- تغییرات فازی در حین آلیاژسازی مکانیکی. 52

4-2-2- اندازه دانه و میکرو کرنش شبکه54

4-3- طیف سنجی رامان. 56

4-4- بررسی چگالی نمونه ها57

4-5- بررسی نتایج سختی سنجی. 60

4-6- بررسی نتایج استحکام فشاری. 63

4-7- بررسی سطح شکست نمونه ها توسط. 66

عنوان صفحه

4-8- بررسی نتایج بدست آمده توسط نرم افزار کوآلتک... 68

4-8-1 بررسی نتایج استحکام فشاری. 68

4-8-1-1-تاثیر درصد گرافن بر استحکام فشاری. 68

4-8-1-2- تاثیر زمان آسیاب کاری بر استحکام فشاری. 69

4-8-1-3- تاثیر فشار پرس بر استحکام فشاری. 69

4-8-1-4- تاثیر دمای زینتر بر استحکام فشاری. 70

4-8-1-5- میزان تاثیر پارامتر های چهار گانه بر استحکام فشاری. 71

4-8-1-6- نمونه بهینه پیشنهادی تاگوچی برای استحکام فشاری. 71

4-8-2 بررسی نتایج سختی. 72

4-8-2-1- تاثیر درصد گرافن بر سختی. 72

4-8-2-2- تاثیر زمان آسیاب کاری بر سختی. 72

4-8-2-3- تاثیر فشار پرس بر سختی. 73

4-8-2-4- تاثیر دمای زینتر بر سختی. 74

4-8-2-5- میزان تاثیر پارامتر های چهار گانه بر سختی. 74

4-8-2-6- نمونه بهینه پیشنهادی تاگوچی برای سختی. 75

4-8-3- بررسی نتایج چگالی. 75

4-8-3-1- تاثیر درصد گرافن بر چگالی. 75

4-8-3-2- تاثیر زمان آسیاب کاری بر چگالی. 76

4-8-3-3- تاثیر فشار پرس بر چگالی. 76

4-8-3-4- تاثیر دمای زینتر بر چگالی. 77

4-8-3-5- میزان تاثیر پارامتر های چهار گانه بر چگالی. 77

4-8-3-6- نمونه بهینه پیشنهادی تاگوچی برای چگالی. 78

فصل پنجم:نتیجه گیری

5-1- نتیجه گیری. 80

5-2- پیشنهادها82

فهرست منابع

منابع. 84

فهرست اشکال

عنوان صفحه

شکل(2-1) : تصویر میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) از ذره پودر مس الکترولیتی، 2800X.8

شکل(2-2) : تصویر میکروسکوپی از ذرات مس احیا شده، 525X .9

شکل (2-3) : تصویر میکروسکوپی از ذرات پودر مس اتمیزه شده، 450X. 9

شکل (2-4) : طول پیوند کربن ـ کربن در گرافن. 11

شکل (2-5) : حالات مختلف کربن : فلورین ها ، نانو لوله های کربنی و گرافیت.. 12

شکل(2-6) : شکافتن نانو لوله‌های کربنی برای تولید نانو نوارهای گرافنی. 16

شکل (2-7) : (الف) تصویر گرافن واقعی(ب) تصویر گرافن ایده آل.18

شکل(2-8) : تولید گرافن به روش لایه برداری میکرومکانیکی.18

شکل(2-9) : اولین تصویر میکروسکوپ نوری منتشر شده از گرافن تهیه شده به روش پوسته پوسته کردن میکرومکانیکی 19

شکل (2-10) : (a) مراحل تهیه GO از گرافیت طی فرآیند اکسایش و سپس کاهش. (b) مراحل تهیه گرافن به روش رسوب سازی با بخار (П) وسولووترمال(Ш)21

شکل (2-11) : آسیاب گلوله ای سیاره ای.24

شکل (2-12) : آسیاب گلوله ای ارتعاشی.25

شکل (2-13) : آسیاب گلوله ای غلتشی.25

شکل (2-14) : آسیاب گلوله ای شافتی.26

شکل (2-15) : آسیاب گلوله ای مغناطیسی.27

شکل (2-16) : طرح ساده ای از ذرات پودر حین برخورد گلوله ها.30

شکل (2- 17) : (a) تصویر میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM) از صفحات گرافن که تا خوردن آن صفحات را نشان می دهد.قسمت مشخص شده روی تصویر طرح تفرق سلول شش وجهی یا هگزاگونال گرافن می باشد. (b) آنالیز رامان (Raman) برای صفحات گرافن رسوب یافته برروی قرص های سیلیکونی در پودر بدون استفاده از حلال 35

شکل (2-18) : (a) تصویر میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) از سطح شکست نانوکامپوزیت اپوکسی-گرافن با 3/0 درصد وزنی نانو نوارهای گرافن که نشان دهنده آگلومره شدن و خوشه ای شدن نانو نوارهای گرافن احاطه شده با زمینه می باشد. (b) نمودار استحکام کششی نانوکامپوزیت اپوکسی-گرافن. 37

شکل(3-1) : تصویر آسیاب گلوله ای سایشی.41

عنوان صفحه

شکل(3-2) : تصویر قالب، المنت و ترمومتر.42

شکل (4-1) : تصویر مخلوط پودر Cu-0/5wt% Graphene با بزرگنمایی X500 (الف) : پس از 10 ساعت آسیاب کاری (ب) : پس از 15 ساعت آسیاب کاری (ج) : پس از 20 ساعت آسیاب کاری.50

