دانشگاه مازندران
دانشکده علوم پایه

پایان­ نامه دوره کارشناسی ارشد در رشته فیزیک حالت جامد

موضوع:

سنتز نانوکامپوزیت سیلیکا آئروژل/نانو ذرات فریت کبالت و بررسی ویژگی­های مغناطیسی آن

استاد راهنما:

دکتر فقید علی ­اصغر حسینی
دکتر علی بهاری

استاد مشاور:

دکتر حسین میلانی مقدم

بهمن ماه 1393

برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده پایان نامه درج نمی شود

(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است)

تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :

(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)

چکیده

آئروژل‌ها مواد متخلخلی هستند که حفره‌های نانو‌متری آن‌ها در مقیاس مزو یا میکرو می‌باشد. چگالی پایین، تخلخل و سطح در معرض داخلی بالا از دیگر ویژگی‌های این مواد می‌باشد.

در این پژوهش نانو کامپوزیت سیلیکا آئروژل/ نانوذرات فریت کبالت به روش سل-ژل آماده­سازی و تحت فرایند فوق بحرانی خشک شد. بدین منظور نیترات آهن( ) 9 آبه و نیترات کبالت( ) 6 آبه در حلال‌هایی چون متانول و آب دیونیزه حل شده و به پیش­ماده سیلیکا اضافه و قرار دادن این محلول بر روی همزن مغناطیسی به شکل گیری سل یکنواختی منجر ‌شد. پس از گذشت زمان معین و انجام عمل هیدرولیز، ژل بدست آمده در دستگاه خشک کن فوق بحرانی قرار داده­شد و در نهایت گاز جایگزین مایع موجود در نمونه­ها گردید و آئروژل نهایی حاصل شد.

به منظور بررسی نمونه­های تولید شده از نقطه نظر ساختاری، مورفولوژی و خواص مغناطیسی به تحلیل داده‌های حاصل از آنالیزهای SEM، TEM، XRD ،FT-IR ،BET و VSM پرداخته شد. همانگونه که انتظار می‌رفت این نانو کامپوزیت ضمن حفظ ویژگی­های سیلیکا- آئروژل از جمله تخلخل بالا و چگالی پایین رفتار فرومغناطیس نانوذرات را نیز داشت.

واژه­های کلیدی:

آئروژل، نانو ذرات فریت، نانوکامپوزیت، سل-ژل، مغناطیس­سنج نمونه­ی ارتعاشی

فهرست مطالب              صفحه

فصل اول – مفاهیم اولیه

مقدمه 2

1-1 شاخه‌های فناوری نانو 2

1-2 روش‌های ساخت نانوساختارها 3

1-3 کاربردهای نانوساختارها 4

1-4 مواد نانومتخلخل 5

1-5 کامپوزیت‌ها 10

1-5-1 کامپوزیت یا مواد چندسازه 10

1-5-2 ویژگی‌های مواد کامپوزیتی 11

1-5-3 مواد زمینه کامپوزیت 11

1-5-4 تقویت‌کننده‌ها 12

1-5-5 نانوکامپوزیت 12

1-6 خلاصه 13

فصل دوم – آئروژلها و مروری بر خواص مغناطیسی

2-1 تاریخچه 15

2-2 شیمی سطح آئروژل 16

2-3 تئوری فیزیکی 19

2-4 خاصیت مغناطیسی مواد 19

2-4-1 منشأ خاصیت مغناطیسی مواد 19

2-4-2 فازهای مغناطیسی 20

2-4-2-1 مواد دیامغناطیس 20

2-4-2-2 مواد پارامغناطیس 21

2-4-2-3 مواد فرومغناطیس 21

2-4-2-4 مواد پادفرومغناطیس 22

2-4-2-5 مواد فریمغناطیس 23

2-4-5 حلقه پسماند 24

2-5 فریت 27

2-6 خلاصه 27

فصل سوم – ساخت آئروژل و کاربردهای آن

مقدمه 29

3-1 سنتز آئروژل با فرآیند سل-ژل 29

3-2 شکل‌گیری ژل خیس 32

3-3 خشک کردن آلکوژل 33

3-3-1 فرآیند‌های خشک‌کردن در شرایط محیط 34

3-3-2 خشک­کردن انجمادی 35

3-3-3 خشک کردن فوق بحرانی 35

3-3-4 مقایسه روش‌ها 38

3-4 مروری بر کارهای انجام شده 39

3-5 برخی از کاربردهای آئروژل 43

3-5-1 آئروژل‌ها به عنوان کامپوزیت 43

3-5-2 آئروژل‌ها به عنوان جاذب 44

3-5-3 آئروژل‌ها به عنوان حسگر 44

3-5-4 آئروژل به عنوان مواد با ثابت دی الکتریک پایین 45

3-5-5 آئروژل به عنوان کاتالیزور 45

3-5-6 آئروژل به عنوان ذخیره سازی 45

3-5-7 آئروژل‌ها به عنوان قالب 46

3-5-8 آئروژل به عنوان عایق گرما 46

3-5-9 آئروژل‌ها در کاربرد فضایی 47

3-6 خلاصه 47

فصل چهارم – سنتز و بررسی ویژگی‌های نانوکامپوزیت سیلیکا آئروژل/نانوذرات فریت کبالت

