1- 4-  نانوساختارهای اکسیدروی.. 5

 

 

1- 5-  معرفی فصل‌های آینده 7

 

 

 

 

 

فصل دوم: طبقه بندی و روش‌های سنتر نانو مواد

 

 

 

 

 

2-1-  مقدمه. 9

 

 

2-2-  طبقه‌بندی نانو مواد از نظر ابعاد. 9

 

 

2-2-1- نانو مواد صفر بعدی.. 10

 

 

2-2-2- نانو مواد یک بعدی.. 10

 

 

2-2-3- نانو مواد دو بعدی.. 11

 

 

2-2-4- نانو مواد سه بعدی.. 11

 

 

2-3- روش‌های سنتر عناصر پایه. 12

 

 

2-3-1- روش بالا به پایین.. 13

 

 

2-3-1-1- تغییر شکل‌دهی پلاستیکی شدید  (SPD) 13

 

 

 

 

 

عنوان                                                                                                   صفحه

 

 

 

 

 

2-3-1-2- آسیاب‌های پرانرژی.. 14

 

 

2-3-1-3- لیتوگرافی.. 15

 

 

2-3-1-4- سونش…. 16

 

 

2-3-2- روش پایین به بالا. 16

 

 

2-3-2-1- روش‌های فیزیكی تبخیری.. 19

 

 

2-3-2-1-1-  روش تبخیر گرمایی.. 20

 

 

2-3-2-1- 2- روش تبخیر توسط باریکه‌ی الکترونی.. 21

 

 

2-3-2-1- 3- روش برآرایی توسط باریکه مولکولی (MBE) 23

 

 

2-3-2-1- 4 – روش لیزری پالسی (PLD) 24

 

 

2-3-2-1-5 – روش تبخیر به کمک شعاع یونی (IBAD) 25

 

 

2-3-2-2 – روش کندوپاش…. 26

 

 

2-3-2-2 – 1- روش کندوپاش با جریان مستقیم (DC) 27

 

 

2-3-2-2 -2- روش کندوپاش با امواج رادیویی (RF) 28

 

 

2-3-2-2 -3- روش کندوپاش با شتابدهنده مغناطیسی.. 29

 

 

2-3-2-3- روش چرخشی ( اسپینی ) 30

 

 

2-3-2-4-  سل –  ژل.. 30

 

 

2-3-2-5- هیدروترمال.. 32

 

 

2-3-2-6- آندایزکردن.. 32

 

 

 

2-3-2-7- روش صفحه گذاری.. 33

 

 

2-3-2-7- 1- روش صفحه گذاری با الکتریسیته ( الکترولیز ) 33

 

 

2-3-2-7- 2- صفحه گذاری بدون الکتریسیته. 34

 

 

2-3-2-8-  روش‌های شیمیایی تبخیری.. 35

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

عنوان                                                                                                   صفحه

 

 

 

 

 

 

 

 

فصل سوم: خواص و ویژگی­های نیمه‌رساناها

 

 

 

 

 

3-1 –  مقدمه. 38

 

 

3-2 –  خواص اساسی نیمه‌رساناها 39

 

 

3-2-1- ساختار نواری.. 39

 

 

3-2-2- گاف نواری مستقیم و غیرمستقیم در نیمه‌رساناها 40

 

 

3-2-3- انتقال حامل در نیمه‌رسانا 41

 

 

3-3 –  اکسید روی.. 44

 

 

3-3-1- ساختار بلوری اکسید روی.. 46

 

 

3-3-2- خواص مهم اکسید روی.. 50

 

 

3-4-  روش‌های ساخت نانوساختارهای اکسید روی.. 51

 

 

3-4-1- ساخت نانوسیم‌‌های اکسید روی.. 52

 

 

3-4-1- 1-  رشد فاز بخار 52

 

 

3-4-1- 2-  رشد فاز مایع.. 53

 

 

الف – روش هیدروترمال.. 53

 

 

الف – 1- تأثیر روش ‌بذر گذاری بر روش هیدروترمال.. 55

 

 

الف – 2-  تأثیر مدت زمان رشد بر روش هیدروترمال.. 57

 

 

الف – 3- تأثیر PH  محلول اولیه بر روش هیدروترمال.. 58

 

 

الف – 4- تأثیر جنس زیرلایه بر روش هیدروترمال.. 59

 

 

الف – 5- تأثیر دمای رشد بر روش هیدروترمال.. 59

 

 

الف – 6- تأثیر مواد افزودنی بر روش هیدروترمال.. 60

 

 

الف – 7- تأثیر HTMA  در شکل‌گیری نانوسیم‌ها در روش هیدروترمال.. 60

 

 

الف -8- تأثیر عوامل دیگر بر روش هیدروترمال.. 61

 

 

ب –  سایر روش‌های سنتز فاز محلول.. 61

 

 

3-4-2- ساخت نانوحفره‌‌‌های اکسید‌روی.. 62

 

 

عنوان                                                                                                   صفحه

 

 

 

 

 

 

 

 

3-4-2- 1-  ساخت به روش سلول الکتروشیمیایی 52

 

 

 

 

 

فصل چهارم: کاربردهای اکسیدروی

 

 

 

 

 

4-1 –  مقدمه. 69

 

 

4-2 –  حسگرها 70

 

 

4-2-1-حسگرگازی.. 70

 

 

4-2-2- زیست‌حسگرها 71

 

 

4-3 – خاصیت فوتو‌كاتالیستی.. 71

 

 

4-4 –  سلول‌های خورشیدی رنگدانه‌ای.. 72

 

 

4-4-1- اجزای تشکیل دهنده‌ی سلول خورشیدی حساس شده به رنگدانه. 73

 

 

4-4-1-1-  زیرلایه. 73

 

 

4-4-1-2-  فوتو آند. 74

 

 

4-4-1-3-  الکترولیت… 74

 

 

4-4-1-4- الکترود شمارشگر (کاتد) 75

 

 

4-4-1-5-  جاذب نور 75

 

 

4-4-2- اصول عملکرد سلول خورشیدی رنگدانه‌ای.. 76

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

فصل پنجم: تولید نانو ساختارهای ترکیبی اکسید روی

 

 

 

 

 

5-1 –  مقدمه. 78

 

 

5-2- تمیزکاری.. 77

 

 

5-3- تولید نانو ساختارهای ترکیبی اکسید روی.. 79

 

 

 

 

 

عنوان                                                                                                   صفحه

 

 

 

 

 

5-3-1- رشد نانوسیم اکسیدروی بر روی نانوحفره اکسیدروی.. 80

 

 

5-3-1-1- تولید نانوحفره 80

 

 

5-3-1-2- تولید نانوسیم.. 81

 

 

5-3-1-2- 1- تولید پوشش دانه‌ای.. 82

 

 

5-3-1-2- 2- رشد آرایه‌های نانو‌سیمی به روش هیدروترمال.. 82

 

 

5-3-1-3- بررسی اثر ولتاژ بر روی شکل‌گیری نانوساختارها 85

 

 

5-3-2- رشد نانوحفره‌ها بر روی لایه نازک از نانوسیم اکسیدروی.. 87

 

 

5-4- ساختار بلوری.. …………89

 

 

5-5- بررسی خواص نوری.. 90

 

 

5-6 –  ساخت سلول خورشیدی حساس شده به رنگدانه. 93

 

 

5-6-1- آماده‌ سازی الکترود کار در سلول خورشیدی رنگدانه‌ای.. 39

 

