توصيف اختراع: زمينه متالورژي و مواد اكسيد تيتانيم يكي از مواد بسيار ارزشمند و پايه اي در زندگي بشر مي باشد.مورد استفاده اين ماده گرانبها را مي توان به طور وسيع در قسمتهاي مختلف صنعت مشاهده كرد.از اين ماده مي توان در رنگدانه هاي سفيد، نيمه هادي ها، كاتاليستها، صنايع پزشكي، سنسورها و ... استفاده كرد. بطور كلي براي هر ماده معدني، ساختارهاي كريستالي گوناگوني كه به آنها كلمه فاز اتلاق مي گردد وجود دارد. اكسيد تيتانيم هم از اين قاعده مستثنا نبوده. براي استفاده از اكسيد تيتانيم در كاربردهاي مختلف، بايد به ساختار كريستالي و سايز ذرات آن توجه ويژه داشت. بطور كلي اكسيد تيتانيم داراي سه ساختار كريستالي يا به عبارتي داراي سه فاز به نامهاي: روتايل، آناتاز و بروكيت مي باشد. روشهاي گوناگوني براي ساخت اكسيد تيتانيم وجود دارد، مانند سل-ژل، هيدروترمال، هم رسوبي و... در هر يك از روشهاي ذكر شده، ميزان مواد اوليه، دماي خشك كردن، دما و زمان پخت (كلسيناسيون) اهميت دارند. هر يك از موارد ياد شده، تاثير زيادي بر روي فاز هاي نهايي تشكيل شده اكسيد تيتانيم دارند.اين موارد ياد شده بايد خيلي با دقت مورد ارزيابي قرار بگيرند، چراكه كوچكترين تغييري در دما، زمان و ميزان مواد اوليه تغييرات زيادي را در توليد فازهاي اين ماده مي كند. تفاوت اين فازها در خواص فيزيكي آنها مانند دانسيته و چيدمان اتمي آنها نهفته است. براي مثال فاز روتايل داراي دانسيته 4.2 و آناتاز داراي 3.9 مي باشد.اين تفاوت بخاطر ساختار فشرده تر فاز روتايل مي باشد. فاز آناتاز در بين فازهاي اكسيد تيتانيم داراي بيشترين خاصيت فتوكاتاليستي مي باشد. فتوكاتاليست ها موادي هستند كه باعث نابودي آلاينده ها در آب و فاضلاب و تبديل آنها به مواد بي خطر نظير آب و دي اكيسد كربن مي شوند. در حقيقت اين مواد در اثر تابش نور منجر به بروز يك واكنش شيميايي شوند، در حالي كه خود ماده، دست خوش هيچ تغييري نمي شود. فتوكاتاليست‌ها مستقيماً در واكنش‌هاي اكسايش و كاهش دخالت ندارند. ديگر آنكه فاز آناتاز در دماهاي بالاي پخت يا همان دماهاي بالاي كلسيناسيون توليد مي شوند و به عنوان فازي كه در دماهاي بالا پايدار است، مورد استفاده قرار مي گيرند. روتايل در دماهاي پايين تر قابل دستيابي است. براي همين در توليد اين فازها ما به تغييرات دمايي، تغييرات زمان در پخت و همچنين تغييرات مواد اوليه نيازمنديم. در طرح پيش رو ما با استفاده از انرژي آزاد دروني مواد و با ثابت نگه داشتن تمامي موارد بالا فاز مورد نياز خود را توليد مي كنيم.