دانلود پایان نامه درباره هزینه تولید، انرژی مصرفی

دانلود پایان نامه ارشد

شود.]22[
از ویژگی های نانوسنسورها می توان به موارد زیر اشاره کرد که به سرعت می تواند مواد خارجی و ویروس را شناسایی کنند، کوچک، قابل حمل، دارای عکس المعل سریع در مقدار کم،قابل اطمینان، دقیق، مقاوم و مستحکم هستند. ]23[

1-16 نانو فیلترها
تاریخچه نانو فیلتراسیون ها به دهه هفتاد میلادی زمانی که غشاهای اسمز معکوس با فشارهای نسبتا پایین همراه با جریان آب تصفیه قابل قبول، بسط و توسعه پیداکردند بازمی گردد. استفاده از فشارهای بسیار بالا در فرایند اسمز معکوس، اگر چه منجر به تهیه آب با کیفیت بسیار آلی می شد، ولیکن به همان نسبت هزینه گزاف انرژی مصرفی عاملی نگران کننده به شماره می آمد. درنتیجه، تهیه آب با استفاده از این روش از نظر اقتصادی مقرون به صرفه نبود. بنابراین استفاده از غشاهایی بامیزان درصد حذف پایین تر ترکیبات محلول، اما با قدرت نفوذ آب بیشتر و به تبع آن، افزایش حجم آب تصفیه شده با کیفیت مطلوب (درحد استانداردهای مورد نظر) درفناوری جداسازی یک پیشرفت قابل ملاحظه، به شمارمی آمد. از این رو غشاهای اسمز معکوس با فشار پایین، به عنوان غشاهای نانوفیلتراسیونی شناخته شدند. نانوفیلتراسیون فرایند غشایی جدیدی است که خواص آن بین فرایندهای اسمز معکوس و اولتراسیون قرار دارد و در اختلاف فشار پایین (10-20بار) قبل استفاده می باشد.]24[
1-17 ساخت بررسی خواص کامپوزیت ALSICبا استفاده از نانوذرات سیلیسیم کاربید به روش متالوژی پودر در آلومینیوم خالص
در طی دهه های اخیر تلاش عمده طراحان مواد کامپوزیتی در جهت افزایش استحکام ویژه و مدول ویژه بوده است که با ساخت کامپوزیت های مختلف تاحدزیادی به این مهم دست یافته اند به غیر از موارد بالامزایای دیگری نیز برای کامپوزیت ها متصور است که از آن جمله می توان به قابلیت کنترل خواص فیزیکی و مکانیکی از طریق استفاده از ماتریس و فاز دوم مناسب و نیز انتخاب کسر حجمی مناسب برای فاز دوم استفاده از روش های متداول شکل دهی فلزات برای کامپوزیت ها و هزینه تولید نسبت پایین (با توجه کارایی بالا ) اشاره کرد البته باید توجه داشت که علیرغم مزایای فراوان کامپوزیت دارای معایبی می باشند که از آن جمله می توان غیر یکنواختی خواص(خصوصا برای کامپوزیت های الیافی ) مشکلات بازیافت قیمت بالای برخی از موارد فاز دوم و مشکلاتی نظیر جوشکاری را ذکر نمود کامپوزیت های زمینه فلزی در مقایسه با آلیاژ زمینی تقویت نشده دارای استحکام و مدول ویژه بالا مقاوت خستگی خوب خواص حرراتی مناسب ضریب انبساط حرارتی پایین و مقاومت سایشی مناسب هستند با افزودن درصد کمی از فاز تقویت کننده سرامیکی به آلیاژهای فلزی متداول می توان مقاومت سایشی را به مقدار زیادی افزایش داد در مقایسه با کامپوزیت های زمینه پلیمری این کامپوزیت ها در درجه حرارت های نسبتا بالا مقاوم هستند علاوه بر مدول الاستیسیته بالا جاذب رطوبت نیستند هدایت حرارتی و الکتریکی مناسبی دارند و با تجهیزات متداول فراوری فلزات ساخته می شوند کامپوزیت های زمینه فلزی مانند سایر انواع کامپوزیت ها براساس نوع فاز تقویت کننده به دوطبقه مختلف تقویت کننده های پیوسته و تقویت کننده های ناپیوسته (ویسکرو ذرات) تقسیم می شوند کامپوزیت هایی که با الیاف پیوسته تقویت می شوند از استحکام و مدول الاستیسیته بالایی در جهت الیاف برخوردار هستند ولی کامپوزیت های ذره ای عمدتا برای افزایش خواصی مانند مقاومت سایشی خواص ضد اصطحکاکی افزایش سفتی و سختی مورد استفاده قرار می گیرند در میان تقویت کننده ها پرطرف دار ترین آنها کاربید سیلیسیم و آلومینا هستند و به عنوان زمینه نیز معمولا از آلومینیوم، تیتانیم و منیزیم استفاده می شود برای تولید کامپوزیت های زمینه فلزی گسترده ی وسیعی از روش های تولید به کار می رود.]25[

