1
ستاد ویژه توسعه فناوری نانو Iran Nanotechnology Innovation Council بستن
  • ستاد ویژه توسعه فناوری نانو

  • بانک اطلاعات شاخص های فناوری نانو

  • سایت جشنواره فناوری نانو

  • سیستم جامع آموزش فناوری نانو

  • شبکه آزمایشگاهی فناوری نانو

  • موسسه خدمات فناوری تا بازار

  • کمیته استانداردسازی فناوری نانو

  • پایگاه اشتغال فناوری نانو

  • کمیته نانو فناوری وزارت بهداشت

  • جشنواره برترین ها

  • مجمع بین المللی اقتصاد نانو

  • اکو نانو

  • پایگاه اطلاع رسانی محصولات فناوری نانو ایران

  • شبکه ایمنی نانو

  • همایش ایمنی در نانو

  • گالری چند رسانه ای نانو

  • تجهیزات فناوری نانو

  • صنعت و بازار

  • باشگاه نانو

زیرکونیای پایدار شده با ییتریوم (YSZ) در مقیاس نانومتری

کلمات کلیدی: پلاسمای حرارتی، مشعل پلاسمایی، نانو ذرات YSZ.

حفاظت قسمت های مختلف از تجهیزات تحت حرارت بالا و خودرگی از نظر اقتصادی و عملیاتی بسیار اهمیت دارد. به عنوان مثال حفاظت پره های توربین های گازی در مقابل حرارت بالا پراهمیت است. برای جلوگیری از آسیب دیدن و کارایی توربین معمولا پره های توربین با موادی مقاوم در برابر حرارت و خورد گی پوشش داده می شود. مواد متعددی در این زمینه استفاده می شود که یکی از بهترین مواد YSZ می باشد. اگر این ذرات در اندازه نانو باشند کارایی آنها چند برابر می شود.  تولید YSZ  با تکینیک های مختلفی انجام می شود. قیمت تمام شده، خلوص، کیفیت و راندمان نانو پودر های تولید شده از روشی به روشی دیگر می تواند متفاوت باشد. در این پژوهش قصد داریم تا با استفاده از تکنیک پلاسمای حرارتی به عنوان یک روش نوین در دنیا این نانو ذرات را تولید کنیم و در مراحل بعد جنبه های اقتصادی، کیفیت نانو ذرات را مورد بررسی قرار دهیم.  سیستم رآکتور پلاسمایی برای تولید نانو پودرها ی YSZ مورد استفاده قرار می گیرد. این رآکتور با یک مولد پلاسما، یک منبع تغذیه ، یک رآکتور استوانه ای، یک سیستم آبی خنک کننده، یک تغذیه کننده پودر، یک کلکتور پودر مجهز شده است. مشعل پلاسمای موجود متشکل شده است از یک کاتد که با آب خنک می شود و از جنس تنگستن است و یک نازل آند که از جنس  مس است و در فشار اتمسفریک کار می کند و همچنین رآکتور تشکیل شده است از یک تیوب عمودی ضد زنگ فولادی آب خنک می باشد. پیش ماده مورد می تواند YSZ میکرونی، ترکیب ییتریوم و زیرکونیای میکرونی با نسبت های جرمی مناسب، زیرکونیا کربنات و ییتروم کربنات و . . .  می باشد. بعد از این که ماده اولیه را به درون مشعل پلاسما وارد می کنیم ماده اولیه در داخل پلاسما تبخیر شده و بلافاصله توسط سیستم خنک سازی گازی چگال می شود. اندازه نانو ذرات به عواملی مثل توان مشعل و میزان خنک سازی بستگی دارد. سپس نانو ذرات تشکیل شده در قسمت کلکتور جمع آوری می شوند. با آنالیزهای مختلف XRD، SEM، TEM و غیره نانو ذرات تحلیل خواهند شد.

پیش زمینه طرح :

هدف:

·        تولید نانوذرات YSZ با استفاده از تکنیک پلاسمای حرارتی.

·        تغییر پارامتر های مختلف سیستم از جمله توان، میزان خنک کنندگی، نرخ تزریق پودر، ترکیب گاز های مختلف پلاسما جهت سنتز نانو ذرات با اندازه های مختلف

·        استفاده از مواد اولیه مختلف جهت تولید نانو ذرات YSZ از جمله YSZ میکرونی، ترکیب ییتریوم و زیرکونیا با نسبت های جرمی مناسب، زیرکونیا کربنات و ییتروم کربنات و ... می باشد.

·        انتخاب بهترین ماده اولیه از نظر کیفیت و قیمت تمام شده پایین.

