سفارش تبلیغ
تبلیغات در پارسی بلاگ
منوی اصلی
یادگار انقلاب
انقلاب اسلامی
لینک دوستان
ویرایش
پیوندهای روزانه
نویسندگان
آمار و اطلاعات

بازدید امروز :564
بازدید دیروز :735
کل بازدید :5021768
تعداد کل یاد داشت ها : 3952
آخرین بازدید : 98/12/4    ساعت : 4:43 ع
درباره
مهندس سجاد شفیعی[478]

http://www.telegram.me/sajjadshafiee_ir . . . رشته مهندسی پلیمر نسبت به رشته‌های مهندسی دیگر تقریبا جوان است و شکوفایی آن از زمان جنگ جهانی دوم آغاز شده است. اما به دلیل کاربرد روزافزون پلیمر در صنایع مختلف، این رشته به سرعت رشد کرده و امروزه جزو یکی از رشته‌های مهم کشورهای صنعتی پیشرفته می‌باشد. هدف رشته مهندسی صنایع پلیمر تولید کلیه محصولات پلیمری از قبیل لاستیک، پلاستیک، الاستومر، چسب‌ها، رزین و سایر مواد مورد نیاز صنعت است. برای مثال طراحی و تولید تایر ماشین در صنایع لاستیک، لوله‌های پلی‌اتیلن در صنایع پلاستیک و انواع فایبرگلاسها در کامپوزیت به یاری متخصصان مهندسی صنایع پلیمر انجام می‌گیرد یا حتی در این رشته شکل‌دهی رزین‌ها نیز مطرح است که برای مثال می‌توان به ساخت ملامین اشاره کرد.حتی کیسه‌های پلاستیکی و روکش ظروف نچسب ( تفلون ) از مواد پلیمری می‌باشند. در واقع در رشته مهندسی صنایع پلیمر هر آنچه که به این مواد بر می‌گردد، مورد مطالعه و بررسی قرار می‌گیرد. البته پلیمرها فقط کاربرد صنعتی ندارند بلکه کاربرد پزشکی نیز دارند. مثلا اگر کشکک زانوی یک نفر آسیب ببیند و ترمیم آن امکان‌پذیر نباشد، شبیه به همان کشکک زانو را با مواد پلیمری درست می‌کنند و بر روی زانو قرار می‌دهند و یا دندان مصنوعی و لنزهای چشمی همه از مواد پلیمری ساخته می‌شوند که به این مواد پلیمری «پلیمرهای زیستی» می‌گویند. فرصت‌های شغلی: در صنعت پوشاک پلیمرها در تولید پاپوش‌ها، تن‌پوشها و کف‌پوشها بسیار موثر هستند. در صنایع حمل و نقل زمینی (خودروسازی، قطار و ... )، هوایی ( هواپیما و بالگرد) و دریایی (کشتی‌ها و ...) پلیمرها حضوری چشمگیر دارند، و بالاخره در صنایع نظامی، پزشکی، کشاورزی و بسته‌بندی کاربرد مواد پلیمری بسیار گسترده است.بدر صنعت پوشاک نیز پلیمرها در تولید پاپوش‌ها، تن‌پوشها و کف‌پوشها بسیار موثر هستند. در صنایع حمل و نقل زمینی (خودروسازی، قطار و ... )، هوایی ( هواپیما و بالگرد) و دریایی (کشتی‌ها و ...) پلیمرها حضوری چشمگیر دارند، و بالاخره در صنایع نظامی، پزشکی، کشاورزی و بسته‌بندی کاربرد مواد پلیمری بسیار گسترده است. باتوجه به کاربرد وسیع پلیمرها در صنایع، فارغ‌التحصیلان این رشته توانایی‌های کافی در زمینه‌های ایجاد و برنامه‌ریزی واحدهای تولیدی تبدیل پلیمر خام به مواد مصرفی و اشتغا
ویرایش
جستجو
مطالب پیشین
آرشیو مطالب

ویرایش
صفحات اختصاصی
لوگوی دوستان
امکانات دیگر
ابر برچسب ها
مهندسی شیمی_مهندسی پلیمر ، مدیریت ، عکس ، مدیریت در اسلام ، پلیمرها و کاربرد آنها ، اندروید ، فناوری نانو ، و ، یراق کابینت ، کائــوچو ، کائوچو طبیعی ، کاندیدای ، کتاب ریاضیات مهندسی Erwin kreyszig ، کوبه ، نانو ایرانیان باستان ، نوستالژی ، فیزیک خلا (Vacuum Physics) ، قفل حیاطی ، قفل لوکس ، قفل یونیک ، قفل کتابی ، قفل کمدی ، کامپوزیت های چوب پلاستیک ، گالری یراق کوبه ، لاهیجان ، مجلس ، مدیر محبوب و مقبول ، مدیر موفق ، مرد و زن ، مرودشت ، مزایای بیوپلیمر ، ملامین چیست ، عکسی از مهمانی 90 سال پیش ! ، مدیریت دانش ، انقلاب صنعتی ، انواع روغن ها و تاثیر بر لاستیکها ، ایام ، ایران ، اکسترودر ، برای دانلود جزوه مکانیک سیالات پارسه ، پاسارگاد ، پلاستیک های زیستی ، پلی آمید (نایلون) ، پلی اتیلن ، ، پلی استر (Polyester) ، پلی پروپیلن ، پلی ونیل کلراید ، پلیمر های مقاوم حرارتی ، Wood-Plastic Composite ، آشنایی با انواع پلیمر و رزین ، ارسنجان ، اسلامی ، اسلحه پلیمری ، اصطلاحات رایج در صنعت نفت ، الیاف کولار (Kevlar) ، امیرکبیر ، پلیمرهای خود-درمانگر ، پلیمرهای مقاوم حرارتی ، پی وی سی - PVC ، تاسوعا ، تسلیت ، تصاویر جالب نوستالژیک (1) ، تقویت قدرت خلاقیت ، تولدم مبارک ، جزوه الاستومر ، جزوه مقاومت مصالح ، حسینی ، حل المسائل کتاب مکانیک سیالات Frank m. white ، داستان ، داستانهای زیبا ، دانلود جزوه استاتیک دکتر مطلبی ، دانلود حل المسائل شیمی فیزیک اتکینز ، دانلود حل المسائل کتاب مکانیک سیالات munson -young -okiishi ، دانلود رایگان Fundamentals of Momentum, Heat and Mass Transfer, ، دانلود رایگان جداول ترمودینامیک ون وایلن ، دانلود رایگان حل المسائل مریام ، دانلود رایگان حل المسائل مقاومت مصالح پوپوف جلد 1 و 2 ، دانلود رایگان کتاب an introduction to rubber technology- ciesiel ، دانلود رایگان کتاب fundamentals of chemistry ، دانلود رایگان کتاب fundamentals of polymer processing - Stanley ، دانلود رایگان کتاب introduction to polymer science and technolog ، دانلود رایگان کتاب Mechanical properties of polymers and composi ، دانلود رایگان کتاب polymer analysis - barbara stuart.pdf ، دانلود رایگان کتاب Polymer Characterization - Laboratory Techniq ، دانلود رایگان کتاب Polymer processing (D.G.Baird).pdf ، دانلود رایگان کتاب Polymer Spectroscopy - fawcett.pdf ، دانلود رایگان کتاب The science and technology of rubber - james ، دانلود رایگان کتاب Thermal Analysis of Polymeric Materials - wun ، دانلود رایگان کتاب انتقال حرارت سنجل Yunus A Cengel - Heat Tran ، دانلود رایگان کتاب مبانی پلیمریزاسیون ادین ویرایش چهارم ، دانلود کتاب معادلات دیفرانسیل Advanced Engineering Mathematics ، دانلود کتاب معادلات دیفرانسیل پارسه ، دانلود کتاب مکانیک سیالات ، دانلود کتاب مکانیک سیالات Fundamentals of Fluid Mechanics ، در ، دستگیره الکترونیکی ، دستگیره درب ، دهمین ، دوره ، دکتر محمد علی قوهستانی ، سوپر جاذب ، شعر ، شهرستان های ، شورای ، عاشورا ، عجایب 10 گانه طبیعت ،
وب سایت جامع دانش قابل استفاده برای دانشجویان و مهندسین و مدیران

سلام
سال 1362 را با گریه آغازیدم و زندگی را بازی کردم.

زندگی صحنه یکتای هنرمندی ماست هرکسی نغمه خود خواند و از صحنه رودصحنه همواره به جاست ای خوش آن نغمه که مردم بسپارند به یاد
 کوه با نخستین سنگ آغاز می شود و. . .انسان با نخستین درد. .. .

http://tlgrm.me/sajjadshafiee_ir

ادامه مطلب...


      

سردار سلیمانی به شهادت رسید. کشور خبیث آمریکا او را به شهادت رساند. البته که اکنون این پاسدار بزرگ انقلاب، در بهشت خداوند سکنی گزیده. اما دشمن بزرگ و همیشگی ایران یعنی آمریکا باید بداند که این حمله اش بی جواب نخواهد ماند و جوانان ایران تا جان در بدن دارند، از ارزش های انقلاب شان دفاع خواهند کرد.




      

تیلر، فردریک وینزلو



 

نویسنده: Edwin Layton
مترجم: مجید ملکان



 
[Fredrik winzl?]
Frederick Winslow Taylor
(ت. جرمنتاون [بخشی از فیلادلفیا]، پنسیلوینیا، 30 اسفند 1234/ 20 مارس 1856؛ و. فیلادلفیا، 29 اسفند 1293/ 21 مارس 1915)، مهندسی.
به نظر می‌رسید که برای تیلر، که فرزند یک خانواده‌ی اشرافی در فیلادلفیا بود، مقدّر بود که راه پدرش، فرنکلین، را دنبال کند، یعنی زندگی عادی پیش پا افتاده‌ای در راه وکالتی خاص نجیب زادگان. اما او پس از آن که در 1253 از آموزشگاه فیلیپ اسکتر فارغ التحصیل شد، استقلال رأی مادر با اراده‌اش، امیلی انت وینزلو، را از خود نشان داد و در عوض تصمیم گرفت که مهندس مکانیک شود. تیلر، بعد از گذراندن دوره‌ی کارآموزی خود به عنوان کارگر فنی ماشین و قالب سازی، برای کار به کارخانه‌ی فولاد میدویل فیلادلفیا رفت، و در آنجا ظرف شش سال از کارگری ساده به سرمهندسی ارتقا یافت. در 1262 از مؤسسه‌ی فنّاوری استیونز درجه‌ی مهندسی مکانیک مکاتبه‌ای گرفت. در 1262 با لوئیز م. اسپونر از فیلادلفیا ازدواج کرد.
تیلر از زمره‌ی مهندسانی بود که تلاش می‌کردند مهندسی را به صورت علم درآورند. او می‌پنداشت که بر تمام حیطه‌های کار مهندسی، از جمله مدیریت، قوانین (یا اصول عقلی) حکمفرما است. تیلر بررسیهای پرزحمتی در مورد برش فلزات، فولاد ابزار، بکار بردن تسمه‌ی نقاله، بتون مسلّح، مدیریت، و دیگر موضوعات، انجام داد؛ این بررسیها از میدویل شروع شد و در ضمن کارش به عنوان مشاور ادامه یافت. این کارها تا حدود زیادی تجربی بود و به مطالب نظری، که تیلر نه از آنها سردر می‌آورد و نه علاقه‌ای به آنها داشت، چندان مربوط نبود. با چنین روش عادی و ساده‌ای بود که تیلر و ج. منسل وایت فرایند عملیات گرمایی فولاد ابزار را کشف کردند، که به نام خود آنها نامگذاری شده است (1277)، این اختراع تحت عنوان «فولاد تندبر» در عمل کارگاههای ماشینی انقلابی به وجود آورد زیرا سبب شد که سرعت ماشینهای برش فلز بیش از دو برابر شود.
دستاورد عمده‌ای که تیلر بیشترین شهرتش را به آن مدیون است ابداع «مدیریت علمی» است. او می‌خواست که تمام جنبه های مدیریت را به صورت «علم دقیق» درآورد. رهیافت او، که گاهی «مدیریت کار» نامیده می‌شود، چنین بود که دقیقاً تعیین کند هر کارگر در مدت معیّن چه قدر باید انجام دهد. این امر منجر به کشف معیار جدیدی برای کار آدمی شد. تیلر ابتدا تلاش کرد که همبستگی‌ای میان خستگی و کمیّت کار پیدا کند، اما نتوانست به چنین راه حل مستقیمی دست یابد. در عوض به چیزی دست یافت که به گُمان او کوچکترین واحدهای کار بودند، یعنی «حرکات بنیادی». تیلر ابتدا مجموعه‌ای از اعمال را به این حرکات بنیادی تجزیه کرد و زمان آنها را به وسیله‌ی زمان سنج تعیین کرد؛ سپس به تجزیه و تحلیل توالی حرکات پرداخت، حرکات غیرضروری را حذف کرد، و حرکات باقیمانده را به صورت رشته‌ی بهینه ترکیب نمود. تیلر فکر می‌کرد که، بعد از افزودن درصدهائی برای دربرگرفتن استراحت لازم و تأخیرهای اجتناب ناپذیر، می‌تواند زمان لازم برای هر کار را محاسبه کند.
بررسی زمان و حرکت تنها اولین ابداع از مجموعه‌ی ابداعات مدیریتی بود. تنظیم زمان، تعیین وظایف روزانه، و تهیه‌ی دستورالعملهای کتبی برای هر کارگر، نیاز به بخش برنامه ریزی‌ای داشت که مرکز اعصاب مدیریت در نظام تیلر شد. وظایفِ دقیقاً تعیین شده مستلزم استاندارد کردن کامل ابزارها، اعمال، و رهوار کردن امور بود. تیلر همچنین برای محاسبه‌ی هزینه، نظارت بر دفتر دارایی، نگهداری اسناد، و سازمان اجرایی مراجع قدرت شیوه هائی ابداع کرد که مدیریت منطقی را آسان می‌کرد.
تیلر فکر می‌کرد که نظام مدیریت او مبنای اخلاق علمی را فراهم ساخته است؛ و امیدوار بود که از این طریق به تعارض طبقاتی پایان دهد و عدالت اجتماعی را برقرار سازد. هرچند این اهداف بزرگ تحقق نیافتند، نظام تیلر بر اندیشه‌ی مدیریت نوین تأثیر عمیقی نهاد.

