بررسی نانوساختارهای متخلخل

شیمی
دانلود پایان نامه رشته شیمی بررسی نانوساختارهای متخلخل (بصورت جامع و کامل در قالب 98 صفحه) چکیده: مواد نانومتخلخل (Nanoporous Materials) دارای حفره هایی در ابعاد نانو بوده و بسیار متنوع می باشند. سطح ویژه ی بالا، گزینش پذیری شکل و اندازه (Size and Shape Selectivity) از مهم-ترین ویژگی های این مواد است که سبب کاربردهای فراوان کاتالیزوری، تصفیه و جداسازی شده و نقش آن ها را در نانوفناوری پررنگ تر کرده است. پیشرفت این مواد در آینده وابسته به ساخت مواد نانومتخلخل مهندسی شده و کنترل شده برای کاربردهای موردنظر است. زئولیت ها (Zeolites)، کربن و سیلیکای نانومتخلخل، از مهم ترین ساختارهای نانومتخلخل هستند. رایج ترین روش سنتز این مواد نانومتخلخل،روش های برپایه الگوست (Templated Synthesis). روش های مشخصه یابی، اندازه و شکل حفره ها را مشخص کرده و در بهینه سازی ساختار کمک می کند. استفاده از تخلخل های این مواد برای ساخت نانوکامپوزیت ها بسیار مهم و کاربردی است. مواد نانومتخلخل معدنی بسیار متنوع تر از مواد نانومتخلخل آلی هستند، از این رو در این پایان نامه به بررسی کامل نانوساختارهای متخلخل پرداخته ایم. کلمات کلیدی: آئروژل‌ مواد نانو متخلخل نانوساختارهای متخلخل نانوحفره‌های اکسید آلومینیوم مقدمه مواد نانومتخلخل دارای حفره هایی در ابعاد نانو هستند و حجم زیادی از ساختار آن ها را فضای خالی تشکیل می دهد. نسبت سطح به حجم (سطح ویژه) بسیار بالا، نفوذپذیری یا تراوایی (Permeability) زیاد، گزینش پذیری خوب و مقاومت گرمایی و صوتی از ویژگی های مهم آن ها می باشد. با توجه به ویژگی های ساختاری، این مواد به عنوان تبادل گر یونی (Ion Exchanger)، جداکننده (Separator)، کاتالیزور، حس گر، غشا (Membrane) و مواد عایق استفاده می شوند. فهرست مطالب گفتار 1 :کلیات 1 1- مقدمه 2 تعریف تخلخل 2 شکل 1- ماده ای نانومتخلخل با آرایش شش ضلعی حفره های استوانه ای [2] 3 3- دسته بندی مواد نانومتخلخل 3 دسته بندی بر اساس مواد تشکیل دهنده 4 دسته بندی براساس نظم ساختار 5 4- تقسیم بندی مواد نانومتخلخل آلی 5 5- مواد نانومتخلخل معدنی 5 5-1- مواد میکرومتخلخل 5 جدول 1- مقایسه ی برخی از مواد نانومتخلخل [1] 8 مشخصه یابی و اندازه گیری تخلخل 10 روش های میکروسکوپ الکترونی 10 جدول 2- مروری بر مواد نانومتخلخل آلی [2و1] 13 جدول 3- مروری بر مواد نانومتخلخل معدنی [4-1] 14 گفتار 2 :مواد نانو متخلخل 16 1- مقدمه 16 شکل 1 - انواع فضاهای نانو 17 شکل 2 – عملکرد های متنوع فضا های بسته 19 معرفی موردی برخی ترکیبات متخلخل 20 کربن فعال 20 شکل 3- نمایی از کربن فعال و تصویری از آن توسط میکروسکوپ الکترونی 21 شکل 4– اجزای تشکیل دهنده چهارچوب های فلزی- آلی 22 شکل 5 – دسته های مواد متخلخل 24 گفتار 3 :چهارچوب های فلزی-آلی (Metal Organic Frameworks) 27 1- مقدمه 27 شکل 2- تعدادی از لیگاندهای متداول در چهارچوب های فلزی- آلی بعنوان رابط 31 سه نکته زیر از اصلی ترین ویژگی های