4-1- بررسی زمان تشکیل ژل آلومینا50
4-1-1- مقایسه بین هیدرولیز یک مرحلهای و دو مرحلهای50
4-1-2- بررسی تاثیر مقدار اسید50
4-1-3- بررسی تاثیر نسبت مولی آب به پیشماده53
4-1-4- بررسی تاثیر دما55
4-1-5- بررسی تاثیر غلظت اولیه محلول56
4-1-6- مقایسه بین اسید نیتریک و استیک اسید در واکنش هیدرولیز57
4-2- بررسی خشک کردن ژل آلومینا58
5. فصل پنجم: نتیجهگیری 62
5-1- نتیجهگیری63
5-2- پیشنهادات63
6. مراجع 64
7. پیوست 1 68
فهرست جداول
عنوان شماره صفحه
جدول ‎2-1: مقایسه خواص ژل خشک شده به سه روش مختلف26
جدول ‎2-2: مورفولوژی و اندازه ذره زیروژل در pH های مختلف31
جدول ‎3-1: سایر وسایل بکار رفته39
جدول ‎3-2: هیدرولیز یک مرحلهای و دو مرحلهای سنتز ژل آلومینا با غلظت 16 درصد وزنی پیش ماده به حلال44
جدول ‎3-3: مقادیر مختلف اسید در سنتز ژل با غلظت 16 درصد وزنی پیشماده به حلال در محلول اولیه و هیدرولیز یک مرحلهای45
جدول ‎3-4: مقادیر مختلف نسبت مولی آب به پیشماده با غلظت 16 درصد وزنی پیش ماده به حلال در محلول اولیه به روش هیدرولیز یک مرحلهای46
جدول ‎3-5: هیدرولیز یک مرحلهای با غلظت 16 درصد وزنی پیشماده به حلال در محلول اولیه در دو دمای 32 و 60 درجه سانتیگراد47
جدول ‎3-6: هیدرولیز یک مرحله ای پیش ماده در غلظت های مختلف پیشماده به حلال در محلول اولیه47
جدول ‎3-7: بکار بردن استیک و نیتریک اسید در هیدرولیز دو مرحله ای با غلظت 16 در صد وزنی پیشماده به حلال در محلول اولیه48
جدول ‏4-1: نتایج حاصل از هیدرولیز یک و دو مرحله ای پیشماده50
جدول ‏4-2: نتایج حاصل از آزمایش سنتز ژل در مقادیر مختلف اسید51
جدول ‏4-3: نتایج حاصل از آزمایش سنتز ژل در نسبتهای مختلف مولی آب به پیشماده53
جدول ‏4-4: نتایح حاصل از هیدرولیز در دو دمای 32 و 60 درجه سانتیگراد55
جدول ‏4-5: نتایج حاصل از هیدرولیز با غلظتهای مختلف پیشماده56
فهرست شکل ها
عنوان شماره صفحه
شکل ‏1-1: نمای کلی روش سل- ژل2
شکل ‏1-2 : نمای کلی از واکنش هیدرولیز5
شکل ‏1-3 : تصویر مدل سه بعدی مربوط به واکنش تراکم7
شکل ‏1-4 : نمای کلی مراحل مختلف واکنش سل- ژل8
شکل ‏1-5 : نمودار فازی فشار- دما برای رسیدن به شرایط بحرانی11
شکل ‏1-6 : ایروژل تهیه شده از ملامین با فرمالدهید15
شکل ‎2-1: نمایش رفتار ژل آلومینا تحت تاثیرpH31
شکل ‎3-1: همزن مغناطیسی هیتر دار34
شکل ‎3-2: نمای شماتیک دستگاه آزمایشگاهی خشک کن فوق بحرانی35
شکل ‎3-3: نمائی از دستگاه آزمایشگاهی خشک کن فوق بحرانی36
شکل ‎3-4: رآکتور36

در این سایت فقط تکه هایی از این مطلب با شماره بندی انتهای صفحه درج می شود که ممکن است هنگام انتقال از فایل ورد به داخل سایت کلمات به هم بریزد یا شکل ها درج نشود

شما می توانید تکه های دیگری از این مطلب را با جستجو در همین سایت بخوانید