کتابشناسی

یکم. کارهای اصلی.

نوشته‌های تیلر در کتابخانه‌ی «مؤسسه‌ی فنّاوری استیونز»، هوبوکن، واقع در نیوجرزی، محفوظند. این نوشته‌ها مشتملند بر دستنویس خطابه‌های چاپ نشده و مکاتباتی که کرده است. در نامه‌ای که از تیلر به موریس ل. کوک، به تاریخ 2 دسامبر 1910، نوشته شده است بخش جالب توجهی از زندگینامه‌ی تیلر مندرج است. در مخزن کتابخانه یک راهنمای چاپ شده برای مراجعه به این نوشته‌ها وجود دارد.
مجموعه‌ی مناسبی از مهمترین نوشته‌های انتشار یافته‌ی تیلر در کتابی گردآوری شده است با عنوان scientific Management: comprising shop Management, The principles of scientific Management, and Taylor"s Testimony Before the special House committee، از فردیک و. تیلر (نیویورک، 1947). فهرست مقاله های گوناگونی که تیلر به «انجمن امریکایی مهندسان مکانیک» تقدیم کرده در کتاب seventy- seven Year Index (نیویورک، 1951) ذکر شده است. بلندترینِ این مقاله ها به صورت کتاب نیز بچاپ رسید با عنوان on the Art of cutting Metals (نیویورک، 1907). علاوه بر این، او با همکاری سَنفرد ا. تامپسن دو کتاب نوشت: A Treatise on concerte (نیویورک، 1905) و concrete costs (نیویورک، 1912).

دوم. خواندنیهای فرعی.

زندگینامه‌ی معیار او کتابی است از فرنک ب. کاپلی با عنوان Fredrick w. Taylor (نیویورک، 1923). خاطرات او عبارتند از: «Tributes to Fredrick w. Taylor»، ویراسته‌ی هـ. ک. هَثوِی، در TASME، 37 (1915)، 1459-1496؛ «Fredrick winslow Taylor»، همان، 1527-1529؛ و Frederick winslow Taylro, A Memorial volume، از انتشارات «انجمن تیلر» (نیویورک [حدود 1920]). نیز «Frederick winslow Taylor»، از کارل و. میتمن، در Dictionary of American Biography، هجدهم، 323-324.
ارزیابیهای جدیدی که از تیلر و روش کار او شده است در آثار زیرین مندرجند: Taylorism at the watertown Arsenal، از هیو ج. ایتکن (کیمبریج، مسچوستیس، 1960)، 13-48؛ Effeciency and uplift، از سمیوئل هابر (شیکاگو- لندن، 1964)، 1-30؛ The Revolt of the Engineres، از ادوین لیتن (کلیولند، 1970)، 134-139؛ scientific Management and the unions، از میلتن ج. نَدوورنی (کیمبریج، مسچوسیتس، 1955)، 1-33؛ و Frederick Taylor: A study in personality and Innovation، از سودهیر کاکار (کمبریج، مسچوسیتس، 1970).

 

منبع مقاله :
گیلیپسی، چارلز کولستون؛ (1387)، زندگینامه علمی دانشوران، ترجمه: احمد آرام... [و دیگران]، تهران: انتشارات علمی و فرهنگی، چاپ نخست



      

تفاوت بین لاستیک طبیعی و لاستیک مصنوعی



 

مترجم: حمید وثیق زاده
منبع:راسخون




 

اهمیت صنعت لاستیک از وقتی که به وجود آمد و نقشی که آن در رشد تمدن داشت خیلی زیاد است. دو نوع لاستیک وجود دارد؛ یکی طبیعی و دیگری مصنوعی. تولید لاستیک مصنوعی راحت‌تر از لاستیک طبیعی است و لاستیک مصنوعی گستره‌ی کاربردی بیشتری دارد. این مقاله یک مقایسه بین لاستیک طبیعی و لاستیک مصنوعی برای شما انجام داده است.
تفاوت بین لاستیک طبیعی و لاستیک مصنوعی

آیا می‌دانید؟

در سال 1839 یک مخترع آمریکایی به نام چارلز گودیر، یک روشی را برای بهبود خواص لاستیک طبیعی ابداع کرد و آن را محکم‌تر و قابل استفاده‌تر کرد. او این فرآیند را ولکانیدن یا جوش اکسیژن لاستیک و فلزات نامید. این فرآیند در صنعت لاستیک انقلابی ایجاد کرد.
لاستیک طبیعی یک الاستومر (پلیمر هیدروکربنی کشسان) است که از لاستیک خام درست شده است که یک کلویید شیری است که از بیشتر گیاهان به دست می‌آید. الاستومر یک ماده‌ای است که می‌تواند تغییر شکل کشسان بیشتری را از مواد دیگر، تحت تنش تحمل کند و بدون هیچ گونه تغییر شکلی به اندازه‌ی قبلی خود برگردد. منبع تجاری لاستیک طبیعی یک گیاه برزیلی بومی به نام هویا برازیلینسیس که به خانواده‌ی فرفیون‌ها تعلق دارد. برخی گیاهان دیگر که می‌توان از آنها لاستیک طبیعی به دست آورد عبارتند از: گوتا – پرکا، شکل لاستیک، درخت لاستیک پانامایی، قاصدک معمولی و قاصدک روسی. لاستیک طبیعی تا قرن بیستم مصرف تجاری داشت. لاستیک طبیعی به خاطر کاربردهای خیلی زیادش جایگاه مهمی در بازار اشغال کرده است. برخی از کاربردهای آن شامل ساختن تایر برای استفاده در ماشین‌های مسابقه، کامیون‌ها، اتوبوس‌ها و هواپیماها است.
لاستیک‌های مصنوعی در گیاهان شیمیایی با پلیمریزاسیون مونومرها به پلیمرها به دست می‌آیند. آنها به طور مصنوعی تولید می‌شوند. برخی از مهم‌ترین لاستیک‌های مصنوعی عبارتند از: بوتادین، استرین – بوتادین، نئوپرین/ پلی کلروپرین، لاستیک‌های پلی سولفید، نیتریل، لاستیک بوتیل و سیلیکون. آنها کاربردهای متعدد و خواص شیمیایی و مکانیکی مختلفی دارند. لاستیک‌های مصنوعی زیادی در طول قرن بیستم گسترش یافته‌اند. برخی از آنها به خاطر خواص‌شان به جای لاستیک طبیعی استفاده می‌شوند. کاربردهای ویژه آنها شامل ترانسفورماتورهای برق، لباس‌های مرطوب، کناره‌های لپ تاپ، بست‌های ارتوپدی، عایق الکتریکی، تسمه فن خودرو، لاستیک خودرو، کف کفش، پاک کن مداد، بالن‌های تولد، چسب، دستکشهای محافظ، تسمه نقاله، اسباب بازی‌های انعطاف پذیر، لوله، تشک، طناب‌های لاستیکی، رنگ، شیلنگ، گسکت و کاشی‌های کف سطح است.

تفاوت بین لاستیک طبیعی و لاستیک مصنوعی :

تولید :

• لاستیک‌های مصنوعی با پلیمریزاسیون مواد پترو شیمیایی مختلف که به نام مونومر شناخته می‌شوند، به دست می‌آیند. برخی نمونه‌ها عبارتند از: لاستیک استرین بوتادین (SBR) که از هم - پلیمریزاسیون استرین و بوتادین به دست می‌آید، لاستیک بوتیل (IIR) که یک لاستیک مصنوعی است که از هم - پلیمریزاسیون ایزوبوتیلن با ایزوپرن به دست می‌آید، لاستیک نیتریل (NBR) که یک لاستیک مصنوعی مقاوم به نفت است که از هم - پلیمریزاسیون آرکیلونیتریل و بوتادین به دست می‌آید و نئوپرن که با پلیمریزاسیون کلروپرن تولید می‌شود.
• لاستیک طبیعی از لاستیک خام به دست می‌آید که بیشتر از شیره‌ی گیاه هویا برازیلینسیس کشیده می‌شود. یک بریدگی در پوست درخت ایجاد می‌شود و لاستیک خام در یک فنجان یا قابلمه جمع آوری می‌شود، سپس فیلتر شده، شسته می‌شود و می‌گذارند که با یک اسید واکنش دهد تا ذرات لاستیک منجمد شوند و جرم تشکیل دهند. سپس لاستیک در قالب‌هایی فشرده می‌شود و خشک می‌شود. پس از آن به مراحل بعدی تولید در صنعت می‌رود تا اصلاح شود.

خواص :

• لاستیک‌های مصنوعی بیشتر نسبت به نفت و روغن، مواد شیمیایی مشخص و اکسیژن مقاوم هستند، عمر و ویژگی‌های آب و هوایی بهتری دارند و انعطاف پذیری خوبی در یک گستره‌ی دمایی وسیع دارند.
• لاستیک‌های طبیعی مقاومت به سایش خوب، الاستیسیته بالا، انعطاف پذیری بالا و استحکام کششی خوبی دارند. آن عملکرد دینامیکی خوب و سطح میرایی پایینی دارد. اما با گذشت زمان پیر می‌شود و مقاومت شیمیایی، روغنی و اوزونی ضعیفی پیدا می‌کند. با افزایش دما مقاومتش پایین می‌آید.

خواص پیری، انعطاف پذیری دما پایین و مقاومت به سایش :

• استرین بوتادین یکی از لاستیک‌های مصنوعی ارزان و با کاربرد عمومی است که استحکام فیزیکی ، انعطاف پذیری و خواص دما پایین کمتری دارد. اما خواص پیر شدن و مقاومت به سایش آن بهتر از لاستیک‌های طبیعی دیگر است. برخلاف لاستیک طبیعی این ماده با گذشت زمان به جای نرم شدن سخت می‌شود.
• لاستیک‌های طبیعی استحکام فیزیکی، انعطاف پذیری و خواص دما پایین خوبی دارند اما مقاومت به سایش و خواص پیر شدن پایینی نسبت به استرین بوتادین دارند. خواص دما پایین آن در مقایسه با نیتریل پایین‌تر است.

مقاومت به نفت و روغن و انعطاف پذیری :

• نیتریل مقاومت به نفت و روغن، انعطاف پذیری دما پایین، مقاومت به سایش و انعطاف پذیری بهتری نسبت به لاستیک طبیعی دارد. آن هم چنین نفوذ پذیری گاز پایین‌تری دارد.
• لاستیک طبیعی مقاومت به نفت و روغن و انعطاف پذیری پایین‌تری نسبت به نیتریل دارد. اما استحکام فیزیکی بهتری دارد.

مقاومت اوزونی، شیمیایی و الکتریکی :

• اتیلن پروپیلن دین مونومر (EPDM)، نئوپرین/پلی کلروپرین و برخی لاستیک‌های مصنوعی دیگر مقاومت گرمایی، مقاومت به نفت و روغن، اوزون و مقاومت آب و هوایی و مقاومت شارش قطبی عالی دارند و هم چنین پیر شدن و مقاومت شیمیایی بهتری دارند. علاوه بر این خواص فیزیکی و مقاومت دما پایین آنها نیز خوب است. آن هم چنین قابلیت اشتعال و نفوذ پذیری گاز پایینی دارد. EPDM می‌تواند به ترکیبات دیگر بپیوندد تا مقاومت الکتریکی عالی کسب کند.
• لاستیک طبیعی مقاومت به اوزون، شارش قطبی و شیمیایی پایینی دارد. توسط روغن‌های هیدور کربنی متورم و ضعیف می‌شود و به هنگام پیر شدن توسط اکسیژن و اوزون ضعیف می‌شود.

خواص الکتریکی :

• لاستیک‌های اوزونی خواص الکتریکی عالی و مقاومت زیادی نسبت به آب و هوا و حمله‌ی اوزون دارند. خواص فیزیکی آنها در دماهای بالا حفظ می‌شود. آنها از لاستیک‌های دیگر گران قیمت‌تر هستند.
• لاستیک‌های طبیعی خواص الکتریکی ضعیفی دارند و مقاومت پایینی نسبت به آب و هوا و حمله‌ی اوزون دارند. آنها خواص فیزیکی بهتری دارند.
لاستیک طبیعی به خاطر کاربردهایش جایگاه مهمی در بازار دارد. اما لاستیک مصنوعی در خیلی از موارد به جای لاستیک طبیعی استفاده می‌شود به ویژه زمانی که خواصی از موادی را که لازم است بهبود می‌بخشد.



