نانوكامپوزیت های بر پایه رس | تعبیرستان
نانوكامپوزیت های بر پایه رسعلم و فناوریدانستنیها
×
بستن

نانوكامپوزیت های بر پایه رس

در این مقاله متغییرهای مهم و تأثیرگذار بر خواص نانوكامپوزیت ها مورد بررسی قرار گرفته و مطالعه ای روی رس و خواص آن و تأثیرات رسی برروی خواص نانوكامپوزیت ها صورت گرفته است. در این مقاله خصوصیات رس مونت موریلونیت مورد بررسی قرار گرفته و روش های بكارگیری آن در نانوكامپوزیت مورد بحث قرار گرفته است . در قسمتی از مقاله به روش های ساخت نانوكامپوزیت ها اشاره شده است. در این مقاله در مورد نانوكامپوزیت های رس- پلیمر نیز صحبت شده و خواص این نوع كامپوزیت ها بررسی شده است همچنین به رورشهای تولید نانو كامپوزیت ها از ترموپلاست ها اشاره شده است.
نانوکامپوزیت های برپایه رس
مقدمه
مطالعه مواد مخلوط برپایه ترکیبات غیرآلی و لایه ای، مانند رس، از مدت ها پیش شروع شده است. اما با شناخته شدن خواص استثنایی این نانوکامپوزیت ها مطالعه آنها مجدداً جان تازه ای گرفته است.
متغیرهای مهم و تأثیرگذار بر خواص این نانوکامپوزیت ها عبارتند از: نوع رس، انتخاب نوع عملیات اولیه بر روی رس، انتخاب پلی مر و روش به کاربردن پلیمر در ساخت نانوکامپوزیت . فاکتور آخری متأثر از فرآیند ساخت و با توجه به نوع کاربری استفاده کننده می باشد.
رس و بهینه سازی رس
رس های معمولی مواد معدنی طبیعی می باشند که به خاطر طبیعی بودنشان ترکیب آنها متغیر می باشد. خلوص رس می تواند بر روی خصوصیات نهایی نانوکامپوزیت تأثیرگذار باشد. اغلب رس ها آلومینوسیلیکات می باشند که ساختاری ورقه ای دارند و ساختار آنها حاصل از اتصال SiO ۴ و AlO ۶ به صورت های مختلف می باشد.
چنانچه نسبت SiO ۴ به AlO ۶ ۲ به ۱ باشد، رس های اسمکتیت حاصل می شود که رایج ترین نوع رس بوده و مونت موریلونیت نامیده می شود. فلزات دیگری مانند منیزیم نیز می تواند جایگزین آلومینیوم شود. با توجه به ترکیب شیمیایی رس، سطح و لبه ها باردار می شود. این بار با یون های داخلی رس بالانس می شود. ضخامت این لایه ها (صفحات) در حدود یک نانومتر می باشد و نسبت وجهی (Aspect ratio) بسیار بالایی دارند که عمدتاً در محدودة ۱۰۰ تا ۱۵۰۰ می باشد. این صفحات رسی عمدتاً به صورت توده ای می باشند. باید توجه داشته باشیم که وزن مولکولی این صفحات نسبت به پلیمرها بسیار بیشتر می باشد. علاوه بر این، این صفحات صلب نمی باشند بلکه مقداری انعطاف دارند. این رس ها عمدتاً مساحت سطحی بالایی دارند(بیشتر از صدها مترمربع بر گرم). یکی دیگر از مشخصات این رس ها ظرفیت تبادل یونی آنها (مثلا کاتیون) می باشد که در محدودة وسیعی تغییر می کند.
