بابک ژاله

در بخش اول پروژه از روش اصلاح سطح با لیزر برای آب‌دوست‌شدن سطح غشای پلی‌پروپیلن توسط لیزر اگزایمر آرگون فلوراید استفاده می‌کنیم. سطوح اصلاح شده توسط روش‌های بیناب‌نمایی بازتاب کلی تبدیل فوریه مادون قرمز، میکروسکوپ الکترونی روبشی، بیناب‌نمایی فوتوالکترون پرتو ایکس، میکروسکوپ نیروی اتمی، اندازه‌گیری زاویه تماس آب و تست شار آب عبوری مشخصه‌یابی شدند. پرتودهی غشای پلی‌پروپیلن بوسیله لیزر اگزایمر آرگون فلوراید منجر به ایجاد گروه‌های عاملی و تغییرات در زبری سطح می‌شود که هر‌دو آنها عامل آب‌دوست‌شدن غشای پلی‌پروپیلن می‌باشد. علیرغم افزایش آب‌دوستی غشای پلی‌پروپیلن در شاریدگی‌های بالای لیزر، شار آب عبوری کاهش پیدا می‌کند آن‌هم به دلیل اینکه پرتودهی لیزر منجر به ذوب‌شدن و پر‌شدن حفره‌های سطح می‌شود. بهترین میزان شاریدگی mJ/cm2 100 می‌باشد. در بخش دوم این پژوهش هدف ترکیب کندوسوز لیزری با اضافه کردن آمین اکتادسیل به منظور تهیه توری‌های PC-TiO2 است. کندوسوز لیزری در ابتدا با استفاده از تشکیل پلاسما در نقطه پرتودهی حفره‌هایی با ابعاد میکرو روی فیلم PC-TiO2 ایجاد می‌کند. سپس توری در آمین غوطه‌ور می‌شود. بررسی ساختاری و مورفولوژی سطح نشان‌می‌دهد که آمین سطح توری را پوشش می‌دهد. بیناب‌نمایی فوتوالکترون پرتو ایکس و بازتاب کلی تبدیل فوریه مادون قرمز به منظور بررسی تغییرات شیمیایی و گروه‌های عاملی ایجاد‌شده بعد از کندوسوزی لیزر و غوطه‌وری در آمین استفاده‌شدند. آب‌دوستی توری تهیه‌شده از یک سطح آب‌دوست به سطح آب‌گریز تبدیل شد به طوریکه زاویه تماس از°‌45 به °122 تغییر کرد.

در کار حاضر، جداسازی روغن از سطح آب توسط مواد آب گریز/ابر روغن دوست و جمع آوری آب از مه اتمسفر توسط سطح طرح دار ابر آب گریز/آب دوست مورد مطالعه قرار گرفته است. این مطالعه شامل دو بخش است: در بخش اول، یک روش ساده یک مرحله‌ای بدون هیچ گونه اصلاح شیمیایی برای ساخت مش برنجی با استفاده از حفاری ورقه ی برنجی با سیستم لیزر فیبر نانوثانیه تجاری مورد استفاده قرار گرفت. فرسایش لیزری ساختارهای میکرو/نانو سلسله مراتبی را توسط پلاسمای ایجاد شده در نقطه تابش شده ایجاد می کند. مش برنجی ساخته شده بلافاصه بعد از ساخت ابر آب دوست است و ترشوندگی آن از ابر آب دوست به بسیار آب گریز (زاویه تماس آب 140 درجه) پس از قرار گرفتن در معرض شرایط محیطی به مدت 12 روز تغییر می کند. همچنین، نمونه بسیار آب گریز به‌دست‌آمده می‌تواند با عملیات گرمایی به ابر آب دوست تبدیل شود. سپس سطح ابر آب دوست‌ می‌تواند با قرار گرفتن در معرض هوا برای چند روز دوباره به سطح بسیار آب گریز تغییر کند. مش برنجی آماده شده با سوراخ های یکنواخت می تواند به عنوان فیلتری برای جداسازی کارآمد نفت و سایر حلال های آلی مختلف از آب در چرخه‌های متعدد بدون کاهش قابلیت جداسازی آن استفاده شود. همچنین مش برنجی ساخته شده پس از تحمل سایش سخت، استحکام بالایی را نشان می دهد. مزایای مش برنجی آماده شده عبارتند از: عدم استفاده از هیچ ماده شیمیایی برای ساخت یا تغییر ترشوندگی، مواد کم هزینه، پایداری در شرایط مختلف، قابلیت استفاده مجدد برای جداسازی روغن از آب در بسیاری از چرخه ها و سرعت بالای جداسازی روغن از آب. در بخش دوم، از روش ترکیبی فیزیکوشیمیایی آسان برای ساخت سطوح شیشه ای با ترشوندگی متضاد استفاده شد. ابتدا، الگوهای هندسی منظم تکرارشونده و الگوهای مختلف فرکتال با استفاده از ورقه ی برنجی به عنوان ماده اهداکننده با روش انتقال رو به جلو القا شده با لیزر ( LIFT) بر روی یک بستر شیشه‌ای قرار گرفتند. پس از آن، اصلاح با اسید استئاریک (SA) برای تبدیل ترشوندگی الگوهای ابر آب دوست (SHL) رسوب‌ داده شده روی شیشه به ابر آب گریز استفاده شد. به منظور بررسی تاثیر شکل الگوهای طراحی شده بر روی سطوح شیشه ای در راندمان جمع آوری آب، میزان آب جمع آوری شده برای مدت زمان مشخص از شیشه آب دوست (HL)، شیشه ابر آب گریز (SHB) و اسلایدهای شیشه ای طرح دار ابر آب گریز/آب دوست (SHB-HL) اندازه گیری شد. نتایج به‌دست ‌آمده نشان می‌دهد که ترکیب مناطق ابر آب گریز و آب‌دوست و انتخاب الگوی بهینه می‌تواند عملکرد برداشت آب را تا 300 درصد بهبود بخشد. همچنین شیشه SHB پس از آزمایش سایش شن و ماسه، استحکام مکانیکی عالی را نشان‌ می‌دهد، بنابراین سطح ترکیبی SHB-HL را می توان برای برداشت آب در شرایط سخت استفاده کرد.

