نانو کامپوزیت‌های فلزی با تقویت نانو لوله کربنی

کد محصول MV8

تعداد صفحات: 140 صفحه فایلWORD

قیمت: 40000 تومان

چکیده:

کربن نانوتیوب ها ترکیبات نانو ساختاری کربن می باشند که دارای نسبت ابعادی زیاد، مدول یانگ بسیار بالا، استحکام مکانیکی و هدایت حرارتی و الکتریکی فوق العاده ای هستند. با درآمیختن تعداد کمی از کربن نانوتیوب ها با فلزات یا سرامیک هامنجر به تشکیل نانوکامپوزیت هایی با عملکرد بهتر با خصوصیت های فیزیکی و مکانیکی افزایش یافته می شود. ملاحظات و توجهات خاصی برای ارتقا و گسترش و ساخت و تولید کردن نانولوله های کربن استحکام یافته ی کامپوزیتی در دهه ی اخیر انجام گرفته است. این تحقیق به صورت عمده بر روی جدیدترین و پیشرفته ترین روش های ساخت، تشریح و توصیف ریز ساختار نانولوله ها، خواص مکانیکی و فیزیکی آن ها و کاربرد کامپوزیت های استحکام یافته بوسیله ی آن ها متمرکز شده است و روش های متنوع و مختلف ساخت و ترکیب، پاشش و پراکندگی کربن نانو تیوب ها در زمینه های کامپوزیتی، ساختار شناسی و رفتار سطوح مشترک بصورت کاملاً دقیق مورد بحث قرار گرفته است. ساخت و تولید کردن اینگونه نانوکامپوزیت ها برای کاربردهای تجاری همچنان در مراحل ابتدایی و آغازین خود به سر می برند. تجاری سازی موفقیت آمیز اینگونه نانوکامپوزیت ها برای کاربردهای صنعت و آزمایشگاهی نیازمند به فهم بهتر جنبه ها و اصول اساسی این مواد می باشد. با درک و فهم بهتر از رابطه ی بین تولید- ساختار- خاصیت، کامپوزیت های تقویت شده توسط نانو لوله های کربنی با خواص مکانیکی و فیزیکی مناسب و پیش بینی شده ای می توان طراحی وساخت که به خوبی با بافت های زنده سازگاری خواهد داشت.

کلمات کلیدی:

کربن نانو تیوب-کربن نانو تیوب تک دیواره-کربن نانو تیوب چند دیواره -کامپوزیت های سرامیکی