یکی از منتجات بارداربودن رس ها ماهیت "هیدروفیلیک بودن" آنها می باشد که باعث می شود با بسیاری از پلیمرها ناسازگار باشد. یک پیش نیاز مهم برای ساخت موفق نانوکامپوزیت های پلیمر- رس تغییر قطبیت رس می باشد. بصورتی که "ارگانوفیلیک" شوند. یک رس ارگانوفیلیک از رس هیدروفیلیک به این صورت تهیه می شود که تبادل یونی با یک کاتیون آلی مثل یون آلکیل آمونیوم انجام می شود. برای مثال در مونت موریلونیت یون های سدیم در رس می توانند با یک آمینواسید مثل ۱۲-آمینودودکانوئیک (ADA) جایگزین شوند.
Na + - Clay+HO ۲ C-R-NH ۳ + Cl - HO ۲ C-R-NH ۳ + -Clay +NaCl
روشی که این عمل انجام می شود، تأثیر بسیار مهمی بر تشکیل نانوکامپوزیت های ذره ای دارد. در مورد این موضوع بحث خواهد شد. همچنین عملیات اولیه بر روی رس توسط مواد آلی بر قیمت رس می افزاید. این رس ها عمدتاً ارزان بوده و محدودیتی برای تهیه آنها وجود ندارد. مونت موریلونیت رایج ترین نوع رس برای ساخت نانوکامپوزیت ها می باشد. با این حال از انواع دیگر رس می توان برای ساخت نانوکامپوزیت استفاده کرد. این موضوع بستگی به خصوصیات نهایی مورد نظر از محصول دارد. این رس ها عبارتند از هکتوریت ها (سیلیکات های منیزیمی) که از صفحات بسیار کوچکی تشکیل می شود. و رس های مصنوعی مثل هیدروتالسیت ها که می تواند بصورت بسیار خالص تهیه شود و از صفحات بسیار کوچکی تشکیل می شود. صفحات این نوع رس می تواند بار مثبت داشته باشند. در حالی که مونت موریلونیت ها حامل بار منفی می باشند.
فرآوری نانوکامپوزیت های رسی
انتخاب روش ساخت نانوکامپوزیت بستگی به نوع مخلوط مورد نیاز دارد. رس می تواند بصورت "مجتمع" توزیع شود و یا بصورت "ورقه ای" توزیع شود (شکل(۱)). در حالت اول مادة آلی بین لایه های رس نفوذ می کند ولی فاصله آنها فقط مقدار کمی افزایش می یابد و همچنان به موازات هم باقی خواهند ماند. در حالت ورقه ای لایه های رسی کاملاً از هم جدا شده و تک لایه ها در ماتریس ماده آلی توزیع می شوند. در حالت دیگر ذرات رس (tactoids) می توانند در ماتریس پلیمری توزیع شوند ولی در این حالت فقط نقش پرکننده را بازی می کنند.
فاکتورهای مؤثر بر مخلوط رس- ماده آلی