      

اندازه گیری رنگ برای صنعت پوشش



 

مترجم: حبیب الله علیخانی
منبع:راسخون
 
رنگ مهمترین ویژگی مربوط به پوشش ها می باشد. رنگ همچنین یک پارامتر مهم در شناسایی بصری محسوب می شود. بررسی مناسب شرایط مورد نیاز برای کنترل نور، برای قضاوت درست در مورد رنگ یک ماده، ضروری است. ارزیابی بصری همواره نیازمند وجود یک استاندارد فیزیکی برای مقایسه می باشد زیرا حافظه ی رنگ مغز انسانی، بدون وجود یک مرجع، ضعیف است. البته برای مقایسه ی دو نمونه، می توان از مرجع استفاده نکرد. حتی وقتی شرایط نگاه کردن مناسب باشد، اغلب این مشکل است که جهت و شدت تفاوت رنگ را بین دو نمونه تشخیص دهیم. این فرایند نیازمند متخصص رنگ با تجربه می باشد.
یک روش با دقت بالا برای ارزیابی تفاوت رنگ، استفاده از ابزارهای اندازه گیری رنگ می باشد. دو نوع از این ابزارها که می تواند برای این منظور، استفاده شود، عبارتند از رنگ مترها (colorimeters) و اسپکتروفوتومتر ها. یک رنگ متر در واقع از فیلترهای نوری برای تقویت پاسخ رنگ در چشم، استفاده می کند و یک اسپکتروفوتومتر نیز در واقع طیف نور مرئی را بازه هایی می شکند که به صورت ریاضی پاسخ رنگ در چشم را تشدید می کند. مزیت استفاده از اسپکتروفوتومتر در تعیین تفاوت رنگی، دقت بالا، پایداری و ثبات و قابلیت تشدید با استفاده از منابع نوری مختلف می باشد. هزینه های اسپکتروفوتومتر و پیچیدگی مربوط به کار آن، به طور قابل توجهی با استفاده از ابزارهای جدید، کاهش یافته است.
سه تکنولوژی مختلف وجود دارد که در اسپکتروفوتومترهای جدید صنعتی، مورد استفاده قرار میگیرند. این سه تکنولوژی، عبارتند از فیلترهای تداخلی، استفاده از توری ها و استفاده از دیودها می باشد. فیلترهای تداخلی، در واقع فیلترهای با طول موج معین هستند که معمولاً بر اساس نوع رزولیشن مورد نیاز، از 16 یا 32 فیلتر تشکیل شده اند. توری ها نیز ابزارهای هستند که به همراه آرایه های دیودی، استفاده می شوند و موجب افزایش رزولیشن می شوند. ابزارهای با کارایی بالا نیز معمولاً دارای توری هایی هستند که موجب بهبود کارایی می شوند اما این ابزارها، معمولاً گران و پیچیده هستند و کالیبراسیون آنها سخت است. یک تکنولوژی جدید از اسپکتروفوتومترها، بر اساس LED های با رنگ های مختلف می باشد. یک تا نه LED رنگی در واقع کل طیف نور مرئی را پوشش می دهند. مزیت این بخش ها، این است که اندازه و هزینه های ساخت کمتری دارند. محدودیت این وسایل، این است که آنها، دقت و پایداری پایین می باشد. البته این تکنولوژی، با استفاده از LED های جدیدتر، بهبود قابل توجهی پیدا کرده است.
چندین هندسه ی اندازه گیری مختلف، وجود دارد. یکی کروی و دیگری چند زاویه ای. یک ابزار کروی نشاندهنده ی یک نمونه از تمام جهات می باشد. در واقع در این حالت، دید نمونه به صورت عمودی است. در حالت چند زاویه ای، زاویه ی چندگانه و دید به صورت زاویه ی ثابت می باشد. این همچنین ممکن است که زاویه ی ثابت به همراه دید در زوایای چندگانه، داشته باشیم.
استفاده از هندسه ی مناسب، برای فرمولاسیون رنگ و بررسی و جستجو بر روی رنگ، مهم می باشد. فرمولاسیون رنگ با هندسه ی کروی موجب حذف نیاز به شناسایی درخشش می شود و بدین صورت، درخشش به صورت ریاضی حذف می شود. در این حالت، درخشش به فرمولاسیون رنگ وابسته نمی باشد. بررسی بر روی رنگ معمولاً نیازمند ابزارهایی است که با روش های بصری، تطابق دارند. یک ابزار کروی با ورودی خاص، می تواند موجب حذف درخشش شود و بدین صورت، ارتباط بصری خوبی ایجاد می شود. ارزیابی می تواند اطلاعات گمراه کننده ای به ما بدهد. این مسئله زمانی مهم می باشد که بخواهیم یک پوشش را بر روی بخش هایی قالب گیری شده ی پلاستیکی، تطبیق دهیم.
پیگمنت های خاص مانند پیگمنت های فلزی، مرواریدی و مواد تداخلی، برای بررسی رنگ در زوایای مختلف، نیازمند زاویه های چندگانه ی نمایش و دید می باشند. ابزارهای چند زاویه ای و یا اسپکتروفوتومترهای خاص، برای اندازه گیری زوایای جدایش 3 تا 5 درجه، موجود می باشند. یک زاویه ی مینیمم سه درجه ای، معمولاً برای شناسایی رنگ های خاص بیان شده، مناسب می باشد.
ملاحظات مربوط به نوع نمونه ی مورد اندازه گیری شده، باید نوع اسپکتروفوتومتر مورد استفاده را تعیین کند. اگر نمونه ها، بسیار بزرگ باشند و نتوان در داخل ابزار قرار داده شوند، این نیاز وجود دارد که ابزار قابلیت انتقال داشته باشند. ابزارهای قابل حمل با کارایی بالایی در ابعاد مختلف وجود دارند، اما ارتباط داده های مربوط به این ابزارها، با ابزارهای آزمایشگاهی، باید در نظر گرفته شود. اگر نمونه ها، غیر یکنواخت باشند، وسیله باید تا حد ممکن بزرگ باشد. بسیاری از ابزارها، دارای ورودی قابل تنظیم می باشند که بوسیله ی تغییر در ابعاد آن، می توان نمونه را به خوبی، مورد آنالیز قرار داد.
تلورانس مورد نیاز برای اندازه گیری رنگ، یکی از مهم ترین ملاحظاتی است که در زمان انتخاب ابزار اندازه گیری رنگ، باید بدان توجه کرد. اگر مقایسه همواره یک استاندارد فیزیکی باشد و فرمولاسیون مشابه باشد، یک رنگ متر، می تواند کافی باشد. وقتی دقت بالا برای تولید پوشش ها در محل های مختلف جهان، مورد نیاز باشد، تنها ابزارهای بسیار دقیق قابلیت ایجاد رنگ های یکسان را دارا می باشند.
استفاده از مطالب این مقاله، با ذکر منبع راسخون، بلامانع می باشد.
منبع مقاله :
Coating technology handbook/ Arthur A. Tracton
 



      

رسانایی الکتریکی در آمیزه های پلیمری

 

نویسنده: لوری راپرچت
مترجم: حبیب الله علیخانی
 

مقدمه

در سال 1977، تولید اولین پلیمر آلی رسانای الکتریکی که در واقع پلی استیلن دوپ شده بود، گزارش شد. این پلیمرها در واقع طبقه بندی مختلفی از مواد هستند که در واقع از پلیمرهای رسانا تولید شده اند. این مواد، در واقع یک مخلوط فیزیکی از یک پلیمر غیر رسانا به همراه مواد رسانایی از جمله پودر فلزات و کربن می باشد.برای پلیمرهای حالت پایه تخریب پذیر، تغییراتی در مقادیر دوپ شوندگی اندک در بدنه ی اصلی پلیمر ایجاد می شود که در واقع در حالت محلول باردار و یا حالت پلارون مربوط به پلیمرهای تخریب پذیر، ایجاد می شود.در ابتدا، این پلیمرهای رسانای ذاتی، در برابر محیط تولید و هوا، پایدار نبودند. به هر حال، نسل های بعدی این پلیمرها، به صورت پودر، فیلم و الیاف تولید شدند و علاوه بر پایداری در برابر حلال ها، در برابر هوا نیز پایدار هستند. برخی از اشکال این پلیمرهای رسانای ذاتی، می توانند با پلیمرهای سنتی مخلوط شوند و موجب تولید آمیزه های رسانای الکتریکی شود. رسانایی الکتریکی سیستم های پلیمری رسانا امروزه در گستره ی رسانایی عایق ها تا مواد نیمه رسانا می باشد. کاربرد این پلیمرها مخصوصاً پلی آنیلین بعد از تولید آنها آغاز شد. این آمیزه ها، شامل مخلوط ها و پوشش هایی است که در تولید عایق های الکترواستاتیک الکترومغناطیسی، جاذب های تابش الکترومغناطیسی برای اتصال دهی پلاستیک ها، لایه های رسانا برای وسایل پلیمری تابش دهنده ی نور و پوشش های ضد خوردگی برای آهن و فولاد، استفاده می شوند.
ویژگی متداول الکترونیکی مربوط به پلیمرهای رسانای پیشین، در واقع ویژگی سیستم اختلاط rt می باشد که با همپوشانی اربیتال های pz کربن و تغییر طول پیوند کربن- کربن انجام می شود. شکل 1 نشاندهنده ی واحدهای تکرار شونده ی اشکال پیشین از چندین خانواده از پلیمرهای رسانا و نیمه رسانا (یعنی ترانس- پلی استیلن، پایه ی لئوکومرالدین (LEB)، پایه ی امرالدین (EB) و پایه ی پرنی گرانیلین (PNB)) می باشد که موجب تشکیل مواد از جمله پلی آنیلین (PAN) پلی پیرول (PPy)، پلی تیوفن (PT)، پلی (پی- فنیلن) (PPP) و پلی (پی فنیلن وینیل) (PPV) می باشد.
رسانایی الکتریکی در آمیزه های پلیمری
هر یک از این پلیمرها، آن دسته از پلیمرهایی هستند که عایق هستند و گاف انرژی آنها بین حالت پر و خالی می باشد. برای t-(CH)_x، گاف انرژی از الگوی پیوند منفرد و دوگانه ی دوپ نشده، ایجاد می شود. در این حالت، مشارکت اضافی به دلیل دافعه ی کولمبی الکترون- الکترون، ایجاد می شود. تغییر داخلی در پیوندهای کوتاه و بلند، منجر به ایجاد حالت پایه ی معادل می شود. حالت اکسیداسیون پین گرانولین PAN همچنین دارای دو حالت پایه ی تخریبی دوگانه دارد. پلیمرهای نشان داده شده در شکل 1 تخریب پذیر نیستند و در حقیقت تغییر داخلی منفرد و دوگانه منجر به ایجاد ساختارهای الکترونی مختلفی می شود.