فهرست مطالب

فهرست مطالب   ج

فهرست شکل‌ها  خ

فهرست جدول‌ها ….ر

چکیده  1

فصل اول           2

1-1 مقدمه         2

1- 2‌ انواع نانولوله‌های کربن        3

1-3 سنتز نانولوله کربن   7

1-3-1 تخلیه قوس الکتریکی       7

1-3-2 سایش لیزری       9

1-3-3 رسوب از بخار شیمیایی    12

1-3-3-1 رسوب از بخار شیمیایی  حرارتی           15

1-3-3-2 رسوب از بخار شیمیایی  بهبود یافته با پلاسما      17

1-3-3-3 رسوب از بخار شیمیایی  با کمک لیزر   18

1-3-3-4 رشد نانو لوله از فاز گازي         18

1-3-3-5 بیش از حد کردن کربن منواکسید          20

1-3-4 فرآیندهای نوین   22

1-4  خالص سازی نانولوله‌های کربن        24

1-4-1 فرآیندهای خالص سازی  24

1-4-2 مشخصه‌یابی ساختاری نانولوله کربنی         26

1-5 خواص مکانیکی نانولوله‌های کربن    31

1-5-1 مدلسازی تئوری   31

1-5-2 اندازه‌گیری مستقیم           33

1-6 خواص فیزیکی نانولوله‌های کربنی     37

1-6-1 هدایت حرارتی    37

1-6-2 رفتار الکتریکی    39

1-7 چالش‌های پتانسیل و جریان  40

فصل دوم           42

2-1 مقدمه‌ای بر نانو کامپوزیت‌های فلزی- نانو لوله‌های کربنی         42

2-2 اهمیت ترکیبات نانویی شبکه فلزی    45

2-3 تهیه نانوترکیب فلز- نانولوله‌ کربنی    46

2-4 نانو ترکیبات پایه آلومینیم     48

2-4-1 تشکیل به وسیله پاشش     48

2-4-2 فرآیند متالورژی پودر       53

2-5 نانو ترکیبات پایه منیزیم       61

2-5-1 روش متالورژی مایع         61

2-5-1-1 ریخته گری ترکیبی     61

2-5-1-2 رسوب گداخته از هم پاشیده     62

2-5-2 فرآیند متالورژی پودر       62

2-5-3 فرایند لرزش اصطکاکی    64

2-6 نانوترکیبات تیتانیم   65

2-7 نانوترکیبات مس     65

2-7-1 تراوش مایع         67

2-7-2 آلیاژ سازی مکانیکی        67

2-7-3 مخلوط کردن مولکولی در سطح    69

2-7-4 رسوبگذاری الکتریکی      73

2-7-5 روش هاي جدید برای تولید نانو کامپوزیت با نانو لوله کربنی            75

2-8 نانو ترکیبات نانو لوله کربنی- فلز انتقالی        75

2-8-1 نانوترکیبات Ni   75

2-8-2 نانوترکیبات Co  78

2-8-3 نانوترکیبات مبتنی بر Fe   82

فصل سوم          84

3-1 مقدمه         84

3-1-1 واکنش گرمایی میکرو کامپوزیتهای زمینه- فلزی     86

3-2 واکنش‌های گرمایی میکرو کامپوزیت‌های  فلزی –نانولوله‌ کربنی          88

3-2-1 ریز ترکیب‌های بر پایه آلومینیم     88

3-2-2 نانو تركيبات قلع  90

3-3 رفتار الکتریکی نانوترکیبات فلز- نانولوله‌ کربنی          92

فصل چهارم       95

4-1مقدمه‌ای بر تقویت کنندگی    95

4-2رفتار تغییر شکل کششی         100

4-2-1آلومینیم مبتنی بر ترکیابت نانویی    100

4-2-2 ترکیبات نانویی منیزیم     104

4-2-3 ترکیبات نانویی مبتنی بر مس        106

4-2-4ترکیبات نانویی بر اساس نیکل       111

4-3 مقایسه با  فلزات تقویت شده با ذرات نانو        112

4-4 سایش        114

فصل پنجم         125

نتیجه‌گیری         125

منابع و مأخذ       127

فهرست شکل‌ها

شکل 1-1 نمودار آلوتروپی كربن 4

شكل 1-2 تصوير ميكروسكوپی الکترونی عبوری از یک نانو فیبر کربن دو لایه         4

شکل1-3 نمودار شماتیک نشاندهنده بردار و زاویه چیرال    5

شکل1-4 نمودار شماتیک سیستم پلاسما با الکترود چرخان 8

شکل 1-5 دستگاه تخلیه قوس      9

شکل 6-1تصویر الکترون عبوری از یک ساختار شبیه تار عنکبوت   10

شکل7-1تصویرمیکروسکوپ الکترونی عبوری درجا از نانو سیم درحال رشد            12

شکل 8-1 شماتیک مکانیزم جامد-مایع-گاز         13

شکل1-9 تصویر TEM  نانو لوله های کربنی تولیدی با استفاده ار کاتالیزور  16

شکل 1-10  مورفولوژی سطح نانو لوله های کربنی حاصل از ترکیب  C2H2           17

شکل 1-11شماتیک سیستم طراحی شده برای تولید نانو لوله های کربنی هم راستا     20

شکل 1-12 الگوی تفرق اشعه ایکس        29

شکل 1-13نمودار شماتیک از جذب تابش نمونه نانولوله‌ کربنی تک‌دیواره حاصل از قوس     29