در سال های اخیر مطالعات فراوانی بر روی پارامترهای کنترل کننده ساختار ورقه ای و یا مجتمع لایه های رسی از مخلوط رس - ماده آلی انجام شده است. باتوجه به اینکه نانوکامپوزیت های رسی می توانند بر روی خواص متعددی بهبود داشته باشند، مطالعه فاکتورهای ورقه ای شدن رس بسیار مهم می باشد. این فاکتورها عبارتند از ظرفیت تبادل یونی رس، قطبیت محیط واکنش و ماهیت شیمیایی کاتیون های بین لایه ای (مثل یون های اونیم). با بهسازی قطبیت سطحی رس ها، یون های اونیم اجازه نفوذ پلیمرها را به منطقه بین لایه های رس ها می دهد. توانایی یون های اونیم برای کمک کردن به ورقه ای شدن رس بسیار مهم می باشد. برای رس هایی که حامل بار مثبت می باشند، مثل هیدروتالسیت، به جای بهسازی با نمک اونیم از یک سورفکتانت آنیونی ارزان تر استفاده می شود. از روش های دیگر بهسازی رس نیز می توان استفاده کرد که بستگی به نوع پلیمر دارد. مثل عکس العمل یون- دوقطبی، عامل های کوپل کننده سیلان و به کاربردن بلاک کوپلیمرها. به عنوان مثالی از عکس العمل یون – دوقطبی می توان تجمع مولکول های کوچک مثل دودسیل پیرولیدون را در رس نام برد. جابجایی این مولکول های پلیمری براساس تفاوت آنتروپی می باشد. از واکنش های غیرمطلوب لبه های رس با پلیمرها توسط عامل های کوپل کننده سیلانی جلوگیری می شود. علاوه براین می توان از رس های بهسازی شده با یون های اونیوم استتفاده کرد. یک روش دیگر برای سازگارکردن رس ها با پلیمرها توسط TNO ارائه شده است. در این روش از کوپلیمرهای graft و یا block استفاده می شود. یک جزء این کوپلیمرها با رس سازگار می باشد و جزء دیگر با ماتریس پلیمری. مثالی از این موضوع در شکل زیر آورده شده است (شکل (۲)). با استفاده از این روش می توان به درجه ورقه ای شدن بالایی رسید.
پلیمر
انتخاب صحیح رس بهسازی شده برای نفوذ موثر پلیمر، بین لایه های رس بسیار ضروری می باشد. درحقیقت توسعه مواد شیمیایی سازگارکننده رس ها، بدون شک کلید توسعه این نانوکامپوزیت ها می باشد. برای ماتریس این نانوکامپوزیت ها می توان از پلیمرها و یا منومرها استفاده کرد. در مورد دومی بصورت درجا عمل پلیمریزاسیون انجام می شود و نانوکامپوزیت رس- پلیمر تشکیل می شود. تا به امروز موفق ترین روش برای ساخت نانوکامپوزیت ها روش اولی می باشد. اگرچه ممکن است کارایی آنها را محدود کند. پلیمرها را می توان بصورت مخلوط کردن در مذاب: برای مثال اکسترودکردن و یا بصورت حل کردن، به رس ها اضافه کرد. مخلوط کردن در مذاب نیاز به نیروی برشی برای ورقه ای شدن رس دارد و تأثیر آن در تولید نانوکامپوزیت ورقه ای نسبت به پلیمریزاسیون درجا بسیار کمتر می باشد.
از هردو نوع پلیمرهای ترموپلاستیک و ترموست می توان برای ساخت نانوکامپوزیت ها استفاده کرد. مثل
• نایلون ها :
• پلی اولفین ها مثل پلی پروپیلن :
• پلی استیرن :
• کوپلیمرهای اتیلن- وینیل استات (EVA) :
• رزین های اپوکسی :
• پلی اورتان :
• پلی ایمیدها :
• پلی (اتیلن ترفئالات) (PET) :