ولی برای دانلود فایل اصلی با فرمت ورد حاوی تمامی قسمت ها با منابع کامل

اینجا کلیک کنید

شکل ‎3-5: حمام پارافین37
شکل ‎3-6: پمپ خلا38
شکل ‎3-7: محلول بعد از اضافه کردن اسید41
شکل ‎3-8: تشکیل میسل41
شکل ‎3-9: سل تشکیل شده از میسل ها42
شکل ‎3-10: تشکیل ژل و رسوب ژلهای یا لخته از سل42
شکل ‎3-11: لایه کاتیونی-آنیونی تشکیل شده اطراف میسل43
شکل ‏4-1: سل آلومینا قبل از اضافه کردن اسید57
شکل ‏4-2: سل آلومینا بعد از افزودن اسید a: نیتریک اسید b: استیک اسید57
شکل ‏4-3: آنالیز SEM ژل آلومینا خشک شده در a) شرایط محیط b) شرایط فوق بحرانی60
شکل ‏4-4: آنالیز SEM ژل آلومینا خشک شده در a) شرایط محیط b) شرایط فوق بحرانی61
شکل ‏پ1-1: سل حاصل از حلال متانول68
شکل ‏پ1-2: سل حاصل از حلال استن69
شکل ‏پ1-3: سل حاصل از حلال اتانول69
فهرست نمودار ها
عنوان شماره صفحه
نمودار ‎2-1: حجم نسبی ژل بر حسب نسبت مولی اسید به هیدروکسید 24
نمودار ‎2-2: تاثیر دمای کلسیناسیون روی مساحت ویژه ایروژل در سه چگالی مختلف 27
نمودار ‏4-1: زمان تشکیل ژل بر حسب حجم اسید در نسبت مولی آب به پیشماده برابر با 2 و دمای 32 درجه سانتیگراد51
نمودار ‏4-2: جرم رسوب تشکیل شده بر حسب حجم اسید در نسبت مولی آب به پیشماده برابر با 2 و دمای 32 درجه سانتیگراد52
نمودار ‏4-3: زمان تشکیل ژل بر حسب نسبت مولی آب به پیشماده در دمای 32 درجه سانتی گراد و 5/0میلیلیتر اسید نیتریک54
نمودار ‏4-4: جرم رسوب تشکیل یافته بر حسب نسبت مولی آب به پیشماده در دمای 32 درجه سانتی گراد و 5/0میلیلیتر اسیدنیتریک54
نمودار ‏4-5: تغییرات دما و فشار راکتور بر حسب زمان خشک کردن ژل آلومینا58
فصل اول
مقدمه
سل- ژل
فرآیند سل- ژل1 یک روش شیمیایی تر2 برای سنتز انواع نانوساختارها به ویژه نانوذرات اکسید فلزی می باشد. در این روش پیش ماده مولکولی (معمو?ً آلکوکسید فلزی) در آب یا آلکل حل شده و با حرارت و همزدن در اثر هیدرولیز/الکلیز به ژل تبدیل میشود. شکل 1-1 نمای کلی از فرآیند سل- ژل را نشان میدهد (Niederberger and Pinna, 2009).
شکل1-1: نمای کلی روش سل- ژل (Niederberger and Pinna, 2009)

تاریخچه فرآیند سل- ژل
برای نخستین بار در سال 1845 ابلمن3 به طور اتفاقی مشاهده کرد که تتراکلرید سیلیکون (SiCl4) که در ظرفی رها شده بود، ابتدا هیدرولیز و سپس به ژل تبدیل شد. حدود یک قرن روش سل- ژل فقط مورد توجه شیمیدانها بود اما در سال 1930 شرکت شات از روش سل- ژل برای پوشش شیشه های صنعتی از لایههای اکسید با استفاده از ترکیبات فلز به عنوان پیش ماده استفاده کرد. در سال 1950 مطالعات گستردهای در زمینه سنتز سرامیکها و ساختارهای شیشه ای با استفاده از این روش آغاز شد. روی و همکارش4 یک روش برای سنتز ترکیبات اکسید سرامیک با استفاده از فرآیند سل- ژل پیشنهاد کردند که محصول نهایی نسبت به روشهای دیگر همگنتر بود.
