صفحه 1:
صفحه 2:
فصل یک
...26
تعریف نانو کامپوزیت ها....
تقسيع يندى خانو كاميوزيت ها... 5 مدای سرا زر
فصل دو
ساخت نانو كاميوزيت ها....
نانو کامپوزیت های پلیمری.
نانو کامپوزیت با پایه فلز:
19
نانو کامپوزیت های سرامیکی.
صفحه 3:
صفحه 4:
دارند با این تفاوت که در آنها حداقل یکی از سه بعد )طول, عرض يا
نانوکامپوزیتها تعریفی مشابه کامپوزي
ارتفاع ( فیلر در محدوده نانومتری باشد.
علت استفاده از کامپوزیت. ایجاد یا بهبود خواصی است که در حالت عادی در ماده زمینه به تنهایی وجود ندارد. اما
در بسیاری مواقع در آزای ایجاد یا بهبود این خواص معکن است تعدادی دیگر از خواص مطلوب ماده تضعیف شوند.
به عنوان مثال. آستفاده از فیلرهای با ضریب یانگ بالا در کامپوزیتها موجب افزایش سفتی ماده موردنظر میشود. اما
كاميوزيتها اين مزيت را دارند که با افزودن تانوفیلر, مدول یانگ افزایش مییابد ولی وضعیت تنشل تسلیم و حقرمگی
جندان نامطلوب تميشود.
حتى در مواردى در ناثوكاميوزيتها هر دو يارامتر تنش تسليم و جقرمكى نيز بهبود مييابد. اين نوع ويزكى كه بهبود
یک ویژگی مفید. ویژگی مفید دیگری را کاهش ندهد برتری نانوکامپوزیتها بر کامپوزیت هاست.
صفحه 5:
od Gog ۰] ۰
انواع نانوکامپوزیت ها بر اساس ماده زمینه به سه دسته تقسیم میشوند.
polymer matrix nanocomposite jas -نانو کامپوزیت پایه
metal matrix nanocomposite -نانو کامپوزیت پایه فلزی
-نانو کامپوزیت پایه سرامیکی ۱۵0060۳0205116 ۳۵1۲۷ 66۲2۳10
صفحه 6:
ی خواص بی نظیر مکانیکی: شیمیایی و فیزیکی آن است نانوکامپوژیت های پلیمری عموماً
دارای استحکام بالا؛ وزن کم. پایداری حرارتی بالا؛ رسانایی الکتریکی بالا و مقاومت شیمیایی بالایی هستند.
تقویت پلیمرها با استفاده از مواد آلی و معدنی بسیار مرسوم می باشد .بر خلاف تقویت کننده های مرسوم که در مقیاس
میکرون می باشند. در نانوکامپوزیت ها تقویت کننده ها ذراتی در ابعاد نانومتر می باشند .با افزودن درصد کمی از
نانوذرات به یک پلیعر خال » استحکام کششی, استحکام تسلیم و مدول یانگ افزایش چشمگیری می یابد.
فیلرهای مختلفی در نانوکامپوزیت های پلیمری مورد استفاده قرار میگیرند. برای اینکه قیمت تمام شده نانوکامپوزیت
خیلی بالا نرود. سعی میشود از نانو موادی استفاده شود که قیمت پایینی دارند. نانورس و نانوذرات سیلیکا از جمله
فیلرهای پرکاربرد هستند. البته بسته به کاربرد ممکن است از فیلرهای متفاوتی با قیمتهای مختلف استفاده شود.
ee ee ccc ao
کرد. که تعویض کاتیون هاي معدنی موجود در فواصل بین صفحهای با کاتیونهایآلی از جنس آلکیل آمونیوم؛ "
منجر به تشکیل ارگانوکلی (نانورس) میشود.
