طالبة دراسات عليا تنال شهادة دكتوراة فيزياء تطبيقية حول تحضير ودراسه بحثيه لمائع نانوي لتحسين اداء مجمع الطاقه الشمسيه

منح فرع الفيزياء التطبيقية - قسم العلوم التطبيقية في الجامعة التكنولوجية شهادة الدكتوراة في تخصص الفيزياء التطبيقية للطالبة هدية كاظم جدران عن رسالتها الموسومة " تحضير ودراسه بحثيه لمائع نانوي لتحسين اداء مجمع الطاقه الشمسيه" حيث اقيمت المناقشة على القاعة المرحوم أ.د عبد المطلب ابراهيم الشيخ في القسم .
وتألفت لجنة المناقشة من أ.د محمد راضي محمد رئيسا وبعضوية أ.د جمال حميد هيب جامعة الانبار / كلية الهندسة و أ.د محمد فاضل وهيب الجامعة التكنولوجية / قسم الهندسة الكيمياوية و أ.م.د. فرح طارق جامعة بغداد / كلية العلوم – قسم الفيزياء أ.م.د. عدي محسن نايف و أ.م.د. صباح حبيب صبيح مشرفاً أ.م.د. هاشم عبد الحسين الجامعة التكنولوجية / قسم الهندسة الكهروميكانيك مشرفاً مشاركاً و أ.م.د. نصير عبود عيسى خبيرا علميا وأ.م.د. اركان خلخال الطائي خبيرا لغويا.
حيث بينت الباحثة ان الهدف من هذه الاطروحة هو دراسة الموائع النانويه هي نوع مبتكر وفعال من موائع انتقال الحراره. هذه الموائع تمتلك خصائص حراريه فريده مقارنة بالموائع التقليديه مثل الماء او الاثلين كلايكول, مع استقراريه بمدى طويل. الهدف الرئيسي لهذه الدراسه هو تحضير مبرد متقدم لمائع نانوي مع توصيليه حراريه عاليه, استقراريه عاليه, نسب تراكيز حجميه مختلفه, ومناسب لاستخدامه لتحسين الاداء الكهربائي والحراري للمنظومه الفوتوفولتائيه/الحراريه الهجينه. لذلك تم تحضير المائع النانوي للماء المنزوع الايونات/اوكسيد النحاس بواسطة التقنيه ذات الخطوتين. اختيار هذه التقنيه اعتمد اساسا على خصائصها الجيده, حيث انها اقتصاديه ومناسبه لانتاج موائع نانويه اوكسيديه بمدى ضخم (كميه كبيره).
في الخطوه الاولى,تم تحضير المسحوق النانوي لاوكسيد النحاس بواسطة طريقه كيميائيه مزدوجه باستعمال عمليتي الصول-جل والهايدروثيرمل. مرحلة الصول-جل تمت بدرجة حرارة الغرفه في وسط قاعدي عند داله حامضيه تساوي (9). المنتج من المرحله الاولى للطريقه الكيميائيه المزدوجه اي عملية الصول-جل قد تمت معاملته عن طريق عملية الهايدروثيرمل (العمليه المائيه الحراريه) خلال المرحله الثانيه في اوتوكلف من الفولاذ المقاوم للصدأ عند درجة حراره 160˚C ولمدة 3 ساعات. تم تشخيص منتجات المرحلتين بواسطة تقنيات مختلفه. نتائج تقنية حيود الاشعه السينيه (XRD) اثبتت ان منتج المرحله الاولى من عملية التحضير هو عباره عن متراكب نانوي ل Cu(OH)2/SDS. درجه عاليه من التبلور تم الحصول عليها بعد المعاملة المائيه الحراريه لهذا المتراكب النانوي. حسب نتائج مخططات حيود الاشعه السينيه, هذا المتراكب النانوي قد تحول كليا الى طور نقي لاوكسيد النحاس المتعدد التبلور مع تركيب بلوري احادي الميل بواسطة تفاعل انتزاع الماء اثناء المرحله الثانيه.نفس النتائج تم تأكيدها بواسطة تحليلات مطيافية الاشعه تحت الحمراء.