هارتری فاک
برای بیان محاسبات بدون در نظر گرفتن اطلاعات تجربی از اصول تئوری استفاده می کنند. از عملکردهای هامیلتون و تابع موج استفاده می کند خواص کم از مولکول می توان توسط آن پیش بینی کنیم اطلاعات تقریبی را حذف و بسیاری از الکترون های داخلی در محاسبات لحاظ نشده اند . انرژی مولکولی با استفاده از تابع موج محاسبه می شود.
اضافه کردن ناخالصی های کنترل شده به یک نانولوله را دوپینگ می گویند
که می تواند تغییرات کنترل شده مطلوبی را ایجاد کند.
تئوری تابع چگالی DFT
روش کاملی در توصیف پیوند ها و برهمکنش ذرات است اثرات همبستکی الکترون را به طور کامل در نظر می گیرد یعنی رابطه متقابل الکترون با سایر الکترون ها و انرژی مولکولی را می توان با استفاده از دانسیته الکترونی به جای تابع موج تعیین کرد.

سیلیسیم کاربید
سیلیسیم کاربید با فرمول شیمیایی یکی از مواد دیرگذار است که به صورت خام در طبیعت یافت نمی شود این ماده به صورت مصنوعی ساخته می شود کاربرد آن در ساخت محصولات دیرگذار وساینده هاست این محصولات عمدتاٌ در کوره بلند، دستگاه های اسید شویی،کوره قائم مس کاتدی وانواع کوره های ذوب فلزات مورد استفاده قرار می گیرند.
(روتشکا1378،ص 63و65 )

سنتز
سنتز سیلیسیم کاربید با استفاده از روش موسوم به فرایند اچسون صورت گیرد مواد اولیه این فرایند عبارتند از ماسه سیلیسی و کک این فرایند در دمای 2300 درجه سانتی گراد و با استفاده از جریان الکتریسیته اتفاق می افتد تولید هر کیلوگرم کاربید سیلیسیم به 15 کیلووات ساعت انرژی الکتریکی نیاز دارد
ویژگی سیلیسیم کاربید
کاربید سیلیسیم دارای ساختاری کریستالی هگزاگونال یا مکعبی است چگالی این ماده برابر با 3/21گرم برسانتی مترمکعب و دارای مقاومت شیمیایی بالا و مقاومت الکتریکی کمی است سختی این مواد در مقیاس (موهز) بین کوراندوم و الماس است .سیلیسیم کاربید را می توان بدون بروز دادن تغییرات شیمیایی و فیزیکی قابل توجه تا دمای 1000 درجه سلسیوس را نیز تحمل کند.
روتشکا1378،ص 63و65

فصل دوم
بررسی اثر جایگزین شدن آلومینیوم و فسفر در ساختار آرمچیر (4و4) نانولوله سیلیسیم کاربید

2-1 بررسی ساختاری فرایند جایگزینی آلومینیوم و فسفر در ساختار آرمچیر (4و4) نانولوله سیلیسم کاربید
در این بخش ساختار نانولوله آرمچیر(4و4) سیلسیم کاربید با دستور 6-31G*/B3LYP توسط تئوری تابع چگالی DFT را مورد بررسی قرار داده ایم. ما در این جا ساختاری با 32 اتم سیلیسیم و 32 اتم کربن با طول 43/9 آنگسترم وقطر22/7 آنگسترم انتخاب کرده ایم. سپس برای ساده و کوتاه تر شدن محاسبات 8 لایه را که ابتدا و انتهای آن توسط هیدروژن اشباع کرده ایم را در نظر گرفته ایم در این جا پس از بهینه سازی نانو لوله های خالص و جایگزین شده، پارامترهایNMR وNQR،هومو، لومو و سایر پارامترهای کوانتومی را محاسبه می کنیم.
اتم های جایگزین شده در چهار لایه قرار داده شده اند که شامل لایه های 1و 3 و 5 و7 می باشد. شکل(2-1) ساختارهای آرمچیر برای مدل های خالص و بهینه شده را نشان می دهد.

