واحد تحقیق و توسعه؛ مرکز خلاقیت، ایده پردازی و نوآوری
واحد تحقیق و توسعه قلب تپنده آرمان نانو فناور رابین بوده که توسط گروهی از مهندسین جوان، خلاق و پرتلاش اداره می شود.کوچکترین ایده ها در مورد سنتز نانو مواد، روش های سنتز و بهبود عملکرد و خواص نانو مواد در واحد تحقیق و توسعه بررسی و مطالعه می شوند چون معتقد هستیم همین ایده های کوچک هستند که راه را برای حل مشکلات بزرگتر هموار می کنند. فعالیت های ما در این واحد به دو دسته تقسیم بندی می شوند. دسته اول مربوط به انجام پروژه های تحقیقاتی می باشد که اساس این پروژه ها بر ایده های مطرح شده توسط اعضای این واحد و گروه بازاریابی شرکت می باشد. دسته دوم فعالیت های این واحد مربوط به پروژه هاییست که توسط مشتریان ما به ما سپرده شده تا چالش های آنها را برطرف کنیم. هدف تمامی پروژه های تحقیقاتی که ما در واحد تحقیق و توسعه انجام می دهیم اینست که ترکیبات جدید با خواص پیشرفته و تقویت شده را سنتز کرده و بدین ترتیب نیازها و چالش های مشتریان خود و سایر صنایع را برطرف کنیم.
تولید نانو اکسید روی با خلوص ۹۸%
ما موفق شدیم نانو اکسید روی با خلوص واقعی ۹۸% را طی فرآیندی تک مرحله ای در دو مقیاس آزمایشگاهی و صنعتی تولید کنیم. اما خلوص محصول ما برای برخی از صنایع کافی نبوده و نیاز به نانو اکسید روی با خلوص 99/5% مطرح گردید. بنابراین دست به کار شدیم….
بررسی راه حل های موجود
مطالعه مقالات علمی و جمع بندی نتایج آنها نشان داد که دو راه برای افزایش خلوص نانو ذرات اکسید روی وجود دارد: ۱. افزایش خلوص به کمک فرآیند ثانویه کلسیناسیون (Calcination) ۲. افزایش خلوص بصورت In Situ (درون فرایندی) و تک مرحله ای بدون استفاده از فرآیند ثانویه. با توجه به اطلاعات به دست آمده هر دو روش را در واحد تحقیق و توسعه آزمایش و بررسی کردیم.
افزایش خلوص به کمک فرآیند کلسیانسیون
اساس روش کلسیناسیون بر حذف ناخالصی های موجود در نانو ذرات تولید شده طی فرآیند اولیه تولید می باشد. در این روش نانو ذرات تولید شده درون کوره تحت دمای مشخص و مدت زمان نگهداری مشخص قرار داده می شوند تا ناخالصی ها حذف شده و خلوص آنها افزایش یابد. برای دستیابی به نانو ذرات اکسید روی خلوص بالا آزمایشات متعددی انجام دادیم تا دما و مدت زمان نگهداری بهینه بدست آیند. در ادامه نمونه کلسینه شده بهینه تحت آنالیز XRF قرار گرفت و نتایج بدست آمده نشان دادند که موفق شده ایم به کمک این روش خلوص نانو اکسید روی را از 98% به 5/99% افزایش دهیم. آزمایشات تکمیلی نیز انجام شدند تا تکرار پذیری فرآیند کلسیناسیون بررسی شود که نتایج بدست آمده تکرار پذیر بودن این فرآیند را تایید کردند. علی رغم مزایای فرآیند کلسیناسیون در دستیابی به خلوص بالا، این روش مصرف انرژی و مدت زمان فرآیند تولید را افزایش داده، نیازمند تجهیزات گرانقیمت (کوره) بوده و در نهایت هزینه تمام شده محصول را افزایش می دهد که این امر اجرا کردن آن را در مقیاس صنعتی دشوار می کند. علاوه بر این موضوع، احتمال زینتر شدن نانو ذرات و کاهش سطج ویژه آنها در فرآیند کلسیناسیون نیز وجود دارد. با توجه به مزایا و معایب این روش، تصمیم گرفتیم تا این روش را به مقیاس آزمایشگاهی محدود کرده و روش دوم را بررسی کنیم.
افزایش خلوص به کمک فرآیند کلسیانسیون
خالص سازی بصورت In Situ یا درون فرآیندی
اساس این روش بر ایجاد شرایط لازم برای افزایش خلوص محصول نهایی در بطن فرآیند تولید می باشد بطوریکه محصول نهایی با خلوص بالا بصورت تک مرحله ای تولید می گردد. در این روش نیازی به استفاده از فرآیند ثانویه (کلیسناسیون) نمی باشد. خالص سازی بصورت درون فرآیندی نیازمند تغییر فرمولاسیون، ایجاد واکنش های ثانویه و بکارگیری مواد اولیه جدید می باشد بطوریکه سایر خواص فیزیکوشیمیایی محصول تغییر نکند. با توجه به این موضوع، در فرمولاسیون تولید نانو اکسید روی تغییرات لازم را ایجاد کرده و با اضافه کردن مواد اولیه جدید و فعال کردن واکنش های ثانویه آزمایشات متعددی را انجام دادیم. آزمایشات صورت گرفته کمک کردند تا شرایط بهینه برای دستیابی به نانو اکسید روی خلوص بالا فراهم گردد. نتایج آنالیز های XRF نشان دادند که پس از چندین آزمایش مختلف موفق شده ایم خلوص نانو ذرات را طی فرآیندی تک مرحله ای و در مقیاس آزمایشگاهی از 98% به 9/99 % افزایش دهیم. روش درون فرآیندی هیچ یک از معایب روش کلسیناسیون را دارا نبوده اما تنظیم شرایط سنتز برایمان چالش بر انگیز بود. اگر بتوانیم شرایط سنتز را در مقیاس صنعتی کنترل کرده و ثابت کنیم، در اینصورت روش درون فرآیندی بهترین و کم هزینه ترین راه حل برای افزایش خلوص نانو ذرات اکسید روی خواهد بود.
قدم بعدی...
با توجه به نتایج بدست آمده از پژوهش صورت گرفته لازم است تا روش درون فرآیندی را وارد فاز نیمه صنعتی و در نهایت صنعتی کرده و امکان تولید انبوه نانو ذرات اکسید روی با خلوص بالاتر از 5/99% را بررسی کنیم.
قدم بعدی...
مشخصات نمونه نهایی تولید شده توسط روش اول
ترکیب شیمیایی: ZnO
خلوص: 99.5%
اندازه ذره: nm70
چگالی: gr/cm3 0.36
اندازه حفرات سطحی: nm 6.5
پایداری حرارتی: Cͦ1120
مشخصات نمونه نهایی تولید شده توسط روش دوم
ترکیب شیمیایی: ZnO
خلوص: 99.5%
اندازه ذره: nm70
چگالی: gr/cm3 0.36
اندازه حفرات سطحی: nm 6.5
پایداری حرارتی: Cͦ1120