انفجار الکتریکی سیم (EEW)
روش انفجار الکتریکی سیم (Electrical Explosion of Wires: EEW) یکی از روشهای نوین و کارآمد برای تولید نانومواد در محیطهای آبی و گازی است. این روش به دلیل کارایی بالا و قابلیت تولید نانومواد با کیفیت، مورد توجه بسیاری از محققان و صنعتگران قرار گرفته است. این روش میتواند هر سیم رسانا را به نانو ذره تبدیل کند.
در روش EEW، یک جریان الکتریکی بسیار قوی از طریق یک سیم نازک عبور داده میشود. این جریان باعث گرم شدن سریع سیم و در نهایت انفجار آن میشود. در نتیجه این انفجار، ذرات نانومتری از مواد سیم تولید میشوند که میتوانند در محیطهای مختلف پراکنده شوند. در حین انفجار الکتریکی سیم، بین الکترودها یک منطقهی پلاسمایی ایجاد می شود. در این هنگام اتمها به خوشههای اتمی (شامل تعدادی اتم) تبدیل و سپس خوشهها با هم تجمیع شده و نانوذرات (معمولا به شکل کروی) ایجاد می شود.
روش EEW برای تولید نانومواد در محیطهای مختلف کاربرد دارد. این نانومواد میتوانند در صنایع مختلفی مانند الکترونیک، پزشکی، و مواد پیشرفته مورد استفاده قرار گیرند. یکی از کاربردهای عملی روش EEW، تولید نانو کلویید نقره (نانوذرات نقره در محیط آبی) است. این نانوذرات به دلیل خواص ضدباکتریایی و رسانایی بالا، در پزشکی و صنعت الکترونیک مورد استفاده قرار میگیرند.
عوامل متعددی بر اندازه نانومواد تولیدی با استفاده از روش انفجار الکتریکی سیم (EEW) تأثیر میگذارند. برخی از این عوامل شامل:
- قطر سیم
- جریان و ولتاژ اعمالی
- فاصله بین الکترودها
- جنس سیم
- مدت زمان اعمال انرژی
- خلوص مواد سیم
- دما و فشار محیط
این عوامل میتوانند به صورت ترکیبی بر اندازه و توزیع نانوذرات تولیدی تأثیر بگذارند. کنترل دقیق این پارامترها میتواند به تولید نانوذرات با اندازه و خواص مطلوب کمک کند.
اندازه و توزیع اندازه نانوذرات به عوامل ریز وابسته است:
- نوع مواد (نوع سیم)
- طول سیم بین الکترودها
- قطر سیم
- مقدار ولتاژ و جریان بین الکترودها در حین انفجار
“هر ماده رسانا که در قالب سیم باشد میتواند توسط دستگاه EEW به نانوذره تبدیل شود“
مهمترین چالش در تولید نانو با استفاده از EEW وجود سیم مورد نظر برای فلز مورد نظر است. میتوان از سیمهای فلزی خالص، سیمهای آلیاژی فلزی و حتی سیمها/مفتول گرافیتی رسانا استفاده کرد و آنها را به نانوذرات تبدیل نمود.
از جفت سیمها نیز می توان برای تولید آلیاژها استفاده میشوند (انفجار الکتریکی همزمان دو نوع سیم).
محیط انفجار برای دستگاه EEW میتواند شامل:
(i) گاز: گاز میتواند خنثی و همچنین حاوی اکسیژن، نیتروژن و غیره باشد.
(ii) مایع: مایع میتواند آب، روغن، گلیسرول، مایع آلی، هیدروکربنها و غیره باشد (هر نوع مایع عیر الکترولیتی قابل استفاده می باشد).
در محیط گاز خنثی نانوذرات فلزی خالص، در محیط گاز اکسیژن ذرات اکسید فلزی و در محیط گاز نیتروژن نیز ذرات نیترید فلزی تولید خواهد شد.