اين روش از حساسيت كمتري نسبت به تمام پارامترهاي ياد شده دارد. ديگر آنكه در هزينه هاي جانبي ما از جمله برق صرفه جويي خواهد شد، چراكه ميزان روشن بودن كوره در دما و زمان بالا، هزينه هنگفتي دارد و استحلاك كوره را نيز در پي دارد. اما در اين پژوهش با هم خوردن مكانيكي ساده محلول ساخته شده براحتي به فاز هاي مورد نياز دست مي يابيم. همچنين در اين پژوهش ما به ماده اي بسيار همگن و يكدست از نظر فيزيكي و شيميايي خواهيم رسيد كه مي توان به راحتي پودر خود را بصورت نانو اكسيد تيتانيم هم بدست آورد. دانش فني پيشين: در طراحي و ساخت اكسيد تيتانيم از دماهاي مختلف براي خشك و پخت آن استفاده مي كنند. براي مثال در مقاله هاي علمي موجود بيان شده كه در دماي پخت يا همان دماي كلسيناسيون 400 درجه سانتيگراد نسبت فاز آناتاز به روتايل 89 به 11 درصد و در دماي 600 درجه نسبت آن 82 به 18 و در دماي 800 درجه سانتيگراد فاز آناتاز 100درصد خواهد بود. اين در حالي است كه شرايط كوره براي هر فرد آزمايش كننده كاملا متفاوت است، چراكه سايز كوره و دقت آن باعث مي شود كه شرايط يكساني بوجود نيايد. بدين معنا كه اگر فردي در كوره اي با ابعاد كوچك در دماي 600 درجه كار كند و فردي ديگر در كوره اي با ابعاد بزرگ ولي در همان دما، نتايج آزمايش يكسان نخواهد بود. اين اتفاق بخاطر شرايط موجود در اتمسفر كوره اتفاق مي افتد، كه با افزايش يا كاهش دما و زمان بطور تجربي ميتوان اين اختلاف را بدست آورد. دانش فني موجود: در پژوهش پيش رو، با ثابت نگه داشتن تمامي شرايط از قبيل فرمولاسيون اوليه، دما و زمان خشك و پخت مي توان فقط با هم زدن محلول اوليه تهيه شده، فاز دلخواه را بدست آورد. چراكه تغييرات انرژي آزاد در داخل مواد باعث تبديل يك فاز به فاز ديگر مي شود. هم زدن محلول باعث مي شود كه انرژي هم خوردن به مواد محلول ما منتقل شود و ديگر نيازي به انرژي حرارتي براي اين كار نداريم. در شكل 1 (تمامي شكل ها ،نمودارها و... هم در پيوست فايلها است و هم در فايل توصيف و ادعاي اختراع آمده است) ما نمودار اشعه ايكس مربوط به اكسيد تيتانيم ما بعد از 14 ساعت هم خوردن محلول را مشاهده مي كنيد. در اينجا به علت انرژي زيادي كه به محلول وارد شده است ما فاز آناتاز را غالب داريم. در شكل 2، نمودار اشعه ايكس مربوط به 6 ساعت هم خوردن محلول را مي بينيم كه فاز روتايل در آن در حال رشد است چراكه انرژي كمتري به محلول وارد مي شود. در شكل 3، نمودار اشعه ايكس مربوط به محلول با 15 دقيقه هم خوردن است كه انرژي بسيار كمي به محلول وارد ميشود. شكل 4 عكس ريزساختار اكسيد تيتانيم است كه بصورت نانو درآمده است.اين عكس توسط ميكروسكپ الكتروني در مقياس 50000 برابر گرفته شده است. در ضميمه به پيوست فايل ها ، عكسي از محلول ساخته شده بر روي همزن نمايش داده شده است. در اين حالت ما فقط با يك فرمولاسيون، يك دما، يك زمان خشك و پخت كار ميكنيم كه حساس ترين موارد براي تغيير فاز هستند و فقط با ميزان زمان هم خوردگي كه در همه جا و براي همه كس يكسان خواهد بود مي توان به ساختار كريستالي و فاز نهايي مورد نظر دست يافت. بايد توجه كرد كه دما و ديگر پارامترها فقط به ساختار كريستالي اثر ندارند و ديگر مواردي مانند سطح ويژه ماده و فاصله باند ظرفيت و هدايت اتمي را به شدت تحت الشعاع قرار مي دهند. موارد ياد شده در ساخت مواد نيمه هاد، سنسورها، صنايع پزشكي، خواص خود تميزشوندگي، خواص آنتي باكتريال و ... تاثير بسزايي دارند. در اين پژوهش چون فقط انرژي مكانيكي را به مواد منتقل مي كنيم، موارد بالا دستخوش تغيير نمي شوند. دراينجا ميزان هم خوردگي مي تواند تا حدود 30 دقيقه نوسان داشته باشد، يعني با 30 دقيقه كمتر يا بيشتر هم خوردن محلول مشكلي در تغيير فاز بوجود نمي آيد كه بسيار با ارزش است، چراكه حساسيت را براي ما تا حدي كم مي كند.