نانوکامپوزیت های رس- نایلون
اولین مثالی که به روش پلیمریزاسیون درجا و توسط تویوتا استفاده شد، ساخت نانوکامپوزیت های رس- نایلون می باشد و این سیستم احتمالاً بیشتر از بقیه مورد مطالعه قرار گرفته است. به عنوان مثال رس بهسازی شده با ADA در منومر کاپرولاکتام توزیع می شود. سپس پلیمریزاسیون انجام می شود و مخلوط نایلون -۶- رس کامپوزیتی را بصورت ورقه ای تشکیل می دهد. ورقه ای شدن کامل هنگامی اتفاق می افتد که منومرها به داخل رس نفوذ کنند. در این نانوکامپوزیت ها غلظت رس بسیار کم می باشد. زیرا غلظت بالای رس باعث افزایش ویسکوزیته سیستم می شود و فرآوری آن مشکل خواهد بود.
از نایلون ها و کوپلی آمیدهای دیگری نیز در ساخت نانوکامپوزیت های رسی استفاده شده است. مثلاً گروه های هیدروکسیل در رس های بهسازی شده با اونیم ها باعث بهبود سازگاری نایلون می شود. این موضوع به علت باندهای هیدروژنی می باشد. که باعث بهبود خواص نانوکامپوزیت می شود. برای سیستم های پلیمری دیگر بهسازی با عوامل دیگری انجام می شود. مثلاً در مورد کوپلیمرهای اتیلن- وینیل الکل (EVOH) یون های آمونیوم ۴ تایی هیدروکسیله شده سازگاری بین رس و EVOH را بهبود می دهد. در نانوکامپوزیت های پلی پروپیلن (PP) ، از پلی پروپیلن graft شده با مالئیک انهیدرید به عنوان سازگارکننده استفاده می شود. آغازگرهای پلیمریزاسیون می تواند از طریق تبادل یون به رس متصل شود.
ترموپلاستیک های دمابالا در نانوکامپوزیت ها
برای تهیه نانوکامپوزیت ها از ترموپلاستیک های دمابالا در استفاده از بهسازهای اونیومی محدودیت وجود دارد. زیرا آلکیل آمونیوم ها در حین فرآوری پایداری لازم را ندارند. برای حل این مشکل می توان به جای نمک های آمونیومی از نمک های ایمیدازولیم همان طور که در شکل (۳) نشان داده شده است، استفاده کرد. یک جایگزین دیگر به کاربردن نمک فسفونیوم به جای نمک های آمونیوم می باشد، که می تواند منجر به پایداری رس- الی از دماهای C ْ۳۰۰- ۲۰۰ به بالاتر از C ْ۳۰۰ شود. با استفاده از این روش ها شرکت Triton Systems موفق به تولید نانوکامپوزیت ها با رزین هایی مثل پلی اترایمیدها (PEI) شده است.
آینده نانوکامپوزیت های رسی
از اهداف آینده مورد نظر می توان به توسعه سیستم های پلیمری موجود در این نانوکامپوزیت ها و همچنین توسعه مواد سازگارکننده، اشاره کرد. توسعه نانوکامپوزیت های بر پایه PVC و PET نیز از موضوعات مورد تحقیق می باشد. تقویت نانوکامپوزیت های رسی با فایبرگلاس اخیراً مورد بررسی قرارگرفته است. همچنین در رساناکردن نانوکامپوزیت های رسی علاقه فراوانی وجود دارد.