 

5-6-2- آماده‌ سازی الکترود مقابل در سلول خورشیدی رنگدانه‌ای.. 93

 

 

5-6-3- آماده‌ سازی الکترولیت در سلول خورشیدی رنگدانه‌ای.. 93

 

 

5-6-4- بستن سلول خورشیدی رنگدانه‌ای.. 94

 

 

5-6-5- مشخصه‌یابی سلول‌ خورشیدی رنگدانه‌ای.. 94

 

 

 

 

 

 

 

 

فصل ششم: نتیجه گیری و پیشنهادات………………………………………………………………..96

 

 

 

 

 

مراجع………………………………………………………………………………………………………………………………………..100

 

 

 

 

 

 

 

 

چکیده و صفحه عنوان به انگلیسی

 

 

 

 

 

 

 

 

فهرست جدول­ها

 

 

 

 

 

 

 

 

عنوان                                                                                                                      صفحه

 

 

 

 

 

جدول (3-1) خواص مهم اکسید روی .. 50

 

 

جدول (3-2) قطر و طول نانومیله‌های اکسیدروی متناسب با ضخامت لایه بذرگذاری شده. 56

 

 

جدول (3-3) میانگین قطر نانوسیم‌ها در زمان‌های مختلف .. 58

 

 

عنوان                                                                                                                          صفحه   

 

 

 

 

 

شکل (2-1) مقایسه روش بالا به پایین و روش پایین به بالاتولید نانو ذرات……………………………………..12

 

 

شکل (2-2)  نمودار درختی روشها­ی فیزیکی لایه­نشانی …………………………………………………………………..18

 

 

شکل (2-3) نمودار درختی روشها­ی شیمیایی لایه­نشانی…………………………………………………………………..19

 

 

شکل (2-4) طرحواره‌ای از روش لایه‌نشانی تبخیری ………………………………………………………………………..21

 

 

شکل (2-5) طرحواره‌ای از دستگاه لایه نشانی تبخیری به کمک باریکه الکترونی……………………………22

 

 

شکل (2-6)  طرحواره‌ای از لایه­گذاری منظم پرتوی مولکولی……………………………………………………………23

 

 

شکل (2-7) طرحواره‌ای از از دستگاه لایه نشانی لیزری پالسی ………………………………………………………..24

 

 

شکل (2-8) طرحواره‌ای از از لایه‌نشانی به روش کند­و­پاش ………………………………………………………………26

 

 

شکل (2-9) طرحواره‌ای از دستگاه لایه‌نشانی کندوپاش       RF………………………………………………… 28

 

 

شکل (2-10)  طرحواره‌ای از روش لایه‌نشانی سل – ژل …………………………………………………………………36

 

 

شکل (3-1) نحوه قرارگیری ترازها، نوارها و گاف انرژی…………………………………………………………………….40

 

 

شکل (3-2) ساختار بلوری اکسید روی……………………………………………………………………………………………….46

 

 

شکل (3-3) ساختار ورتسایت اکسید روی …………………………………………………………………………………………48

 

 

شکل (3-4) ساختارهای مختلف اکسید روی ……………………………………………………………………………………51

 

 

شکل (3-5) طرح واره ای از بذر گذاری استات روی بر روی بستر شیشه با لایه نشانی                                       چرخشی …………………………………………………………………………………………………………………………57

 

 

شکل (3-6) تصویری از یک سلول الکتروشیمیایی را برای رسوب دادن یک فلز، روی یک

 

 

الکترود جامد ……………………………………………………………………………………………………………………62

 

 

عنوان                                                                                                                          صفحه   

 

 

 

 

 

شکل (3-7) طرحواره‌ای از یک دستگاه پتانسیواستات با سل الکتروشیمیایی که با دو امپدانس       جایگزین شده است ……………………………………………………………………………………………………….67

 

 

شکل (3-8) سلول الکتروشیمیایی سه الکترودی با منبع تغذیه………………………………………………………..67

 

 

شکل (4-1) طرحواره و نحوه عملکرد سلول‌های خورشیدی رنگدانه‌ای…………………………………………….76

 

 

شکل (5-1) شستشوی زیرلایه با استفاده از التراسونیک …………………………………………………………………..79

 

 

شکل (5-2) تصویر SEM   از رشد نانو ساختارهای اکسید روی …………………………………………………….81

 

 

شکل (5-3) طرحواره‌ی راکتور طراحی شده جهت روش هیدروترمال………………………………………………83

 

 

شکل (5-4) سامانه استفاده شده برای رشد آرایه‌های نانوسیمی، به روش هیدروترمال……………………83

 

 

شکل (5-5) تصویر SEM از رشد نانو ساختارهای اکسید روی در مرحله ی هیدروترمال………………83

 

 

شکل (5-6) تصویر SEM   از رشد نانو ساختارهای اکسید روی در مرحله ی هیدروترمال بر روی       زیرلایه صاف  و خام FTO……………………………………………………………………………………………84

 

 

شکل (5-7) نانوپروس‌های تولید شده توسط الکتروانباشت  الف) در ولتاژ 0.5 ولت، ب) در   ولتاژ 1.0   ولت، ج) در ولتاژ 1.5ولت و د) در ولتاژ  2.0ولت  ……………………………………………………….85

 

 

شکل (5-8) نانومیله‌ها و نانوکلوخه‌های شکل گرفته بر روی زیرلایه‌های تولید شده به روش الکتروانباشت در  الف) ولتاژ 5/0 ولت، ب)  ولتاژ 1.0 ولت ج)  ولتاژ  5/1 ولت  و د) ولتاژ 2.0 ولت………………………………………………………………………………………………………………….86

 

 

شکل (5-9) تصویرSEM  از رشد نانو ساختارهای اکسید روی که بصورت نانومیله هستند در

 

 

مرحله‌ی هیدروترمال………………………………………………………………………………………………………….87

 

 

شکل (5-10) تصویر SEM   از رشد نانو ساختارهای اکسید روی در مرحله ی الکتروانباشت

 

 

الف) در ولتاژ 0.5 ولت، ب)  در ولتاژ 1.0 ولت  ج)  در ولتاژ  1.5 ولت

 

 

و د) در ولتاژ 2.0 ولت ………………………………………………………………………………………………..88

 

 

 

 

 

 

1-2-1        مدل های گسسته………………………………………………………………………………………………………………..13

 

 

1-2-1-1     مدل انباشت تصادفی…………………………………………………………………………………………………………………13

 

 

1-2-1-2     مدل انباشت تصادفی با واهلش سطحی …………………………………………………………………………………..15

 

 

1-2-1-3     مدل انباشت پرتابی……………………………………………………………………………………………………………………17

 

 

1-2-1-4     مدل جامد روی جامد محدود شده……………………………………………………………………………………………18

 

 

1-2-2        مدل های پیوسته…………………………………………………………………………………………………………………19

 

 

1-2-2-1     معادله­ی ادوارد-ویلکینسون……………………………………………………………………………………………………..20

 

 

1-2-2-2     معادله­ی کاردر-پاریزی-ژانگ…………………………………………………………………………………………………..21

 

 

1-3       فرآیند شبیه سازی رشد سطوح توسط نشست بالستیکی ذرات میله ای شکل………………22

 

 

فصل 2     بررسی مسئله رسانش متناوب در جامدات بی نظم……………………………………….25

 

 

2-1       رسانش متناوب………………………………………………………………………………………………………………….25

 

