ایسنا/ شرکت‌های دانش‌بنیان ایرانی با بومی‌سازی تجهیزات پیشرفته مشخصه‌یابی مواد، از دستگاه گرماسنجی روبشی تفاضلی تا سیستم‌های اندازه‌گیری سطح ویژه و زاویه تماس، گامی مهم در بی‌نیازی از واردات و توسعه زیرساخت‌های پژوهشی و صنعتی کشور در حوزه بررسی و اندازه‌گیری ویژگی‌های فیزیکی، شیمیایی، ساختاری و مکانیکی مواد برداشته‌اند.

تجهیزات مشخصه‌یابی ابزارهایی هستند که برای بررسی و اندازه‌گیری ویژگی‌های فیزیکی، شیمیایی، ساختاری و مکانیکی مواد به کار می‌روند. این تجهیزات نقش کلیدی در علوم و مهندسی مواد، نانوفناوری، الکترونیک، زیست‌مواد و صنایع مختلف دارند. آنها به پژوهشگران و مهندسان کمک می‌کنند تا ساختار، ترکیب و خواص مواد را در مقیاس‌های مختلف از اتمی تا ماکروسکوپی تحلیل کنند.

تجهیزات مشخصه‌یابی در دسته بندی های میکروسکوپ ها، طیف سنج ها و آنالیز شیمیایی، آزمون های مکانیکی و حرارتی، آنالیز سطح و نانو ساختار و تجهیزات الکتریکی و الکترومغناطیسی دسته بندی می شوند.

میکروسکوپ‌ها: میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) و میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM) برای مشاهده ساختارهای نانومتری و اتمی استفاده می‌شوند.

میکروسکوپ نیروی اتمی (AFM) برای تحلیل سطحی با دقت نانومتری کاربرد دارد.

طیف‌سنجی و آنالیز شیمیایی: شامل طیف‌سنجی پراش پرتو ایکس (XRD) برای تعیین ساختار بلوری مواد، طیف‌سنجی فوتوالکترون پرتو ایکس (XPS) برای تحلیل ترکیب شیمیایی سطح و طیف‌سنجی جرمی (MS) و کروماتوگرافی گازی/جرمی (GC/MS) برای شناسایی ترکیبات شیمیایی می شود.

آزمون‌های مکانیکی و حرارتی: شامل سختی‌سنجی، آزمون کشش و آزمون خمش برای بررسی خواص مکانیکی و آنالیز حرارتی برای تعیین رفتار مواد در برابر تغییرات دما.

آنالیز سطح و نانوساختار: شامل تجهیزاتی چون پروفایلومترهای نوری و مکانیکی برای اندازه‌گیری زبری و توپوگرافی سطح و آنالیز پراکندگی نور دینامیکی (DLS) برای تعیین اندازه ذرات نانو است.

تجهیزات الکتریکی و الکترومغناطیسی: همچون آنالیزورهای امپدانس و آنالیزورهای شبکه برداری برای بررسی خواص الکتریکی و مغناطیسی مواد.

این تجهیزات به پژوهشگران امکان می‌دهند تا مواد را به‌طور دقیق تحلیل کرده و در توسعه مواد جدید، کنترل کیفیت و تحقیقات علمی استفاده کنند.

در این راستا برخی از شرکت های دانش بنیان اقدام به طراحی و ساخت و عرضه آن به بازارهای کشور کردند که شامل این تجهیزات می شود:

دستگاه گرماسنجی روبشی تفاضلی DSC))

آزمون گرماسنجی روبشی تفاضلی یا DSC یک ابزار بنیادی در آنالیز حرارتی است و در بسیاری صنایع از قبیل داروسازی، پلیمر، کشاورزی، مطالعه نیمه هادی ها، صنایع غذایی کاربرد دارد. ضریب ظرفیت حرارتی، انتقال حرارت، داده‌های انرژی جنبشی، خلوص مواد، تغییر فاز و تغییرات حالت ساختمان کریستالی مواد با استفاده از روش DSC قابل تعیین است.

دستگاه گرماسنجی روبشی تفاصلی دارای دو کفه است. بر روی هر کفه یک بوته قرار دارد. در یک بوته نمونه مرجع و بوته دیگری نمونه اصلی است. دستگاه طبق برنامه شروع به گرمادهی می کند. سامانه گرمادهی هر بوته مجزا است.

