چکیده

در این پژوهش، نانوپودر سرامیكی با تركیب NaCo2O4  به روش احتراق ژل تهیه و سپس تأثیر­­دمای تكلیس بر­ ویژگیهای ساختاری­ نمونه­ بوسیله پراش پرتوی X (XRD)، میكروسكوپ الكترونی (TEM) و طیف سنجی مادون قرمز تبدیل فوریه (FTIR) بررسی شده است. نتایج حاصل از پراش پرتوی X نشان می دهد که در دمای تکلیس ˚C800 ساختار هگزاگونال به طور کامل شکل گرفته است. پارامتر شبكه با بهره گرفتن از طیف XRD و نرم افزار Celref برای دمای ˚C800 محاسبه شده است. اندازه دانه­ها به كمك رابطه شرر ،63/76 نانومتر و با بهره گرفتن از تصویرTEM ،40 نانومتر بدست آمد. در طیف FTIR مربوط به این تركیب، دو قله جذبی دیده می­ شود كه مربوط به پیوندهای فلز- اكسیژن (M-O) در این ساختار است و در اینجا (M=Na, Co) می­باشد.

در بخش دوم پایان نامه، كه مربوط به بررسی ویژگی ترمو الکتریکی این نانوپودر می­باشد، نمونه تکلیس شده در دمای˚C 800 انتخاب كردیم . نمودار تغییرات مقاومت ویژه بر حسب دما  نشان می دهد که مقاومت ویژه با افزایش دما افزایش می یابد و در نتیجه نمودار رسانندگی الکتریکی بر حسب دما روند کاهشی دارد . در نمودار رسانندگی گرمایی بر حسب دما شاهد افزایش رسانندگی گرمایی نسبت به دما هستیم. مقدار نسبی ضریب سیبک اندازه گیری شده برابر51 /96 میکرو ولت بر کلوین بدست آمد و در نهایت نمودار ضریب سیبک بر حسب دما رسم شده است که نشان می دهد با افزایش دما مقدار آن افزایش می‌یابد.

Abstract

In this work, nanopowders of NaCo2O4 were first prepared, using the gel-combustion process.The effects of the calcination temperature on the structure were studied. The characterization of the samples were carried out by XRD, TEM techniques and also by Fourier Transformation Infrared (FTIR) Specteroscopy. The XRD patterns show that the hexagonal structure of  NaCo2O4 composition is completed at the calcination temperature of 800°C. The average size of the particles was estimated using the Scherrer relation and compared with the result obtained by TEM.

In order to investigate the thermoelecteric behaviour of the sample calcinated at 800°C, the variation of the electrical resistivity and the thermal conductivity against temperature were measured. The relative value of Seebeck coefficient obtained for this sample was found to be 96.51 μV/K. It was also revealed that the Seebeck coefficient increases with temperature

فهرست مطالب
فصل اول: مقدمه ای بر پدیده ترموالکتریک
1-1 : مقدمه 2
1-2 : اثر سیبک 5
1 -2-1 : عدد شایستگی 6 1-2-2 : نحوه عملکرد یک قطعه ترموالکتریک 7
1- 2-3 : کاربرد اثر سیبک 9
1 -2-4 : تعیین ماده ترموالکتریک مناسب 10
1-3 : اثر پلتیه 11
1-4 : اثر تامسون 12
1-4-1 :روابط كلوین 13

فصل دوم: سرامیک ها
2-1 : مقدمه 19
2-2 : طبقه‌بندی سرامیک‌ها 20

2-2-1 : سرامیک های سنتی 20
2-2-2 : بیوسرامیک 20
2-2-3 : سرامیک های الکترونیکی 21
2-3 : کاربردهای مختلف مواد سرامیکی 23
2-4 : نانو سرامیک 24

