ایران به جمع سازندگان تجهیزات مدرن آزمایش مواد ملحق شد
تجهیزات مشخصه‌یابی، ابزارهایی هستند که به منظور بررسی و اندازه‌گیری ویژگی‌های فیزیکی، شیمیایی، ساختاری و مکانیکی مواد به کار می‌روند. این تجهیزات نقش اساسی در زمینه‌های علوم و مهندسی مواد، نانوفناوری، الکترونیک، زیست‌مواد و صنایع مختلف ایفا می‌کنند. آنها به پژوهشگران و مهندسان این امکان را می‌دهند که ساختار، ترکیب و خواص مواد را در مقیاس‌های گوناگون، از اتمی تا ماکروسکوپی، به دقت تحلیل نمایند.
تجهیزات مشخصه‌یابی در دسته‌های مختلفی شامل میکروسکوپ‌ها، طیف‌سنجی‌ها و آنالیز شیمیایی، آزمون‌های مکانیکی و حرارتی، آنالیز سطح و نانوساختار، و نیز تجهیزات الکتریکی و الکترومغناطیسی تقسیم‌بندی می‌شوند.
میکروسکوپ‌ها: میکروسکوپ‌های الکترونی روبشی (SEM) و الکترونی عبوری (TEM) برای مشاهده ساختارهای نانومتری و اتمی مورد استفاده قرار می‌گیرند.
میکروسکوپ نیروی اتمی (AFM) نیز برای ارزیابی سطحی با دقت نانومتری به کار می‌رود.
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 همچنین طیف‌سنجی جرمی (MS) و کروماتوگرافی گازی/جرمی (GC/MS) برای شناسایی ترکیبات شیمیایی است.
آزمون‌های مکانیکی و حرارتی: شامل سختی‌سنجی، آزمون کشش و آزمون خمش برای ارزیابی خواص مکانیکی و آنالیز حرارتی برای تعیین واکنش مواد در برابر تغییرات دما هستند.
آنالیز سطح و نانوساختار: شامل تجهیزاتی نظیر پروفایلومترهای نوری و مکانیکی برای اندازه‌گیری زبری و توپوگرافی سطح و آنالیز پراکندگی نور دینامیکی (DLS) برای تعیین ابعاد ذرات نانو می‌باشد.
تجهیزات الکتریکی و الکترومغناطیسی: مانند آنالیزورهای امپدانس و آنالیزورهای شبکه برداری برای بررسی خواص الکتریکی و مغناطیسی مواد طراحی شده‌اند.
این تجهیزات به پژوهشگران این امکان را می‌دهند که مواد را به‌صورت دقیق تحلیل کنند و در زمینه توسعه مواد جدید، کنترل کیفیت و تحقیقات علمی utilizemاه کنند.
در این راستا، برخی از شرکت‌های دانش‌بنیان اقدام به طراحی، ساخت و عرضه این تجهیزات به بازار کشور نموده‌اند که در زمره آنها می‌توان به این تجهیزات اشاره کرد:
دستگاه گرماسنجی روبشی تفاضلی (DSC)
آزمون گرماسنجی روبشی تفاضلی یا DSC یکی از ابزارهای بنیادی در آنالیز حرارتی است و در صنعت‌های مختلفی مانند داروسازی، پلیمر، کشاورزی، مطالعه نیمه‌هادی‌ها و صنایع غذایی کاربرد دارد. ضریب ظرفیت حرارتی، انتقال حرارت، داده‌های انرژی جنبشی، خلوص مواد، تغییر فاز و تغییرات ساختاری کریستالی با بهره‌گیری از روش DSC قابل اندازه‌گیری است.
دستگاه گرماسنجی روبشی تفاصلی شامل دو کفه است که بر روی هر یک بوته‌هایی قرار دارند؛ یکی از آنها نمونه مرجع و دیگری نمونه اصلی را در خود جای می‌دهد. دستگاه مطابق با یک برنامه مشخص شروع به گرمادهی می‌کند و سیستم گرمادهی هر کفه به‌طور جداگانه عمل می‌کند.
اگر نمونه مورد بررسی فرایند گرماگیر مانند ذوب شدن را تجربه کند، دستگاه مقدار بیشتری حرارت به آن منتقل می‌کند؛ در این حالت دستگاه تنها تفاضل را ثبت می‌کند و لذا پیکی به سمت بالا در نمودار ایجاد خواهد شد. در صورتی که فرایند بررسی شده گرمازا باشد، پیک ایجاد شده به سمت پایین خواهد بود.
