Εργαστήριο Υλικών ΙΙ (Κεραμικά & Σύνθετα Υλικά)

Transcript

1 ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΙΩΑΝΝΙΝΩΝ ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ Εργαστήριο Υλικών ΙΙ (Κεραμικά & Σύνθετα Υλικά) Πορώδη Κεραμικά Διδάσκοντες: Αναπλ. Καθ. Σ. Αγαθόπουλος, Καθ. Δ. Γουρνής, Καθ. Μ. Καρακασίδης

2 Άδειες Χρήσης Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό υπόκειται σε άδειες χρήσης Creative Commons. Για εκπαιδευτικό υλικό, όπως εικόνες, που υπόκειται σε άλλου τύπου άδειας χρήσης, η άδεια χρήσης αναφέρεται ρητώς.

3 ΑΣΚΗΣΗ 1 ΠΟΡΩΔΗ ΚΕΡΑΜΙΚΑ ΣΥΝΘΕΣΗ ΚΑΙ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΜΟΣ ΜΕΣΟΠΟΡΩΔΩΝ MCM-41 ΥΛΙΚΩΝ

4 (α) MCM-41 (β) MCM-48 (γ) MCM-50

5 Μέθοδος εκμαγείου Μέθοδος sol-gel + - εκμαγείο Μονομερές Εκμαγείο H 3 C + CH 3 N CH 3 C 16

6

7

8 Στάδια μεθόδου sol-gel Την δημιουργία ενός ομογενούς διαλύματος μιας πρόδρομης ένωσης (μονομερές) σε ένα μίγμα οργανικού διαλύτη και νερού (ο οργανικός διαλύτης προστίθεται για την διαλυτότητα της προδρόμου ενώσεως). Την μετατροπή του παραπάνω διαλύματος μονομερούς σε ένα sol με προσθήκη καταλύτη (οξέος ή βάσεως) Την μετατροπή του sol σε gel (πορώδες ημιστερεό). Θέρμανση του gel προς σχηματισμό του στερεού υλικού

9 Στάδια 1 nm 1 μm H + ή ΟΗ - γήρανσ η Μονομερές sol gel Θ ΣΤΕΡΕΟ Θ (π.χ. 500 ο C)

10 Χημεία Si(Me) 4 + 4H 2 Si(H) 4 + 4MeH Si(H) 4 + Si(H) 4 (ΟΗ) 3 Si--Si(H) 3 + H 2 Υδρόλυση Συμπύκνωση (H) 3 Si Si(H) 3 + 6Si(H) 4 H H H Si H H Si H H H H Si Si Si Si H H H H Si H H Si H H H

11 Μηχανισμός Πυρηνόφιλης υποκατάστασης (SN2) R R R R Si R H + H2 R R Si R H R + + (R)3Si-H + RH + H (4) Όξινα καταλυόμενη υδρόλυση R R R H + R S i R δ H S i δ R ( R ) 3 S i - H + R ( 5 ) R R Βασικώς καταλυόμενη υδρόλυση

12 Προσροφημένος όγκος ( ml(stp)/g ) dw/dr XRD Υπολογισμός πάχους τοιχώματος ,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 0,50 0,75 1,00 1,25 1,50 ακτίνα πόρου (nm)) BET 0 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 Σχετική πίεση (P i /P o ) a o 2d π = α ο -2r

13 ΑΣΚΗΣΗ 2 ΜΟΡΙΑΚΟΙ ΗΘΜΟΙ ΣΥΝΘΕΣΗ ΚΑΙ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΜΟΣ ΥΠΟΣΤΥΛΩΜΕΝΩΝ ΦΥΛΛΟΜΟΡΦΩΝ ΟΡΥΚΤΩΝ

14 ΦΥΛΛΟΜΟΡΦΟΙ ΑΡΓΙΛΟΙ Si Si Si Si ΔΙΟΓΚΩΣΗ H H Al Fe Mg Al H H Si Al Si Si Αντισταθμιστικά κατιόντα Si Si Si Si H H Al Fe Mg Al H Si Al Si Si Ικανότητα H Κατιονανταλλακτική (C.E.C.) σε meq/100 g clay Αντιδράσεις ένθεσης Ιοντο-ανταλλαγή Na Na +