شکل (4-2) : تصویر مخلوط پودر Cu-0/5wt% Graphene با بزرگنمایی X2000 (الف) : پس از 10 ساعت آسیاب کاری (ب) : پس از 15 ساعت آسیاب کاری (ج) : پس از 20 ساعت آسیاب کاری.55

شکل (4-3) : سطح شکست نمونه های (الف) :4N و (ب) : 6N با ترکیب Cu-0/5wt% Graphene با 10 و 20 ساعت آسیاب کاری و (ج) : 7N با ترکیب Cu-1wt% Graphene با 10 ساعت آسیاب کاری. 71

فهرست جداول

جدول(2-1) : برخی از مشخصات مس.. 7

جدول(2- 2) : خلاصه ای از روش های سنتز گرافن. 17

جدول (2-3) : سختی نمونه ها بر حسب ویکرز در حالت های پرس گرم و اکسترود شده34

جدول(3-1) : پارامترهای موجود در تولید نانو کامپوزیت مس-گرافن. 40

جدول(3-2) : مشخصات تولید نانو کامپوزیت مس-گرافن. 40

جدول (4-1) : اندازه دانه و میکرو کرنش نمونه های Cu-0/5wt% Graphene در زمان های15،10و20ساعت آسیاب کاری 59

جدول (4-2) : چگالی و درصد تخلخل نمونه ها قبل از زینتر. 61

جدول (4-3) : چگالی و درصد تخلخل نمونه ها بعد از زینتر. 58

فهرست نمودارها

نمودار (2-1) : (a) مجموع انتشارات جهانی مرتبط با تحقیقات گرافن.(b) مجموع ارجاعات به انتشارات مرتبط با گرافن؛ بر مبنای بانک های اطلاعاتی CAS و .WOS (c) میزان سرمایه گذاری بنیاد ملی علوم آمریکا در زمینه تحقیقات گرافنی 13

نمودار (2-2) : تغییرات ضخامت متوسط لایه های نیکل و نیوبیوم در طی آلیاژسازی مکانیکیمخلوط پودرهای 31

نیکل و نیوبیوم باترکیب .Ni60Nb40. 31

نمودار (2-3): روند کاهش اندازه دانه های نیکل در حین آلیاژسازی مکانیکی.32

نمودار (2-4) : نمودار تفرق اشعه X نمونه های آلومینیوم خالص، آلومینیوم-گرافن و آلومینیوم-نانولوله های کربنی.34

نمودار (2-5) : (a) استحکام کششی نمونه ها و (b) کرنش شکست نمونه ها.34

نمودار (2-6) : تاثیر تعداد لایه های گرافن برروی هدایت حرارتی نانوکامپوزیت های مس-گرافن و نیکل گرافن 36

نمودار (4-1) : نمودار تفرق اشعه X نمونه های Cu-0/5wt% Graphene در زمان های10 ، 15 و 20 ساعت آسیاب کاری.53

نمودار(4-2) : منحنی CosبرحسبSinنمونهCu-0/5wt% Graphene پس از 10 ساعت آسیاب کاری 54

نمودار (4-3) : افزایش اندازه دانه پودر نانو کامپوزیت مس-گرافن با افزایش زمان آسیاب کاری 56

نمودار (4-4) : افزایش کرنش شبکه پودر نانو کامپوزیت مس-گرافن با افزایش زمان آسیاب کاری 56

نمودار (4-5) : آنالیز رامان (Raman) برای ردیابی صفحات گرافن در نانو کامپوزیت Cu-1wt% Graphene57

نمودار (4-6) : مقایسه چگالی عملی نمونه ها (الف) : قبل از زینتر (ب) : بعد از زینتر. 58

نمودار (4-7) : افزایش درصد تخلخل با افزایش دما (الف) فشار 400 مگاپاسکال(ب) فشار 500 مگاپاسکال(ج) فشار 600 مگاپاسکال. 63

نمودار (4-8) : نتایج بدست آمده از سختی قبل از زینتر. 61

نمودار (4-9) : مقایسه نتایج سختی قبل از زینتر. 61

نمودار (4-10) : نتایج بدست آمده از سختی بعد از زینتر. 62

عنوان صفحه

نمودار (4-11) : مقایسه نتایج سختی بعد از زینتر. 62

نمودار (4-12) : منحنی تنش – کرنش نمونه 1N با Cu-0/2wt% Graphene و 10N (خالص) با 10 ساعت آسیاب کاری و نمونه 11N (خالص میکرو).67