صفحه 7:
«ِّ «
كاميوزيت هاى يايه فلزى؛ كم وزن و سبك بوده و به علت استحكام و سختى بالا كاربردهاى وسيعى در صنايع
خودرو و هوافضاً ييدا كرده اند .اما اين كاربردها به لحاظ كم بودن قابليت كشش در اين كاميوزيت ها محدود شده
البته هزیته آنها بیشتر و در نتیجه استفاده از آنها محدود تر است.
از سوير آليازها ؛ اليازهاى الومنييم و منيزيم ؛ تیتانیم و مس به عنوان مواد زمینه استفاده می شود.
صفحه 8:
2 “9 9
سراميك ها خواص بسيار خوبى نظير مقاومت حرارتى بالاء يايدارى شيميايي خوب و استحكام مكانيكى مناسبى
دارند. اما به دليل ييوندهاى يونى و كووالانس موجود در سراميك ها جقرمكى شكست آن ها يايين است و تغيير
ل مواد محدود مى باشد .به منظور رفع اين مشكل بأ اضافه كردن و ج
رمگی شکست را بالا برد .اگر این i طش
سرامیک های پیشرفته دارای ویژگی های مطلوبی مانند سختی, استحکام بالاء تحمل دماهاى بالاء
مقاومت در برابر فرسایش و چگالی کم هستند. ولی در برابر پارهای کششی و ضربه ضعیف هستند و پر خلاف فلزات. . ۰
از خود انعطاف پذیری نشان نمیدهند و مستعد شکست تحت بارهای مکانیکی و شو حرارتی هستند.
اگر مقایسهای بین سرامیک ها و دیگر مواد داشته باشیم. باید گفت که سرامیکها تنها گروه از مواد هستند که در دماهای بالا قابل
۰ بالاتری از فلزات و پلیمرها می باشند. همچنین چگالی؛ ضریب
ژه چگالی و انبساط حرارتی کم سرامیک ها اهمیت
زیادی در اغلب کارپردها دارد.
صفحه 9:
صفحه 10:
برای داشتن یک نانوکامپوزیت با کیفیت و دارای
ویژگیهای مطلوب, ضرورتهایی وجود دارد که در هنكام
ساخت نانوکامپوزیتها باید مدنظر قرار گیرد. پخش
شدگی خوب و توزیع مناسب نانوفیلرها در کل زمیذ
پلیمری یکی از نیازهای ضروری است.
صفحه 11:
9 پوز
بهطور كلى يخششدكى و توزيع مناسب ذرات ضرورت دارد؛ ولى مواردى وجود دارد كه نوع خاصى از توزيع
ذرات را ميطلبد. يك مثال از اين كاربردها در شكل 2 نمايش داده شده است. در بسيارى موارد براى
افزودن خاصيت رسانايى به يك زمينه نارساناء نانوفيلرهاى رسانا به آن اضافه ميشود تا نانوكاميوزيتى
رسانا شود
صفحه 12:
۰
روشهای ساخت نانوکامپوزیتها بسته به نوع ماده زمینه, کاربرد و ... متنوع است. ولی دو رهیافت کلی
برای ساخت نانوکامپوزیتها وجود دارد: یکی رهیافت ساخت درجا ( 1۳-5110 ) و دیگری رهیافت ساخ
غیردرجا ( 5۵0 )
در ساخت غیردرجا ابتدا نانوفیلرها ساخته شده و زمینه نیز جداگانه تهیه شده و سپس این دو فاز»
توسط مکانیزمی با یکدیگر مخلوط میشوند. ولی در ساخت درجا یکی از دو فاز زمینه یا تانوذرات در
مجاورت دیگری تشکیل ميشود.
در حالت کلی هر سه پارامتر توزیع. پخششدگی و ارتباط بین نانوفیلر و زمینه. در روش ساخت درجا بهتر
از روش ساخت غیردرجاست. اما مزیت روش غیردرجا در سادگی آن, هزینه کمتر و همچنین قابلیت تولید.
قطعات بزرگ و تولید انبوه است.