15 Na + -ΑΡΓΙΛΟΣ ΔΙΑΛΥΜΑ ΥΠΟΣΤΥΛΩΣΗΣ ΑΝΤΙΔΡΑΣΗ ΑΝΤΑΛΛΑΓΗΣ ΕΝΘΕΣΗ ΥΠΟΣΤΥΛΩΤΗ ΘΕΡΜΑΝΣΗ ΥΠΟΣΤΥΛΩΜΕΝΟΣ ΑΡΓΙΛΟΣ

16 Πιθανές διευθετήσεις κατιόντων αλκυλαμμωνίων στον ενδοστρωματικό χώρο του αργίλου N N N N N N N : ιόντα αλκυλαμμωνίου

17 Intensity (a.u.) d 001 =12.2 Ă 001 Na + -montmorillonite β=1.27 ο 9.6 Ă d Quartz Θ Bragg: n λ = 2 d sinθ για CuKa λ= Å Απόσταση ενδοστρωματικού χώρου = (d 001 -απόσταση) - (πάχος φύλλου αργίλου)

18 Absorbance CH2, CH3 strech CH2, CH3 bendings rg-zen Νa-Zenith wavenumbers (cm -1 )

19 ΑΣΚΗΣΗ 3 ΝΑΝΟΣΥΝΘΕΤΑ ΥΛΙΚΑ ΣΥΝΘΕΣΗ ΚΑΙ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΜΟΣ ΝΑΝΟΣΥΝΘΕΤΩΝ ΥΛΙΚΩΝ ΑΠΟ NYLN 6-10 KAI ΦΥΛΛΟΜΟΡΦΥΣ ΑΡΓΙΛΟΥΣ

20 n H 2 N (CH 2 ) 6 NH 2 + n Cl C (CH 2 ) 8 C Cl H H NH (H 2 C) 6 N C (CH 2 ) 8 C Cl (2n-1) + HCl n Η 2 Ο CCl 2 =CCl 2

21 Νανοσύνθετα πολυμερών/αργίλων Φυλλόμορφος άργιλος Πολυμερές Τυπικό Σύθετο Εντεθημένο Νανοσύνθετο Αποφυλλοποιημένο Νανοσύνθετο

22 Νανοσύνθετα υλικά ΙΔΙΟΤΗΤΑ ΝΑΝΟΣΥΝΘΕΤΟ ΥΛΙΚΟ NYLN-6 Μέτρο ελαστικότητας (GPa) Αντοχή σε εφελκυσμό (MPa) Θερμ. σε θερμική παραμόρφωση ( ο C) Αντοχή σε κρούση (KJ/m 2 ) Απορρόφηση νερού (%) Συντελεστής θερμικής διαστολής (x,y) 6.3x x10-5

23 Νανοσύνθετα υλικά από nylon-6/10 και αργίλους

24 Τέλος Ενότητας

25 Χρηματοδότηση Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό έχει αναπτυχθεί στα πλαίσια του εκπαιδευτικού έργου του διδάσκοντα. Το έργο «Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων» έχει χρηματοδοτήσει μόνο τη αναδιαμόρφωση του εκπαιδευτικού υλικού. Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» και συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) και από εθνικούς πόρους.

26 Σημειώματα

27 Σημείωμα Ιστορικού Εκδόσεων Έργου Το παρόν έργο αποτελεί την έκδοση 1.0. Έχουν προηγηθεί οι κάτωθι εκδόσεις: Έκδοση 1.0 διαθέσιμη εδώ.

28 Σημείωμα Αναφοράς Copyright Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων, Διδάσκοντες: Αναπλ. Καθ. Σ. Αγαθόπουλος, Καθ. Δ. Γουρνής, Καθ. Μ. Καρακασίδης. «Εργαστήριο Υλικών ΙΙ (Κεραμικά & Σύνθετα Υλικά). Πορώδη Κεραμικά». Έκδοση: 1.0. Ιωάννινα Διαθέσιμο από τη δικτυακή διεύθυνση:

29 Σημείωμα Αδειοδότησης Το παρόν υλικό διατίθεται με τους όρους της άδειας χρήσης Creative Commons Αναφορά Δημιουργού - Παρόμοια Διανομή, Διεθνής Έκδοση 4.0 [1] ή μεταγενέστερη. [1]