دپارتمان مهندسی مکانیک ایران

انجمن مهندسی مکانیک

انجمن تست های غیر مخرب

انجمن علمی مهندسی پزشکی

انجمن بیومکانیک

آموزش تعمیر تجهیزات پزشکی

آموزش تعمیرات تجهیزات پزشکی

دوره های مهندسی پزشکی

دوره های آموزشی مهندسی پزشکی

انجمن مهندسی پزشکی

آموزش تعمیر تجهیزات دندانپزشکی

آموزش بازرسی جوش

آموزش پایپینگ


             
فرآیند سل ژل برای پوشش دهی نانو و تهیه نانو پودر
نوشته شده توسط علی فلاحتی   
پنجشنبه ، 9 شهریور 1391 ، 23:23

      سل ژل

هدف روش سل‌ژل انجام فرايندهاي شيميايي در دماي پايين براي توليد اشياء، فيلم‌ها، فيبرها، ذرات يا كامپوزيت‌هايي با شكل و سطح مناسب مي‌باشد كه مي‌توانند بعد از يك مرحله فرايند تكميلي به صورت تجاري مصرف شوند. فرايندهاي سنتي سراميك‌ها منجر به ساخت موادي مي‌شود كه ساختار ميكرو در محدوده 1 تا 100 ميكرومتر دارند. بوسيله فرايند سل ژل مي‌توان ساختار ميكرو محصولات را در محدوده 1 تا 100 نانومتر كه ساختاري در مرتبه مولكولي مي‌باشد بدست مي‌آورد. اين مواد اغلب مشخصه‌هاي فيزيكي و شيميايي يكنواختي دارند. اگر چه مبداء فرايندهاي سراميك بر پايه علم شيمي به تاريخ 4000 سال قبل از ميلاد مربوط مي‌شود ولي مفهوم كنترل شكل و ساختار مولكولي سراميك‌ها و شيشه‌ها بوسيله استفاده از شيمي سل ژل احتمالاً به مطالعات برگمن بر روي شيشه‌هاي آبي در سال 1779، مطالعات ابلمن، گراهام روي ژل سيليكا در سال 1847 و 1864 مربوط مي‌شود. البته قسمت عمده‌اي از كار در علم كلوئيدها، در اواسط دهه 1800 انجام گرفت.


 

·       فناوري سل ‌ژل

·         فرآيند سل ‌ژل:

سل‌ها ذرات كلوئيدي پراكنده در محلول به ابعاد 1-100nm هستند كه به علت كوچكي بيش از حد بوسيله حركت براوني در محلول به حالت معلق باقي مي‌مانند و ژل نيز عبارتست از يك شبكه جامد و به هم پيوسته‌اي با منافذي به ابعاد زير ميكرومتر و زنجيرهاي پليمري كه طول متوسط آنها بزرگتر از يك ميكرومتر است. در حقيقت فرايند سل-ژل سنتز شبكه معدني توسط واكنش‌هاي شيميائي در محلول و در دماي پائين است كه به دليل تشكيل شبكه بي‌شكل (در مراحل اوليه) در مقابل فرايند كريستاله شدن در محلول قرار دارد. در اينجا لازم است كه درباره بعضي از اصطلاحات كليدي و رايج در فرايند توضيح داده شود.

 

                      انواع ژلها:

1-      هيدروژل: ژلها را عموماً در محيط آبي تهيه مي‌كنند، اصطلاح هيدروژل به ژلي اطلاق مي‌شود كه حفرات آن توسط آب پرشده‌اند البته گاهي اوقات به آن Equagel نيز گفته مي‌شود.

2-      الكوژل : ژلي كه حفرات آن توسط الكل پرشده باشد ژلهائي كه از خشك‌كردن الكوژل بدست مي‌آيند داراي حفرات بيشتر و ساختار ژلي آبي تقريباً حفظ مي‌شود و شكستگي كمتري در ساختار در هنگام خشك‌كردن اتفاق مي‌افتد.

3-       گزروژل : به ژلي گفته مي‌شود كه تمام مايع داخل حفرات ژل خارج شده باشد به گونه‌اي كه ساختار كمي متراكم‌تر و فشرده‌تر شده باشد. و چروكيدگي نسبت به وضعيت هيدروژل در آن مشهود است. در ضمن سطح ويژه آن كاهش يافته است.

4-      آئروژل: در واقع نوعي ژل خشك است. بدين ترتيب كه محلول داخل ژل خارج شده است به گونه‌اي كه هيچ فشردگي يا تغييري در ساختار ژل ايجاد نشده است. اين نوع ژل عموماً بدين صورت تهيه مي‌شود كه ژل را تا دماي بحراني حلال حرارت مي‌دهند بنابراين هيچ تعادلي بين مايع و بخار وجود ندارد. و ژل با سطح ويژه بالا با حفظ ساختار در حالت هيدروژل بدست مي‌آيد. شكل زير بيانگر حالات مختلف ژل است .

