دی اکسید تیتانیوم در زمینه های فوتوکاتالیزوری، فتوالکتروشیمیایی، رنگدانه، حسگر گاز و سلول های خورشیدی کاربردهای گسترده ای دارد. خواص نانوپودر و لایه نازک tio2 می تواند به طور گسترده ای با ایجاد نقص ساختاری، دگرگون شود و ساختار الکترونیکی آن نیز با تغییر میزان غیراستوکیومتری اکسیژن، تغییر می کند. در این پژوهش، لایه نازک و نانوپودر tio2 با استفاده از روش سل- ژل تهیه شدند. در تهیه سل از تیتانیم تترا ایزوپروپوکساید به عنوان پیش ماده، ایزوپروپانول به عنوان حلال و اسید استیک به عنوان کاتالیزور استفاده شد. پوشش دهی به روش غوطه وری در سل بر روی زیرلایه کوارتز صورت گرفت. برای تهیه نانوپودر نیز از همان سل مورد استفاده در تهیه لایه نازک استفاده شد. از نانوپودر حاصله با استفاده از پرس ایزواستاتیک قرص هایی تهیه شد، قرص های حاصله سپس سینتر شدند. نانوپودر، لایه نازک و قرص های پلی کریستالtio2 در دماهای مختلف (در بازه 500 تا1000 درجه سانتیگراد) تحت اتمسفر احیائی (%80 آرگون-%20 هیدروژن) عملیات حرارتی شدند. میزان غیراستوکیومتری قرص ها به وسیله اندازه گیری تغییر وزن قرص ها قبل و بعد از عملیات احیا تعیین گردید. . آنالیز پراش اشعه x ، وجود فازهای ماگنلی (magnéli) مربوط به اکسیدهای زیرین tio2 را علاوه بر سایر فازها در نانوپودر ثابت کرد، حال آنکه در لایه نازک به دلیل محدودیت زیرلایه این فازها تشکیل نشدند و استحاله فازی در دماهای بالاتری نسبت به نانوپودر اتفاق افتاد. آنالیز sem و tem تغییر مورفولوژی نانوپودر را از حالت کروی به شکل ویسکر در اثر عملیات حرارتی نشان داد. مورفولوژی لایه های نازک نیز به وسیله sem مورد بررسی قرار گرفت و تبلور مجدد و رشد ذرات ثانویه را با افزایش دما نشان داد. همچنین بررسی توپوگرافی لایه ها به وسیله afm افزایش زبری و اندازه ذرات را با افزایش دما نشان داد. خواص نوری لایه های نازک با استفاده از اسپکتروسکوپی uv-vis مورد سنجش قرار گرفت. میزان جذب لایه ها با افزایش دمای عملیات حرارتی افزایش یافت و اندازه انرژی نوار ممنوعه کاهش یافت. مقاومت الکتریکی ویژه نانوپودر و لایه نازک با استفاده از پروب 4 نقطه اندازه گیری شد. با افزایش دمای عملیات حرارتی، رسانایی الکتریکی نانوپودر و لایه نازک tio2 افزایش می یابد. خاصیت فتوکاتالیستی نانوپودر و لایه نازک تیتانیا با سنجش میزان تجزیه محلول متیلن بلو اندازه گیری شد. نمونه های عملیات حرارتی شده، فعالیت فتوکاتالیستی بهتری را نسبت به نمونه های عملیات حرارتی نشده از خود نشان می دهند. عیوب به وجود آمده در ساختار در اثر عملیات حرارتی در اتمسفر احیائی (جاهای خالی اکسیژن و ti3+) در tio2-x، نقش مهمی را در افزایش فعالیت فتوکاتالیستی این ماده، ایفا می کند .

چرخه در هنگام طلوع آفتاب شروع می شود. نقطه a در شکل زمانی است که که کلکتور خورشیدی در دمای محیط ta و حداکثر غلظت ممکن از مبرد موجود در مواد جاذب است. گرمایش خورشیدی کلکتور از نقطه a به b، موجب افزایش فشار از pe به pc می شود، (جرم جذب شده همچنان ثابت است). در این فشار گاز مبرد شروع به آزاد شدن می کند و فشار تقریبا ثابت و معادل pc می ماند (فشار چگالش) . دمای جاذب تا دمای حداکثر چرخه، tg در نقطه d افزایش می یابد. نرخ دفع به دینامیک سیستم بستگی دارد : انتقال حرارت به جاذب و اتلاف گرمای چگالش به محیط اطراف. مبرد مایع توسط نیروی گرانش ابتدا به یک مخزن و یا به طور مستقیم به داخل تبخیرکننده جریان می یابد. فرایند دفع-چگالش حتی پس از اوج دما چرخه ادامه می یابد، تا زمانی با توجه به کاهش تدریجی در تابش خورشیدی دمای جاذب شروع به کاهش کند و فشار سیستم pc به pe کاهش می یابد. هنگامی که این فشار معادل فشار بخار اشباع مبرد در نقطه f شد، مبرد در تبخیرکننده شروع به جوشش می کند که باعث دریافت فوری گرما از محیط می شود در نتیجه چرخه ی تولید سرما، تکمیل و چرخه به نقطه a باز می گردد. جذب بخار ناشی از فرآیند تبخیر در طول مدت سرد شدن کلکتور به نقطه a ، به صورت گرما زا رخ می دهد بسیار مهم است که در هنگام جذب دمای ماده جاذب حتی الامکان به دمای محیط نزدیک باشد تا بتواند مقدار بیشتری از گاز مبرد را جذب نماید.