[IMG]http://www.aftab.ir/articles/science_education/technology/images/94718fed16f7f1a110a3774d9863e507.gif[/IMG]

ستاد ویژه توسعه فناوری نانو

تاریخ ارسال: 1390/01/11


نظر شما چیست؟

کد امنیتی شکل بالا در کادر زیر درج شود

برای مشاهده و استفاده از فرم می بایست جاوااسکریپت بر روی مرورگر شما فعال باشد.

 
تعبیر خواب
تعبیر با تقویم
روایتی از قول امام جعفر صادق (علیه السلام) هست که می‌فرمایند مثلاً اگر در روز یا شب اول ماه قمری خوابی را ببینید تعبیر ندارد و صحیح نیست، یا اگر  در دوم و سوم ماه خوابی را ببینید تعبیرش برعکس می‌شود و به همین ترتیب تمام روزهای ماه را فرموده‌اند و این روایت تا حدودی هم شایع شده و گسترش پیدا کرده است.
دقت کنید که چیز کمی نیست!... یعنی شما که دیشب خوابی را دیده‌اید با دانستن تاریخ دیشب، می‌توانید ادامه مطلب...
تعبیرها و اشتباه‌ها
همۀ ما در طول شب یا روز خواب‌هایی می‌بینیم که ممکن است درست و صادق بوده و معنایی را در خود داشته باشند یا اینکه بی‌معنا باشند.
علت خواب‌های بی‌معنا چیزهایی مثل ضعف یا پرخوری قبل از خواب و یا صدای محیط زمان خواب و یا حتی می‌تواند نتیجه تلقین شیطان باشد و فقط پیامبران و معصومین (علیهم السلام) هستند که تمام خواب‌هایشان درست و صادق بوده و حسابشان جدا است. حضرت امام صادق (علیه السلام) به مفضل که از ادامه مطلب...
تعبیر با کتاب
در این مقاله می‌خواهم در مورد این بنویسم که هر کسی می‌تواند بعضی از خواب‌ها را با کتاب تعبیر خواب، تعبیر کند. بنابراین اجازه دهید ابتدا تعریفی کلی و خلاصه از نحوۀ تعبیر خواب ارائه کنم.
خواب‌هایی که ما می‌بینیم یا می‌خواهند معنایی را به ما بفهمانند و یا خیر؛ حالا چرا بعضی از خواب‌ها می‌خواهند معنایی را بفهمانند ولی بعضی خیر؟... چون این سوال بحث دیگری است نمی‌خواهم دربارۀ آن صحبت کنم.
خود این خواب‌های بامعنا نیز اکثراً به صورت مثال ادامه مطلب...
مبارزه با فراموشی خواب
تحقیقات نشان داده است که همۀ افراد در طی خواب خودشان رویا می‌بینند (به جز در برخی بیماری‌های شدید روانی)، منتها خیلی‌ها آن‌ها را فراموش کرده و فکر می‌کنند که اصلاً رویایی ندیده‌اند. هر چند خیلی از این رویاها ممکن است جزء رویاهای بدون تعبیر باشند ولی به هر حال رویا بوده‌اند.
حال سوال این است که چطور خواب خود را فراموش نکنیم؟ چطور صحنه‌های خواب را خوب و روشن به یاد آوریم؟ برای رسیدن به این هدف راه‌های زیادی وجود ادامه مطلب...
دفع بلا با صدقه
احادیث و روایات و همچنین تجربیات بسیاری وجود دارد که خداوند متعال با صدقه قضا و قدر را تغییر می‌دهد. به عبارتی دیگر با صدقه می‌توان به خواست خدا از وقوع بلایا و حوادث جلوگیری کرد. زیرا خود خداوند قضا و قدر را معین کرده و فقط خود او می‌تواند آن را تغییر دهد (که یکی از عواملی که فرموده قضا و قدر را به خاطر آن تغییر می‌دهد همین صدقه دادن است). البته این یکی از آثار صدقه می‌باشد. ادامه مطلب...
رسیدن تعبیر به دیگری
این نکته را به خاطر داشته باشید که تعبیر خواب شما ممکن است به همان کسی که در خواب دیده‌اید نرسد و به شخص دیگری مربوط شود. در واقع تعبیر خواب شما کیلومترها با آن شخصی که در خواب دیده‌اید فاصله داشته باشد! تجربۀ خودم من از خواب‌هایم این بوده که در موارد خیلی خیلی خیلی کمی تعبیر خواب به همان افرادی رسیده که در خواب دیده‌ام (به طوریکه در اکثر موارد فقط یک درصد احتمال می دهم که تعبیر ادامه مطلب...
دفع بلا و گرفتاری
بعضی از خواب‌ها آینده را پیشگویی کرده و می‌گویند که بلا و مصیبت و گرفتاری در پیش است و یا اینکه عمل زشت یا گناهی را مرتکب خواهیم شد. اگر این خواب‌ها درست و اصطلاحاً صادقه باشند، در واقع از مقدرات الهی می‌گویند و چیزهایی که پیش‌بینی آن شده حتماً به وقوع می‌پیوندند.
ولی خداوند راه‌هایی را تعیین کرده که نگذارید آن بلایا به وقوع بپیوندند و در واقع مقدرات خدا تغییر کند. در اصل خود خدا مقدرات را بوجود آورده ادامه مطلب...
کلیپ و ویدیو
چای سبز چیه (دکتر کرمانی)
اشخاصی که در کلیپها مشاهده می کنید تعبیرگر خواب نیستند