نمودار (4-13) : منحنی تنش – کرنش نمونه ها با Cu-0/2wt% Graphene68

نمودار (4-14) : منحنی تنش – کرنش نمونه ها با Cu-0/5wt% Graphene65

نمودار (4-15) : منحنی تنش – کرنش نمونه ها با Cu1wt% Graphene66

نمودار (4-16) : تاثیر درصد گرافن بر استحکام فشاری. 68

نمودار (4-17) : تاثیر زمان آسیاب کاری بر استحکام فشاری. 69

نمودار (4-18) : تاثیر فشار پرس بر استحکام فشاری. 74

نمودار (4-19) : تاثیر دمای زینتر بر استحکام فشاری. 74

نمودار (4-20) : میزان تاثیر پارامتر های چهار گانه بر استحکام فشاری.75

نمودار (4-21) : تاثیر درصد گرافن بر سختی. 72

نمودار (4-22) : تاثیر زمان آسیاب کاری بر سختی. 73

نمودار (4-23) : تاثیر فشار پرس بر سختی. 77

نمودار (4-24) : تاثیر دمای زینتر بر سختی. 78

نمودار (4-25) : میزان تاثیر پارامتر های چهار گانه بر سختی. 74

نمودار (4-26) : تاثیر درصد گرافن بر چگالی. 79

نمودار (4-27) : تاثیر زمان آسیاب کاری بر چگالی. 76

نمودار (4-28) : تاثیر فشار پرس بر چگالی. 76

نمودار (4-29) : تاثیر دمای زینتر بر چگالی.77

نمودار (4-30) : میزان تاثیر پارامتر های چهار گانه بر چگالی.81

انواع نانوکامپوزیتها و کاربرد آنها در صنایع هوا و فضا

عنوان تحقیق: انواع نانوکامپوزیت­ها و کاربرد آنها در صنایع هوا و فضا

فرمت فایل: word

تعداد صفحات: 65

شرح مختصر:

رشته مواد نانو کامپوزیت توجه دانشمندان و مهندسان را در سالهای اخیر به خود جلب کرده است. نتایج بررسی استفاده از بلوکهای ساختمانی در ابعاد نانو, طراحی و ایجاد مواد جدید با انعطاف پذیری و پیشرفتهای زیاد در خواص فیزیکی آنها را ممکن می سازد. قابلیت ارتقاء کامپوزیت ها با استفاده از بلوکهای ساختمانی با گونه های شیمیایی ناهمگن در رشته ها و بخش های مختلف علمی مطرح گردیده است. ساده ترین مثالها از چنین طراحی هایی, به صورت طبیعی در استخوان اتفاق
می افتد که یک نانوکامپوزیت ساخته شده از قرص های سرامیکی و چسبهای آلی می باشد. بدلیل این که اجزاء سازنده یک نانو کامپوزیت دارای ساختارها و ترکیبات مختلف و خواص مربوط به آنها
می باشد، کاربردهای زیادی را ارائه می دهند. از اینرو موادی که از آنها تولید می شوند, می توانند چند کاره باشند. با الگو گرفتن از طبیعت و براساس نیازهای تکنولوژی های پدید آمده در تولید مواد جدید با کاربردهای مختلف در آن واحد برای مصارف گوناگون, دانشمندان استراتژی های ترکیبی زیادی را برای تولید نانو کامپوزیت ها بکار برده اند. این استراتژی ها دارای مزایای آشکاری در تولید مواد دانه درشت مشابه می باشند. نیروی محرکه در تولید نانو کامپوزیت ها, این واقعیت است که آنها خواص جدیدی در مقایسه با مواد رایج ارائه می دهند.

تصمیم برای بهبود خواص و پیشرفت ویژگی های مواد از طریق ایجاد نانو کامپوزیت های چند فازی مسئله جدیدی نیست. این نظریه از زمان آغاز تمدن و بشریت و با تولید مواد برای کارآمدی بیشتر برای اهداف کاربردی مورد نظر بوده است. علاوه بر تنوع وسیع نانو کامپوزیت های یافت شده در طبیعت و موجودات (مثل استخوان) , یک مثال عالی برای کاربرد نانو کامپوزیت های ترکیبی در روزگار باستان, کشف جدید ساختمان نقاشی های مایان می باشد که در دوران مسا مریکاس[1] بوجود آمدند. توصیف حالت هنر از این نمونه های نقاشی آشکار می سازد که ساختار رنگها, متشکل از ماتریسی از خاک رس آمیخته شده با مولکولهای رنگی آلی می باشد. آنها همچنین محتوی ناخالصی های ذرات نانوی فلزی محفوظ در یک لایه سیلیکاتی بی شکل همراه با ذرات نانوی اکسیدی روی لایه می باشند . این ذرات نانو تحت عملیات حرارتی و از ناخالص بوجود می آیند (Cr , Mn , Fe) که در مواد خام مثل خاک رس موجود می باشند ولی جمع و سایز آنها خصوصیات نوری رنگ نهائی را تحت تأثیر قرار می دهد. ترکیبی از خاک رس موجود که یک سوپر لاتیک می سازد که در ارتباط با ذرات نانوی فلزات و اکسیدی پشتیبانی شده روی لایه آمورف می باشدو این رنگ را یکی از اولین مواد مرکب مشابه نانو کامپوزیت های کاربردی مدرن می سازد.

نانو کامپوزیت ها را می توان ساختارهای جامدی فرض کرد که دارای خواص مکرر بعدی با اندازه نانومتری بین فازهای مختلف سازنده ساختار می باشند. این مواد متشکل از یک جامد غیرآلی (بستر یا میزبان) محتوی یک جزء آلی و یا بالعکس می باشند و یا می توانند متشکل از دو یا چند فاز آلی / غیرآلی در چند فرم ترکیبی باشند با این محدودیت که حداقل یکی از فازها یا ترکیبات, در ابعاد نانو باشد.

