خلاصه اختراع: \tفورستريت با فرمول Mg2SiO4 ماده¬اي با خاصيت الكتريكي و ديرگدازي قابل توجه است. اما امروزه خاصيت پايداري شيميايي و قابليت نورتابي و ترمولومينسنسي آن نظر محققان را جلب كرده است. فورستريت از جمله موادي است كه براي تشكيل، نياز به دماي بالا و زمان زياد دارد و به روش-هاي زينتر حالت جامد، مكانيكي¬-¬گرمايي، رسوب و سيتريك¬-¬نيتريك قابل تهيه است. ولي نياز به زمان و دماي زياد و همچنين همگني كم محصولات نهايي، سبب شده تا روش¬هاي بر پايه شيمي تر در سال¬هاي اخير ارجح باشند. در روش¬هاي حالت جامد، براي اطمينان از سنتز كامل، اعمال دماي بالا و زمان زياد اجتناب پذير است. در اين حالت دماي شروع و پايان تشكيل فورستريت در محدوده C°1250- C°1500 خواهد بود كه نتيجه آن رشد افراطي دانه¬ها است. درنتيجه روش¬هاي بر پايه شيمي¬تر امروزه مورد توجه بيشتري هستند. \tدر اين پژوهش نانوكريستال فورستريت (Mg2SiO4) به روش ژل احتراقي با بكارگيري تركيب سوخت سنتز و محصولي همگن با درصد خلوص بالا، با مورفولوژي يكنواخت و در محدوده نانو ( بدون رشد افراطي) به دست آمد. از مزاياي ديگر اين روش پايين آمدن دماي سنتز و كنترل مواد ژلي و تركيب فازي بود. \tنمونه¬هاي فورستريت توسط آناليزهاي XRD، SEM، TEM و تست لومينسنسي و همچنين ترمولومينسنسي مورد بررسي قرار گرفتند. \tنمونه G20-AC80 كه به اين روش ساخته شده است، داراي بيشترين فاز فورستريت و كمترين مقدار فاز مخرب پريكلاز ، مورفولوژي يكنواخت و هم شكل ، ريز دانه ( در حد نانو و بدون رشد افراطي ) و بدون آلگومراسيون است. \t

فناوري لايه‌ي ضخيم به عنوان روشي مطلوب و اقتصادي براي نشاندن لايه‌هاي نيمه‌رساناها از جنس پروسكايت‌هاي (x= 0, 0.2, 0.4, 0.6, 0.8, 1 )LaCoxFe1-xO3 با روش چاپ سيلك، بر روي زيرپايهي آلومينايي است. لايههاي نازك و ضخيم پروسكايت‌هاي LaCoO3، LaFeO3، LaCoxFe1-xO3 از پركاربرترين مواد به عنوان حسگر گاز، كاتاليست، الكترود پيل سوختي و... مي‌باشند. لايه‌هاي نازك عموماً از فاز بخار، غوطهوري، غوطهوري چرخشي، الكتروفورزيس و... قابل دستيابي است اما مشكلاتي از قبيل سرمايه گذاري بالا براي تجهيزات اوليه، مشكل در كنترل محلول‌هاي آبكاري و خطرهاي شيميايي، ترك و زبري سطح، جدا شدن لايه از زيرپايه و عدم امكان در ايجاد ساختارهاي چند لايه موجب كاربرد كمتر لايه‌ي نازك نسبت به لايه‌ي ضخيم شده است. تا كنون لايه‌هاي ضخيم پروسكايتي به صورت پوشش بر روي تيوپ‌هاي سراميكي و يا به صورت قرص براي بررسي خواص حسگري با محدوديت در كاربرد مورد استفاده قرار گرفته‌اند. اين در حالي است كه در فناوري لايه‌ي ضخيم، ايجاد شده از روش چاپ سيلك مي‌توان ضخامت‌هايي تا حدود 100 ميكرومتر و حتي به صورت چند لايه با استحكام مناسب و كاربردي را ايجاد كرد. با بهينه سازي خمير بكار رفته در اين روش، امكان توليد انبوه با پايداري بالا براي لايه هاي ضخيم پروسكايتي LaCoxFe1-xO3 فراهم آمده است.