اگر ماده نمونه مورد تجزیه گرماگیر مانند ذوب شدن باشد در این صورت دستگاه مقدار گرمای بیشتری به آن منتقل می کند. با توجه به آنکه دستگاه تنها تفاضل را ثبت می کند، پیکی به سمت بالا ایجاد خواهد شد. اگر فرایند نمونه گرمازا باشد. پیک ایجاد شده رو به پایین خواهد بود.

سطح زیر پیک تغییرات آنتالپی نمونه را نشان می دهد که متناسب با ظرفیت گرمایی ویژه آن است. سرعت تغییر دما در دستگاه تأثیر مستقیم بر پیک‌های نمودار دارد.

دستگاه جداسازی گازی غشایی و محاسبه توزیع اندازه حفرات سطح غشا

در این دستگاه‌ها معمولا امکان اختلاط گازها با MFCها وجود دارد. در ابتدا غشای مورد نظر در دستگاه قرار گرفته، سپس درصد معینی از گازها مخلوط شده و با دبی و فشار معین به سمت غشا هدایت می شود. واضح است که بخشی از مخلوط گازی از غشا عبور کرده و بخشی دیگر عبور نمی کند.

این دو جریان خروجی به ترتیب Permeate و Retentate نامیده می شود. جریان گازهای خروجی دستگاه وارد یک دستگاه آنالیز ثانویه شده تا ترکیب درصد گازهای خروجی تعیین شود. با معلوم شدن درصد گاز خوراک و درصد گازهای خروجی توان غشا در جداسازی گاز تعیین می شود.

این دستگاه ها از قابلیت Permporometry نیز برخوردارند. در این حالت با تلفیق دو جریان گاز بی اثر که یکی از یک اشباع کننده عبور می کند، درصد مشخصی از حلال تا حدود دو درصد معادل مقادیر حفرات زیر ۲ نانومتر از غشا عبور می کند.

برای تغییر فشار جزئی حال و افزایش آن معادل مقادیر حفرات بزرگتر کافی است نسبت این دو جریان را تغییـر داد. سرعت جریان Permeate با فشار جزئی حلال تغییر کرده و با استفاده از معادله کلوین توزیع اندازه حفره های لایه سطحی غشاء به دست می آید.

دستگاه اندازه گیری سطح ویژه و آنالیزهای برنامه ریزی شده سطحی

یکی از مهمترین و شناخته شده ترین روش‌ها در ارزیابی مواد متخلخل، استفاده از روش جذب و واجذب گاز نیتروژن است که با استفاده از تئوری Teller-Emmett-Brunauer موسوم به BET برای تخمین میانگین اندازه حفرات به کار برده می شود.

آنالیز BET بر اساس سنجش مقدار گاز نیتروژن جذب/ واجذب شده توسط سطح ماده شامل هم سطوح بیرونی و هم دیواره داخلی تخلخل‌ها در دمای ثابت نیتروژن مایع (۷۷ درجه کلوین) است. پس از قرار گرفتن سلول حاوی نمونه مورد نظر در مخزن نیتروژن مایع، با افزایش تدریجی فشار گاز نیتروژن در هر مرحله میزان حجم گازجذب شده توسط ماده محاسبه می شود.

سپس با کاهش تدریجی فشار گاز، میزان واجذب ماده اندازه گیری می شود. در نهایت نمودار حجم گاز نیتروژن جذب و واجذب شده توسط ماده بر اساس فشار نسبی در دمای ثابت رسم می شود. نمودارهای به دست آمده به ایزوترم‌های جذب/واجذب مشهور هستند.

استاندارد آیوپاک نمودارهای ایزوترم را در ۶ گروه طبقه بندی کرده، لذا با قیاس نمودارهای به دست آمده با نمودارهای استاندارد می توان رفتار کلی ماده را از لحاظ تخلخل بررسی کرد.

دستگاه یکپارچه اندازه گیری عملکرد حسگری و کاتالیزوری مواد

در دستگاه یکپارچه اندازه گیری عملکرد حسگری برای ارزیابی، ابتدا حسگر در محفظه نگهدارنده جای گذاری شده و محفظه به دستگاه متصل می شود.

