بررسي چگونگي تشكيل نانوكلوخه متخلخل تيتانيوم اكسيد شناور در بستر سيال مخروطي و ارزيابي ويژگي‌هاي فيزيكي و مكانيكي آن

در اين پژوهش به بررسي رفتار هيدروديناميكي بستر سيال مخروطي داراي نانوذره‌هاي تيتانيوم اكسيد Aeroxide P25 (TiO2) آب دوست موقع شناورسازي و مطالعه نظري مكانيك تماس نانوذره‌ها و چگونگي تشكيل كلوخه هاي متخلخل پرداخته شد. نانوذره‌هاي تيتانيوم اكسيد با قطر اوليه nm 21 در يك بستر آزمايشگاهي توسط دو جريان گاز نيتروژن و هوا در سرعت هاي ظاهري گوناگون شناور شدند. اندازه كلوخه ها در زمان شناوري توسط تصويربرداري برخط ليزري و پس از شناوري به كمك ميكروسكوپ پراش الكتروني (SEM) در بازه μm 200-40 تعيين شد. تصويرهاي ليزر نشان داد ميانگين قطر كلوخه هاي شناور شده با گاز نيتروژن و هوا به ترتيب برابر  112 و μm 131 بود، در حالي كه متوسط اندازه كلوخه هاي پيچيده در پايان شناوري بستر با گاز نيتروژن و هوا توسط SEM به ترتيب 75 و mµ 95 تعيين شد. آناليز ديتاميكي بستر نشان داد اندازه كلوخه هاي پاياني به شدت تابع زمان شناورسازي آن‌ها است. به دليل وجود نيروهاي جاذبه قوي بين نانوذره ‎ها، اندازه كلوخه هاي اوليه تشكيل شده در بازه تقريبي μm 220-180 قرار گرفت كه با ادامه روند سياليت، ذره‌هاي شكسته شده و كلوخه هايي در بازه μm 145-100 تشكيل مي شوند. همچنين تأثير ساير پارامترهاي عملياتي مانند سرعت جريان گاز و ميزان پرشدگي اوليه بستر در چگونگي تشكيل كلوخه ها مورد بررسي قرارگرفت. نيروي كشساني كلوخه هاي به دست آمده با استفاده از ميكروسكوپ نيروي اتمي و منحني تنش-كرنش اندازه گيري شد. مدول يانگ با برازش منحني نيرو-جابه جايي، kPa 144 محاسبه شد كه نتيجه‌هاي به دست آمده با نتيجه مدل هرتز (kPa 141) همخواني داشت. نتيجه‌هاي آزمون تعيين كرويت ذره‌ها نشان داد افزايش سرعت جريان گاز و استفاده از هوا به عنوان سيال شناورسازي مي توانند به طور جزئي موجب افزايش ميانگين كرويت كلوخه ها شوند (0.86-0.82). طبق آزمايش‌ها زمان شناوري سازي تأثير زيادي بر كاهش ميزان كرويت ذره ‎ها داشت (0.77-0.58) كه متأثر  از پديده شكست كلوخه هاي درشت در زمان شناوري و تشكيل كلوخه هايي با لبه هاي تيز بود. اندازه گيري مدول يانگ نشان داد كه كلوخه هاي تشكيل شده اوليه بسيار شكننده بوده و داراي تخلخل سطحي بالاي %80 هستند، در حالي كه تخلخل كلوخه هاي پاياني كم تر از %50 بوده و بيش تر داراي سطحي به نسبت صاف هستند. اين نتيجه‌ها با داده هاي به دست آمده از مرجع‌ها براي ذره‌هاي آب دوست تيتانيا همخواني خوبي دارد.