فهرست مطالب

مقدمه

تاریخچه تولید کامپوزیت های زمینه فلزی

روش های تولید MMCs

روش ذوبی در تولید MMCs

روش گردابی یاVortex

مخلوط سازی فاز دوم با مذاب

ریخته گری کوبشی Squeeze Casting

معایب ریخته گری کوبشی در کامپوزیت ها

کامپوزیت های درجا In-Situ Composites

روشهای حالت جامد در تولید MMCs

خوردگی کامپوزیت ها

کامپوزیت های زمینه آلومینیومی

انواع کامپوزیت های زمینه آلومینیومی

کامپوزیت های زمینه آلومینیومی تقویت شده با ذرات(PAMC)1

کامپوزیت های زمینه آلومینیومی تقویت شده با الیاف کوتاه یا ویسکرز

کامپوزیت های زمینه آلومینیومی تقویت شده با الیاف پیوسته

کامپوزیت های زمینه آلومینیومی تقویت شده با بالک فیلامان

نانو کامپوزیت های ماتریس / سرامیکی

نانو کامپوزیت های سرامیکی برای خواص مکانیکی مطلوب

نانو کامپوزیت های کربن – کربن

نانو کامپوزیت های ترکیب Sol – Gel

نانو کامپوزیت های ماتریس فلزی

روش انجماد سریع

روش های اسپری حرارتی

روش آلیاژ مکانیکی

فرآوری پودرهای نانو کامپوزیتی با استفاده از آسیاب مکانیک

فشردن پودرهای نانوکامپوزیتی درون قوطی

تهیه نمونه آلومینیومی بدون ذرات تقویت کننده با ترکیب مشابه نمونه نانوکامپوزیتی

کاربرد نانو کامپوزیت ها

نانو کامپوزیت ها برای پوشش دهی سخت

پوشش های نانوکامپوزیتی در سیستم های هوا فضا

نانوکامپوزیت ها درصنعت خودروسازی

نانو کامپوزیت های زمینه پلیمری درصنعت هوا – فضا

نتیجه گیری

تحقیق فناوری نانو و کاربردهای آن

عنوان تحقیق: تحقیق فناوری نانو و کاربردهای آن

قالب بندی: word

تعداد صفحات: 64

قسمتی از متن:

فناوری نانو از همگرایی علوم فیزیک، شیمی و زیست شناسی به وجود آمده است.نانو تکنولوژی، تکنولوژی سریع و نوینی است که امکان کار،دست کاری و تولید ابزار، مواد و ساختار هایی در سطح مولکولی و حتی اتمی توسط اتم در ساختارهای عملکردی در بعد نانومتر را می دهد .

ما با روشهای نانو می توانیم ابزار های چند کاره، خود تنظیم،خود کنترل و خود ترمیم بسازیم.نانولوله های کربنی در واقع لوله هایی از گرافیت میباشد گرافیت شکلی از کربن است که از لایه های حاوی آرایش های شش ضلعی حاوی اتم کربن است یک خصوصیت مشهور آنها استحکام کششی برجسته آنهاست.در یک نانولوله ی کربنی، اتم های کربن در ساختاری استوانه ای آرایش یافته اند. یعنی یک لوله ی توخالی که جنس دیواره اش از اتم های کربن است.انو لوله های کربنی از لحاظ کاتالیزوری فعال می باشند. نانو لوله ها خاصیت مویینگی بالایی دارند و می توانند گازها و مایعات را در خود جای دهند . از نانو لوله های چند دیواره ای به عنوان الکترود در واکنشهای بیوالکترو شیمیایی استفاده شده است.نانو لوله ها احتمالا جایگزینی مناسب برای مقیاس نانو و نور ساتع کننده و دیگر کاربردهای نوری هستند،بویژه در طول موج ناحیه فرو سرخ که به عنوان مثال برای ارتباط نوری قابل توجه است.آینده کاربرد نانولوله‌ها در بخش الکترونیک روشن است؛ خواص الکتریکی و پایداری شیمیایی بی بدیل نانولوله‌ها به طور قاطع ما را به سمت استفاده از این خواص سوق خواهد‌ داد.

فهرست مطالب:

