تولید نانو پودر به روش پاشش حرارتی

صفحه 1:
__ Nano -2014 <i 4 54 

صفحه 2:
را را ۳ ل ريع دانشجوی دکترای شیمی کاربردی ومدرس پردیس مرکزی دانشگاه فر ۰ 1393 a eo ‏ا‎ هت 

صفحه 3:
مفاهیم نانوپودر روش پاشش حرارتی کاربرد نانوپودرها 

صفحه 4:
بودرها ذرات ریزی هستند که از خرد کردن قطعات جامد و بورگ» شدن ذرات جامد معلق در محلول‌ها به دست می‌آیند. ‎cpl ply‏ می‌توان مجموعه‌ی از ذرات دانست که اندازه‌ی آنها كمتر از ‎٠٠١‏ نانومتر است. (اگر یک متر را یک میلیارد قسمت کنیم. به یک نانومتر می‌رسیم. طبق تعریف ساختار نانومتری ساختاری است که اندازه‌ی آن کمتر از ۱۰۰ نانومتر باشد.) 

صفحه 5:
پودرها در سه حالت نانوپودر به شمار می| حالت اول: ساختار ذرات تشکیل‌دهنده‌ی پودره در حد نانومتر باشد. یعنی اگر ساختار ذرات لش یک پودر را به صورت یکی از اشکال منظم هندسی در نظر بگیریم» میانگین اندازدى اضلاع أن بين ‎١‏ تا ۱۰۰ ننومترباشد.مهمترین اشکال هندسی, كره و مكعباند. اكر ساختار ذرات تشكيل دهندهى پودر را کره فرض ‎nt od Mahe‏ ۰ نانومتر باشد و چنانچه ساختار آنها مکعب فرض شود میانگین اضلاع مکعب باید در محدوده‌ی ۱ تا ۱۰۰ نانومتر قرار گیرد. برای مثال: بلورهای نمک طعام ساختاری مکمب‌شکل دارند. (شکل شمار‌ی ۱) یادآوری: اگر بیشتر ‎rei‏ تشکیل‌دهندة پودر ایعادی میان ۱ تا ۱۰۰ نائومتر داشته باشند آن پودر. نائوپودر محسوب 

صفحه 6:


صفحه 7:


صفحه 8:
* در دانه‌ی ۱ (شکل ۳ اتم‌ها در رديفهاى موازى و با زاوي > به افق جيده شدهاند. در دان‌ی ۲ (شکل ۴ اتمه با زاویه‌ی ‎٩۰‏ درجه و در د‌ی ۳ (شکل ۵ مها ‎etal;‏ ۱۲۰ درجه نسبت به افق جيده شده‌اند. وقتی این سه دانه در کنار یکدیگر قرار بگیرنده یک ذره تشکیل می‌شود. (شکل ) به فضای خالی بین دانه‌ها «مرز دانه» می‌گویند. مرز دانه محلی است که جهت چیده شلن اتم‌ها عوض می‌شود. دانه‌ها را می‌توان مانند آجرهای یک دیوار فرض کرد. در این صورت مرز بین دانه‌ها ملات بین آجرهاست. اگر قطر این دانه‌ها بین ۱ تا ۱۰۰ نانومتر باشد» ذرات حاصل تشکیل نانوپودر می‌دهند. هر چه قطر دانه‌های یک ذره کمتر باشد (لبته با حجم ثابت)؛ تعداد دانه‌های تشکیل‌دهند‌ی آن بیشتر خواهد بود (واضح است که هر چه آجرهای تشکیل‌دهنده‌ی یک دیوار ۱ متر در ۱ متر کوچکتر باشند» ‎Ss oe eT a Toole‏ رو ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎yee‏ درد لي ات يناس کام محصول دشتر خواند بود. 