صفحه 13:
۰
یکی دیگر از ضرورتهایی که در هنگام سنتز نانوکامپوزیت ها باید
در نظر گرفته شود. بدست آوردن مقدار بهینه نانوقیلر برای
رسیدن به خواص مطلوب است. مقدار زیادتر ممکن است
خواص مطلوب را کاهش دهد.
یکی از دلایل کاهش خواص, احتمال آگلومره شدن ذرات است؛
اما بسته به نوع کاربرد و روش سنتز و نوع فیلر و ... عوامل
دیگری نیز در انتخاب درصد بهینه موثرند.
16
8 12
درصد وزتى تانوسيليكا
تنش نلیم (0/۳9
صفحه 14:
نانوکامپوزیت های پلیمری را میتوان به دو روش
درجا و غیردرجا تهیه کرد. در روش غیر درجا هر
دو فاز پلیمر و نانوفیلر از قبل تهیه شده اند و
فقط این دو فاز با یکدیگر مخلوط میشوند تا
نانوکامپوزیت مورد نظر تشکیل شود.
Alotercaation) 99 $29
صفحه 15:
در روش درجاء در هنگام سنتز نانوکامپوزیت یکی
از دو فاز در مجاورت فاز دیگر تشکیل ميشود.
عمدتا تشکیل زنجیرههای پلیمری در مجاورت
نانوذرات ایجاد میشود ولی اين امکان نیز وجود
دارد که نانوفیلرها در مجاورت زنجیرههای پلیمری
تشکیل شوند.
صفحه 16:
در نانوکامپوزیت های خاک رس فقط امکان
استفاده از روش درجایی وجود دارد که پلیمر در
مجاورت نانوقیلر شکل میگیرد چون خاک رس به
صورت طبیعی تولید میشود.
صفحه 17:
9 وب ی پلیمری
به طور كلى بعد از ساخت نانوكاميوزيتهاى يليمر خاك
رس؛ دو حالت كلى وجود خواهد داشت. شماتيك اين ع انا
حالت در شكل 5 نمايث ت؛ يكى حالتى كه
0 ,ل بدن صفحات ناتو رس (ركانوكلى) تقود 8
كرده (در بين صفحات درج میشوند) ولی صفحا
نانوكاميوزيت از يكديكر جندان جدا نميشوند. اين حالت رأ
حالت درج شدن ( ۱016/0212160) می نامند.
کامل از یکدیگر جدا شوند؛
اين حالت را ورقهای شدن -dioli Go ( Exfoliated)
۱
‘composite nanocomposite nanocomposite
صفحه 18:
9 وب ی پلیمری
همانگونه که شكل 4 كوياى آن است؛ در روش توليد درجاء احتمال تشكيل ساختار
ورقهاى شده ( حالت 0118160“ ) بيشتر از روش توليد غيردرجاست. جون ابتدا
مونومرها که ابعاد کوچکی دارند. وارد فضاى بين لايهاى نانورس شده و سپس !
مونومرها در ادامه به پلیمر تبدیل شده و این نانوصفحات از یکدیگر جدا ميشوند.
در حالی که در روش غیردرجا پلیمرها که ابعاد بزرگ تری دارند نمی
ش غیردرجا پلب بعاد بزرگ ت د نمی توانند به راحتی
هار فقا بين للية ای نوی تشون \
به دلیل اینکه نانوفیلرها (مانند نانورس) اکثرا معدنی هستند. لذا غالبا قطبی
(آبدوست) هستند؛ در حالیکه پلیمرها ذاتا مواد غیرقطبی (آبگریز) هستند. سرغیر قطبی (هیدروفوب)
ay دلیل ناسازگاری اتصال خوب در فصل مشترك بين
پلیمر و نانوفیلر. استفاده از عاملی که بین این دو فاز سازگاری ایجاد کند ضروری
سر قطبی (هیدروفیل)
سورفکتانت هاء همانند شکل 6 یک سر قطبی و یک سر غیرقطبی دارند. سر قطبی
به نانوفیلر و سر غیرقطبی به پلیمر متصل میشود. بنابراین به عنوان
يك يل بين اين دو فاز سازگاری ایجاد میکند.
