زمينه فني: مهندسي مواد نانوكاتاليست نيكل-پالاديوم/نانولوله‌ هاي كربني، به روش الكترولس توليد شده است. اين محصول توانايي استفاده در صنايع مختلف از جمله صنايع فولادسازي، پتروشيمي و ... را دارا مي‌باشد، اما به طور خاص به منظور استفاده در فرآيند ريفرمينگ گاز متان كه در صنعت فولاد‌سازي كاربرد فراواني دارد طراحي و ساخته شده است. فرآيند ريفرمينگ گاز متان در دماهاي بسيار بالا (حدود 1000 درجه سانتي گراد) انجام مي‌پذيرد كه اين امر مصرف انرژي عظيمي را در پي خواهد داشت. به منظور كاهش دماي واكنش و در نتيجه آن كاهش انرژي مصرفي، از كاتاليست‌هاي نيكلي استفاده مي‌شود كه به طور معمول سطح ويژه اي بين 10 تا 15 متر مربع بر گرم را دارا هستند. با استفاده از روش نوين به كار رفته در توليد نانوكاتاليست نيكل-پالاديوم/نانولوله‌هاي كربني، علاوه بر افزايش چشمگير سطح ويژه كاتاليست به ميزان 253.3 متر مربع بر گرم، تركيب آن نيز بهبود قابل توجهي داشته است و توانايي منحصر به فرد اين روش در توليد انواع نانوكاتاليست نيكلي و نشاندن پالاديوم و نيكل به طور همزمان بر روي نانولوله‌هاي كربني نيز به وسيله تصاوير ميكروسپ الكترون روبشي گسيل ميداني (شكل 2) اثبات گرديده است.

نانوباتريهاي ليتيمي مربوط مي شود به استفاده از نانومواد مختلف به جهت افزايش كارآيي باتريهاي ليتيمي. نانومواد مورد نظر شامل مواد فعال و يا غير فعالي هستند كه در الكترودهاي باتريهاي ليتيمي مورد استفاده قرار مي گيرند. زمينة اين اختراع مربوط مي شود به نانوفناوري، مهندسي مواد، شيمي، انرژي و برق. دليل انجام اين اختراع تقاضاي بازار مصرف براي باتريهاي ليتيمي با كارآيي بيشتر مي باشد. بهمين جهت از نانوفناوري براي بهبود خواص مورد نظر باتريهاي ليتيمي استفاده گرديد. يك مثال از اين نوع نانومواد عبارتست از تركيبات اكسيد فلزات واسطه كه براي آندهاي باتريهاي ليتيمي مورد استفاده قرار مي گيرند. مثال ديگر مربوط مي شود به تركيباتي با فرمولاسيون AaDdMmZzOoNnFf، مانند يول فلز قليايي مثل ليتيم، تركيبات درج پذير (Insertion compounds) مثل كربن كه مخلوطي همگن شامل تمامي عناصر A، D، M، Z، O، N و F كه تركيب مادة فعال الكترودي را شكل مي دهد. اين نانوالكترودها شامل نانومواد با تركيبات مذكور و يا بصورت نانوكامپوزيت با تركيبات مذكور، در ادوات الكتروشيميايي و باتريها و مخصوصاً باتريهاي ليتيمي كاربرد دارند. اين اختراع مربوط مي شود به روشهاي ساخت باتريهاي ليتيمي لايه نازك در ابعاد نانومتري كه آند و كاتد آن متشكل از لايه هاي نازك در محدودة نانومتري بصورت ضخامتهاي نانومتري و مواد نانوساختار مي باشد. اين اختراع سبب مي شود تا از نظر فني و تكنيكي، باتريهاي ليتيمي با كارآيي بيشتر ساخته شوند.

