پایان نامه ارشد: سنتز نانو ساختارهای آلومینیوم فسفات و کلسیم فسفات به روش سولوترمال |
1-11- کلسیم فسفاتها ………………………………………………………13
1-11-1- مونو کلسیم فسفات (MCP)…………………………………….. 14
1-11-2- دی کلسیم فسفات (DCP)………………………………………. 15
1-11-3- اکتا کلسیم فسفات (OCP)……………………………………… 16
1-11-4- تری کلسیم فسفات (TCP)………………………………………. 17
1-11-5- کلسیم فسفات آمورف (ACP)……………………………………. 18
1-11-6- هیدروکسی آپاتیت (HAp)………………………………………… 19
1-11-6-1- ساختار هیدروكسی آپاتیت…………………………………… 20
1-11-6-2- رفتار حرارتی هیدروكسی آپاتیت……………………………… 23
1-11-6-3- موارد مصرف و کاربرد……………………………………………. 24
1-11-7- تترا کلسیم فسفات (TTCP) ………………………………………24
1-11-8- کلسیم پیرو فسفات (CPP)………………………………………. 25
1-12- تاریخچهی کلسیم فسفاتها………………………………………… 27
1-13- مولکولارسیو (غربال مولکولی)……………………………………… 33
1-14- آلومینیوم فسفات (APO)……………………………………………. 34
1-15- تاریخچهی آلومینوم فسفاتها………………………………………. 38
2- بخش تجربی…………………………………………………………….. 42
2-1- دستگاهها و مواد شیمیایی…………………………………………. 43
2-1-1- دستگاههای مورد استفاده………………………………………… 43
2-1-2- مواد شیمیایی مورد استفاده…………………………………….. 44
2-2- روش کار آزمایشگاهی………………………………………………… 45
2-2-1- تهیه نانوساختارهای آلومینیوم فسفات و کلسیم فسفات سنتز شده از فسفر تری کلرید…45
2-2-2- تهیه نانوساختارهای کلسیم فسفات و آلومینیوم فسفات سنتز شده از آلکیل فسفاتها…49
2-2-2-1- تهیه نانوساختارهای کلسیم فسفات…………………………. 49
2-2-2-2-تهیه نانوساختارهای آلومینیوم فسفات………………………… 54
3- بحث و نتیجه گیری………………………………………………………. 58
3-1- شناسایی نانوساختارهای آلومینیوم فسفات و کلسیم فسفات سنتز شده از فسفر تری کلرید…59
3-1-1- شناسایی نانوساختارهای آلومینیوم فسفات………………… 59
3-1-2- شناسایی نانوساختارهای کلسیم فسفات…………………… 64
3-2- شناسایی نانوساختارهای کلسیم فسفات سنتز شده از آلکیل و آریل فسفاتها….68
3-2-1- شناسایی نانوساختارهای کلسیم فسفات سنتز شده از تری متیل فسفات…..68
3-2-2- شناسایی نانوساختارهای کلسیم فسفات سنتز شده از تری بوتیل فسفات…..76
3-2-3- شناسایی نانوساختارهای کلسیم فسفات سنتز شده از تریس(2‐اتیلهگزیل)فسفات….77
3-2-4- شناسایی نانوساختارهای کلسیم فسفات سنتز شده از تری فنیل فسفات….79
3-3- شناسایی نانوساختارهای آلومینیوم فسفات سنتز شده از آلکیل و آریل فسفاتها…80
3-3-1- شناسایی نانوساختارهای آلومینیوم فسفات سنتز شده از تری متیل فسفات…80
3-3-2- شناسایی نانوساختارهای آلومینیوم فسفات سنتز شده از تری بوتیل فسفات…84
3-3-3- شناسایی نانوساختارهای آلومینیوم فسفات سنتز شده از تریس(2‐اتیلهگزیل)فسفات…86
3-4- نتیجه گیری……………………………………………………….. 88
مراجع…………………………………………………………………….. 89
چکیده:
در این پژوهش نانوساختارهای آلومینیوم فسفات و کلسیم فسفات به روش سولوترمال و با استفاده از فسفر تری کلرید و یا آلکیل و آریل فسفات های، تری متیل فسفات، تری بوتیل فسفات، تریس(2‐اتیلهگزیل)فسفات و تری فنیل فسفات سنتز شدند. محصولات به دست آمده توسط دستگاههای FT-IR، پراکندگی اشعهی X (XRD)، میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) و پراکندگی الکترون (EDX) شناسایی شدند. نتایج نشان دهنده سنتز ساختارهایی با اندازهی نانو و اشکال متنوع بود که ممکن است کاربردهای متفاوتی را دارا باشند.