فصل اول. 4

1-1مقدمه. 5

1-2 تاریخچه نانو. 7

1- 3 تعریف نانوفناوری.. 8

1- 4تفاوت فناوری نانو با فناوری دیگر. 10

1- 5 شاخه‌های اصلی دانش نانو. 10

1-6 کاربردهای نانو. 11

1- 7 نانوتکنولوژی در آینده. 12

1-8 تاثیرات سودمند فناوری نانو بر محیط زیست.. 13

1-9 تاثیرات مخرب فناوری نانو بر محیط زیست.. 13

1-10 زیر ساختارها (عناصر پایه). 14

1- 10-1 مواد نانوساختارها14

1-10-2 مواد نانوبلوری.. 14

1-10-3 نانوذرات.. 15

1-10-4 نانوکامپوزیت.. 16

1-10-5 نانو کپسول ها17

1-10-6 مواد نانو حفره ای.. 18

1-10-7 نانوالیاف.. 19

1-10-8 نانوسیم ها20

1-10-9 فولرین ها20

1-10-10 نانو لوله های کربنی.. 22

1-10-11 الماسواره‌ها23

فصل دوم. 24

2 -1نانولوله های کربنی.. 25

2-1-1 آلوتروپ های کربن.. 25

2-1-2 نانولوله های کربنی.. 26

2-2 انواع نانولوله های کربنی.27

2-3 ویژگیهای نانو لوله های کربنی.. 29

2-3-1 اندازه بسیار کوچک (قطر کوچکتر از 4/0 نانومتر). 29

2-3-2 حالت رسانا و نیمه‌رسانایی آن ها بر حسب شکل هندسی‌شان.. 29

2-3-3 برخورداری از خاصیت منحصر به فرد ترابری پرتابه‌ای.. 30

2-3-4 قدرت رسانایی گرمایی خیلی بالا. 30

2-3-5 سطح جداره صاف یا قدرت تفکیک بالا. 30

2-3-6 بروز خواص الکتریکی و مکانیکی منحصر به فرد در طول آن ها30

2-3-7 مدول یانگ بالا. 30

2-3-8 حساس به تغییرات کوچک نیروهای اعمال شده. 30

2-3-9 گسیل و جذب نور. 31

2-3-10 ضریب تحرک الکتریسیته بسیار بالا. 31

2-3-11 خاصیت مغناطیسی، ممان مغناطیسی بسیار بزرگ... 31

2-3-12 چگالی سطحی بسیار بالا. 31

2-3-13 قابلیت ذخیره‌سازی.. 31

2-3-14 داشتن خاصیت ابررسانایی.. 32

2-3-15 تولید ولتاژ. 32

2-3-16 استحکام و مقاومت کششی بالا. 32

2-3-17خصوصیات اپتیکی نانو لوله های کربن.. 32

2-4 ساختار الکترونی نانولوله کربن.. 37

2-5کاربردهای نانو لوله های کربنی.. 40

2-5-1 ترانزیستورها41

2-5-2حسگرها41

2-5-3 نمایشگرهای گسیل میدانی.. 42

2-5-4 حافظه‌های نانولوله‌ای.. 43

2-5-5 استحکام‌دهی کامپوزیت‌ها43

2-5-6 استفاده از نانولوله های تک دیواره در صنعت الکترونیک... 44

2-5-7 ساختار تو خالی نانولوله و کاربرد به عنوان ذخیره کننده و پیل سوختی.. 44

2-5-8 ساخت نانوماشین ها با استفاده از نانولوله های کربنی.. 45

2-5-9 ساخت ماهیچه های مصنوعی.. 45

2-5-10گسترش‌های لیف/نخ نانو. 46

2-5-11 تصفیه آب.. 46

2-5-12 شناسایی ساختار پروتئین.. 47

2-5-13 امکان ابررسانایی دمای اتاق در نانو لوله های کربنی.. 48

فصل سوم. 50

3-1روش‌های تولید نانولوله‌های کربنی.. 51

3-1-1 روش تخلیه قوس الکتریکی.. 51

3-1-2 روش سایش لیزری.. 53

3-1-3 روش رسوب شیمیایی فاز بخار (CVD). 54

الف. رسوب شیمیایی فاز بخار (CVD). 54

ب.تولید نانولوله‌های کربنی به روش CVD.. 55

ج. مراحل تولید. 56

نتیجه گیری.. 59

منابع. 61

  

اعمال پوشش نانوکامپوزیتی کرم-کاربید تنگستن بر روی فولاد کربنی و بررسی خواص سایشی آن

عنوان تحقیق: اعمال پوشش نانوکامپوزیتی کرم-کاربید تنگستن بر روی فولاد کربنی و بررسی خواص سایشی آن

فرمت فایل: word

تعداد صفحات: 109

شرح مختصر:

آبکاری الکتریکی یکی از روش های مناسب جهت همرسوبی ذرات ریز فلزی، غیر فلزی و پلیمری در زمینه فلزی است.در این تحقیق پوشش نانوکامپوزیتی کرم-کاربیدتنگستن با استفاده از جریان پالسی مربعی روی فولاد کربنی ایجاد شد. تاثیر پارامترهای آبکاری مانند غلظت سورفکتانت SDS و افزودنی ساخارین به عنوان ریزکننده، دانسیته جریان، سیکل کاری و فرکانس بر روی سختی، درصد وزنی ذرات و نحوه توزیع آن ها در پوششبررسی شد. در این تحقیق سعی شد عواملی همچون نوع حمام، دما، pH و میزان تلاطم ثابت در نظر گرفته شوند. به علاوه، تاثیر پارامترهای آبکاری بر رفتار سایشی پوشش مورد بررسی قرار گرفت. جهت بررسی مورفولوژی سطح پوشش و توزیع ذرات و درصد وزنی آن ها در پوشش از میکروسکوپ الکترونی روبشی مجهز به آنالیزور EDS و جهت بررسی خواص پوشش از آزمون های سختی و سایشاستفاده شد. نتایج نشان داد که افزایش غلظت ساخارین به حمام، به کاهش درصد وزنی ذرات و افزایش غلظت SDS تا 1 گرم بر لیتر به افزایش درصد وزنی ذرات و کاهش قطر ذرات و توزیع بهتر آن ها در پوشش منجر می شود. همچنین با افزایش دانسیته جریان تا 15 آمپر بر دسیمتر مربع به افزایش حضور ذرات در پوشش و افزایش سختی پوشش منجر می شود. با افزایش سیکل کاری حضور ذرات در پوشش کم می شود. افزایش فرکانس از 1 تا 1000 هرتز باعث افزایش حضور ذرات در پوشش می شود. همچنین حضور بیشتر و توزیع یکنواخت تر ذرات در پوشش منجر به افزایش سختی و (در پوششهای بدون ترک) بهبود مقاومت سایشی پوشش می گردند.

