nika6749
20th September 2010, 05:44 PM
سیستم های بتن و سیمان پتانسیل جالبی بعنوان مواد CNT دار ند. سیمان قبلا بعنوان ماتریکس مواد برای فایبرهای کربن و فولاد با قطرهای میکرومتری مورد استفاده قرار گرفته بود. انتظار می رود CNT در مقایسه با این نوع فایبرها فواید مشخص بیشتری داشته باشند.
ابتدا، به این علت که CNT استحکام بیشتری از دیگر فایبرها دارند که در کل رفتار مکانیکی را بهبود خواهند بخشید.
ثانیا CNTها aspect ratios بالاتری دارند و انرژی بسیار زیادی جهت انتشار شکاف دور لوله نیاز دارند. بالعکس در مقایسه با عرض لوله که موردی خواهد بود برای فایبرهای با aspect ratio پایین تر
ثالثا CNT با قطرهای کوچکتر در ماتریکس سیمان بطور گسترده ای با فاصله کمتر فایبرها از هم می توانند توزیع شوند، فعل و انفعالات و اثر متقابل شان با ماتریکس سیمان در مقایسه با فایبرهای بزرگتر نیز متفاوت خواهند بود. CNT با قطرهای نزدیک به اندازه ضخامت لایه های هیدراته سیمان C.S.H، رفتار بسیار متفاوتی میتوانند نشان می دهند مانند مکانیزم های متفاوت باندینگ (bonding).
در نهایت کربن نانوتیوب ها می توانند طوری وظیفه مند شوند که بطور شیمیایی با اجزاء و ترکیبات سیمان واکنش دهند و مسیر را برای فرم های دیگر فعال و انفعالی و کنترل مناسب سیستم سیمان بسط و بهبود بخشند.
مانند دیگر کامپوزیت های CNT، مسائل عمده جهت نائل آمدن بر تهیه کامپوزیت های سیمان – CNT با کیفیت بالا، توزیع CNT در سیمان و حصول باندینگ مناسب بین دو ماده می باشد.
یک راه پراکنده (disperse) کردن CNT در surfactant است که آب با حلال دیگری مخلوط باشد، همانطور که در کامپوزیت های پلیمری بسیار معمول است استفاده از سوپرپلاستی سایزرها برای بهبودی عملکرد بتن کاملا روشن است.
تحقیقات اولیه در شورای تحقیقات ملی کانادا نشان داد که مقادیر کم CNT می توانند در آب حاوی 5% سوپر پلاستی سایزر به روش sonication پراکنده شوند. (Eucon 37, Euclid Admixtures Canada, inc) بهر حال روشن نیست که آیا مقدار لازم و کافی می تواند در این محیط پراکنده شود تا بتواند به میزان 2-10 درصد غلظت CNT برسد، که این امر ظاهرا جهت عملکرد مناسب مکانیکی در دیگر کامپوزیت‌های سرامیکی لازم است. کارهای بیشتری جهت پاسخگویی به این سوال باید انجام گیرد.
راه دوم پیگیری مسیری است که جهت بهسازی کامپوزیت‌های آلومینا – CNT انجام شده. در این روش CNT در اتانل تحت Sonication پراکنده میشوند. نتایج اولیه این روش در مقاله حاضر ارائه شده است.
مقداری برابر 0.007 gr ، CNT تولید تجاری (کربن نانوتیوب های تک جداره 1.4nm تولیدی Carbon Nano Technology Ins) و نوع خالص آن تحت عنوان "Bucky pearls" (به مدت 2 ساعت در اتانل با توان (Power) کم Sonicate شد.