در اين روش ما براحتي ميتوان در نهايت به پودري با سايز نانو برسيم كه علاوه بر نانو بودن، از همگن بودن بالايي برخوردار است.يعني پودر ما در تمام قسمتهاي اتمي آن داراي شرايط يكساني است. توضيح يك روش اجرايي: در اينجا روش اجرايي به اين شكل است كه ابتدا دو ظرف شيشه اي (بشر 250 سي سي) را برداشته و در يكي از آنها محلول تيتانيم بنام تيتانيم ايزوپروپكسايد را به ميزان 10 سي سي ريخته و ميزان 40 سي سي ايزوپروپانول كه الكل است را اضافه كرده و روي همزن مغناطيسي با دور 500 دور در دقيقه ميگذاريم. در ظرف شيشه اي دوم هم ميزان 10 سي سي آب دوبار تقطير را با 10 سي سي ايزوپروپانول توسط همزن مغناطيسي با دور 500 دور در دقيقه مخلوط مي كنيم. سپس محتواي ظرف دوم را قطره قطره به ظرف اول اضافه مي كنيم. اين روش ساخت محلول ما است.حال در سه بازه زماني گفته شده( 14 ساعت، 6 ساعت و 15 دقيقه) محلول را هم ميزنيم و سپس در دماي 100 درجه به مدت 2ساعت خشك و در دماي 500 درجه سانتيگراد به مدت 2ساعت پخت(كلسيناسيون) ميكنيم. ذكر صريح كاربرد صنعتي: در صنعت همانگونه كه مي دانيم از دستگاههاي مختلفي استفاده ميشود كه در طول زمان به علت استفاده هاي پي در پي كارايي روز اول خود را از دست داده و باعث مي شود كه محصول نهايي ما تحت تاثير اين اتفاق قرار بگيرد.در اينجا مزيتي كه در اين طرح وجود دارد اين است كه هم زدن مكانيكي محلول هيچ ربطي به كوره و خشكن و مواد اوليه نداشته و ما با هر شرايطي مي توانيم همزدن را انجام دهيم. ديگر آنكه هزينه انرژي ما براي توليد اين محصول كم خواهد شد چراكه كوره ها برق بسيار بالايي را مصرف مي كنند كه در كشور عزيزمان ايران، ميتوان با اين روش در توليد صنعتي هزينه ها را بسيار كاهش داد و انرژي زيادي را صرفه جويي كرد. مزاياي اين طرح اين است كه: \t1-هزينه مصرفي برق ما كاهش پيدا مي كند و هزينه هم زدن بسيار كمتر از هزينه كوره است. \t2-كوره ما به علت استفاده در يك شرايط ثابت، ديرتر دچار مشكل شده و كاليبراسيون آن ديرتر بهم ميخورد. \t3-فقط با يك فرمولاسيون شيميايي براي ساخت كار ميكنيم. \t4-محصول نهايي ما بسيار همگن و يكدست خواهد بود و به سايز نانو خواهيم رسيد. \t5-حساسيت توليد نسبت به تمامي روشهاي ديگر كمتر بوده و فقط يك پارامتر را تغيير مي دهيم كه همان زمان هم زدن محلول اوليه است. ادعاي اختراع: در اين روش طبق فرمولاسيون زير محلول را مي سازيم: روش اجرايي به اين شكل است كه ابتدا دو ظرف شيشه اي (بشر 250 سي سي) را برداشته و در يكي از آنها محلول تيتانيم بنام تيتانيم ايزوپروپكسايد را به ميزان 10 سي سي ريخته و ميزان 40 سي سي ايزوپروپانول كه الكل است را اضافه كرده و روي همزن مغناطيسي با دور 500 دور در دقيقه ميگذاريم. در ظرف شيشه اي دوم هم ميزان 10 سي سي آب دوبار تقطير را با 10 سي سي ايزوپروپانول توسط همزن مغناطيسي با دور 500 دور در دقيقه مخلوط مي كنيم. سپس محتواي ظرف دوم را قطره قطره به ظرف اول اضافه مي كنيم. اين روش ساخت محلول ما است.