1- مقدمه
1-1- نانوفناوری
نانو فناوری دانش و فنی است که اخیراً توجه زیادی را به خود معطوف کرده است. این فناوری که یک رویکرد جدید در تمامی رشتههاست، توانایی تولید مواد، ابزار و سیستمهای نوین را با دستکاری در سطوح اتمی و مولکولی دارد. امروزه حوزهی کاربردی این فناوری به تمامی علوم کشیده شده و محبوبیت بینرشتهای یافته است؛ به طوری که گسترهی کاربردی این فناوری در علوم پزشکی، فناوری زیستی، مواد، فیزیک، مکانیک، برق، الکترونیک و شیمی به حدی است که میتوان از آن به عنوان یکی از انقلابهای بزرگ علمی دنیا نام برد. این فناوری، روشی نو برای حل مشکلات و پاسخگویی به بسیاری از سوالات مطرح در علوم مختلف ارائه میکند که تا کنون، بشر موفق به رفع و یا پاسخ دادن به آنها نشده است.
رفتارهای جدیدی که در مقیاس نانو مشاهده میگردند، لزوماً براساس رفتارهای مشاهده شده در ابعاد بزرگتر قابل پیشبینی نیستند. تغییرات مهم رفتاری که عمدتاً ناشی از اثرات کوانتومی کاهش ابعاد هستند، به علت نزدیکی و قابل مقایسه بودن اندازهی ذرات یا ریزساختارها، با مقیاس طولی میانگین پدیدههای فیزیکی و شیمیایی، رخ میدهد. خصوصیات موجیشکل الکترونها (مکانیک کوانتومی) در درون مواد و اتمها، توسط تغییرات مواد در مقیاس نانومتری تحتتأثیر قرار میگیرد. با ایجاد ساختارهای نانومتری، کنترل خصوصیات اساسی مواد، مانند دمای ذوب، رفتار مغناطیسی، ظرفیت شارژ و حتی رنگ آنها بدون تغییر ترکیب شیمیایی مواد، ممکن خواهد بود[1].
2-1- تاریخچه نانوفناوری
استفاده از نانوفناوری توسط انسان، برخلاف تصور عمومی، دارای سابقهی تاریخی طولانی میباشد. در این رابطه شواهدی مبنی بر نانوساختاری بودن رنگ آبی به کار برده شده توسط قوم مایا، وجود دارد. پس از آن رومیها از این مواد در ساخت جامهایی با رنگهای زنده استفاده کردند، به این صورت که آنها از ذرات طلا برای رنگ آمیزی این جامها بهره میگرفتند. نمونهای از این جامها که برای اولین بار کشف شد، جام لیکورگوس[1] میباشد؛ که متعلق به قرن چهارم قبل از میلاد بوده و دارای ذرات نانومتری طلا و نقره است که در هنگام قرار گرفتن در نورهای مختلف رنگهای گوناگونی را از خود نشان میدهد. بعدها در قرون وسطی از این روش برای ساخت شیشه کلیساها استفاده میکردند.
تحقیقات اولیه بر روی نانوذرات به سال ۱۸۳۱ برمیگردد، وقتی که مایکل فارادی[2] روی کلوئید قرمزرنگ طلا کار میکرد و اعلام کرد که رنگ کلوئید مزبور، به اندزه ذرات فلزی بستگی دارد. شاید بتوان بزرگترین تحول در تاریخ نانوفناوری را سخنرانی فیزیکدان بزرگ، ریچارد فاینمن[3]، درکنفرانس انجمن فیزیک آمریکا در سال ۱۹۵۹ دانست. در این کنفرانس، وی با ارائه مقالهای به نام “در آن پایین فضاهای خالی زیادی وجود دارد”[4]؛ درباره دستکاری مواد در ابعاد اتمی صحبت نمود. این مقاله امروزه به عنوان سرلوحهی انجمن نانوفناوری درآمده است. کمی بعد از آن در سال ۱۹۷۴ ناریو تانیگوچی[5]، یک محقق در دانشگاه توکیوی ژاپن، هنگام کار تحقیقاتی بر روی مواد در ابعاد نانومتری، از عبارت نانوفناوری استفاده کرد. امروزه مهندسی نانو به سرعت در حال گسترش است و امکان ادارهی قابلیتهای مکانیکی کاتالیزوری، الکتریکی، مغناطیسی، نوری و الکترونیکی را فراهم میکند[2].
