بخشی از مقاله
چکیده
در این تحقیق ابتدا نانوذرات TiO2 به روش همرسوبی شیمیایی با شرایط برگزیده تهیه و سپس نانوسیال TiO2 با سیال پایهآب مقطر و بصورت تکمرحلهای تهیه گردید. نتایج طرح پراش پرتو X و اندازهگیری نمودار توزیع اندازه نانوذرات TiO2 نشاندهنده تهیه نانوذرات مطلوب با ابعاد میانگین 50 نانومتر میباشد. پس از تهیه نانوسیال در کسرحجمیهای مختلف، هدایت الکتریکی آن در هر کسرحجمی و در دماهای متفاوت اندازهگیری شد. نتایج نشان میدهند که هدایت الکتریکی این نانوسیال به ازای کسر حجمیهای مختلف نسبت به دما به طور غیریکنواختی افزایش مییابد. همچنین در هر دما نیز، هدایت الکتریکی نسبت به کسرحجمی افزایش مییابد. نتایج بدست آمده با انتقال بارهای الکتریکی توسط نانوذرات و انباشتگی نانوذرات در دماهای بالاتر توضیح داده میشوند.
مقدمه
نانو سیالات دستهای جدید از سیالات هستند که از مخلوط پایدار نانوذرات مختلف در یک سیال - موسوم به سیال پایه - به دست میآیند و در واقع نوعی کامپوزیت جامد در مایع هستند. افزوده شدن نانوذرات به سیال پایه، اغلب موجب بهبود خواص فیزیکی از جمله گرانروی - نسبت به سیالی حاوی میکروذرات - ، هدایت گرمایی و هدایت الکتریکی آن شود. اخیرا این مواد با توجه به کاربردهای مربوط به بهرهوری بالاتر از هر دو جنبه آزمایشگاهی و نظری مورد توجه محققان قرار دارند.
مرور متون علمی اخیر نشان می دهد که هدایت گرمایی و الکتریکی بسیاری از نانو سیالات نسبت به سیال پایه بهبود قابل توجهی مییابد. مدلهای مختلفی نیز برای تفسیر این نتایج پیشنهاد شدهاند که هرکدام دارای شرایط خاص خود بوده و رفتار الکتریکی یا گرمایی نانوسیال را در همان شرایط پیشبینی میکند. بنابراین هنوز تفسیر قانع کننده و جامعی برای رفتار نانوسیالات در دماها و کسرحجمیهای مختلف و با نانوذرات و سیالات پایه متفاوت ارائه نگردیده است.
همچنین مرور متون علمی نشان میدهد که تحقیقات اندکی در زمینه هدایت الکتریکی نانوسیال TiO2 بر پایه آب در این گستره دمایی و کسر حجمی انجام گرفته است .[1] در این تحقیق ابتدا نانوسیال TiO2 بر پایه آب ساخته شده و سپس هدایت الکتریکی آن برحسب دما و کسرحجمی بررسی خواهد شد. از دلایل عمده استفاده از دی اکسید تیتانیوم در نانوسیالات،میتوان به بالا بودن هدایت گرمایی و نیز غیرسمی بودن و سازگاری آن با محیط زیست اشاره کرد .[2]
روش تجربی
در این تحقیق ابتدا نانوذرات TiO2 به روش همرسوبی شیمیایی مطابق با روش ارائه شده در مرجع [1] ساخته شد. سپس به کمک سانتریفیوژ مقدار لازم از پودر TiO2 برای مشخصه یابی جدا شده و با توجه به پراکندگی بسیار پایدار نانوذرات در آخرین مرحله تهیه، نانوسیالات موردنظر به روش تک مرحلهای و بدون نیاز به عامل فعال سطحی یا امواج فراصوت تهیه گردید. در این تحقیق کسرحجمیهای مختلف 0/25، 0/5، 1، 2، 3 و 4 درصد از نانوسیال موردمطالعه تهیه گردید.
طرح پراش پرتو X نانوذرات با استفاده از دستگاه XRD مدل Bruker/D8 Advanced - آزمایشگاه تحقیقاتی حالت جامد دانشگاه دامغان - با تابش-Cu Kα و طول موج 1/5406 Å در گستره ی = 20-70 2 با گام 0/02، انجام شد. از دستگاه تحلیلگر اندازه ذرات - Particle - size analyzer به منظور تعیین اندازه میانگین و توزیع اندازه نانوذرات مورد مطالعه استفاده گردید. به طور کلی برای اندازهگیری هدایت الکتریکی نانوسیال با توجه به خواص الکتریکی سیال پایه و نانوذرات روشهای مختلفی وجود دارد .[3] در این پژوهش هدایت الکتریکی به کمک یک هدایت- سنج - ECmeter - سلولی مدل - CYBERSCAN CON - 11 با اعلام دمای خودکار صورت گرفته است. دمای نانوسیالات در حین انجام آزمایش به کمک حمام آب و با دقت بهتر از 0/1 درجه سانتیگراد ثابت نگه داشته میشد.
نتایج و بحث
شکل 1، طرح پراش پرتو X نانوذرات TiO2 تهیه شده را به همراه خطوط پراش استاندارد این ترکیب در دو فاز روتایل و آناتاز نشان میدهد. مقایسه قلههای مشاهده شده با خطوط استاندارد نشان میدهد نانوذرات TiO2 در این دو فاز تشکیل شده و فاز فرعی یا ناخالصی در ترکیب وجود ندارد. با مقایسه شدت قلههای هر فاز در طرح پراش ملاحظه میشود که درصد حضور فاز آناتاز نسبت به روتایل بیشتر است. کارتهای استاندارد JCDS مربوط به دو فاز به همراه شاخصهای میلر دستهصفحات متناظر با قلههای مشاهده شده در شکل ارائه شده است. شاخص- های میلر مربوط به دسته صفحات مختلف نیز در محل قلههای متناظر قید شده است. اندازه متوسط نانو بلورکهای TiO2 به کمک رابطه شرر، از شدیدترین قله پراش برابر با 46 nm تخمین زده میشود.