افزایش رسانایی با استفاده از عوامل دوپ شونده

رسانایی مربوط به پلیمرهای الکترونیکی پیشین، بواسطه ی دوپ کردن این مواد، بهبود می یابد. هر دو نوع از عوامل دوپ شونده ی نوع n و نوع P می توانند در این کار استفاده شوند. دوپ شوندگی به طور نمونه وار با استفاده از تبخیر و یا محلول های دوپ شونده، انجام می شود. زنجیره ی اصلی پلیمری و یون های دوپ کننده موجب تشکیل ساختارهای سه بعدی جدید و مختلفی می شوند.
برای پلیمرهای حالت پایه تخریب پذیر، تغییراتی در مقادیر دوپ شوندگی اندک در بدنه ی اصلی پلیمر ایجاد می شود که در واقع در حالت محلول باردار و یا حالت پلارون مربوط به پلیمرهای تخریب پذیر، ایجاد می شود. این مسئله مشابه پلارون های باردار و یا بی پلارون ها در سیستم های غیر زیست تخریب پذیر، می باشد. برای پلیمرهای غیر تخریب پذیر، دوپ شدن مقادیر قابل توجه از دوپ شونده، منجر به پلارون هایی می شود که موجب تشکیل شبکه پلارونی و یا باند انرژی با پرشدگی جزئی می شود. برخی از مدل ها پیشنهاد می دهد که تعادلی میان پلارون ها و بی پلارون ها، وجود دارد. در مقادیر دوپ شونده ی بالا از t-(CH)_x، این پیشنهاد شده است که سطوح انرژی محلول سالیتون ضرورتاً با نوار والانس پر شده و نوار رسانش خالی، همپوشانی می کند. این مسئله منجر به تولید پلیمرهای رسانا می شود.
برای شکل پایه ی پلی آنیلین امرالدین (EB)، رسانایی با میزان دوپ شونده ی یون هیدروژن، تغییر می کند. در مورد فرایند پروتون زایی، هیچ اضافه و یا حذف الکترون ها و تشکیل حالت رسانایی، وجود ندارد. شکل 2 نشاندهنده ی شماتیکی از حالت های تعادلی دوپ شدن p مربوط به لئوکوامرالدین و دوپ شدن اسید پروتونیک EB و تشکیل نمک امرلادین رسانا می باشد. هر دو اسید آلی مانند HCSA و اسید غیر آلی مانند HCl، مؤثر است و اسیدهای سولفونیک آلی منجر به حلالیت در انواع مختلفی از محلول های آلی مانند کلروفروم و ام کرازول می شود. اسید پروتونیک ممکن است همچنین به صورت کوالانسی به زنجیره ی اصلی پلی آنیلین پیوند دهد (همانگونه که در مورد پلی آنیلین محلول در آب، مشاهده می شود) (شکل 3a و 3b). رفتار الکترونی مشابه در مورد PAN دوپ شده با اسید پروتونیک، مشاهده شده است (مشابه سایر سیستم های حالت پایه ی غیر تخریب پذیر). در حقیقت این پلارون ها هستند که در سطوح دوپ شوندگی پایین، مهم می باشند و برای حالت رسانای بالا، یک شبکه ی پلارونی تشکیل می شود. جفت های پلارونی یا بی پلارون ها، در نواحی با نظم کمتر از پلیمرهای دوپ شونده، ایجاد می شود.
رسانایی الکتریکی در آمیزه های پلیمری
CH دوپ شده با ید نیز دارای cr برابر با 100 S/cm می باشد. در نتیجه، CH بوسیله ی روش های دیگری تولید می شود که منجر به غلظت های مواد دوپ شونده ی بالاتری می شود که این مقدار با مقادیر مربوط به مس، قابل مقایسه می باشد. پیشرفت های اخیر در زمینه ی فرآوری سایر سیستم های پلیمری، منجر به بهبود occ و ایجاد occ هایی در گستره ی lo3 تا lo4 S/cm شده است. مقدار مطلق مربوط به بالاترین رسانایی که حاصل شده است، هنوز جای بحث دارد. بسیاری از نشانه های مربوط به طبیعت فلزی ذاتی امروزه ظاهر شده اند که این موارد شامل ثوابت دی الکتریک منفی و وابستگی خطی توان ترموالکتریکی به دما می باشد. به هر حال، رسانایی هر پلیمر جدیدی که تصور می شود با فلزات متداول قابل مقایسه است، با کاهش دما، کاهش می یابد اگر چه برخی از نمونه های با رسانایی بالا نیز حتی در دماهای بسیار پایین، رسانا باقی می مانند.
رسانایی الکتریکی در آمیزه های پلیمری
از آنجایی که تنوع قابل توجهی در زمینه ی خواص مربوط به مواد سنتز شده بوسیله ی یک روش شیمیایی مشابه وجود دارد، مطالعه های انجام شده بر روی انتقال ساختاری مربوطه، خواص معناطیسی و نوری مربوط به یک ماده، مهم وضروری است. رسانایی یک پلیمر مثلا پلی آنیلین دوپ شده با HCSA می تواند بسته به میزان و وابستگی دمایی رسانایی به عنوان نتیجه ای از تولید در حلال های مختلف، تغییر کند. اثر حلال و تبخیر حلال بر روی نظم ساختاری و رسانایی الکتریکی منتج شده در پلیمرهای رسانای ذاتی، مخصوصاً پلی آنیلین را دوپ شوندگی ثانویه می گویند.

بیشتر بخوانید: تاریخچه ی توسعه ی مواد پلیمری (1)

 

مدل های مربوط به رسانایی الکتریکی

بیشتر کارهای انجام شده بر روی طبیعت حامل های باردار در حالت های فلزی با میزان دوپ شوندگی بالا می باشد. آنها ممکن است به صورت فضاییی بوسیله ی بی نظمی های ساختاری متمرکز شده باشند و بنابراین، آنها نمی توانند در انتقال مشارکت کنند، مگر آنکه دوپ شوندگی ثانویه رخ دهد. شکل 4 بیان شماتیکی از بی نظمی های غیر هموژن به همراه زنجیره های پلیمری منفرد می باشد که در داخل نواحی منظم و بی نظم، قرار دارند. درصد کریستالینیتی برای پلی پیرول ها و پلی آنیلین ها ممکن است به ترتیب از صفر تا 50 یا 60 % تغییر کند. این میزان برای پلی استیلن ها می تواند تا 80 % نیز برسد. زنجیره ها در نواحی بی نظم ممکن است کشیده و یا به هم پیچیده باشند. البته این زنجیره ها می توانند حالت بینابین نیز داشته باشند.
رسانایی الکتریکی در آمیزه های پلیمری
ناخالصی ها و عیوب شبکه ای در سیستم های بی نظم موجب تفرق این موج های الکترونی به سمت خارج می شود. این مسئله در واقع تمرکز اندرسون (Anderson localization) نامیده می شود. شاخه دار شدن نیز که در حقیقت شامل دانسیته ی محدود از حالت (N(Er)) می باشد، در سطح فرمی Er میان لبه ها، ایجاد می شود. این مسئله وقتی رخ می دهد که سطح فرمی یا خطوط پتانسیل شیمیایی در نواحی متمرکز، صفر باشند (حتی برای سیستمی با دانسیته ی حالات محدود). مدل VRH نیز برای سیستم هایی قابل استفاده می باشد که بی نظمی های بیشتری دارد به نحوی که انرژی بی نظمی بزرگتر از عرض باند می باشد. برای مدل VRH یا مدل Mott، CT=o.exp?[-(To/T)l"(d+1)]است. که در اینجا، d نشاندهنده ی بعد @ است و برای سیستم های سه بعدی، این مقدار برابر است با T_0=clK_B (E_f ) L^3 (c در اینجا، ثابت تناسب است، K_B ثابت بولتزمن و L طول متمرکز شوندگی است). اگر سطح فرمی در میزانی از انرژی باشد که حالات الکترونی پر شوند، سپس مقدار σ در صفر کلوین، مورد انتظار می باشد. این مدل فرض می کند که بی نظمی اولیه، هموژن بودنی است که در داخل نمونه ای سه بعدی و ایزوتروپ، مشاهده می شود.
برای محل های یک بعدی موجود در زنجیره های فلزی یک حامل بار، بی نظمی های ضعیفی وجود دارد که علت آن سطح مشترک کوانتمی به دلیل تفرق استاتیک الکترون ها به سمت عقب، می باشد. این مسئله با بی نظمی های مورد نیاز برای تمرکز درسیستم های سه بعدی، متفاوت است. این فرض می شود که اثرات محلی شدن در پلیمرهای رسانای بی نظم و غیر هموژن، از تمرکز یک بعدی در نواحی بی نظم، ایجاد شده است. مدل بی نظمی غیر هموژن بیان کننده ی این است که پلیمرهای دوپ شده، به دلیل نواحی بی نظم جزیره ای شکل، در میان زنجیره های پیوند ایجاد می کنند و موجب تبادل در نواحی بی نظم می شوند (شکل 4). در این مدل، الکترون های رسانش به صورت سه بعدی در نواحی منظم متمرکز می شوند. برای انتقال میان نواحی منظم، الکترون های رسانش باید از میان زنجیره های ایزوله ی موجود در نواحی بی نظم، نفوذ کنند. طول این نواحی متمرکز، به جزئیات مربوط به بی نظمی ساختاری مرتبط می باشد. بزرگ شدگی هایی که بوسیله ی فوتون القا می شوند، با افزایش دما، موجب افزایش رسانش می شوند. نظم کریستالی سه بعدی منجر به تسهیل عدم تمرکز می شوند. اگر طول تمرکز برای برخی از الکترون های رسانش به فاصله ی میان دو ناحیه ی منظم برسد، رسانش بهبود می یابد.
برای فلزات معمولی، بسیاری از خواص انتقال الکترونی، می تواند بوسیله ی مدل Drude و در نظر گرفتن زمان پراکندگی منفرد (τ)، توصیف شوند. این مدل توضیح می دهد که میزان و فرکانس رسانایی مستقل فلزات از فرکانس های dc به میکرو ویو، و یک بخش حقیقی از ثابت دی الکتریکی (a) که در واقع در زیر فرکانس پلاسمای غربال شده، منفی است، در حقیقت نشاندهنده ی این است که دانسیته ی حامل ها، جرم مؤثر می باشد. در حد فرکانس Drude، پاسخ Drude می تواند به صورت ar=-$,T و Ei=W’,T/y بیان شود. در اینجا، Ei بخش موهومی ثابت دی الکتریک می باشد.

رسانایی الکتریکی مربوط به پلیمرهای رسانا

میزان o(T) مربوط به CH دوپ شده با ید، و PPy دوپ شده با PF6 در گستره ی mk به صورت امتحانی تغییر می کند. بالاترین میزان از o& در دمای اتاق که در یکی از مطالعه ها گزارش شده است، بین منفی 5 تا مثبت 10 S/cm برای CH دوپ شده با I3 و –Io3 برای PPy رسانا می باشد. برای هر دوی این مواد، O با کاهش دما، کاهش می یابد. برخی از فرایند های آماده سازی PAN-CSA رفتار مشابهی نشان می دهند. نمونه های با رسانایی کمتر که از CH دوپ شده، پلی آنیلین دوپ شده و پلی پیرول دوپ شده تولید شده اند، در دماهای پایین، نارسانا می شوند.

کاربردها

پلیمرهای رسانای ذاتی مواد مطمئنی برای استفاده در تولید محافظ های تابش الکترومغناطیسی و کاهش و یا حذف این پرتوها، می باشند. همچنین سبکی مناسب این مواد در مقایسه با فلزات، انعطاف پذیری و عدم خورده شدن، از جمله سایر ویژگی های این مواد به شمار می آید. قابلیت جذب این مواد که در حقیقت در گستره ی کاربردهای تجاری (منفی 40 dB) و نظامی (منفی 80 تا منفی 100 dB) می باشد.
پلیمرهای رسانای ذاتی مخصوصاً پلی آنیلین می تواند در جوشگاری مواد ترموست و ترموپلاستیک، استفاده شوند. فیلم های رسانای پلیمری و آمیزه های تولیدی از پلیمرهای رسانا می توانند در محل اتصال دو قطعه قرار داده شوند. برخورد تابش فرکانس میکروویو موجب می شود تا این مواد ذوب شده و موجب جوش خوردگی اتصال شود. اتصال های منتج شده مانند مواد قالب گیری شده از حالت مذاب، سخت می باشند.
خوردگی فولاد نیز یکی از مسائل مهم می باشد. پلی آنیلین دارای قابلیت محافظت این ماده در برابر خوردگی می باشد. مکانیزم مربوط به محافظت خوردگی بوسیله ی این ماده، حالت محافظت آنودی است. یعنی لایه ی پلی وینیلن به فلز الکترون می دهد. ولتاژ های قابل توجهی نیز در اتصال پلیمر- فلز ایجاد می شود.

خلاصه

پلیمرهایی که به صورت ذاتی رسانا هستند، یک گروه قابل توجه از مواد با قابلیت فرآوری آسان هستند که در آنها موادی دوپ می شود. این مواد می توانند نارسانا، رسانا و نیمه رسانا باشند. این گروه از پلیمرها، ضرورتاً در بسیاری از تکنولوژی ها، استفاده می شود.
استفاده از مطالب این مقاله، با ذکر منبع راسخون بلامانع می باشد.
منبع مقاله :
Conductive polymers and plastics in industrial applications / Larry Rupprecht
 



      

روش سل- ژل در تولید نانو پودر YSZ

 