 

2-1-1        عمومیت رسانش متناوب در جامدات بی نظم…………………………………………………………………….26

 

 

2-2       مدل ماکروسکوپیک…………………………………………………………………………………………………………..30

 

 

2-2-1        بدست آوردن رسانندگی مؤثر وابسته به فرکانس بارهای آزاد……………………………………………32

 

 

2-3       گسسته سازی معادله ی رسانش با استفاده از روش حجم محدود………………………………….34

 

 

2-4       دستگاه های خطی اسپارس………………………………………………………………………………………………37

 

 

فصل 3     نتایج عددی………………………………………………………………………………………………42

 

 

3-1       بررسی نماهای مقیاسی سطوح رشد یافته توسط نشست ذرات خطی…………………………….42

 

 

3-1-1        نشست ذرات یکسان…………………………………………………………………………………………………………….42

 

 

3-1-2        نشست ذرات با اندازه های متفاوت……………………………………………………………………………………..46

 

 

3-2       تخلخل……………………………………………………………………………………………………………………………….47

 

 

3-3       رسانندگی مؤثر………………………………………………………………………………………………………………….49

 

 

3-3-1        نحوه ی توزیع پتانسیل در سطوح بر اساس تغییر فرکانس………………………………………………..50

 

 

3-3-2        بررسی تحول زمانی رسانندگی بارهای آزاد در طی فرآیند رشد سطوح…………………………….50

 

 

3-3-3        بررسی  وابستگی رسانندگی مؤثر به اندازه ی ذرات…………………………………………………………..55

 

 

3-3-4        بررسی رابطه ی  تخلخل و رسانندگی…………………………………………………………………………………57

 

 

3-3-5        رابطه ی رسانندگی مؤثر بارهای آزاد با  فرکانس……………………………………………………………….58

 

 

61

 

 

پیشنهادات…………………………………………………………………………………………………………….. 62

 

 

مقالات ارائه شده……………………………………………………………………………………………………...63

 

 

مراجع……………………………………………………………………………………………………………………..64

 

 

فهرست شکل‌‌ها

 

 

عنوان                                                                                                                         صفحه

 

 

شکل ‏1‑1: نمودار  زبری بر حسب زمان در حالت کلی. 8

 

 

. 9

 

 

 

10

 

 

13

 

 

15

 

 

15

 

 

16

 

 

. 17

 

 

18

 

 

19

 

 

23

 

 

23

 

 

.. 24

 

 

28

 

 

32

 

 

35

 

 

38

 

 

38

 

 

39

 

 

43

 

 

44

 

 

45

 

 

46

 

 

48

 

 

49

 

 

……. 51

 

 

53

 

 

54

 

 

55

 

 

56

 

 

57

 

 

58

 

 

. 59

 

 

60

 

 

60

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

فهرست جدول­ها

 

 

عنوان                                                                                                                          صفحه

 

 

جدول 3-1: نماهای مقیاسی رشد و زبری برای سطوح رشد یافته از نسشت ذرات خطی یکسان بر روی زیر لایه­ای با طول . نتایج ارائه شده به ازای 200 بار میانگین گیری می­باشد و میانگین خطای کلیه­ی داده­ها از مرتبه­ی  وکوچکتر از آن است………………………………………………………………………………………………………………………………………45

 

 

جدول3-2: نماهای رشد و زبری سطوح رشد یافته از نشست ذرات با طول­های متفاوت برای زیر    لایه­ای با طول . میانگین خطای کلیه­ی داده­ها از مرتبه­ی   و کوچکتر از آن  می­باشد………………………………………………………………………………………………………………………47

 

 

مقدمه

 

 

مطالعه­ی فرآیند رشد و ساختار سطح کاربردهای عملی فراوانی در علوم و تکنولوژی دارد و بخش عمده ای از فیزیک حالت جامد و علم مواد را تشکیل می­دهد. در واقع اکثر خواص مواد به ساختار و نحوه شکل گیری آنها وابسته است. فرآیندهای رشد سطح نه تنها در گستره­ی وسیعی از کاربردهای فیزیکی بلکه در شیمی، بیولوژی و علوم مهندسی نیز نقش مهمی را ایفا می کند. از این رو تا کنون تحقیقات فراوانی مبتنی بر روشهای عددی و یا تحلیلی برای بررسی خواص گوناگون فرآیندهای رشد سطح صورت گرفته است[[i]و[ii]].

 

 

در واقع شکل گیری سطوح می­تواند ناشی از فرآیندهای متفاوتی باشد. برخی سطوح در نتیجه­­ی حرکت و گسترش فصل مشترک[1] ایجاد شده از شارش سیال در محیط های ناهمگن یا بی نظم شکل می گیرند که بطور مثال به سطوح حاصل از پیشروی آب یا جوهر در کاغذ می­توان اشاره کرد. برخی دیگر از سطوح در اثر کاهش ذرات بوجود می آیند، مانند سطوحی که در اثر  فرسایش، خوردگی و یا پوسیدگی ایجاد می­شوند[[iii]]. سطوحی نیز در اثر اضافه شدن ذرات رشد می کنند مانند باکتریها، تومورها و بافتهای بیولوژیکی [3و[iv]] و یکی از مهمترین سطوحی که توسط فرآیندهای رشد شکل    می­گیرند، لایه های نازک هستند که از انباشت های اتمی حاصل می شوند[5-8] و بدلیل خواص ویژه­ای که دارند کاربردهای فراوانی در علوم و تکنولوژی دارند.

 

 

همگی این سطوح در طی فرآیند رشد، زبر یا ناهموار می­شوند که این ویژگی ناشی از ماهیت تصادفی فرآیند رشد می باشد که نقشی اساسی در شکل­گیری نهایی سطح مشترک دارد. لازم به ذکر است که منشأ این تصادف بستگی به فرآیند رشد مورد مطالعه دارد. بعنوان مثال درمورد پیشروی آب یا جوهر در کاغذ، منشأ این تصادف طبیعت بی‌نظم محیطی است که  فصل مشترک درآن گسترش می­یابد و در فرآیند انباشت اتمی، تصادفی بودن مکان­­هایی که شار ذرات فرودی در بازه­های زمانی نامعین تصادفی به آنها می رسند و همچنین حرکت براونی [2]ذرات روی سطح در طی فرآیند پخش سطحی مسئول این ماهیت تصادفی است.

 

 

زبری سطوح روی خواص آن اثر می­گذارد. بعنوان مثال زبری در خواص اپتیکی لایه­های نازک و پراکندگی مؤثر از این لایه­ها نقش مهمی بر عهده دارد[9]، همچنین در چسبندگی لایه­ها به یکدیگر و اصطکاک آنها و یا خاصیت الکتریکی لایه­ها مؤثر است[10-12].

 

 

در مطالعه­ی فرآیندهای رشد علاوه بر ساختار نهایی سطح، دینامیک رشد یعنی تحول زمانی سطح نیز از اهمیت زیادی برخوردار است. در حقیقت بررسی تحول ناهمواری یا زبری سطح در طی پدیده­ی رشد می­تواند کمک بسزایی در فهم و کنترل این پدیده داشته باشد و از لحاظ کاربردی مهم باشد[13-15].