شکل2-1 نمادگذاری ساختار آرمچیر(4و4) نانولوله سیلیسم کاربید
2-2-بررسی طول پیوند و زاویه پیوند نانو لوله سیلیسیم کاربید
2-2-1 بررسی طول پیوند وزاویه پیوند برای لایه اول
تغییرات طول پیوندی و زاویه پیوند نانولوله آرمچیر خالص و بهینه شده سیلیسیم کاربید در جدول(1-2) تا (2-4) و شکل (2-2) مربوط به لایه اول گردآوری شده است.
(الف) (ب) (پ)
شکل (2-2) مقایسه ساختارهای جایگزین شده ساختار آرمچیر(4و4) نانولوله سیلیسم کاربید در لایه اول الف) مدل جایگزین شده با آلومینیوم، ب) مدل جایگزین شده با فسفر، پ) مدل جایگزین شده با آلومینیوم-فسفر
جدول (2-1) طول های پیوندی و زاویه های پیوندی مربوط به لایه اول نانولوله سیلیسیم کاربید را نشان می دهد. همان گونه که در جدول (2-1) مشاهده می شود طول های پیوندی جایگزینی آلومینیوم به جای سیلیسیم از مقدار اولیه اندکی بیشتر شده است اما با جایگزینی فسفر به جای کربن طول های پیوندی افزایش قابل توجهی را نشان می دهند که این مطلب حاکی از آن است که شعاع اتمی اتم فسفر نسبت به اتم کربن بزرگتر می باشد. اما در جایگزینی آلومینیوم به جای اتم سیلیسیم باید گفت اگر چه شعاع اتمی اتم آلومینیوم از اتم سیلیسیم بیشتر است اما نسبت به جایگزینی اتم فسفر قابل ملاحظه نمی باشد.
بررسی بیشتر نشان می دهد که زوایای پیوندی در همه مدل های بهینه شده نسبت به حالت اولیه تغییر یافته است اما همان طور که در جدول (2-1) ملاحظه می شود با جایگزینی هر دو اتم آلومینیوم و فسفر در نانو لوله با کاهش زاویه های پیوندی مشاهده می شود. اما این مقدار کاهش در جایگزینی فسفر به خصوص در طول های پیوندی P-AL-Si21وP-Si21-C31 بیشتر به چشم می خورد.
می توان نتیجه گرفت به علت بزرگ بودن اتم فسفر نیاز آن برای اشغال فضای بیشتر دانست که فشار بیشتری به اتم های اطراف خود وارد می کند و در نهایت باعث کاهش زاویه پیوندی در اطراف اتم بهینه شده می شود.

جدول 2-1 پارامترهای طول پیوند و زاویه پیوند نانولوله سیلیسیم کاربید در لایه اول

2-2-2-بررسی طول پیوند و زاویه پیوند در لایه سوم
جدول(2-2) و شکل (2-3) تغییرات طول پیوند و زاویه پیوندی در لایه سوم را نشان می دهد.

(الف) (ب) (پ)
شکل (2-3) مقایسه ساختارهای جایگزین شده ساختار آرمچیر(4و4) نانولوله سیلیسم کاربید در لایه سوم الف) مدل جایگزین شده با آلومینیوم، ب) ) مدل جایگزین شده با فسفر، پ) ) مدل جایگزین شده با آلومینیوم-فسفر
بررسی نتایج طول پیوند حاکی از آن است که در حالت اولیه طول های پیوندی به جز درSi21-C11 در بقیه نقاط تقریبا به یک نسبت بوده اند اما با جایگزینی آلومینیوم در نقاط اطراف جایگزینی به ویژه در مناطقAl-C31، Al-C22 و Al-C42 با افزایش طول پیوند مواجه هستند که این افزایش نشان دهنده این مطلب است که جایگزینی اتم فسفر ملاحظه می شود که طول پیوندی مجددا در اطراف اتم جایگزینی بیشتر از مدل قبلی (جایگزینی با اتم آلومینیوم) است که این افزایش در مناطق Si32-Pو P-Si21وP-Si41 نسبت به سایر نقاط چشمگیر تر است و از مقدار میانگین 89/1 آنگسترم به ترتیب به مقادیر 34/2، 38/2 و28/2 آنگسترم تغییر یافته اند.
بررسی های بیشتر نشان می دهد که زاویه های پیوندی هم در حالت خالص و هم در حالت های جایگزینی تغییرات شایان ذکری داشته اند. با جایگزینی آلومینیوم به جای اتم سیلیسیم در بیشتر مناطق اطراف اتم جایگزین شده زاویه پیوندی کاهش یافته است که این کاهش در مناطم Si21-C31-Al، C22-C31-Al، C22-Al-C42 وC31-Al-Si41 بیشتر از سایر مناطق مشهود می باشد.
اما زمانی که اتم فسفر به عنوان عامل خارجی در نانولوله قرار می گیرد کاهش بسیار شدیدی در زاویه پیوندی مشاهده می شود به طور مثال در مناطق وSi12-P-Si41، Si21-P-Si32، P-Si32-Si41و C11-Si21-P زاویای پیوندی کمتر از سایر نقاط است و حتی از حالت جایگزینی با آلومینیوم نیز بیشتر کاهش یافته است. بنابراین از مقایسه طول های پیوندی و زاویه های پیوندی در جدول (2-2) این گونه استنباط می شود، زمانی اتم های آلومینیوم و فسفر سطح نانولوله مستقر می شوند طول های پیوندی افزایش قابل توجهی دارند که این موضوع به علت بیشتر بودن شعاع اتمی این اتم ها نسبت به اتم های سیلیسیم و کربن است اما در مقایسه زوایای پیوندی مدل های جایگزین شده گفت که زاویای پیوندی در مناطق اطراف اتم های جایگزین شده کاهش شدیدتری نسبت به مناطق دورتر از جایگزینی ها داشته است که این کاهش ها را می توان به بزرگ بودن اتم های فسفر و آلومینیوم نسبت به اتم های سیلیسیم و کربن نسبت داد تمایل اتم های فسفر و آلومینیوم به اشغال فضای بیشتربه اتم های کناری فشار

پایان نامه
Previous Entries دانلود پایان نامه درباره فناوری نانو، بیوتکنولوژی، محیط زیست Next Entries دانلود پایان نامه درباره Si، نانولوله، سیلیسیم