صفحه 19:
به طور كلى روشهای ساخت نانوکامپوزیت های زمینه فلزی را میتوان به سه دسته
طبقه بندی کرد
روش ريخته گری
روش متالورژی پودر
صفحه 20:
از فاز مذاب است.
تر نشدن ذرات فاز دوم به وسیلهی آلومینیوم مذاب و جدا شدن فاز نانوذره. منجر به
ایجاد ساختاری ناهمگن میگردد.
گاهی نیز انجام واکنش بین نانوذرات و فاز مذاب سبب افت خواص مکانیکی میگردد.
a طور مثال در تولید نانوکامپوزیت ۸۱/5۱0 به روش ریختهگری, واکنش بین ذرات
0 و فاز مذاب. سبب تشکیل فصل مشترک ترد و نامطلوب 304۸ و 8 شده که
منجر به خواص مکانیکی نامطلوب میگردد.
صفحه 21:
روش متالورژی پودر :
در اين روش پودرهای آلیاژی یا خال فلزی با نانوذرات مخلوط میگردند و سپس با پرس کردن ذرات پودر
در داخل قالب و تف جوشی, ذرات پودری به یکدیگر متصل میشوند و با کاهش درصد حفرمها: چگالی
افزایش مییابد.
روش متالورژی پودر در مقایسه با روش ریختهگری دارای مزایای زیر میباشد :
در حالت جامد- جامد. واکنش بین فاز دوم و زمینه به حداقل مقدار ممکن میرسد
امکان کنترل دقیق حجم فاز دوم به این روش ممکن است .
امكان کنترل ضریب انبساط حرارتی و مدول کامپوزیت متناسب با کاربرد آن در اين روش وچود دارد
صفحه 22:
آلیاژسازی مکانیکی:
شاید بتوان گفت در حال حاضر آلیاژسازی مکانیکی مهمترین روش تولید نانوکامپوزیت های زمینه ی فلزی است.
در این روش ذرات نانوپودری دو فاز با یکدیگر آسیاب میشوند و با تغيير شکل» جوش خوردن و شکست ذرات
به صورت مکرر انتقال مواد صورت میپذیرد.
ایی یکسانی داشته باشند و با عملیات خردایش فقط اندازهی ذرات کامش ؛ یاید. فرایند
باشد, فرایند آسیای واکتشی نامیده میشود.
برای ایجاد پودرهای کامپوزیتی میتوان با اضافه كردن مستقیم ذرات فاز تقویت کننده به ذرات زمینه و آسیای هعزمان این ذرات,
زیتی تهیه کرد. با افزایش زمان آسیاب کردن تحت انرژی زیاد. میتوانابعاد فاز تقویت کننده و حتی اندازهی دانه
های زمینه را تا حد نانومتر کاهش داد. قابل ذکر است که آسیای همزمان» توزیع یکنواختی از ذرات نائومتری تقویت کننده در فاز
زمینه را به دست میدهد.
صفحه 23:
4. ed Gog
به موادی که بخش عمده ی تشکیل دهنده آن ها غیرفلزی و غیرآلی باشد. سرامیک گفته می شود
نانوکامپوزیت های سرامیکی شامل ذرات نانو مقیاس سرامیک هستند که به عنوان پرکننده درون گونه های
مختلفی از مواد ماتریسی, مانند پلیمرها و یا سایر سرامیک هاء پخش میشوند .
سرامیکها مواد غیر فلزی معدنی هستند که در پی یک عملیات حرارتی ساخته میشوند .
صفحه 24:
۰ ed # يه
روش ساخت در محل نانو کامپوزیت هاى سراميكى:
پوششهای پاششی حرارتی نانوسرامیکی. یه شکل ( در محل ) ساخته میشوند . فناوری پوشش دمی پاششی
حرارتی از یک پودر تغذیه استفاده میکند . این پودر از تودههای میکرومقیاس ذرات سخت تشکیل شده است .
