تولید نانو اکسید روی داپ شده با آلومینیوم، منگنز و کبالت
تولید کنندگان برقگیر در صنعت برق یکی از مصرف کنندگان اکسید روی میکرون می باشند. در ارتباطی که میان تیم تحقیق و توسعه ما و یکی از شرکت های تولید کننده برقگیر برقرار شد مشخص گردید که نانو اکسید روی داپ شده با عناصر آلومینیوم (Al)، منگنز (Mn) و کبالت (Co) می تواند خواص الکتریکی برقگیر ها را به مقدار قابل توجهی تقویت نموده و عمر مفید آنها را افزایش دهد. از این رو و به درخواست شرکت تولید کننده برقگیر، پروژه ای در واحد تحقیق و توسعه تعریف کردیم تا امکان سنتز و تولید نانو اکسید روی داپ شده با آلومینیوم، منگز و کبالت را بررسی کرده (در مقیاس آزمایشگاهی و نیمه صنعتی) و تاثیر آن بر عملکرد و خواص الکتریکی برقگیر ها را بسنجیم.
فاز مطالعاتی
بر اساس مقالات علمی منتشر شده، چندین روش برای داپ کردن عناصر مختلف در ساختار نانو اکسید روی مانند روش هیدروترمال (Hydrothermal)، روش هم رسوبی (Co – Precipitation)، روش سل – ژل (Sol – Gel) و…. وجود داشتند. به بررسی مراحل انجام روش های پیشنهاد شده، نوع مواد اولیه و همچنین تجهیزات مورد نیاز آنها پرداختیم تا بتوانیم ایده آل ترین روش را برای انجام پروژه انتخاب کنیم. نتایج بررسی های تکمیلی نشان دادند که دو روش هم رسوبی و سل – ژل روش هایی مطلوب برای انجام آزمایشات هستند. با توجه به اطلاعات بدست آمده، وارد فاز آزمایشگاهی شدیم تا امکان سنتز نانو اکسید روی داپ شده با عناصر آلومینیوم، کبالت و منگنز با استفاده از روش های پیشنهاد شده را بررسی نماییم.
فاز آزمایشگاهی
با توجه به اطلاعات به دست آمده از فاز مطالعاتی، آزمایشات مختلفی طراحی شدند تا سنتز نانو اکسید روی داپ شده با عناصر ذکر شده در درصد های مولی متفاوت انجام شود (تولید 1 گرم). هدف از داپ کردن عناصر با درصد های مولی متفاوت این بود که پس از بررسی عملکرد نمونه های سنتز شده در خواص الکتریکی برقگیر، بتوانیم مقدار بهینه عناصر داپ شده در ساختار نانو اکسید روی را تعیین کنیم. نمونه سازی بر اساس آزمایشات طراحی شده انجام شد و نمونه های تولید شده توسط آزمون XRD بررسی شدند تا درستی داپ شدن عناصر در ساختار نانو اکسید روی تایید شود. نتایج به دست آمده نشان دادند که عناصر مورد نظر در ساختار نانو اکسید روی داپ شده اند و امکان سنتز این محصول در فاز آزمایشگاهی و با استفاده از روش های انتخاب شده فراهم می باشد. جابجایی پیک های XRD به یک سمت (چپ یا راست) نشان دهنده داپ شدن عنصر در ساختار نانو اکسید روی می باشد.
فاز آزمایشگاهی
فاز نیمه صنعتی
با موفقیت آمیز بودن سنتز نانو اکسید روی داپ شده با عناصر ذکر شده در مقیاس آزمایشگاهی، لازم بود تا امکان تولید این محصول در مقیاس های بالاتر (نیمه صنعتی) نیز بررسی شود. از این رو، مقیاس فرمولاسیون های طراحی شده افزایش داده شدند و آزمایشات در مقیاس نیمه صنعتی (تولید 200 گرم) نیز انجام گردبدند. نتایج به دست آمده از آزمایشات نشان دادند که نه تنها عناصر مورد نظر در ساختار نانو اکسید روی داپ شده اند بلکه می توان این محصول را با موفقیت در مقیاس های بالاتر نیز تولید نمود و آن را صنعتی کرد. از این رو، از میان نمونه های تولید شده در مقیاس نیمه صنعتی نمونه های بهینه انتخاب شدند تا تحت آزمون های عملکردی در شرکت تولید کننده برقگیر قرار گیرند و بازدهی آنها در بهبود خواص نوری برقگیر ها بررسی شود.
تقویت خواص نوری برقگیر با استفاده از نانو اکسید روی داپ شده
نمونه های بهینه تولید شده مورد بررسی قرار گرفتند و نتایج به دست آمده از آزمون ها نشان دادند که استفاده از نانو اکسید روی داپ شده در برقگیر منجر به تقویت خواص الکتریکی آن شده است. نکته مهم دیگری که از بررسی ها به دست آمد پایین بودن مقدار مصرف این محصول در تولید برقگیر در مقایسه با تقویت عملکرد الکتریکی برقگیر می باشد که از لحاظ اقتصادی برای این صنعت مقرون به صرفه است. بر اساس مجموع نتایج به دست آمده مشخص گردید که مقدار مصرف به شدت پایین و همچنین عملکرد بالا در تقویت خواص الکتریکی این محصول جدید، نانو اکسید روی داپ شده را به گزینه ای مناسب برای بهبود عملکرد برقگیر ها و افزایش عمر مفید آنها تبدیل کرده است بدون اینکه هزینه زیادی بر دست تولید کننده باقی بگذارد. علاوه بر این مشخص گردید که نمونه های داپ شده با درصد های مولی پایین تر از 5/0 درصد از عملکرد بهتری برخوردار هستند. لازم به ذکر است که می توانیم انواع عناصر را در ساختار نانو اکسید روی داپ کرده و تاثیر مثبتی که بر خواص الکتریکی برقگیر دارد را بررسی کنیم.
تقویت خواص نوری برقگیر با استفاده از نانو اکسید روی داپ شده