وزارت علوم، تحقیقات و فناوری

دانشگاه ملایر

دانشکده فنی ومهندسی-گروه مهندسی مواد

پایان نامه کارشناسی ارشد مهندسی مواد(سرامیک)

سنتز و ساخت قطعات از نانو ذرات زیرکونیا و محلولهای جامد آن جهت استفاده در پیلهای سوختی اکسید جامد

استاد راهنما:

دکتر محمد یگانه قطبی

استاد مشاور:

دکتر بهزاد کوزه گرکالجی

برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده پایان نامه درج نمی شود

(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است)

تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :

(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)

چکیده:

نانومحلول های جامد Al/ZrO₂وAl -Ni/ZrO₂ و Al-Ni-Cu/ZrO₂به روش سنتز هم رسوبی با استفاده از هیدرولیز نمک های زیرکونیوم، آلومینیوم، نیکل و مس در اتانول آماده سازی شدند. محلول های جامد تهیه شده دردماهای مختلف و تحت اتمسفر هوا عملیات حرارتی شدند.و نقش عملیات حرارتی در تثبیت فاز مونوکلینیک در دماهای مختلف توسط XRD بررسی شد. خواص فیزیکی و شیمیایی نانومحلول های جامد تهیه شده توسط آنالیزهای FTIR ,UV-vis ,TEM ,SEM و EDX مورد بررسی قرارگرفت. باتوجه به نتایج آنالیز XRDتثبیت فازمونوکلینیک در محلول جامد صورت گرفته و نتایج SEM مورفولوژی کروی و یکنواختی اندازه ذرات رابرای نمونه های تهیه شده نشان می دهند. پودر های تهیه شده به منظور تولید مواد پایه آند پیل سوختی اکسید جامد، به روش تر و باتخلخل زای پلی اتیلن گلیکول مخلوط شده و توسط پرس هیدرولیک یکطرفه شکل دهی شدند و استحکام و دانسیته در آنها به مقدار بهینه رسید. دانسیته نسبی برای بهترین نمونه مقدار062/3 گرم برسانتی متر مکعب بدست آمد و تخلخل نمونه ها در حدود40-50 درصد محاسبه شد.

فهرست مطالب

فصل اول : مقدمه.1

1-1- مقدمه.2

فصل دوم : مروری برمنابع مطالعاتی..5

2-1- فناوری نانو.6

2-2- خواص نانوذرات…7

2-3- روشهای تولید نانو ذرات…7

2-4- کاربرد نانو تکنولوژی..8

2-5- نانو کامپوزیت های سرامیکی..10

2-5-1- طبقه بندی نانو کمپوزیت های سرامیکی..10

2-5-2- خواص و کاربرد نانو کامپوزیتهای سرامیکی..11

2-6- نانو محلولهای جامد سرامیکی..11

2-6-1- محلول جامد از نوع بین نشینی..11

2-6-2- محلول جامد از نوع جانشینی..11

2-6-2-1- انواع محلول جامد جانشینی..11

2-6-3- خواص مکانیکی محلول های جامد.12

2-6-4- محلولهای جامد فوق اشباع.12

2-7- روشهای سنتز نانو محلول های جامد سرامیکی..12

2-7-1- آلیاژ سازی مکانیکی..12

2-7-2- سل- ژل.13

2-7-3- رسوبی و همرسوبی (رسوبگذاری).14

2-8- پیل سوختی چیست؟.15

2-9- تاریخچه پیل سوختی..18

2-10- انواع پیل های سوختی..19

2-10-1- پیل سوختی اسید فسفریک (PAFC)19

2-10-2- پیل سوختی قلیایی (AFC)20

2-10-3- پیل سوختی کربنات مذاب (MCFC)20

2-10-4- پیل سوختی الکترولیت پلیمر یا غشای مبادله کننده پروتون(PEFC)21

2-10-5- پیل سوختی اکسید جامد (SOFC)22

2-10-5-1- تاریخچه پیل ‌سوختی اکسید جامد (SOFC)22

2-10-5-2- وظیفه صفحات الکترود متخلخل در پیل ‌سوختی اکسید جامد شامل موارد زیر است…24