 

       انواع فرايند سل ژل عبارتند از:

                 فرايند در مسير الكوكسيدي

                 فرايند در مسير كلوئيدي

 

1-       مسير الكوكسيدي:

مهمترين و متداولترين روش فرايند سل-ژل در تهيه مواد معدني اعم از شيشه‌ها، پايه‌هاي كاتاليست و سراميكهاي پيشرفته مسير الكوكسيدي مي‌باشد. اين روش براساس شيمي الكوكسيدها بنا نهاده شده است.

در اينجا سل از پيشماده الكوكسيد حل شده در آب كه به عنوان يك حلال بكار برده مي‌شود تشكيل شده است. در نتيجه هيدروليز و تراكم اين پيشماده، سل به ژل تبديل شده كه طي خشك‌كردن تحت شرايط خاصي شبكه معدني از آن تشكيل مي‌شود. معادلات زير واكنش‌هاي اساسي كه تبديل پيش‌ماده الكوكسيد را به ژل و نهايتاً به شبكه معدني ممكن مي‌سازند را نشان مي‌دهد.

در واكنش هيدروليز پيش‌ماده الكوكسيد به گونه‌هاي معدني كه در الكل محلولند تبديل مي‌شوند.

 

در واكنش تراكم گونه‌هاي فعال شده باهم واكنش مي‌دهند و شبكه پليمري معدني شامل پيوندهاي M-O-M (با يك نوع الكوكسيد) يا M- O - M´ (با چند نوع الكوكسيد) در محلول شروع به تشكيل مي‌كند:

 

كه در اين واكنش M مي‌تواند Si ، Al ، Ti ، Zn ، Sn ، Pb ، Ta و Cu و Ni و Co و غيره باشد. و R يك گروه آلكيل مانند متيل، اتيل، ايزوپروپيل، بوتيل و … مي‌باشد.

2-       مسير كلوئيدي:

در اين مسير از اصول شيمي كلوئيدها براي توليد ذرات كلوئيدي از گونه‌هاي يوني و غيريوني در يك محيط آبي استفاده مي‌شود. در اين روش سل از ذرات كلوئيدي كه در يك مايع (معمولاً آب) پراكنده شده‌اند تشكيل يافته است. وقتي ويسكوزيته اين سل، با ازدست دادن جزئي از مايع افزايش يابد به يك ژل سخت تبديل مي‌شود. بنابراين دراين روش شبكه معدني از آرايش ذرات مجزا و ژل شدن محلول اين ذرات بوجود مي‌آيد.

از دو مسير ذكر شده در فرايند سل-ژل امروزه مسير الكوكسيد بيشتر مورد توجه قرار گرفته است. و اكثر كارهاي انجام شده در اين زمينه با استفاده از الكوكسيدها به عنوان پيشماده بوده است. زيرا الكوكسيد منبع مناسبي براي مونومرهاي معدني هستد و همچنين در مسير الكوكسيد، بوسيله روشهاي شيميائي مثلاً با كنترل سرعت واكنش ئيدروليز و تراكم مي‌توان سرعت واكنشهاي كلي را كنترل كرد. بنابراين شيمي فرايند سل-ژل براساس الكوكسيد آسانتر از پديده‌هاي شيمي كلوئيدي مثل بارهاي سطحي يا گونه‌هاي جذب شده روي سطح ذرات قابل كنترل است. علاوه برآن مسير الكوكسيد امكان تهيه محصولات با درجه خلوص و همگني بالا در دماي پائين‌تر را ميسر مي‌سازد

 

                      مراحل فرايند سل-ژل:

فرايند سل ژل براي تهيه مواد گوناگون از پيشماده‌هاي الكوكسيد به چند مرحله متوالي تقسيم مي‌شود. هر مرحله به عنوان پلي بين مرحله قبل و بعد خود عمل مي‌كند. اين مراحل به قرار زير است:

1-      مخلوط كردن پيش ماده‌ها (mixing)

2-       شكل‌دهي (forming)

3-       ژل‌شدن (gelation)

4-       كهنه شدن (aging)

5-      خشك كردن (drying)

6-       آب‌زدائي يا تثبيت شيميائي (dehydration or chemical stablization )

7-      متراكم كردن (densification and sintering )

 

 

 

آخرین بروز رسانی مطلب در جمعه ، 10 شهریور 1391 ، 07:01
 
سامانه هوشمند ژورنال مقالات