مساحت زیر پیک، تغییرات آنتالپی نمونه را به نمایش می‌گذارد و با ظرفیت گرمایی ویژه آن متناسب است. سرعت تغییر دما در دستگاه تأثیر مستقیمی بر پیک‌های نمودار خواهد داشت.
دستگاه جداسازی گازی غشایی و محاسبه توزیع اندازه حفرات سطح غشا
در این دستگاه‌ها معمولاً قابلیت اختلاط گازها با استفاده از MFCها وجود دارد. در ابتدا غشای مورد نظر در دستگاه قرار می‌گیرد و سپس درصد معینی از گازها با دبی و فشار مشخص به غشا هدایت می‌شود. بخشی از مخلوط گازی از غشا عبور کرده و بخش دیگری قادر به عبور نخواهد بود.
این دو جریان خروجی، به ترتیب Permeate و Retentate نام دارند. جریان گازهای خروجی به یک دستگاه آنالیز ثانویه ارسال می‌شود تا ترکیب درصد گازهای خروجی مشخص گردد. با دانستن درصد گاز خوراک و گازهای خروجی، توان غشا در جداسازی گاز مشخص می‌شود.
این دستگاه‌ها قابلیت Permporometry را نیز دارند؛ در این حالت با ترکیب دو جریان گاز بی‌اثر که یکی از اشباع‌کننده عبور می‌کند، درصد معین از حلال تا حدود دو درصد معادل مقادیر حفرات زیر ۲ نانومتر از غشا عبور می‌کند.
جهت تغییر فشار جزئی و افزایش آن معادل مقادیر حفرات بزرگ‌تر، کافی است نسبت این دو جریان تغییر یابد. سرعت جریان Permeate با فشار جزئی حلال تغییر می‌کند و با استفاده از معادله کلوین، توزیع اندازه حفره‌های لایه سطحی غشاء بدست می‌آید.
دستگاه اندازه‌گیری سطح ویژه و آنالیزهای برنامه‌ریزی‌شده سطحی
یکی از روش‌های مهم و معتبری که در ارزیابی مواد متخلخل به کار می‌رود، استفاده از روش جذب و واجذب گاز نیتروژن است. این روش بر اساس تئوری Teller-Emmett-Brunauer (BET) برای برآورد میانگین اندازه حفرات مواد انجام می‌شود.
آنالیز BET بر اساس اندازه‌گیری مقدار گاز نیتروژن جذب و واجذب شده توسط سطح ماده، که شامل سطوح بیرونی و دیواره‌های داخلی تخلخل‌ها است، در دمای ثابت نیتروژن مایع (۷۷ درجه کلوین) صورت می‌گیرد. پس از قرار گرفتن سلول حاوی نمونه در مخزن نیتروژن مایع، با افزایش تدریجی فشار گاز نیتروژن، در هر مرحله حجم گاز جذب شده توسط ماده اندازه‌گیری می‌شود.
سپس با کاهش تدریجی فشار گاز، میزان واجذب ماده محاسبه می‌شود و در نهایت نمودار حجم گاز نیتروژن جذب و واجذب شده توسط ماده بر اساس فشار نسبی در دمای ثابت رسم می‌شود. این نمودارها به ایزوترم‌های جذب و واجذب مشهور هستند.
استاندارد آیوپاک این ایزوترم‌ها را در ۶ گروه طبقه‌بندی کرده است، به همین جهت با مقایسه نمودارهای به‌دست‌آمده با نمودارهای استاندارد، می‌توان رفتار کلی ماده از نظر تخلخل را بررسی کرد.
دستگاه یکپارچه اندازه‌گیری عملکرد حسگری و کاتالیزوری مواد
در دستگاه یکپارچه اندازه‌گیری عملکرد حسگری، پس از قرار دادن حسگر در محفظه نگهدارنده و اتصال آن به دستگاه، اجازه داده می‌شود تا سیلندر گازهای هدف از طریق لوله‌های استیل به ورودی‌های گاز و خروجی گاز به هواکش متصل گردد. در این وضعیت، جریان گازهای اختلاط شده تحت دبی، فشار و غلظت معین به محفظه حسگر هدایت می‌شود.