سپس پودر سیمان معمولی پرتلند 0.43gr به مایع افزوده شد تا Slurry سیمان – CNT - اتانل تشکیل شود. در ادامه Slutty به مدت 5 ساعت مجددا Sonicate شد. در مرحله بعد اتانل تبخیر شده یک ورق نازک و شکننده سیمان – CNT مرکب از کربن نانو تیوب های متصل به ذرات سیمان بجا می ماند که هر کدام ساختی متخلخل دارند. لازم به ذکر است که پروسس Sonication و تبخیر ظاهرا روی شکل و ترکیب (مرفولژی) سطح بعضی از ذرات سیمان اثر گذاشته شکل ظاهر آنها را سخت تر می کند. اثر دیگر Sonication جداسازی و تفکیک ذرات می باشد به صورتیکه ذرات بسیار ریز سیمان در محدوده سطح کاغذ CNT به تله افتاده ذرات بلندتر در عمق کاغذ نشست می کنند. سپس قسمتی از کاغذ سیمان – CNT توسط هاون آسیاب شده تا مواد تفکیک شده، بتوان ذرات تک سیمان را آزمایش و بررسی کرد.
کاغذ و پودر آسیاب شده هر دو با استفاده از SEM، (Hitachi S 48001 cold field emission gun scanning electron micros cope) با بزرگنمایی متوسط تا بسیار زیاد (X200000 - X54000) آزمایش شدند.
شکل 3 دو عکس از سطح خارجی کاغذ سیمان – CNT را نشان می دهد. نمودار اندازه در عکس ها مقیاس را به دهم مقدار معین شده تقسیم کرده و ضخامت خطوط که نمودار مقیاس را تشکیل داده صدم مقدار نشان داده شده می باشد. در این ناحیه ساختاری متخلخل وجود دارد و پیداست که فرایند Sonication یا کربن نانو تیوب ها را کاملا پراکنده (Disperse) نکرده یا اینکه در زمان تبخیر دوباره بهم متصل شده اند. ذرات سیمان بهم و CNT های متعدد وصل شده اند. ذره میانی با دسته های تیوب با قطرهای مختلف پوشش داده شده است. ضمنا در این عکس ها دیدن CNT تک بسیار مشکل و یا غیرممکن است. این میکروسکوپ قادر به نمایش ساختارهایی به کوچکی 10nm می باشد. بنابراین به نظر می رسد محلی که در قسمت پایین شکل 3 با فلش نشان داده شده دسته هایی کوچک از CNT باشند. شکل 4 ذره مشابهی را نشان می دهد که یک دسته CNT ذره را قطع کرده و در وسط ذره ناپدید می شوند. این تیوب ها در عرض سطح گسترده شده اند. طوریکه تیوب های تک پایین‌تر از قدرت تفکیک و دقت SEM قرار می گیرد.
ابتدا، به این علت که CNT استحکام بیشتری از دیگر فایبرها دارند که در کل رفتار مکانیکی را بهبود خواهند بخشید.
ثانیا CNTها aspect ratios بالاتری دارند و انرژی بسیار زیادی جهت انتشار شکاف دور لوله نیاز دارند. بالعکس در مقایسه با عرض لوله که موردی خواهد بود برای فایبرهای با aspect ratio پایین تر
ثالثا CNT با قطرهای کوچکتر در ماتریکس سیمان بطور گسترده ای با فاصله کمتر فایبرها از هم می توانند توزیع شوند، فعل و انفعالات و اثر متقابل شان با ماتریکس سیمان در مقایسه با فایبرهای بزرگتر نیز متفاوت خواهند بود. CNT با قطرهای نزدیک به اندازه ضخامت لایه های هیدراته سیمان C.S.H، رفتار بسیار متفاوتی میتوانند نشان می دهند مانند مکانیزم های متفاوت باندینگ (bonding).
در نهایت کربن نانوتیوب ها می توانند طوری وظیفه مند شوند که بطور شیمیایی با اجزاء و ترکیبات سیمان واکنش دهند و مسیر را برای فرم های دیگر فعال و انفعالی و کنترل مناسب سیستم سیمان بسط و بهبود بخشند.
مانند دیگر کامپوزیت های CNT، مسائل عمده جهت نائل آمدن بر تهیه کامپوزیت های سیمان – CNT با کیفیت بالا، توزیع CNT در سیمان و حصول باندینگ مناسب بین دو ماده می باشد.
یک راه پراکنده (disperse) کردن CNT در surfactant است که آب با حلال دیگری مخلوط باشد، همانطور که در کامپوزیت های پلیمری بسیار معمول است استفاده از سوپرپلاستی سایزرها برای بهبودی عملکرد بتن کاملا روشن است.