ژلهای معدنی از نمکهای چند آبه برای مدت زمان زیادی مورد مطالعه قرار گرفت. گراهام نشان داد آب داخل سیلیکا ژل میتواند با حلالهای آلی جایگزین شود که تئوری ساختار متخلخل شبکهی جامد ژل را تائید میکرد. در حالی که تئوریهای دیگر ساختار ژل را به عنوان یک سل لخته شده که ذرات آن با یک لایه آب احاطه شده است یا یک امولسین در نظر میگرفتند. در دههی 1930 ساختار شبکهای و متخلخل ژل به طور گستردهای مورد قبول قرار گرفت که حاصل تلاش زیاد هارد بود. سنتز ایروژل به کمک خشک کردن ژل با استفاده از سیال فوق بحرانی توسط کیسلر5 در سال 1932 نیز مهر تائیدی بر ساختار شبکهای ژل بود. همزمان تولید پودر همگن از ژل و سل برای مطالعه در زمینه تعادل فازی مورد توجه بسیاری قرار گرفت. شایان ذکر است که با این روش، بسیاری از اکسیدهای غیرآلی مانند TiO2، SiO2، ZrO2 سنتز شدند(Brinker and Schere,1990).
مراحل فرآیند سل ژل
برای تولید محصول به روش سل- ژل ?زم است ابتدا مقدمات و شرایط ?زم برای واکنشها فراهم شود.
تهیه محلول همگن6: ?زم است تا در ابتدا یک محلول همگن شامل حلال و پیش مادههایی که قرار است در طول فرآیند، محصول نهایی را شکل دهند آماده گردد. برای این کار ابتدا حلال (آب، الکل، حلالهای آلی یا نسبتی از آنها) و پیش ماده در یک ظرف مخلوط میشوند تا محلول همگن حاصل شود. گاهی ?زم است تا از ترکیب دو حلال با نسبتهای معین استفاده شود تا پیش مادهها به طور کامل در آن حل و محلول همگن حاصل شود. به عنوان مثال برخی از پیش مادههای آلی فلزی ابتدا باید در یک حلال آلی قابل حل در آب حل و سپس محلول حاصل در آب حل شود. اما در مواردی که پیش ماده مورد نظر نمک فلزی باشد به طور مستقیم در آب قابل حل بوده و نیازی به حلال آلی وجود ندارد. پیش مادههای آلکوکسیدی بیشتر مورد استفاده قرار می گیرند اما می تواند به طریق دیگری غیر از مسیر الکوکسیدی نیز روش سل – ژل پیش برود که به آن مسیر کلوئیدی گفته می شود (Niederberger and Pinna, 2009).
تشکیل سل
پس از ساخت یک محلول همگن باید آن را به سل تبدیل کرد. واکنش هیدرولیز7 پایه این مرحله است. اصو? کلمه هیدرولیز از ترکیب دو کلمه هیدرو8و لیز9 تشکیل شده و مفهوم آن تجزیه بوسیله آب است. اصطلاح تجزیه به هر موردی اطلاق میشود که یک حالت پیچیده به حالتی ساده تر تبدیل گردد. در شیمی گاهی آب می تواند مولکولی را شکسته و به مولکولهای سادهتری تبدیل کند. به طور خلاصه به دسته ای از واکنشها که در آن آب مولکولی را شکسته (بر اثر یک واکنش شیمیایی) و به مولکول های سادهتر تبدیل میکند هیدرولیز گفته میشود (Niederberger and Pinna, 2009).
واکنش هیدرولیز چندان پیچیده نیست. همانطور که در شکل 1-2 مشاهده می شود، برای آغاز این فرآیند کمی آب به محیط واکنش افزوده میشود که این در حالتی است که محلول همگن در حلالی فاقد آب تهیه شده باشد. حضور آب باعث خواهد شد تا واکنش هیدرولیز بر روی پیشماده صورت گیرد و به نوعی آن را فعال کرده تا ذرات اکسید فلزی گرد هم آمده و تشکیل ذرات ریز و جامدی بدهند که در حلال پراکنده هستند. به چنین ترکیبی سل، به عنوان یک محصول میانی فرآیند اط?ق میشود.
