نانوسرامیک‌ها
دی ۱۹, ۱۳۹۴
محصولات نانو
دی ۳۰, ۱۳۹۴
روش‌هاي حالت مايعReviewed by مدیر on Jan 17Rating:

روش‌های حالت مایع
الف- سل ژل
روش سل- ژل برای تولید ذرات ذرات سرامیکی و اکسید فلزی همگن یا خلوص بالا بکار می‌رود. این روش شامل تشکیل یک سوسپانسیون کلوئیدی (سل) است که متعاقباً به ژل‌های ویسکوز یا مواد جامد تبدیل می‌گردد. پراکنده شدن ذرات با اندازه‌های کمتر از ۱۰۰ نانومتر در داخل زمینه پیوسته سیال را اصطلاحاً سل با کلوئید گویند. ابلمن اولین ژل سیلیکا را در سال ۱۸۴۶ تولید کرد و کاسا در سال ۱۸۷۰ ژل‌های آلومینا را تولید کرد. بعدها ژل‌های زیر کونیم، سیلیسیم، بور و دیگر سرامیک‌ها توسط روش سل- ژل تولید گردید. در این روش مواد واکنش دهنده که همان فلزات پیش ساز هستند، ابتدا هیدرولیز می‌شوند. این ترکیب متعاقباً چگال شده و واکنش‌های پلیمریزاسیون رخ می‌دهد.
آلکوکسیدهای فلزی ترکیبات فلز- آلی هستند که دارای لیگاندهای آلی چسبنده به اتم‌های فلزی هستند. این‌ها نتیجه واکنش مستقیم یا غیر مستقیم بین فلز M و الکل ROH هستند. مثال‌هایی از این مواد متوکسیدها (MOCH3) و اتوکسیدها (MOC2H5) هستند. مطابق واکنش ۲-۱ طی هیدرولیز، لیگاندهای هیدروکسو (OH) جایگزین گروه‌های آلکوکسی (OR) می‌شوند.
(۲-۱) M(OR)z + H2O M(OH)(OR)z-1 +ROH
که در اینجا R گروه آلکیل (CnH2n+1) است.
چگالش بعدی باعث حذف آب و الکل برای تولید پیوندهای اکسید فلزی یا هیدروکسید فلزی می‌شود. چگالش وقتی اتفاق می‌افتد که حداقل یک لیگاند هیدروکسو توسط کاتیون فلزی جذب شود. این عمل می‌تواند طی واکنش‌های اولاسیون یا اکسولاسیون انجام گیرد. مطابق واکنش (۲-۲) اولاسیون به واکنشی گفته می‌شود که طی آن هیدروکسو یک پل M-OH-M بین دو کاتیون فلزی برقرار می‌کند؛ در حالیکه اوکسولاسیون شامل تشکیل پل‌های M-O-M بین دو کاتیون فلزی است (واکنش ۲-۳ و ۲-۴).
(۲-۲) Olation : M-OH + M-OH2  M-OH-M +H2O
(۲-۳) Oxolation : M-OH + H-OM  M-O-M + H2O
(۲-۴) M-OH +ROM  M-O-M +ROH
پل‌‌های M-OH-M یا M-O-M بین دو فلز اتمی منجر به شکل‌گیری ترکیبات اکسیدی یا هیدروکسیدی چگال شده می‌شوند. مراحل مختلف عملیات سل-ژل در شکل (۲-۱۰) نشان داده شده است.
حذف ماده حلال و گرم کردن از مراحل مهم در متراکم کردن ژل هستند. چنانچه ماده حلال از ژل در شرایط اتمسفری تبخیر شود، بسته به تنش سطحی ماده حلال، تنش بزرگی در شبکه ژل بوجود می‌آید. این امر منجر به انقباض شدید و ایجاد شکست در ژل طی فرآیند خشک کردن می‌شود. به محصول سخت، شیشه‌ای و متخلخل بدست آمده پس از خشک کردن زروژل گفته می‌شود. در مواردی که مایع درون ژل در بالاتر از درجه حرارت و فشار بحرانی در اتوکلاو حذف شود، تنش داخلی محصول نیز ناچیز می‌گردد. محصول بدست آمده از این طریق را اروژل می‌نامند. اروژل در اصل ماده‌ای آمورف است و خواص منحصر به فردی از جمله سطح آزاد زیاد، تخلخل زیاد، چگالی پایین و هدایت الکتریکی کم را دارا است.

