نانوسراميك‌ها
ژانویه 9, 2016
محصولات نانو
ژانویه 20, 2016
روش‌هاي حالت مايعReviewed by مدیر on Jan 17Rating:

روش‌هاي حالت مايع
الف- سل ژل
روش سل- ژل براي توليد ذرات ذرات سراميكي و اكسيد فلزي همگن يا خلوص بالا بكار مي‌رود. اين روش شامل تشكيل يك سوسپانسيون كلوئيدي (سل) است كه متعاقباً به ژل‌هاي ويسكوز يا مواد جامد تبديل مي‌گردد. پراكنده شدن ذرات با اندازه‌هاي كمتر از 100 نانومتر در داخل زمينه پيوسته سيال را اصطلاحاً سل با كلوئيد گويند. ابلمن اولين ژل سيليكا را در سال 1846 توليد كرد و كاسا در سال 1870 ژل‌هاي آلومينا را توليد كرد. بعدها ژل‌هاي زير كونيم، سيليسيم، بور و ديگر سراميك‌ها توسط روش سل- ژل توليد گرديد. در اين روش مواد واكنش دهنده كه همان فلزات پيش ساز هستند، ابتدا هيدروليز مي‌شوند. اين تركيب متعاقباً چگال شده و واكنش‌هاي پليمريزاسيون رخ مي‌دهد.
آلكوكسيدهاي فلزي تركيبات فلز- آلي هستند كه داراي ليگاندهاي آلي چسبنده به اتم‌هاي فلزي هستند. اين‌ها نتيجه واكنش مستقيم يا غير مستقيم بين فلز M و الكل ROH هستند. مثال‌هايي از اين مواد متوكسيدها (MOCH3) و اتوكسيدها (MOC2H5) هستند. مطابق واكنش 2-1 طي هيدروليز، ليگاندهاي هيدروكسو (OH) جايگزين گروه‌هاي آلكوكسي (OR) مي‌شوند.
(2-1) M(OR)z + H2O M(OH)(OR)z-1 +ROH
كه در اينجا R گروه آلكيل (CnH2n+1) است.
چگالش بعدي باعث حذف آب و الكل براي توليد پيوندهاي اكسيد فلزي يا هيدروكسيد فلزي مي‌شود. چگالش وقتي اتفاق مي‌افتد كه حداقل يك ليگاند هيدروكسو توسط كاتيون فلزي جذب شود. اين عمل مي‌تواند طي واكنش‌هاي اولاسيون يا اكسولاسيون انجام گيرد. مطابق واكنش (2-2) اولاسيون به واكنشي گفته مي‌شود كه طي آن هيدروكسو يك پل M-OH-M بين دو كاتيون فلزي برقرار مي‌كند؛ در حاليكه اوكسولاسيون شامل تشكيل پل‌هاي M-O-M بين دو كاتيون فلزي است (واكنش 2-3 و 2-4).
(2-2) Olation : M-OH + M-OH2  M-OH-M +H2O
(2-3) Oxolation : M-OH + H-OM  M-O-M + H2O
(2-4) M-OH +ROM  M-O-M +ROH
پل‌‌هاي M-OH-M يا M-O-M بين دو فلز اتمي منجر به شكل‌گيري تركيبات اكسيدي يا هيدروكسيدي چگال شده مي‌شوند. مراحل مختلف عمليات سل-ژل در شكل (2-10) نشان داده شده است.
حذف ماده حلال و گرم كردن از مراحل مهم در متراكم كردن ژل هستند. چنانچه ماده حلال از ژل در شرايط اتمسفري تبخير شود، بسته به تنش سطحي ماده حلال، تنش بزرگي در شبكه ژل بوجود مي‌آيد. اين امر منجر به انقباض شديد و ايجاد شكست در ژل طي فرآيند خشك كردن مي‌شود. به محصول سخت، شيشه‌اي و متخلخل بدست آمده پس از خشك كردن زروژل گفته مي‌شود. در مواردي كه مايع درون ژل در بالاتر از درجه حرارت و فشار بحراني در اتوكلاو حذف شود، تنش داخلي محصول نيز ناچيز مي‌گردد. محصول بدست آمده از اين طريق را اروژل مي‌نامند. اروژل در اصل ماده‌اي آمورف است و خواص منحصر به فردي از جمله سطح آزاد زياد، تخلخل زياد، چگالي پايين و هدايت الكتريكي كم را دارا است.