شرکت PNF دو نوع تجهیزات را بر اساس روش EEW برای تولید نانو کلوئیدهای فلزی و نانو پودرهای فلزی در داخل محفظه مایع (آب یا هر مایع دیگر) یا گاز (بی اثر یا فعال) تولید کرده است. ترکیب فناوری EEW در هر دو محیط گاز و مایع به ما این امکان را می دهد که محصولات خود را با دقت بالا تنظیم کنیم و اطمینان حاصل کنیم نیازها و کاربردهای خاص مشتریان ما را برآورده می شود. محصولات تخصصی ما به شرح زیر است:
- نانو مس در روغن
مس سنتز شده در محیط های روغنی، مانند گلیسرول و روغن موتور، به دلیل وجود ذرات کربن و پوشش روی ذرات مس، پایداری قابل توجهی از خود نشان می دهد. این فاز کربنی توسط پلاسما در محیط هیدروکربنی تولید می شود و کارایی روان کننده حاصل را افزایش می دهد.
- نانو پودرهای فعال Al، Fe (nZVI) و منیزیم (محیط گاز)
نانو پودرهای فعال سنتز شده در یک محیط گازی خواص منحصر به فردی دارا و در کاربردهای مختلف بسیار موثر هستند. این نانوپودرها به دلیل مساحت سطح بالا و ابعاد نانومقیاس، واکنش پذیری و توانایی کاتالیزوری استثنایی از خود نشان می دهند. نانو پودرهای آلومینیوم به ویژه به دلیل قابلیت ذخیره و رهاسازی انرژی مورد توجه قرار می گیرند. آهن (nZVI) به طور گسترده در محیط زیست به دلیل توانایی آن در تجزیه آلاینده ها استفاده می شود، در حالی که نانو پودرهای منیزیم به دلیل خواص مانند وزن سبک و مقاومت بالا در کاربردهای سازه ای ارزشمند هستند. این مواد با هم نشان دهنده پیشرفت قابل توجهی در فناوری نانو هستند و راه حل های نوآورانه ای را در صنایع مختلف ارائه می دهند.
- نانوپودرهای Au، Pd و Pt
نانو پودرهای بسیار خالص طلا (Au)، پالادیوم (Pd) و پلاتین (Pt) را می توان بدون نیاز به واکنش های شیمیایی یا فرآیندهای شستشوی بعدی، به طور موثر به دست آورد. این رویکرد نوآورانه نه تنها کیفیت برتر نانوپودرها را تضمین میکند، بلکه فرآیند تولید را سادهتر کرده و آن را سادهتر و سازگارتر با محیطزیست میکند.
- نانو پودرهای اکسید تانتالیوم و تانتالیوم
اکسید تانتالیوم آمورف، یک ماده کلیدی در کاربردهای مختلف، به راحتی از طریق انفجار الکتریکی سیم (EEW) در یک محیط گازی تولید می شود. این روش به طور کارآمدی تقاضای بازار را برطرف می کند و اکسید تانتالیوم با کیفیت بالا را با خواص مطلوب ارائه می دهد.
- نانو پودرهای مولیبدن و اکسید مولیبدن
مولیبدن و اکسید مولیبدن را می توان به طور موثر از طریق انفجار الکتریکی سیم در یک محیط گاز تولید کرد. این روش بازده و خلوص بالا را تضمین می کند و آن را به یک روش ترجیحی برای به دست آوردن این مواد در کاربردهای مختلف صنعتی تبدیل می کند.
ماده | انفجار الکتریکی سیم (در محیط مایع) | انفجار الکتریکی سیم (در محیط گازی) | الکترولیز غشایی |
مس | ✔ | ✔ | ✔ |
هیدرواکسید نیکل | ✔ | ✔ | |
Ni hydroxide-Ni core-shell | ✔ | ||
اکسید مولیبدن | ✔ | ||
اکسید تنگستن | ✔ | ||
تنگستن | ✔ | ||
طلا | ✔ | ✔ | |
پلاتین | ✔ | ✔ | |
نقره | ✔ | ✔ | ✔ |
آلومینیوم | ✔ |
| |
بوهمیت | ✔ | ✔ | |
اکسید روی | ✔ | ✔ | ✔ |
اکسید تانتالوم | ✔ | ||
آلیاژهای فلزی | ✔ | ✔ |