شکل1-2: نمای کلی از واکنش هیدرولیز (Niederberger and Pinna, 2009)
سل از کلمه انگلیسی سلوشن10 به معنای محلول گرفته شده و لذا محلولی است کلوئیدی از واکنش دهندههای مختلف شامل پیش مادهها، حلال، کاتالیزورهای اسیدی یا بازی و سایر افزودنیهای مورد نیاز که قرار است در ادامه واکنش طی مراحل هیدرولیز و تراکم به ژل تبدیل شود. سلها کمی با محلولهای حقیقی متفاوت هستند. در محلول حقیقی جسم حل شونده به صورت اتم، مولکول و یا یون درحلال به طور یکنواخت پراکنده شده و اندازه ذرات از یک نانومتر تجاوز نمیکند. اما اگر اندازه ذرات بزرگتر از صد نانومتر باشد، به تدریج تهنشین میشوند (مخلوط سوسپانسیونی). اگر اندازه ذرات بین 1 تا حدود 100 نانومتر متغیر باشد، معمولاً به صورت پراکنده درهمه جای مخلوط باقی میماند که به این گونه مخلوطها کلویید میگویند. سلها شامل ذرات بسیار ریز ( 100 نانومتر) پراکنده شده در فاز حلال هستند و در واقع یک محلول یا به اصط?ح درستتر مخلوط کلوییدی را تشکیل میدهند. بنابراین سل عبارتست از مخلوط جامد پراکنده شده در مایع که به علت کوچکی ذرات جامد قادر است برای مدت بسیار طو?نی (ماهها) پایدار بماند و تهنشین نشود. مهمترین نکتهای که راجع به یک سل خوب و قابل قبول باید گفت این است که سل حاصل باید به گونه ای تهیه شود تا بتواند برای ماهها پایدار باشد و رسوب نکند. به عبارت دیگر باید اندازه ذرات آنقدر کوچک باشد که حرکات براونی11 ذرات بر نیروی جاذبه زمین غلبه کرده، تهنشین نشوند و برای مدت طو?نی همگن باقی بمانند. اگر سل حاصل دارای چنین ویژگی باشد میتوان امیدوار بود تا محصولی همگن، خالص و با بازده با? تولید شود(Hench and West, 2009).
تشکیل ژل
برای این کار کافی است، محلول ساخته شده به نوعی تحریک شود، تا ذرات ریز پراکنده شده که هر کدام شامل چند تا چند ده واحد مولکولی یا اتمی از آغارگرهای مربوطه هستند، شروع به نوعی گردهمایی کنند. با ایجاد بر همکنشهای فیزیکی و شیمیایی میان ذرات معلق پراکنده شده در محلول سل، آنها به صورت واحدهایی متشکل از چند ده هزار مولکول کنار هم جمع شده و تشکیل یک مولکول سه بعدی بی نهایت بزرگ میدهند که تمام حجم ظرف واکنش را به خود اختصاص میدهد. این مولکول غول پیکر که دارای خلل و فرج بسیار فراوانی است و تمام حلال را در درون خود به دام میاندازد، ژل نام دارد.
مرحله تبدیل سل به ژل که توسط واکنش هایی موسوم به تراکم12 کنترل میشوند، یک واکنش بسپارش معدنی 13به شمار می رود که محصول نهایی آن شبکه اکسیدی حاوی خوشههای اکسید فلزی M-O-M است.
شکل1-3: تصویر مدل سه بعدی مربوط به واکنش تراکم (Niederberger and Pinna, 2009)
در واکنش تراکم دو مولکول ساده به هم میپیوندند و تشکیل یک مولکول پیچیدهتر را میدهند. در حاشیه این ترکیب شدن یک مولکول کوچک مثل آب آزاد میشود. یک واکنش تراکمی وقتی انجام میشود که دو هیدروکسید یا یک هیدروکسید و یک آلکوکسید فلزی (M-OR+HO-M) با هم ترکیب میشوند تا یک اکسید فلزی (M-O-M) ایجاد کنند. ژل در نهایت به عنوان محلول ساخته میشود. در مرحله بعد باید به روشی حلال از آن جدا شود تا فرآیند تکمیل شود. ژلها انواع مختلفی دارند، که هر کدام خصوصیات و کاربردهای مخصوص به خود را دارند. بسته به نوع حلال مورد استفاده یا نوع روش خشک کردن، اسامی، ویژگیها و کاربردهای آنها متفاوت خواهد بود(Brinker and Schere,1990) .