فصل سوم: نانوذرات و روش های ساخت آن
3-1 : مقدمه 27
3-2 : كاربردهای نانوذرات 29
3-3 : نانو ذرات سرامیکی 30
3-3-1 : كاربردهای نانوذرات سرامیکی 30
3-4 : روش های سنتز نانوذرات 31
3-4-1 : روش سنتز از فاز بخار شیمیایی 32
3-4-2 : روش همرسوبی 33
3-4-3 : روش شیمیایی سل- ژل 33
3-4-4 : اجزای محلول سل – ژل 36
3-4-5 : مزایا و محدودیت های روش سل- ژل 38

فصل چهارم: کارهای آزمایشگاهی و تهیه نانوپودر NaCo2O4
4-1 : مقدمه 40
4-2 : ساخت نانوپودر NaCo2O4 41
4-2-1 : روش احتراق ژل 41
فصل پنجم : نتایج اندازه گیری و مشخصه یابی نمونه ها
5-1 : مقدمه 49
5-2 : بررسی تاثیر دمای تفجوشی بر ساختار نانو پودر NaCo2O4 50
5-3 : بررسی خواص ترموالکتریکی تركیب NaCo2O4 54
5-3-1 : اندازه گیری تغییرات مقاومت – دما در تركیب NaCo2O4 56
5-3-2 : اندازه گیری تغییرات رسانندگی گرمایی – دما در تركیب NaCo2O4 58
5-3-3 اندازه گیری ضریب سیبک در تركیب NaCo2O4 59
5-3-4 اندازه گیری تغییرات ضریب سیبک بر حسب دما در تركیب NaCo2O4……………60

5-4 : جمع بندی نتایج 63
5-5 : پیشنهادها 64
پیوست : مقاله

مقدمه

اثر ترموالکتریک1 عبارت است از: تولید جریان الكتریكی دریک رسانا به سبب اختلاف دما بین دو نقطه در آن.  Thermoاز واژ­ه­ی یونانی thermos   به معنی گرما گرفته شده و electric صفت نسبی Electricity به  معنی برق است. ترموالکتریسیته، همانطور که از نام آن بر می‌آید، به پدیده‌هایی اشاره دارد که انرژی گرمایی والکتریسیته را شامل می­ شود.

در سال 1821 دانشمندی به نام سیبک1 اولین گزارش مربوط به مشاهدات اثرات ترموالکتریکی را به فرهنگستان علوم  پروسیان2 ارائه کرد. وی با گرم کردن محل اتصال دو رسانای نامتجانس توانسته بود بین دو سر دیگر آنها یک اختلاف پتانسیل ایجاد کند. علی رغم اینک سیبک فهم کاملی از این آزمایشات نداشت و نمی توانست این اثرات را به خوبی توجیه کند، اما توانست اثرات ترموالکتریکی را در رساناهای مختلف دیگر مشاهده کند.

13 سال بعد، یک ساعت ساز فرانسوی به نام پلتیه3 نتایج کم و بیش مشابهی را ارائه کرد و دومین اثر ترموالکتریکی را کشف نمود. او نشان داد که هر گاه جریان الکتریکی از محل اتصال دو رسانای متفاوت عبور داده شود، بسته به جهت جریان، فرایند جذب یا تولید گرما انجام می­ شود. باید توجه داشت که این اثر کاملاً با اثر گرما مقاومتی ژول  تفاوت دارد. پلتیه هم همانند سیبک به طور کامل نتوانست ماهیت فیزیکی نتایج بدست امده را توضیح دهد،اما در سال 1838، لنز4 نشان داد که آب در محل اتصال بیسموت- آنتیموان می­توانست یخ ببندد و چنانچه جهت جریان عوض می­شد یخ تولید شده ذوب می­شد.

تامسون5 که بعداً به لرد کلوین معروف شد، متوجه شد که می­بایست بین اثر سیبک و اثر پلیته ارتباط وجود داشته باشد. او توانست این ارتباط را با بهره گرفتن از مباحث مربوط به ترمودینامیک مشخص و نتیجه ­گیری کند که باید یک اثر سوم ترموالکتریکی (که امروزه به اثر تامسون معروف است) نیز موجود