در این پژوهش، برای تهیه نانوذرات طلا از فرآیند ساده و مقرون به صرفه کندوسوز لیزری استفاده شده است. انباشت موفق نانوذرات طلا بر سطح بسترهای زیست دوست و تهیه نانوکامپوزیت های مناسب نشان می دهد، فرآیند کندوسوز لیزری روشی موثر با بازدهی بالا برای سنتز نانوذرات طلا است. انباشت نانوذرات طلا بر سطح کربن نیترید گرافیتی (g-C3N4) با روش هم زدن مغناطیسی انجام شد. فعالیت کاتالیزوری نانوکامپوزیت ساخته شده و قابلیت بازیافت کاتالیزور با واکنش تخریب رنگ متیل اورانژ و احیای 4-نیتروفنول در حضور سدیم بوروهیدرید بررسی شد. نتایج نشان می دهد که کاتالیزور می تواند، سه مرتبه با راندمان بالا مورد استفاده مجدد قرار گیرد. برای بهبود فعالیت این نانوکاتالیزور، نانوذرات هماتیت (-Fe2O3) به روش ساده هم زدن مغناطیسی به نانوکامپوزیت اضافه شد؛ نتایج نشان می دهد که فعالیت کاتالیروزی در واکنش تخریب رنگ متیل اورانژ و احیای 4-نیتروفنول افزایش یافته است و نانوکاتالیزور مجدد می تواند طی پنج چرخه بدون کاهش قابل توجه ای در عملکرد آن، استفاده شود. به منظور بررسی رفتار الکتروشیمی نانوکامپوزیت کربن نیترید/طلا در تولید و ذخیره سازی هیدروژن نانوکامپوزیت ساخته شده بر سطح توری استیل ضد زنگ به روش قطره چکانی لایه نشانی شد. برای بهبود پایداری نانوکاتالیزور بر سطح الکترود از پلیمر طبیعی چیتوسان استفاده شد. بررسی الکتروشیمی نانوکامپوزیت های ساخته شده حاکی از این است که نانوکامپوزیت جدید حاوی کربن نیترید گرافیتی، چیتوسان و نانوذرات طلا، الکتروکاتالیزوری با پتانسیل بالا و پایداری مطلوب جهت تولید و ذخیره سازی هیدروژن است. چیتوسان علاوه بر بهبود چسبندگی و پایداری نانوکامپوزیت بر سطح الکترود، موجب بهبود فعالیت الکتروکاتالیزور در واکنش آزادسازی هیدروژن می شود. در واقع اثر هم افزایی ترکیب نانوکامپوزیت عامل بسیار مهمی در فعالیت الکتروکاتالیزوری است. به منظور ساخت حسگر گاز، کربن نیترید گرافیتی لایه لایه ساخته و به عنوان بستر برای انباشت نانوذرات طلا مورد استفاده قرار گرفت. کربن نیترید گرافیتی، نسبت به بخارات آلی یعنی گاز بخار متانول، اتانول و استون حساسیت حسی نشان داد. عملکرد حسی کربن نیترید گرافیتی، در حضور نانوذرات طلا به طور قابل توجه ای افزایش یافت. همچنین، نانوکامپوزیت ساخته شده بهترین عمکرد حسی را نسبت به گاز بخار متانول