هنگامی که گاز با سطح حسگر تماس پیدا می‌کند، مجموعه‌ای از سیگنال‌های دریافتی به صورت ولتاژ یا مقاومت مشاهده می‌شود. پس از ثابت شدن سیگنال و کامل شدن پاسخ حسگر، جریان گاز هدف قطع می‌شود. در پایان با رسم نمودار سیگنال به عنوان تابعی از زمان یا غلظت گاز، می‌توان رفتار سنسور را مورد ارزیابی قرار داد.
دستگاه مغناطیس‌سنج
در سیستم‌های مغناطومتر AGFM، نیروی متناوبی با استفاده از یک گرادیان میدان مغناطیسی بر روی نمونه اعمال می‌شود که این نیروی متناوب باعث ارتعاش نمونه و پایه آن با فرکانس میدان مغناطیسی خواهد شد.
ارتعاشات پایه با استفاده از پیزوالکتریک‌های متصل به آن به یک ولتاژ متناوب در حدود میکروولت تبدیل می‌شوند و بعد از تقویت و جداسازی از سایر اغتشاشات مکانیکی و صوتی، اندازه‌گیری می‌شوند. دامنه این ولتاژ اندازه‌گیری شده متناسب با مغناطش نمونه خواهد بود.
دستگاه اندازه‌گیری زاویه تماس و کشش بین سطحی با روش قطره آویزان
کشش بین سطحی به عنوان انرژی در فاصله دو سیال ناهمجنس شناخته می‌شود و یکی از عوامل کلیدی در هر فرایند ازدیاد برداشت به شمار می‌آید. مواد مورد استفاده در این فرایند از جمله نانوذرات، سورفکتانت‌ها، آلکالاین‌ها و پلیمرها، به کاهش کشش بین سطحی نفت و آب کمک می‌کنند و به همین دلیل نیروهای مویینگی کاهش می‌یابند و در نتیجه نفت بیشتری استخراج می‌شود.
تحلیل شکل قطره (روش قطره آویزان) یک تکنیک مؤثر برای اندازه‌گیری کشش سطحی است. کشش سطحی قطره آویزان، از طریق تحلیل تصویری، به عنوان روشی بسیار دقیق برای اندازه‌گیری IFT در نظر گرفته می‌شود. در این شیوه، تصاویر ویدئویی قطره‌های آویزان مورد بررسی قرار می‌گیرد و سپس IFT با حل معادله یانگ-الپالس اندازه‌گیری می‌شود.
قابلیت ترشوندگی سنگ مخزن و کشش‌های بین سطحی میان سیالات درون مخزن، نقش بسیار حیاتی در بهره‌وری بازیابی نفت دارد. در حال حاضر، این دستگاه در دو مدل مجزا در دسترس است.
دستگاه اندازه‌گیری زاویه تماس و کشش سطحی
زاویه‌ای که بین خط مماس به نقطه تماس سه فازی و خط تماس مایع و سطح تشکیل می‌شود، زاویه تماس نامیده می‌شود. این زاویه به عنوان معیاری از ترشوندگی سطح مدنظر قرار می‌گیرد. یک دستگاه اندازه‌گیری زاویه تماس شامل سیستم نورپردازی و تصویربرداری است که به ذخیره تصویر پروفایل قطره روی سطح جامد کمک می‌کند.
در سیستم‌های قدیمی‌تر، برای این منظور از میکروسکوپ استفاده شده و تصاویر به‌وسیله اپراتور تحلیل می‌شد. در سیستم‌های جدیدتر، دوربین‌های سریع با وضوح مناسب و نرم‌افزار تحلیل خودکار تصاویر به‌کار گرفته می‌شوند. برای اندازه‌گیری زاویه تماس، روش‌های متنوعی استفاده می‌شود که از آن میان می‌توان به روش‌های قطره بی‌پایه استاتیک و دینامیک اشاره کرد.
با استفاده از دستگاه اندازه‌گیری زاویه تماس، امکان ارزیابی ترشوندگی سطح و اطمینان از کیفیت خواص سطح پوشش‌ها وجود دارد. همچنین، با کمک این دستگاه می‌توان کشش سطحی مایعات یا محلول‌ها را اندازه‌گیری کرده و انرژی سطح پوشش‌ها را تخمین زد. در حال حاضر این دستگاه در سه مدل مختلف ارائه می‌شود.