أوضحت قياسات المجهر الالكتروني الماسح (FE-SEM) أن المتراكب النانوي Cu(OH)2/SDS يملك تركيب طبقي غير منتظم, بينما تضاريس اوكسيد النحاس (CuO) أبدت تركيب نانوي معقد فريد من نوعه. المسحوق النانوي لاوكسيد النحاس مع تضاريس شبه الكرواني المتطاول يـتألف من عددهائل من الدقائق النانويه المتناهية الصغر كوحدات بناء نانويه. حجم هذه الوحدات البنائيه النانويه كان بمدى (15-25) نانومتر. اعتمادا على النتائج اعلاه, ميكانيكية النمو قد وضحت ان المتراكب النانوي والمحضر خلال مرحله الصول-جل يعمل كسلائف لانتاج شبه الكرواني المتطاول خلال عملية الهايدروثيرمل. من أجل تحديد الظروف المثلى لتحضير المسحوق النانوي لاوكسيد النحاس تمت دراسة تأثير كل من تركيز SDS ومولارية مصدر ايون النحاس.
تم بحث تأثير تركيزSDS ضمن القيم 0, 0.25, 0.5 مولاري بينما تأثير مولارية ملح النحاس ضمن مدى (0.02-0.25 مولاري(. نتائج حيود الاشعه السينيه والمجهر الالكتروني أظهرت ان SDS مهم جدا في تحضير تراكيب معقده لاوكسيد النحاس شبه الكرواني المعقد, حيث ان دوره كان كمحفز وقالب في عملية التحضير. دراسة تأثير مولارية سلائف النحاس قد اثبتت ان تأثير هذا العامل يتعلق بحجم التركيب النانوي لشبه الكرواني المتطاول, نقاوة المنتج, وكمية المسحوق النانوي الناتج, ولكن هذا العامل ذو تأثير قليل نسبيا على معدل الحجم الدقائقي لوحدات البناء النانويه.
تم الحصول علىالنموذج الامثل للتركيب النانوي لاوكسيد النحاس بواسطة تركيز SDS ومولاريه لسلائف النحاس تساوي 0.25 و 0.2 مولاري على التوالي. تحليلات المجهر الالكتروني الماسح للنموذج الامثل اظهرت ان حجم التركيب النانوي المعقد لاوكسيد النحاس شبه الكرواني المتطاول حوالي (160-630) نانومترفي حالة القياس حسب المحور الاساسي, وحوالي (125-325)نانومتر في حالة القياس حسب المحور الثانوي للشكل النانوي.
تم اختبار أستقرارية المائع النانوي لاوكسيد النحاس بواسطة تقنيتين: قياس جهد زيتا واختبار الترسيب (التركيد) او الاختبار البصري. النتائج اظهرت ان الاستقراريه الجيده قد تم تعزيزها بواسطة شحنه كهربائيه سطحيه بمقدار(-48.29 ملي فولت) وأستقراريه لسلوك تشتيت على مدى أكثر من ثلاثة أشهر. نتائج المجهر الالكتروني النافذ TEM و HRTEM اكدت أن وحدات البناء النانويه لاوكسيد النحاس ذات توزيع متقارب للحجوم الدقائقيه. ان قيمة الحجم الدقائقي 15.473نانومتر أتفقت تماما مع قيمتها المحسوبه بواسطة المعلومات التركيبيه المشتقه من طيف حيود الاشعه السينيه بأستخدام صيغة شرر.