حال در سه بازه زماني گفته شده( 14 ساعت، 6 ساعت و 15 دقيقه) محلول را هم ميزنيم و سپس در دماي 100 درجه به مدت 2ساعت خشك و در دماي 500 درجه سانتيگراد به مدت 2ساعت پخت(كلسيناسيون) ميكنيم.

ماده تيتانات كبالت با فرمول شيميايي CoTiO3 داراي كاربردهاي فراواني از جمله سنسور هاي گازي براي خودرو، كاتاليست ها، مواد نيمه رسانا و ... است. اين ماده به تازگي مورد علاقه دانشمندان علم و مهندسي مواد قرار گرفته و پژوهشهايي در رابطه با اين ماده سراميكي انجام داده انده.تا به حال هيچ طرحي به منظور بررسي خواص خودتميزشوندگي اين ماده ارائه نشده است كه در طرح پيش رو با ساختن و كامپوزيت كردن تيتانات كبالت با دي اكسيد تيتانيم كه خواص خودتميز شوندگي خوبي از خود نشان ميدهد، به بررسي رفتار خواص خودتميز شوندگي و فتوكاتاليستي اين نانو كامپوزيت مي پردازيم. فتوكاتاليست ها موادي هستند كه آلاينده ها را از بين مي برند بدون آنكه خودشان در واكنش اكسايش و كاهش شركت كنند. مواد خودتميز شونده كه دي اكسيد تيتانيم يكي از اين مواد مي باشد با ايجاد يك لايه بر روي سطحي مانند شيشه، باعث رفتار آبدوستي مي شود كه باعث كم شدن زاويه تر شوندگي مي شوند. در طرح پيش رو با در نظر گرفتن اين موضوع كه هريك از مواد بالا يعني، تيتانات كبالت و دي اكسيد تيتانيم هريك داراي خواص منحصر به فردي مي باشند، تلاش شده تا با كامپوزيت كردن آنها به يك خواص فيزيكي بسيار خوب، از جمله خاصيت فتوكاتاليستي و خود تميزشوندگي برسيم. در واقع اين كامپوزيت نه تنها داراي خواص فتوكاتاليستي و الكتريكي خوبي خواهد بود، بلكه به علت وجود دي اكسيد تيتانيم در تركيب خواص خود تميزشوندگي هم از خود بروز مي دهد كه منجر به ساخت و توليد پودر نانوكامپوزيتي مي شويم كه تمام خواص فيزيكي بسيار عالي را در خود خواهد داشت.همانطور كه توضيح داده شد و آزمايشات گوناگوني صورت گرفت اين خواص بصورت بهينه در كامپوزيت مذكور يافت شده كه مزاياي زير را در بر دارد: 1.ساخت كامپوزيتي كه همزمان داراي رفتار الكتريكي و خودتميزشوندگي است. 2.صرفه جويي در مصرف مواد مصرفي پر هزينه براي سنتز تك تك مواد (دي اكسيد تيتانيم و تيتانات كبالت بصورت مجزا) 3.ساخت سنسور هاي گازي در خودرو با طول عمر بالا و بهره وري بيشتر، چراكه سطح سنسور در اثر خودتميزشوند بوده تميز باقي مانده و ديرتر موجب از بين رفتن سنسور ميشود. 4.كامپوزيتي در ابعاد نانومتر كه همگن بودن را در سطح نمونه ها بالا برده كه باعث بهره وري بهتر قطعه مي شود. 5.تقويت خاصيت فتوكاتاليستي دي اكسيد تيتانيم توسط تيتانات كبالت.