در این پژوهش، نانو ذرات پالادیوم و نقره با استفاده از روش ساده و مقرون به صرفه کندوسوز لیزری در محیط های مایع و هوا سنتز شدند. نتایج حاصل نشان دهنده تولید نانوذرات کروی شکل با خلوص بالا از طریق فرآیند کندوسوز لیزری است. انباشت نانوذرات سنتز شده بر بسترهای زیست سازگار بنتونیت و هاردستونیت از طریق همزدن مغناطیسی توسط نتایج حاصل از مشخصه یابی نانوکامپوزیت ها تائید شد. انباشت نانوذرات پالادیوم بر بستر هاردستونیت منجر به افزایش سطح ویژه شد. بررسی میزان هیدروژن تولید و ذخیره شده توسط نانوکامپوزیت سنتز شده نشان می دهد که جریان آندی نسبت به هاردستونیت افزایش یافته است که به دلیل افزایش رسانایی و سطح ویژه در حضور نانوذرات پالادیوم بود. همچنین عملکرد کاتالیستی نانوکامپوزیت در جهت احیای کروم (IV) بررسی شد که نتایج حاصل بازده 92% بعد از مدت زمان 5/2 دقیقه را نشان دادند. انباشت نانوذرات پالادیوم بر بستر بنتونیت با ساختار لایه ای نیز به منظور بررسی ظرفیت ذخیره سازی هیدروژن انجام شد. بررسی های انجام شده نشان دهنده ی افزایش میزان هیدروژن ذخیره شده نسبت به بستر بنتونیت بود. همچنین پایداری قابل توجهی برای این نانوکامپوزیت بعد از گذشت 220 چرخه ولتاژ مشاهده شد. به منظور احیای ترکیبات آلی از جمله رنگ های کنگورد، متیل اورانژ و 4-نیتروفنول، نانوذرات نقره که از طریق فرآیند کندوسوز لیزری در هوا تولید شده بودند بر بستر بنتونیت انباشت شدند. آزمایش پایداری قابلیت امکان استفاده مجدد نانوکامپوزیت را برای حداقل 4 مرتبه نشان داد. در مرحله آخر، نانوکامپوزیت هاردستونیت/نقره به روش تخلیه قوس الکتریکی در فشار اتمسفر و در حضور گاز آرگون سنتز شد و در جهت تخریب رنگ های متیلن بلو و متیل اورانژ به کار گرفته شد که نشان دهنده عملکرد سریع کاتالیزوری نانوکامپوزیت بود

در این پژوهش یک فرآیند ساده و مقرون به صرفه برای تشکیل نانوذرات پالادیوم با استفاده از روش کندوسوز لیزری پیشنهاد شده است. نانوذرات پالادیوم بر سطح بسترهای زیست دوست انباشت شدند و نتایج نشان می دهد روش کندوسوز لیزری روشی موفق برای سنتز نانوذرات پالادیوم است. در بخش اول نانوذرات پالادیوم با روش لیزری و شیمیایی سنتز شد و بر سطح پلی اتیلن با روش همزدن مغناطیسی انباشت شد. نانوذرات سنتزشده به روش شیمیایی نسبت به لیزری به طور یکنواخت تری بر سطح انباشت شدند، بررسی واکنش سوزوکی با استفاده از روش شیمیایی نشان می دهد نانوکاتالیست پیشنهادی دارای فعالیت بالای کاتالیستی (%96) و پایداری در طی چندین چرخه متوالی است. در بخش دوم لایه نازک گرافن اکساید بر سطح توری استیل ضد زنگ با استفاده از روش الکتروفورتیک لایه نشانی شد و نانوذرات پالادیوم با استفاده از روش کندوسوز لیزری تهیه و بر سطح آن انباشت شد. بررسی واکنش سوزوکی با استفاده از این نانوکاتالیست فعالیت بالا (%97) و پایداری نمونه را پس از شش چرخه نشان می دهد. در بخش سوم تولید نانوذرات پالادیوم با روش لیزری و انباشت بر کلسیم لیگنوسولفونات با روش همزدن مغناطیسی انجام شد. تولید هیدروژن توسط نانوکامپوزت ها بررسی شد و نتایج نشان می دهد جریان آندی برای بهترین نمونه تقریبا 43 برابر نمونه اولیه افزایش یافته است. فعالیت کاتالیستی نمونه ها با واکنش احیای کروم (VI) و 4-نیتروفنول و تخریب رنگ متیلن بلو بررسی شد، نتایج بازدهی %100 را نشان می دهد. در بخش چهارم، تولید هیدروژن از طریق تجریه آب در حضور فوتوآندهای بر پایه بیسموت وانادات اصلاح شده توسط نانوصفحه های g-C3N4 دوپ شده با فسفر (PCNS) بررسی شده است. نتایج این بررسی نشان می دهد حضور PCNS منجر به افزایش 5 برابری چگالی جریان نسبت به نمونه اولیه شده است که ناشی از افزایش طول عمر حاملین بار، کاهش مقاومت انتقال بار و افزایش غلظت حاملین بار دانست