در این تحقیق نمونه های مختلف y2o3:eu, y2o3:er وy2o3:eu,sr و همچنین نمونه y2o3 نانوسایز، توسط تکنیک های سنتز احتراقی محلول، سل-ژل نرمال، سل-ژل پچینی و میکروامولسیون آماده شدند. و توسط تفرق اشعه مجهول (xrd)، میکروسکوپ الکترونی روبشی (sem)، میکروسکوپ الکترونی عبوری (tem)، تصویربرداری با کیفیت بالا توسط میکروسکوپ الکترونی عبوری (hrtem)، تفرق اشعه الکترونی (saed)، آنالیز انرژی اشعه مجهول (edx)، طیف سنجی مادون قرمز با انتقال فوریه (ftir) و طیف سنجی فوتولومینسانس بررسی شدند. نتایج xrd نشان داد که بعد از عملیات حرارتی همگی نمونه های سنتز شده با روش های مختلف دارای ساختار مکعبی با گروه فضایی ia-3 می باشند همچنین نتایج نشان داد که در سنتز احتراقی بالاترین بلورینگی در عین سادگی روش بدست می آید و خلوص رنگی و شدت لومینسانس نمونه سنتز شده در این روش بالاتر می باشد. اندازه بلورکها نیز حدوداً بین 10-30 نانومتر تخمین زده شد. نتایج saed و تصویر hrtem از نمونه y2o3:eu (3%) نشان داد که بلورینگی مناسبی با استفاده از روش سنتز احتراقی و سپس عملیات حرارتی در oc 600 بدست آمده است. همچنین مشاهده شد که فواصل بین اتمی نیز با فاز yttria همخوانی دارد. تصاویر sem نشان داد که پس از عملیات حرارتی ذرات تا حدی آگلومره شده اند. همچنین آنالیز نمونه y2o3:eu (3%) توسط روش وارن-اورباخ (warren-averbach) نشان داد که یون آلاینده بیشتر در نزدیکی مرزدانه ها تجمع یافته است. این نتیجه با نتایج edx نیز تایید شد. همچنین انتقالات مختلف مربوط به انتقال دوقطبی مغناطیسی و الکتریکی 5d0–?7fj (j=0, 1, 2, 3) و 5d1–7f1 در طیف تابشی لومینسانس و انتقال موسوم به انتقال بار (charge transfer) در طیف تهییجی لومینسانس مشاهده گردید. بررسی دقیقتر روی طیف تابشی فوتولومینسانس نشان داد که فرونشانی غلظتی برای y2o3:eu سنتز شده بروش احتراقی حدود 5 درصد می باشد همچنین مختصات رنگی cie محاسبه شده از روی طیف فوتولومینسانس نشان داد که مختصات رنگی cie وابسته به غلظت می باشد و بهترین خلوص رنگی (chromaticity) نسبت به نمونه استاندارد رنگ قرمز حدود 3 درصد بدست می آید. بعلاوه اثر افزودن sr روی ترکیب لومینسانس y2o3:eu بررسی گردید که نتایج حاکی از آن بود که افزودن sr خلوص رنگی و شدت لومینسانس ترکیب y2o3:eu را بهبود می بخشد درحالی که اندازه بلورکها را کاهش می دهد. در نهایت طیف xrd بعضی نمونه ها به منظور بررسی تغییرات پارامترهای میکروساختاری و پارامترهای کریستالوگرافی توسط روش ریدفیلد آنالیز شد که نشان داد er بیشتر از eu اندازه بلورکها را حین آلاییدن کاهش می دهد و میکرو-کرنش و اعوجاج بیشتری را وارد می کند.