2-10-5-3- روابط و واکنشهای موجود در یک پیل سوختی اکسید جامد.24

2-10-5-4- نیروی الکتروموتیو (EMF) و معادله نرنست برای پیل های سوختی اکسید جامد.25

2-10-5-5- پتانسیل الکتروشیمیایی و رسانایی یونی در پیل های سوختی اکسید جامد.26

2-10-5-6- محاسبه رسانایی الکتریکی و مقاومت الکتریکی برای پیل های سوختی اکسید جامد.26

2-10-5-7- جزئیات عملکرد پیل های سوختی اکسید جامد.26

2-11- مقایسه کلی بین پیل های سوختی از نظر دمای کارکرد و بازده و توان تولیدی 29

2-12- مزایا و معایب پیل های سوختی..30

2-13- موانع پیش روی استفاده از پیل های سوختی..31

2-14- کاربرد های پیل سوختی..32

2-15- زیرکونیا33

2-15-1- خواص فیزیکی، مکانیکی، و شیمیائی زیرکونیا33

2-15-2- پلی مورف های زیرکونیا34

2-15-2-1- فاز مونوکلینیک زیرکونیا34

2-15-2-2- فاز تتراگونال زیرکونیا35

2-15-2-3- فاز مکعبی زیرکونیا35

2-15-3- کاربرد های زیرکونیا35

2-15-3-1- کاربرد های مبتنی بر خواص الکتریکی زیرکنیا36

2-15-3-2- کاربرد های مبنی بر دیرگدازی زیرکونیا36

2-15-3-3- کاربرد های مبتنی بر خواص مکانیکی..37

2-16- مقدمه ای برآند پیل سوختی اکسید جامد.37

2-17- ناحیه سه فازی درآند.38

2-18- انواع مواد آندی..39

2-18-1- سرمتYSZ –Ni39

2-18-2- فلورایت ها41

2-18-3- مواد آندی پروسکایت…44

2-18-4- مواد آندی تنگستن برنز.48

2-18-5- مواد آندی پیروکلر.49

2-18-6- مواد آندی سولفور آزاد.50

2-19- توسعه سینتیک و مکانیسم واکنش و مدل آند ها51

2-20- توسعه تکنولوژی های ارزان قیمت برای تولید و ساخت آند.55

فصل سوم : فعالیت های آزمایشگاهی..58

3-1- مواد اولیه مورد استفاده59

3-2- روش کار.60

3-2-1- مراحل سنتز پودر (AZ).60

3-2-1-1- مرحله اول: اختلاط مواد اولیه.61

3-2-1-2- رفلاکس سیستم.61

3-2-1-3- مرحله سوم: سانتریفیوژ محلول.62

3-2-1-4- مرحله ی چهارم : شستشو رسوب بدست آمده62

3-2-1-5- مرحله پنجم: خشک کردن و عملیات حرارتی اولیه.62

3-2-2- سنتز پودر AZN)).62

3-2-3- سنتز پودر (AZNC)63

3-3- تهیه و ساخت آند پیل سوختی اکسید جامد.64

3-3-1- روش خشک…65

3-3-1-1- تخلخل زای: PVA (پلی ونیل استات).65

3-3-1-2- تخلخل زای: T.P.P (تری فنیل فسفین).67

3-3-1-3- تخلخل زای :خاک اره68

3-3-1-4- تخلخل زای:CMC (کربوکسی متیل سلولز).69

3-3-1-5- تخلخل زای: نمک طعام (NaCl ).70

3-3-1-6- تخلخل زای: شکر.70

3-3-1-7- تخلخل زای: اوره Urea.71

3-3-1-8- تخلخل زای:PEG (پلی اتیلن گلیکول).72

3-3-1-9- تخلخل زای :MC (متیل سلولز).73

3-3-1-10- تخلخل زای: مخلوط PVA و T.P.P.74

3-3-1-11- تخلخل زای : مخلوط T.P.P وMC..75

3-3-1-12- تخلخل زای: اختلاط PVAو PEG..75

3-3-1-13- تخلخل زای: PEG وMC..76

3-3-1-14- تخلخل زای: PEG وT.P.P.76

3-3-1-15- تخلخل زای: PVA، PEG، MC..77

3-3-1-16- تخلخل زا ی : PVA،PEG ، T.P.P.77

3-3-2- روش تر.78

3-3-2-1- تخلخل زای: PVA (پلی ونیل استات).78

3-3-2-2- تخلخل زای : T.P.P (تری فنیل فسفین).80

3-3-2-3- تخلخل زای: MC(متیل سلولز).82

3-3-2-4- تخلخل زا:PEG (پلی اتیلن گلیکول).83

3-3-3- ساخت آند نهایی توسط PEG..85

3-4- اندازه گیری چگالی قطعات ساخته شده87

3-4-1- دانسیته ارشمیدسی..87

3-4-2- دانسیته معمولی..87

3-5- تجهیزات مورد استفاده88

3-5-1- آنالیز براش اشعه ایکس (XRD)88

3-5-2- آنالیز طیف سنجی مادون قرمز فوریه (FTIR)88

3-5-3- آنالیز میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) و آنالیز (EDX)88

3-5-4- آنالیز UV-vis.88

3-5-5- آنالیزمیکروسکوپ الکترونی عبوری TEM…88

فصل چهارم : نتایج و بحث…90

4-1- بررسی خواص فیزیکی وشیمیایی پودرسنتزشده91

4-1-1- بررسی نتایج حاصل ازآنالیزتفرق اشعه ی ایکس….91

4-1-1-1- نمونهAZ..91

4-1-1-2- نمونه : AZN..96

4-1-1-3- نمونه AZNC..97

4-1-2- ارزیابی تثبیت فازی در نمونه های تهیه شده، با استفاده از آنالیز پراش اشعه ی ایکس….98