شکل1-4: نمای کلی مراحل مختلف واکنش سل- ژل (Brinker and Schere,1990)
مزایای روش سل- ژل
د?یل اصلی استفاده از فرآیند سل- ژل، تولید محصولی با خلوص با?، توزیع اندازه ذرات باریک و دست یافتن به نانو ساختاری یکنواخت است. اغلب روش سل- ژل جهت سنتز نانو اکسیدهای فلزی مورد استفاده قرار میگیرد. روش سل- ژل روش ارزانی است و به دلیل دمای پایین واکنش میتواند کنترل مناسبی بر ترکیب شیمیایی محصو?ت داشته باشد. مواد حاصل از روش تهیه سل- ژل میتواند در کاربردهای متفاوت نوری، الکترونیک، انرژی، سطح، سنسورهای زیستی ، دارویی و تکنولوژی جداسازی مثل کروماتوگرافی به کار برده شود. از دیگر د?یل محبوبیت روش سل- ژل به اختصار میتوان موارد زیر را ذکر کرد :1- سنتز در دمای پائین،2- ابزار انجام آن ساده است، 3- تهیه محصو?تی با خلوص با?، 4- راندمان تولید بسیار با?، 5- تولید قطعات اپتیکی با اشکال پیچیده، 6- سنتز ترکیبات یکنواخت به صورت اکسیدهای کامپوزیتی، 7- امکان طراحی ترکیب شیمیایی و به دست آوردن ترکیب همگن، 8- امکان استفاده از محصول به اشکال خاص مثل الیاف ،ایروژل و تهیه پوشش سطوح، 9- امکان استفاده از این فرآیند برای سنتز مواد در حالت بی شکل و به کارگیری آنها جهت ?یههای نازک، 10- تولید مواد دارای خواص فیزیکی اصلاح شده مانند ضریب انبساط حرارتی پایین و جذب اشعه ماورابنفش کم و شفافیت اپتیکی با?، 11- تولید مواد متخلخل که اجازه غنی شدن با ترکیبات آلی و پلیمری را میدهند، 12- واکنش پذیری شیمیایی با?ی پیش مادهها به دلیل انجام فرایند در فاز محلول، 13- کنترل دقیق ساختار مواد با امکان تنظیم متغیرهای مرحله اولیه، تشکیل سل و تشکیل شبکه و 14-سرمایه گذاری اولیه کم و در عین حال کیفیت با?ی محصو?ت فرآیند (Hench and West, 1990).
پیرسازی14:
از ویژگی ژلها این است که میتوانند شکل ظرفی که در آن تولید شدهاند را به خود بگیرند. بسته به استحکام ساختار ژل، میتوان یک تکه مستقل با حفرههای بزرگ به دست آورد. از آنجا که در این وضعیت حلال یکی از اجزء داخلی ژل محسوب میشود (شبکه را پابرجا نگه میدارد)، حفظ ثبات ساختار حفرهها با برداشتن حلال بسیار دشوار است. معمو?ً باید اجازه داد ساختار ژل قبل از خشک کردن، رسیده شود (کمی بماند) تا پیوندهای بین ذرات استوارتر گردد. این مرحله بین چند ساعت تا چند روز طول میکشد. به این فرآیند در اصط?ح پیرسازی گفته میشود. طی فرآیند پیرسازی، ژل به تغییرات خود ادامه میدهد تا پیوندهای جدید شکل گرفته و استحکام اسکلت ژل بیش از پیش گردد .(Pierret and Pajonk, 2002)
خشک کردن:
بعد از فرآیند پیرسازی و تهیه ژل، از راههای مختلف فاز مایع(حلال) را جدا میکنند.
خشک کردن محیطی
اگر ژل در محیط قرار داده شود تا خود به خود خشک شود، در این حالت، ماده حاصله زروژل15 نام میگیرد و حفرههای کمتری دارد و متراکم است. زروژل به ژلی گفته میشود که تمام مایع داخل حفرات ژل خارج شدهاست، به گونه ای که ساختار کمی متراکمتر و فشردهتر شدهاست و چروکیدگی نسبت به وضعیت ژل خیس در آن کاملا مشهود است (Pierret and Pajonk, 2002).