مقدمه 49

4-1 مواد مورد استفاده در پژوهش 50

4-2 روش تجربی و جزئیات 51

4-3 تجزیه و تحلیل 54

4-3-1 بررسی مورفولوژی سطح 54

4-3-2 مطالعه نانو ساختاری نانوکامپوزیت ₂/ SiO₄O₂CoFe به کمک روش XRD 56

4-3-3 بررسی خواص شیمیایی نانوکامپوزیت ₂/ SiO₄O₂CoFe به کمک روش FT-IR 63

4-3-5 تصویربرداری TEM 66

4-3-6 بررسی آنالیز BET 67

4-3-7 بررسی رفتار مغناطیسی با دستگاه VSM 72

4-4 خلاصه 77

نتیجه‌گیری 78

پیشنهادات 81

مراجع 82

فهرست تصاویر

عنوان                                                                                                         صفحه

فصل اول – مفاهیم اولیه

1-1. انواع سیلیکا براساس اندازه حفره: الف) ماکرو متخلخل، ب) مزو متخلخل، ج) میکرو متخلخل 7

1-2. نوع تخلخل‌ها بر اساس شکل و موقعیت 7

1-3. نمایشی از انواع مختلف تقویت کننده‌ها در کامپوزیت 12

فصل دوم – آئروژل­ها و مروری بر خواص مغناطیسی

2-1. 1برهمکنش آب و ساختار آئروژل، الف) آئروژل آب­گریز، ب) آئروژل آب‌دوست 18

2-2. فازهای مغناطیسی، الف) پارامغناطیس، ب) فرومغناطیس، ج) پادفرومغناطیس، د) فری مغناطیس 23

2-3. حلقه پسماند ماده فرو مغناطیس 25

2-4. حلقه پسماند در مواد فرومغناطیس نرم و سخت 26

فصل سوم – ساخت آئروژل و کاربردهای آن

3-1. طرح‌واره‌ای از روش‌های مختلف برای شیمی سنتز نانوکامپوزیت 31

3-2. اصلاح شیمی سطح ژل 34

3-3. چرخه فشار-دما در حین فرآیند خشک کردن فوق بحرانی 36

3-4. شماتیکی از دستگاه خشک کن فوق بحرانی اتوکلاو 36

فصل چهارم – سنتز و بررسی ویژگی‌های نانوکامپوزیت سیلیکا آئروژل/نانوذرات فریت کبالت

4-1. فازهای مجزا نمونه روی همزن 52

4-2. نمونه‌های در قالب ریخته شده 52

4-3. نمونه الکوژل 53

4-4. نمونه آئروژل 54

4-5. تصاویر FE-SEM نمونه‌ها الف) 10%، ب) 15%، ج) 20%. 55

4-6. نمودار توزیع اندازه ذرات الف) 10%، ب) 15% و ج) 20% 56

4-7 . پراش XRD نمونه‌های الف) 10%، ب) 15%و ج) 20% پیش از عملیات حرارتی 58

4-8. پراش XRD نمونه‌های الف) 10%، ب) 15%و ج) 20% در دمای  600 درجه­ی سانتی­گراد 59

4-9. پراش XRD نمونه‌های الف) 10%، ب) 15%و ج) 20% در دمای  800 درجه­ی سانتی­گراد 60

4-10. آنالیز نمونه‌های الف)10%، ب) 15%و ج) 20% حرارت داده شده در دمای 600 درجه‌ی سانتی ‌گراد 61

4-11. آنالیز نمونه‌های الف)10%، ب) 15%و ج) 20% حرارت داده شده در دمای 800 درجه‌ی سانتی ‌گراد 62

4-12. طیف‌های جذبی FT-IR الف) 10%، ب) 15% و ج) 20%. 65

4-13. تصویر TEM یکی از نمونه‌ها 67

4-14. نمودارهای لانگمیر الف) 10%، ب) 15% و ج) 20% 69

4-15. نمودارهای BET الف) 10%، ب) 15% و ج) 20% 71

4-16. جذب و واجذب الف) 10%، ب) 15% و ج) 20%. 72

4-17. حلقه پسماند نمونه‌ها قبل از عملیات حرارتی الف) 10%، ب) 15%، ج) 20%. 74

4-18. حلقه پسماند نمونه‌ها بعد از عملیات حرارتی الف) 10%، ب) 15%، ج) 20%. 75

فهرست جداول

عنوان                                                                                                           صفحه

فصل سوم – ساخت آئروژل و کاربردهای آن

3-1. کاربردهای مختلف آئروژل‌ها……………………….. 48

فصل چهارم – سنتز و بررسی ویژگی‌های نانوکامپوزیت سیلیکا آئروژل/نانوذرات فریت کبالت

4-1. میزان گرم و لیتر مواد مورد نیاز 51

4-2. نتایج حاصل از XRD 63

لیست علایم و اختصارات

برونر، امت، تلر(Brunauer, Emmett, Teller)                                                                    BET

پراش پرتو ایکس (X-Ray Diffraction)                                                                           XRD

مغناطیس­سنج نمونه­ی ارتعاشی (Vibrating Sample Magnetometer)                                       VSM

میکروسکوپ الکترونی گسیل میدانی (Field Emission Scanning Electron Microscopy)     FE-SEM

میکروسکوپ الکترونی عبوری (Transmission Electron Microscopy)                                    TEM

آنگسترم (Angestrom)                                                                                                    Å

اورستد (Oersted)                                                                                                                  Oe

نانومتر (Nanometer)                                                                                                             nm

واحد مغناطیسی (Electromagnetic Units)                                                                                                  emu

برای دانلود متن کامل پایان نامه اینجا کلیک کنید.