صفحه 9:


صفحه 10:
SSeS 

صفحه 11:


صفحه 12:
فرآیند !یکی از پیشرفته ترين سیستم های پاششی است که با استفاده ازموج انفجار در محفظه احتراق داخلی خود قادر است ذرات مواد کاربیدی را با سرعت حدود ۱۲۰۰ تا ۱۵۰۰ متر بر ثائیه بر روی سطوح قطعات مورد نظر اعمال و سطحی کاملاً صاف و مقاوم را ایجاد کن. این فرآیند تتها روش مقاوم سازی بعضی قطعات استراتژیک در صنایع هوافضاء نفت و گازه ثیروگاهی و ... می باشد. در این روش به دليل سرعت زياد ذرات» پوشش با صافی سطح بسیار بالا تولید شده و همچنین امکان استفاده از نانو پودرها و ایجاد پوشش های نانوساختار که خواص قابل توجهی را ایجاد می نمایند وجود دارد. فرایند ۳۱۷6۵۴ یکی از پیشرفته ترین سیستمهای پائشی است که در حال حاضر در کشور در مقیاس خدمات صنعتی منحصر به فرد می باشد 

صفحه 13:
‎ee‏ و ‎ ‎ ‏پاشش حرارتی ‎HVOF‏ ‎ 

صفحه 14:
See eee حرارتی پلاسمایی ۸۸۳5 * در این روش انواع مختلف پودر مواد پیشرفته (سرامیکی» سرمتی, بين فلزى و ...) در درجه حرارت بین ۱۰ تا ۲۰ هزار درجه سانتیگراد ذوب و توسط گاز حامل به طور نواخت بر سطح قطعه پاشیده می-شوند. با این حال سطح قطعه چندان گرم و دچار ای گرمایی نمی شود. به این ترتیب سطحی با پوشش یکنواخت و دارای چسبندگی و کیفیت بسیار عالی ایجاد خواهد شد و مقاومت قطعه را در برابر عوامل فرسودگی محیطی چندین برایر افزایش خواهد داد. از مزایای اين روش محدوده وسیع پوشش- های قابل اعمال و همچنین کیفیت بسیارخوب این پوششها پس از پاشش می باشد. 

صفحه 15:


صفحه 16:
See eee حرارتی شعله ای ‎Flam‏ و قوسی ۸۲ * دو روش فوق از روشهای معمول پاشش حرارتی می باشند که بطور وسیعی در صنایع مختلف جهت بازسازی یا ساخت قطعات. مورد استفاده قرار میگیرند. پوشش های روئین یا آلومینی اعمال شده به این روش ها بر روی سطوح سازه های آهنی جهت مقابله با کوک آدوی با دربایی نظیر اسکله هه سکوهای قتی ار ۱۱ اين قبيل اند. همجنين اعمال پوشش های بابیتی و برنزی جهت تولید یا بازسازی نهای بزرگ و کوچک و یا بازسازی روتورهاء شفت ها و غلطک های مختلف در صنایع فولاده نیروگاهی» نساجی و چاپ از دیگر موارد کاربرد این روش هاست. 

صفحه 17:


صفحه 18:
پا و با در حین این عمل ترلت خرازت دیده کمی ذوب مي شوند و سپس روی سطح تشست داده خواهند شد. پس از آن تغییر شکل. داده و منجمد می شوندو یک پوشش نانومتری روی سطح ایجاد می کنند. از این روش در تولید صنعتی نانوپودرها استفاده می شود تمونه ای از این مواد عبارتند از کرین بلاک, فوم سیلیکا و اکسید. انیوم. ازامما روش می توان به موارد زیر اشاره نمود: © تولید اکسید ها: در اين روش به علت وجود اکسید کننده ها تولید اکسید ها در محدوده واکتش اجتناب ناپذیر است که این خود یکه مجدودیت فشار بالای گاز: در اين روش به علت بالا بودن فشار گازه پودر های تولیدی دارای تجمع بالایی می باشند که این امر در مراحل بعدی اثر نا مطلویی دارد. * _برای حل مشکل دوم می تون از اختزاق با فشار كم استفاده د در نتیجه ازاتجمم ذرات کانتهم گردد. * یک راه رسیدن به ذرات نانومتری با اندزه های کوچکتر و یکنواخت تره کنتول شعله برای رسیدن به شعله؛پیشانی تخت می باشد که در طی آن زهان و دما بر که در آن فشار تا حد فشار در روش ۷/]2/) کاهش يافته كه هر که برابر خواه بوذ 