نویسنده: حبیب الله علیخانی
همانطور که پیشتر گفته شد، روش سل- ژل اغلب به عنوان یک روش ساخت پودرهای سرامیکی به کار می رود، زیرا مزایای بسیاری را در مقایسه با روشهای سنتی تولید پودر دارد. سطح ویژه بالای ژلهای خشک شده واکنشپذیری بالایی را سبب میشود و باعث کاهش دمای سینترینگ به درجه حرارتهای پایین ترمی گردد. در این راستا محققان، تحقیقات متعددی را در زمینه تولید نانوپودر زیرکونیای پایدار شده با ایتریا به روش سل- ژل انجام داده و اثر پارامترهای مختلف را روی شرایط تولید پودر مورد مطالعه قرار داده اند.
در پژوهشی که توسط کیو و لی انجام شده است، از زیرکونیم اکسی کلرید و نیترات ایتریم در مخلوطی از آب و اتانول به عنوان مواد اولیه استفاده شده است. محلول به دست آمده در دمای معین نگه داشته شده تا رسوبات سل سفید رنگ به دست آیند. سپس آمونیوم هیدروکسید به سل اضافه میشود تا pH به حدود 9 برسد. در حین رسوبدهی ژل دائماً فیلتر شده و با آب دیونیزه شستشو داده می شود تا اطمینان حاصل شود که هیچ یون کلر در محیط وجود ندارد. در نهایت پودرها خشک شده و در دماهای مختلف کلسینه شده اند. با استفاده از این روش پودرهایی حاصل می شوند که در محدوده ابعادی 25 تا 30 نانومتر قرار دارند.
در پژوهشی دیگر یک روش نسبتاً آسان با قابلیت کاربرد صنعتی توسط ویازی و همکارانش معرفی شده است. این روش شیمیایی ساده بر پایه آب کافت و واکنشهای پلیمریزاسیون غیر آلی آلکوکسیدهای فلزی بنا شده است. در این واکنشها که از آلکوکسیدهای چهار ظرفیتی غیر سیلیکاتی مانند زیرکونیم استفاده می شود، به بازدارنده ها و عوامل کمپلکس کننده با نام کلی اصلاح کننده ها، نیاز است تا سرعت رسوب را کاهش دهند و از رسوب هیدروکسیدهای فلزی مانند هیدروکسید زیرکونیم جلوگیری کنند. این آلکوکسیدها نسبت به رطوبت بسیار حساس هستند و به سرعت هیدراته شده و رسوب میکنند، در نتیجه آنها را باید به دقت و در اتمسفر خشک حمل و نگهداری کرد.
اصلاح کننده های واکنش را می توان از اسیدهای آلی مانند بتا دی کتونها، کربوکسیلیک اسید، و یا لیگاندهای پیچیده انتخاب نمود. این اسیدها از رسوب ناخواسته سایر ترکیبات جلوگیری می کنند. نوع و نسبت اصلاح کننده ها به زیرکونیم عامل بسیار مهمی است که سرعت واکنش و همگنی واکنش در سل را شدیداً تحت تاثیر قرار میدهد. عوامل دیگری نیز در انجام واکنشها موثرند مانند نسبت آب به زیرکونیم و نسبت حلال به زیرکونیم. تقارن کریستالوگرافی و مورفولوژی پودرهای اکسیدی تولید شده کاملاً به این متغیرهای شیمیایی فرایند بستگی دارد.
ماده تشکیل دهنده آلکوکسید زیرکونیم در این پژوهش، پروپوکسید زیرکونیم چهار ظرفیتی محلول در پروپانول است. در اینجا حلال همان پروپانول می باشد. ماده تامین کننده ایتریم نیز نیترات ایتریم سه ظرفیتی دارای شش مولکول آب می باشد که در پروپانول حل شده و غلظت محلول 0.5 مول بر لیتر است. باید به واکنش شدید پروپوکسید زیرکونیم با آب توجه کرد و نمی توان آبی که مینرالهای آن جدا نشده است را مستقیماً به آن اضافه نمود. مخلوطی از آب در پروپانول به عنوان حلال تهیه میشود تا از تمرکز موضعی آب با پروپوکسید زیرکونیم جلوگیری شود زیرا این مساله منجر به ناهمگن شدن ژل خواهد شد. برای جلوگیری از مشکل آب کافت شدن سریع آلکوکسید با آب که معمولاً در هوا اتفاق می افتد، تمامی فرایندها باید تحت اتمسفر خنثی و گاز آرگون انجام شوند. بعد از تهیه ژل در دمای 50 درجه ی سانتیگراد، همه نمونه ها در دمای 80 درجه ی سانتیگراد، به مدت حداقل 24 ساعت خشک می شوند تا اینکه ایروژل تشکیل شود. سپس پودر حاصل به مدت 2 ساعت در دمای 950 درجه ی سانتیگراد، کلسینه می شود. آزمایشهای TEM نشان می دهند که پودر YSZ به دست آمده با این روش دارای ابعادی در حدود 30 تا 40 نانومتر است.
در تحقیق دیگری که توسط وانگ و همکارانش انجام گرفته است نیز نانوپودر زیرکونیا با استفاده از روش سل- ژل تولید شده است. در این روش بوتوکسید زیرکونیم در میزان معینی از الکل تحت شرایط هم زدن یکنواخت حل می شود. به این محلول همگن کاتالیست آب کافتی، آمونیوم هیدروکسید اضافه می شود تا pH معادل 10 شود. سپس 2 میلی لیتر آب اضافه می شود و محلول جدید به طور مداوم هم زده میشود تا ژل تشکیل گردد. ژل در دمای اتاق و در خلاء به مدت زمان 24 ساعت خشک شده و سپس به مدت 4 ساعت در هوا و در دماهای 400، 600 و 800 کلسینه می شود.
در سال 2001 میلادی، لبرتی- رابرت و همکارانش با استفاده از کلرید زیرکونیم و ایتریم نیترات به عنوان پیش ماده، پودر نانوکریستال YSZ برای کاربردهایی نظیر الکترولیت سلول های سوختی و سنسورهای اکسیژنی که در آن ها هدایت یونی اکسیژنی زیرکونیا مهم است، تولید کردند. در پژوهش مذکور ابتدا کلرید زیرکونیم و ایتریم نیترات 6 آبه در آب و در دمای 25 درجه ی سانتیگراد، حل شدند و سپس اسید سیتریک به آن اضافه شد. با افزودن اتیلن گلیکول، پلیمری شدن سیترات مخلوط شده، از طریق واکنش پلیمری شدن استرها انجام شد. با نگه داری بشر بر روی صفحه داغ با دمای 80 درجه ی سانتیگراد، تحت هم زدن مداوم، محلول ویسکوزتر شده و در نهایت یک ژل شفاف بدون هیچ گونه جدایش فازی قابل مشاهده به دست آمد. ژل به دست آمده در 180 درجه ی سانتیگراد به مدت 24 ساعت خشک گردید و در 400 درجه ی سانتیگراد، به مدت 2 ساعت کلسینه شد. عملیات تف جوشی نهایی در 600 تا 1000 درجه ی سانتیگراد و به مدت 6 ساعت انجام شد. این پژوهشگران از مقایسه اندازه ذرات محاسبه شده از آزمون های XRD و BET نتیجه گرفتند که ذرات آگلومره هستند. کاهش مساحت سطح مخصوص با افزایش دمای کلسینه کردن، نشان داد که تمایل به تشکیل ساختاری متراکم در آگلومره ها وجود دارد. بررسی های میکروسکوپ الکترونی روبشی نیز وجود آگلومره ها را تایید کرد.
در سال 2002 میلادی، رابرت و همکارانش نانو پودر 8YSZ را تولید و تاثیر افزودنی های شیمیایی روی مورفولوژی نانو پودرها را بررسی نمودند. در همان سال یاون ژانگ و همکارانش، با استفاده از سه روش پچینی اقدام به تولید نانو پودرهای زیرکونیای حاوی اسکاندیم شدند. در روش اول از پلی وینیل الکل، در روش دوم از پلی اتیلن گلیکول و اسید فورمیک و بالاخره در روش سوم از اتیلن گلیکول و اسید سیتریک تک آبه، به عنوان پیش ماده استفاده کردند. همچنین آنها در هر سه روش خود از یک نوع نمک زیرکونیم و ایتریم استفاده نمودند. آنها در بررسی خود به این نتیجه رسیدند که ژل تولید شده از روش سوم بهترین یکنواختی ترکیب شیمیایی را از خود نشان می دهد.
در سال 2010 میلادی توسط گرزبیلوکا و همکارانش با استفاده از دو نوع روش پچینی نانو پودرهای YSZ را تولید نمودند. در روش اول یا روش (IPC) از زیرکونیم اکسی کلراید اکتا هیدرات، ایتریم نیترات هگزاهیدرات، اتیلنگلیکول و اسیدسیتریک به عنوان پیش ماده استفاده نمودند و در روش دوم یا روش (PEG/AF) از زیرکونیماکسیکلرید اکتاهیدرات، ایتریم نیترات هگزاهیدرات، اسید فورمیک و پلی اتیلن گلیکول به عنوان پیش ماده استفاده کردند.
بررسی اثر پارامترهای موثر درتولید پودر به روش سل- ژل
خواص محصول نهایی تهیه شده از روش سل- ژل وابسته به پارامترهای بسیاری می باشد. محققان اثر برخی ازاین پارامترها را بر روی ویژگی های نانوپودر تولید شده مورد بررسی قرار داده اند. در ادامه تاثیر استفاده از کاتالیست آبکافت، اثر دما و زمان گرم کردن بر واکنش، اثر افزودن توزیع کننده و اثر دما و زمان کلسیناسیون مورد مطالعه قرار گرفته است.

اثرکاتالیست آبکافت

در پژوهشی که توسط بوخیمی و همکارانش انجام شده است، به منظور بررسی اثر کاتالیست آب کافت از چهار نوع کاتالیست آبکافت که عبارتند از: CH_3 COOH، HCl، H_2 SO_4، NH_4 OH استفاده شده است. در شکل 1 نمودار TG نمونه های تهیه شده با استفاده از این کاتالیستهای آب کافت نشان داده شده اند. همانطور که در شکل دیده میشود تمام نمونه ها در هنگام گرم کردن تا دمای 300 درجه ی سانتیگراد، کاهش وزن داشته اند. این کاهش وزن مربوط به تبخیر ترکیبات فرار باقی مانده از هنگام تهیه و آماده سازی نمونه می باشد. بالاتر از این دما کاهش وزن نمونه بستگی به کاتالیست آبکافت انتخاب شده خواهد داشت.
روش سل- ژل در تولید نانو پودر YSZ
این نمونه ها نشان می دهد که ساختار کریستالی همه آنها در دمای پایین تر از 300 درجه ی سانتیگراد، آمورف است. نمونه هایی که با استفاده از کاتالیستهای آب کافت CH_3 COOH، HCl، H_2 SO_4، NH_4 OH ساخته شده اند، با آنیل شدن در هوا در دمای 400 درجه ی سانتیگراد، کریستاله می شوند. این نمونه در حین آنیل کردن تا این دما بین 30 تا 34 % از وزن اولیه خود را از دست می دهند. نتایج تست DTA این نمونه ها نشان میدهد که بلوری شدن برای این نمونه ها در دمای بین 300 تا 350 درجه ی سانتیگراد، اتفاق می افتد. البته دمای بلوری شدن دقیق بستگی به نوع کاتالیست آب کافت استفاده شده دارد.
وقتی از سولفوریک اسید به عنوان کاتالیست آب کافت استفاده میشود، نمونه ها در دمایی بالاتر از 400 درجه ی سانتیگراد بلوری می شوند. در این مورد نمونه ای که تا دمای 400 درجه آنیل شده است، تنها 26 درصد وزن اولیه خود را از دست داده است و آنیل کردن در دماهای بالاتر از 600 درجه، موجب کاهش وزن بیشتر می شود که این میزان در 800 درجه ی سانتیگراد، به 37 % می رسد. این کاهش وزن مشابه کل کاهش وزنی است که در مورد نمونه های تهیه شده با دیگر کاتالیستهای آب کافت مشاهده شده بود. این مساله به این معناست که واکنش یون های SO_x با فاز آمورف، ساختار آمورف را پایدار میکند و بلوری شدن آن را به دماهای بالاتر انتقال می دهد که توسط نتایج آنالیز DTA نیز به اثبات رسیده است.
همچنین در تحقیق مشابه انجام شده توسط وانگ و همکارانش نشان داده شده است که برای نمونه های زیرکونیایی تهیه شده از روش سل- ژل که از اسید سولفوریک به عنوان کاتالیست آب کافتی استفاده کرده اند، بیشترین سرعت تجزیه هیدروکسید زیرکونیم در دمای 650 درجه ی سانتیگراد در نمودارهای TG مشاهده می شود و این مسئله به این معناست که بلوری شدن زیرکونیا در عامل اسیدی در درجه حرارتهای بالاتری اتفاق میافتد و حدوداً 200 درجه ی سانتیگراد بالاتر از نمونه های بهدست آمده از روش سل- ژل در عامل بازی است. این امر به این علت است که انتقال از هیدروکسید زیرکونیم به زیرکونیا، شامل مراحل ممکن مختلفی است، از دست دادن آب با پیوندهای ضعیف و تشکیل گروه های هیدروکسیلی نهایی، آبزدائی پلهای هیدروکسیلی برای تشکیل هسته اکسیدی و رشد هسته تا درآمدن به صورت یک کریستال قابل رویت. وقتی از اسید سولفوریک به عنوان کاتالیست آب کافتی استفاده میشود، یون SO_4^(2-) موجود در اطراف Zr-O جانشین یون های هیدروکسید می گردند. به خاطر پایداری حرارتی بیشترسولفات، پیوندهای سولفات با زیرکونیم بسیار قوی تر از پلهای هیدروکسیلی بین دو اتم زیرکونیا است. از بین بردن یونهای SO_4^(2-) نیازمند دماهای بالاتر میباشد. به عنوان مثال دمای 600 درجه ی سانتیگراد، که در نتیجه تشکیل باندهای اکسیدی را به تاخیر انداخته و موجب پایداری فازهای دما پایین می گردد.

اثر زمان کلسیناسیون

تعداد بسیار معدودی از پژوهشگران اثر زمان کلسیناسیون را بر خواص نهایی پودر مورد بررسی قرار داده اند. یکی از کارهایی که در این زمینه انجام شده، پژوهش لی و همکارانش می باشد که اثر زمان کلسیناسیون را بر روی اندازه کریستالیتهای به دست آمده را مطالعه کرده اند. نمودار مربوط به وابستگی اندازه ذرات به زمان در شکل 2 دیده می شود.
روش سل- ژل در تولید نانو پودر YSZ
با توجه به نمودار می توان دریافت که انتخاب زمان مناسب برای کلسیناسیون، بستگی مستقیم به دمای انتخاب شده دارد. با افزایش دمای کلسیناسیون، به منظور ممانعت از رشد کریستالیت ها باید زمان مناسب با آن دما انتخاب گردد. همانطور که در نمودار مشاهده می شود، در دمای 773 کلوین تا زمان 90 دقیقه، افزایش قابل توجهی در اندازه کریستالیت مشاهده نمی شود اما با افزایش بیشتر زمان، 11.8 % افزایش در اندازه کریستالیتها وجود خواهد داشت. این روند در مورد دماهای 873 و 973 کلوین متفاوت است و در این دماها، افزایش زمان حتی از 10 دقیقه تا 30 دقیقه سبب رشد کریستالیتها میشود که این امر نشانگر آن است که با افزایش دما روند رشد کریستالیتها سریعتر میشود و در زمانهای کوتاه تری اتفاق می افتد.