3-1- اهمیت نانو تکنولوژی
شاید این ﺳﺆال در ذهن پدید آید که چه چیزی در مقیاس نانومتری وجود دارد که یک تکنولوژی بر پایه آن بنا نهادهشدهاست. آنچه باعث ظهور نانوتکنولوژی شده، نسبت سطح به حجم بالای نانومواد است. این موضوع یکی از مهمترین خصوصیات مواد تولید شده در مقیاس نانو میباشد. در مقیاس نانو، اشیاء شروع به تغییر رفتار میکنند و رفتار سطوح بر رفتار تودهای ماده غلبه میکند. در این مقیاس برخی روابط فیزیکی که برای مواد معمولی کاربرد دارند، نقض میشوند؛ برای مثال، یک سیم یا اجزای یک
مدار در مقیاس نانو لزوماً از قانون اهم پیروی نمیکنند. قانون اهم، به جریان، ولتاژ و مقاومت بستگی دارد، اما در مقیاس نانو وقتی عرض سیم فقط به اندازه یک یا چند اتم باشد، الکترونها لزوماً باید در صف و به ترتیب و یک به یک از سیم رد شوند، بنابراین ممکن است قانون اهم در این مقیاس تا حدودی نقض شود. در حقیقت در این مقیاس، قوانین فیزیک کوانتوم وارد صحنه میشوند و امکان کنترل خواص ذاتی ماده بدون تغییر در ترکیب شیمیایی ماده وجود خواهد داشت[3].
4-1- نانومواد
نانومواد دروازهی ورود به دنیای نانو، و اولین گام برای رسیدن به اهداف بعدی نانوتكنولوژی میباشند و بدون توسعهی مواد جدید نانومتری، ورود به عرصهی نانوتكنولوژی غیرممكن خواهد بود. طبق یك تعریف، نانومواد، موادی هستند كه حداقل یكی از ابعاد آنها كوچكتر از ١٠٠ نانومتر باشد.. در حالت کلی بنابر دلایل زیر خواص نانومواد به ابعادشان وابسته اند:
– نسبت سطح به حجم بالا
– تغییر در ساختار كریستالی
– كاهش نقصهای شبكه[4].
5-1- تقسیم بندی نانومواد
نانومواد را میتوان برحسب ابعاد آنها به صورت زیر تقسیمبندی نمود:
الف- نانومواد صفربعدی[1](0D)
نانوموادی هستند كه هر سه بعد آنها كمتر از ١٠٠ نانومتر میباشد، و شامل نانوپودرها[2] و نانوذرات[3] میشوند. اگر نانومواد صفربعدی، نیمههادی باشند، به آنها نقطه كوانتومی[4] میگویند.
ب- نانومواد یك بعدی(1D)
نانوموادی هستند كه دو بعد آنها زیر ١٠٠ نانومتر بوده و در بعد دیگر بیش از 100 نانومتر میباشند. برخی از نانومواد یكبعدی عبارتند از: نانولوله ها[5]، نانوسیمها[6]، نانومیلهها[7]، نانوتسمهها[8]، نانونوارها[9]، نانوكابلها[10] و نانوفنرها[11].
ج- نانومواد دوبعدی(2D)
نانوموادی هستند كه فقط یك بعد آنها زیر ١٠٠ نانومتر بوده و دو بعد دیگرشان بیش از ١٠٠ نانومتر میباشد. مانند نانولایهها[12] و نانوحلقهها[13]
د- نانومواد سه بعدی(3D)
نانوساختارهایی هستند كه اجزاء آنها نانومواد صفر، یك، و یا دوبعدی میباشند. مثل؛ نانوكامپوزیتها، مواد نانوكریستالی و قطعاتی كه نانوذرات در آنها پراكنده شده اند[5].
6-1- نانومواد و انواع روشهای تولید آن
باید خاطرنشان کرد که روشهای ساخت مواد نانو بسیار گسترده میباشد، اما به طور كلی فرآیندهای مختلفی كه برای تولید مواد نانو ارائه شده اند دو رویكرد عمده را تعقیب میكنند که رویكرد از بالا به پایین و رویكرد از پایین به بالا میباشد و سایر روشها به صورت زیرمجموعه هایی از دو رویکرد ذکر شده درنظرگرفته میشوند.
1-6-1- روش بالا به پایین
در رویکرد بالا به پایین برای تولید محصول، یک ماده تودهای را شکلدهی[1] و اصلاح میکنند، به عبارت دیگر، اگر اندازهی یک مادهی تودهای به طور متناوب کاهش داده شود تا به یک ماده با ابعاد نانومتری برسد، از رویکرد بالا به پایین استفادهشدهاست. این کار اغلب، ولی نه همیشه، شامل حذف بعضی از مواد به شکل ضایعات است، مانند ماشینکاری یک بخش فلزی از یک موتور. در ادامه نمونههای مختلف روش بالا به پایین معرفی میگردد[6,1]:
الف- لیتوگرافی
الف-1- لیتوگرافی مستقیم (بدون ماسک)
الف-2- لیتوگرافی پروب پیمایشی
الف-3- لیتوگرافی نرم
الف-4- لیتوگرافی غیر مستقیم (مبتنی بر ماسک)
ب- فرآوری مکانیکی
ب-1- تغییر شکلدهی پلاستیکی شدید[2]
ب-2- اختلاط شدید
ب-3- فشردهسازی پودر
ب-4- آسیابهای پرانرژی
فرم در حال بارگذاری ...
[سه شنبه 1399-10-09] [ 03:30:00 ق.ظ ]
|