في الخطوه الثانيه, تم أستخدام الاسلوب الميكانيكي لتعزيز أستقرارية المائع النانوي لاوكسيد النحاس المحضر بمختلف التراكيز الحجميه. قياس الخصائص الفيزيائيه الحراريه أي التوصيليه الحراريه, اللزوجه, السعه الحراريه النوعيه, والكثافه للمائع النانوي قد تم بنسب تراكيز حجميه هي 0.05%, 0.1%, 0.15%, 0.2%, و 0.25%. النتائج المستحصله أظهرت ان كل الخصائص الحراريه قد تحسنت مع زيادة المحتوى الصلب للمسحوق النانوي لاوكسيد النحاس ضمن المائع الاساس. الخاصيه المهمه في تطبيقات انتقال الحراره اي التوصيليه الحراريه ابدت زياده ملحوظه مع زيادة التركيز الحجمي للمائع النانوي. نسبة تحسن التوصيليه الحراريه (Knf %) تراوحت من4.49% الى 32.945% لكل من التركيز الحجمي الاوطأ (أي 0.05 vol. %) والتركيز الحجمي الاعلى (أي 0.25 vol. %), على التوالي.
تقنية التبريد بالماء قد صممت لتبريدلوح شمسي بمساحه سطحيه حوالي1.81 متر مربع,حيث تكونت من مبادل حراري وماء منزوع الايونات يتمتدويره خلال انابيب النحاس مع قيم مختلفه لمعدل تدفق الماء هي1, ,23(لتر/دقيقه). الكفاءه الكهربائيه للوح الفوتوفولتائي قد سجلت لفتره زمنيه امتدت من 7:30 قبل الظهر الى 2:30 بعد الظهركداله لشدة الاشعاع الشمسي ودرجة حرارة سطح اللوح الفوتوفولتائي.النتائج اشارت الى ان الكفاءه الكهربائيه قد قلت من 9.1% الى 2.7% عندما درجة حرارة سطح الخليه تزداد من 37.2 الى 69درجه مئويه, على التوالي.بواسطة استخدام الماء المنزوع الايونات كمائع تبريد للمنظومه PV/T قد وجد ان معدل التدفق الامثل هو3 (لتر/دقيقه) والربح الحراري للمنظومه كان بقيمة 3.9درجه مئويه في نهاية الفتره الزمنيه للاختبار عند 2:30 بعد الظهر حيث ان اعلى شدة الاشعاع قد سجلت في هذا الوقت بقيمة876 (واط/مترمربع).
تم الحصول على تبريد فعال للوح الفوتوفولتائي بواسطة استخدام المائع النانوي لاوكسيد النحاس في المنظومه الهجينه (PV/T) وبمختلفنسب التراكيز الحجميه وعند معدل تدفق بقيمة 3 (لتر/دقيقه). درجة حرارة اللوح الفوتوفولتائي قد هبطت بشكل ملحوظ من 64.2 درجه مئويه الى 55 درجه مئويه بأستخدام نسبه للتركيز الحجمي بقيمة( (0.25vol.%للمائع النانوي. كل الخصائص الكهربائيه للوح قد تحسنت خطيا مع زيادة نسبة التركيز الحجمي للمائع النانوي لاوكسيد النحاس. عند نسبة التركيز الحجمي الامثل اي 0.25vol.%) ), القيمه العظمى لنسبة تحسن كفاءة التحويل الكهربائيه للوح الشمسي كان بقيمة 47.65%)) في نسبة الى قيمتها في حالة التبريد بالماء. جميع النتائج الفريده التي تم الحصول عليها بأستخدام المائع النانوي ل CuO في المنظومة الهجينه (PV/T) قد نسبت الى النسبه العاليه للمساحه السطحيه الى الحجم النانوي للتركيب النانوي لاوكسيد النحاس ضمن المائع الاساس.
من الجدير بالملاحظه انه حتى الان, يعتبر كل من تحضير طور نقي مع تضاريس فريده مثل التركيب النانوي شبيه- الزهره والشكل الكرواني المتطاول لاوكسيد النحاس بدون الحاجه الى معامله حراريه بعد عملية التحضيرهي حاله محدوده جدا, استعمال هذا التركيب النانوي المتقدم والمعقد لانتاج مائع نانوي أوكسيدي يعتبر أسهام جديدفي مجال تحضير الموائع النانويه. بالاضافه الى انه وللمره الاولى تم استخدام المائع النانوي لاوكسيد النحاس في منظومة تبريد للوح فوتوفولتائي هذه الجوانب تعتبر نقاط فريده من نوعها في هذا العمل.......... انتهى

رجوع