اثر دمای کلسیناسیون

پژوهشگران متعددی اثر دمای کلسیناسیون را بر روی ویژگی های نانوپودرهای نهایی تولید شده توسط روش سل- ژل مورد مطالعه قرار داده اند. به طور کلی در اکثر موارد دمای کلسیناسیون بهینه از تفسیر نتایج آنالیز DTA، حاصل میگردد به این ترتیب که با در نظر گرفتن پیک اگزوترم مربوط به کریستالیزاسیون، دمای دقیق تبلور پودرها مشخص میگردد.
در پژوهشی که توسط کیو و لی انجام شده است آنالیز FT-IR بر روی نمونه های پودر ژل تهیه شده از روش سل- ژل که در دماهای مختلف کلسینه شدهاند، انجام گرفته است که نتایج آن در شکل 3 مشاهده می گردد. همچنین نتایج آنالیز XRD انجام شده بر روی این پودرها، در شکل 4 مشاهده می گردد.
روش سل- ژل در تولید نانو پودر YSZ
روش سل- ژل در تولید نانو پودر YSZ
همانطور که از نتایج تست FT-IR بر می آید، پودرهای کلسینه نشده دارای پیوندهای O-H، N-O و کلا پیوندهای گروه های آلی هستند و یونهای آزاد نیترو، نیترات و هیدروکسی در پودرها موجودند. با افزایش دمای کلسیناسیون این ارتعاشات پیوندی به تدریج ناپدید می شوند و وقتی که دمای کلسیناسیون به 973 کلوین می رسند، غیر قابل تشخیص میگردند.
نتایج آنالیز XRD، نشان می دهند که نمونههایی که به مدت 2 ساعت در دمای 473 کلوین کلسینه شده اند، همچنان آمورف می باشند. وقتی دمای کلسیناسیون به 673 کلوین می رسد، پیک های موجود دال بر کریستاله شدن زیرکونیا در فاز مکعبی میباشند اما پیکهای پهن، نشان دهنده کریستالیزاسیون ضعیف و ذرات بسیار ریز YSZ هستند. وقتی دمای کلسیناسیون از 673 به 1273 کلوین می رسد، پیکها بسیار تیزتر و قویتر می شوند که نشان دهنده بهبود تبلور YSZ با افزایش دمای کلسیناسیون است.
اما دبونی و همکارانش اثر افزایش دمای کلسیناسیون را بر اندازه کریستالیتها بررسی کردهاند. در شکل 5 نمودار اندازه کریستالیتها بر حسب دمای کلسیناسیون دیده می شود. همانطور که از نمودار پیداست، با افزایش دمای کلسیناسیون اندازه کریستالیتها افزایش می یابد که در حقیقت نمایانگر رشد ذرات می باشد. انرژی اکتیواسیون بسیار پایین برای رشد کریستالهای YSZ یک ویژگی اصلی نانوکریستال های سرامیکی است. در حین کلسیناسیون، معمولترین نوع رشد، اگریگاسیون و تشکیل باندهای حالت جامدی است که بین نانوذرات تشکیل می شود.
روش سل- ژل در تولید نانو پودر YSZ



      

روشهای تولید نانو ذرات YSZ

 

نویسنده: حبیب الله علیخانی
خواص قطعات سرامیکی به عواملی چون اندازه، شکل ذرات، خلوص و یکنواختی پودر مصرفی به طور مستقیم بستگی دارد و به واکنشهای حین پخت که خود متاثر از نوع و چگونگی مواد اولیه است نیز مربوط میشود. اندازه ذرات، شکل ذرات، میزان خلوص آنها همراه با ثبات ترکیب و استوکیومتری عناصر از جمله عواملی میباشند که کنترل دقیق آنها میتواند ما را به ظهور خواص ویژه سرامیکها رهنمون سازد. برای دستیابی به سرامیک هایی با دانسیته تئوری، پودر ریز دانه با توزیع اندازه پهن و شکل تقریباً کروی و غیر آگلومره مطلوب است.
با پیشرفت تکنولوژی، نیاز به مواد اولیه خالص با ویژگیهای دقیق و مشخص که به راحتی قابل کنترل باشد احساس شد، به همین دلیل راههایی جهت دستیابی به این خواص آغاز گردید که مهمترین آنها روشهای شیمیایی تهیه پودر است. هر قدر اختلاط عامل پایدار کننده با زیرکونیا بیشتر باشد، مسیر و زمان کوتاهتری را برای حضور در سرتاسر شبکه زیرکونیا طی خواهد کرد و لذا احتیاج به حرارت پایینتر و همچنین مقدار پایدار کننده کمتری میباشد که به وسیله روشهای شیمیایی قابل انجام است. با توجه به این دو موضوع دیده میشود که در واقع با استفاده از روشهای شیمیایی میتوان میزان اختلاط و توزیع عوامل پایدار کننده را به حداکثر ممکن رساند و ضمناً پودری با خواص مناسب به دست میآید که در نتیجه دو هدف تولید پودر زیرکونیا و پایدار نمودن آن به طور همزمان حاصل شده است.
از این مواد اولیه در ساخت و تولید محصولات جدید به خصوص سرامیکهای مهندسی و سرامیکهای نوین به منظور بهره وری از خواص ویژه سرامیکها استفاده شده است. مهمترین عاملی که متخصصین را به بهره برداری از اینگونه خواص رهنمون ساخت، کنترل مواد اولیه بوده است. سابقاً برای افزایش هدایت الکتریکی زیرکونیا و نیز پایدارسازی آن، از روش های فرآوری خشک استفاده می شد. این روش شامل مخلوط کردن پودر زیرکونیا یا اکسی کلرید زیرکونیم با یک عامل پایدار کننده و گرم کردن مخلوط برای ساعتهای طولانی بود تا محلولهای جامد اکسیدی غیر استوکیومتری به دست آید. فرایند فرآوری خشک نیاز به دماهای بسیار بالا برای فرآوری مواد در کاربردهای مورد نظر دارد. دماهایی که در تحقیقات مختلف برای این روش ذکر شده است 1350 درجه ی سانتیگراد و بالاتر است. بعد از بهدست آوردن فاز مکعبی، پودرها حتی در دماهای بالاتر تفجوشی می شوند تا هدایت الکتریکی آنها افزایش یابد. زیرکونیا و زیرکونیای پایدار شده با ساختار مکعبی و تتراگونال در دماهای بسیار پایینتر هم با گرم کردن ذرات ریز به دست آمده از محلولهای آبی قابل دستیابی هستند.
پودرهای زیرکونیای دوپ شده یکنواخت و بسیار ریز، به دلیل تهیه سرامیک هایی برای طرحهای الکترونیکی دارای اهمیت فراوانی است. این پودرها نه تنها امکان و توانایی تهیه سرامیک های متراکم را در دماهای پایین فراهم میکنند بلکه خواص ترمومکانیکی بهتری نیز دارند؛ چرا که در نهایت اندازه دانه کوچکی دارند. روشهای زیادی برای تهیه شیمیایی پودرها در دسترس می باشد. به کارگیری روشهای شیمی تر برای تهیه پودرهای سرامیکی مخصوصاً در جهت دستیابی به درجه بالایی از همگنی و قابلیت پخت بهتر می باشد.

روش رسوب دهی

همانطور که پیشتر گفته شد، عموماً پودرهایی که با روشهای شیمیایی تر فرآوری میشوند، همگنی بیشتری دارند و توزیع نقایص مانند جایهای خالی اکسیژن در آنها همگنتر خواهد بود که این امر خواص الکتریکی آنها را تحت تاثیر قرار خواهد داد. بررسیهای انجام شده نشان می دهند که روش تولید پودر بر روی خواص الکتریکی YSZ شدیداً تاثیر گذار است. روش رسوبدهی به دلیل قابلیت اعمال کنترل در مقیاس بالا یکی از روشهای موثر برای تولید پودر شناخته شده است که نه تنها انرژی اکتیواسیون لازم برای انجام فرایند را کاهش می دهد، بلکه ماده ای با خواص بهبود یافته نیز فراهم می کند. در این روش رسوب گذاری عمدتاً توسط هیدروکسید آمونیم یا اوره انجام می شود.
در پژوهشی که توسط برون و همکارانش انجام گرفته، رسوبدهی پودرهای YSZ از محلول های آبی مورد بررسی قرار گرفته است. در این روش YSZ از محلول آبی نیترات ایتریم 4 آبه و نیترات زیرکنیل توسط هیدروکسید آمونیم رسوب داده میشود. سپس رسوبها در هوا خشک شده و کلسینه می گردند.
در پژوهش دیگری که توسط ژین و همکارانش انجام گرفته، از روش رسوبدهی همگن برای تولید YSZ استفاده شده است. در این روش مواد اولیه شامل ایتریا و زیرکونیل کلراید 8 آبه می باشد. ایتریا در مقادیر معین در اسید نیتریک حل شده و سپس زیرکونیل کلراید 8 آبه نیز در آب دیونیزه حل شده و با محلول نیترات ایتریم مخلوط می گردد. سپس اوره به این مخلوط اضافه شده و رقیق می گردد تا غلظت زیرکونیا در آن به 0.05 مول بر لیتر برسد. محلول حاصل در یک اتوکلاو در دمای 85 درجه ی سانتیگراد و به مدت یک ساعت گرم میگردد تا رسوب هیدروژل تشکیل شود. این رسوب توسط سانتریفوژ جمعآوری شده و سپس به دفعات با آب دیونیزه شستشو داده می شود و پس از خشک کردن در دمای 500 درجه ی سانتیگراد، کلسینه می گردد.
متوسط اندازه کریستالیتهای بهدست آمده با این روش توسط فرمول شرر، 7 نانومتر گزارش شده است. همچنین طیف های رامان گرفته شده نشان می دهند که نمونه ها عمدتاً شامل فاز مکعبی هستند. همچنین نتایج آنالیز TEM نشان داده اند که آگلومراسیون در این پودرها بسیار ضعیف می باشد. نانو پودرهای همگن با آگلومراسیون کم به دست آمده از این روش، قابلیت کاربرد برای ساخت ابزار سرامیکی پیشرفته را دارند.

روش رسوب دهی دو امولسیونی

در میان روشهای گوناگون تولید پودر، رسوب دهی ذرات از محلول به دلیل سهولت، ارزانی و قابل کنترل بودن، روشی خوب و قابل قبول می باشد. مشکل اغلب روشهای رسوب دهی متعارف این است که ذراتی با شکل هندسی نامنظم و توزیع اندازه ذرات وسیع حاصل میشود که این مشکلات را می توان با استفاده از تکنیک رسوب دهی دو امولسیونی برطرف کرد. اولین قدم در روش رسوب دهی امولسیونی، یافتن فرمولی مناسب برای پایداری امولسیون است که شامل فعال کننده سطحی و یا مخلوطی از فعال کنندههای سطحی در کنار آب و روغن می باشد. اگر اندازه قطرات امولسیون مورد توجه قرار گیرد، دو نوع مختلف به نام های ماکرو امولسیون و میکروامولسیون را می توان نام برد. در میکرو امولسیون ذرات باید از ابعاد بسیار کوچکتری نسبت به ماکروامولسیون برخوردار باشند. معمولاً میکرو امولسیونها شفاف هستند زیرا اندازه قطرات در آنها بین چند نانومتر تا 100 نانومتر است اما ماکروامولسیونها حالتی شیری شکل دارند زیرا اندازه قطرات در آنها در حد میکرومتر می باشد. اخیراً تحقیقاتی انجام گرفته است که بر طبق آنها میتوان برای تهیه پودرهای سرامیکی نظیر آلومینا، زیرکونیا و ایتریا را از روش رسوب دهی امولسیونی استفاده کرد. ایده پایه در تکنیک رسوبدهی دو امولسیونی در شکل 1 نشان داده شده است.
در این روش دو محلول امولسیون در دو ظرف جداگانه آماده می شوند. یک ظرف حاوی روغن به علاوه فعال کننده های سطحی می باشد که درون آن محلول ذرات اکسید فلزی آبدار وجود دارد و در ظرف دیگر محلول آمونیاک آبی موجود است. بعد از آماده سازی، این دو محلول با تلاطم و سرعت زیاد با یکدیگر مخلوط میشوند. سرعت تعویض و تغییر ذرات داخلی در حل شدن در یکدیگر بسیار پایین است به عنوان مثال تماس بین ذرات فلزی محلول و آمونیاک نیازمند نفوذ آمونیاک از میان فاز روغن می باشد که در مسیر نشان داده شده در شکل 1 نمایان است. از طرف دیگر تعویض ذرات می تواند به علت به هم پیوستن ذرات از دو نوع مختلف باشد. در حقیقت چند مرحله را میتوان در انجام این واکنشهای زنجیرهای نام برد: نفوذ و جابجایی قطرات برای رسیدن به یکدیگر، باز شدن لایه های فعال کننده های سطحی و تماس آنها، نفوذ مولکولهای قابل حل درون اگریگیتهای دیمری که به صورت لحظه ای تشکیل می شوند، واکنش بین مولکولهای حل شونده، جوانه زنی و رشد ذرات اولیه به وجود آمده و جدایش ذرات به منظور تشکیل ذرات ریزتر.
مزیت تکنیک رسوب دهی دو امولسیونی، دستیابی به غلظتهای یکنواخت آمونیا درون فاز روغن است. در این روش اندازه، توزیع اندازه و شکل محصولات تولیدی نسبت به روشهای متعارف رسوب دهی قابل کنترل تر می باشد. در ادامه روشهای متعددی که توسط آنها با استفاده از این تکنیک ترکیبات حاوی زیرکونیم تولید شده اند مورد بررسی قرار می گیرند.
روش اول عبارت است از دمیدن گاز آمونیاک در محلول امولسیونی که حاوی ذرات آبی Zr می باشد. پس از این مرحله رسوبهای ژل مانندی تشکیل شده و سپس زیرکونیا آگلومره شده حاصل می گردد که ابعاد ذرات آن پس از کلسیناسیون در حد زیر میکرون میباشد. کانای و همکارانش در سال 1987 پودر اکسیدی زیرکونیم ایتریم با اندازه متوسط 100 تا 200 نانومتر را تحت شرایط بهینه و با این روش، تولید کردند.
در روش دیگری که در سال 1997 توسط باون انجام گرفته است، دو محلول مورد استفاده در میکرو امولسیون عبارتند از زیرکو نیترات و محلول آمونیا. این دو محلول آماده سازی شده و مخلوط میشوند تا ذرات اولیه به دست آیند. سپس این ذرات به منظور دستیابی به زیرکونیا تتراگونال کلسینه می گردند. ذرات به دست آمده کروی، غیر آگلومره و اندازه آنها در محدوده 5 تا 10 نانومتر می باشد. باید خاطر نشان کرد که میزان فعال کننده سطحی که در این روش به کار گرفته می شود بسیار بالا بوده و به میزان 35 درصد وزنی کل محلول امولسیون می باشد.
همانطور که گفته شد هدف از تکنیک رسوب دهی دو امولسیونی، کنترل اندازه ذره میباشد. فاکتورهای مهمی در بهینه کردن شرایط تولید پودر با استفاده از این روش نقش دارند که به طور خلاصه به برخی از آنها اشاره می شود. از فاکتورهای بسیار مهم پایداری امولسیون می باشد که در این رابطه تاثیرات نوع فعال کننده سطحی، غلظت یون زیرکونیم 4 بار مثبت و نسبت آب/روغن توسط محققان مختلف بررسی شده و چنین نتیجه شده است که غلظت پایین این یون و همچنین نسبت کمتر آب/روغن شرایط مناسب تری را برای پایداری ماکروامولسیون فراهم می نماید. همچنین ماکروامولسیونهای پایداری با استفاده از سه فعال کننده آنیونی مختلف که عبارتند از Arlace 183، Span80 و Span40، مناسب ترین ماده تشخیص داده شده است. افزودن این فعالکنندههای سطحی به فرمولاسیون، کشش سطحی قطرات را کاهش می دهد.
از پارامترهای مهم دیگر می توان به نوع فاز روغنی و غلظت محلول آبی اشاره کرد که بر روی خواص امولسیون موثر بوده و متعاقب آن خواص ذره تولید شده را نیز تحت تاثیر قرار میدهد. اندازه قطرات در فاز آبی نیز از پارامترهای بسیار مهمی است که بر روی اندازه نهایی پودر تولید شده موثر است. در تحقیق انجام شده توسط تای و همکارانش تاثیر غلظت محلول آبی روی اندازه قطرات آبی در سیستم ماکروامولسیون بررسی شده است. طبق نتایج بهدست آمده از این پژوهش نمودار توزیع اندازه قطرات فاز آبی هنگامی که غلظت کاهش می یابد، به سمت ابعاد کوچکتر می رود.
شدت و زمان هم زدن نیز از دیگر پارامترهای موثر در تولید پودر به روش رسوب دهی امولسیونی می باشند. در تحقیقات نشان داده شده که افزایش شدت همزدن منجر به افزایش اندازه دانه ها می شود و نیز نشان داده شده که تاثیر همزدن به مراتب کمتر از تاثیرات غلظت می باشد.
روشهای تولید نانو ذرات YSZ