خشک کردن فوق بحرانی
روش دیگر خشک کردن در شرایط فوق بحرانی است که در آن تغییرات شبکه جامد به حداقل می رسد. ماده حاصل دارای شبکه متخلخل است که ایروژل16 نامیده میشود. در این جا خروج حلال به گونه ای بوده که فشردگی17 یا تغییری در ساختار ژل ایجاد نشده است. بر خلاف زروژل، در ایروژل خلل و فرج و ساختار حفظ شده و ژل متراکم نمی شود. در اثر نیروهای مویینگی که از برهمکنش بین حلال و دیوارههای ساختمان ماده در اثر تبخیر حلال ایجاد می شود میزان تخلخل کاهش مییابد. اگر چنین باشد، بعد از خشک شدن ژل، این تغییر قابل بازگشت نیست. یک راه مقابله با این مشکل حذف سطح تماسی بین فاز گاز و مایع است. این موضوع می تواند با برداشتن حلال ها در زمانی که در حالت فوق بحرانی شان هستند، حاصل شود. نقطه فوق بحرانی در نمودار فازی جایی است که گاز و مایع به صورت فازهای جدا از هم وجود ندارند (شکل5). بنابراین حلال بدون نیاز به تغییر فاز حذف میشود. یعنی، نیازی نیست حلال از فاز مایع به گاز تبدیل شده و سپس خارج شود. در شکل 1-5 پیکان ها و اعداد مسیرهای ممکن را برای رسیدن به این نقطه را نشان میدهند.
شکل1-5 : نمودار فازی فشار- دما برای رسیدن به شرایط بحرانی (Pierret and Pajonk, 2002)
در نمودار فازی فشار- دما، Pc وTc به ترتیب به فشار و دمای بحرانی اشاره دارند. پیکان های 1 و 2 مسیر خشک کردن فوق بحرانی را نشان میدهند. در ابتدا، مایع با افزایش دما به سیال فوق بحرانی تبدیل میشود. فشار هم همزمان افزایش مییابد. در ادامه، با ثابت نگه داشتن دما، فشار پایین آورده میشود. بنابراین سیال فوق بحرانی به فاز گازی تبدیل میشود و از محیط خارج میگردد. در ادامه در عین حال که دما با?تر از دمای بحرانی است، فشار کم میشود و به این ترتیب سیال فوق بحرانی مستقیماً به فاز بخار میرود و از داخل اتاقک آزاد میشود. چون فشار ?زم برای این کار برای حلال های معمولی با?تر از 6 مگا پاسکال است، به یک اتوکلاو18 نیاز است. در حالی که الکل به دماهای با?یی برای رسیدن به حالت بحرانی نیاز دارد ( اتانول حدود243 درجه سانتیگراد)، CO2 در دمایی حدود دمای اتاق(حدود31 درجه سانتیگراد) بحرانی میشود. روش خشک کردن فوق بحرانی سرد(شرایط فوق بحرانی کربن دی اکسید) این مزیت را دارد که ژل حاصل شده از این فرآیند تخلخل و سطح با?تری دارد. این در حالی است که در دماهای با?، روش خشک کردن فوق بحرانی داغ، چهارچوب اولیه ژل خیس بهتر حفظ می شود(Pierret and Pajonk, 2002).
سایر روش ها
روش های دیگر که برای خشک کردن می توان استفاده کرد موارد زیر را شامل میشود:
استفاده از افزودنیهای شیمیایی کنترل کننده خشک کردن از قبیل گلیسرول، فرمالدهید، اگزالیک اسید و تترامتیل آمونیوم هیدروکسید.
خشک کردن انجمادی: در این روش مایع درون ژل ابتدا منجمد میشود و سپس بوسیله تصعید خشکانده میشود. موادی که به این ترتیب بدست میآید کریوژل19 نامیده میشوند(Pierret and Pajonk, 2002).
ایروژل
واژه ایروژل از دو کلمه هوا و ژل تشکیل شده است. ایروژلها سبکترین و کم دانسیته ترین جامدهایی هستند که تاکنون شناخته شدهاند. به طور عمده 5/99-50 درصد حجم آنها را هوا تشکیل داده است. ایروژلها سطحی حدود 3000-250 مترمربع در هرگرم دارند، بطوریکه یک اینچ مکعب آنها سطحی حدود یک زمین فوتبال دارد (Blaszcynskia et al., 2013).