شکل1-14  نانولوله‌‌های کربنی چند دیواره تحت تغییر شکل با کرنش زیاد   35

شکل 1-15 تغییر شکل کششی نانو لوله کربنی تک دیواره  37

شکل2-1 نمودار طرح کلی) افشاندن پلاسما          49

شکل 2-2 تصویر برش عرضی میکروسکوپ الکترونی روبشی پوشش‌های نانوترکیب MWNT/AL   50

شکل 2-3 سینیتک مرطوب کننده واکنشی در نانولوله‌‌های کربنی چند دیواره            51

شکل 2-4 وجود لایه کاربید سیلیکون بر روی سطح نانولوله‌ کربنی  52

شکل 2-5 ترکیب پودر و فرآیند نورد قوطی          54

شکل 2-6 تصویر میکروسکوپ الکترونی روبشی   55

شکل 2-7 شکل شکست میکروسکوپ الکترونی روبشی نوار 1wt%Al/      56

شکل 2-8 ریزشکل میکروسکوپ الکترونی روبشی که ترکیب ذره و تغییر اندازه آلیاژسازی مکانیکی  59

شکل 2-9 نانولوله‌های کربنی توزیع شده در سطح ذرات آلومینیم    59

شکل 2-10 نانولوله‌های کربنی جداگانه وارد شده به ذرات آلومینیم 60

شکل 2-11ریزشکل زمینه روش میکروسکوپ الکترونی عبوری از آلیاژ سازی مکانیکی          61

شکل 2-12 تصویر شماتیک فرایند رسوب گداخته ازهم پاشیده       63

شکل2-13 تصویر میکروسکوپ الکترونی روبشی  64

شکل 2-14 ریزشکل‌های میکروسکوپ الکترونی روبشی از انواع نانوترکیب  66

شکل 2-15 تصویر میکروسکوپ الکترونی روبشی از پودر ترکیب Cu/نانولوله‌‌های کربنی چند دیواره  68

شکل 2-16 میکرو گراف نوری نانو ترکیبCu زینتر شده بروش جرقه‌ی پلاسما        68

شکل 2-17 شماتیک سیستم کلوخه‌سازی با جرقه پلاسما    69

شکل 2-18 ریخت پودر ترکیبی / CuO نانولوله‌‌های کربنی            71

شکل 2-19 الف)ظاهر نانوترکیبات مس کلوخه سازی شده بروش پلاسمای جرقه ای 72

شکل 2-20 نمودار شماتیک اتم‌های اکسیژن         72

شکل 2-21 میکرو گراف  TEM شامل:مس زمینه   74

شکل 2-22 شکل‌های میکروسکوپ الکترونی روبشی انتشار میدانی  77

شکل 2-23 تصویر میکروسکوپ الکترون عبوری نانو ترکیب پایه نیکل        79

شکل  2-24 تصویر زمینه تاریک میکروسکوپ الکترونی عبوری زمینه تاریک           79

شکل 2-25 میکروگراف میکروسکوپ الکترونی عبوری‌والگوی‌تفرق اشعه ایکس      80

شکل 2-26 میکروگراف میکروسکوپ الکترونی عبوری نانو ترکیبات حاصل از جرقه‌ی پلاسما          81