صفحه 19:
* این روش جز روش های کم هزینه بوده و از آن برای تولید کامپوزیت های چند لایه ای یا لایه های با ضخامت چند نانومتر استفاده می شود. * مکانیزم این روش بدین صورت است که از جت های گازی با سرعت صوت یا نزدیک به آن استفاده می شود . معمولا در این جت ها از گاز هلیوم استفاده می شود. ماده آتمیزه شده به همراه این گاز خارج شده و بر روی یک لايه نشست بيدا مى کند. * برای نشست دادن یکنواخت بر روی یک زیر لایه معمولا از حرکت نوسانی و دورانی جت ها استفاده می شود. 

صفحه 20:
‎oe‏ شود. ‎RE SO‏ إى است كه خاوى اجزاى فلرى بوه وان اه باید به یکدیگر بپیوندند تا نانوذرات را تشکیل دهند. به عنوان مثال نمک های اسید کربوکسیلیک: ‏استات ها و آلكوكسيدها كه تركيبشان با حلال هاى قابل احتراق به غلظت و استوكيومترى مورد 5 رسيده تا بتوان بوسيله ى شعله ور كردن آنها ذرات را استخراج كرد, از جمله موادى هستند كه مورد كاربرد اين فناورى به عنوان يبش ماده مى-باشند. مواد اوليه به صورت محلول به سمت نازل هدايت شده و با برخورد با یک جریان شدید گاز اکسید کننده مانند اکسیژن پخش شده و توسط شعله ی گاز متان شعله ور می شود. ذرات نانوی در قسمت دما بالای شعله تشکیل شده و در همان ناحیه رشد می کند. ‏فرایند رشد از طریق کنترل غلظت ماده اولیه و خواص شعله تحت نظر قرار می گیرد. هر از چندگاهی ارات ا له ‎ee eR‏ ‎ 

صفحه 21:
* یکی از طبقه بندی های نانوذرات محیط تولید آنهاست. بر این اساس می توان انواع روش ها را به دو گروه رسوب دهی در فاز مایع و چگالش در فاز گاز تقسیم کرد. در سنتز فاز مایع مانند فرایند سل-ژل یا هیدرو ترمال نانوذرات در گستره ی باریکی از اختلاف اندازه و دانه بندی به دست می آید. ولی پودرهای نانوبی باقیمانده های ناخالس شیمیایی را در ترکیب خود حفظ می کنند. در مقابل چگالش فاز گازی از این ایراد مبراست اما به خاطر دمای بالای تولید» کلوخه ای شدن ذرات پدیده ای مرسوم بوده و مواد آلی نیز حین تولید به ترکیبات ذغالی کربنی تبدیل می شوند. راه حل های مختلفی برای برطرف سازی این مشکل ارائه شده است. یکی از موفق ترین آنها بکارگیری شعله ی کم فشار یکنواخت است که با دمای ثابت می سوزد. 

صفحه 22:
چسیدگی خواهد شد همچنین می توان از پیش موادی که در مقابل دمای بالا مقاوم تر هستند استفاده کرد. جنس پلیمرهای استفاده شده می تونند راهکرد مناسبی در جلوگیری از سوختن و چسبندگی و باقی ماندن مواد زلاذ فود“ انانبا همه ى.اين وجود بكار گیری این تدابیر نیز کاملا مشکل کشا نخواهد بودء بها وا مثال استفاده از پیش-موادی که فشار بخار بالا داشته باشند انعطاف پذیری عملیات را محدود کرده و گاهی #شکللات زیست محیطی دربر خواهند داشت. از سوبی دیگر جون مواد محتلف منحتی های جکالس مار نيز دارندء تركيب مولكولى بين آنها رخ داده و نانوذرات جند جزئى را تشکیل داده و یا بعد از يجاد اين جند جزئى ها دوباره بينشان جدايش رخ مى دهد. بوجود آمدن سدهاى اين جنينى بر سر راه تولید به روش پاشش شعله آی منحر به ایجاد تغیبرات مختلفی در این فرایند شده است. نمونه ی این تغیبرات ایجاد فرایند رسوب احتراقی بخارات شیمیایی ]262۷ می باشد.این روش که بر اساس آثروسل طراحی شده برای تولید لایه تارك الواضهتط 2 جون فلزات . كيدها بكارديره مى شود كهكيفيت محصول‌پوشت آمده.برابربا ۱ بهتر از محصول توليد شده به روش هاى سنتى بخار شيميايى مى باشد. سود آورى اين روش هم كه ناشى از كاهش هزينه هاى جانبى و سرعت رسوب بالاست» همواره قابل توجه بوده | 