یکی از حوزه های فعالیت در علم مواد، توسعه مواد جدید نانوکامپوزیتی برای کاربردهای کاتالیستی و ذخیره انرژی می باشد. اخیراً گرافن و گرافن اکساید، اکسیدهای فلزی، نانوذرات فلزی و پلیمرهای رسانا جهت سنتز نانوکامپوزیت هایی با خواص ویژه بسیار مورد توجه قرار گرفته اند. در این نانوکامپوزیت ها از یک طرف شاهد هم افزایی نقاط قوت اجزاء بوده و از طرف دیگر نقاط ضعف آنها را پوشش می دهد. دی اکسید منگنز دارای ویژگی-های خوبی از قبیل ظرفیت بالا، فراوانی، قیمت پایین و زیست سازگاری می باشد. گرافن اکساید که دارای خواصی مانند مساحت ویژه بسیار بالا، رسانایی الکتریکی و پایداری گرمایی خوبی می باشد یک پایه فعال کامپوزیتی می باشد و پایه دیگر آن اکسیدهای فلزی و پلیمرهای رسانا می باشد. در بخش اول برای تهیه نانوذرات طلا از روش کندوسوز لیزری استفاده شد. از γMnO2 ، نانوذرات طلا، گرافن اکساید و پلی آنیلین (به عنوان یک پلیمر رسانا) جهت ساخت الکترودهای با لایه های PANI ، rGO/PANI ، rGO/PANI-Au ، rGO/PANI- γMnO2 و rGO/PANI- γMnO2-Au با روش الکتروپلیمریزاسیون درجا استفاده شد. نانوکامپوزیت های پلیمری رسانای سنتز شده برای ساخت ابرخازن ها مورد استفاده قرار گرفت. و با استفاده از تکنیک ولتامتری چرخه ای، شارژ- دشارژ گالوانواستاتیک و آنالیز بیناب نمایی امپدانس الکتروشیمیایی ظرفیت ویژه ابرخازنی آنها محاسبه و مقایسه شد. نتایج بدست آمده نشان دادند که الکترود حاوی مواد نانوکامپوزیتی rGO/PANI-γMnO2-Au ظرفیت بالاتر و زمان پایداری بهتری نشان می دهد. در بخش دوم این پایان نامه با استفاده از روش شیمیایی گرافن اکساید، نانوذرات پالادیوم و γMnO2 سنتز شدند و از آنها در تولید نانوکامپوزیت GO/γMnO2/Pd استفاده شد. نانوکامپوزیت بدست آمده تحت مشخصه یابی های مختلف و بررسی کیفیت مواد سنتز شده قرار گرفت. در انتها کاربرد آن به عنوان کاتالیزور برای حذف آلودگی های ناشی از مواد آلی موجود در آب های آلوده بررسی شد. بررسی خاصیت کاتالیستی نانوکامپوزیت GO/γMnO2/Pd بازدهی قابل توجه و قابلیت استفاده مجدد را در کاهش رنگ های آلی نشان می دهد. این نانوکامپوزیت به راحتی از محیط واکنش جدا می شود و قابلیت استفاده مجدد را دارد