دستگاه مولد تخليه الكتريكي اسپارك با طراحي محفظه فشار مثبت، مي تواند با استفاده از تخليه الكتريكي راديوفركانسي ولتاژ بالا در بين دو الكترود در محيط گاز خنثي با مقادير فشار بالاتر از اتمسفر، نانوذرات فلزي، آلياژي، كامپوزيتي و نيمه رسانا با اندازه كوچكتر از 10 نانومتر توليد نموده و روي يك زيرلايه پوشش دهد كه نرخ توليد با آن وابسته به جنس و خواص حرارتي الكترودها بين g/hr 0/5-0/08 است. تكنيك جمع آوري ذرات بكار رفته در طراحي محفظه اين دستگاه يك تكنيك منحصر به فرد مي باشد كه براي اولين بار در ايران و دنيا به انجام رسيده است. در اين تكنيك با آگاهي از قانون فيزيك معروف به قانون پاچن، از مقادير فشار مثبت گاز به عنوان عاملي براي افزايش نرخ توليد استفاده شده است و نانوذرات ترسيب يافته روي ديواره داخلي محفظه، پيش از قرارگيري در معرض هوا، در معرض محلول محافظت كننده اي مثل محلول هگزان آمده و از اكسيداسيون محافظت مي شوند.

مروزه دو مبحث توليد انرژي و جلوگيري از اتمام منابع حياتي كره زمين از اهميت بالايي برخوردار هستند به صورتي كه تحقيقات فراواني بر روي منابع پاك توليد انرژي و همچنين بازيافت عناصر گرانبها به چرخه صنعت شده است. در اين اختراع براي اولين بار با استفاده از امواج مايكروويو(به عنوان منبع انرژي پر بازده) نانوكامپوزيت g-C3N4/SnO2 با استفاده از اوره به عنوان پيش ماده كربن نيتريد و روكش سيم مسي به عنوان پيش ماده قلع سنتز گرديد كه كاربردهاي فراواني در حوزه انرژي ، نفت و محيط زيست دارد. حذف گوگرد موجود در نفت خام يك مسئلة مهم در صنايع نفت و صنايع وابسته به آن است كه محصول حاضر توانايي حذف تركيبات گوگردي از فرآورده هاي نفتي را دارا است. علاوه بر مورد ذكر شده،سيستم طراحي شده براي سنتز نانوكامپوزيت ذكر شده به گونه اي است كه منجر به بازگشت فلز مس به زنجيره صنعت مي شود در اين تحقيق براي اولين بار صفحات گرافيتي كربن نيتريد به همراه نانوذرات اكسيد قلع از پيش ماده ارزان قيمت اوره و پسماند الكترونيك از طريق تابش مايكروويو به محلول تهيه شده اند. براي سنتز اين ماده مقادير مناسب سيم مسي روكش دار در اسيد هيدروكلريك حل گرديده و پس از خارج كردن سيم با افزودن محلول آمونياك به ظرف حاوي يون‌هاي قلع و اوره به عنوان سوخت و پيش ماده كربن نيتريد عمليات تابش مايكرويو به محلول تهيه شده انجام شد. پس از اتمام سنتز و شست و شوي پودر حاصل، نمونه ها در آون تحت دماي 180 درجه به مدت 48 ساعت حرارت داده شدند. در فرآيند گوگردزدايي، مقداري مشخص از پودر كربن نيتريد به همراه نانوذرات اكسيد قلع در 20 ميلي ليتر نفت خام به مدت 24 ساعت قرار داده شد و سپس پودر به كمك سانتريفيوژ 5000 دور بر دقيقه و مدت زمان 10 دقيقه از نفت جدا گرديد و درصد گوگرد نفت باقي مانده پس از عبور از فيلتر مورد آناليز قرار گرفت.