برای ساخت پوشش میتوان اين پودر را مستقیماً با نانو ذرات ادغام کرد و یا با یک ماده اتصال دهنده نانو مقیاس
که به راحتی ذوب و یکپارچه میگردد.پوشش داد .
در حین پاشش حرارتی؛ مواد نانو ساختار به سرعت ذوب میشوند اما پودر لزوماً ذوب نمیگردد . پس از پا
نانو مواد مذاب به درون فضاهای حفر های بین ذرات پودری میکرو مقیاس گرم شده ( و نرم شده ) نفوذ میکنند و
با يركردن اين فضاهاء يك يوشش جكال؛ محكم و يكبارجه به دست ميايد.
صفحه 25:
نانو کامپوزیت های س‌امیکی
روش دیگر ساخت تودهای نانوکامپوزیتی ۷/۵/۵0
کاربیدهای تنگستن سمانته؛ توده هایی از ذرات کاربید تنگستن هستند که توسط فلز کبالت از طریق سینتر,
فاز مایع به یکدیگر چسبیده اند.
مواد اولیه تنگستن و کربن» در سطح مولکولی و در یک محیط آبی با یکدیگر ترکیب میشوند. تبدیل دما پايین اين
مواد به ایجاد یک میانی محصول حدواسط پیش سرامیکی منجر میشود. با انجام مراحل بعدی فرآیند روی پودر
پیش‌سرامیک مذکور, مواد ۷۷6 بسیار ریز با میانگین اندازه دائه 40 نانومتر تولید ميشوند.
۳0
صفحه 26:
3
صفحه 27:
°°
الیاف نانو, تحولی در صنعت نساجی
امروزه ساخت کامپوزیت‌های تقویت‌شده به وسیلة نانوالیاف پیشرفت
چشمگیری کرده است. لیقچه‌های کربنی جامد و توخالی با چند میکرون طول و
دو تا بیش از صد نانومتر قطر خارچی خلق شده‌اند که مصارفی در مواد
کامپوزیت و روکش دارند.
یکی از دانشجویان کارشناسی ارشد دانشكدة مهندسی نساجی دانشگاه
امیرکبیر. دستگاه تولید نانوالیاف از محلول پلیمری را طراحی کرده و ساخته
است. این دستگاه در فیلتراسیون مایعات. گازها و مولکول‌ها: امور پزشکی
مانند مواد آزادکننده دارو در بدن؛ پوشش زخم. ترمیم پوست؛
نانوكاميوزيتهاء نانوحسگرها؛ لباس‌های محافظ نظامی و غیره کاربرد دارد.
مهمترین تأثیر نانوکامپوزیتها در آینده کاهش وزن محصولات خواهد بود.
ابتدا کامپوزیت‌های سبک‌وزن و بعد تجهیزات الکترونیکی کوچکتر و سبکتر در
ماهواره‌های فضایی.
سازمان فضایی آمریکا (ناسا) در حمایت از فناوری نانو بسیار فعال است.
بزرگترین تأثیر فناوری نانو در فضاپیماهاء هواپیماهای تجاری و حتی فناوری
موشک, کاهش وزن مواد ساختمانی سازه‌های بزرگ درونی و بیرونی؛ جداره
سیستم‌های درونی» اجزای موتور راکت‌ها يا صفحات خورشیدی خواهد بود.
صفحه 28:
۰ ۰
در مصارف نظامی نیز کامپوزیتها موجب ارتقا در نحوه حفاظت از
قطعات الکترونیکی حساس در برابر تشعشع و خصوصیات دیگر
همچون ناپیدایی در رادار میشوند.
کامپوزیت‌های نانوذره سیلیکاتی به بازار خودروها وارد شده‌اند.