سیلندر گازهای هدف از طریق لوله های استیل به ورودی‌های گاز و خروجی گاز به هواکش متصل می شود. در این حالت جریان گازهای مخلوط شده تحت یک دبی، فشار و غلظت معین به سمت محفظه نگهدارنده حسگر هدایت می شود.

به محض تماس گاز با سطح حسگر، شاهد بروز یکسری سیگنال های دریافتی به صورت ولتاژ یا مقاومت هستیم. پس از ثابت شدن سیگنال و کامل شدن پاسخ حسگر، جریان گاز هدف قطع می شود. در پایان با رسم نمودار سیگنال به صورت تابعی از زمان یا غلظت گاز می توان رفتار سنسور را ارزیابی کرد.

دستگاه مغناطیس سنج

در سیستم های مغناطومتر AGFM، از یک گرادیان میدان مغناطیسی برای ایجاد و اعمال یک نیروی متناوب بر روی نمونه استفاده می شود و نیروی متناوب باعث ارتعاش نمونه و پایه آن با فرکانس میدان مغناطیسی اعمالی خواهد شد.

ارتعاشات پایه توسط پیزوالکتریک متصل به آن به یک ولتاژ متناوب در حدود میکروولت تبدیل می شود که بعد از تقویت توسط یک تقویت کننده و جدا کردن سایر اغتشاشات مکانیکی، صوتی و الکتریکی اندازه گیری می شود. دامنه این ولتاژ اندازه گیری شده با مغناطش نمونه متناسب است.

دستگاه اندازه گیری زاویه تماس و کشش بین سطحی بهر وش قطره آویزان

کشش بین سطحی به عنوان انرژی در حد فاصل دو سیال غیر قابل امتزاج شناخته می شود؛ این پارامتر یکی از عوامل مهم برای هر فرایند ازدیاد برداشت است. مواد مورد استفاده در فرایندهای ازدیاد برداشت همچون نانوذرات، سورفکتانت ها، آلکالاین ها و پلیمرها تمایل دارند که کشش بین سطحی نفت و آب را کاهش دهند و به تبع آن نیروهای مویینگی کاهش یافته و نفت باقیمانده بیشتری تولید شود.

تجزیه و تحلیل شکل قطره (روش قطره آویزان) یک روش مناسب برای اندازه گیری کشش سطحی است. کشش سطحی قطره آویزان، توسط تجزیه و تحلیل تصویری، به عنوان یک روش بسیار دقیق برای اندازه گیری IFT برای طیف گسترده ای از مقادیر در نظر گرفته شده است. در این روش، تصاویر ویدئویی قطره های آویزان آنالیز شده و سپس IFT را از طریق حل معادله یانگ-الپالس اندازه گیری می کنند.

قابلیت ترشوندگی سنگ مخزن و کشش های بین سطحی بین ســیالات مخزن نقش بسیار حیاتی را در بازده بازیابی نفت دارد. در حال حاضر، این دستگاه در دو مدل عرضه می شود.

دستگاه اندازه گیری زاویه تماس و کشش سطحی

به زاویه تشکیل شده بین خط مماس رسم شده از نقطه تماس سه فازی و خط تماس مایع و سطح، زاویه تماس گفته می شود. این زاویه معیاری از ترشوندگی سطح ارائه می دهد. یک دستگاه اندازه گیری زاویه تماس شامل سیستم نور پردازی و تصویربرداری است تا تصویر پروفایل قطره روی سطح جامد را ذخیره کند.

در سیستم های قدیمی تر برای این کار به جای دوربین از میکروسکوپ استفاده می کردند و تصاویر توسط اپراتور تحلیل می شد. در سیستم های جدید از دوربین سرعت بالا با رزولوشون مناسب و نرم افزار اتوماتیک تحلیل تصاویر استفاده می شود. برای اندازه گیری زاویه تماس، روش های زیادی وجود دارد که از جمله آنها می توان به روش های قطره بی پایه استاتیک و دینامیک اشاره کرد.

با استفاده از دستگاه اندازه گیری زاویه تماس می توان ترشوندگی سطح را ارزیابی و از کیفیت خواص سطح پوشش ها اطمینان حاصل کرد. همچنین به کمک این دستگاه می توان کشش سطحی سیال یا محلول را اندازه گیری کرد و انرژی سطح پوشش ها را به دست آورد. در حال حاضر، این دســتگاه در سه مدل عرضه می شود.