تحقیقات اولیه در شورای تحقیقات ملی کانادا نشان داد که مقادیر کم CNT می توانند در آب حاوی 5% سوپر پلاستی سایزر به روش sonication پراکنده شوند. (Eucon 37, Euclid Admixtures Canada, inc) بهر حال روشن نیست که آیا مقدار لازم و کافی می تواند در این محیط پراکنده شود تا بتواند به میزان 2-10 درصد غلظت CNT برسد، که این امر ظاهرا جهت عملکرد مناسب مکانیکی در دیگر کامپوزیت‌های سرامیکی لازم است. کارهای بیشتری جهت پاسخگویی به این سوال باید انجام گیرد.
راه دوم پیگیری مسیری است که جهت بهسازی کامپوزیت‌های آلومینا – CNT انجام شده. در این روش CNT در اتانل تحت Sonication پراکنده میشوند. نتایج اولیه این روش در مقاله حاضر ارائه شده است.
مقداری برابر 0.007 gr ، CNT تولید تجاری (کربن نانوتیوب های تک جداره 1.4nm تولیدی Carbon Nano Technology Ins) و نوع خالص آن تحت عنوان "Bucky pearls" (به مدت 2 ساعت در اتانل با توان (Power) کم Sonicate شد.
سپس پودر سیمان معمولی پرتلند 0.43gr به مایع افزوده شد تا Slurry سیمان – CNT - اتانل تشکیل شود. در ادامه Slutty به مدت 5 ساعت مجددا Sonicate شد. در مرحله بعد اتانل تبخیر شده یک ورق نازک و شکننده سیمان – CNT مرکب از کربن نانو تیوب های متصل به ذرات سیمان بجا می ماند که هر کدام ساختی متخلخل دارند. لازم به ذکر است که پروسس Sonication و تبخیر ظاهرا روی شکل و ترکیب (مرفولژی) سطح بعضی از ذرات سیمان اثر گذاشته شکل ظاهر آنها را سخت تر می کند. اثر دیگر Sonication جداسازی و تفکیک ذرات می باشد به صورتیکه ذرات بسیار ریز سیمان در محدوده سطح کاغذ CNT به تله افتاده ذرات بلندتر در عمق کاغذ نشست می کنند. سپس قسمتی از کاغذ سیمان – CNT توسط هاون آسیاب شده تا مواد تفکیک شده، بتوان ذرات تک سیمان را آزمایش و بررسی کرد.
کاغذ و پودر آسیاب شده هر دو با استفاده از SEM، (Hitachi S 48001 cold field emission gun scanning electron micros cope) با بزرگنمایی متوسط تا بسیار زیاد (X200000 - X54000) آزمایش شدند.
شکل 3 دو عکس از سطح خارجی کاغذ سیمان – CNT را نشان می دهد. نمودار اندازه در عکس ها مقیاس را به دهم مقدار معین شده تقسیم کرده و ضخامت خطوط که نمودار مقیاس را تشکیل داده صدم مقدار نشان داده شده می باشد. در این ناحیه ساختاری متخلخل وجود دارد و پیداست که فرایند Sonication یا کربن نانو تیوب ها را کاملا پراکنده (Disperse) نکرده یا اینکه در زمان تبخیر دوباره بهم متصل شده اند. ذرات سیمان بهم و CNT های متعدد وصل شده اند. ذره میانی با دسته های تیوب با قطرهای مختلف پوشش داده شده است. ضمنا در این عکس ها دیدن CNT تک بسیار مشکل و یا غیرممکن است. این میکروسکوپ قادر به نمایش ساختارهایی به کوچکی 10nm می باشد. بنابراین به نظر می رسد محلی که در قسمت پایین شکل 3 با فلش نشان داده شده دسته هایی کوچک از CNT باشند. شکل 4 ذره مشابهی را نشان می دهد که یک دسته CNT ذره را قطع کرده و در وسط ذره ناپدید می شوند. این تیوب ها در عرض سطح گسترده شده اند. طوریکه تیوب های تک پایین‌تر از قدرت تفکیک و دقت SEM قرار می گیرد.