صفحه 23:
* علاوه بر پیشرفت در نحوه ی فرایند به روز شدن قطعات بکار رفته در بدنه ی دستگاه نیز عامل موثری در بهبود این فرایند شده است. بطور مثال شرکت 81۱0۲۳۱156۲ موفق شده دستگاه ریز کننده یا اتمايزر كه قابليت ياشش بسيار قوى» تا إين اندازه كه بتوان هر قطره ى خروجى از نوک ازل را از نظر ول گکرل که به مرحله ساخت رسانده است. تولید رات آتروسلی با کستره ی اختلاف اندازه کم همواره یک دغدعه برای اف فرا ۷ ۱ ۱ بتوان این گستره را کم کرد و در عين حال هاله ای مه آلود از ذرات بسیار ریز با یک لایه پوشش بسیار نازک از پیش ماده بر روی ذرات را تولید کرد. در آن صورت بازده تولید نانوذرات در یک فشار اتمسفری مناسب شعله بالا رفته و به کاربر این امکان را می دهد که از هر نوع پیش ماده ای» بدون كرا 11 زفشار بجارآن استفاده کند,در این حالت با تفلیظ مناسب محلول و #مچنین اش کردن افزودنی های مناسب به آن می توان بازه ی وسیعی پرکاربرد صنعتی را به سرعت و ‎Bees Sahn‏ 

صفحه 24:
See eee * ذرات با خلوص بالا فقط در اتاقک‌های با فشار پاب شوند چرا که فشار پایین موجب افزایش زمان موردنیاز برای واکنش ناخالصی‌ها با نانوذرات می‌گردد. هم تین ‎Je‏ يايبن باعث ایجاد یکنواختی حرارت در طول عملیات می‌شود. پاشش حرارتی در 5 راممولا جكالش شیمیایی بخار احتراقی (/۷ )۹۱۷/۵ ‏برای روش ‎ot‏ 3 خنثی است. » اين روش تبخیر کننده‌های ‎ ‎ ‏۳ 1 تک مهن این پروش برای تون نوات اک فلری خی ‎iS 110) Al,O,, ZrO, ۷۵ ۱‏ ‏می‌رود. 

صفحه 25:
هدید دوه هن شكل ‎-١‏ تصوير ث i ۲ ۱ پاشش شعله ای هت 

صفحه 26:
* به عنوان یک فناوری صنعتی این روش پتانسیل تولید انبوه و صرفه ی اقتصادی را دارد. همچنین می توان با صرف هزینه ی کم و با رعایت استانداردهای محیط زیستی پیش ماده های مصرفی را در حلال های آلی و غیرآلی حل کرده و حتی به عنوان سوخت احتراق نیز از آن استفاده کرد. Peis ye aed 20۷۲۵ ‏دو تصویر شماتیک از دستگاه‎ cos IS) ‏نازل احتراق را نشان می-دهند.‎ 

صفحه 27:
Atomizer | Flow Meter Inline J Flame rm il HPLC Pump با Procusor Selution Powder Collection & Dispersion System 

صفحه 28:
5 a ‏قر‎ oo Solvents ev عست الج ‎oye Nanopartoios‏ 2 شکل ۳- تصویر شماتیک شعله در ‎CCVD‏ ‎a‏ = 