فهرست مطالب

چکیده	1
مقدمه	2
فصل اول : کلیات کلیات	3 4
فصل دوم : مروری بر منابع	5
2-1- مقدمه	6
2-2- آبکاری الکتریکی	6
2-2-1- مزایا و معایب آبکاری الکتریکی	7
2-3- آبکاری پوششهای کامپوزیتی	8
2-3-1- مزایا و معایب آبکاری کامپوزیتی	9
2-4- پوشش های نانوکامپوزیتی	10
2-4-1- روش تولید پوششهای نانوکامپوزیتی	10
2-4-2- کاربرد پوششهای نانوکامپوزیتی	11
2-5- مکانیزم رسوب الکتریکی	12
2-5-1- رسوبگذاری کرم سه ظرفیتی	13
2-5-2- کمپلکس سازهای کرم	14
2-6- آبکاری کرم سه ظرفیتی	15
2-6-1- ترکیب حمام کرم سه ظرفیتی	15
2-6-2- ویژگی های ترکیب حمام آبکاری	16
2-6-3- مشکلات آبکاری کرم سه ظرفیتی	16
2-7- مکانیزمهای همرسوبی الکتروشیمیایی	17
2-7-1- مدل کلاسیک گاگلیمی	18
2-7-2- مدل Celies	21
2- 8- پایداری پراکندگی سیستمهای کلوئیدی	22
2-8-1- توزیع فیزیکی نانو ذرات با عملیات اولتراسونیک	23
2-8-2- روش های شیمیایی پراکندگی سیستمهای کلوئیدی	23
2-9- تاثیر نوع جریان آبکاری	27
2-10- تاثیر زمان روشنایی و خاموشی	28
2-11- تاثیر دانسیته جریان	29
2-12- روش های تعیین ذرات پراکنده در پوشش	33
2-12-1- روش وزنی	33
2-12-2- روش میکروسکوپی	33
2-12-3- روش میکروآنالیزورهای پروپ الکترونی	33
2-12-4- روش طیف نگاری مرتبط با فوتون(PCS)	34
2-13- سایش و مکانیزمهای آن	34
فصل سوم : روش انجام آزمایش	37
3-1- مواد مورد استفاده	38
3-2- وسایل و تجهیزات مورد استفاده جهت آبکاری	39
3-2-1- منبع جریان	40
3-3- آماده سازی الکترولیت و آبکاری نمونه ها	41
3-4- ارزیابی نمونه ها	44
3-5- نحوه بررسی اثر پارامترهای انتخاب شده بر ریز ساختار و خواص پوشش	45
3-5-1- بررسی اثر غلظت پخش کننده (SDS)	45
3-5-2- بررسی اثر افزودنی ساخارین	46
3-5-3- بررسی اثر دانسیته جریان	46
3-5-4- بررسی اثر فرکانس	47
3-5-5- بررسی اثر چرخه کاری	47
3-5-6- بررسی اثر غلظت کاربیدتنگستن	48
فصل چهارم : نتایج و بحث	49
4-1- بررسی اثر افزودنیها بر مورفولوژی پوششهای نانوکامپوزیتیCr-WC	50
4-1-1- تاثیر سورفکتانت SDS	51
4-1-2- تاثیر افزودنی ساخارین	56
4-1-3- تاثیر غلظت ذرات کاربید تنگستن در محلول	59
4-2- بررسی اثر پارامترهای آبکاری پالسی بر مورفولوژی پوششهای نانوکامپوزیتی Cr-WC	61
4-2-1- تاثیر دانسیته جریان	61
4-2-2- تاثیر چرخه کاری	65
4-2-3- تاثیر فرکانس پالس	67
4-3- بررسی اثر پارامترهای موثر بر سختی و رفتار سایشی پوششهای نانوکامپوزیتی Cr-WC	70
4-3-1- تاثیر غلظت ذرات WC در حمام آبکاری	70
4-3-2- تاثیر غلظت سورفکتانت SDS	73
4-3-3- تاثیر افزودن ساخارین	75
4-3-4- تاثیر دانسیته جریان	78
4-3-5- تاثیر فرکانس پالس	81
4-3-6- تاثیر چرخه کاری	83
فصل پنجم : نتیجه گیری و پیشنهادها	85
نتیجه گیری	86
پیشنهادها	87
مراجع	88
مراجع فارسی	89
مراجع لاتین	90
چکیده انگلیسی	94

فهرست جدول ها

عنوان صفحه

جدول 2-1- درصد حجمی ذراتی که توسط جذب ضعیف و قوی در حین ایجاد پوشش کامپوزیتی نیکل-کاربیدسیلسیم به سطح کاتد چسبیده اند	20
جدول 2-2- شرایط پایداری بر حسب پتانسیل زتا	24
جدول 2-3- شرایط گوناگون شفافیت محلول بر حسب پتانسیل غلظت ترساز	26
جدول 3-1- ترکیب و شرایط حمام مورد استفاده برای آبکاری	42
جدول 3-2- ترکیب حمام الکتروپولیش	43
جدول 3-3- شرایط انجام آزمایش سایش	45
جدول 3-4- شرایط آبکاری بکار رفته برای بررسی اثر غلظت SDS	46
جدول 3-5- شرایط آبکاری بکار رفته برای بررسی اثر غلظت ساخارین	46
جدول 3-6- شرایط آبکاری بکار رفته برای بررسی اثر دانسیته جریان	46
جدول 3-7- زمان های روشنی و خاموشی در هر فرکانس	47
جدول 3-8- شرایط آبکاری بکار رفته برای بررسی اثر فرکانس	47
جدول 3-9- شرایط آبکاری بکار رفته برای بررسی اثر چرخه کاری	48
جدول 3-10- شرایط آبکاری بکار رفته برای بررسی اثر غلظت کاربیدتنگستن	48