روش هیدرو ترمال

روش هیدروترمال روشی برای تولید جامدات غیر آلی اکسیدی یا غیر اکسیدی است. در روش های تولید هیدروترمال، کنترل فاز و مورفولوژی محصول به وسیله به کار گرفتن واسطه واکنش مناسب و در نظر گرفتن خواص فیزیکی نظیر ویسکوزیته، نقطه جوش و قابلیت پولاریته شدن، آسان می باشد.
به علاوه وجود واسطه واکنش مایع می تواند از تشکیل آگریگیتهای سخت محصولات در حین تولید، ممانعت به عمل آورد. در این فرایند یک روش بسیار مورد قبول، استفاده از یک حلال الکلی به عنوان جایگزینی برای آب، به عنوان واسطه واکنش برای جلوگیری از آب کافت اولیه میباشد. آب بعداً به سیستم واکنش افزوده می شود تا آبکافت اجزاء فلزی را تسهیل نماید.
روش هیدروترمال به طور گسترده ای برای تولید ذرات بسیار ریز زیرکونیا به کار میرود. متغیرهای فرایند مانند pH، غلظت، دما و زمان، اثرات مهمی بر ساختار کریستالی زیرکونیا دارند. در پژوهشی که توسط ژیانگ دنگ و همکارانش انجام گرفته است سنتز زیرکونیا در الکل های خاص تحت شرایط هیدروترمال مورد بررسی و مطالعه قرار گرفته است. در این روش از تتراکلرید زیرکونیم به عنوان ماده اولیه استفاده می گردد و پس از خشک شدن، الکل مورد نظر (متانول، اتانول، ایزو پروپانول) به آن افزوده میشود و سپس در اتوکلاو تحت حرارت تا 300 درجه ی سانتیگراد، قرار می گیرد. محلولهای حاصله از متانول سوسپانسیونهای پایدار از نانو ذرات می باشند که برای جدا کردن آنها از تبخیر استفاده می گردد.
زیرکونیای تولید شده تتراگونال بوده و اندازه متوسط دانه آن نانومتر گزارش شده است. این محققان به این نتیجه رسیده اند که افزودن آب ضروری نمی باشد زیرا حلالهای الکلی در حین فرایند طی فرایند اتری شدن، آب تولید می نمایند. محصولات تولید شده توسط این پژوهشگران، نانو کریستالیتهای بسیار ریز بودند که تنها در برخی موارد آگلومرههای بسیار ضعیف در آنها تشکیل شده بود و توزیع اندازه دانه نیز نسبتاً همگن بوده است.
در پژوهش دیگری که توسط گانگ ژو و همکارانش انجام گرفته است، برای تولید نانوپودرهای زیرکونیای پایدار شده با اسکاندیا (ScSZ) که هدایت یونی قابل توجهی را داراست، از روش هیدروترمال دو مرحلهای و رسوب گیری در حضور اوره استفاده شده است. در این روش از نیترات اسکاندیم و زیرکونیم، به عنوان مواد اولیه، استفاده شده است. این مواد اولیه در دمای 80 درجه ی سانتیگراد به مدت 24 تا 48 ساعت گرم شده و سپس در دمای 180 درجه ی سانتیگراد، به مدت 48 تا 72 ساعت دیگر گرم می گردند. پودرهای رسوب کرده فیلتر شده و با آب دیونیزه و اتانول شسته شده و در یک گرم کن خلاء در دمای 40 درجه ی سانتیگراد، خشک می شوند. در نهایت پودرهای حاصله در دمای 600 تا 1200 درجه ی سانتیگراد، به مدت یک ساعت در یک کوره مافلی تحت هوای ساکن کلسینه می گردند. در واقع در این روش اوره، کنترل کننده بازیسیته سیستم می باشد زیرا با افزایش بازیسیته، رسوب ژل زیرکونیا افزایش یافته و جوانه زنی فاز مونوکلینیک نیز افزایش می یابد و نیز استحاله آن به فاز مکعبی زیاد می گردد. مرحله دوم عملیات هیدروترمال به خاطر دادن دما و زمان کافی برای متبلور شدن نانو کریستالیتها به صورت مکعبی و جلوگیری از استحاله تشکیل مونوکلینیک است. اندازه ذره متوسط در این کار تحقیقاتی کوچکتر از 10 نانومتر و سطح ویژه آنها نیز 157 متر مربع بر گرم گزارش شده است.
پژوهش دیگری که توسط کانگودتیتی و همکارانش انجام شده است، مقدار معینی از تترا- نرمال پروپوکسید زیرکونیم به 100 میلی لیتر گلیکول اضافه شده و تحت گاز نیتروژن تا 300 درجه ی سانتیگراد، حرارت داده می شود و به مدت 2 ساعت در این دما نگهداری می گردد. پس از سرد شدن تا دمای اتاق، پودرها جمع آوری شده و با متانول شستشو داده میشوند و سپس در هوا خشک میگردند. کلسینه کردن پودرها نیز به مدت یک ساعت انجام می گیرد. نتایج به دست آمده حاکی از این است که پودرهای به دست آمده با استفاده از غلظت های مختلف ZNP همه سفید رنگ و تتراگونال بودهاند و اندازه ذرات با افزایش غلظت ZNP، از 3.4 نانومتر به 4.8 نانومتر افزایش یافته است. پس می توان چنین نتیجه گرفت که افزایش غلظت ماده تامین کننده زیرکونیم باعث ترغیب آگلومراسیون و درشت شدن ذرات می گردد.



      

چاپ، پلیمرها را تخت می‌کند و خواص الکتریکی و اپتیکی را بهبود می‌بخشد

محققان راهی پیدا کرده اند که از چاپ پلیمر برای کشش و تخت کردن مولکولهای پیچ خورده استفاده کنند تا برق را بهتر هدایت کنند. تیمی به رهبری مهندسین شیمی و مولکول زیستی از دانشگاه ایلینویز یافته های خود را در ژورنال پیشرفت های علم گزارش می دهند.
 
پلیمرهای در هم آمیخته شده توسط اجتماع مولکولهای غنی از الکترون در امتداد یک ستون فقرات از پیوندهای شیمیایی تک و دوتایی متناوب تشکیل می شوند. این پیوستگی به برق اجازه می دهد تا خیلی سریع از طریق پلیمر تردد کند و آن را برای استفاده در کاربردهای الکتریکی و نوری بسیار مطلوب می سازد. محققان گفتند این شیوه حمل بارها الکتریکی به حدی خوب کار می کند که پلیمرهای در هم آمیخته اکنون آماده رقابت با مواد سیلیکونی هستند.
 
لکن ، این پلیمرها هنگام پیوستن به هم تمایل به از شکل افتادن در مارپیچهای پیچ خورده دارند ، که این به شدت مانع حمل بار الکتریکی می شود.
 
یینگ دیائو ، استاد مهندسی شیمی و بیومولکولی ، که هدایت این مطالعه را بر عهده داشت ، گفت: "صاف بودن یا مسطح بودن یک پلیمر در هم آمیخته نقش زیادی در توانایی آن در انتقال برق دارد." "حتی پیچ و تاب کمی در ستون فقرات می تواند مانع توانایی الکترون ها برای عدم تمرکز و جریان شود."
 
دیائو گفت ، می توان پلیمرهای در هم آمیخته را با اعمال فشار بسیار زیاد یا دستکاری در ساختار مولکولی آنها صاف کرد ، اما هر دو روش بسیار پر زحمت هستند. "واقعاً هیچ راهی آسان برای انجام این کار وجود ندارد."
 
محقق فوق دکترا کیونگ سان پارک و دانشجوی فارغ التحصیل جاستین کووک هنگام هدایت آزمایش های چاپ و شبیه سازی های جریان در آزمایشگاه دیائو متوجه چیزی شدند. محققان می گویند که پلیمرها در طی چاپ دو مرحله متمایز از جریان را طی می کنند: اولین مرحله وقتی رخ می دهد که عمل موئینگی جوهر پلیمر را وقتی که شروع به تبخیر می کند بالا می کشد ، و مرحله دوم نتیجه نیروهای تحمیل شده توسط تیغه های چاپ و بستره است.
 
دیائو گفت: "پارک و کووک مرحله دیگری را کشف کردند که در طول چاپ رخ می دهد که در آن به نظر می رسد پلیمرها دارای خواص بسیار متفاوتی هستند." "این مرحله سوم بین دو مرحله قبلاً تعریف شده رخ می دهد ، و نشان می دهد که پلیمرها در حال کشیده شدن به شکل های مسطح هستند."
 
دیائو گفت ، نه تنها پلیمرها در این مرحله سوم کشیده و مسطح می شوند ، بلکه همچنین آنها پس از رسوب زدایی از محلول نیز به این شکل باقی می مانند ، و این امکان را فراهم می آورند که تنظیمات پرینتر را به دقت تنظیم کنید تا پلیمرهای در هم آمیخته را برای استفاده در دستگاه های جدید و سریع‌تر زیست پزشکی و الکترونیک انعطاف پذیر تولید کنید.
 
دیائو گفت: "ما در حال کشف باغ وحش کاملی از مراحل جدید پلیمری هستیم ، که همه نسبت به نیروهایی که در طی فرآیند چاپ روی می دهند حساس هستند." صاف بودن یا مسطح بودن یک پلیمر در هم آمیخته نقش زیادی در توانایی آن در انتقال برق دارد."ما اینگونه تصویر پردازی می کنیم که این تعادل های کاوش نشده و مرحله های تحریک شده با جریان در نهایت به پلیمرهای جدید در هم آمیخته با خواص اپتوالکترونیکی مهیج تبدیل می شوند."
 

فیلم‌های پلیمری جدید به جای به دام انداختن گرما، آن را هدایت می‌کنند

پلیمرها معمولاً ماده عایق حرارتی هستند. به یک دستکش بلند سیلیکونی اجاق یا یک فنجان استیروفوم قهوه فکر کنید ، هر دو از مواد پلیمری ساخته شده و در به دام انداختن گرما بسیار عالی هستند.
 
