چكيده
اين مطالعه تلاشي است به منظور توليد ابرهاي پليمري با چگالي سلولي بالا و اندازه سلولي كوچك،
كه با فرآيندهاي معمول ابرسازي قابل دستيابي نيستند، از طريق كنترل دماي ابرسازي و تثبيت كنترل
شده ساختار سلولي ايجاد شده و نيز استفاده از نانوذرات به عنوان عامل هستهگذار. براي اين منظور يك
سامانه بديع شامل مخزن فشار قوي دما بالا با امكان افت فشار بسيار سريع و خنكسازي كنترل شده به
همراه سامانه الكترونيكي كنترل دقيق دما و فشار ابرسازي، طراحي و ساخته شد. طراحي فرآيند به گونه -
ايي بود كه هستهگذاري تعداد بسيار زيادي حباب ريز مكانيزم غالب در تعيين ساختار نهايي ابر باشد. ابر-
هاي ساخته شده داراي ساختار سلولي كاملا يكنواخت در تمام مقطع نمونه و بدون هيچ پوسته ابر نشده-
ايي بودند. نتايج نشان داد كنترل دماي ابرسازي و تثبيت ساختار سلولي ابزار قدرتمندي جهت كنترل
ساختار ابر است به گونهايي كه محدوده گستردهايي از ابرهاي ميكروسلولي با چگالي سلولي بين 106 تا
1012 حباب در واحد حجم و اندازه سلول 600 نانومتر تا 20 ميكرون با تغيير شرايط و به صورت كنترل
شده توليد گرديد. نتايج نشان داد كه هر چند اثر افزايش دما، مطابق نظريه هستهگذاري كلاسيك، جهت
افرايش سرعت هستهگذاري و چگالي سلولي ابر مطلوب است اما جهت حفظ چگالي تجمع حبابها و
كاهش اندازه آنها لازم است پديدههاي رشد حباب و خروج گاز از پليمر از طريق تثبيت سريع ساختار
سلولي كنترل گردد. ابرسازي نانوكامپوزيتهاي نانوسيليكا نشان داد نانوذره به خوبي به عنوان عامل
هسته گذار عمل كرده و منجر به افزايش چگالي سلولي و كاهش اندازه سلولها در ابر نهايي ميشود.

فهرست مطالب
عنوان صفحه
فهرست جدول ها ........................................................................................................................................... د
فهرست شكل ها . ............................................................................................................................................. ه
مقدمه ..................................................................................................................................... 1
اثر دما و خواص سطحي نانوذره بر ساختار ابر . ................................................................. 5
-1 مقدمه .................................................................................................................................................. 6 -2
-2 اثر دماي ابرسازي روي ساختار ابر ................................................................................................. 6 -2
-1-2-2 نظريه كلاسيك هستهگذاري و اثر دما ..................................................................................... 6
-2-2-2 نتايج تجربي و مقايسه با پيشبيني نظري .............................................................................. 6
-3 اثر ذرات افزودني بر هستهگذاري و ساختار ابر . ........................................................................ 12 -2
-4 اثر خواص سطح نانوذره بر ساختار نهايي ابر . ............................................................................ 14 -2
-5 نظريه هستهگذاري كلاسيك . ....................................................................................................... 16 -2
-1-5-2 تحليل پارامتري سرعت هسته گذاري . .................................................................................... 17
-2-5-2 محاسبه سرعت هسته گذاري و چگالي سلولي ابر ............................................................... 18
-6 هستهگذاري حبابها در نانوكامپوزيتها . .................................................................................. 22 -2
-7 شكلگيري ساختار سلولي در فرآيند ابرسازي ......................................................................... 26 -2
-8 نتيجهگيري . ..................................................................................................................................... 28 -2
تجربي . ................................................................................................................................. 32
-1 مواد مصرفي .................................................................................................................................... 32 -3
-2 تجهيزات مورد استفاده .................................................................................................................. 34 -3
-1-2-3 سامانه ابرسازي . ........................................................................................................................... 35
-2-2-3 تجهيزات ساخت نمونه پليمر خالص . ..................................................................................... 36
-3-2-3 تجهيزات ساخت نمونه نانوكامپوزيتي . ................................................................................... 38
-3 آزمايشهاي تجربي . ........................................................................................................................ 39 -3
-1-3-3 طراحي آزمايشهاي ابرسازي .................................................................................................. 39
-2-3-3 آزمايش نحوه ايجاد شرايط دما و فشار در آزمايشهاي ابرسازي .................................... 4

روش تهيه نمونههاي پليمر خالص ......................................................................................... 45
-4-3-3 روش تهيه نمونههاي نانوكامپوزيتي ....................................................................................... 45
-5-3-3 روش ساخت ابر . .......................................................................................................................... 46
3-3-6- آزمايشهاي تعيين ويژگيهاي ساختاري ابر ساخته شده . .................................................. 48
نتايج و بحث ........................................................................................................................ 50
-1 ابرسازي پلياستايرن خالص . ......................................................................................................... 50 -4
-1-1-4 اثر دما در كنترل چگالي سلولي و اندازه سلولها ............................................................... 50
-2-1-4 نتايج آزمايشهاي بررسي اثر سرعت تثبيت و كنترل رشد سلولها .............................. 57
-2 ابرسازي نانوكامپوزيتهاي پلياستايرن- نانوسيليكا . ............................................................... 62 -4
نتيجهگيري . ......................................................................................................................... 68
ضميمه الف: نظريه هسته گذاري همگن . ....................................................................................... 70
ضميمه ب: جزئيات طراحي فرآيند ابرسازي . ............................................................................... 74
ب- 1- طراحي فرآيند ابرسازي ................................................................................................................ 74
ب- 2- طراحي مخزن فشار . ...................................................................................................................... 76
ب- 3- مدار الكترونيكي اندازهگيري و كنترل دما و فشار .................................................................. 80
ب- 4- كاليبراسيون ترموكوپلها و سنسور فشار ................................................................................. 81
ضميمه ج: محاسبه مقياس زماني پديدههاي تعيين كننده ساختار نهايي ابر . ....................... 82
ج- 1- محاسبه مقياس زماني هستهگذاري حبابها ........................................................................... 82
ج- 2- محاسبه مقياس زماني بهم پيوستن دو حباب ......................................................................... 83
ج- 3- محاسبه مقياس زماني خروج گاز از نمونه . ................................................................................ 85
ج- 4- زمان لازم براي رسيدن مايع خنككننده به نمونه ................................................................. 85
ج- 5- مقياس زماني سرد شدن نمونه . ................................................................................................... 85
ضميمه د: دادههاي خام آزمايشها . ............................................................................................... 87
د- 1 دادههاي خام آزمايش نحوه ايجاد دما و فشار در آزمايشهاي ابرسازي . .............................. 87
د- 2- دادههاي خام آزمايشهاي اثر دما در ابرسازي پلياستايرن خالص ......................................

90 ...................................................... . MATLAB ضميمه ه: برنامههاي رايانهايي مدلسازي در

ه- 1- برنامه محاسبه اطلاعات دما و فشار گاز دياكسيدكربن با معادله حالت پنگ- رابينسون 90
ه- 2- برنامه محاسبه چگالي سلولي ابر پلياستايرن نهايي ................................................................ 91
مراجع ................................................................................................................................................