شکل 2-27 نمایش شماتیک شکل گیری ناتو پودر            82

شکل 2-28 میکروگراف   SEMشکل گیری  درجا نانولوله‌ی کربنی            83

شکل 3-1 منحنی خطی انبساط حرارتی بر حسب دما برای سه نمونه مختلف  88

شکل 3-2 وابستگی CTE  به دما در نمونه‌های مختلف         89

شکل 3-3 مقایسه بین مقدار تئوری تخمینی CTE و مقدار بدست آمده تجربی 89

شکل 3-4 هدایت حرارتی دو نمونه آلیاژ Al          90

شکل 3-5 منحنی‌های اسکن تفاضلی گرماسنجی    92

شکل 3-6 وابستگی مقاومت الکتریکی به دما برای کامپوریتهای آلومینیوم      93

شکل 3-7 مقاومت الکتریکی آلیاژ Al 2024  و نانوکامپوزیت آ لومینیوم      94

شکل 4-1 منحنی جابجایی بار از یک ازمایش توگذاری نانویی        99

شکل 4-2 تراکم مربوطه و ریز سختی ویکرز         102

شکل 4-3  استحکام کششی، مدول یانگ و استحکام کششی           102

شکل 4-4 ریز نمودارهای میکروسکوپ الکترونی روبشی    103

شکل 4-5  منحنی‌های کشش، فشار واقعی آلومینیم 103

شکل 4-7  منحنی‌های فشار – کششِ ترکیبات نانویی         106

شکل 4-8 تحلیل بافت ترکیبات نانویی     107

شکل 4-9 (الف) منحنی های فشار – کششی مس خالص     108

شکل 4-10 (الف) منحنی‌های کشش – فشار واقعی متراکم مس خالص         109

شکل 4-11 قدرت تسلیم آزمایشی و تئوریکی ترکیبات نانونی         110

شکل4-12 مشخصات  کششی ترکیبات    113

شکل 4-13 ریز نمودارهای میکروسکوپ الکترونی عبوری  113

شکل 4-14سختی برینل(HB) در مقابل محتوای حجم نانو لوله         117

شکل 4-15 میزان فرسودگی در مقابل محتوای حجم نانو لوله           118

شکل4-16ضریب اصطکاک در مقابل محتوای نانو لوله       118

شکل 4-17 میزان فرسايش در مقابل محتوای نانو لوله          119

شکل4-18تغییرات (الف) سختی ویکرز و (ب) میزان فرسودگی ترکیبات نانویی        120

شکل 4-19 ضریب اصطکاک در مقابل بار بکار برده شده  121

شکل 4-20 حجم فرسودگی در مقابل باربکار برده شده      122

شکل 4-21 محتوای لوله نانوی کربنی       122

شکل 4-22 ضریب اصطکاک و میزان فرسودگی به عنوان تابع محتوای نانو لوله         123

فهرست جدول‌ها

عنوان       شماره صفحه

جدول 1-1فرایندهای نوین برای تولید نانو لوله های کربنی 23

جدول 1-2 مقایسه بین روش‌های رسوب شیمیایی و فیزیکی 26

جدول 1-3 فرایند‌های ابدائی برای خالص سازی نانو لوله‌های کربنی 28

جدول 1-4 دماهای DTG را برای اجزای مختلف کربنی      30

جدول 1-5  پروتکل  ناسا برای توصیف خلوص     31

جدول 1-6  مدول یانگ و استحکام کششی نانو لوله‌های کربنی       35

جدول 1-7  هدایت حرارتی نانو لوله های کربنی در دمای اتاق        39

جدول 2-1 مواد تقویت متداول برای نامپوزیت‌های زمینه فلزی          43

جدول 2-2 خواص فیبرهای مبتنی بر پلی اکلریلونیتریل        44

جدول 2-3 خواص استحکامی ذرات Alو کامپوزیتهایش     46

جدول 2- 4 تغییرات اندازه و درصد حجمی تخلخل‌ها و ذرات سیلیکون اولیه در پاشش حرارتی          52

جدول 3-1 فهرست ویژگی‌های شاخص فیزیکی ترکیبات آلومینیمی- سیلیکونی  تقویت شده 84

جدول 3-2 حدایت حرارتی نانو کامپوزیت های مختلف پایه آلومینیوم          85

جدول 3-3 مقادیر  CTE برای آلیاژ قلع با درصدهای مختلف تقوبت کننده    91

جدول 4-1 مقایسه ی داده‌های اطلاعاتی تئوریکی و آزمایشی برای ترکیبات نانویی    101

جدول 4-2مشخصات تراکم و مانیکی ترکیبات نانویی        105

جدول 4-3 مشخصات تراکم و مکانیکی ترکیبات نانویی    107

جدول 4-4 قدرت تسلیم پیش بینی شده ی تاخیر – برشی و تجربی ترکیبات نانویی   109

جدول 5-4 مشخصات مکانیکی نیکل کریستالی نانونیی       111

جدول 4-6 مشخصات کششی PM و DMD منیزیم           114