لعاب اپك مات ترافيكي لعابي است كه با توجه به فرمولاسيون كه در آن روي ماده دولوميت تاكيد شده سطحي ترافيكي در ساختار به وجود مي آورد كه لعاب مذكور را از ساير لعابهاي موجود تفكيك مي كند. اين لعاب به علت ساختاري ترافيكي سطحي زبرتر نسبت به ساير لعابها دارد كه از ايجاد سرخوردگي در مكانهايي كه با مايعاتي نظير آب سر و كار دارد جلوگيري كند.

يكي از مشكلات موجود در زمينه تامين مواد اوليه لعاب، قيمت بالا و كمبود زيركن در اين صنعت مي باشد. زيركن عمده ترين اپسيسيفاير در صنعت كاشي مي باشد كه سالهاست به عنوان ماده ثابت در اكثر فرمولهاي لعاب به كار برده مي شود. اگر به جدول زير دقت نماييم ميزان مصرف زيركون و هزينه آن در صنعت مشخص مي شود: ميزان مصرف لعاب بازاي هر متر كاشي كف: 0.27 كيلوگرم ميزان مصرف لعاب بازاي هر متر كاشي ديوار: 0.98 كيلوگرم متوسط ميزان مصرف لعاب به ازاي هر مترمربع: 0.687 كيلوگرم ميزان توليد در سال 90: 400،000،000 مترمربع ميزان توليد كاشي كف در ايران به طور متوسط: 0.4 ميزان توليد كاشي ديوار در ايران به طور متوسط: 0.6 ميزان لعاب مورد نياز با توجه به آمار سال 90 و متوسط محاسبه شده: 278،000 تن ميزان ظرفيت توليد لعاب در كشور (مجموع ظرفيت توليد كارخانجات): 353،000 تن متوسط توليد ديوار 240.000.000 متر مربع معادل 235200 تن لعاب مصرف توليد كاشي كف 160.000.000 متر مربع معادل 43200 تن لعاب در مجموع مصرف زيركن حداقل 15000 تن است. اين ميزان زيركن هزينه زيادي را در بر دارد كه در پژوهش پيش رو با جايگزيني با سيليكات آلومينيم هزينه هاي مصرفي بسيار كم خواهد شد. يكي از مشكلات موجود در زمينه تامين مواد اوليه لعاب، قيمت بالا و كمبود زيركن در اين صنعت مي باشد. سيليكات آلومينيم از تركيبات آلوميناسيليكاتي بوده كه معادن آن نيز در ايران در استان همدان موجود مي باشد. اين ماده معدني پس ازعمليات تغليظ وآهن زدايي آسياب شده و در سايز هايي با اندازه دانه هاي متوسط 5 ميكرون در لعاب و انگوب‌هاي سراميكي مورد استفاده قرار بگيرد. از درجه خلوص بالا و درصدآهن كم آن توانسته ايم از اين ماده يك اوپك كننده مناسب در لعاب بسازيم. تحقيقات و آزمايشات انجام گرفته نشان دهنده اين است كه سيليكات آلومينيم به دليل داشتن خاصيت اپك كنندگي مي تواند تا حد زيادي جايگزين مناسبي براي زيركن باشد