اكسيد گرافن، ماده اي گرانقيمت و پركاربرد است كه حوزه وسيعي از فني مهندسي تا پزشكي را در بر مي گيرد. گرافن هاي تك لايه و كم لايه را با روش هاي مختلفي مي توان سنتز كرد. فرآيندهاي سنتز را ميتوان در گروه هاي لايه برداري، رسوب گذاري بخار شيميايي (CVD)، تخليه قوس الكتريكي و احياي اكسيد گرافن طبقه بندي كرد. هر كدام از روش ها مزايا و معايب خود را دارند. در ابتدا اكسيد گرافن ضخيم را به روش شيميايي به روش هامر سنتز نمودند كه همچنان از اين روش استفاده مي شود. پس از مدتي اين روش را بهبود دادند و آن را روش اصلاح شده ناميدند. اما همچنان محصول نهايي تك لايه و يا كم لايه نمي شود، و تغييرات دمايي و پروسه سنتز بسيار طولاني و وقت گير نيز مي باشد. در اين اختراع اكسيد گرافن از پيش ماده گرافيت به روش شيميايي و البته تك مرحله اي كه در يك مرحله هم فاصله ي بين لايه ها افزايش مي يابد كه نتيجه آن كاهش نيروي واندروالسي است و هم فرآيند اكسيداسيون بعلت استفاده همزمان از دو اكسيد كننده قوي انجام مي شود. هدف از اين اختراع معرفي روشي ساده، اما بدون تضعيف نمودن ساير خواص و ويژگي ها براي توليد در حجم بالا است. برخلاف ساير روش هاي ساخت، در اين روش نياز به حضور مداوم در مدت زمان سنتز براي ايجاد تغييرات دمايي نمي باشد. در اين روش تعداد لايه هاي محصول نهايي 4 تا 7 لايه و فضاي بين لايه اي نيز تا 8 آنگستروم افزايش و ضخامت لايه ها نيز 0/5 تا 5 نانو متر حاصل مي شود.

‏براي اولين بار در دنيا با تركيب دو روش high energy milling ‏(آسياب پر انرژي) جهت توليد پودر نانومتري و two step sintering ‏(زينترينگ دو مرحله اي) موفق به ساخت برقگير اكسيد قلع با ساختار زير ميكرون د‏ر حدود 550mm ‏ و خواص الكتريكي فوق العاده با دانسيته نهايي نزديك به دانسيته تئوري شديم. سيكل حرارتي TSS ‏در شرايط دمايي T1=1100C‏و T2=1050ºC ‏طراحي و انجام شد. دانسيته در پايان مرحله اول 84% ‏بود در حالي كه متوسط اندازه دانه ها تغييرات ناچيزي را نشان مي داد، چگالش قابل توجه (بالاتر از 98% ‏) مشاهده شد. به طوريكه اندازه دانه ها در پايان مرحله اول( در دماي ١١٠٠ ‏به مدت ۵ ‏دقيقه ) ٣٠٣ ‏نانومتر و پس از ٣٠ ‏ساعت نگه داري در دماي Cº ١٠۵٠ ‏به حدود ۵۵٠ ‏نانو متر رسيد. اين بدين معناست كه سيكل TSS ‏موفق به جلوگيري از رشد دانه ها تا دستيابي به ساختار كاملا چگال شده است. از آنجايي كه ولتاژ شكست برقگير به تعداد دانه هاي برقگير در واحد طول بستگي دا‏رد با كاهش اندازه نهايي با استفاده از پودرهاي نانومتري و زينترينگ دو مرحله اي به ولتاژ شكستي حدود 30000 V/cm ‏رسيديم. به دليل در معرض قرار گرفتن برقگير در مرحله دوم زينترينگ در محيط اكسيژن و نفوذ بهتر اكسيژن به مرز دانه ها و ايجاد سدهاي شاتكي و مرزهاي فعال به فريب غيرخطي در حدود 60 ‏و جريان نشتي حدود 50µA ‏رسيديم. به دليل چگالش بالاي برقگير در اين روش در حد چگالي تئوري به چگالي در حدود 98.6 ‏رسيديم.

در اين پژوهش پوششي از نانوذرات TiO2 بر روي اسفنج هاي آلومينايي سلول باز به منظور صرفه جويي در مصرف نانوذرات پودري و كاربرد به عنوان فوتوكاتاليست براي تصفيه آب و هوا، پساب‌هاي صنعتي و ... اعمال شد. بدين منظور اسفنج آلوميناي با دانسيته سلولي 20 ppi به روش كپي برداري از ساختار اسفنج پليمري و استفاده از دوغاب الومينايي مناسب و پخت در دمايC 1600° تهيه شد. سپس پوششي از نانو ذرات TiO2 با استفاده از فراين سل-ژل و تكنيك غوطه وري بر روي شبكه اسفنج ايجاد شد. دماي مناسب براي عمليات حرارتي پوشش با استفاده از آناليز DSC,TG و نتايج حاصل از ,XRD °C600 بدست آمد. نتايج حاصل از آناليز XDR و استفاده از رابطه شرر، اندازه 21 و 6/29 نانومتر را به ترتيب براي دانه هاي آناتاز و روتايل نشان داد. خاصيت فتوكاتاليستي اسفنج‌ها به وسيله قدرت رنگبري محلول Nile Blue 5 ppm و با استفاده از آناليز اسپكتروفتومتر UV-Vis بررسي شد. نتايج بررسي نشان ميدهد كه نمونه قدرت و سرعت فوق العاده اي را درتجزيه رنگ آلي به عنوان آلودگي دارند. بدين ترتيب محصول ساخته شده قابليت كاربرد براي تصفيه پساب هاي نساجي، آب استخرها، هواي مكان هاي سربسته مانند بيمارستان ها، ساختمان هاي مسكوني و اداري، تصفيه هواي داخل اتاق خودرو و ... را خواهد داشت.