شكل ص 44
بنابراين روش سل-ژل فقط براي توليد اكسيدهاي فلزي مفيد است. اين امر بخاطر وجود پيوندهاي فلز-اكسيژن در پيش‌سازهاي آلكوكسيد است و ژل توليدي هيدروكسيد يا اكسيد خواهد بود. اين فرآيند نسبت به ديگر روش‌هاي توليد نانوذرات اكسيد فلزي، مزيت‌هاي ممتازي دارد كه عبارتند از توليد پودرهاي فوق‌العاده خالص به علت مخلوط شدن همگن مواد خام در مقياس مولكولي و حجم توليد صنعتي بالاي نانوذرات. از عيب‌هاي اين روش، هزينه بالاي پيش‌سازهاي آلكوكسيد و سمي بودن مواد اوليه مورد استفاده است.
پودرهاي نانو كريستالي اكسيد فلزي گوناگوني مثل SnO2, Ba2Ti2O5, PbTiO3,(Pb,La)(Zr,Sn,Ti)O3 پودرهاي نانوكامپوزيتي مثل Ni/SiO2, Fe-Al2O3 و نانوكامپوزيت‌هاي اكسيدي مثل Fe2O3-SiO2,NiO-SiO2, 3Al2O3-2SiO2، توسط روش سل-ژل توليد مي‌شوند. در شكل (2-11) تصويري از ذرات سيليكاي توليد شده به روش سل-ژل نشان داده شده است.

شكل (2-11). ذرات سيليكاي توليد شده به روش سل-ژل.
ب- فرآيندهاي شيمياي مرطوب
فرآيندهاي توليد نانوذرات بر پايه محلول شامل رسوب جامد از يك محلول اشباع، تبديل و احياء شيميايي فاز مايع و تجزيه پيش‌سازهاي شيميايي به كمك امواج ماوراء صوت است. اين عمليات بخاطر سادگي، تنوع و تطبيق‌پذيري و قابليت استفاده‌شان با مواد پيش‌ساز ارزان قيمت مورد توجه هستند.
احياء نمك يكي از روش‌هاي مودر تأييد براي توليد ذرات كلوئيدي فلزي است. اين فرآيند شامل تجزيه نمك‌هاي فلزي در محيط‌هاي آبي يا غير آبي و احياء كاتيون‌هاي فلزي مي‌باشد.
اخيراً امواج مافوق صوت براي تحريك واكنش‌هاي شيميايي نمك‌هاي غير آلي بكار برده مي‌شوند. در اين راستا نانوذرات فلزي توسط روش رسوب به وسيله امواج مافوق صوت نمك‌هاي فلزي يا پيش‌سازهاي شيميايي نيز مي‌توانند توليد شوند. امواج مافوق صوت قوي مي‌توانند باعث تحريك فرآيندهاي شيميايي نويني گردند. اين امواج مي‌توانند باعث توليد دماهاي بالاي 3000 درجه سانتيگراد و فشارهاي بالاي 1000 اتمسفر گردند. در اين روش، با پرتوافكني مافوق صوت به محلول‌هاي شيميايي مورد نظر، حباب‌هاي بسيار ريزي در مايع تشكيل شده، رشد كرده و در نهايت درون مايع منفجر مي‌شوند. انفجار ناگهاني اين حباب‌ها درون مايع باعث ايجاد فشارهاي موضعي و لحظه‌اي بسيار زيادي در نقاط مختلف مايع مي‌شود. طبق رابطه كلازيوس- كلاپيورن، فشارهاي درون مايع بطور موضعي حرارت زيادي توليد كرده و باعث انجام واكنش‌هاي شيميايي درون مايع مي‌شوند. نرخ سرد شدن موضعي مايع بعد از انفجار حباب‌ها بيش از 109×2 درجه سانتيگراد بر ثانيه تخمين زده مي‌شود. اين فرآيند را عموماً روش Sonochemical مي‌نامند. يكي از معايب اين روش عدم امكان كنترل دقيق اندازه ذرات بدست آمده است.

error: Content is protected !!