صفحه 29:
* اجزء این دستگاه شامل مخزن گاز مخصوص احترای محل محلول بيش ماده ریزکنتده یا اتمایزر محلول که شامل نازل نیز می شود و سرانجام بخش های جانبی شامل فیلترهاء پمپ ها و جمع آوری کننده ی پودر نانوبی می باشد. دستگاه چهار مرحله را در هر دور عملیات انجام می دهد: ۱ آماده سازی محلول پیش ماده ای مورد نیاز که باید تغذیه شود. ۲ ریزسازی محلول ۳. فرایند شعله ورسازی ریزقطرات جهت تشکیل نانوذرات ۴ جمع آوری ذرات در یک محیط کلوئیدی و پخش کردن آنها در محلول لول پیش ماده ریز شده و و قطرات آن با گاز اکسیدکننده مخلوط می شود و بعد از شعله ور شدن بطور دائم شعله ی احتراقی افشانه ای تشکیل داده و با تجزیه ی پیش ماده نانوذرات را تشکیل می دهد. 

صفحه 30:
جدول زز رم دورو ده ی 1 راک سیر است که نانرذرات آنها توسط این دسنگه(سو فده است. ‎pee‏ ها نیز دستگاه 1۱5010 محصول شرکت 11۳115 و خروجی نازل را نشان می دهند: امک ای 77717777771-1 ۳:77[ اه فا ‎Rb Sr‏ ‎Po | At [Rn]‏ وا نها ‎ ‎ ‎ ‎[acme [ee | v [Repu wnlomt ee] ces [emf ‎ ‎ 

صفحه 31:


صفحه 32:
* نازل دستگاه های این فناوری آثیرگذاری در نحوه ی سنتز نانوذرات دارد. به عنوان مثال نازل های دوفازی ساخته شده است که مخلوط درهم پخش شده ی اکسیژن و پیش ماده را در جهتی مشخص و گاز متان مخلوط با اکسیژن را به صورت غلاف يا لايه در همان جهت و برروی گاز اولیه می پاشد. علاوه بر فشار نازل اولیه » جریان گازهای احتراقی نیز به پخش و قطره ای شدن پیش ماده کمک می کنند. 

صفحه 33:


صفحه 34:
مخلوط اکسیژن و سوخت در مشعل. شعله را ایجاد می‌کند. پیش‌سازهای شیمیایی در منعطقه گرم شعله تبخیر می‌شوند و تجزیه حرارتی در منطقه گرم شعله مطابق رخ می‌دهد. © هماتطور که گفته شد فمل و انفعالات بین شعله و قطرات منجر به شکل‌گیری نانوذرات می‌شود. ذرات با خلوص بالا فقط در اتاقكهاى با فشارپایین تولید می‌شوند چرا که فشارپایین موجب افزایش زمان موردنیز برای واکنش ناخالصی‌ها با نانوذرات می‌گردد. هم‌چنین فشار پایین باعث ایجاد یکنواختی حرارت در طول عملیات می‌شود. پاش حرارتی در فشار .بايين را معمولاً جكالش شيميايى بخار احتراقى* (21/0)) می‌نامند. ۲۷۲ یک روش جایکزین پرای روش چکالش گاز ختنی است. در اين روش تبخیر کننده‌های سیستم 16362 توسط منایع دیگر مثل مشعل‌های احتراقی یا کوره‌های دیواره داغ يا يلاسماى ميكروويو جايكزين شدداند. اين روش براى توليد نانوذرات اكسيد فلزی خالص متنوعى نظير ,1102" ‎۸٩۱203, 2۳02, ۷205, 203-2‏ به كار ‎ou‏ اطیسی آهن و کبالت را می‌توان توسط روش ۷6۰) و به ترتیب با پیرولیز کربونیل آهن ۴6)6۵(5 و کربونیل کبالت 202)):60(8) تولید نمود. بررسی تصاویر /۲۴1 تهیه شده از اين ذ می‌دهد که تولید ذراتی با ابعاد حدود ۱۰ نانومتر توسط این روش عملی است. همجنين انوذرات 