در این پژوهش، ابتدا پودرهای نانوکامپوزیتی cu-(0-6) vol.% sic به روش آسیاب پر انرژی ساخته شد. در اثر آسیاب مکانیکی (h 25)، ساختار فاز زمینه به حدود زیرnm 20 رسیده و توزیع نسبتا یکنواختی از تقویت کننده ها بدست آمد. افزوده شدن نانوذرات sic موجب تسریع فرایند آسیاب مکانیکی، ریزتر شدن اندازه دانه های فاز زمینه و ریزتر شدن اندازه ذرات گردید. این اثرات به بالا رفتن نرخ کارسختی در حضور نانو ذرات نسبت داده شد. در مرحله بعد، پایداری حرارتی و سینتیک رشد دانه ها در فلز مس نانوبلوری و نانوکامپوزیت مس تقویت شده با نانو ذرات sic (دو درصد حجمی)، با استفاده از معادلات تکدمای رشد دانه ها و نتایج xrd و ebsd بررسی شد. فلز مس و نانوکامپوزیت آن مقدار نمای رشد دانه نزدیک به نمای رشد دانه ایده آل (2n=) را در دمای k 973 و مقادیر n بیشتر (55/2? n برای مس نانوبلوری و 6/3 ?n برای نانوکامپوزیت) را در دماهای پایینتر نشان دادند که بیانگر تغییر ساز و کار رشد دانه ها در دمای k 973 است. برای مطالعه ساز و کار های رشد دانه ها و بررسی اثر نانو ذرات بر آن، انرژی فعال سازی رشد دانه ها در محدوده دمایی k 873-673 محاسبه گردید. مقادیر انرژی فعال سازی برای رشد دانه ها در مس نانوبلوری، خیلی کمتر از مقدار انرژی فعال سازی برای رشد دانه ها در مس چند بلوری با دانه های میکرونی بدست آمد. کرنش شبکه ای زیاد، مقادیر کم ناخالصی آهن و فعال بودن ساز و کار های نفوذ سطحی و حجمی برای رشد دانه ها، علت پایین بودن انرژی فعال سازی برای رشد دانه ها بیان شد. همچنین انرژی فعال سازی کمتر برای رشد دانه ها در نانوکامپوزیت نسبت به فلز مس نانوبلوری را می توان ناشی از میزان بالای کرنش شبکه در حضور نانوذرات و سهم بالای نفوذ فصل مشترکی و حجمی در رشد دانه ها دانست. در مرحله بعد، پودرهای نانوبلوری sic/cu تحت پرس گرم در دمای k 973 قرار گرفتند تا نانوکامپوزیت های بالک با چگالی نزدیک به چگالی تئوری حاصل شود. نتایج بیانگر توزیع نسبتا یکنواخت نانوذرات sic در اثر فرایند ساخت، پایداری حرارتی و ریزتر شدن اندازه دانه های مس درحضور نانوذرات در ریزساختار بودند. مطالعه ریزساختار نشان داد که دانه های فاز زمینه کاملا هم محور و توزیع جهتگیری دانه ها غیر تصادفی و دوگانه است. افزودن نانوذرات منجر به کاهش اندازه دانه ها و افزایش مقدار مرز دانه های فرعی گردیده است. این تاثیرات به اثر زنر و آرایش مجدد نابجایی های تولید شده ناشی از عدم انطباق حرارتی دو فاز، بوسیله فرایند بازیابی مربوط می شود. اندازه-گیری خواص فشاری و ریزسختی در دمای محیط نشان داد که با ریز کردن ساختار دانه ها و افزودن نانوذرات (تا 4 درصد)، افزایش قابل توجهی در استحکام تسلیم (پنج برابر) و سختی مس (سه برابر) نسبت به مس با دانه های میکرومتری بدست می آید. ساز و کار های استحکام بخشی در این مواد بر اساس مدل های استحکام بخشی تحلیل شدند. نتایج نشان دادند که مرز دانه ها، بخصوص مرز دانه های زاویه بزرگ، ساز و کار غالب استحکام بخشی در این مواد هستند. در بخش بعدی، نانوکامپوزیت های هیبریدی cu/(sic+cnt) به روش آسیاب مکانیکی و پرس گرم در دمای k 973 ساخته شده و مورد ارزیابی قرار گرفتند. نتایج نشان دادند که توزیع یکنواخت نانولوله های کربنی در حضور نانوذرات sic در اثر آسیاب مکانیکی بدست می آید. استفاده از نانوذرات sic در کنار cnt ها باعث کاهش آهنگ رشد دانه ها در حین فرایند ساخت و در نتیجه ریزتر شدن دانه ها گردید. بررسی خواص مکانیکی نانوکامپوزیت های هیبریدی، افزایش قابل توجه استحکام تسلیم (سه برابر)، مدول یانگ (سی درصد) و سختی (پنجاه درصد) را نسبت به مس خالص نشان داد. بررسی ساز و کار های استحکام بخشی نشان داد که مرز دانه ها، ساز و کار غالب استحکام بخشی در این مواد هستند.