فهرست شکل ها

شکل 2-1- شماتیکی از سلول آبکاری الکتریکی.	7
شکل 2-2- گروههای مختلف مواد نانوساختار و روشهای مختلف تولید آنها.	11
شکل 2-3- نمودار شماتیک انواع رشد.	13
شکل 2-4- مدل پنج مرحله ای Celis.	22
شکل 2-5- تصویر شماتیک از یک فعال ساز.	25
شکل 2-6- پوششهای نانو نیکل با اعمال دانسیته جریان های مختلف.	30
شکل 2-7- ارتباط دانسیته جریان پوشش دهی و اندازه دانه پوششهای نیکل نانو.	31
شکل 2-8- الگوی پراش تفرق اشعه X پوشش نانو نیکل در دانسیته جریان های مختلف.	32
شکل 3-1- تصویری شماتیک از جریان پالس مربعی و مثلثی.	40
شکل 4-1- تصاویر SEM مورفولوژی سطح پوشش کرم خالص از حمام فاقد افزودنی (5/2=pH، دانسیته جریان8، چرخه کاری %50، فرکانس Hz 10، دما 27 و زمان min 100).	50
شکل 4-2- تصاویر SEM مورفولوژی سطح پوشش کامپوزیتیCr-WCاز حمام فاقد افزودنی (5/2pH=، غلظت ذرات g/lit 10، دانسیته جریان 8، چرخه کاری%50، فرکانس Hz 10 ، دما27 و زمان min 100).	51
شکل 4-3- نحوه عملکرد فعال ساز سطح بر روی جدایش ذرات در حمام.	52
شکل 4-4- تصاویر SEM مورفولوژی سطح پوششهای کامپوزیتی از حمام با g/lit 1 ساخارین و حاوی a) صفر، b) 5/.، c) 1، d) 2 گرم بر لیتر SDS (5/2pH=، غلظت ذراتg/lit10، چرخه کاری %50، فرکانس Hz 10 ، دانسیته جریان 8، دما27 و زمان min 100).	53
شکل 4-5- تاثیر غلظت SDS بر درصد وزنی ذرات کاربیدتنگستن در پوشش Cr-WC (5/2PH=، غلظت ذراتg/lit 10،g/lit1 ساخارین، چرخه کاری %50، فرکانس Hz 10، دانسیته جریان 8، دما27 و زمان min 100).	55
شکل 4-6- تصاویر SEM مورفولوژی سطح پوشش نانوکامپوزیتیCr-WCاز حمام حاوی 1 گرم بر لیتر SDS و a) 5/0، (b1، (c5/1، (d3 گرم بر لیتر ساخارین (5/2pH=، غلظت ذرات g/lit10، چرخه کاری ‌%50، فرکانس Hz 10، دانسیته جریان8، دما27 و زمان min 100).	57
شکل 4-7- تاثیر غلظت ساخارین بر درصد وزنی ذرات کاربیدتنگستن در پوششهایCr-WC(5/2pH=، غلظت ذرات g/lit 10، g/litSDS 1، چرخه کاری %50، فرکانس Hz 10، دانسیته جریان8، دما27 و زمان min100).	58
شکل 4-8- تصاویر SEM مورفولوژی سطح پوششهای کامپوزیتی Cr-WCاز حمام با g/litSDS1، g/lit1 ساخارین، (a5، (b10،c) 20،(d 40 گرم بر لیتر کاربیدتنگستن (5/2pH=، چرخه کاری%50، فرکانس Hz 10، دانسیته جریان8، دما27 و زمان min 100).	59
شکل 4-9- تصاویر SEM سطح مقطع پوششهای کامپوزیتی Cr-WCاز حمام با g/litSDS 1،g/lit1 ساخارین، (a5، (b10،(c20، (d 40 گرم بر لیتر کاربیدتنگستن (5/2pH=، چرخه کاری%50، فرکانس Hz 10، دانسیته جریان8، دما27 و زمان min 100).	60
شکل 4-10- تاثیر غلظت کاربیدتنگستن بردرصد وزنی ذرات در پوششهایCr-WC(5/2pH=، g/litSDS 1، g/lit 1 ساخارین، چرخه کاری %50، فرکانس Hz 10 ، دانسیته جریان8، دما27 و زمان min 100).	61
شکل 4-11- تصاویر SEM مورفولوژی سطح پوششهای کامپوزیتی Cr-WCاز حمام باg/litSDS 1 و g/lit1 ساخارین با دانسیته جریانهای (a 2، (b8، (c15 وd) 20 آمپر بر دسیمتر مربع (5/2pH=، چرخه کاری %50، فرکانس Hz 10، دما27 و زمان min 100).	62
شکل 4-12- تاثیر دانسیته جریان بر درصد وزنی ذرات کاربید تنگستن در پوششهایCr-WC(5/2pH=، غلظت ذراتg/lit10، g/litSDS1،g/lit1 ساخارین، چرخه کاری %50، فرکانس Hz 10 ، دما27 و زمان min 100).	63
شکل 4-13- تصاویر SEM ازمورفورلوژی سطح پوششهای نانوکامپوزیتیCr-WCاز حمام حاوی g/litSDS 1، g/lit1 ساخارین، درچرخه های کاریa) 30، b) 50، c) 70، d) 90 درصد (5/2pH=، غلظت ذرات g/lit، 10، فرکانس Hz 10، دانسیته جریان8، دما27 و زمان min 100).	65
شکل 4-14- تاثیر چرخه کاری بر درصد وزنی ذرات کاربیدتنگستن در پوششهای Cr-WC (5/2pH=، غلظت ذراتg/lit 10، g/litSDS 1،g/lit1 ساخارین، فرکانس Hz 10، دانسیته جریان8، دما27 و زمان min 100).	66