اکنون مهندسان MIT با ساختن فیلم های پلیمری نازک که گرما را هدایت می کنند - توانایی ای که معمولاً با فلزات همراه است - تصویری که از عایق پلیمری استاندارد وجود دارد را معکوس کرده اند. در آزمایشات ، آنها فیلم هایی را پیدا کردند که از پوشش پلاستیکی نازک تر هستند و گرما را بهتر از بسیاری از فلزات شامل فولاد و سرامیک هدایت می کنند.
 
نتایج این تیم ، که در ژورنال ارتباطات طبیعت منتشر شده است ، ممکن است تحریکی باشد برای توسعه عایق های پلیمری‌ به عنوان جایگزین های سبک ، انعطاف پذیر و مقاوم در برابر خوردگی برای رساناهای گرمایی فلزی سنتی ، برای کاربردهای مختلف از مواد دفع گرما در لپ تاپ ها و تلفن های همراه گرفته تا عناصر خنک کننده در خودروها و یخچال ها.
 
"ما فکر می کنیم این نتیجه گامی برای تحریک این زمینه است."  "دید بزرگتر ما این است که این خواص پلیمرها می توانند کاربردها و شاید صنایع جدیدی ایجاد کنند و ممکن است جایگزین فلزات به عنوان مبدل های حرارتی شوند."
 
در سال 2010 ، این تیم گزارش موفقیت خود را در ساخت الیاف نازک پلی اتیلن ، که 300 برابر هدایت گرمایی بیشتر از پلی اتیلن معمولی داشتند و تقریباً به اندازه اغلب فلزات رسانای گرمایی بودند ، دادند. نتایج آنها ، که در ژورنال نانوتکنولوژی طبیعت منتشر شد ، توجه صنایع مختلفی از جمله تولید کنندگان مبدل های حرارتی ، پردازنده های هسته رایانه و حتی اتومبیل های مسابقه را به خود جلب کرده است.
 
خیلی زود مشخص شد ، برای این که هادی های پلیمری بتوانند برای هر یک از این کاربردها کار کنند ، مواد باید از فیبرهای فوق العاده نازک (یک فیبر منفرد به اندازه یک صدم قطر موهای انسان اندازه گیری می شود) به فیلم های قابل کنترل تر افزایش ابعاد دهند.
 
چن می گوید: "در آن زمان که گفتیم به جای یک فیبر واحد ، می توانیم تلاش کنیم که یک ورق بسازیم." "این روند بسیار دشوار از کار در آمد."
 
محققان نه تنها لازم بود از پسِ ساختن ورق های رسانای گرما از پلیمر بر آیند ، بلکه همچنین لازم بود اسبابی سفارشی را می ساختند تا بتوانند هدایت گرمای این ماده را تست کنند ، و همچنین کدهای رایانه ای را برای تحلیل تصاویر ساختارهای میکروسکوپی مواد تهیه کنند. در پایان ، این تیم توانست فیلم های نازکی از پلیمرهای هادی را با شروع از پودر پلی اتیلن تجاری بسازد.
 
منبع: دانشگاه ایلینویز در Urbana-Champaign ، دفتر خبر



      

مفهوم شگفت انگیز حد تناسب بین تنش و کرنش

علم مواد و مکانیک شاخه‌هایی از فیزیک هستند که به بررسی خصوصیات شیمیایی و فیزیکی هر ماده‌ی منفردی می‌پردازند، و کاربردهای آن در مهندسی و علوم محض است. در حالی که رویکرد تقلیل گرایانه از مطالعه خواص مواد در سطح اتمی یا مولکولی ممکن است به ما در درک برخی خصوصیات مواد کمک کند، نمی‌توان پیش بینی کرد که وقتی نیروهای بین مولکولی به ایفای نقش بپردازند ماده به صورت توده‌ای و بزرگ مقیاس چگونه رفتار خواهد کرد. در کاربردهای کاملاً مهندسی، لازم است مواد برای قدرتشان مورد آزمایش قرار بگیرند تا نقطه تسلیم یا حد قدرت کشش آنها مشخص شود. نیروهای ماکروسکوپی در اینجا وارد بازی می‌شوند. یکی از خصوصیات فیزیکی وابسته، که هنگام انجام تست‌های استرس اندازه گیری می‌شود، حد تناسب است.
 

درباره تنش و کرنش

قدرت یک ماده با نحوه پاسخگویی به تنش و کرنش اندازه گیری می‌شود. تنش، اندازه‌ای است از نیروی داخلی در واحد سطح که بر روی جسم وارد می‌شود هنگامی که جسم تحت تأثیر نیروهای تغییر شکل دهنده قرار می‌گیرد. واحد تنش همان فشار است و برابر با نیوتن بر متر مربع است.
 
از نظر مهندسی، کرنش با توجه به ابعاد اصلی آن، یک نسبت تغییر در ابعاد هر جسم است. این اعوجاج جسم است که بر اثر اعمال نیروهای خارجی بر روی آن اتفاق می‌افتد. این تغییر مکان لایه‌های جسم است که تحت تأثیر اِعمال نیروی تغییر شکل دهنده وارد بر ماده رخ می‌دهد.
 
قانون هوک رابطه‌ای بین تنش و کرنش است که توسط یک جسمِ تحت دفرمه شدن احساس می‌شود. این قانونِ تقریبی بیان می‌کند که در حد الاستیک، کرنشی که توسط یک ماده احساس می‌شود مستقیماً با تنش متناسب است. حد الاستیک نقطه‌ای است که اگر یک شیء فراتر از آن، کشیده شود، برای همیشه تغییر شکل می‌دهد. ضریب تناسب بین تنش و کرنش به عنوان مدول الاستیسیته ماده شناخته می‌شود.
 

تعریف

حد تناسب، حداکثر میزان تنش است که یک شیء می‌تواند تحمل کند در حالی که هنوز از قانون هوک پیروی می‌کند. به عبارت دیگر، بالاترین میزان تنشی است که ممکن است یک ماده در معرض آن قرار بگیرد در حالی که هنوز هم یک رابطه خطی با کرنش را حفظ می‌کند.
 
اگر منحنی تنش را در برابر کرنش ترسیم کنید، خواهید دید که تا رسیدن به نقطه تسلیم، رابطه‌ای خطی بین آنها وجود دارد. بعد از این مرحله، کرنش بدون افزایش تنش در حال افزایش خواهد بود. بالاترین مقدار تنش، درست قبل از رسیدن به نقطه تسلیم، به عنوان حد تناسب شناخته شده است.
 
اگر نیرویی اعمال کنید، فراتر از این حد، رابطه تناسب خطی بین تنش و کرنش دیگر حفظ نمی‌شود. اگر تنش بیشتری را فراتر از این مرحله اعمال کنید ممکن است مواد به طور دائمی تغییر شکل دهند. به خودی خود، هیچ فرمولی برای حد تناسب وجود ندارد، زیرا مقدار دقیق حداکثر تنش که یک ماده می‌تواند تحمل کند، کاملاً به ساختار مولکولی داخلی یا ساختار بلوری آن بستگی دارد.
 
اگر مهندسی تولید یا مکانیک را دنبال می‌کنید، می‌دانید که مطالعه خواص مواد مانند حد تناسب آنها و درجه بندی آنها با توجه به قدرت عملکرد آنها از مهمترین وظایف یک طراح و مدیر تولید است.
 

قانون هوک

قانون هوک یک قانون فیزیکی است که می‌گوید نیرویی (F)  که لازم است که فنری را به اندازه x بکشد یا فشرده سازد به صورت خطی متناسب با x است. یعنی Fs=kx که در آن k فاکتور ثابتی است که اندازه آن به ویژگی فنر مثل سختی آن بستگی دارد، و x در مقایسه با دفرمه شدن ممکن کلی فنر کمیت کوچکی است. این قانون به افتخار روبرت هوک، فیزیکدان انگلیسی قرن هفدهم به نام او نامگذاری شده است. وی برای اولین بار این قانون را در سال 1676 به صورت یک نمودار لاتینی بیان کرد.
 
معادله هوک در بسیاری از مواقع دیگر که جسم الاستیک تحت نیروهای تغییر شکل دهنده قرار می‌گیرد، مانند مورد وزش باد بر روی یک ساختمان بلند، و یا زمانی که یک نوازنده رشته‌ی گیتار خود را می‌کشد، (تا حدی) اعتبار خود را حفظ می‌کند. به یک جسم یا ماده‌ی الاستیکی که می‌توان برای آن اعتبار این قانون را فرض کرد، خطی - الاستیک یا هوکیَن گفته می‌شود.
 
قانون هوک فقط یک تقریب خطی مرتبه اول به پاسخ واقعی فنرها و سایر اجسام الاستیک به نیروهای اعمال شده است. وقتی نیروهای اعمالی از حد مجاز فراتر رفتند این قانون درنهایت باید شکست بخورد، زیرا هیچ ماده‌ای نمی‌تواند بیش از حداقل اندازه معینی فشرده شود، یا بیش از حداکثر اندازه‌ای کشیده شود بدون این که تغییر شکل یا تغییر وضعیت دائمی بدهد. نمی‌توان پیش بینی کرد که وقتی نیروهای بین مولکولی به ایفای نقش بپردازند ماده به صورت توده‌ای و بزرگ مقیاس چگونه رفتار خواهد کرد.حتی بسیاری از مواد به طرز محسوسی قبل از رسیدن به این محدوده‌های الاستیک، از قانون هوک کمابیش منحرف می‌شوند.
 
از طرف دیگر، قانون هوک تقریباً برای بسیاری از اجسام جامد یک تقریب دقیق است تا زمانی که نیروها و تغییر شکل‌ها به اندازه کافی کوچک باشند. به همین دلیل، قانون هوک در همه شاخه های علوم و مهندسی بسیار مورد استفاده قرار می‌گیرد و پایه و اساس بسیاری از رشته ها مانند زلزله شناسی، مکانیک مولکولی و آکوستیک است. همچنین این قانون، اصلی اساسی در مقیاس فنر، مانومتر و چرخ تعادل ساعت مکانیکی است.
 
نظریه مدرن الاستیسیته، قانون هوک را تعمیم می‌دهد تا بگوید که کرنش (تغییر شکل) یک ماده یا ماده الاستیک متناسب با تنش اعمال شده بر آن است. با این حال، از آن جا که تنش‌ها و فشارهای کلی ممکن است چندین مؤلفه مستقل داشته باشند، "ضریب تناسب" ممکن است دیگر فقط یک عدد واقعی واحد نباشد، بلکه یک نقشه خطی (یک تانسور) است که می‌تواند توسط یک ماتریس از اعداد حقیقی نشان داده شود.
 
در این شکل کلی، قانون هوک استنتاج رابطه بین کرنش و تنش را برای اشیاء پیچیده بر حسب خصوصیات ذاتی موادی که از آن ساخته شده است ممکن می‌سازد. به عنوان مثال، می توان نتیجه گرفت که یک میله همگن با سطح مقطع یکنواخت مانند کشش یک فنر ساده رفتار خواهد کرد با یک سفتی k که به طور مستقیم متناسب با سطح مقطع آن است و به طور معکوس متناسب با طول آن است.
 
منبع: اُمکار فاتاکک




      
   1   2   3   4   5   >>   >



پیامهای عمومی ارسال شده

+ آنچه انسان را غرق می کند، در آب افتادن نیست بلکه زیر آب ماندن است. (کوییلو)

+ وقتی کسی صادقانه بهت عشق هدیه میکند و تو پس میزنی منتظر باش تا قلبتو به کسی هدیه کنی و اون تو رو پس بزنه . . .

+ بوخوالد : تنها علاج عشق، ازدواج است.

+ چه زشت است فروتنی هنگام نیازمندی و درشتی هنگام بی نیازی امیر المومنین (ع)

+ زندگی مانند یک لاستیک کهنه است که سیمهای بعضی از جاهایش بیرون زده و همینطور که میچرخد تن آدمی را خراش میدهد

+ سخت است حرفت را نفهمند، سخت تر این است که حرفت را اشتباهی بفهمند، حالا میفهمم، که خدا چه زجری میکشد وقتی این همه آدم حرفش را که نفهمیده اند هیچ، اشتباهی هم فهمیده اند.

+ مردی صبح از خواب بیدار شد و دید تبرش ناپدید شده . شک کرد که همسایه اش آن را دزدیده باشد ، برای همین ، تمام روز اور ا زیر نظر گرفت. متوجه شد که همسایه اش در دزدی مهارت دارد ، مثل یک دزد راه می رود ، مثل دزدی که می خواهد چیزی را پنهان کند ، پچ پچ می کند ،آن قدر از شکش مطمئن شد که تصمیم گرفت به خانه برگردد ، لباسش را عوض کند ، نزد قاضی برود و شکایت کند . اما همین که وارد خانه شد ، تبرش را پیدا کرد

+ آدما دو دستهََ َن؛ اونایی که در جواب ِ "پاشو بریم" میگن کجا؟ و اونایی که میگن بریم...

+ از نشونه های آخرزمان اینه که. . . . . . . . . . . اینقدر سرعت اینترنت کم می شه که آدم هوس می کنه درس بخونه!!...

+ هیچی ازاون لحظه بدترنیست که در یه مساله ی سختِ ریاضی بعداز15 دقیقه تلاش به این جواب برسی: 613.33 اماگزینه ها باشه:الف)9 ب)2 ج)20 د)32