این ترکیبات است : 31 شکل 3 - واحد های ساختاری ثانویه معدنی 34 4- روش های شناسایی ساختار و اندازه گیری تخلخل در ساختارهای MOF 36 گفتار 4 :معرفی آئروژل‌ها (Aerogels) 38 1- مقدمه 39 2-2 شیمی یکپارچگی آئروژل ها 39 1- شستن ژل مرطوب با محلول اتانول وآب 40 2-3- شیمی آبگریزی آئروژل ها 40 شکل 1- آبگریز کردن آئروژل [1] 41 خواص مکانیکی آئروژل ها: 41 4- فرایند ساخت سُل-ژل 42 شکل 2- فرایند سُل-ژل: الف: سُل ب: ژل [1] 43 شکل 3- دستگاه اتوکلاو برای خشک کردن آئروژل به روش فوق بحرانی [1] 44 2-2-3- دیگر تکنیک های خشک کردن: 45 4 - انواع آئروژل: 47 1-4- آئروژل های معدنی: 47 2-4- آئروژل های آلی: 47 3-4- آئروژل های کربن: 49 جدول 3 - ویژگی های کربن آئروژل های [1] 49 گفتار 5 :کاربرد آئروژل ها 54 1-2- کاربرد به عنوان عایق: 55 1-1-2- کاربرد آئروژل ها به عنوان عایق های حرارتی: 55 2-1-2- کاربرد آئروژل ها به عنوان عایق های صوتی: 55 2-2- کاربرد نوری آئروژل ها: 55 3-2- کاربرد الکتریکی آئروژل: 56 شکل 1 - دولایه های کربن آئروژل در ابر خازن ها [1] 57 5-2- کاربرد آئروژل در ساختار کاتالیست ها: 58 شکل 2 - روکش دار کردن آنزیم در سیلیکا آئروژل [1] 59 6-2- کاربرد آئروژل در پوشش ها: 59 8-2- تکنیک جدید برای جمع آوری غبارهای کهکشانی 60 گفتار 6 :نانوحفره‌های اکسید آلومینیوم 62 2- ساختار کلی آلومینای آندی متخلخل 62 شکل 1- (الف) ساختار آلومینای آندی متخلخل، (ب) سطح مقطع لایه‌ی آندایز شده [4]. 63 شکل 2- تصویر شماتیک توزیع جریان در شروع و گسترش رشد حفره‌ها در آلومینای آندی [6]. 66 جدول 1- درصد مشارکت آنیونها در لایه‌ی اکسید متخلخل [3 و 9] . 67 شکل 3- نمودار شماتیک توزیع غلظت -SO42 در آلومینای متخلخل تشکیل شده در اسید سولفوریک [13] 68 ادامه نانوحفره‌های اکسید آلومینیوم 71 شکل 1- تشکیل یون‌های -O2 و -OH در مرز اکسید و الکترولیت، به‌وسیله‌ی واکنش آب با آنیون‌های جذب شده‌ی -SO4 2 از منبع [2]. 72 شکل 2- نحوه‌ی مهاجرت یون‌ها و شکل گیری نانوحفره‌ها طی فرآیند آندایز آلومینیوم [7]. 74 شکل 3- نمایش حرکت یون‌ها و حل شدن لایه‌ی اکسید در الکترولیت اسید سولفوریک [9]. 75 شکل 4- نمایش سطح مقطع و سطح بالایی ساختار دوتایی و سه تایی دیواره‌ی سلول آلومینای متخلخل، به ترتیب در اسیدسولفوریک و اسید فسفریک [11]. 76 شکل 5- جاهای خالی در ساختار آلومینای آندی متخلخل [9]. 77 شکل 6- مراحی تشکیل جاهای خالی در ساختار آلومینای آندی متخلخل [9]. 78 4- پارامترهای هندسی مشخصه‌ی نانوحفره‌های آلومینای آندی 78 2- پارامترهای هندسی مشخصه‌ی نانوحفره‌های آلومینای آندی 1 1-2- ضخامت لایه‌ی سدی 1 شکل 1- ضخامت لایه‌ی سدی در ساختار آلومینای آندی، در الکترولیت‌های مختلف [2]. 2 3-2- چگالی حفره 4 4-2- ضخامت لایه‌ اکسیدی 4 شکل 2- نمای شماتیکی از میزان انبساط حجمی اکسید آلومینیوم طی فرآیند آندایز. 6 شکل 4- تصاویر SEM از نانوحفره‌های آلومینای آندایز شده در ولتاژهای مختلف و در الکترولیت اسید اکسالیک 0.3 مولار