4-1-2-1- نمونه AZ..99

4-1-2-2- نمونه AZN..99

4-1-2-3- نمونه AZNC..100

4-1-2- نتایج حاصل از طیف سنجی مادون قرمز.101

4-1-2-1- نتایج حاصل از طیف سنجی مادون قرمزنمونه AZ..101

4-1-2-2- نتایج حاصل از طیف سنجی مادون قرمز نمونه AZN..103

4-1-2-3- نتایج حاصل از طیف سنجی مادون قرمز نمونه AZNC..104

4-1-3- نتایج حاصل از آنالیز میکروسکوپ الکترونی روبشیSEM و عبوری TEM…105

4-1-3-1- نتایج آنالیز SEM برای نمونه AZ..106

4-1-3-2- نتایج آنالیز TEMبرای نمونه AZ..108

4-1-3-3- نتایج آنالیز SEMبرای نمونه AZN..109

4-1-3-4- نتایج آنالیز TEMبرای نمونه AZN..111

4-1-3-5- نتایج آنالیز SEM برای نمونه AZNC..112

4-1-3-6- نتایج آنالیز TEMبرای نمونهAZNC..114

4-1-4- نتایج حاصل از تست EDX..115

4-1-4-1- نتایج حاصل از تست EDX برای نمونه AZ..115

4-1-4-2- نتایج حاصل از تست EDX برای نمونهAZN..116

4-1-4-3- نتایج حاصل از تست EDXبرای نمونه AZNC..116

4-1-5- نتایج حاصل از تست UV-vis.117

4-1-5-1- نتایج حاصل از تست UV-vis برای نمونه AZ..117

4-1-5-2- نتایج حاصل از تست UV-vis برای نمونه AZN..118

4-1-5-3- نتایج حاصل از تست UV-vis برای نمونه AZNC..119

4-1-6- نتایج حاصل از قطعات ساخته شده به روش اختلاط خشک…121

4-1-6-1- نتایج حاصل از قطعات ساخته شده با تخلخل زای PVA..121

4-1-6-2- نتایج حاصل از قطعات ساخته شده با تخلخل زای T.P.P.121

4-1-6-3- نتایج حاصل از قطعات ساخته شده با خاک اره121

4-1-6-4- نتایج حاصل از قطعات ساخته شده با CMC..121

4-1-6-5- نتایج حاصل از قطعات ساخته شده با نمک طعام.121

4-1-6-6- نتایج حاصل از قطعات ساخته شده با شکر.121

4-1-6-7- نتایج حاصل از قطعات ساخته شده با اوره122

4-1-6-8- نتایج حاصل از قطعات ساخته شده با PEG..122

4-1-6-9- نتایج حاصل از قطعات ساخته شده با MC..122

4-1-6-10- نتایج حاصل از قطعات ساخته شده با PVA و T.P.P.122

4-1-6-11- نتایج حاصل از قطعات ساخته شده با MC و T.P.P.122

4-1-6-12- نتایج حاصل از قطعات ساخته شده با PVA و PEG..122

4-1-6-13- نتایج حاصل از قطعات ساخته شده با PEGوMC..122