 

 

یکی از مفاهیم مدرنی که برای مطالعه­ی دینامیک زبری مورد استفاده قرار می­گیرد مقیاس بندی[3] است. در واقع بسیاری از کمیت­های قابل اندازه­گیری از روابط مقیاس بندی[4] ساده­ای تبعیت می­کنند. بعنوان مثال برای تعداد زیادی از سیستم­ها پهنای فصل مشترک با توانی از زمان افزایش می­یابد و در یک مقدار معین اشباع می­شود که این مقدار بصورت یک قانون توانی با سایز سیستم افزایش می یابد.

 

 

 

 

• مقدمه­ای بر پیل­های سوختی……………… 12

 

 

• الکترودهای اصلاح شده و فرایند الکتروکاتالیزور.. 15

 

 

• انواع کاتالیزورهای مورد استفاده در الکترواکسیداسیون آندی متانول…………………………….. 18

   

  • الکتروکاتالیزورهای متانول در محیط اسیدی……………….. 18

   

   

 

 

1-7-2. الکتروکاتالیزورهای متانول در محیط قلیایی 18

 

 

 

• اندازه­گیری الکتروشیمیایی…………….. 19

 

 

• هدف از پژوهش……………………….. 19

 

 

فصل دوم – ادبیات و پیشینه تحقیق

 

 

 

• تاریخچه­ی پیل سوختی………………….. 21

 

 

• مروری بر تحقیقات الکتروکاتالیزوری…….. 22

 

 

• تاریخچه­ی مواد غربال­های مولکولی……….. 23

   

  • زئولیت­های آلومینو سیلیکاتی و غربال­های مولکولی سیلیسی…… 23

   

   

 

 

فصل سوم – روش تحقیق

 

 

 

• مواد اولیه و تجهیزات آزمایشگاهی………. 30

   

  • مواد اولیه 30

   

   

  • تجهیزات آزمایشگاهی…………………………………. 32

     

    • دستگاه پتانسیواستات/گالوانواستات……….. 32

     

     

   

   

  • سنتز و ساخت………………………… 33

     

    • سنتز نانو سیلیکوآلومینوفسفات…………………. 33

     

     

    • ﺳﺎﺧﺖ اﻟﻜﺘﺮوﻛﺎﺗﺎﻟﻴزور……………………. 34

     

     

   

   

  • روش ارزیابی عملکرد الکتروکاتالیزوری…… 35

     

    • مقایسه الکترود مربوطه با الکترود خمیر کربن…………. 36

     

     

   

   

 

 

فصل چهارم – محاسبات و یافته­های تحقیق

 

 

 

 

 

 

 

•  

  • تعیین خصوصیات کاتالیزور­های سنتزی……… 39

     

    • آنالیز XRD 39

     

     

    • آنالیز FESEM 40

     

     

    • آنالیز FTIR 42

     

     

   

   

  • ارزیابی عملکرد الکتروکاتالیزورها……… 44

     

    • آنالیز الکتروشیمی الکترودهای اصلاح شده………………… 47

     

     

    • اکسیداسیون الکترولیت متانول در سطح الکترود اصلاح شده 54

    • 

    •  

     

     

    • ارزیابی کرنوآمپرومتری……………………… 58

     

     

   

   

  • بررسی عملکرد و پایداری الکترود Ni-SAPO/CPE. 63

   

   

 

 

فصل پنجم – نتیجه گیری و پیشنهادات

 

 

 

• غربال مولکولی کریستال نانو سیلیکوآلومینوفسفات. 66

 

 

• الکترود اصلاح شده با نانوسیلیکوآلومینوفسفات سنتز شده 66

 

 

• پیشنهادات……………………………………………………………………………… 67

 

 

پیوست – منابع و ماخذ…………………….. 68
چکیده انگلیسی…………………………… 72


 
فهرست شكل‌ها
 
شکل1-1: واحدهای TO₄ در غربال مولکولی­های زئولیتی و آلومینوفسفاتی…………………………….    3
شکل 1-2: ساختار اتمی شبکه­های CHA(a), MFI(b), AFI©, DON(d)…………………………….     5
شکل1-3: روش سنتز قالبی و قالب­های رایج در آن: 1. تک مولکول، 2. مولکول دوگانه دوست (دارای یک رشته‌ی آلی چربی دوست (قرمز) و یک سر آب دوست (آبی): Amphiphile))و 3. مایسل (خوشه­ای از مولکول های دوگانه-دوست: Micelle)) و 4. مواد پیچیده­تر، 5. یک ساختار کروی، 6. دسته­ای از ساختارهای کروی……………………………….     9
شکل 3-1: نمایی از نحوه­ی فعالیت پتاسیواستات…………………………………………………………….. 32
شکل 4-1: الگوی XRD غربال مولکولی نانوساختار SAPO………………………………………………. 39
شکل 4-2: الگوی XRDغربال مولکولی نانوساختار NiSAPO……………………………………………. 40
شکل 4-3: تصویر SEM غربال مولکولی نانوساختار SAPO………………………………………………. 41
شکل 4-4: تصویر SEM غربال مولکولی نانوساختار NiSAPO……………………………………………   42
شکل 4-5: آنالیز FTIR  غربال مولکولی نانو ساختار SAPO ……………………………………………..   43
شکل 4-6: آنالیز FTIR کاتالیزور  نیکل SAPO………………………………………………………………   43
شکل 4-7: ولتامتری چرخه­ای الکترود الف CPE و  ب الکترود اصلاح شده 25%SAPO/CPE  در محلولmM  10 پتاسیم فری سیانید وM 1/0  KCl با سرعت اسکنmV/S   20 و pH=7……………………44
شکل4-8: ولتامتری چرخه­ای الکترود SAPO/CPE  25% در محلول  در محلولmM  10 پتاسیم فری سیانید وM 1/0  KCl در سرعت اسکن­های بالاتر از 350 میلی ولت برثانیه و شکل الحاقی در سرعت اسکن­های کمتر از 350 در همان شرایط………………………………………………………………………………………..45
شکل 4-9 :شکل  برحسب  برای ولتامتری چرخه­ای اکسیداسیون K₄Fe(CN)₆ در صفحه­ی  (b)SAPO/CPE و (a)  CPE با سرعت اسکن­های مختلف……………………………………………………………..47
شکل 4-10: ولتامتری چرخه­ای الکترود (a)CPE و الکترود SAPO/CPE 25% (b) بعد از قرارگرفتن در محلول 1_/0  مولار نیکل کلراید و به همراه ولتامتری چرخه­ای قبل از گذاشتن الکترودها در محلول 1_/0 مولار نیکل کلراید…………………………………………………………………………………………………………………….48
شکل4-11: مقایسه­ی شدت جریان پیک آندی الکترودهای اصلاح شده در حضور و در غیاب متانول…..49
شکل 4-12: a چرخه ولتامتری Ni/NSAPO/CPE  در سرعت اسکن­های  کمتر از 300میلی­ولت بر ثانیه در محلول  1_/0  مولار  NaOH  . b شکل E_p  بر حسب Log υ  برای  پیک­های آندی (a)  و کاتدی (b) ولتامتری چرخه­ای نمایش داده شده در قسمت a . c  وابستگی جریان­های پیک­های آندی و کاتدی  به سرعت اسکن در سرعت اسکن­های کمتر(5 تا 75 میلی­ولت بر ثانیه).  d شکل  جریان­های پیک­های آندی و کاتدی بر حسب ^2/1υ  برای سرعت اسکن­های بالاتر از  75 میلی­ولت بر ثانیه………………………………….50
شکل 4-13: ولتامتری چرخه­ای  Ni/NSAPO/CPE  در محلول NaOH 1_/0 مولار الف در حضور  متانول 01_/0مولار و   ب غیاب متانول….…………………………..…………………………………….54
شکل 4-14: (a)   شکل I_pa بر حسب υ و (b)  I_pa برحسب ^2/1υ  داده­های استخراج شده ولتامتری چرخه_­­ای الکترود Ni-SAPO/CPE در حضور متانول با غلظت 005/0 در محلول 1/0  مولار NaOH در سرعت اسکن­های مختلف. ©  تغییرات log(I_pa) بر حسب log υو (d)  شکل تغییرات ^2/1υ /I_pa  برحسب …υ..56
شکل 4-15: تغییرات نرخ  I_pa/I_pc  برای Ni-SAPO/CPE نسبت به سرعت اسکن در محلول NaOH 1_/0 مولار  ▲در غیاب متانول ■ در حضور متانول با غلظت 005_/0 مولار…………………………………………….58
شکل 4-16: منحنی تافل و منحنی الحاقی ولتامتری چرخه­ای الکترود اصلاحی در محلول NaOH  1_/0 مولار و در حضور متانول با غلظت 005_/0 مولار با سرعت اسکن mV/s 20………………………………………58
شکل4-17:  a  کرنوآمپرومتری دوپله­ای الکترود Ni/NSAPO/CPE  در محلول NaOH 1_/0  مولار باغلظتهای  0، 0015_/0، 003_/0، 01_/0 مولار متانول (گام­های پتانسیل به ترتیب 7_/0 و 3_/0 بر حسب Ag/AgCl/KCl )   b  منحنی جریان بر حسب زمان در I غیاب متانول و II حضور متانول c  وابستگی  به  از روی داده­های کرنوآمپرومتریc  وابستگی جریان به  از داده­های کرنوآمپرومتریd  وابستگی نرمال شده­ی شکلc  به غلظت متانول………………………………………………………………………………………..59
شکل 4-18: نمایش رفتار نمایی کرنوآمپرومتری الکترود  Ni/NSAPO/CPE در مقابل الکترود  CPE….61
شکل 4-19: تصویرSEM  a) الکترود خمیر کربن b) الکترود خمیرکربن اصلاح شده با SAPO %25w/w  c) الکترود خمیرکربن اصلاح شده با SAPO بعد از لود شدن در محلول نیکل کلراید 1/0مولار…………….63
فهرست جداول
 