شکل 4-15- تصاویر SEM مورفولوژی سطح پوششهای کامپوزیتی Cr-WCاز حمام حاویg/litSDS 1 وg/lit1 ساخارین (a 1، (b 10(c100، (d1000 هرتز (5/2pH=،غلظت ذراتg/lit10، چرخه کاری %50، دانسیته جریان8، دما27 و زمان min 100).	68
شکل 4-16- نمودار تغییرات درصد وزنی کاربیدتنگستن در پوششهای کامپوزیتیCr-WC برحسب فرکانس، در حمام آبکاری با غلظت ذراتg/lit10، g/litSDS1،g/lit1 ساخارین، 5/2pH=، چرخه کاری %50، دانسیته جریان8، دما27 و زمان min 100.	69
شکل 4-17- نمودار ریز سختی پوشش کرم خالص و پوشش کامپوزیتیCr-WC برحسب غلظتهای مختلف WC در حمام آبکاری با دانسیته جریان 8، چرخه کاری %50، فرکانس Hz 10، SDS و ساخارین هر کدامg/lit1.	70
شکل 4-18- نرخ سایش پوشش کرم خالص و پوشش کامپوزیتیCr-WCبر حسب غلظتهای مختلف WC در حمام آبکاری با دانسیته جریان 8، چرخه کاری %50، فرکانس Hz 10، SDS و ساخارین هر کدام g/lit1.	71
شکل 4-19- تصاویر SEM سطوح سایش پوششهای کامپوزیتیCr-WCتولید شده در حمامهای حاوی غلظتهایa) 5، b) 10 و c) 40 گرم بر لیتر ذرات WC در آبکاری با دانسیته جریان 8، چرخه کاری %50، فرکانسHz10SDS , و ساخارین هر کدامg/lit1.	72
شکل 4-20- نمودار ریز سختی پوشش کامپوزیتیCr-WCبر حسب افزایش غلظت SDS در حمام آبکاری با دانسیته جریان 8، غلظت ذراتgr/lit10، چرخه کاری %50، فرکانس Hz 10، SDS وساخارین هر کدامg/lit1.	73
شکل 4-21- نرخ سایش پوششهای کامپوزیتیCr-WCبر حسب غلظت SDS در حمام آبکاری با دانسیته جریان 8، غلظت ذراتg/lit10، چرخه کاری %50، فرکانس Hz 10 و ساخارین g/lit 1.	74
شکل 4-22- ریزسختی پوششهای کامپوزیتیCr-WC بر حسب افزایش غلظت ساخارین در حمام آبکاری با دانسیته جریان 8، غلظت ذرات g/lit 10، چرخه کاری %50، فرکانس Hz 10 و SDSg/lit 1.	75
شکل 4-23- نرخ سایش پوششهای کامپوزیتی Cr-WCبر حسب غلظت ساخارین در حمام آبکاری با دانسیته جریان 8، غلظت ذراتgr/lit10، چرخه کاری %50، فرکانس Hz 10 وSDSg/lit 1.	76
شکل 4-24- تصاویر SEM از سطوح سایش پوششهای کامپوزیتیCr-WCدر حمام با غلظتهایa) 5/0، b)1 وc) 3 گرم بر لیتر ساخارین با دانسیته جریان 8، چرخه کاری %50، فرکانس Hz10 و SDSg/lit1.	78
شکل 4-25- نمودار ریز سختی پوششهای کامپوزیتیCr-WCبر حسب مقادیر مختلف دانسیته جریان در حمام آبکاری با غلظت ذرات g/lit 10، فرکانس Hz 10، چرخه کاری %50، ساخارین و SDS هر کدام g/lit1.	79
شکل 4-26- نرخ سایش پوششهای کامپوزیتیCr-WCبر حسب دانسیته جریان در حمام آبکاری با غلظت ذراتg/lit 10، ساخارین و SDSهر کدامg/lit1، چرخه کاری %50 و فرکانس Hz 10.	80
شکل 4-27- تصاویر SEM از سطوح سایش پوششهای کامپوزیتیCr-WCبرحسبدانسیتهجریانهایa) 6، b) 8 وc) 20 آمپر بر دسیمتر مربع درحمام آبکاریبا غلظت ذراتg/lit 10،ساخارین و SDSهر کدام g/lit1، چرخهکاری%50و فرکانسHz10.	81
شکل 4-28- نمودار ریز سختی پوششهای کامپوزیتیCr-WCدر فرکانسهای مختلف در حمام آبکاری با دانسیته جریان8، چرخه کاری %50، غلظت ذراتg/lit 10، ساخارین وSDS هر کدام g/lit 1.	82
شکل 4-29- نرخ سایش پوششهای کامپوزیتیCr-WC بر حسب فرکانس در حمام آبکاری با دانسیته جریان8، غلظت ذراتg/lit 10، چرخه کاری %50، ساخارین وSDSهر کدامg/lit 1.	82
شکل 4-30- نمودار ریز سختی پوششهای کامپوزیتیCr-WCدر چرخه های کاری مختلف در حمام آبکاری با دانسیته جریان8، غلظت ذرات g/lit 10، چرخه کاری %50، ساخارین و SDSهر کدامg/lit 1.	83
شکل 4-31- نرخ سایش پوششهای کامپوزیتیCr-WC بر حسب چرخه کاری در حمام آبکاری با دانسیته جریان8، غلظت ذراتg/lit 10، فرکانس Hz 10، ساخارین وSDSهرکدامg/lit1.	84