‏ خلاصه: ‏لايه هاي دي اكسيد تيتانيم به واسطه ساختار الكتروني شان انتخاب مناسبي مي باشند. در اين طرح، لايه هايي از نانوذرات Ti O2 ‏با استفاده از فرايند سل- ژل و تكنيك غوطه وري بر ‏روي سطح كاشي پوشش داده شدند و براي كاربردهاي خود تميزشوندگي مورد بررسي قرار گرفتند. پوشش هاي Ti O2 ‏بر روي سطح كاشي لعاب دار به منظور كاربرد در نماي ساختمان ها، ديواره بزرگراه ها، استخرها، سرويس هاي بهداشتي و حمام ها، بيمارستان ها، آزمايشگاه ها، كارخانه ها و ... اعمال شد و از آن جايي كه اكثر اين كاربردها در محيط داخلي ساختمان است، بايد به دنبال راهي براي فعال كردن پوشش با نور مرئي بود. بدين منظور شرايط سنتز به گونه اي تنظيم شد كه درصد كمي فاز روتايل در كنار فاز آناتاز تبلور يابد. براي آماده سازي سل اوليه از مقادير مشخصي از تترا ايزوپروپكسايد تيتانيم به همراه افزودني هاي مورد نياز استفاده شد. كاشي هاي پوشش داده شده تحت عمليات حرارتي در دمايي بين 500‏و ºC ‏006‏به مدت يك ساعت قرار گرفتند. ساختار بلوري به وجود آمده در دماهاي مختلف با استفاده از تكنيك پراش اشعه x ‏بررسي گرديد. فعاليت فوتوكاتاليستي پوشش ها به وسيله ميزان تجزيه و رنگبري محلول Nile Blue ‏و اسيد استئاريك تحت تابش نور UV ‏اندازه گيري شد. نتايج حاصله نشان داد كه: ١ ‏) بهينه دماي عمليات حرارتي دماي ºC ‏006‏ ‏و فاز آناتاز به همراه درصد كمي فاز روتايل مناسب ترين تركيب فاز دي اكسيدتيتانيم براي فعاليت هاي فوتوكاتاليستي و فوق آبدوستي است. ٢ ‏) سطح پوشش در زمان كوتاهي (حدود ١۵ ‏دقيقه) به سطح فوق آبدوست تبديل شده و زاويه ‏تماس قطره آب بر روي سطح كاملا صفر مي شود. ٣ ‏) نمونه ها علاوه بر اين كه فعاليت فوتوكاتالسيتي خوب و قوي را در تجزيه مواد آلي و چربي تحت تابش نور UVاز خود نشان دادند، توانايي تجزيه ماده آلي كه به عنوان آلودگي استفاده شده بود را تحت تابش نور مرئي داشتند. همچنين در بررسي ٠٠ ‏ا روزه فعاليت فوتوكاتاليستي پوشش ها مشخص شد كه با گذشت زمان و استفاده مداوم از بوشش ها، آن ها باز هم خاصيت خود تميزشوندگي خوبي، در حد روز اول، از خود نشان مي دهند.

با توجه به روش هاي جديد توليد فولاد و نياز به ديرگدازهاي مقاوم به خوردگي و با دماي كاركرد بالا استفاده از ديرگدازهاي اكسيدي به تدريج كنار گذاشته شده است. دليل اين امر ترشوندگي راحت ديرگدازهاي اكسيدي مي باشد كه مقاومت خوردگي ديرگداز را به شدت كاهش مي دهد. گرافيت به دليل داشتن خواص مناسب از قبيل مقاومت به خوردگي قوي در مقابل مذاب فلز و سرباره مقاومت به شوك پذيري بالا و ... با حضور كمتر از 5٪ وزني در ديرگدازهاي پايه اكسيدي منجر به بهبود مقاومت به خوردگي و مقاومت به پوسته اي شدن و نهايتا افزايش كاركرد ديرگداز مي شود اما مقاومت به اكسيداسيون ضعيف گرافيت و ترشوندگي ضعيف آن در مقابل آب كاربرد آن را در ديرگدازها به خصوص جرم هاي ريختني ديرگداز محدود كرده است زيرا ترشوندگي ضعيف و قابليت پخش شدن ضعيف گرافيت در آب باعث مي شود جرم ريختني حاوي گرافيت آب زيادي براي عمليات نصب نياز داشته باشد و در نتيجه موجب افت خواص مكانيكي و فيزيكي جرم خواهد شد. در اين تحقيق به منظور بهبود مقاومت به اكسيداسيون و ترشوندگي گرافيت سطح ذرات گرافيت پولكي توسط Al2o3 با كنترل هيدروليز محلول آبي نيترات آلومينيم پوشش داده شد. گرافيت هاي پوشش دهي توسط XRD مورد بررسي فازي و توسط SEM و TEM مورد بررسي زيزساختاري قرار گرفت. نتايج نشان داد كه بر روي سطح گرافيت پوشش آلومينايي تشكيل شد و ترشوندگي و مقاومت به اكسيداسون گرافيت به مقدار قابل توجهي بهبود يافت به طوري عمده مشكلات آن جهت استفاده در جرم هاي ريختني حل شد.