4-1-6-14- نتایج حاصل از قطعات ساخته شده با PEG و T.P.P.123

4-1-6-15- نتایج حاصل از قطعات ساخته شده با PEGو PVA و MC..123

4-1-6-15- نتایج حاصل از قطعات ساخته شده با PEGو PVA و T.P.P.123

4-1-7- نتایج حاصل از اختلاط تخلخل زا ها با حلال برای تهیه یک تخلخل زای مناسب…123

4-1-7-1- نتایج حاصل از اختلاط تخلخل زای PVA و حلال.123

4-1-7-2- نتایج حاصل از اختلاط تخلخل زای T.P.P و حلال.124

4-1-7-3- نتایج حاصل از اختلاط تخلخل زای MCو حلال.124

4-1-7-4- نتایج حاصل از اختلاط تخلخل زای PEGو حلال.124

4-1-8- نتایج حاصل از قطعات ساخته شده به روش اختلاط تر.125

4-1-8-1- نتایج حاصل از قطعات ساخته شده با تخلخل زای PVA به روش اختلاط تر.125

4-1-8-2- نتایج حاصل از قطعات ساخته شده با تخلخل زای T.P.P به روش اختلاط تر.125

4-1-8-3- نتایج حاصل از قطعات ساخته شده با تخلخل زای MC به روش اختلاط تر.125

4-1-8-4- نتایج حاصل از قطعات ساخته شده با تخلخل زای PEG به روش اختلاط تر.125

4-9-1- نتایج حاصل از دانسیته ارشمیدسی برای قطعات…126

4-10-1- نتایج حاصل از دانسیته معمولی برای قطعات…127

فصل پنجم : نتیجه گیری وپیشنهادات…128

5-1- نتیجه گیری نهایی..129

5-2- پیشنهادات…130

مراجع..131

مقدمه

انرژی از دیر باز به عنوان موتور محرک جوامع بشری شناخته شده است و با پیشرفت بشر بر اهمیت و تأثیر گذاری آن در زندگی بشر افزوده شده است. بر این اساس هیدروژن به عنوان یکی از سوختهای پاک یکی از بهترین گزینه ها جهت ایفای نقش حامل انرژی در این سیستم جدید ارائه انرژی می باشد ]1[. بشردرآینده ای نه چندان دورعصر هیدروژن راتجربه خواهدکرد]1و2[. عمل تبدیل انرژی شیمیایی موجود در هیدروژن به انرژی الکتریکی توسط دستگاهی به نام پیل سوختی انجام می پذیرد]3[. پیل های سوختی در کاهش آلودگی محیط زیست نقش به سزایی را ایفا می کنند و به خاطر عدم به کارگیری قطعات مکانیکی زیاد ایجاد آلودگی صوتی نیز نمی نمایند]3[

برای دانلود متن کامل پایان نامه اینجا کلیک کنید

لینک بالا اشتباه است

برای دانلود متن کامل اینجا کلیک کنید

       

:: بازدید از این مطلب : 737

|

امتیاز مطلب : 0

|

تعداد امتیازدهندگان : 0

|

مجموع امتیاز : 0