اين اختراع زمينه ي پوشش هاي نانو كامپوزيتي است، با ظهور مواد نانو ساختار، زمينه توليد محصولات مختلفي از قبيل پوشش هاي نانوساختار، نانووايرها، نانوتيوب ها و نانوكامپوزيت ها فراهم شده است. آبكاري الكتريكي يكي از روش هاي مناسب براي توليد پوشش هاي نانوكامپوزيتي است. در پوشش هاي نانو كامپوزيتي قطر ذرات تقويت كننده از ابعاد ميكرومتري به زير ١٠٠ ‏نانومتر كاهش پيدا مي كند و اين امر باعث مي شود كه سختي و استحكام، مقاومت به سايش و مقاومت به خوردگي پوشش به مقدار قابل توجهي افزايش يابند. ‏آبكاري الكتريكي از روش هاي مناسب جهت هم رسوبي ذرات ر يز فلزي، غيرفلزي و پليمري در زمينه ي فلزي است. در اين تحقيق پوشش كروم و پوشش نانوكامپوزيتي Cr-Al2O3 ‏با استفاده از جريان مستقيم و پالسي مربعي در حمام كروم سه ظرفيتي توليد شد. تاثير پارامترهاي آبكاري مانند نوع جريان اعمالي، تلاطم، چگالي جريان، مقدار نانوذرات آلومينا در حمام و سايز ذرات بر روي بازده جريان كاتدي و درصد وزني ذرات در پوش بررسي شد. مشخص شد كه افزايش مقدار ذرات آلومينا در حمام، سبب افزايش بازده جريان كاتدي مي ثود. همچنين، اثر يون +Al3 بر مورفولوژي پوشش هاي كامپوزيتي نيز بررسي شد و مشخص شد حضور اين يون در حمام، كلوخه اي شدن ذرات آلومينا را به شدت كاهش مي دهد. پوشش هاي كامپوزيتي و پوشش هاي توليد شده با جريان پالسي سختي و مقاومت به خوردگي بهتري نسبت به پوشش كروم توليد شده با جريان مستقيم دارند.

بحران انرژي بزرگترين معظل پيش روي بشر طي دهه هاي آينده خواهد بود، زيرا از يك سو تقاضاي انرژي روز به روز در حال افزايش است و از سوي ديكر ذخاير فسيلي جهان رو به پايان هستند. از جمله راه هاي پيشگيري از اين معظل استفاده از انرژي ساطع شده از خورشيد براي تامين بخشي از انرژي مورد نياز توسط پيل هاي خورشيدي فعال شده با رنگ است. اين نوع از پيل ها كه جديدترين نسل پيل هاي خورشيدي هستند در مقايسه با پيل هاي متداول از هزينه ساخت كمتر، سهولت روس ساخت و سرعت توليد بسيار بالايي برخوردارند.در اين اختراع براي اولين بار پيل خورشيدي فعال شده با رنگ توسط پوشش هاي نازك نانوساختار مزومتخلخل دي اكسيد تيتانيم آلاييده با يون هاي پالاديم توسط روش سل-ژل ساخته شده است. مهمترين كاربردر اين پيل تبديل انرژي تابشي خورشيد به جريان الكتريكي است. از ابداعات به كار رفته در ساخت اين پيل مي توان به آ لايش دي اكسيد تيتانيم توسط يون هاي پالا ديم، ايجاد پوشش هاي نازك نانوساختار مزومتخلخل و به كارگيري فرايند شيميايي سل-ژل در ساخت اين پوشش ها اشاره نمود.

‏امروزه بخش اعظم انرژي مورد ‏نياز بشر از طريق سوخت هاي فسيلي تامين مي گردد كه اين امر ‏موجب كاهش منابع فسيلي و آلودگي محيط زيست شده است. يكي از راه حل هاي اين مشكل تامين ‏انرژي مورد نياز توسط پيل هاي خورشيدي است. پيل هاي خورشيدي متداول عمومآ بر پايه سيليكون ساخته مي شوند كه هزينه ساخت بالايي دارند. نسل جديد اين پيل ها كه پيل خورشيدي فعال شده با ‏‏رنگ نام دارد در مقايسه با پيل هاي خورشيدي متداول از هزينه ساخت كمتر سهولت روش و سرعت ‏توليد بالاتري برخورد‏ار است. در اين اختراع پيل خورشيدي فعال شده با رنگ براي اولين بار توسط ‏پوششهاي نازك نانوساختار مزومتخلخل دي اكسيد تيتانيم به روش سل- ژل ‏ساخته شده است. مهمترين كاربرد اين پيل تبديل انرژي تابشي خورشيد به جريان الكتريكي است. از ابداعات به كار رفته در ساخت اين نوع پيل خورشيدي مي تواند به استفاد‏ه از پوشثهاي نازك نانوساختار مزومتخلخل دي اكسيد تيتانيم و به كارگيري فرايند سل- ژل در ايجاد ‏اين پوشش ها براي اولين بار اشاره نمود كه ‏موجب افزايش بازذه پيل< كاهش موا ٠ ‏مصرفي، افزايش سرعت ساخت و د‏ر نهايت كاهش هزينه توليد شده است.