در سال 2001 هم جنرال موتورز و هم تویوتا شروع به تولید
محصول با این مواد را اعلام کردند. فایده آنها افزایش استحکام و
کاهش وزن است که مورد آخر صرفه‌جویی در سوخت را به همراه
دارد.
علاوه بر اين؛ نانوکامپوزیتها به محصولاتی همچون بسته‌بندی
غذاها راه یافته‌اند تا سدی بزرگ‌تر در برابر نفوذ گازها باشند
(مثلاً با حفظ نیتروژن درون بسته یا مقابله با اکسیژن بیرونی).
چنین خواص تعویق آتش‌گیری کامپوزیت‌های سیلیکات
نانوذره‌ای, می‌تواند در رختِ خواب. پرده‌ها و غیره کاربردهای
بسیاری پیدا کند.
صفحه 29:
۰ ۰
نانوکامپوزیت‌های دیرسوز ۱
با توجه به اين که امروزه حجم وسیعی از کالاهای مصرفی هر
جامعه‌ای را پلیمرهایی تشکیل می‌دهند که به‌راحتی می‌سوزند یا
گاهی در مقابل شعله فاجعه می‌آفرینند. لزوم تحقیق در خصوص
مواد ديرسوز احساس میشود. بر همین اساس, در کشورهای
صنعتی, تلاش گسترده‌ای برای ساخت موادی با ایمنی بیشتر در
برابر شعله آغاز شده است و در این زمینه نتایج مطلوبی هم به
دست آمده است
از طرف دیگر مدتی است که نانوکامپوزیت‌های پلیمر - خاک رس
به عنوان موادی با خواص مناسب مثل تأخیر در شعله‌وری, توجه
۰ بسیاری از محققان را به خود جلب کرده است. بنابراین به‌نظر
میرسد که نانوکامپوزیت‌های پلیمر - خاک رس می‌توانند
جایگزین مناسبی برای مواد پلیمری معمولی باشند
صفحه 30:
ظهور مواد نانوکامپوزیتها, تحولی اساسی در خواص مکانیکی و حرارتی ایجاد کرده است .
مزایای مواد نانوکامپوزیتی را میتوان به صورت زیر بیان کرد :
پودرهای نانوکامپوزیتی نسبت سطح به حجم بالایی دارند . این نسبت در حالت بیشکل نسبت به حالت بلوری»
بيشتر است و همچنین کسر زیادی از اتمها در سطح ذرات پودرهای نانوکامپوزیتی و یا در مرز دانه های
ریزساختار نانوکامپوزیت ها قرار دارند .
به دليل دو خاصیت آخیر. پودرهای نانوکامپوزیت, قابلیت تفت جوشی (
نانوکامپوزیتها از پودرهای نانوکامپوز
ریزساختاری کاملا یکنواخت به دست مى |2
) بالايى دارند . در ساخت
در مقابل خواص منحصر به فرد مواد نانوكاميوزيت: در ساخت نانوكاميوزيتها مشكلات فرآيندى قابل توجهى وجود دارد كه نقش
تعیین کنندهای دارند
از اساسی ترین این مشکلات میتوان به موارد زیر اشاره کرد:
1 عدم توزیع یکنواخت فاز دوم در فاز زمینه در نانوکامپوزیت هاء خواص مکانیکی نانوکامپوزیت ها را کاهش
میدهد . تجمع ذرات پودر بسیار ریز در نانوکامپوزیت ها موجب افزایش انرژی سطحی آنها شده. کاهش
خواص مکانیکی کاهش خواص مکانیکی نانوکامپوزیت ها را به دنبال دارد
2. همچنین استفاده از مواد شیمیایی گران قیمت برای توزیع یکنواخت فاز دوم در داخل فاز زمینه و
جلوگیری از به هم چسبیدن ذرات پودر نانوکامپوزیتی و ساخت نانوکامپوزیتهایی با ریزساختاری همگن
و خواص مكانيكى بالاء باعث pat اقتصادی شدن و همچنین
صفحه 31: