عنوان :

مقاله ذرات فلزی با اندازه نانو

تعداد صفحات : ۷۷

نوع فایل : ورد و قابل ویرایش

چکیده

ذرات فلزی با اندازه نانو نقش مهمی را در مهندسی مواد ایفا می کنند چونکه ویژگیهای ذرات با اندازه نانو با ویژگی های بقیه مواد متفاوت است

بنابراین اکثر محققان در ارتباط با نانو تکنولوژِی در جستجوی یک روش مناسب و یک روش In suit برای اندازه گیری توزیع ذرات نانو بودند این روشها بر اساس پراکندگی در زوایای کوچک استوار بود.

مقاله حاضر در ۸ فصل می باشد. فصل اول تکنیک های پراش با  زاویه کوچک(SAS): Saxs یک روش اساسی در تحلیل ساختاری یک موضوع خلاصه شده می باشد. که تقاضاها (درخواست ها) حوزه های متنوعی را پوشش می دهد. از یک آلیاژ فلزی تا پلیمریهای مصنوعی در محلول و در حجم و سیع، مایکرو ملکولهای بیولوژیکی در محلول، امولسیون ها، مواد نفوذ پذیر، و غیره … .

روش SAXS اطلاعاتی درباره ساختار ماده زمانیکه چگالی متفاوتی میان بعضی از نواحی مجاور مشاهده می شود، در اختیار ما قرار می دهد. اندازه این نواحی از حدود   ۱۰۰۰-۱۰ می باشد.

فصل دوم تئوری SAXS، فصل سوم تجهیزات (SAXS)را بیان می کند. در طراحی هر دستگاه SAXS دو پارامتر شدت و Resolution مد نظر است شدت لازم جهت یک Resolution مشخص توسط انتخاب منبع اشعه x کنترل می شود crystal-diffraction tubes مناسب و تیوبهای آندچرخان جهت مطالعه محلولهای حاوی پروتئین ها و ویروس ها استفاده می شوند. مشکل Resolution و مشکلات وابسته به آن نظیر کاهش پراشهای مزاحم با استفاده از آشکارسازهای شمارنده ای (counter) و فتوگرافیکی برطرف می شود.

فصل چهارم شرایط و دستورالعمل آزمایشگاهی، فصل پنجم تصحیح داده ها، فصل ششم آنالیز داده های SAXS، فصل هفتم کاربرد SAXS  و فصل هشتم مزایا و معایب روش SAXS را توضیح می دهد.

واژه های کلیدی: ذرات فلزی، اندازه نانو، تئوری SAXS،  شدت ، Resolution

فهرست مطالب

مقدمه     ۳
چکیده    ۵
فصل اول تکنیک های پراش با  زاویه کوچک(SAS)    ۷
۱-۱- تکنیک های پراکندگی زاویه کوچک (SAS)     ۸
۲-۱- پخش (ارسال) نوری:    ۱۷
۳-۱- ارسال نوترون زاویه کوچک( (SANS    ۲۱
فصل دوم تئوری SAXS    ۲۴
۱-۲- قانون Guinier و شعاع دوران     ۲۹
۲-۲- تداخل بین ذره ای (Interparticle Interference)     ۳۱
فصل سوم تجهیزات (SAXS)    ۳۳
۱-۳- تجهیزات آشکارسازی شمارنده ای     ۳۴
۱-۱-۳- دیفرکتومتر چهار شکافی (Four –Slit diffractomter)     ۳۵
۲-۳- دوربینهای شناسایی فتوگرافیکی     ۳۷
۱-۲-۳- دوربین kratky     ۳۸
۳-۳- تجهیزات سیستم SAXS نصب شده در شرکت مترولوژی (UMASS)    ۴۲
۱-۳-۳- منبع تشعشع    ۴۲
۲-۳-۳- جداسازی و برد q:    ۴۴
۳-۳-۳- آشکارسازهای سطح:    ۴۹
۴- ۳-۳- محفظه های مربوط به نمونه:    ۵۳
۵-۳-۳- سیستم خلاء    ۵۵
۶-۳-۳- سکوئی برای سیستم نصب:    ۵۵
۷- ۳-۳- سیستم ایمنی:    ۵۵
۸-۳-۳- الکترونیک و اینترفیس (واسطه) کامپیوتری:    ۵۶
۹- ۳-۳- نرم افزار آنالیز داده ها    ۵۷
۱۰-۳-۳- تجهیزات جانب یبرای عملکرد بهینه:    ۵۸
۱۱- ۳-۳- گزینه ها:    ۵۹
فصل چهارم شرایط و دستورالعمل آزمایشگاهی     ۶۰
۱-۴- تکفام کنندگی و انتخاب طول موج     ۶۱
۲-۴- تنظیم و ساخت شکاف (slit)     ۶۱
۳-۴- خلاء لازم     ۶۲
۴-۴- روش آشکارسازی     ۶۲
۵-۴- آماده سازی نمونه ها     ۶۳
۶-۴- نمونه ها     ۶۳
۷-۴- نمونه های استاندارد     ۶۳
۸-۴- زمان آنالیز     ۶۴
فصل پنجم تصحیح داده ها     ۶۵
فصل ششم آنالیز داده های SAXS    ۶۷
فصل هفتم کاربرد SAXS    ۷۱
فصل هشتم مزایا و معایب روش SAXS     ۷۴
منابع:    ۷۶

منابع:

۱-keitarou nakamura,Takashi kawabata , size distribution

Analysis of colloidal gold by small angle x-Ray scattering and light absorbtion ,powder Technology 131(2003)120-128

۲- Benjamin chu and benjamin S.Hsido , small angle x-Ray scattering of polymers , chem.Rev 2001,101,1727-1767

۳-faelble , E.F,Handbook of x-Ray for diffraction ,emission , absorbtion. Chapter 16, Grosskreatz , j.c Midwest research institute ,1961

۴- EDWARD A.collins , JAN BARES , Experimen In polymer science, Awilley – Interscience publication 1973

۵- structural Analysis of cylindrical particles by small angle x-Ray scattering , DISSERTATION , zur Erlaqung  des dkade , Doktors der Naturwissenschafen , der unirer sitate Bayreath, 2005

مقدمه

ذرات فلزی با اندازه نانو نقش مهمی را در مهندسی مواد ایفا می کنند چون که ویژگیهای ذرات با اندازه نانو با ویژگیهای بقیه مواد متفاوت است ]۱[

توزیع اندازه ذرات نانو با استفاده از تکنیک میکروسکوپ TEM قابل اندازه گیری است TEM یک تکنیک فوق العاده مفید برای حصول اطلاعاتی نظیر توزیع اندازه ذره ، اندازه متوسط ذره و شکل ذرات نانو است ]۱[

اندازه گیری TEM نیاز به عملیات پیچیده برای آماده سازی نمونه و مهارت بالای اپراتور دارد و زمان اندازه گیری طولانی است بعلاوه تکنیک TEM یک روش اندازه گیری در محل (In situ) نیست و تعداد ذرات اندازه گیری شده از فتوگراف ، در اغلب موارد از اندازه گیریهای تئوریکی کمتر است ]۱[

بنابراین اکثر محققان در ارتباط با نانو تکنولوژی در جستجوی یک روش مناسب و یک روش In situ  برای اندازه گیری توزیع ذرات نانو بودند این روشها بر اساس پراکندگی در زوایای کوچک استوار بود ]۱[

Small-angle scattering =SAS

SAX  در واقع یک نام کلی است که برای مجموعه ای از تکنیکهای زیر بکار می رود]۲[

Small-angle Light Scattering (SALS)

Small-angle x-Ray scattering (SAXS)

Small-angle Neutron scattering (SANS)

در تمامی تکنیکهای فوق پراکندگی بصورت الاستیک بوده و اطلاعاتی در خصوص اندازه، شکل و توزیع ذرات بدست می آید تفاوت کلی تکنیکهای فوق در منبع تابش است که بر فاکتورهای زیر مؤثر است :

الف ) تفاوت در نمونه هایی که می توانند آنالیز شوند

ب ) تفاوت در بخش های قابل بررسی

ج ) تفاوت در اطلاعات نهایی حاصل ]۲[

بطور کلی در تکنیک SAXS، particles ها مسئول ایجاد پراکندگی هستند در واقع particles ها نواحی میکروسکوپی کوچکی هستند که دانسیته الکترونی متفاوتی از اطرافشان دارند ]۳[

تحت شرایط ایده آل اندازه و شکل ذرات می توانند بوسیله شدت پراش بعنوان تابعی از زاویه پراش تعیین شوند رنج اندازه ذراتی که توسط ابن تکنیک قابل اندازه گیری است در محدوده A1000-200 قرار دارد در نتیجه مواردی نظیر رسوبات در آلیاژهای محلول جامد ، سوسپانسیونهای کلوئیدی – ژلها – مولکولهای بزرگ به کمک این روش قابل شناسایی هستند ]۳[

در تکنیک SAXS پراش در زوایای کمتر از ۵ رخ می دهد شکل کلی پراش در شکل ۱ نشان داده شده است ]۴[

تکنیک های پراکندگی زاویه کوچک (SAS)

پخش یا پراکندگی زاویه کوچک یک عنوان مشترک در روش های نام برده زیر
می باشد:

– متفرق شدن زاویه کوچک نور (SALS).

– پراکندگی (متفرق شدن) زاویه کوچک اشعه X (SAXS).

– پخش (متفرق شدن) زاویه کوچک نوترون (SANS).

در همه این موراد، تشعشع ها (پرتوافکنی) بصورت ارتجاعی و انعطاف پذیر از طریق یک نمونه برای فراهم آوری اطلاعاتی درباره اندازه، شکل و انطباق مؤلفه های نمونه، پراکنده شده است.

همه این سه مورد متفاوت از منبع پرتو زایی بکار گرفته شده می باشند، منبعی که بر نتایج زیر تأثیرمی گذارد:

– نمونه هایی که قابل تجزیه و تحلیل می باشند. (به لحاظ نور شناختی مات و کدر در مقابل ضخامت و مایع).

– مقیاس های طولی که قابل بررسی و تحقیق می باشند.

– اطلاعات نهایی بدست آمده.

پرا کندگی (متفرق شدن) زاویه کوچک اشعه X به چه معناست؟

Saxs یک روش اساسی در تحلیل ساختاری یک موضوع خلاصه شده می باشد. که تقاضاها (درخواست ها) حوزه های متنوعی را پوشش می دهد. از یک آلیاژ فلزی تا پلیمریهای مصنوعی در محلول و در حجم و سیع، مایکرو ملکولهای بیولوژیکی در محلول، امولسیون ها، مواد نفوذ پذیر، و غیره … .

Saxs ادعا می کند که نتایج حاصله از این روش نه تنها به اطلاعاتی درباره اندازه ها و اشکال ذره ها منتهی نمی شود، بلکه به ساختار بی نظم و آشفته داخلی سیستم های تنظیم شده بصورت مختصر و جزئی اشراف دارد.

ذره های موجود در نمونه که علت و بانی SAXS می باشند، نواحی میکروسکوپی کوچکی هستند که دارای چگالی الکترونی متفاوت از اطراف خود می باشند.

روش SAXS اطلاعاتی درباره ساختار ماده زمانیکه چگالی متفاوتی میان بعضی از نواحی مجاور مشاهده می شود، در اختیار ما قرار می دهد. اندازه این نواحی از حدود    ۱۰۰۰-۱۰ می باشد.

تفاوت میان پراکندگی زاویه کوچک (SAXS) و پراکندگی زاویه گسترده (نا محدود) (WAXS) در مقیاس نمونه و نتیجتاً اندازه زاویه می باشد.

چرا زاویه کوچک؟

برای یک نور با طول موج ثابت شده  ما را به عنوان تنها عملکرد  داریم. با دقت به یک طرح از () در مقابل (d) (در۱=) می توان دریافت که یک  با فاصله قرار گرفته تقریباً بزرگتر از  سه،  کمتر از  می باشد. هر شبکه فاصله دار در ماده مایکروملکولی مثل پلیمر و پروتئین ها قابل پیش بینی و معمول می باشد از اینرو به (SAXS) نیاز دارد.

تئوری (SAXS). یک شمای توصیفی از اصول پخش و پراکندگی در شکل قابل روئیت می باشد.

– تکنیک های پرتوافکنی زاویه کوچک (SAS):

پرتوافکنی زاویه کوچک (SAS) نام جامعی است که به تکنیک های نوترون زاویه کوچک (SANS) و پرتوافکنی اشعه x (SAXS) و نوری (LS، شامل SLS استاتیکی و DLS دینامیکی) داده می شود.

در هر یک از این تکنیک ها، تشعشع به صورت انعطاف پذیر توسط یک نمونه پخش   می شود در الگوی پخش حاصل برای فراهم آوردن اطلاعاتی درباره اندازه ، شکل و دانه بندی برخی اجزاء و مولفه های نمونه آنالیز می شود (شکل ۱-۲) نوع نمونه ای که      می تواند توسط SAS مورد مطالعه قرار گیرد، محیط نمونه ای است که می تواند بکار رود و مقیاس های طولی حقیقی که احتمال استفاده آنها وجود دارد و اطلاعاتی که می تواند حاصل شوند همه این موارد به ماهیت تشعشع بستگی دارد. برای مثال، LS نمی تواند برای مطالعه نمونه ها به صورت نوری استفاده شود و SAXS
نمی تواند به آسانی برای مطالعه نمونه های ضخیم یا نمونه های نیازمند به کانتینرهای پیچیده بکار رود، ضمن اینکه SANS (و SAXS) میله با مقیاس های طولی متفاوت برای LS بکار می رود. بنابراین، برای یک سطح گسترده این تکنیک ها کامل می باشند. به هرحال، آنها همچنین چندان خاصیت را به اشتراک می گذارند. شاید مهمترین این موارد این حقیقت باشد که با تنظیمات کوچک برای انواع متفاوتی از تشعشع، روابط و قوانین پایه را ایجاد می کند (برای مثال، این ها به واسطه Porod,Kratky,Zimm,Guiner) که می تواند برای آنالیز داده های حاصل از هریک از این سه تفکیک بکار روند. سیستم های کلوئیدی شامل موادی از ماهیت های خیلی متفاوت بوده و در برگیرنده دو یا چند مولفه بوده و می تواند ذره هایی را تعریف کرده (شناسایی کرده) که به ذره «حلال» نامیده می شود و حلال یا solvent می تواند پیچیده بوده یا از مولفه های متفاوتی تشکیل شود، درست همانند مثال مربوط به حالت MES که سه تا پنج مولکول می تواند وجود داشته باشد. فیزیک مربوط به این سیستم ها خیلی متفاوت می باشد. تکنیک SAS  به عنوان یک ابزار قو ی و منحصر به فرد برای توضیح دادن ساختمان، واکنش و حالت های فازی گذرا در سیستم های micellar,ME به اثبات رسیده است

۱-۲- مقایسه تکنیک های پرتوافکنی و مقیاس های طولی که آنها ممکن است داشته باشند.

شماتیک نشان دهنده یک تجزیه پرتوافکنی در شکل ۱-۲ آمده است. که یک کمیت پایه در یک تجربه پرتوافکنی است، بردار پرتوافکنی (پخش- ارسال)
می باشد که مبین تفاوت بین بردارهای موجی ارسال شده و تشعشع انجام شده می باشد. تجربه پرتوافکنی مربوط به یک نمونه ایزوتروپیک حاوی ذرات سنگین، یک اندازه گیری از پرتوافکنی الاستیکی و کوالاستیکی انجام می شود که  درنتیجه، فرمول های مربوط به  مرتبط با زاویه پخش و ارسال  ، θ اندیس شکست n و طول موج خلاء  مربوط به طول نفوذ (شیوع) می شود که توسط  داده می شود. برای طول n=1.33 در اب اما برای اشعه x و نوترون ها، n خیلی نزدیک به واحد می باشد.

LS از تکنیک اسپکتروسکپی هم بسته (بهم پیوسته) فوتونی که برای مطالعه خواص هیدرودینامیکی مربوط به کلوئیدها استفاده شده است، استفاده می کند. این تکنیک براساس اندازه گیریهای مربوط به ضرایب دیفیوژن(نفوذ ) می باشد. شخص می تواند اطلاعاتی را درباره اندازه شبکه (مجموعه روی هم قرار گرفته) و واکنش بین ذرات بدست آورد.

جهت دریافت و خرید متن کامل مقاله و تحقیق و پایان نامه مربوطه بر روی گزینه خرید انتهای هر تحقیق و پروژه کلیک نمائید و پس از وارد نمودن مشخصات خود به درگاه بانک متصل شده که از طریق کلیه کارت های عضو شتاب قادر به پرداخت می باشید و بلافاصله بعد از پرداخت آنلاین به صورت خودکار  لینک دنلود مقاله و پایان نامه مربوطه فعال گردیده که قادر به دنلود فایل کامل آن می باشد .