شکل ص ۴۴
بنابراین روش سل-ژل فقط برای تولید اکسیدهای فلزی مفید است. این امر بخاطر وجود پیوندهای فلز-اکسیژن در پیش‌سازهای آلکوکسید است و ژل تولیدی هیدروکسید یا اکسید خواهد بود. این فرآیند نسبت به دیگر روش‌های تولید نانوذرات اکسید فلزی، مزیت‌های ممتازی دارد که عبارتند از تولید پودرهای فوق‌العاده خالص به علت مخلوط شدن همگن مواد خام در مقیاس مولکولی و حجم تولید صنعتی بالای نانوذرات. از عیب‌های این روش، هزینه بالای پیش‌سازهای آلکوکسید و سمی بودن مواد اولیه مورد استفاده است.
پودرهای نانو کریستالی اکسید فلزی گوناگونی مثل SnO2, Ba2Ti2O5, PbTiO3,(Pb,La)(Zr,Sn,Ti)O3 پودرهای نانوکامپوزیتی مثل Ni/SiO2, Fe-Al2O3 و نانوکامپوزیت‌های اکسیدی مثل Fe2O3-SiO2,NiO-SiO2, 3Al2O3-2SiO2، توسط روش سل-ژل تولید می‌شوند. در شکل (۲-۱۱) تصویری از ذرات سیلیکای تولید شده به روش سل-ژل نشان داده شده است.

شکل (۲-۱۱). ذرات سیلیکای تولید شده به روش سل-ژل.
ب- فرآیندهای شیمیای مرطوب
فرآیندهای تولید نانوذرات بر پایه محلول شامل رسوب جامد از یک محلول اشباع، تبدیل و احیاء شیمیایی فاز مایع و تجزیه پیش‌سازهای شیمیایی به کمک امواج ماوراء صوت است. این عملیات بخاطر سادگی، تنوع و تطبیق‌پذیری و قابلیت استفاده‌شان با مواد پیش‌ساز ارزان قیمت مورد توجه هستند.
احیاء نمک یکی از روش‌های مودر تأیید برای تولید ذرات کلوئیدی فلزی است. این فرآیند شامل تجزیه نمک‌های فلزی در محیط‌های آبی یا غیر آبی و احیاء کاتیون‌های فلزی می‌باشد.
اخیراً امواج مافوق صوت برای تحریک واکنش‌های شیمیایی نمک‌های غیر آلی بکار برده می‌شوند. در این راستا نانوذرات فلزی توسط روش رسوب به وسیله امواج مافوق صوت نمک‌های فلزی یا پیش‌سازهای شیمیایی نیز می‌توانند تولید شوند. امواج مافوق صوت قوی می‌توانند باعث تحریک فرآیندهای شیمیایی نوینی گردند. این امواج می‌توانند باعث تولید دماهای بالای ۳۰۰۰ درجه سانتیگراد و فشارهای بالای ۱۰۰۰ اتمسفر گردند. در این روش، با پرتوافکنی مافوق صوت به محلول‌های شیمیایی مورد نظر، حباب‌های بسیار ریزی در مایع تشکیل شده، رشد کرده و در نهایت درون مایع منفجر می‌شوند. انفجار ناگهانی این حباب‌ها درون مایع باعث ایجاد فشارهای موضعی و لحظه‌ای بسیار زیادی در نقاط مختلف مایع می‌شود. طبق رابطه کلازیوس- کلاپیورن، فشارهای درون مایع بطور موضعی حرارت زیادی تولید کرده و باعث انجام واکنش‌های شیمیایی درون مایع می‌شوند. نرخ سرد شدن موضعی مایع بعد از انفجار حباب‌ها بیش از ۱۰۹×۲ درجه سانتیگراد بر ثانیه تخمین زده می‌شود. این فرآیند را عموماً روش Sonochemical می‌نامند. یکی از معایب این روش عدم امکان کنترل دقیق اندازه ذرات بدست آمده است.

error: Content is protected !!