 

کاربرد محصول:

·        برای سختی و عدم واکنش شیمیایی در تاج دندان استفاده می شود.

·        به عنوان مواد مقاوم در برابر حرارت (به عنوان مثال در موتورهای جت) استفاده می شود.

·        به عنوان مواد عایق حرارتی در توربین های گازی استفاده می شود.

·        به عنوان الکتروسرامیک به دلیل خواص رسانایی یونی استفاده می شود.

·         در تولید پیل های سوختی به کار برده می شود.

 

مشخصات فنی اجباری محصول نهایی:

·        انداز نانو ذرات تولید شده زیر 100 نانو متر باشد.

·        شکل هندسی می بایست کروی باشد.

·        برای روان شدن پودر می بایست گرانولی باشند.

 

مشخصات فنی اختیاری محصول نهایی:

با تغییر میزان خنک سازی نانو ذرات می بایست نانو ذرات زیر 30 نانو متر سنتز گردد.

 

مشخصات جزء نانومتری:

·        میزان درصد مولی مواد اولیه طوری باید انتخاب شود که درصد مولی ییتریوم در محصول نهایی 4 درصد مولی باشد.

·        فاز نانو ذرات می بایست متناسب با کاربرد باشد.

 

چالش‌ها و محدودیت‌ها:

·        چالش اول رساندن مواد اولیه به مرحله تبخیر می باشد. نقطه ذوب زیرکونیا 2715 درجه سانتی گراد می باشد و دمای تبخیر بسیار بالاتر از این مقدار می باشد. دمایی که لازم است تا این اتفاق بیفتد توسط مشعل ها تامین می شود. اما توان مشعل و طراحی مشعل می بایست به نحوی باشد تا این دما را تامین کند.

·        درصد بالایی از مواد اولیه که وارد شعله می شوند می بایست حرارت لازم برای تبخیر را دریافت کنند و اصطلاحا خام از شعله بیرون نیایند. برای این کار برای تزریق پودر به داخل شعله باید تمهیدات لازم اندیشیده شود.

·        بعد از اینکه ماده اولیه تبخیر شد، خنک سازی فرآیند بسیار مهمی می باشد. بعد از تبخیر کردن، خنک سازی مهمترین فرآیند می باشد. کاری که خنک سازی انجام می دهد چگالش مولکول ها و اتمها با هم و تشکیل نانو ذرات می باشد. در صورتی که درست انجام نشود دوباره ذرات در فرآیند داخل ستون واکنش با هم ترکیب شده و حتی می توانند ذرات بزرگتری را نسبت به ماده اولیه تشکیل دهند.

·        تنظیم اتمسفر داخل چنبر واکنش و پرکردن آن با گازهایی که مورد نیاز می باشد از دیگر چالش های این سیستم می باشد.

·        یکی از محدودیتهایی که در این روش وجود دارد، در صورتی که از مشعل های جریان مستقیم استفاده کنیم، این است که ناخالصی ناشی از الکترودها امکان دارد که در نانو ذرات مشاهده شود. البته مقدار آن بسیار کم می باشد. اما در صورتی که هدف تولید نانوذرات بسیار خالص باشد می تواند یک محدودیت محصوب شود.

 

تجهیزات کلیدی مورد نیاز برای طرح:

·        مشعل پلاسمایی جریان مستقیم با توان 50 کیلووات

·        منبع تغذیه متناسب با مشعل پلاسمایی با قابلیت سیستم HF و با توان واقعی 50 کیلووات

·        سیستم تزریق پودر

·        سیستم خنک کننده مشعل

·        سیستم چیلر جهت خنک سازی چنبر واکنش

·        انواع کپسولها برای مشعل و خنک سازی

·        سایر تجهیزات جانبی رشته دانشگاهی متناظر.

 

نکات مهمی که لازم است طی انجام طرح در نظر گرفته شود:

·        نقطه ذوب ماده اولیه می بایست در فرآیند در نظر گرفته شود. تا دمای مناسب برای تبخیر در نظر گرفته شود.

·        سیستم باید کاملا بسته باشد تا از نشت بخارات مواد به بیرون جلوگیری شود. زیرا هم نانو ذرات و هم ترکیب شیمیایی برای سلامتی بسیار مضر می باشد.

·        اندازه مواد اولیه می بایست در حدود 10 میکرومتر باشد.

·        خنک کنندگی با گاز آرگون صورت می گیرد.

برنامه زمانبندی :

اعتبار تا پایان سال 1398

کد RFP :

C23-07-97