جدول 1-1: مثال­هایی از زئولیت­های کوچک، متوسط، بزرگ حفره……………………………………………………….. 5
جدول 2-1: کشف­ها و پیشرفت­های اصلی در زمینه­ مواد غربال کننده­ی مولکولی در طی این دوره                   23
جدول 2-2: سیر تکامل زئولیت­های آلومینوسیلیکاتی از دهه­ی 1950 تا دهه­ی 1970………………. 24
جدول 4-1: جدول محاسبات k_s  از طریق معادله (5) و شکل b4 برای mV 200<E∆…………………. 52
جدول 4-2: محاسبه مقدار k_cat……………………………………………………………………………………………………………………. 60
جدول 4-3: مقایسه­ی ثابت نرخ کاتالیزوری (k_cat) برخی از الکترودهای اصلاحی در اکسیداسیون متانول.61
مروری کلی بر غربال مولکولی سیلیکوآلومینوفسفات
نزدیک به شش دهه است که پیشرفت­های تاریخی در مورد غربال­های مولکولی صورت گرفته است. این پیشرفت­ها از غربال­مولکولی­های آلومینوسیلیکاتی شروع شده و به مواد آمورف سیلیسی با تخلخل­های میکرونی[2]، پلی­مورف­­های[3] بر پایه­­ی آلومینوفسفات، کامپوزیت­های متالوسیلیکات و متالوفسفات، چارچوب­های هشت وجهی – چهاروجهی، غربال­های مولکولی متخلخل مزو و اخیراً به چارچوب­های آلی فلزی  هیبریدی رسیده است ]1[.
امروزه سنتز کاتالیزورهای زئولیتی با اندازه نانو مورد توجه محققان می­باشد ]4-2[. سیلیکوآلومینو فسفات (SAPO) ازجمله زئولیت­هایی است که به خاطر خاصیت کاتالیزور اسیدی، می­تواند به عنوان غشا یا جاذب در فرایندهای جذب سطحی یا الگویی برای تولید سایر مواد نانو ساختار یا برای مواد پتروشیمی به کار گرفته شود ]7-5[. سیلیکوآلومینوفسفات­ها محتوی یک شبکه بلوری متخلخل سه بعدی است که در چارچوب ساختاری  SiO_{2 ,} AlO₂و PO₂  یا PO₄ به شکل واحدهایی در گوشه های چهارضلعی قرار دارند. به عنوان منبع فسفر می­توان از ترکیبات گوناگونی شامل فسفریک اسید، فسفات آلی مانند تری­اتیل­فسفات و آلومینوفسفات استفاده نمود. در واحدهای چهارضلعی AlO₂ از ترکیبات گوناگونی شامل آلومینیوم آلکوکسایدهایی از جمله آلومینیوم­ایزوپروپوکسید، آلومینیو­فسفات­ها، آلومینیوهیدروکسید، سدیم­آلومینیت و سودوبوهمیت می­توان استفاده نمود. به عنوان منبع سیلیسیم، در واحدهای چهارضلعیSiO₂ ، نیز از ترکیبات گوناگونی شامل پودرهای سیلیکا و سیلیکون آلکوکساید مانند تترااتیل ارتوسیلیکات می­توان استفاده کرد ]8[.
زئولیت­ها، با خاصیت غربال مولکولی دارای کاربرد گسترده­ای در صنایع ازجمله کاتالیزور، جاذب و مبادله­گرهای یونی می­باشند. آن­ها کریستال­های آلومینوسیلیکاته با شبکه­ی سه بعدی هستند که دارای حفراتی در ابعاد مولکولی می­باشند. این حفرات از حلقه­های متصل به هم در یک شبکه از اکسیژن و اتم‌های چهاروجهی مانند Si و یا Al (شکل 1-1) تشکیل شده­اند. Si و Al در شبکه زئولیتی می­توانند با دیگر عناصر جایگزین گردد]1[. از این عناصر می­توان به آهن، ژرمانیوم  و نیکل اشاره کرد. هر اتم چهاروجهی به چهار اتم اکسیژن متصل می­گردد و هر اتم اکسیژن نیز به دو اتم چهار وجهی متصل می­شود. با افزودن عناصر واسطه مواردی نظیر مساحت، BET و خاصیت اسیدی تغییر می­کند.
برای اتم­های چهار وجهی چهار ظرفیتی مانند سیلیسیم و ژرمانیوم ساختار شبکه بطور طبیعی باردار خواهد شد و این در حالی است که اتم­های چهار وجهی سه ظرفیتی مانند آلومینیوم احتیاج به کاتیون­های متعادل کننده مانند Na⁺ یا H⁺ دارند. این کاتیون­های عضو شبکه زئولیتی نیستند و در کانال­ها جایگزین می­شوند] 9[. حضور عناصر دیگر به جای عناصر Si و Al در ساختار یک زئولیت بر روی اندازه حفرات، آب دوستی یا آب گریزی، مقاومت شیمیایی در برابر اسید و دیگر خواص زئولیت اثر خواهد گذاشت ]10[.
شکل 1-1 واحدهای TO₄ در غربال مولکولی­های زئولیتی و آلومینوفسفاتی ‍
 
زئولیت­ها براساس ساختار شبکه خود با یک کد شناسه سه حرفی که توسط انجمن بین­المللی زئولیت [5](IZA) مشخص شده است، شناخته می­شوند. تمام زئولیت­ها دارای حفراتی هستند که دارای قطر مشخصی می­باشند. این قطر از 3 انگستروم (زئولیت­های کوچک حفره) تا بزرگتر از 1 نانومتر (زئولیت­های بزرگ حفره) متغیر است ]11[. زئولیت­های متوسط حفره دارای 10 عضو در حلقه (7_/0 تا  8_/0 نانومتر) و فوق بزرگ دارای 14 عضو در حلقه می­باشند. مثال­هایی از این موارد در شکل 1-2 و جدول 1-1 ارائه شده است.
بعضی از زئولیت­ها دارای سیستم کانال­های 3 بعدی می­باشد که این سیستم در تمام جهات محورهای بلوری گسترده شده است. درحالی که دیگر زئولیت­ها دارای سیستم کانال­های یک یا دو بعدی هستند.
غربال­های مولکولی آلومینوفسفات (AlPO-n) و سیلیکوآلومینوفسفات (SAPO-n) مواد کریستالی کوچک حفره می­باشند ]12[. اگر ساختار چهاروجهی شامل آلومینیوم و فسفر با نسبت  Al/P=1 باشد شبکه خنثی خواهد بود. زمانی که بخشی از P⁵⁺  با Si^4- جایگزین شود، یک شبکه آنیونی حاصل خواهد شد و کاتیون­های مازاد شبکه باید در تعادل بار با شبکه قرار گیرند.

 

1-11- پلیمرهای حاوی واحدهای بای نفتیل ……………………………………………………………………………………..27

 

 

1-12- هدف پژوهش جاری…………………………………………………………………………………………………………….38

 

 

فصل دوم: بخش تجربی …………………………………………………………………………………………………………………39

 

 

2-1- مواد شیمیایی …………………………………………………………………………………………………………………………40

 

 

2-2- دستگاهوری…………………………………………………………………………………………………………………………..40

 

 

2-3- سنتز مونومر…………………………………………………………………………………………………………………………..41

 

 

2-3-1- سنتز 2،΄2- بیس(4- تری­فلوئورومتیل-2-نیتروفنوکسی)-1،΄1- بای­نفتیل(FNPBN)……………….41

 

 

3-3-2- سنتز 2،′2- بیس(2- آمینو-4- تری­فلوﺋورو­متیل­فنوکسی)- 1،′1- بای­نفتیل AFPBN))……………..42

 

 

2-4- سنتز پلیمرها…………………………………………………………………………………………………………………………..43

 

 

2-5- تعیین گرانروی درونی محلول پلیمرها……………………………………………………………………………………….44

 

 

2-6- تعیین حل پذیری پلیمرها…………………………………………………………………………………………………………45

 

 

2-7- سایر آنالیزها…………………………………………………………………………………………………………………………..45

 

 

فصل سوم :بحث و نتیجه­گیری………………………………………………………………………………………………………..46

 

 

3-1- سنتز مونومر………………………………………………………………………………………………………………….47

 

 

3-1-1- سنتز 2،´2- بیس(4-تری­ فلوﺋورو­متیل-2- نیتروفنوکسی)-­1،´1- بای­نفتیل (FNPBN)…………….47

 

 

‏3-1-2- سنتز 2،′2- بیس(2- آمینو-4- تری­فلوﺋورو­متیل­فنوکسی)- 1،′1- بای­نفتیل AFPBN))…………….50

 

 

3-2- تهیه­ی پلی(اتر- آمید)های فلوئوردار…………………………………………………………………………………………54

 

 

3-3- بررسی برخی از خواص پلیمرها………………………………………………………………………………………..59

 

 

فصل چهارم: نتیجه­گیری و پیشنهادات……………………………………………………………………………………….66 4-1-نتیجه­گیری…………………………………………………………………………………………………………………….67

 

 

پیوست1: طیف FT-IR بیس بتا نفتول سنتز شده………………………………………………………………………………..68

 

 

پیوست2: واژه­نامه فارسی- انگلیسی……………………………………………………………………………………………………69

 

 

پیوست3: واژه­نامه انگلیسی- فارسی……………………………………………………………………………………………………73 مراجع…………………………………………………………………………………………………………………………………………….77

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

صفحه                                                                                                                            عنوان                 

 

 

 

 

 

جدول1-1- ساختار شیمیایی ورفتار حرارتی برخی از انواع پلیمرهای آروماتیک با عملکرد بالا……………………6                  

 

 

جدول1-2-  مثال­هایی از گروه­های مختلف پلیمرهای دارای گروه CF₃…………………………………………………12

 

 

جدول 1-3- خلاصه­ای از ویژگی­های پلیمرهای کولار، نومکس و تکنورا……………………………………………….23

 

 

جدول1-4- گرانروی، حلالیت و کیفیت فیلم پلی­آمیدها وپلی­ایمیدها……………………………………………………..32

 

 

جدول1-5- خواص حرارتی فیلم­های پلی­آمید و پلی­ایمید…………………………………………………………………….32

 

 

جدول1-6- ثابت دی الکتریک ودانسیته پلی  آمیدها وپلی ایمیدها…………………………………………………………33

 

 

جدول1-7- خواص گرمایی و جرم ملکولی پلی­فلورنها. ………………………………………………………………………36

 

 

جدول 3-1-  مقادیر گرانروی و برخی ویژگیهای پلیمرها……………………………………………………………………..58

 

 

 

جدول3-2- نتایج آزمون بررسی رفتار حرارتی پلیمر AFPBN/2,6-PDA………………………………………….64

 

 

جدول 3-3- حل­پذیری پلیمرها در چند حلال آلی……………………………………………………………………………….64

 

 

فهرست شکلها

 

 

 

 

 

 

 

 

عنوان                                                                                                                            صفحه

 

 

 

 

 

شکل1-1: طرح تهیه نایلون تهیه نایلون- 6،6…………………………………………………………………………………………7

 

 

شکل 1- 2: تهیه نایلون -6 از حلقه گشایی کاپرولاکتام…………………………………………………………………………..7

 

 

شکل1-3: سنتز آرامیدها به روش فسفرلاسیون………………………………………………………………………………………8

 

 

شکل1-4: مکانیسم واکنش آمیدی شدن مستقیم با روش فسفرلاسیون………………………………………………………9

 

 

شکل1 -5: آرامید سنتز شده و گروههای آروماتیک آن………………………………………………………………………….13

 

 

شکل1-6: پلی­آمیدهای فلوئور دار و گروههای آروماتیک آنها………………………………………………………………..14

 

 

شکل1-7: پلی­آمید وگروههای آروماتیک آن………………………………………………………………………………………..15

 

 

شکل1-8: پلی­آمید شامل اتصالات اتری و گروههای آروماتیک آن…………………………………………………………16

 

 

شکل1-9: انعطاف پذیری پلی دی متیل دی سیلوکسان که باعث کاهش مقدار عددی t_g    می شود…………….17

 

 

شکل1–10: پیوند هیدروژنی بین زنجیره های مجاور در پلی آمیدها، پیوند هیدروژنی بین زنجیره های نایلون -6،6………………………………………………………………………………………………………………………………………………..18

 

 

شکل1-11: نمودار ارتباط بین T_g  وT_m…………………………………………………………………………………………….19

 

 

شکل1-12: ساختاربرخی پلیمرهای تجاری…………………………………………………………………………………………22

 

 

شکل1-13: پلی­ایزوفتالامیدهای سنتز شده…………………………………………………………………………………………..25

 

 

شکل1-14: پلی ایزوفتالیمیدهای شامل گروههای آویزان L-Alanin ……………………………………………………27

 

 

شکل1- 15: سنتز مونومر2و2-دی نفتیل بای فنیل-4و4- دی آمین………………………………………………………..28

 

 

شکل 1-16: سنتز پلی­آمیدهای  PA₁-PA₄………………………………………………………………………………………..29

 

 

شکل1-17: مسیر سنتز پلی­ایمیدها…………………………………………………………………………………………………….30

 

 

شکل1-18: ساختار( الف)) , Ref₂  ب.             Ref₁ (   ………………………………………………………………..31

 

 

شکل 1-19: ساختار کلی پلی­فلورنها………………………………………………………………………………………………….34

 

 

شکل 1-20: مکانیسم سنتز کوپلیمرها…………………………………………………………………………………………………35

 

 

شکل1-21: منحنی TGA  پلی­فلورنها……………………………………………………………………………………………….37

 

 

شکل1-22: طیف ¹HNMR  وساختار پلی­فلورنهای P₁-P₅ ……………………………………………………………….38

 

 

شکل 1-23: 2،′2- بیس (2- آمینو-4- تری­فلوﺋورو­متیل­فنوکسی)­- 1،′1- بای­نفتیل (مونومر تهیه شده)………38

 

 

شکل3-1: سنتز2،´2- بیس(4-تری­ فلوﺋورو­متیل-2- نیتروفنوکسی)-­1،´1- بای­نفتیل(FNPBN)………………47

 

 

شکل 3-2: طیف FT-IR 2،′2- بیس(4- تری­فلوﺋورو­متیل-2- نیتروفنوکسی)- 1،′1- بای­نفتیل (FNPBN)……………………………………………………………………………………………………………………………………48

 

 

شکل 3- 3: طیف ¹H-NMR 2،′2- بیس(4- تری­فلوﺋورو­متیل-2- نیتروفنوکسی)- 1،′1- بای­نفتیل (FNPBN)……………………………………………………………………………………………………………………………………49

 

 

شکل 3-4: طیف  ¹³C-NMR2،′2- بیس(4- تری­فلوﺋورو­متیل-2- نیتروفنوکسی)- 1،′1- بای­نفتیل (FNPBN)…………………………………………………………………………………………………………………………………….50

 

 

شکل 3-5: سنتز 2،′2- بیس(2- آمینو-4- تری­فلوﺋورو­متیل­فنوکسی)- 1،′1- بای­نفتیل AFPBN))…………..51

 

 

شکل3-6: طیف  FT-IR2،′2- بیس(2- آمینو-4- تری­فلوﺋورو­متیل­فنوکسی)- 1،′1- بای­نفتیل AFPBN))……………………………………………………………………………………………………………………………………52

 

 

شکل3- 7: طیف ¹H-NMR 2،^′2- بیس(2- آمینو-4- تری­فلوﺋورو­متیل­فنوکسی)- 1،^′1- بای­نفتیل AFPBN))…………………………………………………………………………………………………………………………………..52

 

 

شکل3-8: طیف¹³C-NMR  2،^′2- بیس(2- آمینو-4- تری­فلوﺋورو­متیل­فنوکسی)- 1،^′1- بای­نفتیل AFPBN))………………………………………………………………………………………………………………………………….53

 

 

شکل 3-9: مکانیسم پلیمریزاسیون تراکمی به روش فسفریلاسیون برای تهیه پلی(اتر-آمید)ها…………………….54

 

 

شکل 3-10: تهیه پلیمر /TPA AFPBN با روش واکنش پلیمری­شدن فسفریلاسیون……………………………..55

 

 

شکل3-11: ساختار شیمیایی پلی­آمیدهای پژوهش جاری………………………………………………………………………55

 

 

شکل 3-12: پلات­های نوعی هوگینس و کرامِر……………………………………………………………………………………57

 

 

 

2-2) منطقه مورد مطالعه………………………………………………………………………. 15

 

 

2-2-1) پوشش گیاهی……………………………………………………………………… 16

 

 

3) فصل سوم: چهارچوب نظری تحقیق                                                                      20

 

 

3-1) مقدمه    ………………………………………………………………………………….. 20

 

 

3-2) آتش­سوزی………………………………………………………………………………… 20

 

 

3-2-1) انواع آتش­سوزی……………………………………………………………………. 21

 

 

3-2-1-1) آتش­سوزی زمینی (داخل خاک)………………………………………….. 22

 

 

3-2-1-2) آتش­سوزی سطحی…………………………………………………………. 22

 

 

3-2-1-3) آتش­سوزی تاجی……………………………………………………………. 22

 

 

3-2-1-4)آتش­سوزی تنه­ای……………………………………………………………. 23

 

 

3-3) مدلسازی رفتار آتش………………………………………………………………………. 22

 

 

3-4) سیستم­های شبیه­سازی رفتار آتش……………………………………………………… 23

 

 

3-4-1) مدل­های پیش بینی آتش سوزی و طبقه­بندی آنها  ……………………………. 23

 

 

3-4-1-1) طبقه­بندی بر مبنای مدلسازی جریان گرمایی……………………………. 25

 

 

3-4-1-1-1) مدل­های فیزیکی (تئوریکی)………………………………………… 25

 

 

3-4-1-1-2) مدل­های نیمه­تجربی (نیمه فیزیکی)……………………………….. 25

 

 

3-4-1-1-3) مدل‌های آماری (تجربی)……………………………………………. 26

 

 

3-4-1-1-4) مدل‌های احتمالی……………………………………………………. 27

 

 

3-4-1-2) طبقه­بندی مدل­های آتش­سوزی براساس متغیرهای مورد مطالعه………. 27

 

 

3-4-1-3) طبقه­بندی بر اساس سیستم فیزیکی مدل شده………………………….. 27

 

 

3-4-1-3-1) مدل‌های پیش­بینی آتش­سوزی­های سطحی……………………….. 28

 

 

3-4-1-3-2) مدل‌های پیش­بینی آتش­سوزی‌های تاجی…………………………. 28

 

 

3-4-1-3-3) مدل‌های پیش­بینی آتش­سوزی زمینی……………………………… 29

 

 

3-4-1-3-4) مدل‌های پیش­بینی آتش­سوزی‌های نقطه­ای………………………. 29

 

 

3-4-2) تکنیک­های شبیه­سازی آتش……………………………………………………… 28

 

 

3-4-2-1) سلول­های خودکار…………………………………………………………… 30

 

 

3-4-2-2)    انتشار موج بیضوی………………………………………………………… 31

 

 

3-4-2-2-1)مدل FARSITE……………………………………………………… 31

 

 

3-4-3) تکنیک انتشار FARSITE………………………………………………………… 31

 

 

3-4-4) مدل رفتار آتش در FARSITE………………………………………………….. 35

 

 

3-4-5) پارامترهای تأثیرگذار………………………………………………………………. 35

 

 

3-4-5-1)توپوگرافی…………………………………………………………………….. 37

 

 

3-4-5-2)پوشش گیاهی………………………………………………………………… 38

 

 

3-4-5-2-1)میزان تاج پوشش……………………………………………………… 38

 

 

3-4-5-2-2)ارتفاع توده جنگل…………………………………………………….. 38

 

 

 

3-4-5-2-3)مدل ماده سوختنی…………………………………………………… 39

 

 

3-4-5-3)   شرایط آب و هوایی……………………………………………………….. 41

 

 

3-4-5-3-1) دما و رطوبت نسبی………………………………………………….. 41

 

 

3-4-5-3-2) باد…………………………………………………………………….. 41

 

 

3-5) جمع­بندی…………………………………………………………………………………. 43

 

 

4) فصل چهارم: مواد و روش­ها                                                                                                 45

 

 

4-1) مقدمه:…………………………………………………………………………………….. 45

 

 

4-2) داده­ها……………………………………………………………………………………… 46

 

 

4-2-1) توپوگرافی…………………………………………………………………………… 46

 

 

4-2-2) آب و هوا……………………………………………………………………………. 48

 

 

4-2-3) تاج پوشش منطقه…………………………………………………………………. 48

 

 

4-2-4) پراکنش گونه­های درختی…………………………………………………………. 50

 

 

4-2-5) موانع گسترش آتش­سوزی………………………………………………………… 51

 

 

4-2-6) نرم افزار­های مورد استفاده………………………………………………………… 52

 

 

4-3) روش تحقیق………………………………………………………………………………. 52

 

 

4-3-1) انتخاب مدل ماده سوختنی……………………………………………………….. 52

 

 

4-3-2) مدلسازی جریان باد……………………………………………………………….. 54

 

 

4-3-3) ارتفاع توده جنگل………………………………………………………………….. 55

 

 

4-3-4) شبیه­سازی با استفاده از مدل FARSITE………………………………………. 56

 

 

4-4) سناریوهای مختلف شبیه­سازی گسترش آتش­سوزی 57

 

 

4-5) روش ارزیابی دقت………………………………………………………………………… 57

 

 

4-6) پهنه­بندی از نظر وسعت گسترش آتش ………………………………………………… 58

 

 

5) فصل پنجم: نتایج و بحث  ……………………………………………………………………… 60

 

 

5-1) مقدمه……………………………………………………………………………………… 60

 

 

5-2) اجرای اولیه مدل در شرایط و سناریوهای مختلف …………………………………….. 60

 

 

5-2-1) شبیه­سازی در شرایط یکسان محیطی…………………………………………… 61

 

 

5-2-2) شبیه­سازی در شرایط محیطی مختلف و ماده سوختنی یکسان……………….. 63

 

 

5-2-3) شبیه­سازی در شرایط کاملاً مختلف محیطی       ……………………………… 65

 

 

5-3) شبیه­سازی آتش­سوزی رخ داده در منطقه مورد مطالعه در آذر ماه 1389 …………. 67

 

 

5-4) پهنه­بندی از نظر خطر گسترش آتش (وسعت آتش­سوزی)                                  71

 

 

6) فصل ششم: جمع­بندی و پیشنهادات                                                                     81

 

 

6-1) جمع­بندی…………………………………………………………………………………. 81

 

 

6-2) پیشنهادات………………………………………………………………………………… 82

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

شکل ‏2‑1) موقعیت منطقه مورد مطالعه…………………………………………………………………. 16

 

 

شکل ‏3‑1) شبکه­های سلولی در مدل انتشار سلولی……………………………………………………… 29

 

 

شکل ‏3‑2) انتشار بیضی شکل آتش در طی آتش­سوزی­های تجویزی در یک شرایط یکسان محیطی (Salis,2007) 32

 

 

شکل ‏3‑3) تفسیر اصول Huygen با استفاده از امواج بیضی شکل. الف) شرایط محیطی همگن ب) شرایط محلی ناهمگن (Finney, 1998)    33

 

 

شکل ‏3‑4)  انتشار موج بیضوی برای هر ورتکس؛ a: معادل 2/1 محور فرعی b: معادل 2/1 محور اصلی و c مربوط به فاصله نقطه آتش تا مرکز بیضی آتش می‌باشد. (Finney, 2004)………………………………………………………………….. 34

 

 

شکل ‏3‑5) تبدیل سطح آتش از یک صفحه افقی به یک صفحه منطبق بر سطح زمین………………… 35

 

 

شکل ‏3‑6) مثلث پارامترهای محیطی تأثیرگذار بر آتش (Countryman, 1972)…………………… 36

 

 

شکل ‏3‑7) ارتفاع توده جنگل…………………………………………………………………………….. 38

 

 

شکل ‏3‑8) الگوی روزانه دما و رطوبت نسبی با استفاده از مقادیر حداکثر و حداقل برای پنج روز…….. 40

 

 

شکل ‏3‑9) طول، ارتفاع و زاویه زبانه آتش به همراه نقش باد و شیب بر روی آنها………………………. 41

 

 

شکل ‏4‑1) نمودار انجام مراحل تحقیق…………………………………………………………………… 45

 

 

شکل ‏4‑2) نقشه طبقات ارتقاعی منطقه مورد مطالعه…………………………………………………… 46

 

 

شکل ‏4‑3) نقشه شیب منطقه مورد مطالعه……………………………………………………………… 47

 

 

شکل ‏4‑4) نقشه جهت شیب منطقه مورد مطالعه………………………………………………………. 47

 

 

شکل ‏4‑5) موقعیت ایستگاه­های سینوپتیک در مجاورت منطقه مورد مطالعه………………………….. 48

 

 

شکل ‏4‑6) نقشه میزان تاج پوشش منطقه مورد مطالعه………………………………………………… 49

 

 

شکل ‏4‑7) پراکنش گونه­های درختی در منطقه مورد مطالعه…………………………………………… 50

 

 

شکل ‏4‑8) راهها و رودخانه­ها و پهنه­های روستایی منطقه مورد مطالعه……………………………….. 51

 

 

شکل ‏4‑9) پراکنش مدل­های ماده سوختنی در منطقه مورد مطالعه…………………………………… 53

 

 

شکل ‏4‑10) شبیه­سازی سرعت و جهت باد……………………………………………………………… 55

 

 

شکل ‏4‑11) تأثیر تاج پوشش و ارتفاع توده جنگل بر کاهش سرعت باد……………………………….. 56

 

 

شکل ‏5‑1 ( نحوه گسترش جبهه آتش در شرایط یکسان محیطی………………………………………. 62

 

 

شکل ‏5‑2 (گسترش سطح آتش­سوزی نسبت به زمان در شرایط محیطی یکسان……………………… 63

 

 

شکل ‏5‑3 ( نحوه گسترش جبهه آتش در شرایط ماده سوختنی یکسان……………………………….. 64

 

 

شکل ‏5‑4 ( نحوه گسترش جبهه آتش در شرایط ماده سوختنی مختلف……………………………….. 66

 

 

شکل ‏5‑5 ( شبیه­سازی آتش­سوزی رخ داده در آذر 1389…………………………………………….. 69

 

 

شکل ‏5‑6) آتش­سوزی شبیه­سازی شده و آتش­سوزی موجود (منحنی­های گسترش آتش)…………… 70

 

 

شکل ‏5‑7) پراکنش نقاط آتش­سوزی تصادفی در منطقه………………………………………………… 74

 

 

شکل ‏5‑8) نمونه­های شبیه­سازی شده از آتش­سوزی­های بالقوه………………………………………… 75