افزايش تقاضاي انرژي كاهش ذخاير فسيلي و آلايندگي ناشي از مصرف سوخت هاي فسيلي عواملي هستند كه محققان را به تلاش براي استفاده از منبع انرژي تجديدپذير نظير خورشيد براي تامين انرژي مورد نياز بشر انداخته است يكي از روش هاي استفاده از انرژي خورشيد تبديل آن به انرژي الكتريكي توسط پيل هاي خورشيدي است پيل هاي خورشيدي فعال شده با رنگ جديدترين نسل پيل هاي خورشيدي هستند كه در مقايسه با پيل هاي سيليكوني متداول ازهزينه ساخت كمتر سهولت روش ساخت و سرعت توليد بسيار بالاتر برخوردار هستند در اين اختراع براي اولين بار پيل خورشيدي فعال شده با رنگ توسط نانو ذرات سولفيد كادميم و پوشش هاي نانو ساختار مزومتخلخل دي اكسيد تيتانيم ساخته شده است مهمترين كاربرد اين پيل تبديل انرژي تابشي خورشيد به جريان الكتريكي است ابداعات به كار رفته در ساخت اين پيل شامل ايجاد نانو ذرات سولفيد كادميم به روش رسوب شيميايي و پوشش هاي نازك نانوساختار مزومتخلخل دي اكسيد تيتانيم توسط فرايند سل – ژل براي اولين بار است كه موجب افزايش بازده پيل كاهش مواد مصرفي و كاهش هزينه ساخت شده است

‏توليد نانو ساختار CulnSe2 ‏با استفا ده از اتيل دي امين به عنوان حلال ‏خلاصه توصيف اختراع: ‏نانو ساختار CulnSe2 ‏با استفاده از اتيل دي آمين به عنوان حلال توليد شده است. با توجه به كاهش سوختهاي فسيلي در سالهاي اخير و استفاده بيشتر از انرژي خورشيد، گستره زيادي از سلولهاي خورشيدي براي تبدين انرژي ‏مورد بررسي قرار گرفته اند. توليد نانو ساختار CuinSe2 ‏به عنوان ماده جديد براي سلولهاي خورشيدي در سالهاي اخير توجهات بسيار زيادي را به خود جلب كرده است. در اين اختراح از پودر سلنيوم فلزي، پودر كلريد مس و پودر كلريد اينديم از شركت merck و Aldrich ‏با خلوص بالا به ترتيب با وزنهاي 0.205 ،0.221و0.380 گرم براي توليد نانو ساختار CulnSe2 ‏با استفاده از اتيل دي امين به عنوان حلال واكنش استفاده شد. بكي از عوامل بسيار تاثيرگذار در عملكرد سلول هاي خورشيدي بدست اوردن مورفولوژي خاص مي باشد. نانوساختارها داراي مورفولوژي هاي مختلفي بوده كه با توجه به اين مسئله داراي اندازه متوسط دانه ٣٠ ‏- ٨٠ ‏نانومتر مي باشد. در اين اختراع پارامترهاي متفاوت شرايط آزمايش كه تاثير مستقيمي بر مورفولوژي، ساحتار كريستالي و ... مي گذارد شناسايي شده و مورد كنترل قرار گرفت و پس از تهيه تركيبات مختلف با تغيير پارامترهاي سيستم و انجام آزمون هاي لازم بر روي نمونه ها، پارامترهاي بهينه كه منجر به ايجاد مورفولوژي ميله اي شكل مي شوند، به دست آمد.

در اين اختراع روش نوين ماكروويو براي توليد نانو پودر اكسيد نيكل استفاده گرديده است كه توليد نانو ذرات به روش مايكروويو يك روش آسان، ارزان و با بازدهي انرژي بالا و در دسترس است. در اين روش امواج مايكروويو استفاده مي شوند. در حين اعمال امواج ماكروويو شرايط جوانه زني تسهيل شده و ذراتي ريز تر و همگن توليد مي شود. اعمال چنين امواجي موجب تغيير در ميكروساختار و مورفولوژي نانوذرات خواهد شد. نانو پودرهاي توليد شده با محصولات حاصل از روش سل – ژل نيز مقايسه شد. نتايج نشان داد، استفاده از از روش ماكروويو نانوذراتي ريزتر و با توزيع اندازه ي يكنواخت تر ايجاد مي مي كند.