صفحه 35:
۱ پوشش‌دهی یکی از مهمترین کاربرد نانوپودرها «پوشش‌دهی» است. وقتی مقداری پودر روی یک سطح ريخته می‌شود. می‌تواند تمام سطح را بپوشاند. مثلا اگر سطح زمین پودر گج بپاشیم. تمام سطح پوشیده می‌شود و یک سطح یکدست سفید به وجود می‌آید. اما در این حالت هنوز فضاهای خیلی ریزی بین پودرها وجود دارده یعنی پوشش یکپارچه نیست. اکنون مقداری آب به گچ اضافه می‌کنیم و صبر مي‌کنيم تا آب توسط حرارت خشک شود. می‌بينيم که ذرات پودر به هم چسبیه‌اند و یک پوشش بر رمی سح به وجود آمیه امت اسان بوقش‌دهی توسط انویودرها تز فا همین ال ‎ee‏ عمدياواض 2 يه مطحم ياشد رد بويا رى عامل إضافد اله عملا كازهاى اكسيزن يا آركون كه همان نقش آب را در مثال كج بازى مىكنند ‏ و حرارت» اين ذرات را به هم مىجسبانند تا يك بوشش يكبارجه بر روى سطح ايجاد شود. يوشش روى داشبورد ماششين دقيقاً به این روش تولید می‌شود. 

صفحه 36:
۶ ۲. ساخت قطعات همان‌طور که دیدیم. ذرات پودر میل زیادی دارند که مانند بُراده‌های آهنربا به هم بچسبند. از طرفى اين ميل با اعمال فشار به پودر و درجه‌ی حرارت به‌شدت افزایش می‌یابد. و بنابراین» با اعمال فشار و افزایش درجه‌ی حرارت می‌توان پودرها را آن‌قدر به هم فشرد تا به هم بچسبند و یک قطعه را تولید کنند. این روش عمدتا برای تولید قطعات با شکل‌های پیچیده به کار می‌رود. (اين پدیده به طور طبیعی در نمک طعام انفای می‌افتد آگر مقلازی نمک طعام در,داخل یک نمکنان باق بماند بمد از مدنی) ذرات نمک به هم می‌چسبند و نمکدان دیگر نمك نمىياشد. بنابراين: بايد به نمكدان چند ضریه وارد کنیم تا ذرات از همدیگر جدا شوند.) 

صفحه 37:
۶ ۳. استفاده در کرم‌ها همان طور كه مىدانيم؛ نانويودرها ذراتى با قطر يك تا ۱۰۰ نانومتر هستند. وقتی از اين در ساخت کم استفاده می‌شود جون ا مر نور خورشید را که طول موج‌های بزرگتر از صد نانومتر دارند از خود عبور نمی‌دهند. این در حالی است که اشعه‌های نور مرئی را که موجب دیده شدن قطعات‌اند از خود عبور می‌دهند. بنابراین» به صورت شفاف دیده می‌شوند. در این حالت ما کرمی داریم که شفاف است و اشعه‌های مَضر را از خود عبور نمی‌دهد. 

صفحه 38:
* >. شناسایی آلودگی ها ذراتی که نانوپودرها را تشکیل می‌دهند با استفاده از خواص سطحی خود. وقتی به یک محلول حاوی آلودگی (مثل باکتری, سلول سرطان زا ...) اضافه می‌شوند. روی آلودگی‌ها می‌چسبند و در اثر واکنش با آنها تغییر رنگ می‌دهند و باعث شناسایی آنها می‌شوند. البته هر ذره کوچکتر از آن است که تغییر رنگ حاصل از آن دیده شود اما تغییر رنگ مجموعه‌ی این ذرات. آلودگی‌ها را قابل تشخیص و شناسایی می‌کند. در فیلمی که در اشلاید بعدی نشان داده شده به عنوان مثالی از کاربرد ننوپودرها آورده شده است» دز انوس ار یلیکون د تخل ‎Le ee‏ تشلارنگ وی دهند وف را قابل تشخیص می‌نماینط محلول, قطرات روغن را شناسایی می‌کنند و با نفوذ مقداری از مایع به 

صفحه 39: