(۱-۱۵)
از طرفی
(۱-۱۶) o = WdQ+d
بنابراین

( اینجا فقط تکه ای از متن فایل پایان نامه درج شده است. برای خرید متن کامل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. )

(۱-۱۷)
و از آنجا داریم:
(۱-۱۸)
با حد گیری از این رابطه، وقتی که _cTبه_hT نزدیک می شود، و تقسیم برdT داریم :
(۱-۱۹)
بطوریکه
(۱-۲۰)
قانون دوم تغییرات آنتروپی :
(۱-۲۱)
از آنجا که مقدار گرما را برگشت پذیر می دانیم، است، لذا :

و از آنجا داریم:
(۱-۲۲)
با توجه به رابطه اول کلوین ، دومین رابطه که ضریب سیبک و تامسون را به یکدیگر مربوط می کند عبارت است از :
(۱-۲۳)
هر دو رابطه کلوین از نقطه نظر تجربی برای تعدادی از مواد مورد استفاده در ترموکوپل مورد تایید قرار گرفته اند.باید توجه داشت که ضرایب سیبک و پلتیه هر دو برای اتصال دو رسانا تعریف می شوند، اما ضریب تامسون خاصیتی مربوط به یک تک رسانا است. بنابراین رابطه (۱-۲۳)راهی را برای محاسبه ضریب سیبک یک ماده به صورت زیر پیشنهاد می کند.
(۱-۲۴)
از قانون سوم ترمودینامیک چنین بر می آید که ضریب سیبک برای تمام اتصالات در دمای صفر مطلق، صفر است. بنابراین:
(۱-۲۵)
بنابراین ضریب سیبک مربوط به یک ماده در دماهای خیلی پایین و با اتصال آن به یک ابررسانا با توجه به آنکه ضریب سیبک ابررسانا ها صفراست ،بدست می آید[۱۰].
فصل دوم
سرامیک ها
۲-۱: مقدمه
سرامیک ها موادی را شامل می شوند که بخش عمدهٔ عناصر تشکیل دهندهٔ آنها غیرفلزی و غیرآلی هستند.واژهٔ سرامیک از واژهٔ یونانی کراموس۱ گرفته شده‌ که به معنی سفال یا شیء پخته شده است. این تعریف نه ‌تنها سفالینهها، پرسلان(چینی)، دیرگدازها، محصولات رسی سازه‌ای، ساینده‌ها، سیمان و شیشه را در بر می‌گیرد، بلکه شامل آهنرباهای سرامیکی، لعاب‌ها و سوخت‌های هسته‌ای و … نیز می‌شود. برخی‌ها آغاز استفاده ازسرامیک‌ها را در حدود ۷۰۰۰ سال ق.م. می‌دانند در حالی که برخی دیگر قدمت آن را تا ۱۵۰۰۰ سال ق.م نیز دانسته‌اند. اما به هر حال اکثریت تاریخنگاران بر ۱۰۰۰۰ سال ق.م. اتفاق نظر دارند.
۲-۲ : طبقه‌بندی سرامیک‌ها
سرامیکها را میتوان به سه دسته کلی سرامیکهای سنتی، بیوسرامیکها و سرامیکهای الکترونیکی یا الکتروسرامیکها تقسیمبندی کرد [۱۱].
۲-۲-۱ سرامیکهای سنتی^[۱]
سرامیکهای سنتی خود به سه گروه تقسیم میشوند که به اختصار آنها را معرفی میکنیم:
۱) مواد نسوز، که این مواد دارای مقاومت زیاد در برابر دماهای بالا بوده و در ساختمان کورههای دمای بالا و همچنین بهعنوان عایقهای حرارتی از آنها استفاده میشود. بهعلاوه مقاومت شیمیایی این مواد در مقابل ترکیب شدن با موادی که با آنها در تماسند، نیز از اهمیت ویژهای برخوردار است.
۲) لوازم منزل، که شامل چینی، لوازم بهداشتی و ظروف میباشند. لوازم منزل معمولاً از مخلوطی از خاک رس فلدسپار۲ و فلینت۳ ساخته میشوند. خاکهای رسی عمدتاً شامل آلمینوسیلیکات همراه با آب هیدراسیون و بهصورت دانه دانه میباشند.
۳) سفالها، کاشیها و آجرها که از خاک رس تهیه میشوند.
۴) سایندهها، از قبیل سیلیکن کاربید و اکسید آلومینیوم (آلومینا).
۲-۲-۲ بیوسرامیکها۴
یکی از کاربردهای مهم مواد سرامیکی، که در ارتباط نزدیک با زندگی انسان میباشد به کارگیری قطعات سرامیکی در بدن انسان است. به این دسته از سرامیکها، بیوسرامیک گویند. از آنجا که در پزشکی مدرن، ضرورت استفاده از مواد مختلف به منظور ترمیم عیوب بدن انسان احساس میشد، کارشناسان پلیمرها گستره وسیعی از این مواد را برای استفاده به جامعه پزشکی معرفی کردند و نیز متخصصان دیگر با بهره گرفتن از آلیاژهای فلزی جدید و متفاوت، قطعات ارتوپتیک بسیاری برای بدن ساختند. اما این مواد نیز بهعلت خوردگی شیمیایی در بدن ایجاد عارضه میکردند. خوردگی سرامیکها بهدلیل ماهیت ذاتیشان خیلی کمتر از فلزات است. از این رو پژوهشگران برای دستیابی به موادی با مشخصات بهتر به دنیای سرامیک راه پیدا کردهاند.
۲-۲-۳:الکتروسرامیکها۱
درحدود دهه۱۹۴۰ و قبل ازجنگ جهانی دوم انجام تحقیقات در زمینه سرامیکها رو به فزونی گذاشت. احتیاج مبرم به خازنهای با ثابت دیالکتریک(K) بالا سبب شد که تورنائرو سولومن^[۲] در یک کارمنتشر نشده، BaTiO3 را به عنوان ماده دی الکتریک در ساخت یک نوع جدید خازن سرامیکی با ۱۰۰K> وارد کردند. در اواخر جنگ جهانی دوم انتشار مطالب در این زمینه به صورت کامل و همگانی آغاز و معلوم گردید که کار همزمان روی BaTiO3 بهعنوان مادهای با ثابت دیالکتریک بالا، توسط چند کشورعمدتاً آمریکا، انگلستان، شوروی و ژاپن دنبال شده است[۱۲]. این آغازی برای سرعت گرفتن توسعه و ساخت الکتروسرامیکها بود. در چند دهه اخیر ورود الکتروسرامیکها بهعرصه فناوری امکان افزایش تراکم مدارهای مجتمع را فراهم کرده است. از انواع الکتروسرامیکها که در زندگی روزمره انسان بسیار پرکاربرد هستند میتوان به موارد زیر اشاره کرد:
وریستورها۱– در بعضی از دستگاه ها به قطعهای نیاز است که مقاومتش در ولتاژ پایین زیادودرولتاژ بالا کم باشد. وریستورها دارای اینگونه مشخصهای هستند. ازاین سرامیکها در خیلی از موارد به عنوان محافظ مدارهای الکتریکی استفاده می شود. وقتی که یک ولتاژ زیاد و ناگهانی به مدار اعمال میشود، این قطعه در مقابل تغییر ناگهانی و زیاد ولتاژ مدار را حفظ میکند. از این سرامیکها در مدارهای مجتمع و ترانزیستورها که نسبت بهتغییر ناگهانی ولتاژ آسیب پذیرند، برای محافظت استفاده میشود. همچنین نمونهای از کاربردهایش را میتوان در تلفن و جرقهزن به وفور مشاهده کرد[۱۳].
ترمیستورها۲ – به موادی گفته میشود که مقاومتشان به دما وابسته است.سه نوع از ترمیستورهای سرامیکی که بهطور وسیع مورد استفاده قرار میگیرند عبارتنداز: ترمیستورهای دمای بحرانی، ترمیستورهای NTC3 ،ترمیستورهای PTC4[13].
فریت ها۵ – گروه بزرگی از سرامیکها هستند که دارای خواص مغناطیسیاند. ماده اساسی در آنها Fe₂O₃ است. تمامی این مواد به صورت اکسید بوده و از خود یک القای مغناطیسی نشان میدهند، حتی اگر در میدان مغناطیسی قرار نگیرند. القاء مغناطیسی خود بهخودی قوی، مقاومت ویژه الکتریکی بالا و ضرایب اتلاف پایین مهمترین ویژگیهای این دسته از سرامیکها است. به طور کلی مزیت های مواد سرامیکی در مقایسه با مواد دیگر،عبارتند از: دیرگدازی، سختی بالا، مقاومت بالا در برابر خوردگی[۱۳].
۲-۳: کاربردهای مختلف مواد سرامیکی
در زیر شاخه های کاربردی این مواد به همراه نمونه هایی ازاین مواد آورده شده‌است:
الف)الکتریکی ومغناطیسی– عایق‌های ولتاژ بالا(AlN-Al₂O₃ )، دیالکتریک (_۳BaTiO)، پیزوالکتریک (ZnO-SiO₂)،پیروالکتریک (Pb(Zr_xTi_1-x)O₃)، رسانای یونی (Al₂O₃)،مغناطیس نرم
(Zn_1-xMn_xFe₂O₄)، مغناطیس سخت (SrO-6Fe₂O₃)، نیمرسانا( ZnO-GaN-SnO₂ ).
ب)ویژگی سختی بالا– ابزار ساینده، ابزار برشی و ابزار سنگ‌زنی (_۲O₃TiN-Al) و مقاومت مکانیکی (SiC-Si₃N₄).
ج)خواص نوری– فلورسانس (Y₂O₃)،ترانسلوسانس(نیمه‌شفاف) (SnO₂)، منحرف کنندهٔ نوری (PLZT)، بازتاب نوری (TiN)، بازتاب مادون قرمز (SnO₂) و انتقال دهندهٔ نور (SiO₂).
د)خواص گرمایی – پایداری حرارتی (_۲ThO)، عایق حرارتی (_۲CaO-nSiO) و رسانای حرارتی (AlN-C).
ه)استفاده درفناوری هسته‌ای– سوخت‌های هسته‌ای سرامیکی، مواد کاهش‌دهنده‌ی انرژی نوترون و مواد کنترل کننده‌ی فعالیت راکتور.
و)خواص شیمیایی و بیوشیمیایی– پروتزهای استخوانی، زیرلایه (_۲TiO- _۲SiO).
۲-۶ : نانو سرامیک
زمان ظهور سرامیکهارا میتوان دهه ۹۰ میلادی دانست. در این زمان بود که با توجه خواص بسیار مطلوب پودرهای نانوسرامیک، توجه زیادی به سمت آنها جلب شد، اما روش های فرآوری آنها چندان آسان و مقرون به صرفه نبود. با پیدایش نانوتکنولوژی، نانوسرامیکها هرچه بیشتر اهمیت خود را نشان دادند. درحقیقت نانوتکنولوژی با دیدگاهی که ارائه میکند، تحلیل بهتر پدیده ها و دست یافتن به روش های بهتر برای تولید مواد را امکان پذیر میسازد. شکل گرفتن علم مهندسی نانو، منجربه درک بی سابقه اجزای اولیه پایه تمام اجسام فیزیکی و کنترل آنها شده است و این پدیده به زودی روشی را که اغلب اجسام توسط آنها طراحی و ساخته می شده اند، دگرگون میسازد. نانوتکنولوژی توانایی کار در سطح مولکولی و اتمی برای ایجاد ساختارهای بزرگ را به دست میدهد که ماهیت سازماندهی مولکولی جدیدی خواهند داشت و نیز دارای خواص فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی جدید و بهتری هستند. هدف، بهره برداری از این خواص با کنترل ساختارها و دستگاه ها در سطوح اتمی، مولکولی و ابرمولکولی و دستیابی به روش کارآمد ساخت و استفاده از این دستگاه ها میباشد. هدف دیگر، حفظ پایداری واسطه ها و مجتمع نمودن نانوساختارها در مقیاس میکرونی و ماکروسکوپی میباشد. همیشه با بهره گرفتن از رفتارهای مشاهده شده در اندازه های بزرگ، نمی توان رفتارهای جدید در مقیاس نانورا پیش بینی کرد و تغییرات مهم رفتاری صرفاً به خاطر کاهش مرتبه بزرگی اتفاق نمی افتد.