در این پژوهش یک فرآیند ساده و مقرون به صرفه برای تشکیل تیتانیوم کاربید بر روی سطح تیتانیوم و تولید نانوذرات طلا ارائه شده است. برای این منظور کندوسوز لیزری تیتانیوم در مایع با استفاده از لیزر فایبر مورد بررسی قرار گرفت. ابتدا فرآیند کندوسوز لیزری در محیط تولوئن، ان-هگزان، ان-هپتان و استون به عنوان محیط مایع در یک شرایط یکسان پرتودهی انجام شد. پس از مقایسه نتایج ان-هپتان به عنوان محیط مایع مناسب انتخاب شد. کندوسوز لیزری در محیط ان-هپتان با شرایط یکسان و در زمان های متفاوت پرتودهی انجام شد. نتایج حاصل از پراش پرتو ایکس نشان می دهد زمان آستانه برای تشکیل تیتانیوم کاربید 30 ثانیه است. به علاوه، میزان تشکیل کربن ( به دو شکل آمورف و کاربید) در سطح تیتانیوم تابش شده در زمان دو دقیقه بیشتر از سایر نمونه ها است. رفتار خوردگی نمونه ها با استفاده از آنالیز بیناب نمایی امپدانس الکتروشیمیایی در دو محلول رینگر و هنک مورد بررسی قرار گرفت. نتایج به دست آمده نشان می دهد که مقاومت انتقال بار برای بهترین نمونه پردازش شده در محلول رینگر بسیار بهتر از تیتانیوم و در محلول هنک تقریباً برابر با تیتانیوم است. همچنین کندوسوز لیزری موجب افزایش مقاومت سایشی و بهبود سختی مکانیکی تیتانیوم شد. کمترین تخلخل و بالاترین سختی مکانیکی متعلق به نمونه تیتانیوم با بیشترین زمان کندوسوز لیزری است. همچنین در این پژوهش با استفاده از کندوسوز لیزری طلا، نانوذرات طلا بدست آمد و از آنها در تولید نانوکامپوزیت GO/TiO2/Au استفاده شد و کاربرد آن در کاهش پتاسیم هگزاسیانوفرات و نیگروسین، مطالعه شد. بررسی خاصیت کاتالیستی نانوکامپوزیت GO/TiO2/Au بازدهی قابل توجه و قابلیت استفاده مجدد را در کاهش رنگ های آلی نشان می دهد. این نانوکامپوزیت به راحتی از محیط واکنش جدا و برای استفاده مجدد آماده می شود.

در این پژوهش، ابتدا اکسیدگرافن به روش هامر از گرافیت ساخته شد. سپس نانوذرات فلزی پالادیم و نانوکامپوزیت Fe3O4-اکسیدگرافن به ترتیب با روش کاهش شیمیایی نمک فلز و همرسویی سنتز شدند. نانوذرات پالادیم بر روی سطح اکسیدگرافن و نانوکامپوزیت Fe3O4-اکسیدگرافن نشانده شدند و نانومواد بدست آمده با روش های مختلف مورد شناسایی قرار گرفتند. ویژگی های ساختار و سطح نانومواد به وسیله تحلیل پراش ایکس، طیف سنجی مرئی-فرابنفش، طیف سنجی مادون قرمز، میکروسکوپ الکترونی عبوری، میکروسکوپ الکترونی روبشی، طیف سنجی رامان و آنالیز پراکندگی انرژی اشعه ایکس مطالعه شدند. سپس این پژوهش در دو زمینه مختلف مورد بررسی قرار گرفت. در بخش اول، خواص نوری و نوری غیرخطی این نانومواد بررسی شد و نشان داده شد که افزودن نانوذرات پالادیم به اکسید گرافن، فلورسانس آن در ناحیه طیفی سبز-آبی افزایش می دهد و همچنین رفتار نوری غیرخطی اکسیدگرافن را بهبود می بخشد. در بخش دوم، کاربرد به عنوان کاتالیست در کاهش انواع رنگ های آلی در آب مورد بررسی قرارگرفت و نشان داده شد که این نانومواد کاتالیست هایی بسیار کارآمد و با بازده بالا برای کاهش برخی رنگ ها هستند که دارای قابلیت بالای بازیابی کاتالیست می باشند.

پالایش بخارات کلروفرم وکلروبنزن توسط فوتوکاتالیستهای ترکیبیTiO2, ZnO سنتز شده روی گرافیت منبسط شده و کاربرد آن در سیستم تلفیق پلاسم/ فوتوکاتالیست/ ازن دهی.ابتدا -ZnO-EG-TiO2ساخته و مشخصه یابی شدو برای پالایش بخارات کلروفرم وکلروبنزن توسط فوتوکاتالیستهای ترکیبیTiO2, ZnO مورد استفاده قرار گرفت.