تاریخچه ایروژل
ایروژل اولین بار توسط استیون کیستلر در سال 1931 ساخته شد. به دلیل اینکه مایع موجود در ساختار ژل، بدون آسیب رسیدن به ساختار جامد با هوا جایگزین میشود، ایروژل(هوا + ژل) نامگذاری شد. اولین نوع ایروژلها از نوع سیلیکا ایروژلها بودند. با وجود ویژگی های منحصر به فرد ایروژل ها تا قبل از سال 1970مورد توجه نبودند اما از سال 1970 مطالعات گستردهای روی ایروژل انجام شد. در سال 1985 خشک کردن ایروژل با استفاده از کربن دی اکسید فوق بحرانی توسعه یافت. در دهه ی 1990 ایروژل های آلی و آیروژل کربن توجه زیادی را به خود جلب کرد. در قرن 21 دانشمندان، مهندسان و صنایع مختلف تجاری سازی ایروژل را در برنامه خود قرار دادهاند(Aegerter and Leventis, 2011).

خواص ایروژلها
خواص عایق بودن ایروژلها: ایروژل ها بهترین مواد عایق حرارتی شناخته شده هستند. ایروژل ها اگر چه بسیار ترد هستند، می توانند بسیار شفاف ساخته شوند. هدایت پایین ایروژلها از بافت متخلخل آنها سرچشمه می گیرد. سیلیکا ایروژلها در پنجرههای عایق کاربرد دارند که مانع از ورود و خروج گرما میشوند (Rao and Bhagat, 2004).
خواص مکانیکی ایروژلها: یکی از مشخصات بارز ایروژلها، سبکی و شکندگی آنها است. در عین حال این مواد به اندازه کافی محکم هستند که بتوان آنها را با دست حمل کرد. قدرت فشردگی و کششی آنها بسیار پایین است و بزرگی این خواص وابسته به بهم پیوستگی شبکه ایروژل و دانسیته پایین آن است. طی فرایند پیرسازی ژل در محلول الکوکسید قرار میگیرد و شبکه محکم تری مییابد. این فرایند، ژل را در مقابل فشار موئینگی مقاومتر میسازد و خواص مکانیکی آن را بهبود میبخشد (Aegerter and Leventis, 2011).
انواع ایروژل
آیروژلها شامل ایروژلهای معدنی( شامل سیلیکا ایروژل، آلومینا ایروژل و…. )، ایروژلهای آلی، کربن ایروژلها و ایروژلهای هیبریدی هستند.
ایروژل های معدنی
اولین ژلهای معدنی که در شرایط اسیدی سنتز شدند، سیلیکا ژلها بودند که بوسیله ابلمن در سال 1845 تهیه شدند. ژلهای طبیعی با ماهیت آلی در دنیای امروز معمولترند. تقریباً همه فلزات یا اکسیدهای نیمه هادی میتوانند به فرم ژل تبدیل شوند. علاوه بر سیلیکون یا ایروژل سیلیکا، ایروژل معدنی بر پایه تیتانیوم، زیرکونیوم، قلع، آلومینیوم، وانادیم، کروم، آهن، تانتالیم، مولیبدن، و نئوبیوم نیز سنتز میشوند. همچنین ایروژلهای اکسید دوتایی یا سه تایی نیز ساخته شدهاند که یکی از معایب این ترکیبات شکننده بودن آنها است. این شکنندگی به دلیل طبیعت سرامیکی این ترکیبات است.
ایروژلهای آلی
پیش مادههای آلی که میتوانند پلیمرهای آلی با پیوند کوا?نسی قوی (C-C) تولید کنند، سنتز دسته جدیدی ازایروژلهای یکپارچه را ممکن ساخته است. بیشترین موادی که برای تهیه این ایروژلها استفاده میشوند، رزوسینول- فرمالدهید یا ملامین- فرمالدهید هستند. این ایروژلها از تراکم رزورسینول یا ملامین با فرمالدهید در محلول آبی قلیایی که (اغلب سدیم هیدروکسید یا سدیم هیدروژن کربنات به عنوان کاتالیست) تهیه میشوند. واکنش تراکم ملامین با فرمالدهید در شکل 1-6 نشان داده شده است.

دسته بندی : پایان نامه ها

پاسخ دهید